Лабораторна робота № 5

Лабораторна робота № 5

Вивчення КОНСТРУКЦІЙ ЧЕРВ’ЯЧНИХ РЕДУКТОРІВ

 

Мета роботи: Вивчити конструкції черв’ячних редукторів. Ознайомитись з порядком складання та розбирання. Скласти кінематичну схему редуктора та схеми черв’ячного зачеплення. Виконати заміри і розрахунки, що характеризують геометрію та кінематику зачеплення. З’ясувати порядок регулювання зачеплення і підшипників.

 

1 ВКАЗІВКИ З САМОПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ

1.1 Завдання для самостійної підготовки

Під час підготовки до роботи з’ясувати призначення і область використання черв’ячних силових передач, ознайомитись з класифікацією редукторів по розташуванню осей валів, вивчити основні терміни, визначення і позначення геометричних, кінематичних та силових параметрів черв’ячних передач.

 

1.2 Питання для самопідготовки

1 Визначення і призначення черв’ячної передачі, область застосування.

2 Черв’ячні передачі з різними компонувальними схемами.

3 Основні типи черв’яків за їх геометричними параметрами

4 Особливості геометрії черв’ячної пари, коефіцієнт діаметра черв’яка, його вибір.

5 Число заходів черв’яка, число зубів черв’ячного колеса, передаточне число черв’ячної передачі.

6 Діапазон значень передаточних чисел силових передач.

7 Зусилля в передачі, їх значення і напрямок дії.

8 Втрати потужності в передачі, поняття коефіцієнта корисної дії передачі, методи його підвищення.

9 Матеріали для виготовлення черв’яка і колеса, заготовки, конструктивні особливості.

10 Методи виготовлення черв’яків, черв’ячних коліс.

11 Які регулювання виконують у черв’ячних редукторах?

12 Способи охолодження черв’ячних редукторів?

 

1.3 Рекомендована література

1. Деталі машин: підручник : затверджено МОН України / А. В. Міняйло та ін. – К.: Агроосвіта, 2013. – 448 с.

 

2 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

1 Опис конструкції редуктора

Конструктивно черв’ячна передача (ЧП) складається із черв'яка, що має форму гвинта, та черв'ячного колеса, яке нагадує зубчасте колесо з косими зубцями угнутої форми. Передавання обертового руху у ЧП здійснюється за принципом гвинтової пари, де гвинтом є черв'як, а гайкою є колесо-сектор, вирізаний із довгої гайки і зігнутий по колу.

Черв'ячне колесо має зуби дугоподібної форми, які охоплюють частину хробака. Осі черв'ячного гвинта та колеса зазвичай схрещуються під прямим кутом. Виготовляти обидва елементи передачі із твердих матеріалів не дає позитивного результату через особливості конструкції передачі. Тому для виробництва черв'ячних коліс використовуються антифрикційні матеріали. Але з метою їхньої економії колеса робляться складовими. Маточина виготовляється із сталі або чавуну, а вінець – із бронзи. Біметалева конструкція колеса виявилася найбільш раціональною. Тому вона використовується під час серійного виробництва черв'ячних редукторів.

 Корпус черв'ячних редукторів може бути чавунним або виконаним із алюмінієвих сплавів (рис. 1). У великогабаритних перетворювачів корпус виконується роз'ємним і складається з основи та кришки.

У редукторів середніх габаритів корпус зазвичай нероз'ємний. У його бічних стінках передбачено два вікна, через які при складанні вводиться тихохідний вал із колесом та підшипниками. Вікна закриваються кришками, що кріпляться до корпусу за допомогою гвинтів. З'єднання додатково ущільнюється гумовими кільцями.

Для редукторів невеликих габаритів корпус виготовляється нероз'ємним, а введення черв'ячного колеса призначений проріз у верхній частині.

Найбільше передавальне число, яке може забезпечити черв'ячна пара, становить 1:110. Це говорить про великі можливості щодо підвищення крутного моменту. Вони набагато вищі, ніж інші варіанти передач. Наприклад, циліндричний редуктор може показати такі результати тільки при використанні трьох ступенів редукції, тоді як черв'ячному достатньо одного. Але ця перевага має і зворотний бік – якщо передатне число підвищується, ККД черв'ячного перетворювача знижується.

r.5.1.jpg

Рисунок 1 – Черв'ячний редуктор

Для черв'ячної передачі характерний високий рівень зчеплення. Завдяки йому знижується рівень шуму обладнання. Черв'ячними редукторами можна оснащувати машини, що висувають високі вимоги до шумності приводу.

