Материалы червяков и червячных колёс, точность изготовления.

Вследствие большого тепловыделения при работе червячной передачи для изготовления червяков и венцов червячных колёс применяют разнородные материалы. Как правило, червяк изготовляют из легированной стали и подвергают термической обработке до высокой твёрдости, а венец колеса выполняют из цветного сплава или (при малой скорости v_ск) - из чугуна.

ГОСТ 3675-81 предусматривает 12 степеней точности изготовления черничных передач. В зависимости от величины скорости скольжения v_ск назначают: 9-ю (пониженную) степень точности при v_ск до 2 м/с, 8-ю степень точности при скорости 2...6 м/с и т.д. Пример обозначения: Ст. 8-Сb ГОСТ 3675-81. Здесь С - боковой зазор (вид сопряжения), b - допуск на боковой зазор.

Действующая и расчётная нагрузка в передаче. Усилие в червячном зацеплении F_n раскладывают (рис. 97) на три составляющие:

• окружную силу червяка F_t₁, равную осевой силе колеса F_а2, т.е.

F_n = F_a₂ = 2000T₁/d₁; (14.1)

• окружную силу колеса F_t₂, равную осевой силе червяка F_a₁ т.е.

F_t₂ = F_a₁ = - 2000T₂/d₂; (14.2)

• радиальную силу червяка и колеса

F_r₁ = F_r₂ = F_t₂∙ tgα , (14.3)

где α - угол профиля витка архимедова червяка в осевом сечении.

Рис. 97. К расчёту усилий в червячной передаче

Окружная сила, если червяк является ведущим звеном передачи, направлена против направления его вращения, а на колесе - по направлению его вращения.

Расчётная нагрузка в червячном зацеплении определяется произведением поминальной нагрузки на коэффициент нагрузки К = К_β ∙ K_v= 1, 1... 1, 2, где К_β — коэффициент концентрации нагрузки (после приработки деталей передачи К_β= 1);

K_v = 1, 1... 1, 2 - коэффициент динамичности, учитывающий ошибки изготовления деталей и зависящий от окружной скорости.

Основные марки материалов для изготовления деталей червячной передачи приведены в таблице 13.1.

Таблица 14.1

Детали передачи	Наименование материала	Марка материала и твёрдость Н
Червяк	Легированные стали (термообработка + шлифо-вание и полирование витков)	Сталь 18ХГТ (Н = 56...63 HRC₃); 40ХН, 35ХГСА (Н = 45...55 HRC, ); 38ХМЮА (Н = 50...56 HRC, )
Венец	Оловянистые бронзы	Бронза Бр.О10Ф1, Бр.ОНФ
червячного	Безоловянистые бронзы	Бронза Бр.А9ЖЗЛ, Бр.А10Ж4Н4
колеса	Чугуны	ЧугунСЧ15, СЧ20

Причины отказов и виды расчётов червячных передач.

Причинами отказа передачи могут быть: усталостное выкрашивание на боковых поверхностях зубьев колеса для материалов, стойких к заеданию; износ зубьев колеса; заедание при твёрдых материалах колёс; пластическая деформация поверхностей зубьев колеса (при перегрузках); усталостная поломка зубьев колеса (в результате изнашивания).

Основное значение для червячных передач имеют расчёты на сопротивление усталостному выкрашиванию, износу и заеданию. В основу расчёта, как и для зубчатых передач, положена формула Г. Герца. Искомый параметр — межосевое расстояние передачи a_w. При проектировочном расчёте

Обычно напряжения изгиба не определяют размеры передачи и являются значимыми только при числе зубьев колеса z₂ > 90. Условие проверки прочности на изгиб зуба колеса имеет вид: σ _F ≤ [σ _F]. Допускаемые контактные напряжения для оловянистых бронз [σ _H]= 130... 160 МПа, а допускаемые изгибные напряжения для бронз [σ _F ] = 35...75 МПа.

