01Обзор
Червячная передача состоит из
червяк и червячное колесо, используемые для передачи движения и мощности между пересекающимися валами, обычно с углом пересечения 90 градусов. В обычных червячных передачах червяк является ведущим компонентом.
По внешнему виду червяк напоминает болт, а червячное колесо очень похоже на косозубую цилиндрическую передачу.
Во время работы зубья червячного колеса скользят и катятся по винтовой поверхности червяка.
Червяк – это шестерня с одним или несколькими винтовыми зубьями, которые входят в зацепление с червячным колесом, образуя пару шестерен со скрещенными-осями. Его делительная поверхность может быть цилиндрической, конической или тороидальной.
Существует четыре типа: архимедов червяк, эвольвентный червяк, нормальный прямой-червяк и конический цилиндрический червяк с огибающей.
Как и нити, черви делятся на правосторонние-и левые-типы, которые называются правосторонними-червями и левыми-червями соответственно.
Для улучшения контакта между зубьями червячное колесо выполнено в форме дуги по ширине зуба, так что оно частично охватывает червяка. Это приводит к линейному контакту между червяком и червячным колесом во время зацепления, а не точечному контакту.
02Преимущества червячных передач
✦ Большой одноступенчатый-передаточный коэффициент, обычно=10~100. В механизмах индексации передачи мощности оно может достигать более 1500.
✦ Сетка представляет собой линейный контакт, что позволяет ей выдерживать большую мощность.
✦ Компактная конструкция, плавная передача и низкий уровень шума.
✦ Когда угол подъема червяка меньше эквивалентного угла трения между шестернями, он обладает самоблокирующими-свойствами в обратном направлении. Это означает, что червяк может приводить в движение червячное колесо, но червячное колесо не может приводить в движение червяк.
03Недостатки червячных передач
✦ Поскольку два вала перпендикулярны и узловые скорости двух шестерен перпендикулярны, относительная скорость скольжения очень высока, что приводит к выделению тепла и износу.
✦ Низкая эффективность, обычно 0,7–0,8; червячные передачи с самоблокирующими-свойствами имеют еще более низкий КПД, обычно менее 0,5.
04Формулы расчета червячных передач и червяков
1. Передаточное число=Число зубьев червячной передачи ÷ Число витков червяка
2. Расстояние между центрами=(диаметр шага червячной передачи + диаметр шага червяка) ÷ 2
3. Наружный диаметр червячной передачи=(количество зубьев + 2) × модуль
4. Шаг диаметра червячной передачи=Модуль × Количество зубьев
5. Шаг червяка=Внешний диаметр червяка - 2 × Модуль
6. Червячный вывод=π × Модуль × Число нитей
7. Угол спирали (угол подъема) tgB=(модуль × количество витков) ÷ диаметр шага червяка
8. Червячный вывод=π × Модуль × Число нитей
9. Модуль=Диаметр делительной окружности/Количество зубьев
Количество витков червяка: червяк с одинарной-резьбой (на червяке только одна винтовая линия, что означает, что червяк совершает один оборот, а червячная передача поворачивается на один зуб); Червяк с двойной-резьбой (две винтовые линии на червяке означают, что червяк совершает один оборот, а червячная передача вращается на два зубца).
Модуль относится к размеру винтовой линии на винте; чем больше модуль, тем больше винтовая линия на винте.
Коэффициент диаметра относится к толщине винта.
Модуль: Делительная окружность шестерни является основой для проектирования и расчета размеров различных частей шестерни. Окружность делительной окружности шестерни=πd=zp, поэтому диаметр делительной окружности равен
d = z p/π
Поскольку π — иррациональное число в приведенной выше формуле, неудобно использовать его в качестве ориентира для позиционирования основной окружности. Чтобы облегчить расчет, изготовление и проверку, отношение p/π искусственно определяется как несколько простых величин, и это соотношение называется модулем, обозначаемым m.
