как узнать модуль червячного колеса

Червячная передача. Расчет в Excel!

Червячная передача оказывается в реальной практике инженера, как ни странно, наиболее часто востребованной, смещая на второй план и зубчатую, и цепную, и ременную передачи. Причинами такого положения дел являются простота и общая итоговая дешевизна изготовления.

. червячной передачи при ее высокой компактности с возможностью получения очень большого передаточного числа, а при необходимости и обеспечения условия самоторможения.

Червячная передача работает плавно и бесшумно. Минусом червячной передачи является низкий КПД и, как следствие, нагревание (иногда достаточно сильное) при работе.

Для изготовления элементов зацепления червячной передачи нужны токарный и зубофрезерный станки. Червяк легко изготовит токарь средней квалификации, а зубофрезеровщику нужно будет нарезать всего одно червячное колесо (при изготовлении зубчатой передачи нужно нарезать шестерню и колесо). В идеале профиль, диаметр, шаг и число заходов червячной фрезы для нарезания зубьев колеса должны быть точно такими же, как и у червяка. То есть — фреза должна быть своеобразной копией червяка.

Червячные передачи бывают с цилиндрическими архимедовыми, цилиндрическими эвольвентными, цилиндрическими конволютными и вогнутыми глобоидными червяками. В этой статье будет рассмотрена получившая наиболее широкое распространение червячная передача с архимедовым червяком.

Для унификации (минимизации номенклатуры) зубонарезного инструмента и повышения взаимозаменяемости червяков и колес значения межосевых расстояний a_w и номинальных значений передаточных чисел u червячных передач регламентируются ГОСТ 2144-76, а значения модулей m и коэффициентов диаметра червяка q — ГОСТ 19672–74.

Червяки традиционно изготавливают из закаленной конструкционной стали, а зубчатые венцы колес – чаще всего из бронзы или чугуна.

На рисунке ниже показано сечение червяка и червячного колеса плоскостью проходящей через центр колеса и перпендикулярной оси червяка.

Программа расчета в Excel червячной передачи.

Уважающих труд автора прошу скачать файл после подписки на анонсы статей (подписные формы — в конце статьи и наверху страницы).

Ссылка на скачивание файла программы: raschet-chervyachnoy-peredachi (xls 197KB).

Программа размещена на 6-и листах файла MS Excel.

Уникальность программы состоит в том, что она, представляя собой три независимых блока, позволяет выполнить «прямой» проектный, «обратный» проектный и «ремонтный» расчеты!

1. «Прямой» проектный расчет в Excel размещен на листе «Проект-1».

По 9-и исходным данным программа выдает 57 расчетных параметров и на листе «Проект-1 (табл.)» автоматически формирует таблицы к чертежам червяка и червячного колеса!

Пользователь выбирает режим работы передачи, расчетный ресурс, передаточное число, материал червячного колеса, вводит значения частоты вращения червяка и вращающего момента на валу червячного колеса и через мгновение получает выполненный расчет червячной передачи.

По заданным нагрузкам и скоростям рассчитываются геометрические параметры передачи.

2. «Обратный» проектный расчет червячной передачи размещен на листе «Проект-2».

По 12-и исходным данным программа рассчитывает 46 параметров и на листе «Проект-2 (табл.)» также автоматически формирует таблицы к чертежам червяка и червячного колеса!

В отличие от первого варианта расчета в данном случае пользователь может, задав основные геометрические параметры передачи, определить ее нагрузочную способность – рассчитать максимально допустимый момент на валу червячного колеса.

3. «Ремонтный» расчет передачи в Excel размещен на листе «Ремонт».

По 6-и данным, полученным в результате замеров вышедшей из строя червячной передачи, программа вычисляет 20 геометрических параметров и на листе «Ремонт(табл.)» автоматически формирует таблицы к чертежам!

Получив эти данные, можно воспользоваться расчетом «Проект-2» и определить нагрузочные возможности ремонтируемой червячной пары.

Заключение.

Из-за огромного количества параметров я не стал подробно описывать весь алгоритм расчета. Пытливый читатель легко разберется сам по формулам в ячейках.

