Материалы и конструкции червяков и червячных колес

Червяки для силовых передач изготовляют из углеродистых или легированных сталей с соответствующей термообработкой, обеспечивающей высокую твердость рабочих поверхностей. Червяки из сталей 15Х, 20Х, 12ХН2, 18ХГТ, 20ХФ и т. д. подвергают цементации и закалке до твердости HRC58...63, а из сталей Ст6, 40, 45, 40Х, 40ХН закаляют до HRC45...55. Червяки из улучшенных и нормализованных сталей применяют в тихоходных и малонагруженных передачах, а также при отсутствии оборудования для их шлифовки, В передачах с колесами большого диаметра червяк изготовляют из бронзы, а колесо — из чугуна (для экономии бронзы). В большинстве случаев червяк выполняют как целое с валом реже насадным, т. е. изготовленным отдельно от вала и затем закрепленным на нем.

Выбор материала червячного колеса в основном зависит от скорости скольжения витков резьбы червяка по зубьям колеса

,где v₁ — окружная скорость червяка; γ — делительный угол подъема резьбы червяка. В связи со склонностью червячной передачи к заеданию и неблагоприятными условиями ее смазки венцы червячных колес изготовляют из бронзы. Реже их выполняют из чугуна и пластмасс. Для экономии бронзы из нее изготовляют лишь зубчатый венец (обод с зубьями), а центр колеса, т, е. ту часть его, которая находится внутри венца, выполняют из чугуна или углеродистой стали При скоростях скольжения v_ск=5...30 м/с и длительной работе без перерыва венцы червячных колес изготовляют из бронз БрОФ10-1, БрОНФ с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами. При v_ск≤6 м/с зубчатые венцы выполняют из менее дорогих безоловянных бронз БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4Л и т. п.; при этом червяк должен иметь твердость HRC≥45.

В червячном колесе небольшого диаметра, не подвергающегося сильному нагреву, бронзовый венец обычно насаживают на центр с натягом и для надежности соединения скрепляют с ним винтами. В колесах больших и средних диаметров бронзовый венец скрепляют с центром винтами При серийном производстве червячные колеса изготовляют биметаллическими т. е. бронзовый венец отливают центробежным способом в форме, в которую помещают чугунный центр. При скоростях скольжения v_ск≤2 м/счервячные колеса для удешевления можно изготовлять целиком из чугуна СЧ15, СЧ18 и СЧ20. Для амортизации ударов при работе червячной передачи, глушения механической вибрации и максимального снижения износа зубьев червячных колес их иногда изготовляют из пластмасс. Пластмассовые червячные колеса применяют в небольших силовых передачах и приборах; материалом для них служат древеснослоистые пластики (ДСП), текстолит и полиамиды (капрон и нейлон). Показано пластмассовое червячное колесо из текстолитовых или древопластиковых пластин, насаженных на металлическую втулку и соединенных болтамимежду стальными дисками. В остальном конструкция червячного колеса такая же, как изубчатого колеса.

Из 12 степеней точности изготовления червячных передач, регламентируемых ГОСТ 13675-68 (СТ СЭВ 311-76), для силовых передач предусмотрены 5, 6, 7, 8 и 9-я степени точности. В общем машиностроении чаще всего пользуются 7, 8 и 9-й степенями точности. Выбор степени точности червячной передачи в зависимости от окружной скорости колеса v₂, обработки червяка и колеса и области применения передачи можно производить по таблице.

43.Кинематика червячной передачи. КПД червячной передачи.За каждый оборот червяка сечение его витка смещается в осевом направлении на величину хода резьбы: t = p₁z₁, со скоростью u₁ = p₁z₁n₁. Червячное колесо имеет окружную скорость u₂ = pd₂n₂ = pmz₂n₂. Так как u₁ = u₂, то z₁n₁ = z₂n₂ или z₁w₁ = z₂w₂. Следовательно, передаточное число

u = w₁ /w₂ = n₁ /n₂ = z₂ /z₁.

При движении витки червяка скользят по зубьям колеса так, как в винтовой паре. Скорость скольжения u_S (рис. 3.38, а) направлена по касательной к винтовой линии червяка. Как относительная скорость, она равна геометрической разности абсолютных скоростей червяка и колеса:

/ cos g.

На рис. 3.38 показаны контактные линии, лежащие на боковой поверхности зубьев цилиндрической (б) и глобоидной (в) передач, а также изображены проекции u векторов скорости скольжения, которые по модулю и направлению близки к окружной скорости червяка.

Если угол наклона контактных линий к вектору скорости скольжения мал, то условия для гидродинамической смазки неблагоприятны. Если скорость скольжения направлена поперёк линии контакта, то создаются условия для образования масляного клина, обладающего значительной подъёмной силой, и возникает режим жидкостного трения. Поэтому нагрузочная способность глобоидных передач примерно в 1,5 раза выше цилиндрической.

Трение в червячном зацеплении подобно трению в клинчатом ползуне, поэтому оно характеризуется приведённым коэффициентом трения f¢

f¢ = f / cos a = tg j¢,

где j¢ – приведённый угол трения.

Рис. 3.38. Скольжение в червячных передачах: б – в цилиндрических; в – в глобоидных

С увеличением скорости скольжения u_S коэффициент трения уменьшается. Это связано с постепенным переходом от режима полужидкостного трения к жидкостному.