Червяк и колесо должны обладать высокой прочностью, изностойкостью и сопротивляемостью заданию.
Червяки изготавливаются из среднеуглеродистых сталей марок 40х, 40хи с поверхностной или объемной закалкой до твердости 45...53 HRC.
Зубчатые венцы червячных колес изготовляют из бронзы, выбор марки материала зависит от скорости скольжения V3 и длительности работы.
При высоких скоростях скольжения (V3=2...5m/c) и длительной работе рекомендуется оловянные бронзы марок Бр010 Ф1, Бр010Н1Ф1.
При средних скоростях скольжения (Vs=2...5m/c) применяют амоминилевую бронзу марки
Бр А9Ж3А
При малых скоростях скольжение (Vs<2m/c) червячные колеса можно изготовлять из серых чугунов марок СЧ 12, СЧ 15 и др.
Конспект второго занятия
Расчет на прочность
Зубья червячного колеса являются расчетным элементом зацепления, так как они имеют меньшую поверхностную и общую прочность, чем витки червяка.
Зубья червячных колес рассчитывают на контактную выносливость и на выносливость при изгибе. В червячных передачах кроме выкрашивания рабочих поверхностей зубьев велика опасность задания и изнашивания, которые зависят от значения контактных напряжений Гн. Поэтому для всех червячных передач расчет на контактную выносливость является основным (проектным), а расчет на выносливость при изгибе - проверочными.
Расчет проектный
Расчет ведут как проектировочный, определяя требуемое медосевое расстояние по формуле
где Z2 - число зубьев червячного колеса; q - коэффициент диаметра червяка; [Гн] - допускаемое контактное напряжение; Тр2=Т2К- расчетный момент на валу червячного колеса.
После определения аw следует найти модуль зацепления из соотношения m=2аw/q+z2
Полученное значение модуля округляют до стандартного. Округление модуля повлечет за собой изменение межосевого расстояния. После выбора стандартных значений m и q получали межосевое расстояние
аw=m(q+z2/2)
Число витков червяка z1, принимается в зависимости от передаточного числа.
После окончательного установления параметров зацепления следует уточнить допускаемое напряжение и проверить расчетные контактные напряжения.
При стальном червяке и червячном колесе, изготовленном из чугуна или имеющим бронзовый венец, допускаемое напряжение равно:
где Гн и [Гн]- в Мпа; аw-в мм, Т2- в мм.
Результаты проверочного расчета следует считать неудовлитворительными, если Гн превышает [Гн] более чем на 5% (передача перегружения), а также в случае, если расчетное напряжение ниже [Гн] на 15% и более (передача недогружена).
2. Расчет на выносливость при изгибе выполняют по формуле
ГF= 1,2 Т2КjF/zr drm2
где jF- коэффициент формы зуба;
ГF- расчетное напряжение изгиба;
ТrК - расчетный момент на валу червячного колеса;
dr- ширина венца колеса
2. КПД передачи
Червячная передача является зубчатовинтовой, поэтому в ней имеются потери. В общем случае КПД передачи
h=hnh33hdnhPM
где h=hnh33hdnhPM - КПД, учитывающие потери соответственно в подшипниках, зубчатом зацеплении, винтовой паре, а также на размешивании и разбрызгивании масла.
Практически КПД передачи определяют по формуле
h=tg y/tg (y+j)
С увеличением угла подъема линии витка j растет КПД передачи. Учитывая, что tg y= z1/q заключаем, что увеличение z1 и уменьшение q в допустимых пределах обеспечивают повышени КПД червячной передачи.
На КПД передачи влияет сорт масла и шероховатость рабочих поверхностей витков червяка, которая не должна быть грубее 0,63 мкм.
Червячные передачи имеют низкий КПД, что ограничивает область их применения.
Тепловой расчет
При работе червячных передач выделяется большое количество теплоты. Потерянная мощность на трение в зацеплении и подшипниках, а также на размешивание и разбрызнгивание масла переходит в теплоту, которая нагревает масло, а оно через стенки корпуса передает эту теплоту окружающей среде. Если отвод теплоты недостаточен, передача перегреется. При перегреве смазочные свойства масла ухудшается его вязкость падает и возникает опасность задания, что может привести к выходу из строя передачи.
Тепловой расчет передачи производится на основе теплового баланса Qb=Qo где Qb- тепловыделение, Qo- теплоотдача.
Количество теплоты, выделяющееся в непрерывно работающей передчи в одну секунду.
Qb=(1-h)Р1
где h-к.п.д. передачи, Р1-мощность на червяке, Вт
Р1=Т2w2/n
Количество теплоты, отводимое наружной поверхностью корпуса в одну секунду
Q=KТ(tM-tB)A
где А- площадь поверхности корпуса; КТ-коэффициент теплопередачи; tM-температура масла V в корпусе передачи, С0; td- температура воздуха вне корпуса, обычно tb=20C0