Базы данных и справочные материалы, используемые в процессе расчетов, размещены на тех же листах Excel справа от основных таблиц, скриншоты которых представлены выше.

Обратите внимание на ячейки с примечаниями! В них находится важная и очень полезная информация.

Думаю, червячная передача станет ближе и понятнее для многих инженеров и студентов при использовании данной программы, выполняющей рутинный расчет в Excel в мгновение ока.

Вопросы, отзывы, и замечания, уважаемые читатели, оставляйте, пожалуйста, в комментариях внизу страницы.

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

58 комментариев на «Червячная передача. Расчет в Excel!»

Полностью солидарен с Анатолием.

Благодарю Вас за интересный и познавательный

Спасибо за добрые слова.

Спасибо за Ваш труд.

Вы конкретно мне облегчили жизнь)) спасибо вам

Как получить программу расчета червячной передачи?

Очень хороший материал, спасибо Вам!

Хорошая помощь. Огромное спасибо. особенно от коллег проектировщиков. За державу не обидно, не перевелись мужики.

А почему в ремонтном расчёте нету числа заходов червяка 3?

Потому, что в таблице основных параметров червячных передач в старой редакции ГОСТ 2144 z1=1;2;4.

Я Вам очень благодарен. При ремонтах возникает много вопросов при нестандартных межосевых расстояниях, а Ваша программа все это добросовестно считает.

Огромное спасибо!Очень существенно ускоряет расчет при ремонтах редукторов.

Благодарю за Ваш труд.

Вопрос: Возможен-ли в данной программе расчет глобоидного червяка?

Если «Да», то прошу выложить пример.

Георгий, программа писалась для Архимедова червяка. Глобоидный «в жизни» встречал, но никогда не приходилось проектировать.

Очень хорошая программа. А как можно скачать или получить программу для расчета цилиндрической червячной передачи с эвольвентным червяком?

У меня нет программы для расчета цилиндрической червячной передачи с эвольвентным червяком (ни разу за 30 лет не понадобилась).

Мне очень помогли ваши программы. Спасибо вам огромное!

Показывается. Смотрите п.33 и п.38 результатов расчета по алгоритму №1 и п.21, п.26 по алгоритму №2.

Добрый день, Александр, я вам очень благодарна за созданный вами сайт, надеюсь применить в своей работе

Екатерина, желаю Вам удачи.

А где же ссылка на скачивание?((

На месте. Не внимательно читаете.

На страницах «Ремонт»

расширте модули мелкие до 0.5

Здравствуйте! Наткнулась на Ваш блог случайно. Спасибо за Вашу работу. Все очень доступно и понятно. В «Ремонтном варианте расчета червячной передачи» забито в основном использованное число заходов z=1, z=2, z=4. На готовом червяке z=3. имеется разваленное колесо. Его надо изготовить. Можно добавить z=3?

Я выше в комментариях уже отвечал почему нет z1=3. «Потому, что в таблице основных параметров червячных передач в старой редакции ГОСТ 2144 z1=1;2;4.»

Добавить z1=3 можно, но на это нужно потратить несколько часов с тестированием. Я посмотрел, быстро не получится.

Спасибо что разъяснили. Процветания Вам на радость нам

Спасибо! И алгоритм расчета в екселе можно получить это здорово, экономит много времени.

А то в GearTrax нихрена не разобрать.

Здравствуйте, Вы можете сделать расчет червячной передачи с червяками двойного шага (с переменной толщиной зуба)?

Никогда не делал. Как такое в ПЕРЕДАЧЕ может быть? Колесо тоже с разным шагом? Может, это не передача, а что-то типа шнека?

Буржуи широко применяют как беззазорные точные передачи. К как я полагаю, у одной стороны зуба один шаг, а у другой стороны свой шаг и получается разная толщина зуба. Люфт выбирается осевым перемещением и фиксацией (осевой) червяка.

Колесо обычное. Довольно логично.

Валерий, пришлите ссылку на «буржуйскую» беззазорную червячную передачу с разными шагами.

Валерий, шаг у червяка один!

