Преглед
Червячната предавка се състои от
червяк и червячно колело, използвани за предаване на движение и мощност между пресичащи се валове, обикновено с ъгъл на пресичане от 90 градуса. В общите задвижвания с червячна предавка червеят е задвижващият компонент.
По външния си вид червеят прилича на болт, докато червячното колело прилича на спирално цилиндрично зъбно колело.
По време на работа зъбите на червячното колело се плъзгат и търкалят по спиралната повърхност на червея.
Червякът е зъбно колело с един или повече винтови зъбци, които влизат в захващане с червячното колело, за да образуват пресичаща се двойка зъбни колела на вала. Неговата повърхност на стъпката може да бъде цилиндрична, конична или тороидална.
Има четири вида: архимедов червей, еволвентен червей, нормален прав-профилен червей и коничен-затворен цилиндричен червей.
Подобно на нишките, червеите могат да бъдат с дясна-или лява-ръка, наричани съответно червеи с дясна-ръка и лява-червеи.
За да се подобри контактът на зъбите, червячното колело е направено във форма на дъга по посока на ширината на зъба, обхващаща част от червея. Това означава, че червячната предавка зацепва чрез линеен контакт, а не чрез точков контакт.
Недостатъци на червячните задвижвания:
✦ Тъй като двата вала са перпендикулярни и скоростите на двете предавки са перпендикулярни, относителната скорост на плъзгане е много висока, което води до генериране на топлина и износване.
✦ Ниска ефективност, обикновено между 0,7 и 0,8; червячните предавки със само-заключващи механизми имат дори по-ниска ефективност, обикновено по-малка от 0,5.
04. Формули за изчисление на червячни зъбни колела и червяци
1. Предавателно отношение=Брой зъби на червячна предавка ÷ Брой резби на червячна предавка
2. Централно разстояние=(диаметър на стъпка на червячно зъбно колело + диаметър на стъпка на червяк) ÷ 2
3. Диаметър на стъпката на червячната предавка=(брой зъби + 2) × модул
4. Диаметър на стъпката на червячно зъбно колело=модул × брой зъби
5. Диаметър на стъпката на червея=Външен диаметър на червея - 2 × модул
6. Извод на червей=π × модул × брой нишки
7. Ъгъл на спиралата (преден ъгъл) tanB=(модул × брой нишки) ÷ диаметър на стъпката на червея
8. Червеен проводник=π × модул × брой нишки
9. Модул=Диаметър на кръговия кръг / Брой зъби
Брой резби в червяка: Червей с една-резба (само една спирала на червея, т.е. едно завъртане на червея съответства на едно завъртане на зъб на червячното зъбно колело); Червяк с двойна-резба (две спирали на червея, т.е. едно завъртане на червея съответства на две завъртания на зъба на червячната предавка). Модулът се отнася до размера на спиралата на винта; колкото по-голям е модулът, толкова по-голяма е спиралата.
Коефициентът на диаметъра се отнася до дебелината на винта.
Модул: Стъпката на зъбно колело е отправна точка за проектиране и изчисляване на размерите на различните му части. Обиколката на делителния кръг=πd=zp, следователно диаметърът на делителния кръг е d=zp/π. Тъй като π е ирационално число в горната формула, не е удобно позиционирането на кръга на стъпката като отправна точка. За да се улесни изчисляването, производството и проверката, съотношението p/π е изкуствено определено като проста числова стойност и това съотношение се нарича модул, означено с m.
05 Видове червячни предавки
Според формата на червея, червеите могат да бъдат разделени на цилиндрични червячни задвижвания, тороидални червячни задвижвания и конични червячни задвижвания. Сред тях най-широко използвани са цилиндричните червячни предавки.
