Гост 18498-89 передачи червячные. термины, определения и обозначения

Описание

Название происходит от аббревиатуры ЦИАТИМ — Центральный институт авиационных топлив и масел. Именно в этом научно-исследовательском институте была разработана эта смазка. С 1954 года ЦИАТИМ перестал существовать как отдельное учреждение, превратившись в структурное подразделение ВНИИ НП (Всероссийский научно-исследовательский институт переработки нефти). Тем не менее, название «Циатим» закреплено в нормативных документах и продолжает использоваться сегодня.

ЦИАТИМ 221 (ГОСТ 9433-80) термостойкая многоцелевая смазка. В её состав входит кремнийорганическая жидкость, загущённая комплексным мылом с добавлением антиокислительной присадки.

Сфера применения редуктора

Этот механизм является незаменимым помощников в различных сферах деятельности человека. Обычно он применяется:

• в промышленности;
• в автомобильных коробках передач;
• в электрооборудовании и бытовой техники;
• в газодобывающей промышленности и многих других отраслях.

В промышленности этот механизм используется очень широко. В различных обрабатывающих станках он применяется как вращательная передающая деталь, повышающая скорость оборотов.

А вот в автомобильных коробках передач редуктор, наоборот, понижает частоту вращения двигателя. От того, насколько правильно отлажена его регулировка, зависит плавность и мягкость хода транспорта.

Это понижающее обороты устройство используется также в бытовой технике и электрооборудовании, имеющих электродвигатели. Это могут быть миксеры, стиральные машины, дрели, кухонные комбайны, болгарки.

Редукторы являются незаменимой частью вентиляционного оборудования, очистных сооружений, насосных систем. Они способствуют поддержанию оптимального давления газа в газопламенных установках.

Газодобывающая промышленность также не может обойтись без этого механизма. Транспортировка и хранение газов является довольно опасным процессом, поэтому используют редуктор, с помощью которого перекрывают доступ газа или открывают ему выход, регулируя напор.

Классификация

Червяки различают по следующим признакам:

• по форме образующей поверхности
  • цилиндрические
  • глобоидные
• по направлению линии витка
  • правые
  • левые
• по числу заходов резьбы
  • однозаходные
  • многозаходные
• по форме винтовой поверхности резьбы
  • с архимедовым профилем
  • с конволютным профилем
  • с эвольвентным профилем
  • трапецеидальный

Зубчатые колёса различают по следующим признакам:

• по профилю зуба
  • прямой — (контакт по точке, малонагруженные передачи)
  • вогнутый — «охватывающий» червяк (контакт по линии)
  • роликовый — зубья вырожденного сектора заменены гребневым роликом
• по типу зубчатого колеса
  • полное колесо (с передачей непрерывного вращения)
  • зубчатый сектор (с поворотом сектора на ограниченный угол)
  • вырожденный сектор с роликом (в паре с глобоидальным червяком — рабочая длина сектора меньше рабочей длины червяка, возможна передача большого момента)

Достоинства и недостатки

Червячная передача в силу своих конструктивных особенностей имеет как достоинства, так и недостатки.

Из достоинств стоит отметить плавность хода, эффект самоторможения, низкий уровень шума, большое передаточное отношение с использованием всего двух деталей.

Из недостатков следует обратить внимание на сравнительно низкий КПД, повышенный износ, заедание, большое тепловыделение вследствие сил трения. Низкий КПД обуславливает применение подобных механизмов при передаче относительно небольших мощностей до 100 кВт

Для предотвращения скорого износа и заедания необходимо соблюдать требования к точности сборки и регулировать механизмы. Высокое тепловыделение требует специальных установок для отвода лишнего тепла.

Различие редукторов в основном сводится к различиям червяков и зубчатых колес, из которых собран данный червячный редуктор.

