Червячная передача для игрушек
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:
- 5 – 25 м/сек – оловянистые бронзы ОФ10-1, ОНФ;
- ≤ 5 м/сек – Бр.АЖ9-4, алюминиево-железистая бронза;
- ≤ 2 м/сек – венец может быть из чугуна.
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; aw – 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; dδ1, dδ2 – 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.
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;
- конволютный;
- нелинейный.
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:
- с непрерывным вращением – полные;
- зубчатый сектор.
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:
- передаточное число в пределах 8–100;
- работает тихо;
- начало вращения и остановка происходят плавно;
- высокая точность перемещений;
- возможность смещения на малую величину;
- компактность узла;
- самотормозящая передача.
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:
- низкий КПД;
- трение;
- сильный нагрев;
- изготовление венца из дорогих материалов;
- частое заедание;
- быстрое изнашивание;
- постоянная регулировка зацепления подтягиванием червяка;
- сложное изготовление.
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:
- червячные редуктора;
- в подъемниках;
- лифтах;
- лебедках;
- рулевых механизмах;
- точная доводка положения инструмента в станках;
- корректировка в ЧПУ;
- приборах.
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.
В конструкторском деле, как и в любом другом виде творчества, человеку часто приходится идти непроторенным путем. Путь этот вceгдa труден; он под силу только тому, кто в совершенстве владеет способами, методами и средствами конструкторского творчества.
Как достигнуть этого совершенства?
Наш раздел «Введение в конструирование» поможет вам сделать первые шаги на пути созидания, познакомит с основными приемами конструкторской работы. Из номеров 9,11 и 12 1974 года вы узнали, как разрабатываются общие технические требования, как предварительно рассчитываются основные параметры технического устройства. Сегодня паша тема — выбор способа передачи усилия от двигателя к движителю. Итак…
Теперь нам предстоит разработать конструкцию механизма, который позволил бы передавать вращательное движение вала двигателя на колесо. При этом скорости вращения должны соответствовать каждому из рассмотренных выше вариантов транспортного устройства.
Начнем с простого примера. Требуется привести в движение колесо с помощью электродвигателя, но без промежуточных механизмов. В этом случае достаточно соединить их валы между собой: колесо будет вращаться с той же скоростью, что и ротор электродвигателя. Скорость вращения можно будет регулировать изменением напряжения тока. Но с уменьшением числа оборотов непременно будет уменьшаться и мощность двигателя на валу.
Чтобы получить уменьшение скорости вращения без снижения мощности электродвигателя, приходится применять различные передающие механизмы. Таких устройств, где использованы различные принципы передачи — механический, электромагнитный, гидравлический и другие, — существует сейчас великое множество.
Некоторые из них показаны на рисунке 1. Основным расчетным параметром в этих устройствах является передаточное число I — отношение скорости вращения ведущего колеса n1 к скорости вращения ведомого колеса n2:
При передаче вращения трением (фрикционная передача) это отношение будет равно:
где D2, — диаметр ведомого колеса, а D1 — ведущего.
В передачах с использованием зубчатых колес (шестерен):
где Z2 — количество зубьев ведомого колеса, Z1 — ведущего.
Из этого соотношения следует, что для уменьшения (увеличения) числа оборотов ведомого колеса в несколько раз необходимо соответственно во столько же раз увеличить (уменьшить) его диаметр, а у шестерен — число зубьев.
Если в передаче используется одна пара колес, она называется одноступенчатой; две пары — двухступенчатой и т. д. В многоступенчатых передачах iобщ = i1·i2·i3…in, где i1, i2, i3 и т. д.— передаточные числа отдельных ступеней.
Теперь определим число I для передающих механизмов применительно к трем рассматриваемым нами вариантам технических устройств, а полученные результаты оформим в виде таблицы.
Назовем дополнительные требования к работе передающих механизмов применительно к рассматриваемым техническим устройствам.
В первом варианте необходимо, чтобы передача движения на колесо прекращалась практически одновременно с остановкой двигателя.
Этому условию наиболее полно будет отвечать применение в передающем механизме червячной передачи. Для нее I определяется как отношение числа зубьев червячного колеса Z2 к числу заходов (ниток) червяка то есть
При i=12 целесообразно использовать червяк с числом заходов от 1 до 6.
Возьмем число заходов равным 1 (такой червяк можно подобрать в наборе типа «Конструктор») и определим число зубьев червячного колеса, необходимое для обеспечения заданной скорости вращения колеса.
