5.2. Расчёт червячных цилиндрических передач

Исходные данные для проектировочного расчёта: P₁ – мощность на червяке, кВт; Т₁ и Т₂ – крутящие моменты соответственно на валах червяка и червячного колеса, Н∙м; n₁ и n₂ – частоты вращения валов соответственно червяка и червячного колеса, об/мин; u – передаточное число.

Указанные исходные данные обычно определяются кинематическим расчётом привода, предшествующим расчёту передач.

Также в задании на проектирование указывается срок службы передачи, коэффициент годового и суточного использования, характер передаваемой нагрузки.

Выбор кинематической схемы червячного редуктора

По относительному расположению червяка и червячного колеса в большинстве случаев применяют два варианта:

а) червяк расположен под колесом;

б) червяк расположен над колесом.

Червяк располагают под колесом при сравнительно небольшой частоте его вращения (n₁ < 1 000 об/мин). Верхнее расположение червяка является предпочтительным в быстроходных передачах (n₁ 1 000 об/мин) во избежание излишних потерь на разбрызгивание масла быстроходным червяком. Смазка при этом осуществляется окунанием в масло червячного колеса.

Выбор числа витков (заходов) червяка

Стандарт предусматривает число витков червяка Z₁ = 1, 2, 4. Рекомендуется принимать Z₁ = 1 при u 30; Z₁ = 2 при u 15…30; Z₁ = 4 при u = 8…15.

Определение числа зубьев червячного колеса

Z₂ = Z₁ ∙ u. (5.1)

Полученное значение Z₂ следует округлить в меньшую сторону до ближайшего целого числа.

В стандартных редукторах число зубьев колеса изменяется в диапазоне от 31 до 84.

Определение приближенного значения скорости скольжения

При работе червячной передачи витки червяка скользят по зубьям червячного колеса. Приближенное значение скорости скольжения V_s (м/с):

V_s= 4,5 ∙ 10^-4 ∙ n₁ ∙ , (5.2)

где n₁ – частота вращения вала червяка, об/мин; T₂ – крутящий момент на валу колеса, Н∙м.

Выбор материалов и допускаемых напряжений

Материалы червячной пары

В связи с высокими скоростями скольжения и неблагоприятными условиями смазки материалы червячной пары должны обладать антифрикционными свойствами, износостойкостью и пониженной склонностью к заеданию.

Червяки в силовых передачах, как правило, изготавливают из сталей, термообработанных до высокой твёрдости, с последующим шлифованием и полированием.

Стали, рекомендуемые для изготовления червяков, виды их термообработки и механические характеристики приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Марки сталей для червяков и их механические характеристики

Марка стали	Термообработка	Твёрдость поверхности	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа
40Х 40ХН	Закалка	48…54 HRC	1 600	1 400
20X 12ХНЗА 25ХГТ	Цементация и закалка	56…63 HRC	850 900 1 150	630 700 950
38ХМЮА	Азотирование	57…67 HRC	1 050	900

Выбор материала червячного колеса зависит от скорости скольжения V_s витков червяка по зубьям колеса.

В тихоходных малонагруженных передачах при малых скоростях скольжения (V_s < 2 м/c), а также в ручных приводах червячные колёса допускается изготавливать цельными из серого чугуна марок СЧ 15 или СЧ 21.

При скоростях скольжения V_s = 2…5 м/с для изготовления червячных колёс используют наиболее доступные марки из безоловянных бронз типа БрА9Ж4 или БрА9Ж4Л, имеющие хорошие механические характеристики, но невысокие противозадирные показатели.

При больших скоростях скольжения (V_s > 5 м/c) в ответственных передачах применяют дорогостоящие оловянно-фосфористые бронзы типов Бр010Ф1, Бр010Н1Ф1, характеризующиеся наилучшими противозадирными свойствами. Все бронзы, включающие в свой состав олово, сравнительно дороги и дефицитны, поэтому из них изготовляют только зубчатый венец, а колёсный центр изготовляют из серого чугуна или стали.