Критерии работоспособности червячных передач

Работоспособность червячных передач определяется способностью противостоять негативным последствиям из-за трения в зацеплении. Так как колесо делают из более мягкого материала, работоспособность передачи определяется работоспособностью червячного колеса.

Основные причины выхода из строя червячных передач:

· Износ – основная причина выхода из строя большинства червячных передач. Он очень сильно зависит от смазки, увеличивается при неточном монтаже зацепления, при загрязненном смазочном материале, при повышенной шероховатости червяка, а также при частых пусках и остановах передачи, когда условия смазки ухудшены.

· Заедание – особо опасно, если колеса изготовлены из твердых материалов: безоловянных бронз и чугуна. Заедание сопровождается значительными повреждениями поверхностей и последующим быстрым изнашиванием зубьев частицами материала колеса, приварившимися к червяку.

· Усталостное выкрашивание наблюдается главным образом у червячных колес из стойких к заеданиям бронз.

· Пластическое разрушение рабочих поверхностей зубьев червячного колеса наблюдается при действии больших перегрузок.

· Изломы зубьев колеса можно наблюдать главным образом после износа или вследствие ошибок изготовления.

Таким образом, основные критерии работоспособности червячных передач – износостойкость и контактная прочность. Кроме того, передачи рассчитывают на нагрев.

 

 

Материалы червячной пары и допускаемые напряжения

Требования к материалам червячной пары: высокие антифрикционные свойства, износостойкость, прочность, стойкость к заеданиям, хорошая прирабатываемость, повышенная теплопроводность для лучшего отвода тепла.

 

Материалы червячных колес

Так как выбор материала для колеса связан со скоростью скольжения, то предварительно определяют ожидаемое ее значение, м/с:

,

где – частота вращения колеса, об/мин;

– передаточное число;

– вращающий момент на колесе, Н∙м.

Материалы зубчатых венцов червячных колес по мере убывания антизадирных и антифрикционных свойств и рекомендуемым для применения скоростям скольжения можно условно свести к трем группам (табл. 3.1):

Группа I – оловянные бронзы; применяют при скорости скольжения > 5 м/с.

Группа II – безоловянные бронзы и латуни; применяют при скорости скольжения = 2–5 м/с.

Группа III – мягкие серые чугуны; применяют при скорости скольжения < 2 м/с и в ручных приводах.

Таблица 3.1

Материалы венцов червячных колес

Группа	Материал	Способ отливки	, МПа	, МПа
I	БрО10Н1Ф1 25 м/с	центробежный
БрО10Ф1 12 м/с	в кокиль
в песок
БрО5Ц5С5 8 м/с	в кокиль
в песок
II	БрА10Ж4Н4 5 м/с	центробежный
в кокиль
БрА10Ж3Мц1,5 5 м/с	в кокиль
в песок
БрА9Ж3Л 5 м/с	центробежный
в кокиль
в песок
ЛЦ23А6Ж3Мц2 4 м/с	центробежный
в кокиль
в песок
III	СЧ15 СЧ20	2 м/с	в песок	320 МПа
360 МПа
Примечание: при серийном и массовом производстве рекомендуется литье в кокиль или центробежный способ отливки, при единичном производстве – литье в песчаные формы.
	а	б	в
Рис. 3.6. Конструкция венцов червячных колес

Червячные колеса небольшого диаметра (до 100-120 мм) выполняют цельными. Более крупные колеса изготавливают сборными для экономии дорогостоящих бронз. Диск колеса выполняют из более дешевых чугунов или сталей. Чаще всего изготавливают бандажированные колеса (рис. 3.6 а). Червячный венец выполняют поковкой и напрессовывают на диск. Для гарантии непроворачиваемости венца, его дополнительно фиксируют винтами или штифтами в качестве цилиндрической шпонки. Иногда венец получают заливкой на ступицу (рис. 3.6 в). Для гарантии непроворачиваемости на ободе диска выполняют несколько неглубоких отверстий или ступенек. Фланцевое крепление венца к диску (рис. 3.6 б) применяют при больших диаметрах колеса. Венец крепят с помощью призонных болтов (под развертку) или заклепок.

Нарезание зубьев червячного колеса выполняют после сборки.

 

 

Материалы червяков

Червяки выполняют из тех же сталей, термически обработанных для повышения твердости, что и для зубчатых колес (табл. 2.2, рис. 2.11). Для особо ответственных передач применяются цементированные червяки, которые обеспечивают наилучшую стойкость передачи. Их изготавливают из сталей 18ХГТ, 20Х, 12ХНА, 15ХФ, закаленных до твердости 55…62 HRC с обязательной последующей шлифовкой, а иногда с полировкой.

Широко применяют червяки из сталей 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверхностной или объемной закалкой до твердости 45…55 HRC с последующей шлифовкой. Реже применяют азотируемые червяки из сталей 38Х2МЮА, 38Х2Ю, требующих только полировки.

Термообработку – улучшение с твердостью НВ применяют для передач малой мощности (до 1 кВт) и непродолжительной работы (в основном с архимедовыми червяками).

 

 

Допускаемые напряжения

3.6.3.1 Допускаемые контактные напряжения для групп материалов:

I группа. Допускаемые контактные напряжения:

.

Допускаемое напряжение (МПа) при числе циклов перемены напряжений, равном 10⁷:

.

Коэффициент 0,9 – для червяков с твердыми ( 45 HRC) шлифованными и полированными витками, 0,75 – для червяков при твердости 350 HB; принимают по табл. 3.1.

Коэффициент долговечности:

,

при условии .

Суммарное число циклов перемены напряжений при постоянном режиме нагружения:

, (1)

где – время работы передачи, ч.

Если , то принимают .

Коэффициент учитывает интенсивность изнашивания материала колеса. Его принимают в зависимости от скорости скольжения:

, м/с
	1,33	1,21	1,11	1,02	0,95	0,88	0,83	0,80

или по формуле .

 

II группа. Допускаемые контактные напряжения:

.

Здесь = 300 МПа для червяков с твердостью на поверхности витков HRC; = 250 МПа для червяков при твердости 350 HB.

 

III группа. Допускаемые контактные напряжения:

.

Примечание: Для всех червячных передач (независимо от материала венца колеса) при расположении червяка вне масляной ванны значения нужно уменьшить на 15%.

 

3.6.3.2 Допускаемые напряжения изгиба вычисляют для материала зубьев червяч­ного колеса:

.

Коэффициент долговечности:

.

Здесь – эквивалентное число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы передачи – по формуле (1). Если , то принимают . Если , то принимают .

Исходное допускаемое напряжение изгиба для материалов:

групп I и II...................... ;

группы III....................... ,

где – предел прочности при изгибе, МПа (обычно в 1,5…2,2 раза больше ).

Примечание: Если передача работает в реверсивном режиме, то полученное значение нужно уменьшить на 25%.