Справочные данные по деталям машин

 

 

Главная

Дюймовые червячные передачи в США. Материалы

 

Американские дюймовые червячные передачи разделяются на два класса:

1. Мелкозубые червячные передачи (fine-pitch worm gearing).

2. Червячные передачи с нормальным зубом (coarse-pitch worm gearing).

 

1. Мелкозубые червячные передачи

 

Мелкозубые червячные передачи имеют следующие особенности:

- мелкозубые червячные передачи в основном передачи кинематические и не предназначены для передачи больших нагрузок; прочность зуба не является определяющим фактором в большинстве случаев, точность изготовления явля­ется решающим фактором при передаче равномерного углового перемещения.

- конструкция корпусов и методы смазки полностью отличаются от передач с нормальным зубом;

- червяки и червячные колеса имеют малые размеры, отклонение профиля зуба не может быть измерено с той же точностью, что для передач с нормальным зубом.

Американские стандарты предусматривают следующие осевые шаги червяков: 0.03; 0.04; 0.05; 0.065; 0.08; 0.10; 0.13; 0.16 дюйма. Осевой шаг червяка (axial pitch) является основой для расчета червячной передачи, так как он определяет величину хода червяка (lead) и равен окружному питчу (circular pitch) червячного колеса в центральном сечении.

Американские стандарты предусматривают следующие углы подъема витка чер­вяка (lead angle): 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 3.0; 4.0; 5.0; 7.0; 9.0; 11; 14; 17; 21; 25; 30 градусов.

Стандартный угол профиля червяка – 20°.

Мелкозубые червяки в основном одно- и двухзаходные. Делительные диаметры червяка: минимальный – 0.25 дюйма, максимальный – 2 дюйма.

Передаточные отношения мелкозубых червячных передач возможны до 100 и выше, однако для однозаходных червяков рекомендуются передаточные отношения до 50. Для получения более высоких передаточных отношений рекомендуется использо­вать две пары многозаходных червячных передач вместо одной пары однозаходных червячных передач.

Однозаходные червячные передачи имеют сравнительно невысокий КПД и реко­мендуются в случаях, когда необходимо высокое передаточное отношение в одной паре зацеплений.

Многозаходные передачи применяются при необходимости более эффективной передачи мощности, углы подъема витков выбираются в пределах 25,30 или 45 гра­дусов. Максимальное число витков червяка 6…7.

 

 

Формулы для расчета основных геометрических размеров мелкозубых червячных передач

 

Параметр

Обозначение

Формула

Исходные данные

Axial Pitch of Worm

Осевой питч червяка

P x

Определяются прочностными и кинематическими расчетами

Lead Angle of Worm

Угол подъема витка червяка

λ

Number of Threads in Worm

Число витков червяка

n

Ratio of gearing

Передаточное отношение

mG

Number of Teeth in Wormgear

Число зубьев червячного колеса

N

N=nmG

Helix Angle of Wormgear

Угол наклона зубьев червячного колеса

ψ

ψ =λ

Circular Pitch of Wormgear

Окружной шаг червячного колеса

P

P=Px

in central plane

Normal Circular Pitch

Нормальный окружной питч

P n

Pn =Pxcosλ=Pcosψ

Червяк (worm)

Lead

Ход витка

l

l=nPx

Pitch Diameter

Диаметр делительной окружности

d

d=l/πtgλ

Outside Diameter

Диаметр окружности выступов

d0

d0=d+2a

Safe Minimum Length of Threaded Portion of Worn

Минимальная длина нарезной части червяка

Fw

F2 w=D2o –D2

Червячное колесо (wormgear)

Pitch Diameter

Диаметр делительной окружности

D

D=NP/π=NPx

Outside Diameter

Диаметр окружности выступов

D0

D0=2C –d+2a

Face Width

Ширина венца колеса

F G

F2 G min=1.1250.5 ((do+2c)2 – (do -4a)2)2

Addendum

Высота головки зуба

a

a=0.3183Pn

Whole Depth

Полная высота зуба

ht

ht=0.7003Pn+0.002

Working Depth

Рабочая высота зуба

hk

hk =0.6366Pn

Clearance

Зазор

c

c=ht -hk

Tooth thickness

Толщина зуба

tn

tn =0.5Pn

Approximate normal pressure angle

Нормальный угол давления

Фn

Фn=200

Center distance

Межцентровое расстояние

C

C=d+D

Все линейные размеры в дюймах

 

2. Червячные передачи с нормальным зубом

 

Червячные зацепления с нормальным зубом предназначены для передачи высо­ких крутящих моментов. Червячные зацепления бывают однозаходные и многозаходные.

Червячные зацепления с однозаходным червяком неэффективны для передачи вы­соких мощностей вследствие больших потерь на трение, однако они используются в случаях, когда требуется высокое передаточное отношение в одной паре зацепле­ния; однозаходное червячное зацепление также имеет самотормозящее действие.

