Розділ 5 Черв’ячні передачі

5 Черв’ячні передачі

5.1 Матеріали черв’яка та черв’ячного колеса

Наявність високих швидкостей ковзання у зачепленні вимагають від матеріалів черв’ячної передачі високі антифрикційні властивості і стійкість до заїдання.

Черв’яки найчастіше виготовляють із якісних вуглецевих сталей (45, 50, 40Г2), а у передачах відповідального призначення – із легованих сталей (40Х, 40ХН, 35ХГСА та інші). Термообробка до твердості з подальшим шліфуванням та поліруванням робочих поверхонь витків, що суттєво підвищує несучу здатність і довговічність.

Вінці черв’ячних коліс виготовляють переважно з бронзи,

а інколи з латуні та чавуну. Олов’яні бронзи Бр010А1Ф1, Бр010Ф1 є хорошими матеріалами для роботи на високих швидкостях ковзання ( >5 м/с), однак вони є дорогими та дефіцитними. Менш дорогі неолов’яні бронзи БрА10Ж4Н4, БрА9ЖЗЛ та інші. Вони мають достатньо високу міцність, але гірші антифрикційні властивості. Застосовуються при середніх швидкостях ковзання = (2…5) м/с.

Таблиця 5.1 – Матеріали черв’яка і черв’ячного колеса

Швидкість ковзання ,м/с	Матеріал черв’яка, вид термообробки і твердість поверхні витків	Матеріал вінця черв’ячного колеса
 2	Сталі марок 20, 40, 45, 50 Поліпшення - Н350НВ	СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ28
2 … 4	Сталі 40Х, 40ХН, 30ХГН, 35ХГС2 Об’ємне гартування або гартування СВЧ, 45…50 HRC	ЛАЖМЦ66-6-3-2
3 … 5	Сталі 40Х, 40ХН, 30ХГН, 35ХГС2 Об’ємне гартування або гартування СВЧ, 45…50, НRC	БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4, БрА10Ж3Мц1,5
5 … 8	Сталі марок 12ХН3А, 18ХГТ, 20ХН3А, 20ХГС. Цементація, 58…63 HRC	БрО5Ц5С5
>8	Сталі марок 12ХН3А, 18ХГТ, 20ХН3А, 20ХГС. Цементація, 58…63 HRC	БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1

Для малонавантажених та тихохідних ( 2м/с) черв’ячних передач черв’ячні колеса можуть виготовлятись із чавуну (СЧ15, СЧ18) або пластмас (текстоліту, поліамідів). Рекомендації щодо вибору матеріалу черв’яка і черв’ячного колеса залежно від швидкості ковзання наведені у табл.5.1

Конструктивно черв’яки виготовляють у більшості випадків за одно з валом. З метою економії кольорових металів черв’ячні колеса виготовляють із двох частин: бронзового вінця, який кріпиться до колісного центра болтами або на відповідній посадці. При малих діаметрах черв’ячних коліс або чавунних колесах черв’ячні колеса виготовляють суцільними.

5.2 Визначення допустимих напружень

Контактні напруження. При розрахунку на контактну втому зубців черв’ячних коліс, виготовлених із неолов’яної бронзи, допустиме контактне напруження визначають за формулою:

, (5 .1)

де – допустиме контактне напруження для бази випробувань =10⁷; – коефіцієнт довговічності.

Допустиме напруження залежить від границі міцності олов’яної бронзи (табл.5.2) та коефіцієнта інтенсивності спрацювання зубців:

= 0,95 при = 5 м/с;

= 0,88 при = 6 м/с;

= 0,83 при = 7 м/с;

= 0,80 при  8 м/с.

При проектному розрахунку, коли розміри передач ще невідомі, наближено можна встановити швидкість ковзання

, (5.2)

де – кутова швидкість черв’яка; – крутний момент на валу черв’ячного колеса, Нм.

Коефіцієнт довговічності визначають за співвідношенням

, (5.3)

де – еквівалентне число циклів навантаження зубців за строк служби передачі, визначається за формулою (3.4).

Коефіцієнт довговічності обмежується значеннями 0,67  1,15.

Для зубців черв’ячних коліс, виготовлених із неолов’яної бронзи, латуні або чавуну, допустиме контактне напруження вибирають із умови опору заїданню залежно від швидкості ковзання і беруть

.

Допустимі напруження на згин. Для зубців черв’ячних коліс, виготовлених із бронзи, допустимі напруження для розрахунку на втому при згині визначають за формулою:

. (5.4)

Таблиця 5.2 - Механічні характеристики матеріалів та допустимі

напруження для зубців черв’ячних коліс

Матеріал вінця черв’ячного колеса	Спосіб відливання	Границя витривалості В , МПа	Границя плинності, Т МПа	, при твердості черв’яка		, при навантаженні			МПа		МПа
				 45 HRC	< 45 HRC	ревер-сив-ному	нере-вер-сивно-му
БрО10Н1Ф1	в	285	165	0,9В с	0,75В с	0,08В +0,25Т	0,16	4			0,8
БрО10Ф1	к з	275 230	200 140
БрО5Ц5С5	к з	200 145	90 80
БрА10Ж4Н4	в к	700 650	460 430	300–25s	275–25s			2
БрА10ЖЗМц1,5	к з	550 450	360 300
БрА9ЖЗЛ	в к з	530 500 425	245 230 195
ЛАЖМЦ66-5-3-2	в к з	500 450 400	330 295 260
СЧ 18 СЧ 15	з з	355 315	– –	– –	175–35	0,12	0,075	1,65		0,75
Примітка: в– відцентрове відливання; к – виливання у кокіль; з – виливання у землю

Тут – допустиме напруження для бази випробувань, що дорівнює 10⁶ і залежить від границі міцності та границі плинності бронзи; – коефіцієнт довговічності при розрахунку на згин

(5.5)

Еквівалентне число циклів N_FE навантаження зубців за строк служби передачі обчислюють за формулою (3.4), а коефіцієнт беруть у межах 0,54  1.

Для зубців чавунних черв’ячних коліс

. (5.6)

Вибір допустимих напружень згину для розрахунку зубців на міцність при згині максимальним навантаженням виконують за даними табл.5.2.