Обикновените цилиндрични червячни зъбни колела обикновено се обработват на струг с помощта на режещ инструмент с режещ ръб с права образуваща. В зависимост от монтажната позиция на инструмента и вида на използвания инструмент могат да се получат четири типа червячни зъбни колела с различни профили на зъбите в напречното-сечение, перпендикулярно на оста: еволвентно червячно зъбно колело (тип ZI), червячно зъбно колело с Архимед (тип ZA), червячно зъбно колело с нормален прав-профил (тип ZN) и конично-обвиващо цилиндрично червячно зъбно колело (тип ZK).
Еволвентно червячно зъбно колело (тип ZI) – Равнината на режещия ръб е допирателна към основния цилиндър на червяка, а крайните зъби са еволвентни. Подходящ за по-високи скорости и по-висока мощност.
Архимедова червячна предавка (тип ZA) – Профилът на зъбите, перпендикулярен на равнината на оста, е архимедова спирала, докато профилът на зъбите в равнината, преминаваща през оста, е права линия. Лесен за обработка, но с по-ниска точност. (Червячна предавка с аксиален прав-профил).
Червячна предавка с нормален прав{0}}профил (тип ZN) – Може да се шлифова с модифициран шлифовъчен диск, сравнително лесна за обработка, често се използва за много{1}}червячни предавки, с ефективност на предаване до 0,9.
Коничен обгръщащ цилиндричен червей (ZK) – Това е не-линеен спираловиден червей. Не може да се обработва на струг; може да се смила само на фреза и да се смила на шлифовъчна машина. Този тип червей е лесен за смилане, има висока точност и се използва все по-широко.
06 Процес на обработка на метални червеи
1. Определяне на материала на заготовката
⑴ Отлична обработваемост, постигане на добро покритие на повърхността и ниско остатъчно вътрешно напрежение, минимизиране на износването на инструмента.
⑵ Якостта на опън обикновено е не по-малка от 588 MPa.
⑶ Добра обработваемост при топлинна обработка, добра закаляемост, не се напуква лесно по време на закаляване, равномерна микроструктура, малка деформация при термична обработка и висока твърдост, като по този начин се гарантира устойчивост на износване и стабилност на размерите на червея.
⑷ Еднаква твърдост на материала и металографска структура, отговарящи на стандартите. Често използваните материали включват: T10A, T12A, 45, 9Mn2V, CrMn и т.н.. 9Mn2V има добра обработваемост и стабилност, но слаба закаляемост. Предимството му е малката деформация след топлинна обработка, което го прави подходящ за производство на детайли с висока-прецизност, но е предразположен към напукване и има лоша обработваемост на смилане. По-високата твърдост на червея увеличава устойчивостта на износване, но е трудно да се шлайфа по време на производството.
2. Избор на координатна точка за позициониране на обработка
Данни за позициониране на червея: Структурно червеите се предлагат в две форми: монтирани червеи и интегрални червеи. Монтираните червяци използват вътрешния отвор като изходна точка за обработка, следователно вътрешният отвор трябва да бъде първо прецизно обработен, а след това външният диаметър и поддържащата шийка трябва да бъдат обработени с помощта на вътрешния отвор като изходна точка. Машинната обработка на резбата също използва вътрешния отвор като базова точка, което изисква дорник. Като цяло, изискванията за точност на вътрешния отвор за прецизни индексиращи червеи са много високи, а някои изискват шлайфане, за да се осигури точност.
Като цяло, точността на вътрешния отвор на прецизния индексиращ червей не трябва да бъде по-ниска от степен 1, грапавостта на повърхността не по-ниска от 0,12 и отклонението на челната повърхност на вътрешния отвор не по-малко от 0,005 mm. Когато се обработва червячно зъбно колело, монтирано на дорник, първо трябва да се провери радиалното биене на раменете в двата края, за да се гарантира, че е в рамките на определения толеранс. Тази проверка трябва да се извършва след всяка следваща операция. По същия начин, по време на монтажа на червячна предавка, трябва да се провери радиалното биене на рамената в двата края. Точността на дорника трябва да бъде равна или по-висока от точността на вала, свързващ се с червячната предавка.
