Червячные передачи: устройство, сборка и контроль

Червячные передачи играют ключевую роль в механизмах, где требуется передача вращательного движения под углом 90°, совмещенная с увеличением крутящего момента и снижением скорости. Благодаря компактности и плавности работы они нашли широкое применение в станках, подъёмных механизмах и приводах оборудования, где стабильность передачи и точность установки оказывают непосредственное влияние на надежность и срок службы всего агрегата. Для обеспечения качества работы червячной передачи крайне важно соблюдать требования к точности сборки и проверке параметров зацепления.

Червячные передачи применяются для обеспечения передачи вращательного движения между двумя взаимно пересекающимися под углом 90° валами, позволяя изменять направление движения с одновременным снижением скорости вращения и увеличением крутящего момента. Обычно вращение передается от червяка к червячному колесу, при этом достигается плавность работы и компактность конструкции.

В настоящее время стандартизации подлежат цилиндрические червячные передачи и пары, выполненные с межосевым углом 90°, с диапазоном модуля от 1 до 25 мм. При этом делительные диаметры червяков могут достигать 450 мм, а червячных колес – до 6300 мм, в зависимости от типоразмеров и применяемых норм точности, установленных в соответствующих стандартах.

Червячная передача

Важнейшим условием качественной сборки червячной передачи является соответствие профиля и шага нарезки червяка и колеса, что позволяет обеспечить их согласованную работу. Для обеспечения правильного зацепления червяк должен охватывать каждый зуб червячного колеса на участке, составляющем не менее 2/3 длины дуги зуба. При этом радиальное и торцовое биения как червяка, так и колеса должны укладываться в допуски, установленные для конкретных степеней точности, а межцентровое делительное расстояние подбирается строго по расчетам с обеспечением зазора, характерного для заданного класса точности передачи. Валовые оси, пересекающиеся в передаче, устанавливаются строго под углом 90° для надежной работы, а величина мертвого хода червяка регулируется в пределах значений, предусмотренных для выбранного класса точности.

После предварительной сборки червячные передачи подвергают испытаниям как в режиме холостого хода, так и под рабочей нагрузкой. В процессе этих испытаний проверяют плавность вращения и степень нагрева опор подшипников, который не должен превышать 50…60 °С при установившейся работе. Контроль геометрических параметров осуществляется по стандартам точности, аналогично процедурам, применяемым при сборке цилиндрических и конических зубчатых передач.

В методике сборки червячных, цилиндрических и конических зубчатых передач прослеживается схожий порядок. Червячное колесо фиксируется на валу с применением врезной призматической шпонки или зажимается с двух сторон при помощи гаек, что обеспечивает его неподвижность и правильное расположение. Для регулировки среднего положения плоскости червячного колеса используют компенсаторные кольца различной толщины или регулирующие гайки.

сборка червячных передач

В некоторых случаях при установке могут возникнуть перекосы или осевые смещения, нарушающие точность сборки. Для выявления перекоса посадки червячного колеса используется индикатор, установленный в центрах. С помощью индикатора также проводят проверку биения витков червяка, чтобы удостовериться в соответствии нормам плавности работы передачи.

После тщательной проверки точности изготавливаемых деталей переходят к сборке узлов и последующей полной сборке передачи, параллельно проводя комплексный контроль точности по ряду показателей, включая допуски углов, расстояний и биений.

Важнейшими параметрами контроля являются допуски межосевого делительного расстояния и угла пересечения осей, а также смещение средней плоскости червячного колеса в сборочной единице (табл. 1–3). Для этих целей используются специальные приспособления, оправки и шаблоны, позволяющие обеспечить соответствие точности в процессе сборки, а также исключить отклонения, которые могут повлиять на работоспособность передачи (рис. 1).

Схема контроля расположения осей червячной передачи

Рис. 1. Схема контроля расположения осей червячной передачи

Таблица 1. Допуск ±f_a (мкм) межосевого делительного расстояния в передаче

Степень точности	Межосевое делительное расстояние аω, мм
Степень точности	св. 315 до 400	св. 400 до 500	св. 500 до 630	св. 630 до 800	св. 800 до 1000	св. 1000 до 1250	св. 1250 до 1600	св. 1600 до 2000	св. 2000 до 2500	св. 2500 до 3150	св. 3150 до 4000
5	32	34	36	40	42	46	50	53	56	63	67
6	50	53	56	63	67	75	80	85	90	95	105
7	80	85	90	95	105	118	125	130	140	160	170
8	125	130	140	160	170	180	190	200	220	240	260
9	200	210	240	250	260	280	300	340	360	400	420
10	300	340	360	380	420	450	480	530	560	600	670
11	500	530	560	600	670	710	800	850	900	950	1000
12	750	850	900	950	1050	1100	1200	1300	1400	1500	1600