Значительное тепловыделение при работе червячной передачи приводит к нагреву масла, потере им защитных свойств и опасности заедания в передаче, поэтому проводят расчёт передачи на теплостойкость по условию

где t₀ - температура воздуха в помещении; обычно принимают t₀ = 20 °С;

N₁ - мощность на валу червяка, кВт;

η - КПД передачи;

К_т - коэффициент теплопередачи с поверхности корпуса; при естественном охлаждении К_т = 12...18 Вт/(м²∙ °С), при установке вентилятора на валу червяка К_т = 18...30 Вт/(м²∙ °С), при охлаждении смазки в картере проточной водой К_т = 30...200 Вт/(м²∙ °С);

S - поверхность теплопередачи корпуса (без учёта площади днища корпуса редуктора), м²;

ψ - коэффициент, учитывающий теплоотвод через днище корпуса редуктора; при установке корпуса на бетонном основании ψ = 0, при установке корпуса на металлическом основании ψ = 0, 3. 3.

ЛЕКЦИЯ №15

Планетарные и волновые зубчатые передачи. Передачи Новикова.

Общие сведения

Планетарными называют передачи, имеющие зубчатые колеса с подвижными осями. Наиболее распространенная простая однорядная планетарная передача (рис. 98) состоит из центрального колеса а с наружными зубьями, неподвижного центрального колеса b с внутренними зубьями, сателлитов g - колес с наружными зубьями, зацепляющихся одновременно с а и b (здесь число сателлитов n_w = 3), и водила h, на котором закреплены оси сателлитов. Водило соединено с тихоходным валом. В планетарной передаче одно колесо остановлено (соединено с корпусом).

Рис. 98. Планетарная передача.

1- солнечное колесо, 2 - сателлиты, 3- корончатое колесо, 4 - водило.

При неподвижном колесе b вращение колеса а вызывает вращение сателлита g относительно собственной оси, а обкатывание сателлита по колесу b перемещает его ось и вращает водило h. Сателлит таким образом совершает вращение относительно водила и вместе с водилом вокруг центральной оси, т.е. совершает движение, подобное движению планет. Поэтому передачи называют планетарными.

При неподвижном колесе b движение передают чаще всего от колеса а к водилу h; возможна передача движения от водила h к колесу а.

Основными звеньями называют такие, которые нагружены внешним вращающим моментом. Для передачи, изображенной на рис.98, основные звенья а, b, h, т.е. два центральных колеса (2К) и водило (h). Такие передачи условно обозначают 2К - h. Внешние моменты на звеньях обозначают: Т_а, Т_ь, T_h.

В планетарных передачах применяют не только цилиндрические, но и конические колеса с прямым или косым зубом.

Если в планетарной передаче подвижны все звенья, т.е. оба колеса и водило, то такую передачу называют дифференциальной. С помощью дифференциального механизма можно суммировать движение двух звеньев на одном или раскладывать движение одного звена на два других. Например, в дифференциале ведущего моста автомобиля движение от водила h передают одновременно колесам а и h, что позволяет при повороте одному колесу вращаться быстрее другого.

Достоинства планетарных передач.

1. Малые габариты и масса вследствие передачи мощности по нескольким потокам, число которых равно числу сателлитов. При этом нагрузка в каждом зацеплении уменьшена в несколько раз.

2. Удобство компоновки в машинах благодаря соосности ведущего и ведомого валов.

3. Работа с меньшим шумом по сравнению с обычными зубчатыми передачами, что связано с меньшими размерами колес и замыканием сил в механизме. При симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются.

4. Малые нагрузки на валы и опоры, что упрощает конструкцию опор и снижает потери в них.

5. Возможность получения больших передаточных отношений (до 10000)при небольшом числе зубчатых колес и малых габаритах.

Недостатки. 1. Повышенные требования к точности изготовления и монтажа передачи. 2. Большее число деталей (подшипников), более сложная сборка. 3. Для нарезания колес с внутренними зубьями требуются зубодолбежные станки, парк которых меньше, чем зубофрезерных.

Планетарную передачу применяют как: редуктор в силовых передачах и приборах; коробку передач, передаточное отношение в которой изменяют путем поочередного торможения различных звеньев (например, водила или одного из колес); дифференциал в автомобилях, тракторах, станках, приборах.

где через z обозначены числа зубьев соответствующих колес.