Вграденото червячно зъбно колело използва централния отвор като базова точка за обработка. Изискванията за централния отвор са много високи; трябва да има заострен край, за да се осигури повърхностна обработка и контактна зона. Централният отвор трябва да се проверява и коригира преди всяка операция. Подпорната шийка трябва да осигурява коаксиалност с централния отвор и собствена геометрична точност. Преди полу-довършителни и довършителни операции трябва да се провери радиалното, радиалното и аксиалното биене на челната повърхност на опорната шийка, за да се гарантира, че са в допустимите граници.
Когато избирате груба опорна точка, фокусът трябва да бъде върху осигуряването на достатъчен резерв за всяка машинно обработена повърхност, така че размерите и позициите между необработената базова точка и машинно обработената повърхност да съответстват на изискванията на чертежа.
Изборът на груба база трябва да отговаря на следните изисквания:
(1) Грубата база трябва да се базира на обработената повърхност. Това е, за да се гарантира точността на позиционната връзка между обработените и необработените повърхности. Ако детайлът има няколко повърхности, които не изискват механична обработка, повърхността с най-високо изискване за позиционна точност спрямо обработваната повърхност трябва да бъде избрана като груба база. Това цели постигане на еднаква дебелина на стената, симетрична форма и по-малко операции на затягане.
⑵ Изберете важна повърхност с равномерен резерв за обработка като груба база.
⑶ Изберете повърхността с най-малкия резерв за обработка като груба базова точка. Това гарантира, че повърхността има достатъчен резерв за обработка.
⑷ Изберете плоска, гладка повърхност с достатъчно голяма площ като груба отправна точка, за да осигурите точно позициониране и надеждно затягане. Повърхности с прегради, щрангове, грапавини или грапави ръбове не трябва да се избират като груби бази и трябва да бъдат предварително -обработени, ако е необходимо.
⑸ Избягвайте повторното използване на грубите базови повърхности, тъй като повечето груби базови повърхности са неправилни и повтарящата се употреба затруднява гарантирането на позиционна точност между външните повърхности.
Следвайки принципите за избор на грубата база, затягането на външния кръг и обработката на по-голямата част от повърхността в една операция на затягане осигурява коаксиалността на външния кръг и вътрешния отвор, както и перпендикулярността на крайната повърхност спрямо оста.
Маршрут на процеса на обработка на метални червячни зъбни колела
⑴ Незакалено интегрално червячно зъбно колело
Подготовка на материала – Нормализиране – Грубо струговане – (Закаляване) – Полу-завършено струговане на външния диаметър, грубо струговане на спираловидната повърхност – Изкуствено състаряване – Крайно струговане (фино шлайфане) на вътрешната крайна повърхност – Вмъкване на шпонковия канал – Полу-завършено струговане на спираловидната повърхност – Затягане (ремонт на непълни зъби) – Полу-финиш шлайфане на външен диаметър – фино шлайфане на спираловидна повърхност – стареене при ниска-температура – шлайфане на централен отвор – фино шлайфане на външен диаметър – фино шлайфане на спирална повърхност
⑵ Карбуризирана и закалена интегрална червячна предавка
Коване – Отгряване – Грубо струговане – Нормализиране – Полу{0}}завършено струговане на външния диаметър и спираловидната повърхност – Затягане (ремонт на непълни зъби) – Карбуризиране – Крайно струговане на външния диаметър (отстраняване на части, които не изискват карбуризиране) – Закаляване и темпериране – Шлифоване на централен отвор – Струговане на закрепваща резба – Фрезов канал – Полу-завършено шлайфане на външния диаметър – Полу-завършено шлайфане на спираловидната повърхност – Стареене при ниска-температура – Шлайфане на централния отвор – Фино шлайфане на външния пръстен и крайната повърхност – Фино шлайфане на спираловидната повърхност
Заготовка на материала: Съгласно стандартните изисквания, заготовката трябва да бъде подложена на обработка с коване, за да се получи добра метална влакнеста структура.
