СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ЗАЗОРОВ В ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧАХ ПРИ ВОЗВРАТНО-ВРАЩАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ И БЕЗЗАЗОРНАЯ ЧЕРВЯЧНАЯ ПЕРЕДАЧА
METHOD FOR COMPENSATION OF GAPS IN WORM GEARS AT RECIPROCAL-ROTATIONAL MOVEMENT AND GAPLESS WORM GEAR

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в реверсивных передачах, требующих точного повторения исполнительным элементом заданной программы, например, в приводах гибочных головок трубогибочных станков.
В машиностроении получили распространение червячные передачи возвратно-вращательного движения от электродвигателя к рабочему органу станка, например, гибочной головке. Из литературы известно, что величина износа витков червяка существенно меньше величины износа зубьев червячного колеса (Андриенко Л.А., Вязников В.А. Ресурс работы червячных передач по критерию изнашивания. //Изв. вузов. Машиностроение. 2011. №4. С. 3-6). Зазор между зубьями и витками, изначально существующий и увеличивающийся при износе, увеличивает мертвый ход передачи, то есть холостое (то есть не передаваемое на ведомое звено) движение ведущего звена механизма, возникающее в момент реверсирования движения. Мертвый ход является нежелательным фактором, так как уменьшает точность выполнения угловых перемещений исполнительным механизмом и, кроме того, создает условия для возникновения ударных нагрузок в передаче. Уменьшение мертвого хода осуществляется через выборку или, иначе говоря, компенсацию зазоров в сопряжении зубчатых колес.
Распространенным способом выборки или компенсации зазоров является сближение контактирующих профилей деталей, составляющих передачу.
Известна беззазорная червячная передача и способ нарезания зубьев червячного колеса беззазорной червячной передачи, которые предусматривают перемещение червяка в осевом направлении по мере износа зубьев (пат. RU №2291337, опубл. 10.01.2007. Бюл. №1). По известному решению, предлагается применение рабочего червяка с переменной вдоль оси толщиной витка: осевой шаг по левой стороне витка червяка делается отличным от шага по правой стороне витка. Осевые модули по левой и правой сторонам также различны. По мере износа зубьев червяк перемещают в осевом направлении, при этом в зацепление вводится более толстый участок витка и, таким образом, производится выборка зазора.
К недостаткам известного решения относится необходимость осевого перемещения червяка в эксплуатации и связанная с этим необходимость наличия специального механизма. Недостатком следует признать также нарушение требований стандартизации, в частности, требований действующего межгосударственного стандарта ГОСТ 19650-97, регламентирующего математические зависимости для расчета геометрических параметров червячной передачи.
Известная червячная передача с устройством для выборки зазоров в зацеплении, в которой выборка зазора происходит при плоскопараллельном смещении червяка в направлении червячного колеса (А.С. SU №1257326, опубл. 15.09.1986. Бюл. №34). По известному решению, червячная передача включает упругие элементы и регулировочный механизм, причем упругие элементы выполнены плоскими так, что обладают упругими свойствами только в одном направлении, а в другом сохраняют жесткость. Подналадка для компенсации износа зубьев осуществляется наладчиком вручную путем перемещения корпуса с червяком навстречу червячному колесу. При этом происходит деформация упругих элементов, витки червяка входят в зубья червячного колеса, зазор выбирается. В процессе работы смещения корпуса червяка в продольном направлении под действием червячного колеса не происходит, так как в этом направлении упругие элементы остаются жесткими.
К недостаткам известного решения относится необходимость периодической проверки и ручной подналадки передачи для выборки зазоров в зацеплении.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом предлагаемого изобретения - является червячная передача, включающая корпус, червяк, опоры для червяка, червячное колесо, вал и устройство для выборки зазора (А.С. №1762047, опубл. 15.09.1992. Бюл. №34). По известному решению, выборка зазора между деталями, образующими червячную пару, происходит за счет сближения контактирующих поверхностей червяка и червячного колеса при повороте одной из деталей пары к другой, причем поворачивающейся деталью является червяк. Устройство для выборки (компенсации) зазора включает пружину. Поворот (поджатие) червяка происходит под действием пружины на одну из его опор.