Червяки разделяются на типы по следующим признакам:

• по количеству заходов резьбы: однозаходные, многозаходные
• по направлению нарезки резьбы: правые, левые
• по форме винта, на котором нарезана резьба: цилиндрические, глобоидные
• по форме профиля резьбы: с конволютным профилем, с архимедовым профилем, с эвольвентным профилем
• Зубчатые колёса разделяются на типы по следующим признакам:
• по типу колеса: собственно колесо, зубчатый сектор, вырожденный сектор
• по профилю зубьев: прямой, вогнутый, роликовый (вместо зубьев используется вращающийся ролик)
   

Червячные редукторы со встроенным двигателем называются червячными мотор-редукторами. В редукторах чаще всего двигательный вал располагается под прямым углом к движимому. Компоновка червячного редуктора выбирается исходя из конкретных требований к устройствам. Двигатель может располагаться как сверху приводимого в движение колеса, так и снизу и сбоку. При боковом расположении двигатель устанавливается вертикально. Вследствие вертикального расположения усложняется процесс смазки подшипников вала, а также чистки внешних элементов.

Для увеличения передаточного числа используются разные технологии, но наиболее эффективной является применение большего числа ступеней.

Для смягчения сил трения и повышения сопротивления заеданию применяются специальные вязкие смазочные составы или масла. При низких скоростях вращения смазка осуществляется при помощи специальных ванночек с маслом либо использованием специальных устройств, разбрызгивающих смазку в места повышенного трения. Для червячных редукторов, скорость вращения которых высока применение ванночек нецелесообразно, и применяется принудительная смазка охлаждёнными смазочными материалами.

Основные преимущества редуктора червячного перед зубчатыми передачами заключаются в том, что начальный контакт звеньев происходит не в точке, а по линии. Также входной и выходной валы могут скрещиваться под разными углами, но чаще всего этот угол составляет 90 градусов. Также червячная передача занимает гораздо меньше места, чем зубчатая при одинаковом большом передаточном отношении.

Помимо червячного редуктора червячная передача также применяется в системах регулирования и управления различными устройствами. Благодаря самоторможению обеспечивается точная фиксация положения, а большое передаточное отношение (до 1000) позволяет наиболее точно отрегулировать положение, либо использовать маломощные двигатели. Также червячные передачи и червячные редукторы отлично подходят для установки в качестве механизма передачи в подъёмные и лебёдочные механизмы благодаря своим конструктивным особенностям.

Некоторые технические характеристики промышленно производимых и широко распространённых червячных редукторов.

Самыми распространёнными являются одноступенчатые мотор-редукторы.

Тип	Передаточное число	Частота вращения выходного вала об/мин	Номинальный крутящий момент на выходном валу Нм
редуктор	мотор-редуктор
Ч-20	МЧ-20	5 — 50	28 — 300	4
Ч-25	МЧ-25	6
Ч-31,5	МЧ-31,5	8
2Ч-40	МЧ-40	5 — 80	9,37 — 300	28 — 37
Ч-50	МЧ-50	50 — 70
1Ч-63, 2Ч-63	МЧ-63	5 — 80	7,5 — 300	95 — 135
1Ч-80, 2Ч-80, Ч-80	МЧ-80	150 — 280
Ч-100	МЧ-100	315 — 570
Ч-125	МЧ-125	615 — 1000
Ч-160	МЧ-160	1100 — 1900
Ч-200	МЧ-200	1600 — 3100
Ч-250	МЧ-250	2700 — 5700
Ч-320	МЧ-320	4400 — 10000
Ч-400	МЧ-400	6500 — 19000
Ч-500	МЧ-500	8200 — 33000
РЧН-180	МРЧН-180	12,5 — 50	20 — 90	1300 — 1800
РЧП-300	МРЧП-300	16, 25, 50	20 — 40	4200

Нарезание червячных колес

При проектировании создается модель червячного колеса. По ней легко определится со способом нарезки:

• заход фрезы снизу;
• торцевой.

Торцевой требует инструмента, в точности повторяющего червяк. Дает хорошую точность и чистоту обработки. Фрезу выставлять сложно, необходимо, чтобы в конце обработки она имела положение относительно колеса, в точности соответствующее червяку.