Грубо струговане: Осигурете коаксиалност и осигурете подходящо довършително покритие.
Термична обработка (HRC28-32), полу-завършено струговане: позволете 0,5 mm резерв за завършване за всяка част по време на полузавършено струговане. Завъртете червячната секция и релефните жлебове в двата края до необходимите спецификации. Приемливо е грубо струговане на червея, като се използват методи на наслояване или рязане отдолу.
Измерете надбавката в средния-диаметър. Полу{2}}допускът за струговане осигурява добра основа за добър завършек.
Фин-нискоскоростно струговане от три страни според изискваните спецификации: Инструментът трябва да е остър и грапавостта на режещия ръб трябва да е добра, осигурявайки гладко покритие от всяка страна. Завършете завъртането на всички части според изискваните спецификации, за да осигурите коаксиалност.
Ако обикновен цилиндричен червяк се обработва на струг с помощта на прав режещ ръб, в зависимост от позицията на монтаж на инструмента, полученият червяк може да бъде класифициран като архимедов червяк (ZA), еволвентен червей (ZI) или червяк с нормален прав профил (ZN) и т.н. ZA Архимедов червяк: Равнината на режещия ръб на инструмента на струга минава през оста на червея и червеят се нарязва с ъгъл на режещия ръб от 2 =40 градуса. Полученият червяк има прав зъбен профил в аксиалната равнина, а нормалното сечение на зъбния профил е изпъкнала навън крива. Кривата на профила на зъба на челната повърхност е архимедова спирала, откъдето идва и името архимедов червей. Този тип червей е сравнително лесен за обработка и измерване и следователно широко използван.
Въпреки това, обработката става трудна, когато водещият ъгъл е твърде голям. Трудно е да се шлифоват прецизни профили на зъбите с шлифовъчно колело, което води до по-ниска точност и ефективност на предаване.
ZI Еволвентен червяк: Равнината на режещия ръб на инструмента за струг е допирателна към основния цилиндър на червея. Полученият червяк има изпъкнала профилна крива в аксиалната равнина, а профилът на зъбите на челната повърхност, перпендикулярна на оста, е еволвентен, откъдето идва и името еволвентен червей. Този тип червей може да се шлифова, което води до по-висока точност и ефективност на предаване, подходящо за масово производство и високо-мощно, високо-скоростно прецизно предаване.
Червяк ZN с нормален прав профил: Когато ъгълът на червея е голям, за да се получат разумни ъгли на наклон и хлабина за режещия инструмент, равнината на режещия ръб на режещия инструмент се поставя върху нормалната равнина на спиралата на червея по време на завъртане. Така нарязаният червяк има прав зъбен профил в нормалното сечение, откъдето идва и наименованието червяк с нормален прав профил. Кривата на профила на зъба на челната повърхност, перпендикулярна на оста, е удължена еволвента, поради което се нарича също удължена еволвента на червяка. Този тип червяк има добра производителност при рязане, полезен е за обработка на много-червячни червяци и може да се шлайфа с шлифовъчни колела, които обикновено се използват в много-прецизни червячни задвижвания на машинни инструменти. С напредъка в технологиите и изискванията към продуктите са необходими по-нататъшни увеличения на скоростта на рязане, създавайки пречка в методите на струговане, което води до развитието на вихрово фрезоване. Това включва използването на въртящ се режещ инструмент за увеличаване на скоростта на рязане (до 400 метра в минута), докато детайлът не трябва да се върти с висока скорост.
Методите на вихрово смилане за червеи се разделят на два вида: вътрешно вихрово фрезоване и външно смилане.
Вътрешен циклон: Обиколката на детайла е вътрешно допирателна към обиколката на режещия зъб (червячно зъбно колело вътре в режещата глава). Точност до DIN7 Ra0.8. Външен циклон: Обиколката на детайла е външно допирателна към обиколката на режещия зъб (червячно зъбно колело извън режещата глава). Точност до DIN6 Ra0.4.
