Матеріали черв’яків та черв’ячних коліс. Точність черв’ячних передач.

2. В зв’язку з великими швидкостями ковзання в черв’ячних передачах та несприятливими умовами утворення мастильного шару в контакті витка черв’яка і зуба колеса (лінії ковзання складають із вектором швидкості ковзання гострий кут) матеріали черв’ячної пари повинні мати антифрикційні властивості і гарну припрацьовуваність. Для виконання цих вимог черв’яні пари виготовляють із різнорідних матеріалів. Черв’яки виготовляють з вуглецевих сталей нелегованих та легованих. Черв’яки із сталей марок Ст. 6, 40,65,40ХН, 35ХГСА піддають об’ємному гартуванню або поверхневому гартуванню до твердості 45…50 HRCe з наступним шліфуванням та поліруванням. Черв’яки із сталей 15Х, 20Х, 18ХГТ, 20ХФ, 25ХГТ, 12ХН3А цементують і загартовують до твердості 56…63 HRCe, а потім шліфують. Черв’яки з термообробкою П. і Н. застосовують в допоміжних тихохідних та малонавантажених передачах, а також при відсутності устаткування для шліфування. Інколи черв’яки воготовляють з алюмінієвих сталей 38Х2М10А, 38Х210.

В передачах (спеціальних) з колесами великого діаметра ( ) черв’яки виготовляютьз бронзи, а колесо з чавуна для економії бронзи.

В більшості випалків черв’яки виконують за одно ціле з валом і дуже рідко насадним.

Попередній вибір матеріалу для зубчастого вінця черв’ячного колеса виконується за швидкістю ковзання (приблизна залежність)

, м/с

- частота обертання черв’яка,

- обертальний момент на валу черв’ячного колеса, .

При швидкості на тривалій роботі без перерви вінці черв’ячних коліс виготовляють з олов’янистих бронз марок : Ьр.ОН 10-1-1 ,

Бр. О 10-1 , Ьр. ОЦС-5-5-5 .

При менших швидкостях ковзання ( ) зубчсаті вінці черв’ячних коліс виготовляють з менш дорогих безолов’янистих бронз та латуней.

При роботі з цими матеріалами черв’як повинен мати твердість поверхні витків .

З метою економії кольорових металів (велика вартість) з антифрикційного матеріалу виконують тільки зубчастий вінець (виключення колеса малого діаметра ), який різними способами з’єднують з чавунним або металевим центром.

Колеса тихохідних і маловідповідальних черв’ячних передач виготовляються із чавунів марок СЧ-15, СЧ-18, СЧ-20, СЧ-25 для яких . В невеликих силових передачах та приладах черв’ячні колеса виготовляють з полімерних матервалів: ДСП, текстоліта і поліамідів (капрон та нейлон). Ці матеріали гарно демпфують удари та вібрації і мають невелике зношування зубців.

???????????????

Також як і зубчасті передачі черв'ячні передачі виготовляють за 12 ступенями точності, які визначаються нормами кінематичної точності, плавності та контакту (розмір плями контакту).

Для кінематичних приводів використовують передачі 3…6 ступенів точності з високою нормою кінематичної точності. В силових приводах застосовують передачі 7, 8, 9 ступенів точності, які рекомендується використовувати при наступних колових швидкостях колеса (табл. 2)

(табл. 2)

		Застосування
		Передачі підвищених свидкостей, меншого шуму, і малих габаритів
	5	Середньошвидкісні передачі із середніми вимогами до рівня шуму, габаритів та точності.
	2	Низько швидкісні передачі, короткочасно працюючі та ручні

В порівнянні із зубчастими передачами черв’ячні передачі більш чутливі до похибок монтажу. За цією причиною допуски в них на міжосьову відстань та положення середньої площини колеса відносно черв’яка бвльш жорсткі.

3. В черв’ячних передачах коли точка контакту співпадає з полюсом зачеплення колові швидкості черв’яка та колеса на рівні як в зубчастих передачах:

; .

Швидкість ковзання зв’язався із швидкостями та наступним чином (рис 3);

;

Оскільки , то

, а і .

В черв’ячній передачі нормальна сила в зачепленні розкладається на три складові (рис 4,а ,б).

Колова або ;

;

; ;

де - підведений кут тертя в черв’ячній парі.

З рис 4,а видно, що

;

Співвідношення між силами , і знайдемо, якщо розглянемо виток чер’яка в похилу площину (рис. 5).

Виток черв’ка в основному перерізі має трапецеїдальний профіль з кутом (рис. 6), то для сили тертя в зачепленні матимемо

, де -

Зведений коефіцієнт тертя ковзання; - коефіцієнт тертя ковзання в черв’ячній парі.

Відомо, що і , то аналогічно .

Коефіцієнт корисної дії черв’ячної передачі при ведучому чер’яку складається з добутку.

, де - інтегральний К.К.Д. зубчастої пари; - К.К.Д. гвинтової пари; =0,95…0,98.

К.К.Д. можна визначити наступним чином:

- черв’як

- поворот передачі

Де - робота корисних сил на шляху (сили корисного опору)

- робота рушійних сил.

При ведучому колесі (робота колеса – робота рушійних сил)

(рис. 7), ;

;

Умова самогальмування , звідки . При - ведуче колесо. Z=1 неможливе! Самогальмівні передачі при м/с.

Максимальне значення кута при якому К.К.Д. може мати найбільшу величину і можна знайти прирівнявши подібну .

;

Графік залежності приведено на рис 8.

При початку проектного розрахунку К.К.Д. можна оцінювати по залежності

(При ).

Для черв’ячних передач менші значення при , більше при .

4. Перевірочний та проектний розрахунки черв’ячних передач на контактну та згинальну витривалість виконуються для колеса оскільки воно виконується з менш міцного матеріалу. При проведенні розрахунку по черв’ячне колесо як косозубе приводиться до еквівалентного прямозубого:

Далі використовується формула Герца

де ; ;

(тут );

Коефіцієнт 0,75 враховує зменшення довжини контактних ліній через неповну дугу обхвату черв’яка ;

;

Мпа (сталь); МПа (бронза та чавун); .

Приймаючи передні значення параметрів черв’ячної передачі ; ; ; та рад і підставляємо іх і увихідну формулу при

;

Після перетворень отримаємо:

; (а)

де ; ; .

Прийнявши в (а) після пертворень отримаємо формулу для проектного розрахунку

(б)

При та ; .

, де - коефіцієнт деформації черв’яка;

Допустимі напруги : для безолов’яних бронз

, МПа; 275 – черв’як СВЧ, 300 – черв’як цементований.

Для колеса з чавуну типу СЧ

- черв’як СВЧ;

- черв’як поліцементований;

Для олов’янистих бронз допустима контактна напруга визначається за формулою:

, МПа де - межа міцності матеріалу колеса;

- коефіцієнт довговічності;

- еквівалентне число циклів переміни напруг по ступінчастому графіку.

При приймаємо та . При

м/с
	1,33	1,21	1,11	1,02	0,95	0,88	0,83	0,8

Розрахунок черв’ячних передач на згинальну витривалість:

де ; ; ; ; m – осьовий модуль;

- коефіцієнт форми зуба колеса.

Допустимі напруги:

- нереверсивне навантаження;

- реверсивне навантаження;

- коефіцієнт довговічності;

При , а при .

- для повзуна; - межа на згин.

Черв’ячні передачі через велике ковзання працюють з великим тепловиділенням, при якому порушується нормальний режим тертя і може наступити заїдання. Для попередження цього необхідно обмежувати температуру мастила в картері передачі ( ).