Загальна характеристика, умови роботи й область застосування

Черв'ячні передачі відносяться до зубчатогвинтовых і мають характерні риси зубчастих і гвинтових передач. В осьовому перерізі зубці колеса мають дугову форму. Це забезпечує більш повне облягання тіла черв'яка й збільшення довжини контактних ліній.

Черв'ячна передача (рис. 1) складається із черв'яка 1, тобто гвинта із трапецеідальної або близької до неї за формою різьби і черв'ячного колеса із зубцями особливої форми (2), одержуваної в результаті взаємного огинання його зубців витками черв'яка.

Рисунок 1 - Схема черв'ячної передачі

Переваги черв'ячних передач:

- можливість одержання великого передатного відношення;

- плавність і безшумність роботи, можливість точних ділильних переміщень;

- можливість самогальмування.

Основні недоліки черв'ячної передачі:

- необхідність застосування для черв'ячного колеса часто дорогих антифрикційних сплавів;

- знижений КПД порівняно з іншими зубчатими передачами.

Черв'ячні передачі іноді працюють в умовах з навантаженнями, близькими до границі контактної витривалості матеріалу передачі, а також у режимах короткочасних перевантажень. Характерною рисою роботи черв'ячних передач у порівнянні із зубчастими передачами є більші швидкості ковзання. Це при високих швидкостях тривалих перевантаженнях в умовах підвищеного тертя приводить до виділення великої кількості тепла, у результаті чого можливе нагрівання елементів черв'ячної передачі.

Черв'ячні передачі застосовують при необхідності зниження швидкості й передачі руху між перехресними (у більшості випадків взаємно перпендикулярними) валами в підйомно-транспортних машинах, верстатах, автомобілях і інших машинах. Внаслідок відносно низького КПД черв'ячні передачі застосовують для невеликих і середніх потужностей. Передатні відносини звичайно приймають рівними від 8 до 80.

Матеріали черв'ячної пари відповідно до видів руйнування й ушкодження зубів повинні мати зносостійкість, знижену схильність до заїдання, високу припрацьовуваністю й підвищену теплопровідність.

Для виготовлення черв'яків застосовують різні сорти сталі (табл.3.1). Вибір тієї або іншої марки сталі залежить від габаритних розмірів черв'яка.

Таблиця - 3.1. Матеріали, що рекомендують для черв'яків

Матеріал	Твердість робочих поверхонь витків
Стали що поліпшують 40Х, 45Х, 40ХН, 38ХГН	НRС 30 - 38
Стали що гартують 45, 40Х, 45Х, 40ХН	НRС 50 - 55
Стали цементируемые 15Х, 20Х, 12ХН3А, 20ХФ	НС 58 - 63
Стали азотируемые 38Х2МЮА, 38Х2Ю	НRС 58 - 63
Чавуни СЧ 15, СЧ 20	НВ 163 - 241

Черв'яки можна виготовляти зі сталі як з відносно низкою твердістю, що отримується після термополіпшення, так і з високою поверхневою твердістю витків, загартованих струмами високої частоти (ТВЧ) або цементованих і загартованих.

У всіх випадках рекомендується домагатися можливо більшої чистоти поверхні робочих поверхонь витків черв'яка. Для цього витки черв'яків, підданих поверхневому загартуванню або цементації, шліфуються й поліруються, а витки черв'яків з поліпшеної сталі - поліруються.

Черв'яки із гладкими робочими поверхнями витків, що мають високу твердість, забезпечують найбільший опір зубців черв'ячних коліс заїданню й викришуванню. При цьому досягається найменше зношування зубів черв'ячного колеса, знижується небезпека «намазування» бронзи на робочі поверхні черв'яка в результаті «обпилювання» їх шорсткуватими поверхнями твердого черв'яка.

Термополіпшені черв'яки застосовують замість цементованих і загартованих через обмежені технологічні можливості (зокрема, відсутність можливості шліфування черв'яків) або через необхідність взаємного приробляння черв'яка й колеса. Крім того, поліпшені й нормалізовані черв'яки доцільно застосовувати в допоміжних тихохідних й малонавантажених передачах.

Для передач із чавунними колесами великих діаметрів можна застосовувати бронзові черв'яки.

Черв'ячні колеса варто виготовляти з матеріалів, що мають високі антизадирні й антифрикційні властивості. Схильність мідних сплавів до заїдання особливо різко знижується зі збільшенням відсотка в їх складі олова.

Антизадирними присадками для мідних сплавів є також свинець, нікель і сурма. Найбільш низькі антизадирні властивості мають чавуни.

Матеріали для черв'ячних коліс, що працюють у парі зі сталевим черв'яком, можна розбити на чотири групи, залежно від схильності цих матеріалів до заїдання.

Група 1. Високоолов’яністі (6...10 % Sn) бронзи, що містять фосфор, свинець, сурму й нікель, а також сурм'яно-нікелева бронза (7...8% Sb, 1,5...2,5% Ni). Такі бронзи відрізняються високими антизадирними властивостями, проте відносно низкою міцністю, а отже, і низькими контактними напруженнями. Особливо малу міцність мають бронзи, що містять свинець. Застосування високоолов'янистих бронз внаслідок високої вартості олова обмежується найбільш швидкохідними відповідальними передачами.

Характерною рисою матеріалів першої групи є м'яка форма заїдання навіть при роботі передачі зі значними перевантаженнями. Заїдання протікає у вигляді підвищеного зношування, а не у вигляді задира. У цьому випадку припустимі значні по величині й тривалі за часом перевантаження.

Група 2. Бронзи, що відповідають за складом бронзам першої групи, але з меншим змістом олова (3…6 % Sn), мають антизадирні властивості гірші, ніж бронзи першої групи, особливо при високих швидкостях ковзання.

Група 3. Безолов'яністі бронзи й латуні широко використаються як замінники олов'янистої бронзи. Їх застосовують при швидкостях ковзання, що рідко перевищують 10 м/сек. Кращі антизадирні властивості мають (у парі із черв'яком) бронзи й латуні з невисокою міцністю.

Черв'ячні колеса з більше міцних сплавів прироблюються значно гірше; концентрація напружень від підвищеної шорсткості знижується досить повільно, наслідком чого при роботі з повним навантаженням без тривалого приробляння можливе заїдання.

Група 4. Як матеріал для черв'ячних коліс рекомендується відносно м'який сірий чавун (СЧ20, СЧ 25).

У цієї групи матеріалів гранична допустимашвидкість ковзання при нормальній (немодернізованій) конструкції вінця черв'ячного колеса не перевищує 2 м/сек і лише у виняткових випадках – 3 м/сек. Із твердих чавунів черв'ячні колеса виготовляти небажано. Тверді чавуни погано приробляються внаслідок чого зростає ймовірність задиру в місцях концентрації напружень. Навіть для м'яких сірих чавунів контактні напруження, що допускаються із умови відсутності заїдання, без ретельного приробляння повинні бути знижені, принаймні, на 30 %. У випадку застосування для черв'ячних коліс легованого чавуну несуча здатність черв'ячної передачі підвищується.

Спроби застосувати тонкошарове покриття зубців черв'ячних коліс для підвищення їх противозадирной стійкості (наприклад, сульфидирование), дають лише тимчасовий ефект: через кілька десятків годин черв'ячні передачі покриття стирається.