ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ЧЕРВЯЧНАЯ ПЕРЕДАЧА
CYLINDRICAL WORM-GEAR

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к механическим передачам с зубчатым зацеплением, и может быть использовано в механизмах, где требуется преобразование вращательного движения входного звена во вращательное движение выходного звена с увеличением вращающего момента.
Из уровня техники известна цилиндрическая червячная передача -передача со скрещивающимися осями, содержащая цилиндрический червяк (шестерню с винтовыми зубьями-витками) и с ним колесо, сопряженные поверхности зубьев которого образованы производящей поверхностью, совпадающей с главной поверхностью зубьев (витков) червяка [1, 2]. Зубчатый венец колеса червячной цилиндрической передачи симметричен относительно межосевой линии.
К недостаткам известной зубчатой передачи следует отнести следующее.
В самом распространенном случае ортогонального расположения осей червяка и колеса в зоне зацепления имеется участок, который расположен в районе средней плоскости колеса, в котором зацепление обладает резко ухудшенными свойствами, обусловливающими повышенную склонность передачи к заеданию: очень малой, доходящей до нуля, скоростью перемещения точки контакта по поверхности червяка, что ухудшает отвод тепла от точек контакта, и малым, доходящим до нуля, углом между касательной к контактной линии и вектором относительной скорости, что ухудшает условия затягивания смазки между контактными поверхностями [3].
Известный механизм характеризуется повышенной чувствительностью передачи к погрешности осевого положения колеса и обусловленный этим жесткий допуск на расположение средней плоскости колеса [4]. Передача характеризуется наличием повторного контакта, при котором точки червяка вступают в контакт дважды - при входе витка в зацепление и при выходе из него, что увеличивает теплонагруженность витков и склонность передачи к заеданию [5]. Передача содержит относительно небольшое число зубьев, одновременно передающих нагрузку, в среднем не превышающее значение 2,5…3.
Первые три раскрытых выше недостатка обусловливают необходимость применения антифрикционных материалов для изготовления венца колеса из относительно мягких и допускающих относительно быструю приработку материалов. В совокупности с упомянутым четвертым недостатком это ограничивает контактную и изгибную прочность зубьев и, как следствие, низкую стойкость передачи к действию высоких нагрузочных и, в особенности, перегрузочных вращающих моментов.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признана червячная цилиндрическая передача (RU 2136987 C1, МПК F16H 1/16, опубл. 10.09.199). Передача включает в себя архимедов, конволютный или эвольвентный червяк и сопряженное колесо, которое выполнено полувенцовым, причем его наибольший диаметр составляет от 1,3 до 2,0 межосевого расстояния передачи, один торец червячного колеса находится от главной плоскости передачи на расстоянии, превышающем размер наружного радиуса червяка, а ширина червячного колеса выбрана таким образом, что его другой торец расположен от главной плоскости передачи на расстоянии от 0,2 до 0,4 наружного радиуса червяка [6].
Несмотря на то, что рассмотренная выше цилиндрическая передача-прототип во многом лишена ограничений, характерных для других аналогов, она также имеет ряд недостатков, к которым относятся следующие.
Венец колеса при предложенных по патенту геометрических параметрах передачи оказывается несколько зауженным по сравнению с традиционной червячной цилиндрической передачей, что уменьшает прочность зубьев и контактную прочность. При сопряженном линейном (нелокализованном) контакте передача остается чувствительной к действию погрешностей, что препятствует применению обладающей высокой прочностью термоупрочненной стали для изготовления венца колеса и повышения контактной и изгибной прочности зубьев, препятствуя компенсации потери прочности от заужения венца. Кроме того, в известной передаче резко возрастает опасность подрезания и заострения зубьев, что затрудняет выбор параметров передачи.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение нагрузочной способности цилиндрической червячной передачи, ее стойкости к действию высоких нагрузочных и, в особенности, перегрузочных вращающих моментов.
Указанная задача решена тем, что в цилиндрической червячной передаче, содержащей червяк и червячное колесо, выполненное полувенцовым (усеченным в направлении своей оси) и смещеным относительно межосевой линии передачи таким образом, что крайние торцовые сечения его венца расположены по одну сторону средней плоскости колеса, и имеющим наибольший диаметр колеса от 1,8 до 2,0 межосевого расстояния передачи, выполнены продольный и профильный завалы с целью локализации пятна контакта, благодаря чему венец червячного колеса выполнен из термоупрочненной стали, при этом профиль червяка передачи может быть выполнен выпуклым с радиусом не более 30 осевых модулей червяка или асимметричным, с различными углами профиля противоположных боковых поверхностей витков червяка. В случае выполнения червяка ассиметричным принимают угол профиля для поверхности витка червяка, совершающей вход в зацепление со стороны межосевой линии передачи (меньшей окружности венца), большим угла профиля для противоположной поверхности на 2°…10° для диапазона передаточных отношений от 50 до 15 (меньшая разница соответствует большим передаточным отношениям).
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков цилиндрической червячной передачи, является повышение нагрузочной способности и, в особенности, стойкости к действию кратковременно действующих перегрузочных вращающих моментов, за счет выполнения венца ее колеса из термоупрочненной стали, возможность чего, свою очередь, обеспечивается выбором рациональной степени локализации контакта.
При изготовлении червячной передачи обеспечивают надлежащий выбор параметров нарезания колеса, к которым относятся параметры станочного зацепления для формообразования зубьев колеса, отличных от параметров передачи. В частности, отличными от последних могут быть выбраны число заходов, диаметр, осевой модуль, углы и радиусы профиля червяка, а также станочные межосевые угол и расстояние.
За счет выполнения венца червячного колеса из термоупрочненной стали увеличивается прочность его зубьев и, как следствие, нагрузочная и, в особенности, перегрузочная способность передачи, а выполнение профиля червяка передачи выпуклым позволяет исключать одновременно заострение и подрезание зубьев колеса, сохраняя максимально возможную площадь их боковых поверхностей.
Список использованных источников:
1. ГОСТ 16530-83 Передачи зубчатые. Общие термины, определения и обозначения. С. 33, п. 3.4.4.
2. ГОСТ 18498-89 Передачи червячные. Термины, определения и обозначения. С. 3, п. 1.1.1.
3. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. - М.: Наука, 1968, С. - 391-392, §77.
4. ГОСТ 3675-81 Передачи червячные цилиндрические. Допуски. С.39.
5. Парубец В.И. Повторный контакт в цилиндрической червячной передаче // Вестник машиностроения. - 1984. №1. - с. 15-19.
6. Червячная цилиндрическая передача: пат. 2136987 РФ, МПК F16H 1/16 / И.М. Егоров, Б.Ш. Иофик (РФ). - №99103702/28; заявл. 03.03.99; опубл. 10.09.99. - 11 с.