Огляд
Черв'ячна передача складається з
черв'як і черв'ячне колесо, які використовуються для передачі руху та потужності між пересічними валами, як правило, з кутом перетину 90 градусів. У загальних черв'ячних передачах черв'як є рушійним компонентом.
Черв'як своїм зовнішнім виглядом нагадує болт, а черв'ячне колесо 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 пару зубчастих коліс, що перетинаються. Його поверхня кроку може бути циліндричною, конічною або тороїдальною.
Є чотири типи: архімедов черв’як, евольвентний черв’як, нормальний прямий-профільний черв’як і конічний-замкнутий циліндричний черв’як.
Як і нитки, черв’яки можуть бути право-і ліво-черв’яками, які називаються право-черв’яками та ліво-черв’яками відповідно.
Щоб покращити контакт із зубами, черв’ячне колесо має дугоподібну форму вздовж ширини зуба, охоплюючи частину черв’яка. Це означає, що черв'ячна передача зачеплюється через лінійний контакт, а не через точковий контакт.
Недоліки черв'ячних передач:
✦ Через те, що два вали перпендикулярні, а швидкості нахилу двох шестерень перпендикулярні, відносна швидкість ковзання дуже висока, що призводить до виділення тепла та зносу.
✦ низька ефективність, зазвичай між 0,7 і 0,8; Черв'ячні передачі з само-механізмами 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. Діаметр кроку 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) tanB=(модуль × кількість ниток) ÷ діаметр кроку черв’яка
8. Черв’як=π × модуль × кількість потоків
9. Модуль=Діаметр ділильної окружності / Кількість зубів
Кількість ниток у черв’яку: один-черв’як (лише одна спіраль на черв’яку, тобто один оберт черв’яка відповідає одному обертанню зуба черв’ячного колеса); Дво-черв'як (дві спіралі на черв'яку, тобто один оберт черв'яка відповідає двом обертам зуба черв'ячного колеса). Модуль відноситься до розміру спіралі на гвинті; чим більший модуль, тим більша спіраль.
Коефіцієнт діаметра відноситься до товщини шурупа.
Модуль: ділильне коло зубчастого колеса є орієнтиром для проектування та розрахунку розмірів його різних частин. Довжина ділильної окружності=πd=zp, тому діаметр ділильної окружності дорівнює d=zp/π. Оскільки π є ірраціональним числом у наведеній вище формулі, незручно розташовувати ділильне коло як еталон. Для полегшення розрахунків, виготовлення та перевірки відношення p/π штучно визначено як просте числове значення, і це відношення називається модулем і позначається m.
05 Типи черв'ячних передач
За формою черв'яка черв'яки 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 зазвичай обробляються на токарному верстаті за допомогою ріжучого інструменту з прямою твірною 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 звичайного прямого-профілю (тип ZN) і конічна-огинаюча циліндрична черв'ячна передача (типу ZK).
Евольвентна черв’ячна передача (тип ZI) – площина ріжучої кромки є дотичною до основного циліндра черв’яка, а торцеві зуби є евольвентними. Підходить для більш високих швидкостей і більшої потужності.
Черв'ячна передача Архімеда (тип ZA) – профіль зуба, перпендикулярний площині осі, є архімедовою спіраллю, а профіль зуба в площині, що проходить через вісь, є прямою лінією. Простий в обробці, але з меншою точністю. (Осьова пряма-черв’ячна передача).
Звичайна черв’ячна передача з прямим-профілем (тип ZN) – можна шліфувати за допомогою модифікованого шліфувального круга, відносно проста в обробці, часто використовується для багато{1}}черв’ячних передач, з ефективністю передачі до 0,9.
Конічний циліндричний черв’як (ZK) – це не-лінійний спіральний черв’як. Його не можна обробити на токарному верстаті; його можна тільки фрезерувати на фрезерному верстаті і шліфувати на шліфувальному. Цей вид черв'яків легко шліфується, має високу точність і все ширше використовується.
06 Процес обробки металевих черв'яків
1. Визначення матеріалу заготовки
⑴ Відмінна оброблюваність, досягнення гарної обробки поверхні та низького залишкового внутрішнього напруження, що мінімізує знос інструменту.
⑵ Межа міцності на розрив зазвичай становить не менше 588 МПа.
⑶ Хороша здатність до термічної обробки, хороша загартовуваність, нелегка тріщина під час загартування, рівномірна мікроструктура, невелика деформація при термічній обробці та висока твердість, що забезпечує зносостійкість та стабільність розмірів черв’яка.
⑷ Рівномірна твердість матеріалу та металографічна структура відповідно до стандартів. Зазвичай використовувані матеріали включають: T10A, T12A, 45, 9Mn2V, CrMn тощо. 9Mn2V має хорошу технологічність і стабільність, але погану загартовуваність. Його перевагою є невелика деформація після термічної обробки, що робить його придатним для виготовлення високо-точних деталей, але він схильний до розтріскування та погано піддається шліфуванню. Вища черв'ячна твердість підвищує зносостійкість, але її важко шліфувати при виготовленні.
