Выбор материала и определение допускаемых напряжений

После определения вращающих моментов на валах выполняют основные проектные расчеты передач.

Исходными данными для расчета являются: вращающий момент на колесе Т2,
передаточное число и, и схема передачи, срок работы Lh ч, характер производства- единичный,
мелкосерийный, крупносерийный.

Выбор материалов зубчатых колес

Поскольку в проектном задании к редуктору не предъявляется жестких требований в отношении габаритов передачи, а изготовление колес осуществляется в условиях мелкосерийного производства, то выбираем материалы со средними механическими качествами.

В проектном задании указывается, что редуктор должен быть общего назначения, кроме того передаваемая мощность невелика (Р< 10 кВт). Для таких редукторов экономически целесообразно применять колеса с твердостью < 350 НВ. При этом достигается лучшая прирабатываемость зубьев колес, обеспечивается чистовое нарезание зубьев колес после термообработки, высокая точность их изготовления.

Учитывая, что число нагружений в единицу времени шестерни в передаточное число раз больше числа нагружений зубьев колеса, для достижения одинаковой контактной усталости обеспечиваем механические характеристики материала шестерни выше, чем материала колеса. Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твердость шестерни НВ | наначаем больше твердости колеса НВ?.

HB1-HB2=20...50

Для повышения механических характеристик материалы колес подвергают термической обработке. В зависимости от условий эксплуатации и требований к габаритам передачи применяют следующие материалы и варианты термической обработки (Т. О):

I-стали, одинаковые для колеса и шестерни, марок:

35, 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ, 45ХЦ. Т.О. колеса- улучшение, 235...262 НВ. Т.О. шестерни-улучшение, 269...302 НВ;

II-стали, стали, одинаковые для колеса и шестерни, марок:

40Х. 40ХН, 35ХМ, 45ХЦ. Т.О. колеса- улучшение, 269...302 НВ. Т.О. шестерни-улучшение 269...302 НВ;

III-стали, стали, одинаковые для колеса и шестерни, марок:

40Х, 40ХН, 35ХМ, 45ХЦ. Т.О. колеса и шестерни- улучшение и закалка ТВЧ, 45...56 HRC;

IV-стали, одинаковые для колеса и шестерни, марок;

20Х, 20ХНМ, 18ХГТ, 12ХНЗА, 25ХГНМ. Т.О. колеса и шестерни- улучшение, цементация и закалка, 56...63 HRC.

Чем выше твердость рабочей поверхности зубьев, тем выше допускаемые контактные напряжения и тем меньше размеры передачи.

Допускаемые напряжения.

Определяют допускаемые контактные напряжения и напряжения изгиба отдельно для

колеса [σ _H] ₂ и [σ _F] ₂ и шестерни [σ _H] ₁ и [σ _F] ₁ [σ _H]=(σ _HO/S_H)*K_HL

При расчете цилиндрических и конических прямозубых передач для повышения надежности расчета в качестве допускаемого контактного напряжения принимают [σ _H] зубчатого колеса, для которого оно меньше; как правило, это [σ _H]₂, т.е[σ _H]= [σ _H]₂

При расчете зубчатых передач цилиндрических косозубых, шевронных и конических с круговым зубом в расчетную формулу подставляют среднее допускаемое контактное напряжение:

[σ _H]=0, 45(σ _H]₁+ [σ _H]₂)

Это напряжение не должно превышать: для цилиндрических косозубых и шевронных колес 1, 23 [σ _H]₂

Для конических колес 1, 15[σ _H]₂ - Если эти условия не выполняются, то принимают

[σ _H]=1, 23[σ _H]₂ или [σ _H]=1, 15[σ _H]₂

Таблица 11-Значение пределов выносливости зубьев колёс

Таблица 12-Средняя твёрдость поверхности зубьев колёс

[σ _F]=(σ _F0/[S_F]) К_FC K_FL

где σ _F0-предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий базе испытаний

Nfo (таблица 11);

[S_F] -допускаемый коэффициент безопасности; [s_F]=1, 75 для зубчатых колес, изготовленных из поковок и штамповок; [s_F]⁼2, 3- из литых заготовок;

К_Fс ^— коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки;

К_FС=1 при одновременном приложении нагрузки (Передача нереверсивная);

К_Fс⁼ 0, 7...0, 8 при двустороннем приложении нагрузки (передача реверсивная);

K_FL- коэффициент долговечности.

Дальнейший расчет зубчатых передач на выносливость согласно примеров расчета литературы [3], 9.12; 9.13; 11.8

Таблица 13-Рекомендуемые марки сталей для зубчатых колес

Стальное литье

Примечание. В таблице D = dal+6 мм и D = dael+6 мм—диаметр заготовки червяка, цилиндрической и конической вала шестерни; S=b2+4- ширина заготовки колеса без диска(монолитного)