Таблица 2. Допуск ± f (мкм) межосевого угла передачи

Ширина зубчатого венца червячного колеса, мм				Степень точности
Ширина зубчатого венца червячного колеса, мм				5	6	7	8	9	10	11	12
До	63			7,1	9	12	16	22	28	34	42
Св.	63	до	100	9,5	12	17	22	28	36	45	56
»	100	»	160	13	17	24	30	40	50	63	80
»	160	»	250	19	24	32	42	56	71	90	110
»	250			–	–	48	63	80	100	130	160

Таблица 3. Допуск ±f_x (мкм) смещения средней плоскости в передаче

Степень точности	Межосевое делительное расстояние аω, мм
Степень точности	св. 315 до 400	св. 400 до 500	св. 500 до 630	св. 630 до 800	св. 800 до 1000	св. 1000 до 1250	св. 1250 до 1600	св. 1600 до 2000	св. 2000 до 2500	св. 2500 до 3150	св. 3150 до 4000
5	24	26	28	30	32	34	38	40	45	48	53
6	40	42	45	48	53	56	60	67	71	75	80
7	60	67	70	75	85	90	95	105	110	120	130
8	100	105	110	120	130	140	150	160	170	190	200
9	150	160	170	190	200	220	240	260	280	300	320
10	240	260	280	300	320	340	375	400	450	480	500
11	380	400	450	500	530	560	600	630	710	750	800
12	600	630	710	750	800	850	950	1050	1100	1200	1250

Установку червячного колеса относительно оси червяка проверяют при помощи специальных шаблонов в сочетании со щупами, а также с использованием линейки и отвесов, что позволяет определить точное взаимное положение элементов зацепления в сборочной оснастке. Эти процедуры выполняются с целью контроля соосности и качества установки для предотвращения перекоса, который может влиять на пятно контакта и срок службы передачи.

От правильности установки напрямую зависят характер смещений в зацеплении и качество пятна контакта, которое формируется между зубьями колеса и витками червяка при работе. Такие смещения могут изменить условия контакта и распределение нагрузок по зубьям, что в дальнейшем отразится на надежности и точности передачи крутящего момента.

Комплексная проверка точности контакта проводится при помощи краски, которую наносят тонким равномерным слоем на винтовую поверхность червяка. После введения червяка в зацепление с червячным колесом осуществляется медленное вращение вокруг его оси. Это позволяет визуально определить фактическую площадь пятна контакта в условиях работы, при этом ориентируются на нормы, представленные в зависимости от степени точности передачи в табл. 4.

Таблица 4. Нормы контакта (суммарное пятно контакта)

Степень точности	Относительные размеры суммарного пятна контакта, %
Степень точности	По высоте зубьев	Допускаемое отклонение	По длине зубьев	Допускаемое отклонение
5	75	–10	70	–10
6; 7	65	–10	60	–10
8; 9	55	–15	50	–15
10	45	–15	40	–15
11; 12	Отдельные пятна

Примечание. Размер пятна определяется относительно ширины зубчатого венца по соотношению между крайними точками следов прилегания за вычетом разрывов, превышающих модуль, к общей длине зуба. По высоте определяется как отношение средней высоты пятна прилегания к полной высоте зуба на активной боковой поверхности.

При сборке червячной передачи проверяется также наличие бокового зазора в зацеплении, под которым понимается зазор между боковыми поверхностями витков червяка и зубьями червячного колеса, значения которого представлены в табл. 5. Данный зазор измеряется в линейных единицах по нормали к рабочим поверхностям зубьев, однако его прямое измерение на практике затруднительно. Поэтому величину зазора обычно оценивают по мертвому ходу передачи, возникающему при суммировании всех зазоров в зацеплении.

Мертвый ход проявляется в виде углового перемещения червяка, при котором червячное колесо остается неподвижным до момента выбора всех зазоров, после чего оно начинает поворачиваться.

