Червячные передачи: назначение, область применения, классификация, достоинства, недостатки.
Червячные передачи применяют для передачи вращательного движения между валами, у которых угол скрещивания осей обычно составляет 0 = 90°
В большинстве случаев ведущим является червяк, т. е. короткий винт с трапецеидальной или близкой к ней резьбой.
Для облегания тела червяка венец червячного колеса имеет зубья дугообразной формы, что увеличивает длину контактных линий в зоне зацепления.
Червячная передача — это зубчато-винтовая передача, движение в которой осуществляется по принципу винтовой пары.
Червячные передачи применяют при небольших и средних мощностях, обычно не превышающих 100 кВт. Применение передач при больших мощностях неэкономично из-за сравнительно низкого к. п. д. и требует специальных мер для охлаждения передачи во избежание сильного нагрева. Червячные передачи широко применяют в подъемно-транспортных машинах, троллейбусах и особенно там, где требуется высокая кинематическая точность (делительные устройства станков, механизмы наводки и т. д.). Червячные передачи во избежание их перегрева предпочтительно использовать в приводах периодического (а не непрерывного) действия.
Достоинства червячной передачи:
1) Плавность и бесшумность работы.
2) Компактность и сравнительно небольшая масса конструкции.
3) Возможность большого редуцирования, т. е. получения больших передаточных чисел (в отдельных случаях в не силовых передачах до 1000).
4) Возможность получения самотормозящей передачи, т. е. допускающей передачу движения только от червяка к колесу. Самоторможение червячной передачи позволяет выполнить механизм без тормозного устройства, препятствующего обратному вращению колеса.
5) Высокая кинематическая точность.
Недостатки червячной передачи:
1) Сравнительно низкий к. п. д. вследствие скольжения витков червяка по зубьям колеса.
2) Значительное выделение теплоты в зоне зацепления червяка с колесом.
3) Необходимость применения для венцов червячных колес дефицитных антифрикционных материалов.
4) Повышенное изнашивание и склонность к заеданию.
Классификация червячных передач
В зависимости от формы внешней поверхности червяка передачи бывают с цилиндрическим или с глобоидным червяком.
Глобоидная передача имеет повышенный к.п.д., более высокую несущую способность, но сложна в изготовлении и очень чувствительна к осевому смещению червяка, вызванному изнашиванием подшипников.
1. В зависимости от направления линии витка червяка червячные передачи бывают с правым и левым направлением линии витка.
2. В зависимости от числа витков (заходов резьбы) червяка передачи бывают с одновитковым или многовитковым червяком.
3. В зависимости от расположения червяка относительно колеса передачи бывают: с нижним, боковым и верхним червяками. Чаще всего расположение червяка диктуется условиями компоновки изделия. Нижний червяк обычно применяют при окружной скорости червяка 15 м/с во избежание потерь на перемешивание и разбрызгивание масла.
4. В зависимости от формы винтовой поверхности резьбы цилиндрического червяка передачи бывают: с архимедовым, конволютными и эвольвентным червяками. Каждый из них требует особого способа нарезания.
Эвольвентным червяк представляет собой цилиндрическое косозубое колесо с эвольвентным профилем и с числом зубьев, равным числу витков червяка.
Практика показала, что при одинаковом качестве изготовления форма профиля нарезки червяка мало влияет на работоспособность передачи. Выбор профиля нарезки червяка зависит от способа изготовления и связан также с формой инструмента для нарезания червячного колеса.
Канты, выбор канатов. Блоки, барабаны, полипласты.
Канаты представляют собой гибкие грузовые и тяговые органы, предназначенные для передачи усилий при подъеме и перемещении грузов. Различают стальные проволочные и пеньковые канаты. В строительных машинах наибольшее распространение получили стальные канаты, обладающие высокой прочностью и надежностью в работе. По назначению стальные канаты делят на грузолюдские (ГЛ) и грузовые (Г). Их изготовляют из высокопрочной светлой или оцинкованной (группы С, Ж, ОЖ) проволоки диаметром 0,2…3 мм высшей (В), первой (I), второй (II) марок, предел прочности которых при растяжении составляет 1200…2600 МПа. Канаты бывают одинарной, двойной и тройной свивки. Канаты одинарной свивки изготовляют из отдельных проволок, свитых по спирали в пряди. Эти канаты применяют для расчалок и оттяжек. Канаты двойной свивки получают навивкой на органический (о.с.) или металлический (м.с.) сердечник предварительно свитых проволочных прядей. В канатах тройной свивки в качестве прядей используют канаты двойной свивки малого диаметра. Органические сердечники канатов изготовляют из пеньки, реже из синтетических материалов. Канаты с органическим сердечником отличаются гибкостью и лучше удерживают смазку. Канаты со стальным сердечником используют при резко меняющейся нагрузке, в условиях высоких температур и при многослойной навивке каната на барабан (под воздействием нагрузки от вышележащих витков канат не подвергается сплющиванию). Количество проволок в пряди и прядей в канате, так же как число проволок в слое и число слоев (от одного до трех), может быть различным.
Направление свивки проволок в прядях и прядей в канате бывает левое (Л) и правое (не обозначается). Если проволоки в пряди и пряди в канате имеют одно направление свивки, то такая конструкция называется канатом односторонней свивки. Эти канаты более гибкие, меньше изнашиваются, но под нагрузкой могут раскручиваться.
