Материалы червяка и червячного колеса

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

Червяки изготовляют из углеродистых или легированных сталей. Наибольшей нагрузочной способностью обладают пары, у которых витки червяка термообработаны до высокой твердости с последующим шлифованием.

Червячное колесо обычно выполняют составным: венец - из антифрикционных, относительно дорогих и малопрочных материалов, центр - из стали, при небольших нагрузках - из чугуна. Венцы червячных колес изготавливают преимущественно из бронзы, реже из чугуна Оловянные бронзы типа ОФ10-1, ОНФ считаются лучшим материалом, однако они дороги и дефицитны. Применяют при больших скоростях =5…25 м/с. Безоловянистые бронзы, например алюминиево-железистые типа Бр.АЖ9-4, обладают повышенными механическими характеристиками, но имеют пониженные противозадирные свойства. Их применяют при <5M/C. Чугун применяют при <2м/с, преимущественно в ручных приводах.

Проектный расчет

Определяем межосевое расстояние передачи из условия контактной прочности зубьев:

                                                                (7)

Согласовывают со стандартом :

1-й ряд (предпочтительно) 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400;

2-й ряд 140; 180; 225; 280; 355.

По величине межосевого расстояния  определяют расчётный модуль: m = 2a_w/ (q + z₂), согласовывают со стандартом и находят основные размеры червяка и колеса.

Расчёт на прочность по напряжениям изгиба

Этот расчёт является проверочным. На изгиб рассчитывают только зубья червячного колеса.

С учётом особенностей червячной передачи формула изгибной выносливости зубьев червячного колеса будет иметь вид

s_F = 0,7F_t2k_FY_F / (b₂m_n) £ [s_F],                                                                      (8)

где m_n = m cosg;

Коэффициенты расчётной нагрузки k_H = k_F = k_u k_b.

При достаточно высокой точности принимают значение динамического коэффициента k_u » 1 при  £ 3 м/с и k_u = 1,0…1,3 при  > 3 м/с. Учитывая хорошую прирабатываемость материалов червячной пары при постоянной внешней нагрузке принимают коэффициент концентрации нагрузки k_b » 1, при переменной – k_b = 1,05…1,2.

Проверка червяка на прочность и жесткость

При проверочном расчете тело червяка рассматривают как цилиндрический брус круглого сечения, лежащий на двух опорах и работающий на изгиб и кручение.

Чрезмерные прогибы червяка вызывают недопустимую концентрацию нагрузки в зацеплении, поэтому максимальные прогибы ограничиваются допускаемыми значениями, выражаемыми в долях модуля червяка.

Приближенно максимальный прогиб можно рассчитать по формуле, выведенной в сопротивлении материалов для двухопорной балки постоянного сечения:

                                                                                                           (9)

где  - равнодействующая окружной и радиальной силы;

I - осевой момент инерции сечения: .

Условие жёсткости червяка запишется в виде .

Если условие не выполняется, то нужно увеличить коэффициент диаметра червяка q либо уменьшить расстояние l между опорами.