Материал червячной пары

Червяк и червячное колесо работают в условиях повышенного трения при неблагоприятных условиях смазки, что вызывает значительный нагрев материала в зоне контакта и деформацию тела червяка. Основными причинами выхода из строя червячной передачи является изнашивание зубьев колеса, после которого происходит излом зубьев, и заедание червячной пары, связанное со значительными повреждениями поверхностей витков червяка и зубьев колёс. В связи с этим материалы червяка и колеса должны обладать антифрикционными свойствами (иметь низкий коэффициент трения), износостойкостью, пониженной склонностью к заеданию и повышенной теплопроводностью.

Особенностью конструкции червяка являются малый диаметр и значительное расстояние между опорами, поэтому червяки для обеспечения прочности и жёсткости изготавливают из среднеуглеродистых или легированных сталей с последующей термообработкой и шлифованием.

Для обеспечения износостойкости и сопротивления заеданию червячное колесо выполняют из антифрикционного материала (оловянистые, безоловянистые бронзы и латуни, серые чугуны марок СЧ15 и СЧ20). Материал выбирают в зависимости от значения скорости скольжения V_s. Так как цветной металл дорог, из него выполняют лишь зубчатый венец, который крепится на сравнительно дешёвой стальной или чугунной ступице. Таким образом, червячное колесо является сборочной единицей, где наиболее распространенные способы крепления зубчатого венца на ступице - это центробежное литьё в кольцевую канавку ступицы (рис. 53, а), крепление венца к ступице болтами за фланец (рис. 53, б) или посадка с натягом и стопорение винтами для предотвращения взаимного смещения венца и ступицы (рис. 53, в).

а) б) в)

Рис. 53. Варианты составных колёс:

а) - центробежное литьё; б) - крепление болтами; в) - посадка с натягом с фиксацией винтами; 1 - ступица; 2 - бронзовый венец; 3 - винт; 4 - болт

6.6. Проектировочный расчёт червячной передачи

Определяющим для расчёта червячной передачи является расчёт по контактным напряжениям, от значения которых зависят износ передачи и возникновение заедания. Расчёт по напряжениям изгиба является проверочным.

Исходными данными для проектировочного расчёта являются:

- мощность на червяке N, кВт (мощность приводного двигателя);

- крутящие моменты Т ₁ и Т ₂ на валу червяка и колеса соответственно, Н∙м;

- частоты вращения n ₁ и n ₂ червяка и колеса соответственно, об/мин;

- передаточное отношение u червячной передачи.

Указанные исходные данные определяют в ходе кинематического расчёта, предшествующего проектировочному. Также в задании на проектирование указывается характер передаваемой нагрузки, срок службы передачи, коэффициент годового и суточного использования, особенности силового привода, влияющие на выбор схемы передачи (относительного расположения червяка и колеса).

Этапы проектировочного расчёта:

- выбор материала звеньев передачи;

- определение допускаемых контактных и изгибных напряжений, МПа (по формулам в зависимости от нагружения передачи и материала червячной пары);

- определение межосевого расстояния а_ω, мм (по формуле в зависимости от и крутящего момента на колесе Т ₂ или червяке Т ₁);

- определение числа заходов червяка z ₁, зубьев колеса z ₂ и коэффициента диаметра червяка q (число заходов червяка выбирают в зависимости от передаточного отношения передачи, коэффициент q - в зависимости от числа зубьев колеса);

- определение модуля зацепления m, мм;

- определение основных геометрических параметров передачи;

- расчёт тела червяка на прочность и жёсткость в зависимости от окружной F_t, радиальной F_r и осевой F_a сил, действующих в зацеплении).

В ходе проектировочного расчёта значения а_ω, q и m округляют до стандартного значения.

Проверочный расчёт ведут по параметрам червячного колеса, так как прочность зубчатого венца передачи меньше, чем прочность витков червяка. В ходе проверочного расчёта производят проверку по действующим контактным и изгибным напряжениям, значения которых не должны превышать допускаемые:

, . (6.9)

Так как червячные передачи работают с большим тепловыделением, производят тепловой расчёт передачи, основой которого является определение температуры масла при установившемся тепловом балансе, приравнивая тепловыделение теплоотдаче. Если рабочая температура превышает максимально допустимую (за допустимую температуру масла обычно принимают значение = 90 °С), предусматривают отвод избыточной теплоты - оребрение корпуса передачи, установку вентилятора, применение системы охлаждения.

7. Ремённая передача