17. Определение допускаемых напряжений
В червячных передачах червяк изготавливают из стали, а колесо из бронзы, реже – из латуни или чугуна. В связи с этим расчет червячных передач как на контактную выносливость рабочих поверхностей, так и на выносливость при изгибе ведется по червячному колесу. Червяк при этом работает с большим запасом контактной и изгибной выносливости.
Расчет на контактную выносливость рабочих поверхностей зубьев колеса должен исключить не только усталостное выкрашивание, но и заедания, приводящие к задирам рабочих поверхностей зубьев. Расчетные напряжения сравниваются с допускаемыми, которые определяются опытным путем.
Определению допускаемых напряжений предшествует выбор материалов червяка и червячного колеса, типа червяка и вида термической обработки его витков, твердости его рабочих поверхностей и толщины упрочненного слоя (см. п.2; [4, с. 171]).
17.1. Допускаемые напряжения на контактную выносливость рабочих поверхностей зубьев колеса σ НР2 (МПа) и выносливость при изгибе sFР2 определяют по зависимостям табл. 17.1 [39].
Таблица 17.1
| Группа материала | Для расчета зубьев | |
| На контактную выносливость рабочих поверхностей, МПа | На изгибную выносливость, МПа | |
| I | 
|
|
| II | 
| |
| III | 
| |
Обозначения в формулах табл. 17.1:
σ°H – исходное допускаемое напряжение при расчете на контактную выносливость рабочих поверхностей зубьев червячного колеса, МПа (табл. 17.2);
σ°F – предел выносливости при изгибе зубьев червячного колеса, МПа (табл. 17.2);
SF – коэффициент безопасности при расчете на изгиб (табл. 17.2);
σHPmax и σFpmax – предельные допускаемые напряжения при расчете на контактную прочность рабочих поверхностей и на изгиб при действии максимальной нагрузки, МПа (табл. 17.3);
Cv – коэффициент, учитывающий интенсивность износа материала I группы (рис. 17.1);
vs – ожидаемое значение скорости скольжения в проектируемой червячной передаче (формула 16.1);
NHE2 и NFE2 – эквивалентные числа циклов перемены напряжений при расчете на контактную выносливость рабочих поверхностей и выносливость при изгибе (см. п.4.1.1; 4.1.2).
В настоящее время нет стандартного расчета червячных передач на прочность. По аналогии со стандартным расчетом зубчатых цилиндрических эвольвентных передач по ГОС 21354 – 87 в формулах табл. 17.1 выражения
и 
представляют собой соответственно коэффициенты долговечности при расчете на контактную выносливость KHL и на изгиб KFL.
Рис. 17.1 График для определения коэффициента Cv
Выбор допускаемых напряжений sHP и sFP с использованием коэффициентов долговечности KHL и KFL отражен в [4;12;29].
Таблица 17.2
| Группа материала | Для расчета зубьев | SF | |
| На контактную выносливость рабочих поверхностей, МПа | На изгибную выносливость, МПа | ||
| I | 
|
| 1,75 |
| II | 
| ||
| III | 
| 
| 2,0 |
Примечания. Большие значения 
– для случая применения червяков с твердыми (Н ³ 45HRCэ) шлифованными и полированными витками; меньшие значения - в остальных случаях. Для передач с расположением червяка вне масляной ванны (п.23.1.2.) значение следует уменьшить на 15 %; σbи – предел прочности материала при изгибе, МПа (табл.16.1).
17.1.1. Эквивалентное число циклов перемены напряжений при расчете на контактную выносливость NHE2 при переменном режиме нагрузки и ступенчатой циклограмме нагружения (рис.17.2) можно определить по формуле
(17.1)
(при NНЕ2³ 25×107 принимают NНЕ2 = 25×107),
Рис. 17.2. Циклограмма нагружения
где T2i – нагрузка (крутящий момент на червячном колесе), соответствующая i- й ступени циклограммы нагружения, Н×м;
T2 – исходная расчетная нагрузка (крутящий момент на червячном колесе), учитываемая при расчете на контактную выносливость рабочих поверхностей, Н×м.;
ni – частота вращения червячного колеса соответствующая i-му режиму нагружения, об/мин;
Lhi – время работы, соответствующее i-му режиму нагружения, ч.