11.9.   Материалы и допускаемые напряжения

В связи с высокими скоростями скольжения и неблагоприятными условиями смазки материалы червячной пары должны обладать антифрикционными свойствами, износостойкостью и пониженной склонностью к заеданию.

Червяки изготавливают из углеродистых или легированных сталей (см. табл. 9.2). При передаваемой мощности до одного киловатта и малой длительности работы материал подвергается улучшению до твердости . При передаваемых мощностях  кВт витки червяка подвергают термообработке до высокой твердости () с последующим шлифованием.

Зубчатые венцы червячных колес преимущественно изготавливают из бронзы, реже из латуни или чугуна. Выбор материала червячного колеса зависит от скорости скольжения, в зависимости от которой различают три группы материалов (табл. 11.6).

При высоких скоростях скольжения ( м/с) зубчатый венец червячного колеса изготавливают из оловянистых бронз типа БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1. Необходимость в применении бронзы с высоким содержанием олова тем выше, чем больше скорость скольжения и относительная продолжительность работы передачи.

Безоловянистые бронзы, например, алюминевожелезистые типа БрА9ЖЗЛ, обладают повышенными механическими характеристиками, но имеют пониженные противозадирные свойства. Их применяют в паре с твердыми () шлифованными и полированными червяками при скоростях скольжения  м/с.

При скоростях скольжения  м/с применяют серые или модифицированные чугуны.

Таблица 11.6 Механические характеристики материалов для зубчатых венцов

Группа

материала

Марка бронзы, чугуна

Способ отливки

Напряжения, МПа

Скорость скольжения , м/с

I

БрО10Н1Ф1

Центробежный

165

285

˃5

БрО10Ф1

В кокиль

195

245

˃5

БрО10Н1Ф1

В песок

132

215

˃5

II

БрА9Ж3Л

Центробежный

200

500

2…5

БрА9Ж3Л

В кокиль

195

490

2…5

БрА9Ж3Л

В песок

195

392

2…5

III

СЧ15

В песок

200

<2

В передачах с червячными колесами из оловянистых бронз с пределом прочности  МПа работоспособность ограничена контактной прочностью.


В данном случае допускаемое напряжение, соответствующее базовому числу циклов перемен напряжений, определяется по формуле:

,

где  – при твердости материала червяка ;  – при твердости материала червяка ;  – коэффициент, зависящий от скорости скольжения.

Коэффициент  определяется по формуле:

.

Допускаемое контактное напряжение  определяется по формуле

,

где  – коэффициент долговечности по контактным напряжениям.

Коэффициент долговечности определяется по формуле

,

где  – базовое число циклов перемен напряжений.

Эквивалентное число циклов перемен напряжений  определятся так же, как и для цилиндрических зубчатых передач (при постоянном режиме работы ). Если , то принимается .

Работоспособность передач с червячными колесами из безоловянистых бронз и чугуна при  МПа ограничена обычно заеданием. Для таких передач допускаемое напряжение  определяется в зависимости  от скорости скольжения:

· безоловянистые бронзы и латуни

,

где  – цементируемый червяк;  – червяк, закаленный токами высокой частоты;

· чугуны

,

где  – улучшенный червяк;  – червяк, закаленный токами высокой частоты.

При изготовлении червячного колеса из материалов первой ( м/с) и второй ( м/с) групп допускаемое напряжение на выносливость при изгибе определяется по формулам:

· для нереверсивной передачи

;

· для реверсивной передачи

,

где  – коэффициент долговечности по напряжениям изгиба.

Коэффициент долговечности по напряжениям изгиба определяется по формуле:

,

где  – базовое число циклов перемен напряжений.

Эквивалентное число циклов перемен напряжений  определяется так же, как для цилиндрических зубчатых передач (при постоянном режиме работы ). Если , то принимают , если , то принимают .

При изготовлении червячного колеса из материалов третьей группы ( м/с) допускаемое напряжение на выносливость при изгибе определяется по формулам:

· для нереверсивной передачи

;

· для реверсивной передачи

,

где  – предел прочности материала при деформации изгиба.