17. Материалы, применяемые в червячных передачах, допускаемые напряжения.

Изготовление и червяка и колеса из твердых материалов не обеспечивает достаточной износостойкости и сопротивления заеданию. Поэтому одну из деталей передачи выполняют из антифрикционного материала (материала, хорошо сопротивляющегося заеданию и износу).

Для червяка характерны относительно малый диаметр и значительное расстояние между опорами, его жесткость и прочность обеспечивают за счет изготовления его из стали. Поскольку при приработке на червяк возлагается роль формообразующего элемента, его прочность и твердость поверхности должны быть выше соответствующих свойств колеса.

Материалы червяка делят на группы: 1)нетермообрабатываемые,, 2)улучшаемые, 3)поверхностно-закаливаемые, 4)цементуемые под закалку, 5)подвергаемые азотированию и хромированию. Наиболее применяемый материал - сталь 18ХГТ, твердость поверхности после цементации и закалки 56…63 HRCэ. Используют также стали 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверхностной закалкой до твердости 45…55HRCэ. Во всех этих случаях необходимы шлифование и полирование червяка. Применение азотируемых сталей 38Х2МЮА, 38Х2Ю позволяет исключить шлифование червяка. Червяки улучшенные и без термообработки применяют лишь во вспомогательных, малонагруженных передачах.

Червячное колесо обычно выполняют составным: венец - из антифрикционных, относительно дорогих и малопрочных материалов, центр - из стали, при небольших нагрузках - из чугуна. Материалы венцов червячных колес разделяют на группы (в порядке снижения сопротивляемости заеданию и усиленному износу): 1) оловянистые бронзы (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1, БрО5Ц5С6 и др.), 2) безоловянистые бронзы и латуни (БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л, ЛАЖМц66-6-3-2 и др.), 3) чугуны(СЧ15, СЧ20 и др.). Чем выше содержание олова в бронзе, тем она дороже, но тем выше сопротивление заеданию.

12.9 Допускаемые напряжения

При определении допускаемых контактных и изгибных напряжений по условию сопротивления усталости для червячных колес из бронзы следует учитывать, что кривые усталости для бронз имеют очень длинные наклонные участки - до  циклов нагружения. Поэтому за исходные принимают допускаемые напряжения при   циклов для расчета по контактным напряжениям и при   циклов для расчета по напряжениям изгиба.

Допускаемые контактные напряжения при длительной работе передачи определяют для червячных колес в зависимости от основной причины выхода из строя. Для материалов венца колеса первой группы - оловянистых бронз - определяющим условием является сопротивление контактной усталости. В этом случае при шлифованных червяках с твердостью поверхности более 45HRC

, ( 12.27)

где  - допускаемое напряжение при   циклов,   - временное сопротивление для бронзы при растяжении; коэффициент  , учитывающий интенсивность износа, зависит от скорости скольжения в зацеплении  .

Эквивалентное число циклов нагружения

, ( 12.28)

где   и   - вращающий момент на колесе, частота вращения колеса в минуту и время работы в часах при режиме  ;   - максимальный длительно действующий вращающий момент;   - число ступеней на графике нагрузки.

Если  , то принимают  .

Эквивалентное число циклов нагружения определяют, используя условие суммирования повреждений и уравнение кривой усталости по аналогии с расчетом для зубчатых передач.

Для материалов венца колеса второй и третьей групп (безоловянных бронз и чугунов) допускаемые контактные напряжения определяют из условия сопротивления заеданию и усиленному износу в зависимости от скорости скольжения  .

Для безоловянных бронз

 , ( 12.29)

для чугунов

 . ( 12.30)

Из зависимостей ( 12.29 ) и ( 12.30 ) следует, что материалы венца колеса второй и третьей групп невозможно применять при высоких скоростях скольжения.

Предельные допускаемые контактные напряжения при проверке на пиковую нагрузку: для оловянных бронз -  , для безоловянных бронз -  , для чугунов -   .

Допускаемые напряжения изгиба при длительной работе для бронзовых колес нереверсивных передач:

, ( 12.31)

где   и   - пределы текучести и прочности бронзы при растяжении;   - эквивалентное число циклов нагружения при расчете на изгиб

. ( 12.32)

Смысл параметров, входящих в зависимости ( 12.32 ) и ( 12.28 ) аналогичен.

Допускаемые напряжения для чугунных колес при нереверсивной работе

 ( 12.33)

При реверсивной работе передачи допускаемые напряжения снижают на 20%.

Предельные допускаемые напряжения изгиба при проверке на пиковую нагрузку принимают для бронз  , для чугунов  .