2.5. Выбор материала червяка и червячного колеса. Определение допускаемых контактных и изгибных напряжений

Технология машиностроения / Детали машин и основы конструирования / 2.5. Выбор материала червяка и червячного колеса. Определение допускаемых контактных и изгибных напряжений

Червяки изготавливают из тех же марок сталей, что и шестерни зубчатых передач. Выбор марки стали червяка и определение ее механических характеристик производят по табл. 2.4 и 2.5. При этом для передач малой мощности (Р < 1 кВт) применяют термообработку – улучшение с твердостью <350 НВ, а для передач большей мощности с целью повышения КПД – закалку ТВЧ до твердости 45 HRC_э, шлифование и полирование витков червяка.

Материалы для изготовления зубчатых венцов червячных колес условно делят на три группы: группа I – оловянные бронзы; группа II – безоловянные бронзы и латуни; группа III-серые чугуны. Выбор марки материала червячного колеса зависит от скорости скольжения и производится по табл. 2.7.

Таблица 2.7 Материалы для червячных колес

Группа	Материал	Способ отливки	σ_B	σ_τ	Скорость скольжения V_S_, м/с
			Н/мм²
I	БрО10H1Ф1	ц	285	165	> 5
	БрО10Ф1	к	275	200
		з	230	140
	БрО5Ц5С5	к	200	90
		з	145	80
II	БрА10Ж4Н4	ц	700	460	2…5
		к	650	430
	БрА10ЖЗМц1,5	к	550	360
		з	450	300
	БрА9ЖЗЛ	ц	530	245
		к	500	230
		з	425	145
III	СЧ18 СЧ15	з	355	-	< 2
		з	315
Примечания: 1. Принятые обозначения: ц – центробежный; к – в кокиль; з – в землю. 2. Для чугунов приведены значения σ_ви

Скорость скольжения определяется по эмпирической формуле:

v_S= ,

где v_S – скорость скольжения, м/с; Т₂ – вращающий момент на валу червячного колеса, Н м; ω₂ – угловая скорость тихоходного вала, рад/с; u_{зп –}передаточное число редуктора. Значения Т₂, ω₂выбирают из табл. 2.3.

Допускаемые напряжения определяют для зубчатого венца червячного колеса в зависимости от материала зубьев, твердости витков червяка, скорости скольжения (v_S),ресурса (L_h)и вычисляют по эмпирическим формулам, приведенным в табл. 2.8.

Таблица 2.8 Допускаемые напряжения для червячного колеса

Группа материалов	Червяк улучшенный, 350 HB	Червяк закален при нагреве ТВЧ, 45HRC	Нереверсивная передача	Реверсивная передача
Группа материалов	_H, Н/ мм²		_F, Н/ мм²
I	K_HLC_V0,75 σ_в	K_HLC_V0,9 σ_в	(0,08σ_в+ 0,25σ_Т) K_FL	0,16 σ_вK_FL
II	250 – 25 V_S	300 – 25 V_S	(0,08σ_в+ 0,25σ_Т) K_FL	0,16 σ_вK_FL
III	175 – 35 V_S	200 – 35 V_S	0,12σ_виK_FL	0,075 σ_виK_FL

При расчетах допускаемых напряжений используются:

С_V–коэффициент, учитывающий износ материала (табл. 2.9);

K_HL–коэффициент долговечности; при расчете на контактную прочность где N – число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы (наработка). Если N> 25·10⁷,то Nпринять равным 25 10⁷;

Таблица 2.9 Значения коэффициента C_V


v_S	C_V	v_S	C_V
1	1,33	5	0,95
2	1,21	6	0,88
3	1,11	7	0,83
4	1,02	8	0,80

K_FL – коэффициент долговечности при расчете на изгиб; K_FL, где N – наработка. Если N<10⁶, то его принимают равным 10⁶. Если N> 25·10⁷,то принять N = 25 10⁷;

σ_т, σ_в, σ_ви – предел текучести и пределы прочности при растяжении и изгибе, Н/мм (см. табл. 2.7).

Если передача работает в реверсивном режиме, то полученное значение допускаемого напряжения _Fнужно уменьшить на 25 %. 6. Для всех червячных передач (независимо от материала венца колеса) при расположении червяка вне масляной ванны значения [σ]_н нужно уменьшить на 15 %.