Нарезка зубьев на венце

По наружному диаметру червячное колесо имеет полукруглое углубление. Это позволяет лучше прилегать деталям по эвольвенте и смещать ось, увеличивая площадь контакта. Центр радиуса углубления должен совпадать с осью червяка.

Фрезы для нарезания червячного колеса должны быть с таким же наружным диаметром, как червяк. Внешне она повторяет форму ведущей детали, только вместо непрерывной линии резьбы ряды резцов. Режущая пластина по форме точно повторяет нитку резьбы, но шире нее на размер зазора. В результате конфигурация ответной детали – червячного колеса, точно повторяет формы резьбы, впадины совпадают с выступами нитей.

Фреза выставляется в плоскости оси червяка, касаясь его поверхности. Зубчатый венец вращается вокруг вертикальной оправки или собственного вала, обеспечивая тангенциальную подачу наружной поверхности относительно оси режущего инструмента. Нарезка червячных колес происходит при синхронном движении инструмента и детали, вращающихся вокруг своих осей. Отношение скорости вращения определяется передаточным числом. С каждым оборотом венец придвигается ближе к вращающейся фрезе.

Подача режущего инструмента возможна снизу и сверху. Но в большинстве случаев используют радиальную нарезку, как наиболее удобную и точную.

Ремонтная нарезка

Иногда надо сделать одну деталь, чтобы заменить ее в редукторе. В мастерской не всегда имеется полный набор фрез со всеми нормализованными диаметрами.

Если червячное колесо нарезать фрезой большим диаметром, чем радиус червяка, то прилегание будет хуже, пятно контакта меньше. Линия скольжения сместится к вершине зуба. При нарезке меньшим диаметром с таким же модулем, нагрузка будет на вершину нити резьбы. Погрешность можно компенсировать смещением инструмента и регулировкой расстояния между осями. Но трение и износ все равно будут больше, КПД упадет.

Нарезать червячное колесо фрезой с диаметром больше червяка можно для беззазорного сцепления. В этом случае используется специальная фреза с разными углами профиля для правой и левой стороны. Ось фрезы выворачивается в сторону увеличения наклона зуба. Обычные зубофрезерные станки надо переделывать для обработки беззазорного сцепления.

Из-за отсутствия зазора между рабочими элементами, поверхность быстро стирается и приходится постоянно производить регулировку. Беззазорные сцепления применяются при высокой точности и большой нагрузке с малой активностью пары, например, в прокатных станах для регулировки прижима валков – толщины прокатываемого металла.

Для изготовления одного или нескольких колес с нестандартными размерами может применяться оправка с одним резцом по форме впадины между зубьями. Инструмент вращается постоянно. Колесо вращается синхронно с инструментом. После каждого оборота реза проворачивается на размер модуля зуба и за полный оборот, подвигается к оправке с резцом на глубину реза.

Недостаток способа изготовления венца в длительности процесса. Один резец обрабатывает деталь в несколько раз дольше, чем фреза. Учитывая стирание резца, надо делать черновую и чистовую обработку.

Червячное колесо отличается от других своим внешним видом и способом обработки. Оно делается точно под определенный червяк.

Система смазки редуктора

Каждый такой агрегат автомобиля имеет систему смазки. Масло под давлением подает на подшипники и цепной механизм. Помимо своей прямой обязанности система смазки охлаждает и выносит лишние элементы износа из корпуса редуктора, которые смогут привести в негодность цепные шестеренки. Эти элементы выходят из системы с маслом и задерживаются фильтром.

Чтобы масло не смогло вытекать из корпуса редуктора, требуются специальные сальники. Специальные сальники в автомобиле есть не только в этой системе. Эти сальники есть везде, где требуется герметичность. Для того, чтобы сальники создавали герметичность, сальники нужно правильно установить. Замена сальников является такой же сложной процедурой, как и ремонт редуктора. Первой причиной того, что требуется заменить сальники, является след масла на корпусе.

Рулевое управление

Он используется в автомобиле не только в мостах, но и в рулевой системе. На самом деле жидкостный рулевой редуктор – это старейшая система, которая прошла множество изменений, но технический принцип ее остался общим.

Рулевой редуктор имеет ряд преимуществ, главным из которых является большое отношение передачи энергии. Можно сказать, что к достоинствам относится низкий шум работы редуктора и плавность хода. Рулевой редуктор также обладает и недостатками, главным из которых является быстрый износ цепного механизма и обильное выделение тепла. Приводом для рулевого преобразователя энергии служит рулевое колесо.

Редукторы с задним расположением толкателей

Понижающий редуктор с задним расположением толкателей пользуется большим спросом. В первую очередь надо отметить, что модели являются компактными. При этом устройства отлично справляются с большими перегрузками. Недостатком моделей можно назвать быстрый износ дисков. Происходит это из-за трения упоров. При необходимости модификацию можно сделать своими руками.

С этой целью специалисты рекомендуют заготовить узкий блок, установить диски с роликовым механизмом. Шестерню целесообразнее укладывать после толкателей. Также надо отметить, что есть модификации с тормозными упорами. Толкатели в таком случае фиксируются на стойке. Для переключения передач придется установить рычаг. После этого фиксируется ведущий диск. Крышку для редуктора можно подбирать с винтовым соединением. Нажимные диски, как правило, фиксируются возле передней стойки. Держатель для моделей подходит с упором или без него. Если верить отзывам специалистов, то наиболее востребованными считаются редукторы на два толкателя.

Достоинства и недостатки

У рассматриваемого механизма есть довольно большое количество преимуществ и недостатков, которые должны учитываться. Проводимые тесты позволяют определить мощность. К плюсам отнесем следующее:

1. Высокое передаточное число. Сегодня червячный редуктор может передавать крутящий момент в соотношении до 1000/1. Другие технические решения не позволяют реализовать подобные эксплуатационные характеристики. Не многие устройства могут передавать вращение с подобным передаточным числом.
2. Компактность. Как ранее было отмечено, одноступенчатый вариант исполнения имеет небольшие размеры. Именно поэтому механизм соединяется с другими в одну конструкцию. В большинстве случаев проводится установка червячной конструкции в случае, когда в приоритете именно компактность.
3. Бесшумность. При работе редукторов есть вероятность возникновения сильного шума, который создает трудности. Рассматриваемый вариант исполнения лишен подобного недостатка.
4. Плавность хода. В некоторых случаях при передаче вращения нужно обеспечить высокую плавность хода. При этом некоторые конструкции могут проводить самоторможение при необходимости.
5. Отсутствие обратного хода можно назвать еще одним важным преимуществом конструкции. При передаточном показателе 35/1 отсутствует эффект обратного хода, так как ведомое колесо нельзя провернуть.
6. Ремонтопригодность. Сегодня можно найти специальный комплект для восстановления редуктора. Ремонтопригодность позволяет на месте провести требуемую работу.

Однако, есть и несколько существенных недостатков, которые должны учитываться. Примером назовем следующее:

1. Низкий КПД. КПД червячного редуктора намного меньше в сравнении с другими конструкциями. Именно поэтому в случае, когда не нужно обеспечивать плавность хода и бесшумность червячный редуктор не устанавливается по причине экономических соображений. Снижение показателя КПД прежде всего можно связать с тем, что червяк перенаправляет усилие. Потери могут составлять около 30% и более процентов.
2. Нагрев также можно назвать существенным недостатком. Устройство должно находится постоянно в смазанном состоянии, так как происходит существенный нагрев при трении подвижных элементов. Слишком высокая температура становится причиной, по которой металл теряет свои основные характеристики Примером можно назвать твердость и износостойкость поверхности.
3. Нет возможности применять для передачи большого усилия. Как показывает практика, червячный редуктор устанавливается только в случае необходимости передачи крутящего момента на более 15 кВт.
4. Между валами наблюдается люфт. Даже вначале эксплуатации есть небольшой люфт, который со временем существенно увеличивается. Именно поэтому устройство не может прослужить в течение длительного периода.
5. Наблюдается сильный износ зубьев. При этом восстановить детали не получается, проводится их полная замена, за счет чего повышаются расходы.

