01 Огляд
Черв'ячна передача складається з a
Черв'як і черв'ячне колесо, які використовуються для передачі руху та потужності між пересічними валами, зазвичай з кутом перетину 90 градусів. У загальних черв'ячних передачах черв'як є рушійним компонентом.
За зовнішнім виглядом черв'як нагадує болт, а черв'ячне колесо дуже схоже на косозубу циліндричну шестерню.
Під час роботи зуби черв'ячного колеса ковзають і котяться по гвинтовій поверхні черв'яка.
Черв’як — це шестерня з одним або декількома гвинтовими зубцями, які входять у зачеплення з черв’ячним колесом, утворюючи перехресну{0}}осьову пару зубчастих коліс. Його поверхня кроку може бути циліндричною, конічною або тороїдальною.
Існує чотири типи: архімедов черв’як, евольвентний черв’як, нормальний прямий-профільний черв’як і конічний циліндричний черв’як.
Як і нитки, черв’яки поділяються на право-і ліво-типи, які називаються право-черв’яками та ліво-черв’яками відповідно.
Для покращення контакту між зубами черв’ячне колесо виконано у формі дуги по ширині зуба, щоб воно частково охоплювало черв’як. Це призводить до прямого контакту між черв’яком і черв’ячним колесом під час зачеплення, а не точкового контакту.
02Переваги черв'ячних передач
✦ Велике одно{0}}коефіцієнт передачі, зазвичай i=10~100. У механізмах індексації для передачі потужності воно може досягати понад 1500.
✦ Сітка — це лінія контакту, що дозволяє витримувати більшу потужність.
✦ Компактна структура, плавна передача та низький рівень шуму.
✦ Коли кут переднього ходу черв’яка менший за еквівалентний кут тертя між шестернями, він має властивості само{0}}блокування у зворотному напрямку, тобто черв’як може рухати черв’ячне колесо, але черв’ячне колесо не може рухати черв’яка.
03 Недоліки черв'ячних передач
✦ Оскільки два вали перпендикулярні, а вузлові швидкості обох шестерень перпендикулярні, відносна швидкість ковзання дуже висока, що призводить до виділення тепла та зносу.
✦ Низька ефективність, зазвичай 0,7~0,8; Черв'ячні передачі з само-властивостями мають ще нижчий ККД, як правило, менше 0,5.
04 Формули розрахунку черв'ячних передач і черв'яків
1. Коефіцієнт передачі=Кількість зубів черв’ячної шестерні ÷ Кількість нарізей черв’яка
2. Центральна відстань=(діаметр кроку черв’ячного колеса + діаметр кроку черв’яка) ÷ 2
3. Зовнішній діаметр черв’ячного колеса=(кількість зубів + 2) × модуль
4. Діаметр кроку черв’ячного колеса=модуль × кількість зубів
5. Діаметр кроку черв’яка=Зовнішній діаметр черв’яка - 2 × модуль
6. Вивід черв'яка=π × модуль × кількість потоків
7. Кут нахилу спіралі (передній кут) tgB=(модуль × кількість ниток) ÷ діаметр кроку черв’яка
8. Вивід черв'яка=π × модуль × кількість потоків
9. Модуль=Діаметр ділильної окружності / Кількість зубів
Кількість ниток черв’яка: однорізьбовий черв’як (лише одна спіральна лінія на черв’яку, тобто черв’як обертається на один оберт, а черв’ячна передача обертається на один зуб); Дво-черв’як (дві спіральні лінії на черв’яку, тобто черв’як обертається на один оберт, а черв’ячна передача обертається двома зубами).
Модуль відноситься до розміру гвинтової лінії на гвинті; чим більше модуль, тим більше спіральна лінія на гвинті.
Коефіцієнт діаметра відноситься до товщини шурупа.
Модуль: Ділильна окружність шестерні є основою для проектування та розрахунку розмірів різних частин шестерні. Окружність ділильної окружності шестерні=πd=zp, тому діаметр ділильної окружності дорівнює
d = z p/π
Оскільки π є ірраціональним числом у наведеній вище формулі, незручно використовувати його як еталон для позиціонування ділильного кола. Щоб полегшити обчислення, виготовлення та перевірку, співвідношення p/π штучно визначається як кілька простих значень, і це співвідношення називається модулем, представленим m.