Часто применяют планетарную передачу, совмещенную с электродвигателем (мотор-редуктор, мотор-колесо).

Передаточное отношение

При определении передаточного отношения планетарной передачи используют метод остановки водила (метод Виллиса). По этому методу всей планетарной передаче мысленно сообщают дополнительно вращение с угловой скоростью водила ω _h, но в обратном направлении. При этом водило как бы останавливается, а закрепленное колесо освобождается. Получается так называемый обращенный механизм, представляющий собой обычную непланетарную передачу, в которой геометрические оси всех колес неподвижны. Сателлиты при этом становятся промежуточными (паразитными) колесами, т.е. колесами, не влияющими на передаточное отношение механизма. Передаточное отношение в обращенном механизме определяют как в двухступенчатой передаче с одним внешним и одним внутренним зацеплением.

Здесь существенное значение имеет знак передаточного отношения. Передаточное отношение и считают положительным, если в обращенном механизме ведущее и ведомое звенья вращаются в одну сторону, и отрицательным, если в разные стороны. Так, для обращенного механизма передачи при ведущем колесеа и ведомом колесе b, см. рис. 98, имеем:

где через z обозначены числа зубьев соответствующих колёс

В рассматриваемом обращенном механизме знак минус показывает, что колеса g и b вращаются в обратную сторону по отношению к колесу а.

С другой стороны, мысленная остановка водила при передаче движения от a к b равноценна вычитанию его угловой скорости ω _h, из угловых скоростей колес. Тогда для обращенного механизма этой передачи

где (ω _а -ω _h) и (ω _b – ω _h) - соответственно угловые скорости колес a и b относительно водила h; z_a и z_b - числа зубьев колес a и b.

Верхний индекс (h) в обозначении передаточного отношения соответствует обозначению невращающегося звена, нижние (a и b) - соответственно ведущему и ведомому звеньям.

Таким образом, по формуле (15.1) вычисляют передаточное отношение для планетарной передачи, у которой неподвижно водило h(ω _h = 0), колесо a является ведущим, колесо b - ведомым.

В планетарной передаче любое основное звено может быть остановлено.

Для планетарной передачи, у которой колесо b закреплено в корпусе неподвижно (ω _b = 0), колесо a является ведущим, а водило h - ведомым, из формулы (15.1) получим:

или

Отсюда следует

Для планетарной передачи, у которой колесо b закреплено в корпусе неподвижно (ω _b = 0), водило h является ведущим, а колесо a - ведомым, имеем:

Таким образом, в зависимости от остановленного звена можно получить различные значения передаточного отношения планетарной передачи. Это свойство планетарных передач используют в коробках передач.

В планетарных передачах широко применяют внутреннее зубчатое зацепление с углом a_w = 30^о.

Для обеспечения сборки планетарных передач необходимо соблюдать условие соосности (совпадение геометрических центров колёс); условие сборки (сумма зубьев центральных колёс кратна числу сателлитов) и соседства (вершины зубьев сателлитов не соприкасаются друг с другом).

Зубчатые колёса планетарных передач рассчитываются по тем же законам, что и колёса обычных цилиндрических передач.

ВОЛНОВЫЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Принцип работы волновой передачи аналогичен работе планетарной передачи с внутренним зацеплением и деформируемым сателлитом (рис.99).

Рис. 99. Волновая передача.

1-входной вал; 2- генератор волн; 3- гибкое колесо; 4- жёсткое колесо;

5- выходной вал.

Такая передача была запатентована американским инженером Массером в 1959 г. Волновой называют механическую передачу, в которой вращение передают за счет перемещения зоны деформации упругого гибкого звена.

Основными элементами передачи являются (рис. 100, а - в):

1 - гибкое колесо, представляющее собой тонкостенную оболочку в виде цилиндра с дном, соединенное с валом;

2 - жесткое колесо, соединенное с корпусом;

h - генератор волн в виде двух роликов большого диаметра, расположенных на водиле, соединенный с быстроходным валом.

На практике встречаются и другие конструктивные исполнения основных элементов.

Рис. 100.

