Усилия в червячной передаче
При определении сил полагают, что главный вектор Fn (рис. 9.7) контактных давлений направлен по линии зацепления. Окружная сила Ft1 на червяке будет осевой силой Fa2 для колеса, а окружная сила Ft2 на колесе – осевой силой Fa1 для червяка.
;
Все
силы принято выражать через Ft2.
т.к. j'<300 – угол трения обычно мал и им пренебрегают, так как cosj'»1, cos(g+j')» cosg. Учитывая, что в нормальном сечении an»a, то
.
К.П.Д. Червячной передачи
К.П.Д. червячной передачи определяется потерями в зацеплении, в подшипниках на перемешивание и разбрызгивание масла
г
де
;
.
;
;
,
где tgj' = f – коэффициент трения в витках червяка. Он зависит от скорости скольжения, а также от нормальной силы в контакте. Поэтому h строго зависит от нагрузки.
С увеличением z1 возрастаетh, так как увеличивается g и уменьшается f. Так как f зависит от обработки поверхностей (рис. 9.8), то шероховатость рабочей поверхности червяка имеет значения Ra=1…1,25 мкм.
h = 0,7…0,75 при z1=1;
h = 0,75…0,82 при z1=2;
h = 0,87…0,92 при z1=4.
Лекция №10 Виды разрушений червячных передач
Основные виды разрушений и червячных передач те же, что и у зубчатых передач:
Усталостные поломки зубьев червячного колеса, так как они изготавливаются из менее прочного материала (бронза, чугун), чем червяк (сталь). Сплошной спиральный виток червяка прочнее отдельных зубьев червячного колеса.
Усталостное выкрашивание наблюдается также только на зубьях червячного колеса.
Износ поверхности значительно сильней, чем в зубчатых передачах, так как скорости скольжения велики, а условия смазки неудовлетворительны.
Так, в точке 2 (рис. 10.1) скорость скольжения VS2 параллельна линии контакта, поэтому отсутствует гидродинамический эффект, масляная плёнка в этой точке разрывается и имеет место сухое или ограниченное трение. В зубчатых передачах такого нет, так как скорость скольжения перпендикулярна линии контакта (прямозубые передачи) или почти перпендикулярна (косозубые передачи).
З
аедание (схватывание) значительно по тем же причинам. Поэтому материалы червяка и червячного колеса должны составлять антифрикционную пару, например сталь-бронза и должна быть высока чистота обработки поверхности. Заедание проявляется при легком материале (оловянистые бронзы) колеса в форме постепенного намазывания его материала на червяк. При твёрдом материале (чугун) колеса происходит задир.
Рис.10.1
Наиболее часто наблюдается изнашивание и заедание, однако, достоверных методов расчета этих явлений до сих пор нет, поэтому расчеты производят на первые два вида разрушений по напряжениям изгиба и контактным напряжениям.
Материалы и конструкция деталей червячной передачи
Выбор материала для изготовления червяка и червячного колеса определяется, в основном, скоростью скольжения зубьев и витков. Архимедовы и конволютные червяки для передач с N<3 кВт не шлифуют и изготавливают обычно из улучшаемых сталей (Ст35, Ст45, 35ХМ и др.) с твердостью НВ<350. Для передач с большей мощностью используют эвольвентные червяки в паре с бронзовым колесом. Червяк изготавливают из сталей 40ХН, 12ХН3А, 20ХН3А, 30ХГСА и др. с твердостью поверхности HRC 45…50. Могут изготавливать из 18ХГТ, 20Х с цементацией поверхности до HRC 56…63 или 40Х с закалкой до HRC 50…55. После термообработки рабочие поверхности червяка шлифуют и полируют. В передачах малой мощности применяют колеса из неметаллических материалов. В открытых передачах при малых скоростях V<2 м/с колеса изготавливают из чугунов СЧ12-28; СЧ15-32 и др. Колеса закрытых передач при V£5 м/с изготавливают из безоловянистых бронз БрА9ЖЗЛ, БрА10Ж4Н4Л и др., литейных латуней ЛАЖМц 66-6-3-2 (Cu 66%; Al 6%; Fe 3%; Mu 2%; остальные 23% Zn), ЛМцС 58-2-2 и др. при V£12 м/с – из малооловянистых бронз БрО6Ц6С3, БрО5Ц5С6 и др. При V£25 м/с из высокооловянных бронз, содержащих также фосфор, свинец, сурьму и никель БрО10Ф1, БрОНФ и др.
В связи с тем, что для изготовления венцов червячных колес используют дефицитный цветной металл, лишь колеса малых диаметров (до 100мм) изготовляют цельными. Колеса большого диаметра – преимущественно бандажированные. Напрессованные венцы крепят дополнительно болтами, винтами или заклепками. Венцы стандартных колес отливают из бронзы заливкой на ступицу. Червяки бандажированными делают очень редко.