У черв'ячного зачеплення є унікальна характеристика самогальмування. Для позначення цього явища використовується інший термін – відсутність оборотності. Якщо обертання ведучого валу відсутнє, вал буде загальмований, і повернути його не вийде. Ця властивість передачі проявляється лише за передавальних числах більше 35. Але до уваги краще брати навіть показник передавального числа, а кут підйому черв'яка, оскільки самогальмування активується за його зменшенні. Якщо кут підйому різьблення черв'яка становить 3,5 градуса або менше, буде досягнуто повного самогальмування.

Найбільший недолік - низький ККД, який ще й зменшується при підвищенні передавального числа. Це призводить до значних втрат енергії.

Найбільшого поширення набули одноступінчасті черв'ячні редуктори. За відносним розташуванню черв'яка і черв'ячного колеса розрізняють три основні схеми черв'ячних редукторів: з нижнім (рис. 2, а), верхнім (ріс. 2, б) і боковим (ріс. 2, в, г) розташуванням черв'яка.

r.5.2.jpg

Рисунок 2 – Кінематичні схеми черв'ячних  редукторів

 

Схема (а) застосовується при невеликих швидкостях черв’яка, а схема (б) для більш швидкохідних передач (менші втрати на розбризкування мастила швидкохідним черв’яком), схеми ж (в) і (г) використовують дуже рідко внаслідок утрудненого змащування верхніх підшипників вертикальних валів.

Корпуси більшості сучасних черв’ячних редукторів (наприклад серії Ч, РЧУ) мають універсальні пристрої для кріплення і це дає змогу кріпити їх у різних положеннях, тобто реалізації різних компонувальних схем.

2 Основні характеристики редуктора

Передаточне число черв’ячної пари визначається діленням числа зубів колеса на число заходів черв’яка U = Z2/Z1.

Найбільш поширене число заходів черв’яка 1, 2 і 4, а мінімальне число зубів колеса 26...28. Стандартом встановлений діапазон передаточних чисел силових черв’ячних передач 8...80. Саме у цьому діапазоні передаточних чисел і випускають черв’ячні редуктори.

Черв’ячні передачі входять також до складу комбінованих (циліндрично-черв’ячних або черв’ячно-циліндричних) редукторів, це дозволяє розширити діапазон передаточних чисел.

Як і для зубчастих передач, для черв’ячного зачеплення існують поняття ділильного кола та кіл виступів і западин. Але, як видно з рисунка 2, для колеса діаметри цих кіл слід заміряти у площині симетрії колеса. Габарит колеса визначається по його найбільшому діаметру dАМ2. Ширина зубчастого вінця колеса позначається b2.

r.5.3.jpg

Рисунок 3 – Геометрія черв'ячного зачеплення

Модуль передачі визначають діленням кроку витків, заміряному вздовж осі черв’яка по ділильному циліндру, на число π. Тобто для черв’яка модуль визначається як осьовий, а для колеса він торцевий, позначається ж модуль літерою m без індексів.

f.5.1.jpg

де q - коефіцієнт діаметра черв’яка.

Саме від значення коефіцієнту діаметра черв’яка q залежить його жорсткість (тобто опір прогину), що дуже важливо при великих відстанях між опорами, але ж великі його значення приводять до зменшення кута підйому витка і тим самим зниження ККД. Мінімальне значення qmin = 0,212·Z2, при розрахунках рекомендують попередньо визначати q ≈ 0,25·Z2, а потім приймати коефіцієнт по стандарту.

3 Порядок збирання, розбирання та регулювання черв'ячного  редуктора

Черв'ячні редуктори.

Розбирання редуктора: відвернути болти торцевих кришок, відвернути кріплення кришки і корпусу, зняти кришку редуктора і торцеві кришки, витягти черв'як та черв'ячне колесо разом з підшипниками.

Збирання редукторів. Для нормальної роботи черв'ячного зачеплення потрібне дотримання наступних умов:

а) вісь черв'яка повинна лежати в площині, що проходить через середину черв'ячного колеса;

б) має бути витримано міжцентрову відстань і, отже, радіальний зазор між поверхнями виступів черв'яка і западин черв'ячного колеса;

в) повинен бути витриманий необхідний бічний зазор зачеплення.

Прокладками під кришками опор черв'яка регулюється осьова установка зачеплення черв'яка щодо вінця колеса, а прокладками під фланцями кришок веденого вала забезпечується правильність симетричності зачеплення зубів колеса щодо нарізки черв'яка.