Таблица 5. Нормы бокового зазора для червячной передачи

Вид сопряжения	Класс отклонений межосевого делительного расстояния*	Межосевое делительное расстояние а_ω, мм
Вид сопряжения	Класс отклонений межосевого делительного расстояния*	св. 315 до 400	св. 400 до 500	св. 500 до 630	св. 630 до 800	св. 800 до 1000	св. 1000 до 1250	св. 1250 до 1600	св. 1600 до 2000	св. 2000 до 2500	св. 2500 до 3150	св. 3150 до 4000
Гарантированный боковой зазор j_n _min, мкм
H E D C B A	II II III IV V VI	0 57 89 140 230 360	0 63 97 155 250 400	0 70 110 175 280 440	0 80 126 200 320 500	0 90 140 230 360 560	0 105 165 260 420 660	0 125 195 310 500 780	0 150 230 370 600 920	0 175 280 440 700 1100	0 210 330 540 860 1350	0 260 410 660 1050 1650
Предельное отклонение межосевого делительного расстояния f_a, мкм
—	I	18	20	22	25	28	35	40	45	55	70	90
H, E	II	28	30	35	40	45	50	60	70	90	110	140
D	III	45	50	55	60	70	80	100	110	140	160	200
C	IV	70	80	90	100	110	140	160	180	220	280	350
B	V	110	120	140	160	280	220	250	300	350	450	550
A	VI	180	200	220	250	280	350	400	450	550	700	800

* Класс отклонений межосевого делительного расстояния применяется при расхождении между классом сопряжения и реальным классом отклонений.

Для практического определения величины мертвого хода используют методику, показанную на рис. 2, где стрелка 1 фиксируется на корпусе, градуированный диск 4 устанавливается на хвостовике червяка 2, а наконечник индикатора 3 контактирует с зубом червячного колеса. Поворот червяка продолжается до момента отклонения стрелки индикатора, что означает завершение стадии мертвого хода. Угол поворота диска при этом и будет значением полного мертвого хода передачи.

Рис. 2. Проверка мертвого хода в червячном зацеплении

Отклонение угла между осями червячного колеса и червяка, а также несоблюдение заданного межосевого расстояния считаются дефектами, которые сложно устранить после сборки, так как обычно они связаны с ошибками изготовления корпуса. Для их устранения в индивидуальном и мелкосерийном производстве применяют метод шабрения, позволяющий корректировать контакт зубьев. Регулировка межосевого расстояния осуществляется с помощью прокладок и смещения корпуса до совмещения осей элементов зацепления в одной плоскости, обеспечивая правильность положения колеса относительно червяка.

Для проверки плавности хода червячной передачи используют динамометрический ключ, которым плавно вращают червяк. Если сила на ключе в процессе вращения остается равномерной, это указывает на плавность работы, правильность зацепления и равномерное распределение нагрузки по зубьям.

Интересные факты:

В старинных часовых механизмах червячные передачи использовались для передачи вращения на колокольные механизмы, обеспечивая плавное и точное движение стрелок.
Червячные передачи активно применяются в лифтах, поскольку их конструкция предотвращает самопроизвольное движение кабины вниз при аварийной остановке двигателя.
При сборке червячных передач используется краска для контроля пятна контакта, позволяющая визуально проверить корректность зацепления.
Некоторые конструкции червячных передач в редукторных механизмах позволяют достигать передаточного числа более 100 в одной ступени.
На современных станках для нарезки червяков используются специальные резцы и фрезы, обеспечивающие точность профиля с погрешностью в несколько микрон.

Червячные передачи остаются востребованными благодаря своим уникальным возможностям по передаче крутящего момента при угловом расположении валов и обеспечении плавности работы механизма. Их надежная эксплуатация возможна лишь при точном соблюдении технологии сборки, контроля за параметрами зацепления и качественной смазке. Современные методы проверки точности и настройки позволяют существенно повысить ресурс червячных передач и обеспечить их работу в различных отраслях машиностроения и промышленности.

Об авторе
Недавние публикации

Александр Лавриненко

Ведущий инженер-технолог и эксперт по производственной оптимизации в НПФ 'Современные технологии производства'

Александр Лавриненко — инженер-технолог с более чем 25-летним опытом в машиностроении, энергетике, строительстве и автоматизации производства. Получил степень магистра в области металлургии в МГТУ, специализируясь на современных методах обработки металлов и аддитивных технологиях.

Александр работал над проектами по внедрению комплексных решений для диагностики и оптимизации работы металлорежущих станков. Он регулярно публикует статьи о передовых методах резки, наплавки и покрытий, а также освещает новинки в сфере литейного производства и полимерных композиционных материалов — включая технологии контактного формования и сварку.

Александр Лавриненко недавно публиковал (посмотреть все)

Похожие статьи

Уход и надзор за подшипниками качения

Механические передачи: Виды, конструкция и применение

Влияние параметров поверхностного слоя детали на усталостную прочность и контактную жёсткость