2. Вибір точки позиціонування обробки
Дані розташування черв’яка: структурно черв’яки бувають двох форм: вбудовані черв’яки та цілісні черв’яки. Встановлені черв’яки використовують внутрішній отвір як базову точку обробки, отже, внутрішній отвір слід обробити спочатку з точністю, а потім зовнішній діаметр і опорну цапфу слід обробити, використовуючи внутрішній отвір як базову. Обробка різьблення також використовує внутрішній отвір як базову, тому потрібна оправка. Як правило, вимоги до точності внутрішніх отворів для прецизійних індексуючих черв’яків дуже високі, а деякі вимагають шліфування для забезпечення точності.
Як правило, точність внутрішнього отвору прецизійного індексуючого черв'яка повинна бути не нижче 1 класу, шорсткість поверхні не менше 0,12, а биття торцевої поверхні внутрішнього отвору не менше 0,005 мм. При обробці черв'ячної передачі, встановленої на оправці, спочатку слід перевірити радіальне биття плечей на обох кінцях, щоб переконатися, що воно знаходиться в межах зазначеного допуску. Цю перевірку слід проводити після кожної наступної операції. Так само під час складання черв'ячної передачі необхідно перевірити радіальне биття плечей з обох кінців. Точність оправлення повинна бути рівною або перевищувати точність вала, що сполучається з черв'ячною передачею.
Інтегрована черв'ячна передача використовує центральний отвір як базову точку обробки. Вимоги до центрального отвору дуже високі; він повинен мати звужений кінець, щоб забезпечити обробку поверхні та площу контакту. Центральний отвір слід перевіряти та виправляти перед кожною операцією. Опорна цапфа повинна забезпечувати співвісність з центральним отвором і власну геометричну точність. Перед операціями напів{4}}чистової та чистової обробки слід перевірити радіальне, радіальне та осьове биття торцевої поверхні опорної шийки, щоб переконатися, що вони знаходяться в межах допуску.
При виборі орієнтовної опорної точки слід зосередитися на забезпеченні достатнього припуску для кожної обробленої поверхні, щоб розміри та положення між необробленою базовою та обробленою поверхнею відповідали вимогам креслення.
Вибір орієнтовної бази повинен відповідати таким вимогам:
(1) Орієнтовна база повинна базуватися на обробленій поверхні. Це необхідно для забезпечення точності позиційного співвідношення між обробленими та необробленими поверхнями. Якщо заготовка має кілька поверхонь, які не потребують механічної обробки, поверхня з найвищими вимогами до точності позиціонування відносно обробленої поверхні повинна бути обрана як груба база. Це спрямовано на досягнення рівномірної товщини стінок, симетричної форми та меншої кількості операцій затискання.
⑵ Виберіть важливу поверхню з рівномірним припуском на обробку як орієнтовну базу.
⑶ Виберіть поверхню з найменшим припуском на обробку як орієнтовну базу. Це гарантує, що поверхня має достатній припуск на обробку.
⑷ Виберіть рівну, гладку поверхню з достатньо великою площею як орієнтовну базу, щоб забезпечити точне позиціонування та надійне закріплення. Поверхні з воротами, виступами, задирками або шорсткими краями не слід вибирати як чорнові опорні точки та їх слід попередньо -обробити, якщо необхідно.
⑸ Уникайте повторного використання чорнової опорної точки, оскільки більшість шорстких базових поверхонь є нерівними, і повторне використання ускладнює гарантування точності позиціонування між зовнішніми поверхнями.
Дотримуючись принципів вибору чорнової бази, затискання зовнішнього кола та обробка більшої частини поверхні за одну операцію затискання забезпечує співвісність зовнішнього кола та внутрішнього отвору, а також перпендикулярність торця до осі.
Маршрут процесу обробки металевих черв'ячних передач
⑴ Незагартована черв'ячна передача
Підготовка матеріалу – Нормалізація – Чорнове точіння – (Відпуск) – Напів-чистове оброблення зовнішнього діаметра, чорнове оброблення спіральної поверхні – Штучне старіння – Чистове оброблення (тонке шліфування) внутрішньої торцевої поверхні – Вставлення шпонкової канавки – Напів-чистове оброблення спіральної поверхні – Затискання (ремонт неповних зубів) – Напів-чистове шліфування зовнішнього діаметра – Тонке шліфування гвинтової поверхні – Низько{3}}температурне старіння – Шліфування центрального отвору – Тонке шліфування зовнішнього діаметра – Тонке шліфування гвинтової поверхні
⑵ Цементована та загартована черв’ячна передача
Кування – Відпал – Чорнове точіння – Нормалізація – Напів{0}}чистове точіння зовнішнього діаметра та гвинтової поверхні – Затискання (ремонт неповних зубів) – Цементація – Чистове точіння зовнішнього діаметра (видалення деталей, які не потребують цементації) – Загартування та відпустка – Шліфування центрального отвору – Точіння кріпильної різьби – Фрезерування канавок – Напів{1}}чистове шліфування зовнішнього діаметра – Напів-чистове шліфування гвинтової поверхні – Низько-температурне старіння – Шліфування центрального отвору – Тонке шліфування зовнішнього кільця та торцевої поверхні – Тонке шліфування гвинтової поверхні
Заготовка матеріалу: Відповідно до вимог стандарту, заготовка повинна пройти обробку куванням для отримання хорошої волокнистої структури металу.