Ширина канавок (ширина зубьев) плавно изменяется по длине червяка.

Сумма: ширина впадины + ширина канавки на делительном диаметре = const!

При этом осевым перемещением червяка, действительно, можно выбрать зазор в зацеплении до нуля.

Александр, реально ли в вашей программе расчета реализовать модули меньше чем 1, было бы интересно, так как занимаюсь приборостроением, там модули редко превышают 1, часто меньше 0,8. Благодарю за проделанную работу.

Ну вообще-то в моей программе модули с 0.8 и начинаются.

Если меньше 0.8, то нужно переделать таблицы БАЗ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТОВ, которые написаны под ГОСТированные значения модулей, межосевых расстояний и т.д.

Добрый день, прошу прощения, но я скачаю вашу программу без подписки, просто у меня полетело червячное колесо привода колес на газонокосилке, надо ремонтироваться, а старая программа расчета и моделирования от мехсофт устанавливается только на ХР.

Автору огромная благодарность за программу. Без нее у нас не скоро бы получилось «зачертежить» ремонтную червячную пару.

При вводе хода червяка выдает дату. 5-5.01.1900, 5.5-5.05.2018. Офис 2010

Извиняюсь, имеется в виду ремонт. Таблица 3.

Снимите защиту с листа (пароля нет): Сервис — защита.

Измените формат ячейки с даты на числовой.

Верните защиту, чтобы не стереть по ошибке формулы.

Здравствуйте! имею в наличии колесо от привода спидометра на нем 29 зубьев, по нему требуется изготовить червяк 3 d модель, нужен расчет (старый утерян), у старого число заходов 9. В программе больше 4 нельзя выставить. Подскажите пожалуйста как еще можно посчитать может какая методичка есть для нестандартных червячных пар? Заранее спасибо

Напишите модуль и межосевое расстояние передачи. Без этого не посчитать. Или обратитесь к расчетной библиотеке программы КОМПАС, если есть возможность.

Александр, здравствуйте. Спасибо огромное за Ваши Труды. Подскажите пожалуйста по какой методике/учебнику реализован расчет допускаемых напряжений? Заранее спасибо.

Ильнур, добрый день.

Я уже и не помню. Прочностной расчет есть в любом учебнике по ДЕТАЛЯМ МАШИН.

Вот открыл КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН, С.А. Чернавский и др., Москва, Машиностроение, 1988 на 66 странице таблица механических характеристик материалов с точно такими же значениями, как в моих программах.

Большое спасибо, захотелось добавить новый материал, при разборе формул увидел что доп напряжения в некоторых случаях рассчитаны по формулам типа 200-34*(скорость скольжения). Поскольку значения немного отличаются от данных в Анурьеве предположил о существовании неких методик и формул, ранее не встречавшихся, похоже вы сами вывели эти формулы на основе табличных данных). Решено методом наименьших квадратов?

Да, иногда меняю табличные значения на формулы, но, думаю, не в этот раз. Откуда что брал уже, конечно, точно не скажу, но поиск в Google сразу вывел на похожие формулы: nizrp.narod.ru/chervyachnpered.pdf (табл.3)

Спасибо у вас замечательные программы

Здравствуйте, спасибо огромное вам за ваш титанический труд.

Помогите не могу разобраться при сравнении ваших расчетов по контактным и изгибающим напряжениям с Анурьевым (том 2 стр 645, условный угол обхвата у меня = 1,82 (может ошибся, поправьте)) по изгибающим получаются схожие значения (=26 Мпа по Анурьеву), а вот в контактных кардинальное отличие (=4,5 Мпа), почему так?

Прошу вашей помощи в данном вопросе, заранее благодарен)

>> условный угол обхвата у меня = 1,82

Вы в радианах угол считаете?

1,82 рад = 104,3 градуса.

>> зачем Компас запрашивает Т1

Это вопрос скорее к авторам Компаса. В принципе можно Т2 легко пересчитать, зная Т1, кпд и передаточное число передачи. Что, видимо, Компас и делает.