05Типи черв'ячних передач
За формою черв'яка черв'ячні передачі можна розділити на циліндричні черв'ячні передачі, тороїдальні черв'ячні передачі і конічні черв'ячні передачі. Серед них найбільшого поширення набули циліндричні черв'ячні передачі. Звичайні циліндричні черв'ячні передачі здебільшого обробляють на токарному верстаті за допомогою ріжучого інструменту з прямою ріжучою кромкою. Залежно від монтажного положення інструменту та типу використовуваного інструменту можна отримати чотири типи черв’ячних передач із різним профілем зубів у поперечному-перерізі, перпендикулярному до осі: евольвентну черв’ячну передачу (тип ZI), черв’ячну передачу архімеда (тип ZA), черв’ячну передачу нормального прямого-профілю (ZN) і конічну огинаючу. циліндрична черв'ячна передача (ЗК).
Евольвентна черв’ячна передача (тип ZI) – площина ріжучої кромки є дотичною до основного циліндра черв’ячної передачі, а торцеві зуби евольвентні, придатні для вищих швидкостей і потужності.
Черв'ячна передача Архімеда (тип ZA) – Профіль зуба в площині, перпендикулярній до осі, є архімедовою спіраллю, а профіль зуба в площині, що проходить через вісь, є прямою. Він простий у виготовленні, але має меншу точність (осьова прямо-профільна черв’ячна передача).
Звичайний прямий{0}}профільний черв’ячний механізм (ZN) – можна шліфувати модифікованим шліфувальним кругом, що робить обробку відносно простою. Він часто використовується для черв’ячних передач із багаторазовим запуском, а ефективність передачі може досягати 0,9.
Конічна циліндрична черв’ячна передача (ZK) – це не-лінійна гвинтова черв’ячна передача. Його не можна обробити на токарному верстаті, а можна лише фрезерувати на фрезерному верстаті та шліфувати на шліфувальному. Цей тип черв'ячної передачі легко піддається шліфовці, завдяки чому підвищується точність, і його застосування набуває все більшого поширення.
06Технологія обробки металевих черв'ячних передач
1. Визначення матеріалу заготовки
⑴ Відмінна оброблюваність, що забезпечує хорошу обробку поверхні та невелику залишкову внутрішню напругу з меншим зносом ріжучих інструментів.
⑵ Міцність на розрив зазвичай не менше 588 МПа.
⑶ Хороші властивості термічної обробки, хороша загартовуваність, не схильність до гартування тріщин, однорідна структура, невелика деформація термічної обробки та здатність отримати високу твердість, що забезпечує зносостійкість і стабільність розмірів черв'ячної передачі.
⑷ Рівномірна твердість матеріалу та металографічна структура, що відповідають стандартам. Зазвичай використовувані матеріали включають: T10A, T12A, 45, 9Mn2V, CrMn тощо. Серед них 9Mn2V має кращу технологічність і стабільність, але погану загартовуваність; його перевагою є мала деформація після термічної обробки, придатний для виготовлення високо-точних деталей, але він схильний до розтріскування та має погані властивості шліфування. Чим вища твердість черв’ячної передачі, тим вона-стійкіша до зносу, але її складніше шліфувати під час виготовлення. 2. Вибір опорних поверхонь обробки
Опорні поверхні черв’ячної передачі: Конструктивно черв’ячні передачі бувають двох форм: черв’ячні передачі в зборі та нероз’ємні черв’ячні передачі. Зібрані черв’ячні передачі використовують внутрішній отвір як базову поверхню обробки. Таким чином, внутрішній отвір спочатку має бути оброблений з високою точністю, а потім зовнішній діаметр і опорні шийки обробляються з використанням внутрішнього отвору як опорної поверхні. При обробці різьблення також використовується внутрішній отвір як базова поверхня, тому потрібна оправка. Як правило, точність внутрішнього отвору прецизійних черв’ячних передач дуже висока, а деякі потребують шліфування для забезпечення точності.
