Бронзовые венцы червячных колёс и гайки ходовых винтов работают при постоянном скольжении, нагреве и высоких нагрузках. Для таких деталей часто применяют алюминиево-железистые бронзы БрАЖ9-4 и БрАЖМц10-3-1,5: они прочнее многих оловянных бронз и хорошо сопротивляются деформации и износу.

Однако выбирать сплав только по твёрдости нельзя. Для червячного колеса важны скорость скольжения, контактные и изгибные напряжения, материал червяка, смазка и температура. Для гайки ходового винта дополнительно рассчитывают давление в витках, показатель p·v, ресурс резьбы и допустимый люфт.

Состав и свойства БрАЖ9-4 и БрАЖМц10-3-1,5

Химический состав деформируемых безоловянных бронз устанавливает ГОСТ 18175-78. Алюминий повышает прочность и коррозионную стойкость, железо измельчает структуру сплава, а марганец в БрАЖМц10-3-1,5 дополнительно увеличивает прочность и сопротивление износу.

  • БрАЖ9-4 содержит около 8–10% алюминия и 2–4% железа. Сплав применяют для венцов червячных колёс, втулок, направляющих и других нагруженных деталей;
  • БрАЖМц10-3-1,5 дополнительно легирован марганцем. Его выбирают для деталей, которым необходим повышенный запас прочности при ударных и переменных нагрузках.

ГОСТ 1628-2019 предусматривает прессованные прутки БрАЖ9-4 диаметром 16–160 мм и БрАЖМц10-3-1,5 диаметром 16–220 мм. При этом в Казахстане данный стандарт имеет статус «принят в МГС, не введён». Поэтому при заказе нужно указывать нормативный документ из проекта или согласовывать его с поставщиком, а фактические характеристики проверять по сертификату партии.

Параметр БрАЖ9-4 БрАЖМц10-3-1,5
Форма поставки по ГОСТ 1628-2019 Прессованный круг 16–160 мм Прессованный круг 16–220 мм
Временное сопротивление Не менее 540 МПа при заказе испытания на растяжение Не менее 590 МПа до Ø180 мм и 540 МПа свыше Ø180 мм
Относительное удлинение Не менее 15% Не менее 12% до Ø180 мм и 10% для больших диаметров
Твёрдость 110–180 HB 130–200 HB до Ø180 мм; 129–220 HB для больших диаметров
Практический выбор Венцы, втулки и направляющие при высокой нагрузке и надёжной смазке Особо нагруженные детали с переменными и ударными нагрузками

Механические свойства зависят от диаметра, способа изготовления и вида испытаний, указанного в заказе. Поэтому справочные значения нельзя использовать вместо данных сертификата и расчёта детали.

Выбор бронзы для червячного колеса

В червячной передаче большая часть относительного движения приходится на скольжение. Оно вызывает нагрев и создаёт риск задира, поэтому более твёрдый сплав не всегда оказывается лучшим.

БрАЖ9-4 и БрАЖМц10-3-1,5 целесообразны для нагруженных тихоходных и среднескоростных передач, если стальной червяк имеет твёрдую, точно обработанную поверхность, а в зацепление непрерывно поступает подходящее масло. При увеличении скорости скольжения особенно важными становятся противозадирные свойства, по которым оловянные бронзы часто превосходят алюминиево-железистые.

При выборе материала венца проверяют:

  • контактные и изгибные напряжения зубьев;
  • расчётную скорость скольжения;
  • твёрдость и шероховатость поверхности червяка;
  • нагрев редуктора и условия отвода тепла;
  • вязкость, подачу и рабочую температуру масла;
  • продолжительность работы, пуски и ударные нагрузки.

Назначать универсальное допустимое давление или предельную скорость только по марке бронзы нельзя. Эти значения определяются расчётом всей передачи.

Бронза для гаек ходовых и грузовых винтов

Для точных ходовых винтов станков важны плавность движения, прирабатываемость и возможность регулировать люфт. В таких узлах наряду с БрАЖ применяют оловянные бронзы, которые лучше сопротивляются задиру и обычно легче прирабатываются к стальному винту.

В силовых винтовых механизмах прочность БрАЖ9-4 и БрАЖМц10-3-1,5 может быть преимуществом, но гайку рассчитывают по давлению в витках, показателю p·v, износу и прочности резьбы. Также учитывают материал и твёрдость винта, шаг резьбы, смазку и продолжительность включения.

Для автомобильных подъёмников, домкратов и других грузоподъёмных механизмов нельзя самостоятельно заменять предусмотренную изготовителем марку бронзы. Гайка является элементом безопасности, поэтому её материал, размеры, допустимый износ, страховочная гайка и периодичность проверки должны соответствовать документации оборудования.

Особенности точения и нарезания резьбы

Алюминиево-железистые бронзы обрабатываются тяжелее автоматных латуней и оловянно-свинцовых бронз. Железосодержащие включения ускоряют износ режущей кромки, а недостаточно жёсткая установка вызывает вибрацию и ухудшает поверхность.

  • Закрепление. Заготовку устанавливают жёстко, а вылет расточной оправки делают минимальным.
  • Инструмент. Обычно применяют острые твердосплавные пластины с положительной геометрией и полированной передней поверхностью.
  • Режимы. Скорость, подачу и глубину резания выбирают по диаметру заготовки, состоянию прутка, жёсткости станка и рекомендациям производителя пластин. Перед серийной обработкой желательно сделать пробный проход.
  • Резьба. Трапецеидальный профиль формируют за несколько проходов с контролем шага, профиля и рабочего зазора.
  • Зубья венца. После нарезания проверяют профиль, боковой зазор и пятно контакта в паре с червяком.

Непрерывная работа пары «сталь - алюминиевая бронза» без смазки не допускается, если сухой режим специально не предусмотрен конструкцией. Нарушение подачи масла быстро приводит к нагреву, задиру и переносу бронзы на поверхность червяка или винта.

Составные червячные колёса

Для крупных колёс выгодно использовать составную конструкцию: стальную или чугунную ступицу и бронзовый венец. Это сокращает расход цветного металла, но размер венца, натяг и способ фиксации должны рассчитываться по передаваемому моменту, диаметру посадки, толщине кольца и рабочей температуре.

Универсальной посадки для всех колёс нет. Чрезмерный натяг может вызвать опасные напряжения в бронзовом кольце, а недостаточный - проворачивание венца. Температуру нагрева при сборке также назначают по расчёту и технологии изготовления. Зубья обычно окончательно нарезают после соединения венца со ступицей, чтобы сохранить соосность посадочной поверхности и зубчатого венца.

Что проверить при заказе и приёмке бронзового круга

  • точную марку бронзы и нормативный документ поставки;
  • прессованный или другой способ изготовления заготовки;
  • диаметр, длину, точность и необходимый припуск;
  • механические свойства и вид испытаний, если они важны для детали;
  • сертификат с номером партии и химическим составом;
  • овальность, кривизну, состояние поверхности и торцов;
  • отсутствие трещин, раковин, расслоений и внутренних дефектов;
  • необходимость спектральной проверки марки или УЗК крупной ответственной заготовки.

Отличить БрАЖ9-4 от БрАЖМц10-3-1,5 только по цвету невозможно. Для ответственных венцов и гаек марку подтверждают документами, а при необходимости - инструментальным анализом. Общие рекомендации собраны в статье о том, как выбрать бронзовый круг.

Чтобы сократить отходы и время обработки, круг можно заранее разделить на заготовки. Для этого заказывают резку металлопроката в размер с припуском на подрезку торцов и последующее точение.

Часто задаваемые вопросы

Какая бронза лучше для червячного колеса: БрАЖ9-4 или БрО5Ц5С5?

БрАЖ9-4 прочнее и лучше сопротивляется деформации при высокой нагрузке. БрО5Ц5С5 мягче, лучше прирабатывается и обладает хорошими антифрикционными свойствами. Выбор зависит от скорости скольжения, нагрузки, материала червяка, смазки и режима работы.

Чем БрАЖМц10-3-1,5 отличается от БрАЖ9-4?

БрАЖМц10-3-1,5 дополнительно содержит марганец и имеет более высокие нормативные показатели прочности и твёрдости. Однако это не означает, что её можно автоматически применять вместо БрАЖ9-4: замена должна соответствовать расчёту и чертежу детали.

Можно ли использовать БрАЖ9-4 для гайки ходового винта?

Можно, если это подтверждено расчётом пары винт–гайка. Необходимо проверить давление в витках, скорость скольжения, смазку, температуру, допустимый люфт и ресурс. Для грузоподъёмного оборудования материал должен соответствовать документации изготовителя.

Можно ли применять ГОСТ 24301-93 для круга БрАЖ9-4?

Нет. ГОСТ 24301-93 распространяется на литые горизонтальным способом прутки и трубы из отдельных оловянных бронз, включая БрО5Ц5С5. Для БрАЖ9-4 и БрАЖМц10-3-1,5 нужно использовать нормативный документ, указанный в проекте и сертификате поставки.

Можно ли эксплуатировать алюминиевую бронзу без смазки?

Обычные червячные и винтовые пары из алюминиевой бронзы не рассчитаны на длительную сухую работу. Без устойчивой смазочной плёнки возрастает температура и появляется риск задира сопрягаемых поверхностей.

Вывод

БрАЖ9-4 и БрАЖМц10-3-1,5 подходят для нагруженных венцов, гаек, втулок и направляющих, но окончательный выбор делают по расчёту узла, скорости скольжения, смазке и требованиям чертежа. В каталоге АТЛАНТ Snab City представлен Круг бронзовый для изготовления деталей промышленного оборудования с возможностью резки заготовок в размер и доставки по Казахстану.