Значение 1,82 угла обхвата это то значение которое я подставляю в формулу в Анурьеве, если оно у меня правильное тогда не пойму почему у меня так сильно разнятся значение с вашими по контактным напряжениям и я хотел бы вас попросить проверить меня и обьяснить где я неправ.

Если Компас так и делает почему опять же получается такая большая разница с вами? А Компасом вы видимо не пользуетесь, чтобы сравнить?

PS: В скобках мои полученные значения (думаю и так понятно)

В Анурьеве что-то не то с формулой или с единицами измерения. Найти ошибку сложно, т.к. не известна размерность коэффициента 500.

Более сложная формула в программе из статьи для рассматриваемого примера дает:

Формула из учебника КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Чернавского и др., на который кстати ссылается Анурьев, для тех же исходных данных дает близкий результат:

В Компасе: σH=256,9 МПа.

Где у Вас Компас запрашивает Т1 — не знаю. Тmax — крутящий момент на червячном колесе.

Спасибо вам большое за разьяснения.

Видимо в Анурьеве закралась ошибка, потому как пробовал считать по другим книгам там примерно близкие с вашими значения получаются.

А в Компасе узнавал у поддержки, сказали что в моей версии описка в исходных данных, со следующих ее исправили.

А у вас случаем нету подобных расчетов по напряжениям для зубчатых передач?

По напряжениям для зубчатых передач у меня есть упрощенный расчет для узкого диапазона стальных колес и второй более универсальный расчет для реечных передач, который использую и для обычных цилиндрических.

Источник

Червячное зубчатое колесо

Зубчатые зацепления могут иметь оси валов в разных плоскостях Ведущая деталь – червяк, не имеет зубьев. Вместо них нарезается резьба с модулем, аналогичным шестерни. Червяк передает вращение на колесо червячное посредством давления поверхности резьбовой нити на эвольвенту зуба при скольжении плоскостей относительно друг друга. У червячного узла маленький КПД и невозможна понижающая передача. Большое сопротивление не позволяет колесу сдвинуть червяк. Это используется в подъемных механизмах и устройствах с точностью перемещения.

Конструкция

Червячная передача получила свое название по ведущей детали, передающей крутящий момент. Ведомая деталь имеет зуб с косой нарезкой. По ободу радиальное занижение поверхности. Это увеличивает линию контакта нити резьбы и зуба.

Оси вращение деталей располагаются под углом. Обычно это 90°, но может быть 45°. Применяется такое расположение деталей в сильно нагруженных тихоходных передачах, со скоростью движения точки на наружной поверхности менее 5 м/сек.

При взаимодействии передачи поверхность резьбы не толкает зубья в направлении вращения, а скользит по эвольвенте, как бы отодвигая ее. В результате возникает сильное трение и нагрев деталей в месте контакта.

Червячная пара должна хорошо смазываться, охлаждаться и обладать антифрикционными свойствами. Материал червяка изменять нельзя, он нарезается из хромистой стали и проходит закалку, шлифовку поверхности резьбы или шугаровку – обработку пластиной с малой глубиной реза. Инструмент скорее продавливает поверхность резьбы, чем режет ее. Создается на верхнем слое наклеп, упрочняющий рабочую поверхность, делающий ее гладкой.

Материал для венца

Венец зубчатого колеса выполняется из относительно мягкого материала с высоким сопротивлением стиранию. В основном применяются оловянные бронзы и латунь. Для низкоскоростных передач с ручным управлением можно делать венец из серого чугуна. В зависимости от скорости вращения зубчатый венец изготавливается из материала:

Бронза стоит значительно дороже стали и мягче. Полностью из нее делаются детали, размеры которых в пределах 160 мм. Большие детали вытачиваются из стали и бронзовый на них только венец. Он нагорячо сажается на вал и закрепляется штифтами по линии соединения, чтобы венец не прокручивался. После остывания производится чистовая обработка колеса и нарезается зуб.

Расчет диаметра

Диаметр колеса рассчитывается по средней линии зуба – ширины зуба и впадины равны. Наружный, используемый для изготовления и расчетов радиус, определяется теоретически. После завершения обработки, он находится за пределами фактического обода колеса.