05Типы червячных передач
По форме червяка червячные передачи можно разделить на цилиндрические червячные передачи, тороидальные червячные передачи и конические червячные передачи. Среди них наибольшее распространение получили цилиндрические червячные передачи. Обычные цилиндрические червячные передачи чаще всего обрабатываются на токарных станках режущим инструментом с прямой режущей кромкой. В зависимости от монтажного положения инструмента и типа используемого инструмента можно получить четыре типа червячных передач с различным профилем зубьев в поперечном -}сечении, перпендикулярном оси: червячная эвольвентная передача (тип ZI), червячная передача Архимеда (тип ZA), червячная передача нормального прямого-профиля (ZN) и червячная передача конического огибающего цилиндрического типа (ZK).
Эвольвентная червячная передача (тип ZI). Плоскость режущей кромки касается базового цилиндра червячной передачи, а торцевые зубья эвольвентные, подходят для более высоких скоростей и большей мощности.
Архимедова червячная передача (тип ZA) – профиль зуба в плоскости, перпендикулярной оси, представляет собой спираль Архимеда, а профиль зуба в плоскости, проходящей через ось, представляет собой прямую линию. Он прост в изготовлении, но имеет меньшую точность (червячная передача осевого прямого-профиля).
Червячная передача обычного-профиля (ZN) – можно шлифовать модифицированным шлифовальным кругом, что делает обработку относительно простой. Его часто используют для много-червячных передач, при этом КПД передачи может достигать 0,9.
Червячная передача с конической огибающей цилиндрической поверхностью (ZK) – это червячная передача с нелинейной винтовой поверхностью. Его нельзя обрабатывать на токарном станке, а можно только фрезеровать на фрезерном станке и шлифовать на шлифовальном станке. Этот тип червячной передачи легко шлифуется, что обеспечивает более высокую точность, и ее применение становится все более распространенным.
06Технология обработки металлических червячных передач
1. Определение материала заготовки
⑴ Отличная обрабатываемость, обеспечивающая хорошее качество поверхности и небольшое остаточное внутреннее напряжение, а также меньший износ режущих инструментов.
⑵ Прочность на растяжение обычно не менее 588 МПа.
⑶ Хорошие свойства термообработки, хорошая прокаливаемость, не склонность к закалочным трещинам, однородная структура, небольшая деформация при термообработке и способность достигать высокой твердости, что обеспечивает износостойкость и стабильность размеров червячной передачи.
⑷ Равномерная твердость материала и металлографическая структура, соответствующие стандартам. Обычно используемые материалы включают: T10A, T12A, 45, 9Mn2V, CrMn и т. д. Среди них 9Mn2V имеет лучшую технологичность и стабильность, но плохую прокаливаемость; его преимуществом является малая деформация после термообработки, он пригоден для изготовления деталей высокой-прецизионной точности, но склонен к растрескиванию и имеет плохие шлифовальные свойства. Чем выше твердость червячной передачи, тем она более износостойкая-, но ее сложнее шлифовать в процессе изготовления.. 2. Выбор базовых поверхностей обработки
Базовые поверхности червячной передачи: Конструктивно червячные передачи бывают двух видов: червячные передачи в сборе и цельные червячные передачи. В собранных червячных передачах в качестве базовой поверхности обработки используется внутреннее отверстие. Поэтому сначала следует выполнить прецизионную обработку внутреннего отверстия, а затем обработать внешний диаметр и опорные шейки, используя внутреннее отверстие в качестве базовой поверхности. При обработке резьбы также используется внутреннее отверстие в качестве базовой поверхности, поэтому требуется оправка. Как правило, точность внутреннего отверстия прецизионных индексирующих червячных передач очень высока, и некоторые из них требуют шлифовки для обеспечения точности.
Внутреннее отверстие прецизионных индексирующих червячных передач общей-должно иметь точность не менее 1 класса, шероховатость поверхности не менее 0,12 и торцовое биение не менее 0,005 мм. При обработке червячной передачи на оправке сначала следует проверить радиальное биение двух концевых заплечиков, чтобы убедиться, что оно находится в пределах указанного допуска. Это следует проверять при каждом последующем процессе. При сборке червячной передачи также следует проверить радиальное биение двух концевых заплечиков. Точность оправки должна быть равна или превышать точность вала, сопрягаемого с червячной передачей в сборе.
