Материалы и допускаемые напряжения червячных передач

Некоторые рекомендуемые сочетания материалов червяка и червячного колеса приведены в таблице 1.1. Оловянистые бронзы типа ОФ 10-1, ОНФ являются лучшим материалом для червячных колес, однако они дороги и дефицитны, поэтому применяются в ответственных передачах с большими скоростями скольжения (V_s>6м/с).

Менее дефицитны и дешевле безоловянистые бронзы, например алюминиево - железистые типа АЖ9-4. Они применяются при V_s£6м/с.

Для тихоходных передач (V_s<2м/с) при больших диаметрах колес допустимо их изготовление из серого или модифицированного чугуна.

Червяки, как правило, выполняют из углеродистых или легированных сталей, термически обработанных до высокой твердости с последующим шлифованием или полированием.

Таблица 1.1

Некоторые рекомендуемые сочетания материалов червячного колеса и червяка

Червячное колесо	Червяк
Марка бронзы	Способ отливки	Марка стали	Термообработка
Бр. ОФ10-1	В песок	45,4ОХ,40ХН	Закалка HRC45-55
Бр. ОФ10-1	В кокиль	20Х,18ХГТ, 12ХНЗА	Цементация HR C 56-63
Бр. ОНФ	Центробежный	20Х, 18ХГТ, 12ХНЗА	Цементация HR C 56-63
БР. АЖ9-4	В песок или кокиль	45,5ОХ,40ХН	Закалка HRC45-55

Скорость скольжения V_s и допустимые контактные напряжения в зависимости от вспомогательной величины S для бронзы БР. АЖ9-4 приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

S	Vs , М/С	[sн], МПа	S	Vs ,М/С	[sн], МПа
	1.5			4.5
	2.5			5.5
	3.5		-	-	-

1.1. Допускаемые контактные напряжения

Приступая к выбору материала червячного колеса, ориентируемся на менее дорогую бронзу АЖ9-4.

По вспомогательной величине S (см. пункт 2.6) из табл. 1.2 находим V_s и [s_н]. Если получается S>209, то бронзу АЖ9-4 при назначенных параметрах передачи применять не следует, так как скорость скольжения оказывается больше рекомендуемой (V_s>6м/с).

Для бронзы АЖ9-4 допускаемое контактное напряжение [s_н] связано с V_s эмпирической зависимостью:

[s_н]=250-22 V_s,

здесь [s_н] измеряется в МПа, V-в м/с.

Для чугунных червячных колес [s_н] выбирается в зависимости от V_s по табл. 1.3. Для бронзы АЖ9-4 и чугунов допускаемые контактные напряжения [s_н] не зависят от числа циклов перемены напряжений.

Допускаемые контактные напряжения [s_н]¢ для зубьев червячных колес из оловянистых бронз при базовом числе перемены напряжений N_HO=10⁷ приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.3

Значения [s_н], МПа для зубьев чугунных червячных колес из условия стойкости против заедания

Материалы	Скорость скольжения Vs ,м/с
червячного колеса	червяка	0,25	0,5
СЧ 15-32 СЧ 18-36	Сталь 20, 20Х Цементованная
СЧ 15-32 СЧ 12-28	Сталь 45, Ст. 6

Таблица 1.4

Значения [s_н]¢, МПа для оловянистых бронз при N_но=10⁷

Материал и способ отливки	Твердость поверхности витков червяка
HRC£45	HRC>45
Бр. ОФ10-1, в песок
Бр. ОФ10-1, в кокиль
Бр. ОНФ, центробежный

В общем случае при определении [s_н] для этих бронз вводится коэффициент долговечности К_HL, учитывающий число циклов перемены напряжений N:

[s_н]=К_HL[s_н]¢.

Здесь

; N=60×n×t,

где n - частота вращения червячного колеса, мин^-1,

t - срок службы, час.

При N>25×10⁷ следует принимать N=25×10⁷; при K_HL>1,15 берется K_HL=1,15.

При переменном режиме в выражение для K_HL вместо N подставляют эквивалентное число циклов перемены напряжения N_HE:

,

где Т₁ - максимальный крутящий момент, по которому рассчитывается передача;

Т_i,n_i,t_i - соответственно крутящий момент, частота вращения и время работы в часах при i-м режиме нагрузки.

При определении N_HE пиковые пусковые нагрузки не учитываются.

1.2. Допускаемые напряжения изгиба

Допускаемые напряжения изгиба [s_F]¢ для зубьев червячного колеса при базовом числе циклов перемены напряжений N_FO=10⁶ приведены в табл. 1.5.

В общем случае при определении [s_F]¢ учитывается коэффициент долговечности K_FL:

¢.

Здесь

; N=60nt.

При N³25×10⁷ принимают N=25×10⁷ и K_FL=0,541.

При N£10⁶ принимают N=10⁶ и K_FL=1,0.

При переменном режиме работы, когда известен график нагрузки, в выражение для K_FL подставляют эквивалентное число циклов перемены напряжений N_FE:

.

Таблица 1.5

Допускаемые напряжения изгиба [s_F]¢, МПа при N_F0=10⁶