Проволоки в пряди и в соседних прядях касаются других проволок по линиям, поэтому их называют канатами с линейными касаниями (ЛК), которые могут иметь одинаковый диаметр проволок по слоям пряди (ЛК-О), проволоки двух разных диаметров в верхнем слое пряди (ЛК-Р), проволоки разного и одинакового диаметров в отдельных слоях пряди (ЛК-РО) и заполняющие проволоки меньшего диаметра, располагаемые между двумя слоями проволок (ЛК-3).
Если проволоки в пряди свиты противоположно направлению свивки прядей в канате, конструкцию называют канатом крестовой свивки (не обозначается). Эти канаты имеют пряди, свитые из проволок одинакового диаметра, которые имеют между собой точечное касание (ТК). Они более прочны, меньше раскручиваются под нагрузкой и чаще применяются при подвеске груза на одной ветви каната (в стропах и траверсах). В случае, если грузозахватный орган подвешен на двух и более ветвях каната, используют канаты двойной односторонней свивки типа ЛК с шестью прядями, каждая из которых имеет 19…37 проволок. В канатах комбинированной свивки с точечно-линейным касанием проволок (ТЛК) одна часть проволок имеет линейное касание, другая—точечное. Конструкция канатов имеет индекс, включающий буквенные и цифровые обозначения. Так, индекс 6х19(1+6+6/6)+1 о.с. показывает, что канат имеет прядей по ^проволок в каждой и органический сердечник. Цифры в скобках обозначают, что в центре каждой пряди размещена проволока, вокруг которой во втором слое расположены проволок, а в наружном слое проволок одного и другого диаметров (6/6). Условное обозначение канатов строительных машин записывается в паспорте машины.
Например, грузовой канат башенного крана четвертой размерной группы обозначен: 24,О-Г-1-Л-О-Н-1764(180) (ГОСТ 2688-80). Это значит, что канат имеет наружный диаметр 24 мм, грузовой, первой марки из светлой проволоки (не обозначается), левой односторонней свивки, нераскручивающийся, с временным сопротивлением разрыву 1764 МПа (180 кгс/мм2).
Тип и диаметр каната dK выбирают по ГОСТу по разрывному усилию каната FP, которое зависит от максимального натяжения каната Fmax. и коэффициента запаса его прочности К.
Барабаны предназначены для однослойной и многослойной навивки и укладки канатов. При однослойной навивке каната применяют барабаны с нарезными винтовыми канавками, которые увеличивают поверхность контакта с барабаном, правильно располагают канат на барабане и устраняют трение между соседними витками (увеличение долговечности). Барабаны для многослойной навивки каната имеют гладкую поверхность ограниченную с обеих сторон бортами (ребордами). По правилам реборда должна выступать над последним слоем уложенного каната не менее чем на два его диаметра.
Барабаны изготовляют литыми из чугуна и стали или сварными из листовой стали. Они вращаются на подшипниках качения или скольжения вокруг неподвижной оси или вмрсте с валом. Канат к барабану крепят прижимными планками на болтах или клиновыми зажимами. По правилам Госгортехнадзора для уменьшения нагрузки на детали крепления каната на барабане должно оставаться не менее полутора витков при сматывании каната (нижнем положении крюка).
Блоки и полиспасты Блоки в автомобильных кранах применяются в полиспастах грузовой и стреловой лебедок, а также как направляющие для придания канату нужного направления. В зависимости от характера подвеса блоки разделяются на неподвижные и подвижные.
К неподвижным относятся блоки, оси которых при работе полиспаста не перемещаются, а к подвижным те, оси которых при работе полиспаста перемещаются.
Размеры блоков выполняются по нормалям; диаметр их определяется в зависимости от диаметра каната и режима работы крана, аналогично приводимому ниже расчету диаметра барабана.
Блоки для канатов изготовляются литыми из чугуна марок СЧ 15-32 по ГОСТу 1412—54, для больших нагрузок и длительной работы — из стального литья не ниже стали 25Л по ГОСТу 977—58.
Стальной канат не является абсолютно гибким телом, поэтому на. сгибание его входящей ветви и разгибание выходящей с блока ветви, а также на преодоление трения в подшипниках блока затрачивается некоторое дополнительное усилие, которое оценивается коэффициентом полезного действия.
Рекомендуемые значения к. п. д. блока на подшипниках качения при стальном канате 0,97—0,98.
Полиспастом называется система неподвижных и подвижных блоков, последовательно огибаемых канатом. Блоки в полиспастах установлены на осях в двух обоймах, одна из которых должна быть неподвижной, другая — подвижной. У полиспастов канат, огибающий блоки, одним концом может быть закреплен на неподвижной или подвижной обойме, а другим — на барабане лебедки.
Чем больше блоков в полиспасте, тем большее количество ветвей каната участвует в поднятии груза, тем меньшее усилие приходится на каждую ветвь. Число ветвей каната, на которое распределяется вес груза, называют кратностью полиспаста. Уменьшение натяжения в канате позволяет, в свою очередь, уменьшить диаметр каната, блоков и барабана.
Кратность полиспаста, применяемого в механизмах подъема груза, бывает различна. Например, при работе крана с крюком и удлиненной стрелой применяется полиспаст с кратностью, равной единице в этом случае используется один неподвижный блок. Такой полиспаст служит только для изменения направления усилия, но не для его уменьшения.