Встроенные червячные передачи используют центральное отверстие в качестве базовой поверхности обработки. Требования к центральному отверстию очень высоки; он должен иметь конус, чтобы обеспечить гладкость и площадь контакта. Центральное отверстие следует проверять и корректировать перед каждым процессом. Опорные шейки должны обеспечивать соосность центральному отверстию и собственную геометрическую точность. Перед полу-чистовыми и чистовыми процессами необходимо проверить радиальное и осевое биение опорных шеек, чтобы убедиться, что они находятся в пределах допуска.
При выборе черновой базовой поверхности основное внимание уделяется тому, как обеспечить, чтобы каждая обработанная поверхность имела достаточный припуск на обработку, чтобы размеры и положения между необработанной базовой поверхностью и обработанной поверхностью соответствовали требованиям чертежа.
Выбор грубой базы должен отвечать следующим требованиям:
(1) Черновую базу следует выбирать на обработанной поверхности. Это необходимо для обеспечения точности относительного позиционного соотношения между обработанной поверхностью и необработанной поверхностью. Если на заготовке имеется несколько поверхностей, не требующих механической обработки, в качестве черновой базы следует выбрать поверхность с наибольшим требованием к относительной точности позиционирования с обрабатываемой поверхностью. Это необходимо для обеспечения одинаковой толщины стенок, симметричной формы и меньшего количества операций зажима.
(2) Выберите важную поверхность с одинаковыми требованиями к припуску на обработку в качестве черновой базы.
(3) В качестве черновой базы следует выбирать поверхность с наименьшим припуском на обработку. Это гарантирует, что поверхность имеет достаточный припуск на обработку. (4) В качестве черновой базы следует выбирать, насколько это возможно, плоскую, гладкую поверхность достаточно большой площади, чтобы обеспечить точное позиционирование и надежный зажим. Поверхности с выступами, выступами, заусенцами или заусенцами не следует выбирать в качестве черновых исходных данных; при необходимости требуется предварительная механическая обработка.
(5) Следует избегать повторного использования черновой базы, поскольку большинство поверхностей черновой базы являются шероховатыми и неровными, а повторное использование затрудняет обеспечение точности позиционирования между внешними поверхностями.
Согласно принципу чернового выбора базы, зажим внешнего круга и обработка большей части поверхности за одну операцию зажима позволяют обеспечить соосность внешнего круга и внутреннего отверстия, а также перпендикулярность торца оси.
Маршрут процесса обработки металлических червячных передач
(1) Не-незакаленная червячная передача в сборе
Подготовка материала-Нормализация-Черновое точение-(Отпуск)-Полу-Полу-Получистовое точение наружного диаметра, черновое точение винтовой поверхности-Искусственное старение-Чистовое точение (чистовое шлифование) внутреннего отверстия и торца-Нарезание шпоночных пазов-Полу-чистовое точение винтовой поверхности поверхность-Напильник (обрезка неполных зубьев)-Полу-чистовое шлифование наружного диаметра-Чистовое шлифование винтовой поверхности-Низко-старение при температуре-Притирка центрального отверстия-Чистовое шлифование наружного диаметра-Чистовое шлифование винтовой поверхности
(2) Цельная червячная передача из цементированной и закаленной стали.
Поковка-Отжиг-Черновая обработка-Нормализация-Полу-чистовая обработка наружного диаметра и винтовой поверхности-Напильник (обработка неполных зубьев)-Цементация-Чистовая обработка наружного диаметра (удаление деталей, не требующих цементации)-Закалка и отпуск-Притирка центра отверстия-Токарная обработка крепежной резьбы-Фрезерование канавок-Полу-Чистовое шлифование наружного диаметра-Полу-Чистовое шлифование винтовой поверхности-Низко-температурное старение-Притирка центрального отверстия-Чистовое шлифование наружного кольца и торца торцевая-Чистовая шлифовка винтовой поверхности
Вырубка: По регламенту заготовка должна быть прокована до получения хорошей металловолокнистой структуры.