Чорнове точіння: переконайтеся в співвісності та врахуйте відповідний припуск на обробку.
Термічна обробка (HRC28-32), напів{3}}чистове точіння: дозвольте 0,5 мм припуску на обробку для кожної деталі під час напівчистового точіння. Поверніть черв'ячну секцію та рельєфні канавки на обох кінцях відповідно до необхідних характеристик. Грубе точіння хробака з використанням методів шарування або різання знизу є прийнятним.
Виміряйте припуск на середньому-діаметрі. Припуск на -напівфінішне точіння забезпечує хорошу основу для гарної обробки.
Низько{0}}швидкісне чистове точіння з трьох сторін відповідно до необхідних характеристик: інструмент має бути гострим, а шорсткість ріжучої кромки має бути хорошою, що забезпечує гладку обробку з кожного боку. Завершіть обертання всіх деталей відповідно до необхідних характеристик, щоб забезпечити співвісність.
Якщо звичайний циліндричний черв’як обробляється на токарному верстаті з використанням прямої ріжучої кромки, залежно від положення установки інструменту, отриманий черв’як можна класифікувати як архімедів черв’як (ZA), евольвентний черв’як (ZI) або нормальний прямий профільний черв’як (ZN) тощо. ZA Архімедов черв’як: площина ріжучої кромки інструменту токарного верстата проходить через вісь черв’яка та черв'як розрізаний під кутом ріжучої кромки 2 =40 градусів. Отриманий черв'як має прямий профіль зуба в осьовій площині, а нормальна ділянка профілю зуба являє собою опуклу назовні криву. Крива профілю зуба на торці являє собою архімедову спіраль, звідси і назва архімедового черв'яка. Цей тип хробаків порівняно легко обробляти та вимірювати, і тому широко використовується.
Однак обробка ускладнюється, коли кут випередження занадто великий. Важко шліфувати точні профілі зубів за допомогою шліфувального круга, що призводить до зниження точності та ефективності передачі.
ZI Евольвентний черв'як: Площина ріжучої кромки токарного інструменту є дотичною до базового циліндра черв'яка. Отриманий черв'як має опуклий вигин профілю в осьовій площині, а профіль зуба на торці, перпендикулярному до осі, є евольвентою, звідси і назва евольвентного черв'яка. Цей тип черв’яка можна шліфувати, що забезпечує вищу точність і ефективність передачі, придатність для масового виробництва та високої-потужності та високої{3}}швидкісної точної передачі.
Черв'як ZN із звичайним прямим профілем: коли кут нахилу черв'яка є великим, щоб отримати прийнятні передні та зазорові кути для ріжучого інструменту, площина ріжучої кромки ріжучого інструменту розміщується на нормальній площині спіралі черв'яка під час повороту. Черв'як, вирізаний таким чином, має прямий профіль зуба на нормальному перетині, звідси й назва черв'яка звичайного прямого профілю. Крива профілю зуба на торці, перпендикулярному до осі, є розширеною евольвентою, тому її також називають розширеною евольвентою черв'яка. Цей тип черв’яка має гарну продуктивність різання, є корисним для обробки багато-черв’яків і може шліфуватися за допомогою шліфувальних кругів, які зазвичай використовуються в багато-прецизійних черв’якових приводах на верстатах. З розвитком технології та вимогами до продукції потрібне подальше збільшення швидкості різання, створюючи вузьке місце в методах токарної обробки, що призводить до розвитку вихрового фрезерування. Це передбачає використання обертового ріжучого інструменту для збільшення швидкості різання (до 400 метрів на хвилину), при цьому заготовці не потрібно обертатися на високій швидкості.
Методи вихрового помелу черв'яків поділяються на два типи: внутрішнє вихрове і зовнішнє подрібнення.
Внутрішній циклон: окружність заготовки є внутрішньою дотичною до окружності зуба фрези (черв’ячна передача всередині фрезової головки). Точність до DIN7 Ra0.8. Зовнішній циклон: окружність заготовки є зовнішньою дотичною до окружності зуба фрези (черв’ячна передача поза фрезовою головкою). Точність до DIN6 Ra0.4.