Ориентировочно можно принять, что самотормозящее действие червячной передачи проявляется при углах подъема витка менее 5°; вращение червяка под действием нагрузки на червячное колесо происходит при углах подъема витка свыше 11°. На самотормозящее действие червячной передачи при небольших углах подъема витка большое влияние оказывают смазка и чистота обработки зубьев, а также вибрация.

Если червячные зацепления проектируются для эффективной передачи крутящих моментов, предпочтительно, чтобы червяк был многозаходным. Угол подъема витка должен быть настолько высоким, насколько возможно при соблюдении остальных требований конструкции, например, в пределах 25°, 30° или 45°. Количество витков червяка колеблется до шести, в зависимости от передаточного отношения передачи. Угол профиля витка выбирается в зависимости от угла подъема витка.

Существуют американские и английские стандарты на червячные зацепления с нормальным зубом. Геометрические размеры зацеплений, выполненных по этим стандартам, различны. Червячные зацепления, выполненные по английским стан­дартам, имеют угол профиля 20°.

 

Американские червячные зацепления

 

Угол подъема витка

Угол профиля витка

до 10°…12°

14.5°

от 10°…12° до 20°…25°

20°

25°…35°

25°

свыше 35°

30°

 

Формулы для расчета геометрических параметров американских дюймовых червячных передач с нормальным зубом

 

Параметр

Обозначение

Формула

Исходные данные

Axial Pitch of Worm

Осевой питч червяка

P

Определяются прочностными и кинематическими расчетами

Number of Threads in Worm

Число витков червяка

t

Ratio of gearing

Передаточное отношение

R

Number of Teeth in Wormgear

Число зубьев червячного колеса

T

T=tR

Addendum

Высота головки зуба:

одно- и двухзаходный червяк

трех- и четырехзаходный червяк

a

 

 

a=0.318P

a=0.286P

Whole Depth

Полная высота зуба:

одно- и двухзаходный червяк

трех- и четырехзаходный червяк

W

 

 

W=0.686P

W=0.623P

Center distance

Межцентровое расстояние

C

C=(D+d)/2

Lead of Worm Thread

Ход витка червяка

L

L=tP

Face Width, Worm-wheel

Ширина венца червячного колеса:

одно- и двухзаходный червяк

трех- и четырехзаходный червяк

цельный вал-червяк

F

 

 

F=2.38P+0.25

F=2.15P+0.2

F=C0.875/3

Lead Angle, Worm

Угол подъема витка червяка

La

tgLa=L/3.1416d

Outside Diameter, Worm

Диаметр выступов червяка

d0

d0=d+2a

Outside Diameter, Worm-wheel

Диаметр выступов червячного колеса:

при углах подъема витка менее 15…200

при углах подъема витка свыше 200

одно- и двухзаходный червяк

трех- и четырехзаходный червяк

D0

 

 

D0=D+(3∙0.03183P)

D0=D+(3∙0.03183PcosLa)

D0=Dt+0.4775P

D0=Dt+0.3183P

Pitch of Worm, Normal

Нормальный шаг червяка

P n

P n =PcosLa

Pitch Diameter, Worm

Делительный диаметр червяка

d

d=2C –D; d=L/3.1416tgLa

Pitch Diameter, Worm-wheel

Делительный диаметр червячного колеса

D

D=2C –d; D=TP/3.1416

Throat Diameter, Worm-wheel

Диаметр «горлового» сечения червячного колеса

Dt

Dt =D+2A

A – высота головки зуба колеса

Throat Radius, Worm-wheel

Радиус «горла» червячного колеса

U

U=0.5d0 -2a

Worm Thread Length

Длина нарезанной части червяка

G

G=P(4.5+0.02T)

Rubbing Speer

Скорость скольжения

V

V2=(0.262n)2(d2+(D/R)2) фут/мин

n – скорость червяка, об/мин

Все линейные размеры в дюймах

 

Делительный диаметр червяка. Существуют общие рекомендации по выбору дели­тельного диаметра червяка. Они предназначены для червяков из цементируемых сталей, выполненных заодно с валом.

- При передаточных отношениях 5, 6 и 7 делительный диаметр выбирается в пределах от 0.38С, когда С = 4 дюйма, до 0.33С, когда С = 20 дюймов.

- При передаточных отношениях 8, 9, 10 делительный диаметр выбирается в пределах от 0.38С, когда С = 4 дюйма, до 0.25 С, когда С = 30 дюймов.

- При передаточных отношениях от 10 до 20 делительный диаметр выбирается в пределах от 0.37С, когда С = 4 дюйма, до 0.24С, когда С = 30 дюймов.

- При передаточных отношениях от 20 до 40 делительный диаметр выбирается в пределах от 0.36С, когда С = 4 дюйма, до 0.23С, когда С = 30 дюймов.

В других случаях делительный диаметр червяка выбирается по эмпирической формуле

 

d=C0.875/2.2 (дюйм).

