СОДЕРЖАНИЕСЛЕДУЮЩИЙ РАЗДЕЛ

Тема 6.2. Кинематика червячной пары. Материалы червячной пары. Критерии работоспособности червячной передачи

6.2.1 Скорость скольжения в передаче. Передаточное число
6.2.2 Силы в зацеплении
6.2.3 Материалы червячной пары
6.2.4 Виды разрушения зубьев червячных колес
6.2.5 Допускаемые напряжения для материалов венцов червячных колес

В результате изучения студент должен знать:
- материалы, используемые для изготовления червяков и червячных колес;
- виды разрушений зубьев червячных колес;
- виды разрушения зубьев червячных колес.

6.2.1 Скорость скольжения в передаче. Передаточное число

Во время работы червячной передачи витки червяка скользят по зубьям червячного колеса рис. 2.5.11. Скорость скольжения направлена по касательной к винтовой линии делительного цилиндра червяка и определяется из параллелограмма скоростей

(2.5.11)


Как видно из формулы, всегда us > u1. Большое скольжение в червячной передаче повышает изнашиваемость зубьев червячного колеса, увеличивает склонность к заеданию.

Передаточное число червячной передачи определяют по условию, что за каждый оборот червяка колесо поворачивается на число зубьев, равное числу витков червяка:

(2.5.11)


где и — угловые скорости червяка и колеса;
z1 и z2 — число витков червяка и число зубьев колеса.

На практике в силовых передачах применяют червяки с числом витков z1 = 1; 2; 4. С увеличением z1 возрастают технологические трудности изготовления передачи и увеличивается число зубьев червячного колеса z2. Число витков червяка z1 зависит от передаточного числа и.

схема определения скорости скольжения в червячной передаче

Рисунок 2.5.11 схема определения скорости скольжения в червячной передаче


Во избежание подреза основания ножки зуба в процессе нарезания зубьев принимают z2?26. Оптимальным является z2 = = 40...60. Диапазон передаточных чисел в этих передачах u = 10...80.

6.2.2 Силы в зацеплении

В приработанной червячной передаче, как и в зубчатых передачах, сила червяка воспринимается не одним, а несколькими зубьями колеса. Для упрощения расчета силу взаимодействия червяка и колеса Fn принимают сосредоточенной и приложенной в полюсе зацепления П по нормали к рабочей поверхности витка. По правилу параллелепипеда Fn раскладывают по трем взаимно перпендикулярным направлениям на составляющие Ff1, Fr1, Fa1 рис. 2.5.12. Для ясности изображения сил, u червячное зацепление раздвинуто.

Схема сил, действующих в червячном зацеплении

Рисунок 2.5.12 Схема сил, действующих в червячном зацеплении


Окружная сила на червячном колесе численно равна осевой силе на червяке (2.5.13), где T2— вращающий момент на червячном колесе. Окружная сила на червяке численно равна осевой силе на червячном колесе :

(2.5.14)
(2.5.14), где T1— вращающий момент на червяке; — к.п.д. передачи. Радиальная сила на червяке численно равна радиальной силе на колесе



(2.5.15).

Направления осевых сил червяка и червячного колеса зависят от направления вращения червяка, а также от направления линии витка. Направление силы всегда совпадает с направлением вращения колеса, а сила направлена в сторону, противоположную вращению червяка.

6.2.3 Материалы червячной пары

Червяк и колесо должны образовывать антифрикционную пару, обладать высокой прочностью, износостойкостью и сопротивляемостью заеданию ввиду значительных скоростей скольжения в зацеплении.

Червяки изготовляют из среднеуглеродистых сталей марок 40, 45, 50 или легированных сталей марок 40Х, 40ХН с поверхностной или объемной закалкой до твердости 45...53 НКСЭ. При этом необходима шлифовка и полировка рабочих поверхностей витков. Хорошую работу передачи обеспечивают червяки из цементуемых сталей (15Х, 20Х и др.) с твердостью после закалки 56...63 НКСЭ.
Зубчатые венцы червячных колес изготовляют преимущественно из бронзы, причем выбор марки материала зависит от скорости скольжения у5 и длительности работы.

