Детали машин и основы конструирования

Причины выхода из строя червячных передач, критерии их работоспособности и расчета. Материалы, применяемые для изготовления червячных передач.

Основными причинами выхода из строя являются:

Заедание

Износ зубьев

Поломки зубьев

Усталостное выкрашивание

Червячные передачи, так же как и зубчатые, рассчитывают по напряжениям изгиба и контактным напряжениям. В отличие от зубчатых в червячных передачах чаще наблюдается износ и заедание, а не выкрашивание поверхности зубьев. При мягком материале колеса (оловянистые бронзы) заедание проявляется в так называемом постепенном «намазывании» бронзы на червяк, при котором передача может еще работать продолжительное время. При твердых материалах (алюминиево-железистые бронзы, чугун и т.п.) заедание переходит в задир поверхности с последующим быстрым разрушением зубьев колеса.

Повышенный износ и заедание червячных передач связаны с большими скоростями скольжения и неблагоприятным направлением скольжения относительно линии контакта.

Для предупреждения заедания ограничивают значения контактных напряжений и применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяк – сталь, колесо – бронза или чугун. Устранение заедания в червячных передачах не устраняет абразивного износа зубьев. Интенсивность износа зависит также от значения контактных напряжений. Поэтому расчет по контактным напряжениям для червячных передач является основным. Расчет по напряжениям изгиба производится при этом как проверочный. Только при мелкомодульных колесах с большим числом зубьев (z2 > 100) напряжения изгиба могут оказаться решающими. Расчет по напряжениям изгиба выполняют как основной для передач ручных приводов.

Материалы, применяемые для изготовления червячных передач.

Червяки в силовых передачах выполняют из сталей, закаливаемых до значительной твердости. Наивысшие показатели дают передачи с червяками из цементуемых сталей (12ХН3, 15ХФ, 18ХГТ, 18ХНВА, 20Х2Н4А и др.). Твердость на поверхности при этом: HRC 58…63. Шлифовка и полировка червяка обязательны. Применяют также газовую нитроцементацию (25ХГТ, 25ХГМ). HRC 56…63. Широко применяют также червяки из среднеуглеродистых сталей (45, 40Х, 40ХМ, 35ХГСА, 38ХГН) с поверхностной или объемной закалкой. Шлифовка и полировка обязательны. Также применяют червяки из азотируемых сталей (38Х2МЮА, 38Х2Ю). Улучшенные червяки применяют вместо закаленных по технологическим соображениям (например, отсутствие оборудования для шлифовки червяков); при этом: НВ  350.

Венцы червячных колес изготавливают из материалов, обладающих хорошими противозатирными антифрикционными свойствами. Применяемые материалы делят на три группы:

Бронзы. σв  300 МПа.

Высокооловянистые бронзы. Sn от 6…10% (Бр010Ф1, Бр010Ф1Н1 и др.). Их применяют при больших скоростях скольжения т.е. при υs > 6…25 (υmax = 30 м/с).

Бронзы с содержанием Sn от 3…6%. Это бронзы марок: Бр05Ц5С5, БрСу7Н2 – сурьмяно-никилиевая бронза. Их применяют при υs до 12 м/с.

Безоловянистые бронзы и латуни. σв > 300 МПа.

Чугун серый или модифицированный (СЧ15, СЧ20) применяют при υs  2 м/с, преимущественно в ручных приводах.

53. Расчет червячных передач на прочность по изгибу и контактным напряжениям.

Проектный расчет производят по контактным напряжениям.

Расчет на изгиб – проверочный (рассчитывается только зубья колеса)

Расчет на изгиб.

Точный расчет σF (напряжение изгиба) сложен, т.к. зуб расположен по дуге окружности и имеет переменное сечение по ширине колеса.

Червячное колесо рассматривают как косозубое. В основную формулу для косозубых колес

  вводят поправки:

примерно на 40%. Это связано с его дуговой формой и с тем, что во всех сечениях зуб нарезается как бы с положительным смещением xm.

Особенность формы зубьев учитывается коэффициентом УF. Уε – коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев.

εα = 1,8…2,2 – торцевой коэффициент перекрытия средней плоскости червячного колеса.

ξ´ - коэффициент, учитывающий контакт не по полной дуге обхвата 2δ; ξ´ = 0,75.

Для некоторого среднего угла подъема винтовой линии червяка γ = 100, получим Уβ = 0,93. После подстановки:

  (*)

(*) – основная формула для расчета на изгиб червячных передач.

Коэффициент формы зубьев УF определяется по приведенному числу зубьев:

По zv по специальным таблицам определяется УF.

Расчет по контактным напряжениям.

Подставляют значения q и ρпр:

Для проектных расчетов формулу решают относительно аw:

, мм

При предварительных расчетах q  0,25·Z2; q определяется по ГОСТ.

  - осевой модуль (стандартный);

  - нормальный модуль.

Детали машин и основы конструирования