Черновая обработка: Обеспечьте соосность и оставьте необходимое количество для чистовой обработки.
Термическая обработка и отпуск HRC28-32, получистовая токарная обработка, каждая деталь оставляет 0,5 мм для чистовой обработки, часть червячной передачи и два конца рельефной канавки поворачиваются до требуемых характеристик, резка червячной передачи, черновая резка, использование послойного метода или метода резки и т. д. приемлемы.
Измерьте припуск на среднем диаметре. Припуск на полу-чистовую обработку обеспечивает хорошую основу для чистовой обработки. Требуется обработка на низкой-скорости всех трех поверхностей, а режущий инструмент должен быть острым и иметь хорошую шероховатость кромок. Каждая поверхность должна быть обработана индивидуально. Для обеспечения концентричности требуется прецизионная обработка всех деталей.
Обычные цилиндрические червячные передачи, обработанные на токарном станке с прямой режущей кромкой, можно разделить на архимедовы червячные передачи (ZA), эвольвентные червячные передачи (ZI) и червячные передачи нормального-профиля (ZN), в зависимости от монтажного положения режущего инструмента. ZA Архимедовы червячные передачи: плоскость режущего инструмента проходит через ось червячной передачи, а вырез червячной передачи с углом режущей кромки 2 =40 градусов имеет прямой профиль зуба в осевой плоскости, а профиль зуба нормального сечения представляет собой выпуклую кривую. Кривая профиля зуба на торцевой поверхности представляет собой спираль Архимеда, отсюда и название червячной передачи Архимеда. Этот тип червячной передачи относительно прост в обработке и измерении, поэтому он широко используется.
Однако обработка затруднительна, когда угол подъема слишком велик. Шлифовальным кругом сложно выточить точный профиль зуба, поэтому точность и эффективность передачи низкие. ZI эвольвентные червячные передачи: Плоскость режущей кромки режущего инструмента касается основного цилиндра червячной передачи. Полученная червячная передача имеет выпуклый профиль кривой в осевой плоскости, а профиль зуба на торце, перпендикулярном оси, представляет собой эвольвентную кривую, отсюда и название эвольвентной червячной передачи. Этот тип червячной передачи можно шлифовать, поэтому он имеет более высокую точность и эффективность передачи и подходит для массового производства и прецизионной передачи с высокой-мощностью и высокой-скоростью.
Червячные передачи ZN с нормальным прямым-профилем: когда угол подъема червячной передачи большой, чтобы получить разумный передний угол и задний угол для режущего инструмента, плоскость режущего инструмента во время обработки помещается в нормальную плоскость спирали червячной передачи. Полученная червячная передача имеет прямой профиль зубьев в нормальном сечении, отсюда и название червячная передача с прямым-профилем. Кривая профиля зуба на торце, перпендикулярном оси, представляет собой расширенную эвольвентную кривую, поэтому ее еще называют удлиненной эвольвентной червячной передачей. Этот тип червячной передачи обладает лучшими режущими характеристиками, подходит для обработки много-червячных передач и может шлифоваться шлифовальным кругом. Он часто используется в много-прецизионных червячных передачах станков. С развитием технологий и требований к продукции возникла необходимость в дальнейшем увеличении скорости резания, и метод токарной обработки столкнулся с узким местом, что привело к развитию вихревого фрезерования. В этом методе используется вращающийся режущий инструмент для увеличения скорости резания (до 400 метров в минуту), при этом заготовку не нужно вращать с высокой скоростью.
Существует два метода завихрения червячной передачи: внутреннее вращение и внешнее вращение.
Внутреннее вращение: окружность заготовки касается внутренней окружности режущего инструмента (червячная передача находится внутри режущей головки). Точность может достигать DIN7 Ra0,8.
Внешнее вращение: окружность заготовки касается внешней окружности режущего инструмента (червячная передача находится снаружи режущей головки). Точность может достигать DIN6 Ra0,4.