Для перевірки правильності положення осі черв'яка щодо середньої площині черв'ячного колеса на робочу поверхню черв'яка наносять тонкий шар фарби, після чого провертанням черв'яка отримують на зубах черв'ячного колеса відбитки, по характером яких судять про правильність зачеплення.

При зміщенні зубчастого колеса становище його регулюють постановкою прокладок. При правильному зачепленні фарба повинна покривати поверхню зуба черв'ячного колеса по висоті не менше ніж на 60% і по довжині не менше ніж на 50%.

Регулювання черв'ячного зачеплення і конічних роликопідшипників черв'ячного колеса при складанні редуктора виконують у наступному порядку:

-  черв'ячне колесо з валом, підшипниками і кришками підшипників монтують у корпусі редуктора без комплекту металевих прокладок з таким розрахунком, щоб опорна поверхня однієї з кришок була щільно притиснута до корпусу редуктора, а між другою кришкою і корпусом мався зазор δ.

-  заміряють щупом зазор δ між кришкою і корпусом редуктора, після чого підбирають подвійний комплект металевих прокладок, сумарна товщина яких, з метою забезпечення вільного обертання підшипників, приймається рівною δ+∆ОС, де ∆ОС - осьове коливання вала, що допускається, змонтованого на двох конічних роликопідшипників.

-  між кришками і корпусом встановлюють комплекти прокладок з сумарною товщиною 0,5(δ +∆ОС) кожен.

-  між кришками і корпусом встановлюють комплекти прокладок з сумарною товщиною 0,5(δ +∆ОС) кожен.

Для регулювання зачеплення, на робочу поверхню витків черв'яка наносять тонкий шар фарби, після чого, обертаючи черв'як, повертають черв'ячне колесо. Спостерігаючи через оглядове вікно редуктора отриману пляма контакту - відбиток фарби на робочих поверхнях зубів колеса - судять про те, наскільки правильно зібрано зачеплення.

У відповідності з рис 4 можливі три випадки положення плями контакту. Рисунок 4, а відповідає правильному взаємному положенню черв'яка і колеса. На рис. 4, б і рис 4, в колесо встановлено неточно, і його слід змістити, відповідно, вправо або вліво шляхом перестановки частини прокладок з - під однієї кришки підшипника під іншу. При цьому сумарна товщина прокладок, щоб уникнути порушенню регулювання зазору в підшипниках, повинна залишатися незмінною.

r.5.4.jpg

Рисунок 4 - Положення плями контакту

Необхідні радіальні і осьові зазори в конічних роликопідшипниках черв'яка забезпечуються металевими прокладками між кришками підшипників і корпусом. Порядок регулювання роликопідшипників черв'яка той же, що і підшипників черв'ячного колеса. Оскільки зсув черв'яка в осьовому напрямку при регулюванні підшипників не відбивається на точності черв'ячного зачеплення, коректування в осьовому напрямку не потрібне.

4 Типи черв'ячних передач

Класифікація черв'ячних передач:

·         За формою початкової поверхні черв'яка:

o    циліндричні;

o    глобоїдні;

·         За формою профілю витків черв'яка у торцевій площині:

o    конволютні (черв'як ZN);

o    евольвентні (черв'як ZI);

o    архімедові (черв'як ZA);

·         За розміщенням черв'яка щодо колеса:

o    з нижнім розміщенням;

o    з верхнім розміщенням;

o    з бічним розміщенням;

·         За конструктивним оформленням:

o    відкриті;

o    закриті;

·         За кількістю заходів різьби:

o    однозахідні;

o    багатозахідні (найчастіше дво- або чотиризахідні).

Види циліндричних черв’яків за формою профілю витка нарізки:

а) архімедів черв’як має трапецієвидний профіль витка нарізки в осьовому перерізі а-а, а в торцевому перерізі L-L витки окреслені спіраллю Архімеда;

б) конволютний черв’як має трапецієвидний профіль витка нарізки в нормальному перерізі n-n, а в торцевому перерізі L-L витки окреслені конволютою (подовжена або вкорочена евольвента);

в) евольвентний черв’як - в торцевому перерізі L-L евольвентний профіль витка;

г) черв’ячна передача з випукло-угнутим зачепленням (подібно передачі Новікова) по дузі кола в перерізі n-n (черв’як - угнутий профіль, колесо - випуклий).

Стосовно черв’ячних коліс: в передачах з архімедовим, конволютним та евольвентним черв’яками їх зубці мають евольвентний профіль.