Таким образом, передающий механизм, обеспечивающий заданную в варианте 1 скорость вращения колеса, может состоять из одноступенчатой червячной передачи с однозаходным червяком и червячного колеса с числом зубьев, равным 12 (рис. 2, а).
В варианте II (работа на пришкольном участке) прекращение движения может быть более плавным.
В этом случае в передающем механизме можно использовать цилиндрические шестерни с прямым зубом. Поскольку i = 14, то целесообразно использовать две пары шестерен, то есть
но из таблицы нам известно, что
Теперь мы можем подобрать передаточные числа ступеней:
Но количество зубьев у шестерни не может быть меньше 6, поэтому найденное соотношение необходимо увеличить в 6 раз:
i = (Z2/Z1)·(Z4/Z3) = (2/1·7/1)·6=12/6·42/6.
Следовательно, Z1=6, Z2=12, Z3=6, Z4 = 42 (рис. 2, б).
Передающий механизм модели планетохода (III вариант) должен обеспечить передачу с i = 90, следовательно, можно использовать многоступенчатый шесте- ] репчатый редуктор или комбинированный передающий механизм, включающий в себя и другие способы передачи, например червячную, фрикционную.
Можно попробовать подобрать готовый редуктор из механизмов, которые выпускает промышленность для игрушек. Наиболее приемлемым из них может быть редуктор для игрушки с инерционным двигателем. Диаметр маховика в этом механизме равен 40 мм, а шестерни имеют число зубьев соответственно Z1=6; Z2=18; Z3=6; Z4= 18.
У этого редуктора на первой ступени передачи удобно использовать силы трепня, а на последующих оставить прямозубые цилиндрические шестерни.
Па вал двигателя в этом случае необходимо одеть резиновую трубку так, Чтобы толщина вала с трубкой была примерно равной 4 мм (рис. 2 в). Тага я передача обеспечивает заданную скорость движения модели. Для повышения надежности и маневренности движения модели (развороты вправо, влево, кругом) будем использовать два двигателя и два редуктора, по одному с каждой стороны.
В наших моделях мы отказались от использования соединительных муфт. Ведущее колесо (шестерня, червяк, шкив) первой ступени крепится на валу двигателя, а ведомая шестерня последней ступени редуктора крепится на валу колеса.
Подшипники и опоры для осей и валов могут быть стандартными или самодельными. Эти вопросы применительно к нашим моделям уточняются при решении технологических задач на этапе изготовления и сборки механизма.
На этом разработка конструкции передающего механизма может быть окончена. Но как быть, если готовых шестерен нет, а изготовить их в условиях кружка часто невозможно? На рисунке 3 показано несколько разновидностей самодельных передающих механизмов. Любая из таких передач работает достаточно надежно, даже если допустить небольшие неточности в изготовлении. Попробуйте применить эти идеи на практике. Предлагаем вам продолжить самостоятельную разработку самоходных транспортных тележек (см. «Моделист-конструктор», 1974, № 11). Определите передающие механизмы для этих устройств.
Литература:
Справочник для изобретателя и рационализатора. М.—Свердловск, Машгиз, 1963.
Артоболевский И. И. Механизмы в современной технике. М., «Наука», 1971.
Ковалев Н. А. Теория механизмов и деталей машин. М., «Высшая школа», 1974.
Сборник задач и примеров расчета по курсу деталей машин. М., «Машиностроение», 1974.
Недавно сделал универсальный кантователь для автомобиля, двигателей и т.п.
И захотел приладить к нему червячный редуктор – по моему разумению, с ним работать будет удобнее.
Забегая вперёд скажу, что после начала работы с кантователем отказался от этого редуктора, но спустя пару-тройку часов понял, что с ним намного удобней – он выполняет роль стопора для кантователя и не надо бегать от стойки к стойке, чтобы закручивать и откручивать стопорные болты. А при работе с рамой от моего пикапа мне пришлось делать это часто. Очень )).
Итак, возвращаясь к редуктору… Первая мысль была попробовать использовать червячный редуктор от рулевого управления, но посмотрев конструкцию на картинке понял, что это не вариант – угол поворота ничтожно мал для моих задач.
Второй вариант, который витал в моей голове – старая советская ручная дрель – в гараже у бати валяется хорошая, двухскоростная. Но этот вариант тоже не очень – она не будет играть роль стопора – крутится с обеих сторон, что за вал, что за ручку.