Скольжение происходит по линии делительного диаметра – середина зуба по высоте. Он рассчитывается по формуле:

где d₂ — делительный диаметр шестерни; m – модуль; z₂ – количество зубьев колеса.

Наружный радиус зуба имеет один центр с осью червяка.

Ширина зубчатого венца

Ширину венца червячного колеса определяют по числу витков винта по формуле:

где b₂ – ширина венца; 0,315 и 0,355 – расчетный коэффициент; Z₁ – количество заходов винтовой резьбы; a – межцентровое расстояние; a_w – расстояние с учетом смещения червяка относительно зубчатого колеса.

Расстояние смещения определяет размер зазора между рабочими элементами деталей.

Расчет передаточного числа червячной передачи

Ведущая деталь, передающая вращение – червяк, не имеет зубьев. На нем нарезается резьба с числом заходов: 1, 2, 4. Червяки с 3 витками ГОСТом не предусмотрены. Их можно рассматривать и рассчитывать только теоретически. При расчете передаточного числа вместо количества зубьев шестерни берется число заходов резьбы.

Рассчитать передаточное число червячной передачи, формула аналогична другим зубчатым зацеплениям:

где U – передаточное число; Z₁ – число заходов на червяке; Z₂ – количество зубьев на колесе.

Обратная передача крутящего момента от колеса на червячный вал невозможна. Из-за сильного трения зубьев и низкого КПД передачи колесо не может быть ведущим. Это позволяет не делать тормоза в подъемных механизмах. Достаточно регулировать вращение червячного вала.

Расчет передаточного отношения

Величина передаточного отношения червячной передачи рассчитывается по отношению скорости скольжения червяка и вала.

Где V₁ – скорость скольжения червяка; V₂ – скорость скольжения червячного колеса. Аналогично w₁ и w₂ угловые скорости; d_δ1, d_δ2 – диаметры.

Произведя подстановку формул значений скоростей скольжения, и математические сокращения получает формулу передаточного отношения червячной передачи:

Где i – передаточное отношение. В червячном зацеплении оно равно передаточному числу.

Характеристики червячных передач нормируются по ГОСТ 2144-76. Для червяка с 1 и 2 заходами передаточное число может иметь значение 8-80. Для 4-заходных червяков разбег значений меньше, в пределах 30-80.

Классификация

По направлению витка передачи в большинстве своем бывают правыми. Иногда встречается левое направление нити.

Червячные зацепления классифицируются по форме наружной поверхности червяка:

Вогнутая поверхность ведущей детали увеличивает количество зубьев, находящихся одновременно в зацеплении. В результате возрастает КПД и мощность передачи. Недостаток глобоидных червяков в сложности изготовления. Витки должны быть одинаковой высоты при вогнутой наружной поверхности.

По форме нити резьбы различают червяки:

Архимедов червяк отличается прямой в сечении эвольвентой. У конволютного конфигурация выпуклая, близкая к форме обычной шестерни. Нелинейные профили имеют выпуклую и вогнутую поверхность.

Зубчатое колесо имеет зуб наклонный обратной конфигурации, по форме совпадающий с впадиной между нитями.

Расположение червяка относительно колеса может быть:

Верхнее оптимально подходит для скоростных передач. Боковое наиболее компактное. При картерном способе смазки – масло находится в поддоне и нижняя деталь, вращаясь, смазывает остальные, удобнее нижнее расположение червяка.

Червячные колеса относятся к косозубым. Оси деталей располагаются обычно под углом 90°. В сильно нагруженных механизмах угол может быть 45°.

Зубчатые колеса по профилю зуба делят:

По типу они могут быть:

Сектор может быть разной величины, от половины круга, до рабочей длины короче червяка.

Достоинства и недостатки

Особенностью червячной передачи является наличие тормозящего момента и большой интервал передаточных чисел и крутящего момента. К положительным характеристикам относятся:

Передача движения в паре червяк и червячное колесо возможна только в одном направлении. При попытке ведомой детали провернуться, возникает тормозящий момент. Это используют в приводе поворота и подъемных механизмах.

