Materiały na ślimak i ślimacznicę

Ślimak i jego wał oraz ślimacznica i jej piasta mogą być wykonane albo jako część jednolita (z tego samego materiału), albo też jako części nasadzane z różnych materiałów. Zależy to przede wszystkim od wymiarów rdzenia.

Jeżeli tylko wymiary rdzenia na to pozwalają, ślimak wykonuje się nasadzany. To samo, tylko w jeszcze większym stopniu, dotyczy ślimacznicy. Ze względu na oszczędność materiału, zwłaszcza przy większych wymiarach, ślimacznicę projektuje się jako dwudzielną, składającą się z żeliwnej lub stalowej piasty oraz z brązowego wieńca.

W naszych rozważaniach ograniczymy się do omówienia tylko materiałów stosowanych na uzębione części przekładni.

Na samym wstępie powtórzyć trzeba uwagi poczynione już przy .omawianiu sprawności zazębienia. Ze względu na straty tarcia należy dobierać materiały uzębienia, które są w stanie zapewnić możliwie niski współczynnik tarcia. Postulat ten można spełnić najlepiej wykonując ślimak ze stali, a ślimacznicę z brązu. Współpracę stali z brązem cechuje niski współczynnik tarcia i dlatego można ją stosować przy różnych prędkościach przekładni zarówno małych, jak i dużych. Przy mniejszych prędkościach poślizgu nie przekraczających 2,5 m/s można zdecydować się na współpracę żeliwa z brązem względnie nawet żeliwa z żeliwem. Współpracę stali ze stalą można natomiast dopuścić tylko przy napędach ręcznych. Wtedy dobrze jest zęby jednego elementu przekładni pomiedziować elektrolitycznie. Miedź, pomimo że w stosunkowo krótkim czasie zostaje pozornie starta z powierzchni zębów, w rzeczywistości pozostaje jeszcze długo w porach powierzchniowych, chroniąc zęby przed zatarciem.

Obok stali, brązu i żeliwa stosowane być mogą jeszcze w przekładniach ślimakowych stopy aluminiowe, stopy cynku oraz masy plastyczne. Stopy cynku i masy plastycznej stosowane są niemal wyłącznie w budowie aparatów elektrycznych, to znaczy w przypadkach bardzo małych obciążeń i małych prędkości poślizgu. Stopy aluminiowe mogą natomiast znaleźć zastosowanie i do dużych obciążeń. Merritt uprzedza jednak, że ślimacznica ze stopu lekkiego powinna współpracować ze ślimakiem stalowym, utwardzanym i bardzo gładko wypolerowanym. Ślimacznica z duraluminium, pracująca w tych warunkach, wykazała wg Merritta tylko o 30% większe straty tarcia i dopuszczała zaledwie o 30% niższe obciążenia aniżeli w podobnych warunkach pracująca ślimacznica z brązu. Trzeba jednak przyznać, że informacje o zachowaniu się stopów aluminium są jeszcze stosunkowo skąpe i dlatego omówienie materiałów ograniczone zostanie do materiałów podstawowych, a więc stali, żeliwa i brązu.

a. Stale

Trudne warunki pracy zębów oraz duże zazwyczaj obciążenie rdzenia ślimaka zmuszają do stosowania na ślimaki tych gatunków stali, które odznaczają się dużą odpornością na ścieranie oraz duża wytrzymałością rdzenia. Największa zwartość konstrukcji, a więc najmniejszy rozstaw osi, zapewnić mogą tylko wysokogatunkowe stale do nawęglania, względnie wysokogatunkowe stale do ulepszania.

Spośród metali do nawęglania najlepsze wyniki w pracy, względnie, co na jedno wychodzi, najmniejsze wymiary przekładni zapewnić mogą stale stopowe do nawęglania. Spośród nich przede wszystkim stale niklo-chromowe względnie stale chromowe. Dodatek chromu zwiększa bowiem odporność stali na ścieranie, a dodatek niklu polepsza udarne własności stali. Natomiast dla mniej obciążonych przekładni, względnie przy mniejszych wymaganiach zwartości konstrukcji, można stosować stale węglowe wyższej jakości do nawęglania.

Poza stalą do nawęglania można ślimaki wykonywać również ze stali do ulepszenia. Stan obróbki cieplnej powinien zapewnić wtedy co najmniej twardość 250 HB. Jeżeli jednak uzębienie jest później szlifowane, ślimaki utwardza się do znacznie wyższych twardości. Im wyższa twardość zębów, tym większa jest na ogół odporność zarówno na ścieranie, jak i na wżery zmęczeniowe.

Jeżeli chodzi o rodzaje stali do ulepszania, to zależnie od obciążenia stosuje się bądź stale stopowe, bądź stale węglowe o wyższej jakości. Zawartość węgla w stalach do ulepszania stosowanych na ślimaki zawiera się w granicach od 0,4 do 0,6%. Stale o większej zawartości węgla są bardziej odporne na ścieranie, ale są również bardziej wrażliwe na działanie karbu i uderzenia. Ze stali stopowych najchętniej stosuje się stale chromowo-niklowo-molibdenowe, względnie stale chromowo-niklowe lub chromowe.

Stale do ulepszania ustępują na ogół równorzędnym im stalom do nawęglania. Dlatego stosuje się je bądź przy mniejszych obciążeniach zębów, bądź w przypadkach, gdy z tych czy innych względów nie można szlifować zębów. W tym ostatnim przypadku obróbkę cieplną (ulepszenie) przeprowadza się jeszcze przed ostateczną obróbką zębów skrawaniem. W ten sposób unika się utraty dokładności na skutek obróbki cieplnej. Trzeba jednak w takich przypadkach ograniczyć twardość uzębienia. Aby możliwa była obróbka uzębienia skrawaniem twardość nie powinna przekraczać na ogół 30—36 HRC. Ślimaki globoidalne, których zębów się nie szlifuje po obróbce cieplnej, wykonywane są zazwyczaj ze stopowych stali, ulepszonych do twardości ~ 32 HRC.

b. Żeliwo

Żeliwo stosować można w zasadzie zarówno na ślimaki, jak i na ślimacznice. O ile jednak ślimak żeliwny powinien mieć możliwie wysoką wytrzymałość i twardość, którą najlepiej zapewnia żeliwo modyfikowane lub stopowe, o tyle ślimacznicę żeliwną powinny cechować przede wszystkim możliwie wysokie własności przeciw-cierne, które z kolei można zapewnić tylko dzięki równomiernie rozłożonemu drobnemu grafitowi. Stosując współpracę żeliwnych ślimaków z brązowymi ślimacznicami można zapewnić przeniesienie przez przekładnię nawet dość znacznych obciążeń. Jeżeli obciążenia są małe, można dopuścić współpracę żeliwnego ślimaka z żeliwną ślimacznicą. Żeliw nie należy jednak stosować do przekładni, w których prędkość poślizgu jest większa od 2,5 m/s. Współpracę żeliwnych ślimacznic ze stalowymi ślimakami dopuścić można tylko w przypadku napędów ręcznych.

c. Brązy

Brąz jest najlepszym materiałem na zęby ślimacznic. Stosując brąz na ślimacznice, a utwardzoną stal na ślimak, można osiągnąć największą zwartość przekładni, tzn. uzyskać możliwie najmniejszy rozstaw osi, względnie przy założonym już rozstawie można zapewnić przeniesienie największych obciążeń. Współpracę brązu ze stalą można stosować dla wszystkich prędkości przekładni.