Устанавливая генератор А, деформируют гибкое колесо 7, придавая ему форму эллипса (рис. 100, б). Силовое взаимодействие деталей волновой передачи происходит в точках контакта на большой оси эллипса. Генератор прижимает гибкое колесо к жесткому с силой, достаточной для передачи нагрузки силами трения. При неподвижном жестком колесе вращение генератора вызывает обкатывание гибкого колеса по жесткому и вращение его в противоположном вращению генератора направлении. Механические волновые передачи могут быть фрикционными и зубчатыми. Идея волновых передач заключается в наличии нескольких пар зацепления, которые ещё и перемещаются по окружности, за счёт чего достигается огромное передаточное отношение (обычно u = 60 ¸ 300, известны конструкции с u > 1000). И это в одной ступени!

Волновые передачи имеют меньшие массу и габариты, большую кинематическую точность, меньший мёртвый ход, высокую вибропрочность за счёт демпфирования (рассеяния энергии) колебаний, создают меньший шум.

При необходимости такие передачи позволяют передавать движение в герметичное пространство без применения уплотняющих сальников, что особенно ценно для авиационной, космической и подводной техники, а также для машин химической промышленности.

К недостаткам волновых передач относятся:

` ограниченные обороты ведущего вала (во избежание больших центробежных сил инерции некруглого генератора волн);

` мелкие модули зубьев ( 1, 5 – 2 мм );

` практически индивидуальное, дорогостоящее, весьма трудоёмкое изготовление гибкого колеса и генератора.

Основные виды поломок волновых передач:

· разрушение подшипника генератора волн от нагрузки в зацеплении;

· проскакивание генератора волн при больших вращающих моментах, когда зубья на входе в зацепление упираются друг в друга вершинами;

· поломка гибкого колеса от трещин усталости (особенно при U < 80 );

· износ зубьев на концах;

· пластические деформации боковых поверхностей зубьев при перегрузках.

Расчёт волновых зубчатых передач отличается от расчёта обычных зубчатых передач тем, что учитывается деформация гибкого венца и генератора.

За критерий работоспособности обычно принимают допускаемые напряжения смятия

;

где Y_d – коэффициент ширины гибкого венца; d – делительный диаметр гибкого венца.

Передаточное отношение в волновой передаче равно отношению радиуса ведомого колеса к разности радиусов жесткого и гибкого колес или к размеру деформирования W₀.

Отсюда следует, что большие значения передаточного отношения и могут быть достигнуты при малых значениях W_q, т.е. при мелких модулях т. Меньшим значениям и соответствуют большие размеры деформирования W₀, при которых значительно возрастает кривизна гибкого колеса в зоне зацепления и, следовательно, напряжения изгиба.

Допускаемый диапазон передаточных отношений волновой передачи:

70 < u< 320.

Меньшие значения и ограничены прочностью гибкого колеса по напряжениям изгиба, большие минимальными значениями модуля (m > 0, 15 мм).

Достоинства волновых передач.

1. Возможность получения большого передаточного отношения в одной ступени при сравнительно высоком КПД. Для одной ступени и до 320 при КПД: г| = 0, 7... 0, 9. 2. Способность передавать большие вращающие моменты при малых габаритах и массе, так как в зацеплении одновременно находится большое число зубьев. 3. Плавность работы, малая кинематическая погрешность вследствие двухзонности и многопарности зацепления. 4. Возможность передачи вращения из герметизированного пространства без применения уплотнения вращающихся деталей. 5. Малые нагрузки на валы и опоры вследствие симметричности конструкции. 6. Работа с меньшим шумом.

Недостатки. 1. Сложность изготовления тонкостенного гибкого колеса и генератора волн. 2. При необходимости применения мелких модулей требуется специальное зубодолбежное оборудование. 3. Ограниченные частоты вращения генератора волн, возникновение вибрации.

Применение. Волновые передачи применяют в промышленных роботах и манипуляторах, в механизмах с большим передаточным отношением, а также в устройствах с повышенными требованиями к кинематической точности или к герметичности.

Предыдущая 15 16 17 18 19 20 21 222324 25 26 27 28 29 30 Следующая