Машиностроение и механика

Материалы и допускаемые напряжения червячных передач

Червячные пары должны обладать антифрикционными свойствами, износостойкостью и пониженной склонностью к заеданию.

Червяки изготовляют из углеродистых или легированных сталей (марка стали: 40,40Х, 40ХН, 35ХГСА, 12ХНЗАи др.). Наибольшей нагрузочной способностью обладают пары, у которых витки червяка подвергают термообработке до высокой твердости (закалка, цементация и пр.) с последующим шлифованием.

Червячные колеса изготовляют преимущественно из бронзы, реже из латуни или чугуна. Оловянные бронзы типа БрОФ10-1, БрОНФ считаются лучшим материалом для червячных колес. Их применение ограничивают передачами при больших скоростях (v_s = 5...25 м/с). Безоловянистые бронзы типа БрАЖ9-4 обладают повышенными механическими характеристиками, но имеют пониженные противозадирные свойства. Их применяют в паре с твердыми (>45HRC) шлифованными и полированными червяками для передач, у которых v_s < 5 м/с. Чугун серый или модифицированный применяют при v_s < 2 м/с, преимущественно в ручных приводах.

Допускаемые контактные напряжения для оловянных бронз:

_нр ≈ (0,85...0,9) _в при шлифованном и полированном червяке с твердостью > 45HRC; _нр = С_v0,75σ_в при несоблюдении указанных условий для червяка. Для бронзы БрАЖ9-4 _нр = (300...275) – 25_ск (МПа) – при шлифованном и полированном червяке с твердостью > 45HRC, С_v – коэффициент, учитывающий скорость скольжения выбирают по таблице 11.5.

Таблица 11.5

При проектном расчете скорость скольжения (м/с) определяют по приближенной зависимости

(11.82)

Эти зависимости используются при длительном сроке службы и нагрузке, близкой к постоянной.

Допускаемые напряжения изгиба для всех марок бронз

(11.83)

Для проверки червячных передач на прочность при кратковременных перегрузках, принимают следующие предельные допускаемые напряжения: оловянные бронзы _HPmах = 4т; бронза БрАЖ9-4 _НРmах = 2т; _HPmах = 0,8_T для бронзы всех марок.

Тепловой расчет, охлаждение и смазка. В червячных передачах происходят значительные потери передаваемой мощности на трение, поэтому они работают с большим тепловыделением. Смазочные свойства масла при нагреве резко ухудшаются и возникает опасность заедания передачи. При установившемся режиме работы червячного редуктора количество тепла, выделяемого в нем, равно количеству отводимого от него тепла. Этот тепловой баланс устанавливается при определенном перепаде температур между находящимся в редукторе маслом и окружающим корпус воздухом. Тепловой режим работы редуктора нормальный, если перепад температур находится в допустимых пределах. Поэтому для червячных редукторов производят тепловой расчет. Количество теплоты, выделяющейся в передаче в секунду, или тепловая мощность

(11.84)

где P₁ – мощность на входном валу, Вт; η – КПД передачи

Количество тепла, отводимое через поверхность охлаждения корпуса редуктора,

(11.85)

где А – площадь поверхности охлаждения, м²;t₁ – внутренняя температура редуктора или температура масла, °С; t₀ – температура окружающей среды (воздуха), °С; К – коэффициент теплоотдачи

В площадь поверхности охлаждения А входит площадь наружной поверхности корпуса редуктора без днища. Если корпус снабжен охлаждающими ребрами, то учитывают только 50% площади их поверхности.

Допускаемое значение t₁ зависит от сорта масла, его способности сохранять смазывающие свойства при повышении температуры. Для обычных редукторных масел допускают t₁= 60...70°С. При проектировании обычно принимают t₀ = 20°С.

В закрытых небольших помещениях при отсутствии вентиляции К = 8... 10, в помещениях с интенсивной вентиляцией K=14...17.

Если

Ф₁, (11.86)

то естественного охлаждения достаточно. В противном случае нужно применять искусственное охлаждение.

Искусственное охлаждение осуществляют следующими способами:

1. Обдув корпуса воздухом с помощью вентилятора.

2. Устраивают внутри корпуса змеевики с проточной водой.

3. Применяют циркуляционные смазки со специальными холодильниками.

Глубина погружения колес в масло не должна превышать высоты зуба или витка червяка для быстроходных колес и ¹/3 радиуса тихоходных колес. Рекомендуемое количество масла, заливаемого в корпус, 0,5...0,7 л на 1 кВт передаваемой мощности. Сорт масла выбирают по справочникам в зависимости от окружной скорости и нагруженности передачи.