И вот тут приходит понимание, что с этой задачей идеально будет справляться червячный редуктор – он одновременно стопор – за шестерню не провернёшь.
Самое простое – это использовать готовые червячные пары от редукторов. И у меня их есть – но жалко…
Ещё нашёл старую лебёдку – но тоже жалко:
Остался вариант — сделать самому. Самое сложное – червячный вал. Да и шестерня тоже не просто – из станков только простейший токарный – на нём червяк не нарезать. Ну а для шестерни нужен фрезерный станок с делительной головкой или что-нибудь подобное.
Ходил в думках по гаражу, и вдруг мне на глаза попалась старая клапанная пружина…
Так родилась идея червячного вала. Ну а с шестернёй решил по-простому – болгарка в помощь )).
В общем, вот что получилось в процессе этого эксперимента…
Из материалов – клапанная пружина, более-менее подходящая болванка, кусочек трубы 60х60, кусочек капролона, подаренный другом, и обрезок листа 4-5 мм.
Накидал чертёж в Компасе:
Выбрал передаточное отношение 35:1. Диаметр прутка пружины – 4 мм, расстояние между витками – 5 мм, итого шаг спирали – 9 мм. Умножаем шаг спирали на число зубьев и получаем длину окружности, проходящей через середину зубьев. Вычисляем её диаметр, добавляем высоту зуба и вуаля – имеем наружный диаметр шестерни.
Обрезаем крайние витки от пружины – там сбивается шаг:
Аккуратно привариваем пружинку к валу и обтачивам. Привариваем аккуратно, но крепко – первый вариант у меня отпал при испытаниях под нагрузкой )).
Получаем вот такой вал:
С шестернёй всё просто: плазмой вырезаю заготовку, своей балеринкой сверлю отверстие под вал, протачиваю и к подруге болгарке на свидание
В итоге имеем шестерню:
Корпус из трубы 60х60:
Пара втулок из капролона:
Дополняем крышкой на винтиках, чтобы фиксировать вал и готово:
Привариваем на место постоянного пребывания:
В качестве рукоятки подошла ручка от домкрата, который я использовал в механизме подъёма моего сварочного стола:
Дополнил её противовесом и всё, редуктор готов:
Конечно, этот редуктор не подойдёт для больших нагрузок, но в кантователеле их и не должно быть – машина должна быть сбалансирована.
Вот такой экперимент. Результатом доволен – редуктор здорово дополняет мой кантователь )). О нём расскажу чуть позже – сейчас все ресурсы идут на восстановление пикапа…
Как всегда, более подробно можно посмотреть в видео:
Механические передачи на Lego WeDo 2.0
- Автор записи: Дело Техники
- Запись опубликована: 23.10.2018
- Рубрика записи Робототехника
- Комментарии к записи: 1 комментарий
Одна из самых примечательных ячеек образовательного набора Lego WeDo 2.0 содержит детали, которые были заимствованы из серии конструкторов Lego Technic: цилиндрические, конические и двойные конические зубчатые колеса, зубчатые рейки, червячное колесо (вовсе не колесо по своей сути!) и кейс для червячного редуктора. Всё это многообразие деталей позволяет создавать модели с механическими передачами.
В рамках настоящей статьи предлагаем ознакомиться с базовыми механическими передачами, которые можно собрать, используя детали набора Lego WeDo 2.0. И прежде чем мы перейдем к их рассмотрению, хочется отметить, что до появления подобных образовательных конструкторов познакомиться с данными передачами можно было только в рамках курса специальной дисциплины «Детали машин» в университете или колледже. Сейчас же у детей есть уникальная возможность познакомиться с принципом работы большинства устройств, которые встречаются нам в повседневной жизни – от коробки передач автомобиля до лифта!
Цилиндрическая передача Lego WeDo 2.0
В наборе есть два зубчатых колеса (шестеренки) на 24 зубья, а также 4 шестерёнки на 8 зубьев. Все шестеренки имеют серый цвет. Особенность цилиндрических шестеренок заключается в том, что они могут передавать вращение в одной плоскости, то есть оси вращения, на которых установлены шестеренки должны быть параллельны. В возрасте 7-8 лет ребята знакомятся с одноступенчатыми цилиндрическими передачами, а затем осваивают и принцип построения многоступенчатых (каскадных) редукторов.
