Черв'ячні передачі.

Черв'ячна передача має осі валів, що перехрещуються, звичайно під кутом 90⁰. Вона складається з черв'яка - гвинта з трапецеїдальним різьбленням і зубчатого черв'ячного колеса із зубами відповідної специфічної форми.

Рух в черв'ячній передачі перетвориться по принципу гвинтової пари.

Переваги черв'ячних передач:

· велике передаточне відношення (до 80);

· плавність і безшумність ходу.

На відміну від евольвентних зачеплень, де переважає контактне кочення, виток черв'яка ковзає по зубу колеса. Отже, черв'ячні передачі мають один фундаментальний недолік: високе тертя в зачепленні. Це веде до низького ККД (на 20-30% нижче, ніж у зубчатих), зносу, нагріву і необхідності застосовувати дорогі антифрикційні матеріали.

Крім того, черв'ячні передачі мають важливу властивість: рух передається тільки від черв'яка до колеса, а не навпаки. Цю властивість не треба плутати з реверсивністю механізму. Адже напрям обертання черв'яка може бути будь-яким, приводячи або до підйому, або до спуску тієї ж ліфтової кабіни.

Передаточне відношення черв'ячної передачі знаходять аналогічно циліндричній

U = n₁ / n₂ = Z₂ / Z₁.

Тут Z₂ - число зубів колеса, а роль числа зубів шестерні Z₁ виконує число заходів черв'яка, яке звичайно рівне 1, 2 або 4.

Очевидно, що однозахідний черв'як дає найбільше передаточне відношення, проте найвищий КПД досягається при багатозахідних черв'яках, що пов'язано із зменшенням тертя за рахунок зростання кута тертя.

Основні причини виходу з ладу черв'ячних передач нагадують характерні дефекти зубчатих передач, тому і розрахунки проводяться аналогічно.

Взагалі розрахунок черв’ячної передачі проводиться по формулі Герца-Беляєва. У проектному розрахунку із умови стійкості активних поверхонь зубців колеса проти втомного руйнування та заїдання визначають міжосьову відстань черв'ячної передачі як основний параметр, що визначає габаритні розмір передачі. З проектувального розрахунку знаходять осьовий модуль черв'яка, а по ньому і всі геометричні параметри зачеплення.

Потім проводиться перевірочний розрахунок зубів зубчастого колеса по контактних напруженнях та на згин. Особливість розрахунку на згин полягає в тому, що приймається еквівалентне число зубів

Z_экв = Z₂ / cos³g,

де g - кут підйому витків черв'яка. Окрім зазначеного, розрахунок проводиться аналогічно до розрахунку циліндричної зубчастої передачі.

Черв'як передачі розраховують на міцність та жорсткість. Розрахунок черв'яка на міцність виконують за аналогією з розрахунком валів. Потреба розрахунку черв'яка на жорсткість пов'язана з тим, що черв'як у більшості випадків має порівняно малий діаметр і значну відстань між опорами. Дія на черв'як сил, що виникають у його зачепленні з колесом, може призвести до його значного поперечного прогину, який негативно впливає на зачеплення витків та зубців і на роботу черв'ячної передач.

Особливістю розрахунку черв’ячної передачі є її тепловий розрахунок, в якому виникає потреба унаслідок нагріву, викликаного тертям черв'ячної передачі. Практика показує, що механізм небезпечно нагрівати вище 95^оС. Температура, що допускається, призначається 65 ^oC.

Рівняння для теплового розрахунку складається з балансу теплової енергії, а саме: що виділяється черв'ячною парою тепло повинно повністю відводитися в навколишнє середовище Q_вид = Q_відв.

Оптимальна пара матеріалів тертя черв’ячної пари це " сталь по бронзі". Тому при сталевому черв'яку черв'ячні колеса повинні виконуватися з бронзових сплавів, а інколи з латуні та чавуну.

Проте кольорові метали дороги і тому з них виконується лише зубчатий вінець, який кріпиться на порівняно дешевій сталевій маточині.

Окрім викладеного матеріалу особливої уваги заслуговують навантаження на зубці черв'ячного колеса і черв’як. Адже саме вони є причиною виникнення напружень.

Колова сила на черв'ячному колесі визначається через крутний момент

Осьова сила на черв'ячному колесі подається через колову силу

g - кут підйому витків черв'яка.

Радіальна сила , тут кут зачеплення.

Колова сила на черв'яку дорівнює осьовій силі на черв'ячному колесі .Осьова сила на черв'яку дорівнює коловій силі на колесі . Радіальна сила на черв'яку дорівнює радіальній силі на колесі