7.8. Материалы и допускаемые напряжения

Материалами для изготовления червяка являются стали, которые подразделяют на:

1) не термообрабатываемые; 2) улучшаемые; 3) поверхностно – закаливаемые; 4) цементируемые под закалку; 5) азотируемые.

Наиболее применяемый материал – сталь 18ХГТ с твердостью поверхности после цементации и закалки 56…63 HRC. Используют так же стали 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверхностной закалкой до твёрдости 45…55 HRC. Во всех случаях требуется шлифование и полирование рабочих поверхностей червяка. Однако применение азотированных сталей 38Х2МЮА, 38Х2Ю позволяет исключить шлифование червяка.

Червячное колесо выполняют составным, состоящим из ступицы и зубчатого венца. Венец изготавливают из антифрикционного относительно дорогого материала, а ступицу – из стали или чугуна.

Материалы венцов червячных колес в порядке снижения сопротивляемости заеданию и износу, следующие:

1) оловянистые бронзы (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1, БрО5Ц5С6 и др.);

2) безоловянистые бронзы и латуни (БрА9ЖЗЛ, БрА10Ж4Н4Л, ЛЦ38МЦ2С2 и др.);

3) чугуны (СЧ15, СЧ18 и др.). Их применяют при скорости скольжения м/с.

Наилучшими антифрикционными и антизадирными качествами обладают сплавы меди, легированные оловом (оловянистые бронзы), у которых предел прочности . Их применяют при . Сплавы меди, легированные алюминием (безоловянистые бронзы), имеющие, как правило, , применяют при .

7.9. Типовые отказы червячных передач

Для червячных передач характерны следующие виды отказов:

1. выкрашивание рабочей поверхности зубьев колеса;

2. заедание и износ;

3. поломка зуба червячного колеса;

4. заклинивание передач;

5. поломка тела червяка;

6. перегрев.

Для устранения этих неисправностей в работе червячной передачи применяют следующие виды расчетов:

1. Расчет на контактные напряжения по условию усталостного выкрашивания рабочей поверхности для оловянистых бронз или по условию заедания для других материалов венца колеса. (пункты 1 и 2).

2. Расчет зубьев венца червячного колеса на изгиб (пункт 3).

3. Проверка тела червяка на прочность и жесткость (Пункты 4, 5).

4. Проверка червячной передачи на нагрев (пункт 6).

7.10. Допускаемые напряжения для цилиндрических червячных передач

1. Для оловянистых бронз при шлифованных червяках с твердостью поверхности допускаемое контактное напряжение

где - исходный предел прочности бронзы при циклов; -коэффициент, учитывающий интенсивность износа, зависящий от скорости в зацеплении (внизу таблицы 23); - эквивалентное число циклов нагружения, определяется в зависимости от характера и длительности действия нагрузки (по графику нагрузки).

При твердости Н45 HRC в этой формуле вместо коэффициента 0,9 следует брать коэффициент 0,7

При постоянном режиме нагрузки (Т = const) по аналогии с расчетом для зубчатых передач

где - частота вращения в минуту вала червячного колеса; - общее число часов работы передачи; - коэффициент суточной загрузки; - коэффициент годовой загрузки; - срок службы передачи в годах.

При переменном режиме нагрузки Т(var)

где - крутящий момент по валу колеса, соответствующий i-й ступени графика нагрузки (Н·м); - наибольший длительно действующий момент графика нагрузки; - время работы передачи в часах при действии крутящего момента ; - общее число часов работы передачи.

Если , то принимают .

Допускаемые контактные напряжения [_H] для

без оловянистых бронз и чугунов Таблица 23

Материалы			[H], МПа
			Скорость скольжения, м/с.
колеса	червяка	0,25		0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	6,0	8,0
Бр А9ЖЗЛ Бр А10Ж4Н4А	Сталь закаленная HRC  45	290		280	370	250	220	200	150	100
СЧ 15-32 СЧ 18-38	Сталь 20, 20Х цементированная и закаленная	160		130	110	90	-	-	-	-
СЧ 12-28 СЧ 15-32	Сталь 45 Улученная НВ  350	140		110	90	70	-	-	-	-
СV – коэффициент интенсивности износа			1,3		1,21		1,11	1,02	0,88	0,8

2. Допускаемы контактные напряжения для безоловянистых бронз ( ) и чугунов определяют из условий сопротивления заеданию и износу в зависимости от скорости скольжения (табл. 23) или по формулам:

для безоловянистых бронз:

для чугунов: .

Для предварительных расчетов значение скорости скольжения можно вычислить по формуле:

Предельные допускаемые контактные напряжения при действии неучтенных пиковых нагрузок определяют проверочным расчетом на действие

для оловянистых бронз - ,

для без оловянистых бронз - ,

для чугунов - .

3. Допускаемые напряжения изгиба при длительной нереверсивной работе для бронзовых венцов:

, МПа. (7.19)

Для реверсивных передач:

, МПа. (7.20)

В этих формулах - пределы текучести и прочности бронз при растяжении.

- эквивалентное число циклов нагружения при расчете на изгиб, определяемое по графику нагрузки:

(7.21)

Допускаемое изгибное напряжение для чугунных колес

МПа – для нереверсивных передач,	(7.22)
МПа – для реверсивных передач.

Предельное допускаемое напряжение изгиба при проверке передачи на действие неучтенных пиковых нагрузок принимают

для бронз ,	(7.23)
для чугунов .