Коническая передача Lego WeDo 2.0
Конические зубчатые колеса представлены в наборе в следующем составе: две конические шестерни на 20 зубьев (бежевого цвета), двойное коническое колесо на 12 зубьев – 2 шт. и на 20 зубьев – 2 шт. Последние четыре конические колеса имеют черный цвет. Итого шесть конических шестеренок! Особенность конической передачи заключается в том, что вращение может передаваться в разных плоскостях, то есть оси вращения, на которых установлены шестеренки могут пересекаться под различными углами. Самый популярный вариант – это взаимно перпендикулярное расположение осей, т.е. угол между ними равняется 90º.
Червячная передача Lego WeDo 2.0
Одна из самых любимых передач у ребят в нашей секции – это червячная. Во-первых, название у передачи более чем запоминающееся, а во-вторых, разработчики конструктора предусмотрели специальный кейс для червячного редуктора – поэтому сложностей по сборке такой передачи не возникает. В то же время в конструкторе Lego Mindstorms EV3 специального кейса не предусмотрено и ребятам приходится собирать червячный редуктор «с нуля». Помимо специального кейса в наборе есть и основой элемент – «червяк», деталь напоминающая всем своим видом Архимедов винт. В зацепление с червяком оказывается цилиндрическая шестеренка (24 зубья). Таким образом, сам по себе червячный редуктор является зубчато-винтовым механизмом, оси валов при этом скрещиваются под углом 90º. Важная особенность червячной передачи – однонаправленность действия – мы можем передавать вращение от червяка к зубчатому колесу, и не можем наоборот, поскольку в этом случае зубья шестеренки стопорятся о витки неподвижного червяка.
Червячной передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательного движения между валами со скрещивающимися осями. Обычно червячная передача состоит из червяка и сопряженного с ним червячного колеса.
Угол скрещивания осей обычно равен 90°. Червячные передачи относятся к передачам с зацеплением, в которых движение осуществляется по принципу винтовой пары. Поэтому червячные передачи относят к категории зубчато-винтовых. Обычно ведущее звено червячной передачи – червяк, но существуют механизмы, в которых ведущим звеном является червячное колесо.
Достоинства червячных передач: компактность конструкции и возможность получения больших передаточных чисел в одноступенчатой передаче (до U = 300 и более); высокая кинематическая точность и повышенная плавность работы; малая интенсивность шума и виброактивности; возможность обеспечения самоторможения.
В данной работе показывается какого большое значение червячных передач в Lego наборах, что можно сделать из них и в чем заключаются различия между их видами.
Задача этого проекта заключается в показе всей важности червячных передач в Lego наборах, их пользе и помощи в развитии детей в разных возрастах.
1.1 Классификация червячных передач.
Червячная передача – это передача, два подвижных звена которой, червяк и червячное колесо, образуют совместно высшую зубчато-винтовую кинематическую пару, а с третьим, неподвижным звеном, низшие вращательные кинематические пары.
Рис. 1. Червячная передача: 1 – червяк; 2 – червячное колесо.
Как следует из определения, червячная передача обладает свойствами как зубчатой (червячное колесо на своем ободе несет зубчатый венец), так и винтовой (червяк имеет форму винта) передач. Червячная передача, так же как и винтовая, характеризуется относительно высокими скоростями скольжения витков червяка по зубьям червячного колеса.
Классификация червячных передач:
По направлению линии витка червяка:
правые (при наблюдении с торца червяка и его вращении по часовой стрелке червяк вкручивается в пространство - уходит от наблюдателя);
левые (при наблюдении с торца червяка и его вращении по часовой стрелке червяк выкручивается из пространства - идёт на наблюдателя);
По числу заходов червяка:
с однозаходным червяком, имеющим один гребень, расположенный по винтовой линии, наложенной на делительный цилиндр червяка;
с двух-, трёх-, четырёх-, многозаходным червяком, имеющим соответственно 2, 3, 4 или более одинаковых гребней расположенных по винтовой линии, наложенной на делительный цилиндр червяка;
По форме делительной поверхности червяка:
с цилиндрическим червяком (образующая делительной поверхности – прямая линия);
с глобоидным червяком (образующая делительной поверхности – дуга окружности, совпадающая с окружностью делительной поверхности червячного колеса);
По положению червяка относительно червячного колеса:
нижним расположением червяка;
с верхним расположением червяка;
с боковым расположением червяка;
По пространственному положению вала червячного колеса:
с горизонтальным валом червячного колеса;
с вертикальным валом червячного колеса;
По форме боковой (рабочей) поверхности витка червяка:
с архимедовым червяком, боковая поверхность его витков очерчена прямой линией в продольно-диаметральном сечении (обозначается ZA);
с конволютным червяком, боковая поверхность его витков очерчена прямой линией в нормальном к направлению витков сечении (обозначается ZN);
с эвольвентным червяком, боковая поверхность его витков в продольно-диаметральном сечении очерчена эвольвентой (обозначается ZI).