Внутрішній отвір загальних-прецизійних черв’ячних передач повинен мати точність принаймні 1 класу, шорсткість поверхні принаймні 0,12 і торцеве биття не менше 0,005 мм. При обробці черв'ячної передачі на оправці спочатку слід перевірити радіальне биття двох торцевих плечей, щоб переконатися, що воно знаходиться в межах зазначеного допуску. Це слід перевіряти під час кожного наступного процесу. Під час складання черв'ячної передачі також слід перевіряти радіальне биття двох кінцевих плечей. Точність оправки повинна бути дорівнює або перевищувати точність вала, що сполучається з черв'ячною передачею в зборі.
Інтегральні черв'ячні шестерні використовують центральний отвір як базову поверхню обробки. Вимоги до центрального отвору дуже високі; він повинен мати конусність для забезпечення гладкості та площі контакту. Центральний отвір слід перевіряти та виправляти перед кожним процесом. Опорні шийки повинні забезпечувати співвісність із центральним отвором і власну геометричну точність. Перед процесами напів{4}}чистової та чистової обробки слід перевірити радіальне та осьове биття опорних цапф, щоб переконатися, що вони знаходяться в межах допуску.
Під час вибору чорнової бази основною міркою є те, як забезпечити, щоб кожна оброблена поверхня мала достатній припуск на обробку, щоб розміри та положення між необробленою опорною поверхнею та обробленою поверхнею відповідали вимогам креслення.
Вибір орієнтовної бази повинен відповідати таким вимогам:
(1) Грубу базу слід вибирати з обробленої поверхні. Це необхідно для забезпечення точності відносного позиційного співвідношення між обробленою поверхнею та необробленою поверхнею. Якщо на деталі є декілька поверхонь, які не потребують механічної обробки, поверхня з найвищими вимогами до відносної точності позиціонування з обробленою поверхнею повинна бути обрана як груба база. Це забезпечує рівномірну товщину стінок, симетричну форму та меншу кількість операцій затискання.
(2) Виберіть важливу поверхню з рівномірними вимогами допуску на обробку як чорнову базу.
(3) Поверхня з найменшим припуском на обробку повинна бути обрана як орієнтовна база. Це гарантує, що поверхня має достатній припуск на обробку. (4) Наскільки це можливо, плоска, гладка поверхня з достатньо великою площею повинна бути обрана як орієнтовна база для забезпечення точного позиціонування та надійного затискання. Поверхні з воротами, підйомами, зазубринами або зазубринами не слід вибирати як грубі бази даних; при необхідності необхідна попередня механічна обробка.
(5) Слід уникати повторного використання орієнтовної бази, оскільки більшість поверхонь грубої бази є шорсткими та нерівними, а повторне використання ускладнює гарантування точності позиціонування між зовнішніми поверхнями.
Відповідно до принципу грубого вибору опорної точки, затискання зовнішнього кола та обробка більшої частини поверхні за одну операцію затискання може забезпечити співвісність зовнішнього кола та внутрішнього отвору, а також перпендикулярність торця до осі.
Маршрут процесу обробки металевих черв'ячних передач
(1) Не-загартована черв’ячна передача
Підготовка матеріалу-Нормалізація-Чорнове оброблення-(відпуск)-Напів-чистове оброблення зовнішнього діаметра, чорнове оброблення гвинтової поверхні-Штучне старіння-Чистове оброблення (чистове шліфування) внутрішнього отвору та торцевої поверхні-Шпонка різання-Напів-чистове шліфування гвинтової поверхні-Напилювання (обрізання неповних зубів)-Напів-чистове шліфування зовнішнього діаметра-Чистове шліфування спіральної поверхні-Низько-старіння-Притирка центру отвір-Завершене шліфування зовнішнього діаметра-Завершене шліфування гвинтової поверхні
(2) Цементована та загартована черв'ячна передача
Кування-Відпал-Чорнове точіння-Нормалізування-Напів-чистове точіння зовнішнього діаметра та гвинтової поверхні-Напилювання (обрізання неповних зубів)-Цементація-Чистове точіння зовнішнього діаметра (видалення непотрібних деталей) науглерожування)-Загартування та відпуск-Притирка центрального отвору-Токарна різьба кріплення-Фрезерування канавок-Напів-чистове шліфування зовнішнього діаметра-Напів-чистове шліфування гвинтового поверхня-Низькотемпературне-старіння-Притирка центрального отвору-Останнє шліфування зовнішнього кільця та торця-Останнє шліфування гвинтової поверхні
Заготівля: згідно з нормативними документами, заготовка повинна бути підроблена для отримання хорошої металевої волокнистої структури.