При высоких скоростях скольжения (Us = 5...25 м/с) и длительной работе рекомендуются оловянные бронзы марон БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1, которые обладают хорошими противозадирными свойствами. При средних скоростях скольжения (Us = 2...5 м/с) применяют алюминиевую бронзу марки БрА9ЖЗЛ. Эта бронза обладает пониженными противозадирными свойствами, поэтому применяется в паре с закаленными до твердости ?45НRСЭ шлифованными и полированными червяками. В отдельных случаях ее применяют до Us = 8 м/с. При малых скоростях скольжения (Us < 2 м/с) червячные колеса можно изготовлять из серых чугунов марок СЧ12 СЧ15 и др. При выборе материала колеса предварительно определяют ожидаемую скорость скольжения по эмпирическое формуле

(2.5.16)


Практика показала, что срок службы бронзовых венцов червячных колес сильно зависит от способа отливки заготовок. Большее сопротивление изнашиванию оказывают зубья венцов, отлитых центробежным способом.

Для наиболее распространенных материалов венцов червячных колес механические характеристики приведены.

6.2.4. Виды разрушения зубьев червячных колес

В червячной паре менее прочным элементом является зуб колеса, для которого возможны все виды разрушений и повреждений, встречающиеся в зубчатых передачах, т. е. усталостное выкрашивание, изнашивание, заедание и поломка зубьев. Из перечисленного наиболее редко встречается поломка зубьев колеса. В передачах с колесами из оловянных бронз (мягкие материалы) усталостное выкашивание рабочих поверхностей зубьев колеса наиболее опасно. Возможно и заедание, которое проявляется в намазывании бронзы на червяк; сечение зуба постепенно уменьшается, при этом передача может еще продолжать работать длительное время. Заедание в венцах колес из твердых бронз (алюминиевых) переходит в задир с последующим катастрофическим изнашиванием зубьев колеса частицами бронзы, приварившимися к виткам червяка. Этот вид разрушения зубьев встречается наиболее часто. Для предупреждения заедания рекомендуется тщательно обрабатывать поверхности витков и зубьев, применять материалы с высокими антифрикционными свойствами.

Изнашивание зубьев колес червячных передач зависит от степени загрязненности масла, точности монтажа, частоты пусков и остановок, а также от значений контактных напряжений.

Излом зубьев червячных колес происходит в большинстве случаев после изнашивания.

6.2.5 Допускаемые напряжения для материалов венцов червячных колес

Допускаемые напряжения вычисляют по эмпирическим формулам в зависимости от материала зубьев колеса, твердости витков червяка, скорости скольжения и ресурса.

1. Допускаемые контактные напряжения. для оловянных бронз (БрО10Н1Ф1, БрО10Ф1 и др.) определяют из условия сопротивления усталостному выкашиванию рабочих поверхностей зубьев:

(2.5.17)


где — коэффициент долговечности при расчете на контактную прочность, N — число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы передачи Сu — коэффициент, учитывающий интенсивность изнашивания зуба колеса в зависимости от скорости скольжения Us:

Us м/с……........5 6 7 >8
С ……..........0,95 0,88 0,83 0,80

допускаемое контактное напряжение, соответствующее пределу контактной выносливости при числе циклов перемены напряжений ,


предел прочности бронзы при растяжении большие значения но принимают для червяков с твердостью витков > 45НКСЭ.

2. Допускаемые контактные напряжения для безоловянных бронз и латуней (БрАЭЖЗЛ, ЛЦ23А6ЖЗМц2 и др.) определяют из условия coпротивления заеданию. Большие значения принимают для червяков с твердостью витков 45НКСЭ.

3. Допускаемые контактные напряжения для чугунов (СЧ12, СЧ15 и др.) определяют из условия сопротивления заеданию. Для всех червячных передач (независимо от материала зуба колеса) при расположении червяка вне масляной ванны значения уменьшают на 15%. Экспериментом установлено, что изгибная прочность зубьев колеса зависит от материала, ресурса и характера нагрузки.


Ответьте на контрольные вопросы

СОДЕРЖАНИЕСЛЕДУЮЩИЙ РАЗДЕЛ