Выбор наиболее подходящего редуктора проводится с учетом достоинств и недостатков рассматриваемого механизма.

При показателе от 60 до 200 кВт конструкция должна обеспечивать принудительную подачу масла, которое требуется для охлаждения и смазывания.

Применение устройства

Червячный редуктор малогабаритный встречается в самых различных сферах. Примером можно назвать подъемники, конвейеры, насосы, мешалки, приводы ворот и многое другое. Кроме этого, установка механизма проводится в том случае, когда требуется механизм с невысокой стоимостью. Среди особенностей выбора отметим следующее:

Если передаточное число должно быть больше 25, а также не требуется свойство самоторможения, то рекомендуется отдавать предпочтение цилиндро-червяные механизмы. Это связано с более высоким показателем КПД в сравнении с другим вариантами исполнения, за счет чего увеличивается ресурс работы и снижаются затраты на электроэнергию.
Запрещается проводить установку устройства в случае возникновения на момент эксплуатации ударной нагрузки. Это связано с тем, что длительная эксплуатация при ударных нагрузках может привести к сильному нагреву устройства и это существенно снизит рабочий ресурс. Известны случаи, когда при передаче усилия 4 кВт масло в корпусе практически закипало.
Устройство должно устанавливаться исключительно в горизонтальном положении. В противном случае есть вероятность того, что на момент эксплуатации масло будет вытекать через отверстия. Есть варианты исполнения, которые предназначены для вертикальной установки, все зависит от определенных условий эксплуатации.
Запрещается применять устройство при создании системы позиционирования

Как ранее было отмечено, устройство имеет люфт, который негативно отражается на точности.
При установке механизма уделяется внимание тому, что оно обладает свойством самоторможения. Именно поэтому редуктор не устанавливается в случае, если приходится управлять устройство вручную при определенных условиях эксплуатации.

Специалисты рекомендуют перед тем как запустить новое устройство провести его обкатку в холодном режиме. При этом нужно добавить должное количество масла, после чего устройство работает в течение 15-20 часов.

Это можно связать со следующими моментами:

1. Расчет должен проводить исключительно профессиональный инженер, обладающий соответствующим опытом.
2. После создания проекта, что предусматривает выполнение определенных расчетов и отображение чертежа, проводится непосредственное производство основных элементов. Все применяемые материалы должны быть надлежащего качества, так как в противном случае конструкция не сможет прослужить в течение длительного периода.
3. Получив все необходимое проводится непосредственная сборка. Подобная работа также должна выполняться специалистом, так как все элементы должны идеально подходить друг к другу.

В целом, можно сказать, что сегодня устанавливаются исключительно покупные варианты исполнения, так как самодельные не могут прослужить в течение длительного периода и не обладают требуемыми эксплуатационными свойствами.

В заключение отметим, что червячный редуктор может быть отремонтирован своими руками, для работы не нужно обладать особыми навыками. Часть общего картера, в котором находятся основные элементы, зачастую можно снять. Перед непосредственным ремонтом проводится выливание масла в специальную емкость, после чего оно заменяется. Рабочая пара всегда подвергается полной замене, так как износ одного становится причиной повышенного износа другого. При незначительном зазоре проводится использование специальных вкладышей, за счет которых проводится смещение цилиндрического колеса и червяка.

Конструкция

Червячная передача получила свое название по ведущей детали, передающей крутящий момент. Ведомая деталь имеет зуб с косой нарезкой. По ободу радиальное занижение поверхности. Это увеличивает линию контакта нити резьбы и зуба.

Оси вращение деталей располагаются под углом. Обычно это 90°, но может быть 45°. Применяется такое расположение деталей в сильно нагруженных тихоходных передачах, со скоростью движения точки на наружной поверхности менее 5 м/сек.

При взаимодействии передачи поверхность резьбы не толкает зубья в направлении вращения, а скользит по эвольвенте, как бы отодвигая ее. В результате возникает сильное трение и нагрев деталей в месте контакта.