Чорнове точіння: переконайтеся в співвісності та залиште відповідну кількість для чистової обробки.
Термічна обробка та загартування HRC28-32, напівчистове точіння, кожна частина залишає 0,5 мм для чистового точіння, частина черв’ячного редуктора та два кінці рельєфної канавки обточуються відповідно до необхідних специфікацій, нарізання черв’ячного колеса, грубе різання, незалежно від того, чи використовується метод шарування, чи метод різання тощо, є прийнятними.
Виміряйте припуск на середньому діаметрі, припуск на напів{0}}обробку забезпечує гарну основу для чистової обробки. Низькошвидкісна обробка потрібна на всіх трьох поверхнях, а ріжучий інструмент має бути гострим із хорошою шорсткістю. Кожна поверхня повинна бути оброблена індивідуально. Для забезпечення концентричності потрібне точне точіння всіх деталей.
Звичайні циліндричні черв’ячні передачі, які обробляються на токарному верстаті з використанням прямої ріжучої кромки, можна класифікувати на архімедові черв’ячні передачі (ZA), евольвентні черв’ячні передачі (ZI) і звичайні черв’ячні передачі з прямим -профілем (ZN) залежно від положення різального інструменту. ZA Архімедові черв'ячні передачі: Площина ріжучого інструменту проходить через вісь черв'ячного колеса, а черв'ячна передача, нарізана кутом ріжучої кромки 2 =40 градусів, має прямий профіль зуба в осьовій площині, а профіль зуба нормального перетину є опуклу криву. Крива профілю зуба на торці є архімедовою спіраллю, звідси і назва архімедова черв'ячна передача. Цей тип черв'ячної передачі відносно простий у обробці та вимірюванні, тому він широко використовується.
Однак механічна обробка ускладнюється, коли передній кут занадто великий. Шліфувальним кругом важко відшліфувати точний профіль зуба, тому точність і ефективність передачі низька. Евольвентні черв'ячні передачі ZI: Площина ріжучої кромки ріжучого інструменту є дотичною до базового циліндра черв'ячної передачі. Отримана черв'ячна передача має опуклу криву профілю в осьовій площині, а профіль зуба на торці, перпендикулярному до осі, є евольвентною, звідси й назва евольвентна черв'ячна передача. Цей тип черв’ячної передачі можна шліфувати, тому він має вищу точність і ефективність передачі, підходить для масового виробництва та високої-потужності та високої{5}}швидкісної точної передачі.
Черв’ячні шестерні зі звичайним прямим{0}}профілем ZN: коли кут нахилу черв’ячної передачі є великим, щоб отримати прийнятний передній кут і кут нахилу для ріжучого інструменту, площина ріжучого інструменту розташовується на нормальній площині спіралі черв’ячної передачі під час обробки. Отримана черв’ячна передача має прямий профіль зубів у нормальному перерізі, тому й отримала назву черв’ячна передача з нормальним прямим{2}}профілем. Крива профілю зуба на торці, перпендикулярному до осі, є розширеною евольвентною кривою, тому її ще називають розширеною евольвентною черв'ячною передачею. Цей тип черв’ячних передач має кращу продуктивність різання, сприяє обробці багато-черв’ячних передач і може шліфуватися за допомогою шліфувального круга. Він часто використовується в багато-прецизійних черв’ячних передачах верстатів. З розвитком технологій і вимог до продукції виникла потреба в подальшому збільшенні швидкості різання, і метод токарної обробки зіткнувся з вузьким місцем, що призвело до розвитку вихрового фрезерування. Цей метод використовує обертовий ріжучий інструмент для збільшення швидкості різання (до 400 метрів на хвилину), при цьому заготовці не потрібно обертатися на високій швидкості.
Існує два способи обертання черв'ячної передачі: внутрішнє обертання і зовнішнє обертання.
Внутрішнє обертання: окружність заготовки є дотичною до окружності ріжучого інструменту всередині (черв’ячна передача знаходиться всередині різальної головки). Точність може досягати DIN7 Ra0.8.
Зовнішнє обертання: окружність заготовки дотична до окружності ріжучого інструменту зовні (черв’ячна передача знаходиться поза ріжучою головкою). Точність може досягати DIN6 Ra0.4.
