Выбор материалов для червяка и колеса

Для изготовления червяков наиболее часто применяются различные сорта углеродистой и легированной стали. Выбор конкретной марки материала зависит от значения и характера изменений нагрузки, скорости скольжения витков червяка Vk=vi/cosyi, его размеров и термообработки. В некоторых случаях на выбор марки материала влияют условия окружающей среды, такие как соленость или кислотность, экстремальные температуры и т.д.

В низкооборотных либо крупных открытых передачах чаше всего применяются термически не закаленные червяки из сталей типа СтЗ, 35, 45. В редких случаях такие червяки могут изготавливаться из чугунов СЧ15, СЧ20, либо из специальных коррозионно-стойких материалов. Например, для работы в морской воде червяки изготавливают из титановых сплавов.

Наиболее часто при изготовлении червяков в закрытых червячных передачах используется углеродистая сталь 45 и легированные марки сталей типа 35ХМ, 40Х, 45Х, 40ХН и т.д. Червяки из таких марок сталей могут быть улучшенными до твердости 290-320 НВ, либо их витки подвергаются поверхностной закалке ТВЧ до твердости 45-55HRC. При этом твердость сердцевины червяков, витки которых закалены ТВЧ, должна быть 240-2807/5.

В высокоскоростных и сильно нагруженных червячных передачах червяки необходимо изготавливать из легированных марок сталей, таких как 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ, 20Х2Н4МА и т.д., с последующей цементацией до твердости 54-62 HRC. Твердость сердцевины в таких случаях достигает 300-350 НВ.

Витки червяков с поверхностным упрочнением ТВЧ либо цементацией из-за возникновения деформаций и поводок при проведении этих операций должны быть прошлифованы.

Также при изготовлении червяков используются марки сталей типа 30Х2М1ЮА, пригодные для азотирования и хромирования до твердости 62-65 HRC,. Для степени точности червячной передачи 8 и грубее применение специальных видов поверхностной обработки позволяет повысить контактную выносливость червячной передачи по сравнению с улучшенными червяками. При указанной выше степени точности, азотированные или хромированные витки червяков, не требуют шлифовки.

Венцы червячных колес изготавливаются из материалов с антизадирны- ми и антифрикционными свойствами. Наиболее распространенными являются различные бронзы и латуни, но допускается применение чугуна и даже мягких марок сталей. В малогабаритных передачах с незначительными нагрузками и небольшим числом оборотов червяка могут применяться композиционные металлокерамические материалы, пластмассы, некоторые виды древеснослоистых пластиков (ДСП) и др.

При выборе марки материала венца следует учитывать твердость витков сопряженного червяка, значение и характер изменений нагрузки, скорость скольжения витков, габариты проектируемой передачи и тип применяемой смазки.

Условно материалы, применяемые при изготовлении венцов червячных колес, можно разделить на пять групп:

Группа 1. К этой группе относятся высокооловянные бронзы типа БрОЮФ1, БрОНФ, БрОФЮ-1 и др., которые, кроме олова 6-10%, содержат в качестве основных компонентов фосфор, свинец, цинк, никель, а в некоторых случаях сурьму. Эти бронзы обладают низкой прочностью о_ь=200-300 МПа, но хорошими антифрикционными свойствами. Особенностью материалов этой группы является мягкое заедание, которое проявляется при работе передачи со значительными перегрузками. Мягкое заедание позволяет избежать задира и намазывания бронзы на червяк, и лишь ускоряет износ зубьев червячного колеса при перегрузках.

Бронзы этой группы в силу их дефицитности рекомендуется применять только в высоконагруженных передачах со скоростью скольжения 12k<35 м/с. Наиболее удачно зубья колеса, изготовленного из такой бронзы, сочетаются с цементированными или закаленными ТВЧ витками червяка. Однако допускается их применение и с червяками, улучшенными до 280-320ИВ.

Группа 2. В группу входят бронзы Бр05Ц5С5, БрОбЦбСЗ, Бр04Ц7С5 и др. По составу они близки к высокооловянным бронзам, входящим в первую группу. Однако содержание олова в них составляет 3-6%, что снижает их ан- тизадирные свойства. Данные бронзы применяются при скорости скольжения v_k от 5 до 12 м/с.

Группа 3. В эту группу входят безоловянные бронзы и латуни. Они обладает более высокой прочностью 0_Ь=ЗОО-35О МПа, чем оловянные бронзы, но худшими антизадирными свойствами, и широко применяются как более дешевые заменители оловянной бронзы при скоростях скольжения v_k<5 м/с.

Алюминиево-железистые бронзы типа БрА10ЖЗМц2 БрА9ЖЗЛ, и т.д. с временным сопротивлением а_ь>300 МПа допускается использовать только в паре цементированным либо поверхностно упрочненным до твердости HRO45 червяком. При этом, используя такие бронзы, необходимо предусматривать длительную приработку передачи под нагрузкой 25-50% от номинальной. При включении в работу под полной нагрузкой неприработанная передача склонна к возникновению задира.

Более мягкие латуни типа ЛЦ38Мц2С2 с а_ь<300 МПа допускается применять с улучшенными червяками, твердость которых должна быть не менее 300 НВ.

Группа 4. В нее входят серый чугун СЧ 15-СЧ 20 и высокопрочный чугун АЧС. Применение чугуна в червячных передачах ограничивается скоростью скольжения v_k< 1.5-2 м/с. В редких случаях при использовании хромированных червяков скорость скольжения v_k может быть увеличена до 2-4 м/с.

Следует помнить, что твердый чугун с а_ь>300 МПа плохо прирабатывается и склонен к образованию задиров. Оптимальным для изготовления червячных колес является серый чугун с твердостью 140-180 НВ и оь<300 МПа.

Г руина 5. В эту группу входят пластмассы, текстолит и различные пластики типа ДСП. Применение таких материалов допускается только в мало- нагруженных и низкоскоростных передачах при температуре, не превышающей 70-80°С.

Червячные колеса из текстолита и некоторых видов пластика могут использоваться для полировки червяков.