К недостаткам известного решения относится сложность конструкции, обусловленная необходимостью обеспечения возможности поворота опоры червяка в корпусе.
Общим недостатком способов выборки зазоров в передачах, основанных на сближении осей обкатывающихся деталей, является двусторонний износ зубьев червячного колеса. Износ со стороны, участвующей в рабочем ходе, будет больше из-за момента сопротивления повороту со стороны обрабатываемой детали. Но, сторона зуба, контактирующая с витком червяка при реверсе, тоже будет изнашиваться тем больше, чем больше усилие сближения осей червяка и червячного колеса. Это приводит к уменьшению ресурса работы передачи.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, устранение недостатков прототипа, а именно создание способа компенсации зазоров в червячных передачах при возвратно-вращательном движении, не оказывающего отрицательного влияния на ресурс передачи, а также создание устройства для его осуществления.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет:
- сближения контактирующих поверхностей деталей, образующих червячную пару, при постоянном номинальном расстоянии между осями червяка и червячного колеса за счет постоянного однонаправленного поджатая зуба червячного колеса к витку червяка поворотом червячного колеса вокруг своей оси;
- создания условий для одностороннего износа червячного колеса и обеспечения благодаря этому возможности переустановки червячного колеса при износе для введения в контакт с витком червяка неработавшей стороны зубьев.
Новизной в предлагаемом способе компенсации зазоров в червячных передачах при возвратно-вращательном движении и устройстве для его осуществления является схема компенсации зазора - одностороннее прижатие зубьев червячного колеса поворотом червячного колеса как на рабочем ходе, так и при реверсировании.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для осуществления предлагаемого способа компенсации зазоров в червячных передачах при возвратно-вращательном движении, которое включает корпус 1, червяк 2, вал 3, червячное колесо 4, опоры 5 вала 3, водило 6, пружина 7. Червячное колесо 4 и водило 6 закреплены на валу 3. Один зацеп пружины 7 закреплен на корпусе 1, второй зацеп пружины 7 закреплен на водиле 6.
На фиг. 2 стрелкой показано направление поворота червячного колеса под действием пружины 7. Штриховкой обозначены стороны зубьев червячного колеса, работающие в контакте с витками червяка при любом направлении вращения червяка. Литерой «А» обозначен зазор между зубом червячного колеса и витком червяка.
Предлагаемый способ компенсации зазоров в червячных передачах при возвратно-вращательном движении осуществляется следующим образом.
Пружина 7 постоянно поджимает зубья червячного колеса 4 к виткам червяка 1. При вращении червяка 1 во время рабочего хода контакт витков с зубьями червячного колеса 4 осуществляется в зонах зубьев, обозначенных штриховкой. При реверсировании передачи перекладки зуба в зазоре не происходит, так как пружина 7 по-прежнему стремится повернуть червячное колесо и прижимает его зубья к виткам червяка 1. За счет этого при любом направлении вращения червяка работает и изнашивается только одна сторона зубьев червячного колеса. Это позволяет при достижении предельного износа червячного колеса переустановить его так, чтобы в контакт с витками червяка вступила неработавшая часть зубьев.
Техническим результатом осуществления предлагаемого способа компенсации зазоров в червячных передачах при возвратно-вращательном движении является исключение мертвого хода во время реверсирования, повышение точности выполнения исполнительным элементом заданной программы, односторонний износ зубьев червячного колеса и возможность значительного увеличения ресурса червячной передачи переустановкой червячного колеса с введением в контакт с витками червяка неработавшего профиля зубьев.
Предлагаемые способ компенсации зазоров в червячной передаче при возвратно-вращательном движении и устройство для его осуществления применяются в трубогибочных станках собственного производства на Алтайском заводе прецизионных изделий.