Основной недостаток в потерях мощности, связанных с большим трением. Это приводит к быстрому износу деталей, особенно колеса. К недостаткам относятся:

Червячное зацепление требует высокой точности изготовления винтового зацепления и чистоты обработки. Передача не переносит попадание в рабочую зону пыли и другого мусора. Требует интенсивной смазки и охлаждения.

Применение механизма

Червячный механизм способен при малых габаритах заменить многоступенчатый редуктор. Его передаточное число определяется значением 100, в отдельных узлах может быть значительно больше.

Применение червячной передачи целесообразно в механизмах, требующих высокой точности при небольшой скорости:

В основном используется самоторможение и точность перемещения.

Нарезание червячных колес

При проектировании создается модель червячного колеса. По ней легко определится со способом нарезки:

Торцевой требует инструмента, в точности повторяющего червяк. Дает хорошую точность и чистоту обработки. Фрезу выставлять сложно, необходимо, чтобы в конце обработки она имела положение относительно колеса, в точности соответствующее червяку.

Нарезка зубьев на венце

По наружному диаметру червячное колесо имеет полукруглое углубление. Это позволяет лучше прилегать деталям по эвольвенте и смещать ось, увеличивая площадь контакта. Центр радиуса углубления должен совпадать с осью червяка.

Фрезы для нарезания червячного колеса должны быть с таким же наружным диаметром, как червяк. Внешне она повторяет форму ведущей детали, только вместо непрерывной линии резьбы ряды резцов. Режущая пластина по форме точно повторяет нитку резьбы, но шире нее на размер зазора. В результате конфигурация ответной детали – червячного колеса, точно повторяет формы резьбы, впадины совпадают с выступами нитей.

Фреза выставляется в плоскости оси червяка, касаясь его поверхности. Зубчатый венец вращается вокруг вертикальной оправки или собственного вала, обеспечивая тангенциальную подачу наружной поверхности относительно оси режущего инструмента. Нарезка червячных колес происходит при синхронном движении инструмента и детали, вращающихся вокруг своих осей. Отношение скорости вращения определяется передаточным числом. С каждым оборотом венец придвигается ближе к вращающейся фрезе.

Подача режущего инструмента возможна снизу и сверху. Но в большинстве случаев используют радиальную нарезку, как наиболее удобную и точную.

Ремонтная нарезка

Иногда надо сделать одну деталь, чтобы заменить ее в редукторе. В мастерской не всегда имеется полный набор фрез со всеми нормализованными диаметрами.

Если червячное колесо нарезать фрезой большим диаметром, чем радиус червяка, то прилегание будет хуже, пятно контакта меньше. Линия скольжения сместится к вершине зуба. При нарезке меньшим диаметром с таким же модулем, нагрузка будет на вершину нити резьбы. Погрешность можно компенсировать смещением инструмента и регулировкой расстояния между осями. Но трение и износ все равно будут больше, КПД упадет.

Нарезать червячное колесо фрезой с диаметром больше червяка можно для беззазорного сцепления. В этом случае используется специальная фреза с разными углами профиля для правой и левой стороны. Ось фрезы выворачивается в сторону увеличения наклона зуба. Обычные зубофрезерные станки надо переделывать для обработки беззазорного сцепления.

Из-за отсутствия зазора между рабочими элементами, поверхность быстро стирается и приходится постоянно производить регулировку. Беззазорные сцепления применяются при высокой точности и большой нагрузке с малой активностью пары, например, в прокатных станах для регулировки прижима валков – толщины прокатываемого металла.

Для изготовления одного или нескольких колес с нестандартными размерами может применяться оправка с одним резцом по форме впадины между зубьями. Инструмент вращается постоянно. Колесо вращается синхронно с инструментом. После каждого оборота реза проворачивается на размер модуля зуба и за полный оборот, подвигается к оправке с резцом на глубину реза.

Недостаток способа изготовления венца в длительности процесса. Один резец обрабатывает деталь в несколько раз дольше, чем фреза. Учитывая стирание резца, надо делать черновую и чистовую обработку.

Червячное колесо отличается от других своим внешним видом и способом обработки. Оно делается точно под определенный червяк.

Источник