2.26. Выбор материалов для червяка и венца червячного колеса.

Изготовление и червяка, и колеса из твердых материалов не обеспечивает достаточной износостойкости и сопротивления за­еданию. Поэтому одну из деталей передачи выполняют из анти­фрикционного материала, хорошо сопротивляющегося заеданию и износу.

Для червяка характерны относительно малый диаметр и зна­чительное расстояние между опорами, его жесткость и прочность обеспечивают изготовлением его из стали. Поскольку при прира­ботке червяк служит в качестве формообразующего элемента, прочность и твердость его поверхности должны быть выше соот­ветствующих свойств колеса.

Материалы червяка делят на группы:

1) нетермообрабаты-ваемые

2) улучшаемые

3) поверхностно-закаливаемые

4) це­ментуемые под закалку

5) подвергаемые азотированию и хро­мированию. Наиболее применяемый материал — сталь 18ХГТ, твердость поверхности после цементации и закалки 56...63HRC₃. Используют также стали 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверхностной закалкой до твердости 45...55HRC₃. Во всех этих случаях необходимы шлифование и полирование червяка. Применение азотируемых сталей 38Х2МЮА, 38Х2Ю позволяет исключить шлифование червяка. Червяки улучшенные и без тер­мообработки применяют лишь во вспомогательных малонагруженных передачах. Червячное колесо обычно выполняют составным: венец — из антифрикционных, относительно дорогих и малопрочных материалов; центр — из стали; при небольших нагрузках — из чугуна. Материалы венцов червячных колес разделяют на груп­пы (в порядке снижения сопротивляемости заеданию и усилен­ному износу):

1) оловянистые бронзы (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1, БрОЗЦ5С6 и др.);

2) безоловянистые бронзы и латуни (БрА9ЖЗЛ, БрА10Ж4Н4Л, ЛАЖМц66-6-3-2 и др.);

3) чугуны (СЧ15, СЧ20 и др.).

Чем выше содержание олова в бронзе, тем она дороже, но тем выше сопротивление заеданию.

2.27. Расчет зубьев червячных передач на сопротивление контактной и изгибной усталости. Понятие о расчетной нагрузке. Расчет червячной передачи по контактным напряжениям

Основное значение для червячных передач имеют расчеты на сопротивление контактной усталости, усиленному износу и заеда­нию. Расчет передачи проводят по контактным напряжениям, причину выхода из строя учитывают при выборе допускаемых напряжений.

Несущая способность передач с цилиндрическими червяками основных типов близка (кроме передач с вогнутым профилем витка червяка). Поэтому расчеты для передач с архимедовым червяком распространяют на передачи с другими цилиндриче­скими червяками. В качестве исходной принимают формулу Герца для на­чального линейного контакта двух цилиндров по их образую­щим. Коэффициент Пуассона считают равным 0,3 :

(12.34)

где — нормальная погонная нагрузка;

— приведенный радиус кривизны;

E — приведенный модуль упругости материала,

(12.35)

— модули упругости материалов червяка и венца колеса. Приведенный радиус кривизны

где — радиусы кривизны витков червяка и зубьев червячного колеса. Зубья червячного колеса имеют криволинейный профиль, близкий к эвольвентному, для них радиус кривизны выражают, как и для косозубого цилиндрического колеса, через радиус кри­визны эквивалентного прямозубого колеса (рис. 12.10)

Витки архимедова червяка в осевом сечении имеют прямо­линейный профиль, тогда и

(12.36)

Ширину колеса по дуге начальной окружности выражают через начальный диаметр червяка dw1 и угол охвата червяка зубьями колеса (см. рис. 12.5):

длина контактных линий для одного зуба с учетом его наклона

Одновременно в зацеплении с витками червяка находятся несколько зубьев, поэтому суммарная длина контактных линий

где — торцовый коэффициент перекрытия в средней плоско­сти червячного колеса. При расчетах принимают и 2 . Тогда суммарная длина контактных линий

(12.37)

Нормальная погонная нагрузка . Используя выражения для и для из (12.37), получают:

(12.38)

Подставив в зависимость (12.34) выражения для из (12.38), (12.36), (12.11), (12.5) и (12.19), а также выразив модуль из (12.9) и приняв , получают зависимость для проверочного расчета чер­вячной передачи по контактным напряжениям:

(12.39)

В проектном расчете выражают из (12.39) межосевое рас­стояние передачи, полагая

На этапе проектного расчета параметры передачи и обычно неизвестны, поэтому как первое приближение принимают и получают

(12.40)

В дальнейшем, после округления до ближайшего стан­дартного значения и определения и проводят провероч­ный расчет по (12.39).

При действии пиковой нагрузки проверяют статическую прочность рабочих поверхностей зубьев колеса. Максимальные контактные напряжения:

(12.41)

где — максимальный вращающий момент на валу колеса.

В передачах с вогнутым профилем витков червяка ZT (рис. 12.11,6) контактные линии располагаются под большими углами к вектору скорости скольжения, чем в передачах с други­ми видами цилиндрических червяков. Это обеспечивает лучшие условия для образования масляного клина. Для передач ZT харак­терны также большие приведенные радиусы кривизны и распо­ложение линии зацепления ближе к основанию зуба колеса. Не­сущая способность таких передач значительно выше, чем обычных с цилиндрическим червяком. Расчет передач с вогнутым профилем витков червяка вы­полняют по общим для червячных передач зависимостям, уменьшая вращающий момент на колесе делением его на коэф­фициент

где — скорость скольжения в зацеплении, м/с .