Червячная пара должна хорошо смазываться, охлаждаться и обладать антифрикционными свойствами. Материал червяка изменять нельзя, он нарезается из хромистой стали и проходит закалку, шлифовку поверхности резьбы или шугаровку – обработку пластиной с малой глубиной реза. Инструмент скорее продавливает поверхность резьбы, чем режет ее. Создается на верхнем слое наклеп, упрочняющий рабочую поверхность, делающий ее гладкой.

Материал для венца

Венец зубчатого колеса выполняется из относительно мягкого материала с высоким сопротивлением стиранию. В основном применяются оловянные бронзы и латунь. Для низкоскоростных передач с ручным управлением можно делать венец из серого чугуна. В зависимости от скорости вращения зубчатый венец изготавливается из материала:

• 5 – 25 м/сек – оловянистые бронзы ОФ10-1, ОНФ;
• ≤ 5 м/сек – Бр.АЖ9-4, алюминиево-железистая бронза;
• ≤ 2 м/сек – венец может быть из чугуна.

Бронза стоит значительно дороже стали и мягче. Полностью из нее делаются детали, размеры которых в пределах 160 мм. Большие детали вытачиваются из стали и бронзовый на них только венец. Он нагорячо сажается на вал и закрепляется штифтами по линии соединения, чтобы венец не прокручивался. После остывания производится чистовая обработка колеса и нарезается зуб.

Расчет диаметра

Диаметр колеса рассчитывается по средней линии зуба – ширины зуба и впадины равны. Наружный, используемый для изготовления и расчетов радиус, определяется теоретически. После завершения обработки, он находится за пределами фактического обода колеса.

Скольжение происходит по линии делительного диаметра – середина зуба по высоте. Он рассчитывается по формуле:

где d₂ — делительный диаметр шестерни; m – модуль; z₂ – количество зубьев колеса.

Наружный радиус зуба имеет один центр с осью червяка.

Ширина зубчатого венца

Ширину венца червячного колеса определяют по числу витков винта по формуле:

где b₂ – ширина венца; 0,315 и 0,355 – расчетный коэффициент; Z₁ – количество заходов винтовой резьбы; a – межцентровое расстояние; a_w – расстояние с учетом смещения червяка относительно зубчатого колеса.

Расстояние смещения определяет размер зазора между рабочими элементами деталей.

Расчет передаточного числа червячной передачи

Ведущая деталь, передающая вращение – червяк, не имеет зубьев. На нем нарезается резьба с числом заходов: 1, 2, 4. Червяки с 3 витками ГОСТом не предусмотрены. Их можно рассматривать и рассчитывать только теоретически. При расчете передаточного числа вместо количества зубьев шестерни берется число заходов резьбы.

Рассчитать передаточное число червячной передачи, формула аналогична другим зубчатым зацеплениям:

где U – передаточное число; Z₁ – число заходов на червяке; Z₂ – количество зубьев на колесе.

Обратная передача крутящего момента от колеса на червячный вал невозможна. Из-за сильного трения зубьев и низкого КПД передачи колесо не может быть ведущим. Это позволяет не делать тормоза в подъемных механизмах. Достаточно регулировать вращение червячного вала.

Расчет передаточного отношения

Величина передаточного отношения червячной передачи рассчитывается по отношению скорости скольжения червяка и вала.

Где V₁ – скорость скольжения червяка; V₂ – скорость скольжения червячного колеса. Аналогично w₁ и w₂ угловые скорости; d_δ1, d_δ2 – диаметры.

Произведя подстановку формул значений скоростей скольжения, и математические сокращения получает формулу передаточного отношения червячной передачи:

Где i – передаточное отношение. В червячном зацеплении оно равно передаточному числу.

Характеристики червячных передач нормируются по ГОСТ 2144-76. Для червяка с 1 и 2 заходами передаточное число может иметь значение 8-80. Для 4-заходных червяков разбег значений меньше, в пределах 30-80.