1.2 Применение червячных передач
Червячная передача главным образом применяется в червячных редукторах.
Достаточно часто червячные передачи используются в системах регулировки и управления — самоторможение обеспечивает фиксацию положения, а большое передаточное отношение позволяет достичь высокой точности регулирования (управления) и(или) использовать низкомоментные двигатели. Весьма распространенное применение пары типа «глобоидальный червяк с роликовым сектором» — рулевое управление автомобилей.
Благодаря этим же характеристикам червячные передачи и червячные редукторы широко применяются в подъёмно-транспортных машинах и механизмах (например, лебёдках).
Часто в виде червячной пары изготавливаются механизмы натяжения струн (колковая механика) музыкальных инструментов, например, гитары. В данном применении полезным оказывается эффект самоторможения (необратимость).
1.3 Червячная передача в LEGO
Червячный редуктор - шестерня с рядом уникальных свойств. Во-первых, это не может быть только в качестве ведущего зубчатого колеса, никогда как ведомой шестерней. Это очень удобно для механизмов, которые должны, например, поднимаю что-то и сохранить его поднял, в этом случае червячные действует как замок, который держит нужную часть механизма поднял, не подвергая свою нагрузку на двигатель. Существует много возможных применений имущества этого червячной передачи в, например многие виды кранов или погрузчиков, железнодорожных барьеров, разводных мостов, лебедок, и в основном каждый механизм, который должен держать что-то устойчивое, как только двигатель останавливается.
Во-вторых, червячный редуктор является чрезвычайно эффективным для понижающее. Это более эффективно теоретически 8 раз, что передача 8 зубов, потому что каждый оборот червячного колеса вращает ведомый передачу, только один зубов. Поэтому червячные передачи используются для понижающее всякий раз, когда есть очень высокий крутящий момент или низкая скорость необходимо, и есть мало места для использования.
Наконец, как червячное колесо вращается, он имеет тенденцию толкать против ведомой шестерней и скользят по его собственной оси. Обычно эта тенденция должна быть остановлена сильным корпусом вокруг червячного колеса, но есть определенные механизмы, которые используют его для перемещения червячной передачи с одного места на другое, например мой пневматический AutoValve или мой автоматизированной системы trafficators .
Червячная передача может быть использована со всеми перечисленными передач. Наиболее часто используемым методом является сетка его с 24 зубьев зубчатого колеса:
Но это может быть легко использована с любым другим зубчатым колесом. Вы можете увидеть некоторые примеры червячных передач закрытых с приверженцем передач внутри сильных корпусов здесь. При правильном интервала, он может быть использован с коническими зубчатыми колесами слишком:
На приведенной выше диаграмме, есть два 12 зубов двойные шестерни конические, используемые. Но это может быть только один двойной конической шестерни или две односпальные передач конические, или даже одинокий коническая шестерня. Можно даже использовать червячной передачи для привода стеллажи, которые могут привести, например, в очень компактный бум расширения механизма:
Конструктор LEGO Education Wedo 1.0 «Гоночный автомобиль»
2. 3 D модель «Гоночный автомобиль»
Сборка червячной передачи из Lego наборов помогает понять основные принципы конструирования простых механизмов, а также разобраться в их полезности.
В этой работе мы выполнили основную задачу - увидели плюсы применения червячной передачи в Lego наборах и рассмотрели все их виды, а также узнали где они применяются в обычной жизни.
Актуальность же, данного проекта, заключается в том, что червячные передачи, подобные тем, которые можно собрать из Lego присутствуют в быту, но мы их не замечаем. После представления данного проекта, надеюсь, многие поймут всю значимость тех материалов, задействованных в нем и станут более внимательными к червячным передачам, используемых вокруг нас.
Читайте также: