- 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
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.
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
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:
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.