Скольжение в зацеплении

На рис. 5.15 изображены векторы окружных скоростей червяка и червячного колеса, обозначенные соответственно v4 и vK. Приняв вращение червяка за абсолютное, а вращение червячного колеса за переносное движение, согласно теореме о сложении скоростей можно построить параллелограмм скоростей, где vs — вектор относительной скорости скольжения витка червяка по зубу колеса, причем.

где у — угол подъема линии витка червяка.

Как видно из рис. 5.15, скорость скольжения в червячном зацеплении больше окружной скорости червяка. Именно в этом состоит коренное отличие червячной передачи от зубчатой, у которой скорость скольжения значительно меньше окружной скорости.

Трение в червячном зацеплении подобно трению в клинчатом ползуне. Поэтому оно характеризуется приведенным коэффициентом трения/ = tg ср', где ф' — приведенный угол трения. Значения / и ф' зависят от скорости скольжения, т. е./ уменьшается с увеличением скорости скольжения. Например, при скорости скольжения v_s = 0,1 м/с приведенный коэффициент трения / = 0,1, а при скорости v_s = 10 м/с величина/ = 0,02.

Рис. 5.15. Распределение скоростей в зацеплении червячной передачи.

Значение приведенного коэффициента трения кроме скорости скольжения зависит также от материалов червяка и червячного колеса, шероховатости активных поверхностей, качества смазки.

Материалы червяка и венца червячного колеса.

Поскольку в червячном зацеплении преобладает трение скольжения, материалы червячной пары должны обладать хорошими антифрикционными свойствами, высокой износостойкостью и стойкостью против заедания. Червяки изготовляют или из углеродистых сталей 40, 45, 50. Рабочие поверхности витков шлифуют и полируют.

Материалы венцов червячных колес изготавливаются из оловянной бронзы и безоловянной бронзы и латуни.

Усилия в зацеплении. Полная реакция отклоняется от нормали на величину угла трения. Поэтому сила R взаимодействия витка червяка и зуба червячного колеса будет отклоняться от средней плоскости червячного колеса на угол X + ср' (рис. 5.16), где X — угол подъема линии витка; ср' — приведенный угол трения.

Силу R раскладывают на три взаимно перпендикулярные составляющие: окружную F_t, радиальную F_r и осевую F_a (рис. 5.16):

• 1) окружная сила на червяке F_tl равна осевой силе F_a2 на колесе, но направлена противоположно ей, т. е. F_tl = F_a2 = 2T₁/d₁;
• 2) окружная сила на колесе F_a равна осевой силе на червяке F_al, но направлена противоположно ей, т. е. F_a = F_al = 2T₂/d₂;
• 3) радиальные силы, раздвигающие червяк и червяков:

В этих формулах Т₂ и Т_х — крутящие моменты соответственно.

р

на колесе и на червяке: Т_г Т₂ = Tpu-ц; а — угол профиля витка.

COj.

червяка в осевом сечении.

Рис. 5.16. Параллелепипед сил в червячном зацеплении: силы на червяке.

(—); на колесе (—).

Коэффициент полезного действия.

КПД червячной передачи определяется потерями на трение в зацеплении, потерями на перемешивание и разбрызгивание масла и потерями в опорах валов, причем в червячных передачах последние два вида потерь отдельно не учитываются, так как они относительно невелики.

Потери на терние в червячном зацеплении при ведущем червяке определяются по формуле.

где у — угол подъема линии витка; ф' — приведенный угол трения, определяется по таблицам учебной литературы по деталям машин.

Поскольку г возрастает с увеличением угла у, то КПД червячных передач повышается с увеличением числа витков червяка.

При ведомом червяке КПД червячной передачи определяется по формуле

Из этой формулы видно, что у < ф', г) < 0, т. е. передача оказывается невозможной и передача будет самотормозящей.

Коэффициент полезного действия самотормозящей передачи (при ведущем червяке) очень мал. Поэтому самотормозящие червячные передачи следует применять только тогда, когда потери энергии не имеют существенного значения (приборы, отсчетные устройства).