Червяки изготавливают из сталей типа 20Х, 18ХГТ с твердостью после цементации 57 ÷ 64 HRC, а также сталей типа 45, 40Х, 40ХН с поверхностной закалкой до твердости 45 ÷ 55 HRC. Во всех случаях необходима шлифовка и полировка витков червяка.
Червяк проверяют на жесткость, рассматривая его как балку на двух опорах. При помощи эпюр изгибающих и крутящих моментов определяют наиболее опасное сечение и определяют стрелу прогиба, которая не должна превышать допустимое значение: μ ≤ [ μ], где [ μ] = (0,005 ÷ 0,007)m.
В процессе эксплуатации в червячных передачах чаще наблюдается износ и заедание, а не усталостное выкрашивание, как у зубчатых передач. Повышенный износ связан с большими скоростями скольжения. Поэтому для предупреждения износа и заедания ограничивают значение контактных напряжений и применяют специальные антифрикционные материалы. При скоростях скольжения 5 ÷ 25 м/с используют оловянистые бронзы (типа БрО10Ф1 и др.); при скоростях 2 ÷ 5 м/с – безоловянистые бронзы (типа БрА9Ж3Л и др.); при скоростях до 2 м/с – чугуны типа СЧ15, СЧ18.
Так как износ и заедание зависит от величины контактных напряжений, то основным критерием работоспособности червячных передач является контактную прочность зубьев червячного колеса.
По аналогии с расчетом зубчатых передачами наибольшие контактные напряжения определяют по формуле Герца
(3.90)
где Епр – приведенный модуль упругости; μ – коэффициент Пуассона; q – нормальная нагрузка; ρпр – приведенный радиус кривизны боковой поверхности зуба колеса.
Приведенный модуль упругости
(3.91)
где E1 = 2,1·105 МПа – модуль упругости стального червяка; E2 = 0,9·105 МПа – модуль упругости бронзы.
Коэффициент Пуассона μ = 0,3.
Нормальная нагрузка на единицу длины контактных линий
(3.92)
где Fn2 – нормальная нагрузка по формуле (3.89); lΣ ≈ 1,3d1/cosγ – суммарная длина контактных линий витков червяка и зубьев колеса; КН – коэффициент нагрузки.
Радиус кривизны профиля витка червяка ρ1 = ∞, поэтому приведенный радиус кривизны червячной пары, соответствует радиусу кривизны боковой поверхности зуба колеса
(3.93)
Подставляя эти значения в формулу Герца, после преобразований получим формулу проверочного расчета
(3.94)
С учетом равенства (3.73), (3.77) и (3.82) можно получить следующее уравнение проверочного расчета
,
(3.95)
где q – коэффициент диаметра червяка; z2 – число зубьев колеса.
Решив это уравнение относительно межосевого расстояния, получим приближенное уравнение проектировочного расчета
.
(3.96)
Значение аw согласуем со стандартным рядом.