Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Из какого материала делают червяки и червячные колёса — определяется главным условием работы передачи: в зацеплении витки червяка и зубья колеса движутся преимущественно скольжением, а не качением, как в обычной зубчатой паре. Поэтому червяк и колесо всегда выполняют из разнородных материалов: червяк — из закалённой стали со шлифованной поверхностью витков, венец колеса — из бронзы или (при низких скоростях) чугуна. Эта пара «сталь — бронза» обеспечивает антифрикционные свойства, сопротивление заеданию и приработку, без которых червячная передача быстро выйдет из строя.
В цилиндрической червячной передаче (типы червяков ZA — архимедов, ZI — эвольвентный, ZN — конволютный, ZK — образованный конусом по ГОСТ 18498-89) витки червяка и зубья колеса контактируют по линии, причём скорость скольжения в зацеплении значительно превышает скорость качения. На практике это означает интенсивное трение, нагрев и склонность к заеданию.
Чтобы пара работала длительно и без задиров, материалы червяка и венца должны образовывать антифрикционную пару: один — твёрдый, прочный, со шлифованной рабочей поверхностью; другой — мягче, пластичный, с хорошими противозадирными свойствами и способностью прирабатываться. Этим условиям отвечает классическое сочетание «закалённая сталь — бронза»; при низких скоростях скольжения — «закалённая сталь — чугун».
Червяк выполняют из стали, венец колеса — из бронзы или чугуна. Однородную пару «сталь — сталь» или «бронза — бронза» в червячной передаче не применяют: она моментально задирается.
Червяк нагружен изгибом и кручением, испытывает контактные напряжения на витках и большее число циклов нагружения, чем колесо (число витков червяка в k раз меньше числа зубьев колеса, и за один оборот колеса червяк делает k оборотов). Кроме того, к нему предъявляют жёсткие требования по прогибу: при изгибе нарушается линия контакта в зацеплении. Поэтому червяки делают из углеродистых или легированных сталей с термообработкой по одной из трёх схем.
Применяют углеродистые стали 40, 45, 50, низколегированные 40Г2 — с нормализацией или улучшением до твёрдости не более 350 HB. Такие червяки применяют только во вспомогательных малонагруженных передачах: рабочие поверхности не шлифуются, червяк прирабатывается к более твёрдому венцу за счёт собственного износа.
Среднеуглеродистые и легированные стали 40, 45, 50, 40Х, 40ХН, 35ХМ, 30ХГС подвергают поверхностной закалке ТВЧ или объёмной закалке с отпуском до твёрдости 45–55 HRC. После закалки рабочие поверхности витков обязательно шлифуют и полируют. Это основной вариант для большинства серийных силовых редукторов.
Малоуглеродистые легированные стали 15Х, 20Х, 18ХГТ, 12ХН3А, 20Х2Н4А цементируют на глубину, пропорциональную модулю зацепления (ориентировочно 0,3·m, обычно до ~0,8 мм), закаливают и подвергают низкому отпуску. На поверхности витков получают твёрдость 56–63 HRC, при этом сердцевина остаётся вязкой. Поверхность затем шлифуют и полируют. Эта схема обеспечивает наибольшую несущую способность и применяется в ответственных передачах.
Конструктивно червяк чаще всего выполняют заодно с валом (червячный вал) — это устраняет проблему точной сборки нарезного участка с валом и позволяет повысить жёсткость. Заготовку получают штамповкой или из проката. Стандарты ГОСТ 19672-74 (модули и коэффициенты диаметра червяка), ГОСТ 19036-94 (исходный червяк), ГОСТ 19650-97 (расчёт геометрических параметров) и ГОСТ 2144-76 (основные параметры) регламентируют параметры передачи.
Зубчатый венец червячного колеса — расходный элемент пары. Именно он должен прирабатываться, выдерживать износ и не задирать червяк. Поэтому венец делают из материала, более мягкого и более антифрикционного, чем сталь червяка. Выбор конкретной марки определяется скоростью скольжения в зацеплении vs и длительностью работы.
Скорость скольжения предварительно оценивают по формуле
v1
γ
По убыванию антифрикционных и противозадирных свойств материалы венца делят на три группы:
Оловянные бронзы — лучшая по противозадирным и антифрикционным свойствам группа материалов для венца. Они хорошо прирабатываются, не задирают червяк и допускают высокие скорости скольжения, но дороги из-за содержания олова. Применяются в передачах, к которым предъявляются высокие требования по ресурсу.
Состав и марки оловянных литейных бронз регламентирует ГОСТ 613-79. Наиболее распространены:
Чушки и отходы оловянных бронз поставляются по ГОСТ 614-97. Венцы из оловянных бронз получают центробежным литьём, литьём в кокиль или в песчаные формы; наибольшее сопротивление износу обеспечивает центробежное литьё за счёт плотной мелкозернистой структуры.
Безоловянные бронзы — алюминиево-железистые и алюминиево-железо-никелевые сплавы — имеют существенно более высокие прочностные характеристики (предел прочности σв = 350–700 МПа) и заметно дешевле оловянных. Их недостаток — более низкие противозадирные и антифрикционные свойства, что ограничивает применение средними скоростями скольжения (vs ≈ 2–5 м/с).
