Конструкции червячных передач и материалы, применяемые для их изготовления

Червячные передачи относятся к числу зубчато-винтовых и применяются в случае, когда геометрические оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются (обычно под прямым углом).

По служебному назначению червячные передачи разделяют на кинематические и силовые. Кинематические передачи используют в различных механизмах для достижения высокой точности относительного поворота. Силовые червячные передачи применяют в разнообразных редукторах, коробках скоростей и механизмов для передачи крутящего момента при большом отношении.

В сельскохозяйственном машиностроении применяют цилиндрические и глобоидные червячные передачи. Цилиндрические передачи имеют червяк, осевое сечение которого представляет собой рейку с прямолинейными или криволинейными боковыми сторонами (рис. 1, а).

Глобоидные передачи имеют червяк, осевое сечение которого представляет собой круговую рейку с прямолинейными боковыми сторонами (рис. 1, б). Цилиндрические передачи по форме винтовой поверхности делят на четыре вида.

1. Архимедова червячная передача имеет червяк, у которого профиль боковой поверхности витка в поперечном сечении АА (рис. 1, в) представляет собой архимедову спираль. В осевом сечении ББ архимедов червяк имеет прямоугольный профиль, а в сечении ГГ, перпендикулярном к направлению витка, - криволинейный.

2. Эвольвентная червячная передача имеет червяк, у которого профиль боковой поверхности витка в поперечном сечении АА имеет форму эвольвенты. В осевом сечении ББ и сечении, перпендикулярном к направлению витка ГГ, эвольвентный червяк имеет криволинейный профиль. Прямолинейный профиль витка червяка получается в сечении плоскостью, касательной к основному цилиндру.

Рис. 1. Червячные передачи:

а – цилиндрическая; б – глобоидная; в – сечения цилиндрических червяков:

АА – поперечное; ББ – перпендикулярное к направлению впадины;

ГГ – перпендикулярное к направлению витка

3. Конволютная передача имеет червяк, у которого профиль боковой поверхности витка в поперечном сечении АА представляет собой удлиненную эвольвенту (конволюту). В сечении, перпендикулярном к направлению витка ГГ или впадины ВВ, конволютный червяк имеет прямолинейный профиль.

4. Нелинейные червяки имеют во всех сечениях криволинейный профиль.

Для уменьшения трения и износа, а также предотвращения заедания червячной пары рабочая поверхность витков червяка должна иметь высокую твердость и малую шероховатость, а материал червячного колеса должен обладать хорошими антифрикционными свойствами.

Червяки быстроходных высоконагруженных передач изготовляют из качественных углеродистых сталей 40, 45 и легированных сталей 40Х, 40ХН и др. В этом случае применяют нагрев поверхности под закалку ТВЧ или пламенем, обеспечивающую твердость рабочих поверхностей 48…57 HRC.

Наилучшие результаты получаются при использовании цементуемых сталей 15Х, 15ХА, 20Х, 20ХНВА, 20ХВ, содержащих 0,15…0,20 % углерода.

Червяки менее ответственных передач, для которых достаточна твердость 270 НВ, изготовляют из нормализованных или улучшенных сталей.

Глобоидные червяки изготовляют из сталей 35ХМА, 33ХГН. Для изготовления червячных колес в ответственных передачах с большими скоростями скольжения (v > 5 м/с) применяют бронзы БрОБ 10-1, БрОНФ, при меньших скоростях применяют бронзу БрАЖ9-4, имеющую лучшие механические свойства и худшие антифрикционные. Червячные колеса передач с малыми скоростями (v < 2 м/с), к габаритам и КПД которых не предъявляют высокие требования, изготовляют из чугуна СЧ 21, СЧ 15.

По конструкции червяки разделяют на червяки-валы, нашедшие наибольшее распространение, и насадные червяки-втулки. Червячные колеса бывают цельными и составными; у последних ступица – из чугуна или стали, а венец – из бронзы.