Материалы и допускаемые напряжения

Ранее было установлено, что кинематической паре червяк—червяч­ное колесо свойственны большие скорости скольжения, превышающие окружную скорость червяка, и, как следствие, механическое изнашива­ние, в частности изнашивание при заедании и усталостное изнашивание. Поэтому при выборе материалов червячной пары необходимо обеспе­чить хорошие антифрикционные и противозадирные свойства. Наилуч­шие результаты достигаются при сочетании высокотвердой стальной по­верхности с антифрикционным материалом, обладающим необходимой объемной прочностью, например бронзой.

В малоответственных передачах червяк делают из среднеуглеродистых сталей (например, марок 45, 40Х и др.), подвергнутых нормализации или улучшению, причем твердость активных поверхностей витков Н < 320 НВ. Более высокая нагрузочная способность передачи получается, если червяк из среднеуглеродистой стали (например, марок 45Х, 40ХН, 35ХГСА и др.) подвергнуть поверхностной или объемной закалке до твердости Н ≥ 45HRC₃. Наилучшие результаты достигаются, если червяк изготовить из низкоуг­леродистой стали (например, марок 20Х, 18ХГТ, 12ХНЗА и др.) с после­дующей цементацией и закалкой до твердости Н ≥ 56HRC₃, шлифовани­ем и полированием витков. Червяки из азотируемых сталей (38Х2МЮА, 38Х2Ю и др.) не требуют шлифования витков, а только полируются. Для передач с колесами очень больших диаметров целесообразно червяки делать бронзовыми, а червячные колеса — чугунными.

Конструктивно червяки чаще всего изготовляют заодно целое с ва­лом и лишь в редких случаях — насадными.

В целях экономии цветных металлов червячные колеса чаще всего делают составными: на чугунный или стальной центр насаживается брон-зовый венец по прессовой посадке.

Для неответственных, слабонагруженных и тихоходных передач при скоростях скольжения υ s < 2 м/с возможно изготовление червячного ко­леса из чугуна или пластмасс (текстолит, полиамиды). В случае примене­ния стальных хромированных червяков и чугунного червячного колеса предельная скорость скольжения может быть увеличена.

Наилучшими антифрикционными и противозадирными свойствами обладают оловянные бронзы (например, БрОФ10-1, БрОНФ и др.), однако они дороги и дефицитны, и поэтому применяются только для ответственных передач с высокими скоростями скольжения (υ s> 7 м/с). Нагрузочная способность передач с червячными колесами из оловянных бронз лимитируется усталостным изнашиванием и от скорости скольже­ния практически не зависит, поэтому верхний предел этой скорости для таких передач не ограничивают, а допускаемые контактные напряжения от нее не зависят. Наряду с этим срок службы венцов червячных колес в значительной степени зависит от способа отливки заготовок (в песок, в кокиль, центробежная), поэтому допускаемые напряжения зависят от способа отливки, и кроме того, от твердости активной поверхности вит­ков червяка. Значения допускаемых контактных напряжений [σ _Н0 ] для червячных колес из оловянных бронз и стальных червяков при базе испы­таний циклов нагружения приведены в табл. 3.13. Для определения значения допускаемого контактного напряжения [σ _Н ] при заданном числе циклов N_K, отличном от базы испытаний, в расчет вводится коэф­фициент долговечности Z_N, тогда

(3.87)

Здесь ; , где п — частота враще­ния червячного колеса; L_h — заданная долговечность передачи, ч.

Таблица 3.13

Более высокими механическими характеристиками, но существенно худшими (по сравнению с оловянными бронзами) противозадирными свойствами обладают безоловянные бронзы (например, БрАЖ9-4, БрАЖЬН 0-4-4 и др.), поэтому их применяют для менее ответственных передач при скоростях скольжения υ_s < 7 м/с. Нагрузочная способность передач с червячными колесами из безоловянных бронз (а также из чугунов) лимитируется изнашиванием при заедании и зависит от скорости скольжения. Значения допускаемых контактных напряжений [σ_н]для червячных колес из чугуна или безоловянной бронзы и стальных червя­ков выбирают независимо от числа циклов нагружений по табл. 3.14.

Таблица 3.14

Допускаемые напряжения изгиба [σ _F ]для зубьев червячного колеса устанавливаются в зависимости от материала, способа отливки и характе­ра нагружения (реверсивное, нереверсивное). Значения [σ _F0 ]при базе испытаний N _Hlim =10⁶ циклов нагружений приведены в табл. 3.15. Для определения значения допускаемого напряжения изгиба при расчетном числе циклов N _К табличное значение [σ _F0 ] следует умножить на коэффициент долговечности Y _N, равный

;

если , то его принимают равным базе испытаний ; ес­ли , то принимают .