Литейные марки регламентирует ГОСТ 493-79, деформируемые — ГОСТ 18175-78:
Серые чугуны с пластинчатым графитом по ГОСТ 1412-85 — самый дешёвый материал для венца червячного колеса, но и самый «капризный»: чугун не прирабатывается так, как бронза, поэтому передачу применяют только при низких скоростях скольжения (vs < 2 м/с), при ручных приводах и в малонагруженных тихоходных механизмах.
Применяемые марки — СЧ15, СЧ20 (по старому обозначению — СЧ 15-32, СЧ 20-40 и аналоги по действующему ГОСТ 1412-85). Графит в структуре серого чугуна играет роль твёрдой смазки и снижает коэффициент трения, что частично компенсирует низкие противозадирные свойства самой чугунной матрицы.
Поскольку бронза значительно дороже стали и обладает невысокой механической прочностью, червячное колесо средних и крупных размеров делают составным: антифрикционный бронзовый венец насаживается на стальную или чугунную ступицу (центр) колеса. Цельнобронзовыми выполняют только небольшие колёса. При работе на низких скоростях ступицу и венец делают из чугуна — без бронзы.
Чистовое обтачивание заготовки и нарезание зубьев червячной фрезой выполняют после закрепления венца на центре — это исключает биение, вызванное возможным смещением венца при сборке. Правила выполнения чертежей червячных колёс установлены ГОСТ 2.406-76 (ЕСКД).
Основные виды отказов червячной передачи связаны именно с парой материалов:
Для увеличения ресурса применяют противозадирные масла (с серой, фосфором, хлором), повышают точность сборки, обеспечивают приработку «обкаткой» под пониженной нагрузкой и контролируют тепловой режим — масло в червячном редукторе нагревается заметно сильнее, чем в зубчатом.
Червяк — из закалённой или цементированной стали (40Х, 40ХН, 35ХМ, 18ХГТ, 20Х, 12ХН3А) со шлифованными рабочими поверхностями витков. Венец червячного колеса — из бронзы: оловянной (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1 по ГОСТ 613-79) при скоростях скольжения свыше 5 м/с или безоловянной алюминиевой (БрА9Ж3Л, БрАЖ9-4 по ГОСТ 493-79 и ГОСТ 18175-78) при 2–5 м/с. Для тихоходных малонагруженных передач (vs < 2 м/с) допустим серый чугун СЧ15, СЧ20.
В червячной передаче зубья и витки контактируют преимущественно скольжением. Чтобы не было заедания и задиров, материалы должны быть антифрикционной парой: твёрдый, шлифованный стальной червяк и более мягкий, пластичный бронзовый венец, который прирабатывается и не разрушает сталь. Пары «сталь — сталь» или «бронза — бронза» в червячной передаче не работают.
БрО10Ф1 — оловянно-фосфористая бронза (ГОСТ 613-79): ~10 % олова, ~1 % фосфора. Дорогая, но обладает максимальными противозадирными свойствами и допускает скорости скольжения свыше 5 м/с. БрА9Ж3Л — алюминиево-железистая литейная бронза (ГОСТ 493-79): ~9 % алюминия, ~3 % железа. Прочнее БрО10Ф1, существенно дешевле, но с пониженными противозадирными свойствами — применяется при скоростях скольжения 2–5 м/с и требует более твёрдого шлифованного червяка.
Можно, и для небольших колёс именно так и делают. Но для средних и крупных колёс это экономически нецелесообразно: бронза дорогая и при этом обладает невысокой прочностью. Поэтому колесо делают составным — бронзовый венец на стальной (или чугунной) ступице. Венец насаживают на центр с натягом и фиксируют винтами (бандажированная конструкция, aw 80–200 мм), либо крепят призонными болтами (aw 200–600 мм), либо отливают бронзу на стальной центр в кокиле.
Зависит от схемы термообработки и материала. У улучшенных или нормализованных червяков (углеродистые стали 40, 45) — не более 350 HB; такие червяки применяют только в малонагруженных передачах. У закалённых легированных (40Х, 40ХН, 35ХМ) — 45–55 HRC. У цементированных и закалённых (18ХГТ, 20Х, 12ХН3А) — 56–63 HRC. В любом случае рабочие поверхности витков шлифуют и полируют.
При скорости скольжения менее 2 м/с допустимо использовать серые чугуны с пластинчатым графитом — СЧ15, СЧ20 по ГОСТ 1412-85. Графит в структуре чугуна играет роль твёрдой смазки. Чугунные червячные колёса применяют в тихоходных малонагруженных приводах, ручных механизмах и подъёмных устройствах.
Типы цилиндрических червяков регламентирует ГОСТ 18498-89: ZA — архимедов (с прямолинейным профилем в осевом сечении), ZI — эвольвентный, ZN1 и ZN2 — конволютные (с прямолинейным профилем витка или впадины), ZK — образованный конусом (нарезанный конусным инструментом). Расчёт геометрических параметров червячных передач выполняется по ГОСТ 19650-97; модули и коэффициенты диаметра — по ГОСТ 19672-74; правила выполнения чертежей — по ГОСТ 2.406-76.
Червячный вал (червяк и вал — одна деталь) проще в производстве и обеспечивает максимальную жёсткость. При насадной конструкции возникает проблема точного центрирования витков относительно оси и риск люфта в посадке. Поэтому для малых и средних модулей червяк практически всегда выполняют с валом как единое целое.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.