 

Материалы для зубчатых и червячных передач

 

Сталь. Для зубчатых колес общепромышленного назначения применяются про­стые углеродистые и легированные стали. Наиболее широко используются недо­рогие углеродистые стали. Легированные стали имеют более высокую стоимость и используются в случаях, когда необходимо получить повышенную вязкость сердцевины и более высокую поверхностную твердость и износостойкость зубьев при щадящих режимах закалки, что предотвращает коробление зубьев.

 

Цементируемые стали

 

Материал

Твердость

Термообработка, характеристика, применение

поверхность HRC

сердцевина НВ

AISI 1020

AISI 1116

55…60

160…230

Науглероживание, закалка, отпуск при 175 °С Для высокой износостойкости зубьев.

Сердцевина имеет невысокую прочность

AISI 4130

AISI 4140

50…55

270…370

Закалка, отпуск при 480 °С, азотирование Для зубьев, требующих более высокой износостойкости,

чем у сталей сквозной закалки, но не допускающих коробления от цементации. По­верхность твердая,

сердцевина вязкая

AISI 4615

AISI 4620

AISI 8615

AISI 8620

55…60

55…60

170…260

200…300

Науглероживание, закалка, отпуск при 175 °С Для шестерен, требующих высокой прочности и усталостной

стойкости. Серия 86хх имеет лучшую обрабатываемость, стали с индексом 20 при­меняются для более

крупных зубьев

AISI 9310

58…63

250…350

Науглероживание, закалка, отпуск при 150 °С Для авиакосмических шестерен, работающих при высоких

нагрузках и высоких линейных скоростях; для шестерен, требующих высокой надежности

в экстремальных условиях. Не подходит для высоких температур

Nitralloy N Туре 135 (15-N)

90…94

300…370

Закалка, отпуск при 650 °С, азотирование Для шестерен, требующих высокой прочности и износостойкости,

но не допускающих коробления от цементации. Для работы при высоких температурах

 

Стали сквозной закалки

 

Материал

Твердость

Термообработка, характеристика, применение

поверхность HRC

сердцевина НВ

AISI 1045

AISI 1140

24…40

 

Закалка и отпуск до требуемой твердости. Закалка в масле для пони­женной твердости,

закалка в воде для высокой твердости

AISI 4140

AISI 4340

24…40

 

Для средних и крупных шестерен, работающих при умеренных нагрузках,

умеренная износостойкость.

Закалка в масле, отпуск до требуемой твердости.

Для шестерен, требующих высокой прочности и износостойкости, сопротивления

высоким ударным нагрузкам. Сталь 4140 применяется для шестерен средних размеров,

сталь 4340 применяется для крупных шестерен

 

Зубчатые колеса обычно подвергаются термической обработке: цементации или закалке на полную глубину. Цементация обеспечивает предельно высокую поверх­ностную твердость и сравнительно мягкую и вязкую сердцевину и применяется в случаях, когда требуется высокая износостойкость зубьев. Закалка на полную глубину применяется в случаях, когда требуется высокая прочность зубьев и со­противление ударным нагрузкам.

В зубчатых передачах колесо с меньшим числом зубьев имеет более высокую твер­дость зубьев для обеспечения равномерного износа.

Для червяков червячных передач рекомендуется сталь SAE 2315, подвергаемая цементации и закалке до твердости 80…90 по Шору. Профиль червяков шлифуется и полируется.

Цветные металлы. Для шестерен и червячных колес рекомендуется применять литейные бронзы.

 

Бронзы для зубчатых и червячных передач

 

Материал

Химический состав, %

Назначение

ASTM B-10-18

SAE No.62

88-10-2

86…89 Cu; 9…11 Sn;

1…3 Zn; 0.20 Pb; 0.06 Fe

Цилиндрические и конические шестерни

chill-cast nickel-phosphor-bronze

87.5 Cu; 11 Sn; 1.5 Ni; 0.1…0.2 P

Лучший материал для червячных колес

SAE No.65

88…90 Cu; 10…12 Sn; 0.1…0.3 P; 0.5 Pb, Zn

Червячные колеса, работающие с закален­ными червяками

SAE No.63

86…89 Cu; 9…11 Sn; 1…2.5 Pb; 0.25 P; 0.5 Zn

Червячные колеса, работающие с незака­ленными червяками

 

Неметаллические материалы. Шестерни, изготовленные из неметаллических материалов, применяются в основном для обеспечения бесшумной работы при высоких скоростях. Наиболее распространенный материал для шестерен обще­го применения – слоистые пластики типа текстолита. Текстолитовые шестерни рекомендуется использовать в паре с металлическими зубчатыми колесами из закаленной стали или чугуна. Нагрузочная способность текстолитовых колес со­поставима с чугунными колесами.

 

Относительные размеры зубьев реек различного диаметрального питча (DP)

 

 

 


email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

 

Теоретическая механика   Сопротивление материалов

Строительная механика  Детали машин  Теория машин и механизмов

 

 

 

00:00:00

 

Top.Mail.Ru