И допускаемые напряжения

Материалы, термообработка

Исходные данные:

Частота вращения n₁, n₂, мин‾¹ (табл. 1.4.5).

Угловая скорость ω₁, ω₂, 1/с (табл. 1.4.5).

Передаточное отношение и = u_зп (табл. 1.4.5).

Продолжительность работы передачи L_h, ч (табл. 1.3.1).

В настоящее время сталь — основной материал для изго­товления зубчатых колес. В условиях индивидуального и мел­косерийного производства, предусмотренного техническими заданиями на курсовое проектирование, в мало- и среднена­груженных передачах, а также в открытых передачах с боль­шими колесами применяют зубчатые колеса с твердостью материала Н ≤ 350 НВ. При этом обеспечивается чистовое нарезание зубьев после термообработки, высокая точность изготовления и хорошая прирабатываемость зубьев.

Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прира­батываемости твердость шестерни НВ₁ назначается боль­ше твердости колеса НВ₂. Разность средних твердостей[1] ра­бочих поверхностей зубьев шестерни и колеса при твердости материала Н ≤ 350 НВ в передачах с прямыми и непрямыми зубьями составляет НВ_1ср — НВ_2ср = 20…50. Иногда для уве­личения нагрузочной способности передачи (а отсюда умень­шения габаритов и металлоемкости передачи) достигают раз­ности средних твердостей поверхностей зубьев НВ_1ср — НВ_2ср ≥ 70. При этом твердость зубьев колеса Н≤350НВ_2ср, а зубьев шестерни Н ≥ 350 НВ_1ср. Для шестерни в этом случае твердость измеряется по шкале Роквелла: Н≥45НRС_1ср. Соот­ношение твердостей в единицах НВ и НRС приведены на ри­сунке 4.1.1.

Рис. 4.1.1. График соотношения твердостей в единицах НВ и НRС

Рекомендуемый выбор материала заготовки, термообра­ботки и твердости зубчатой пары приводится в таблице 4.1.1, а механические характеристики сталей — в таблице 4.1.2

4.1.1. Выбор материала и термообработки.

Материал и его характеристики выбираются в зависимости от расположения зубьев на ободе колес пары (прямые или непрямые) и мощности двигателя в следующем порядке:

а) выбрать материал для зубчатой пары, одинаковый для шестерни и колеса (табл. 4.1.1), но с разной твердостью. При этом надо ориентироваться на дешевые марки сталей: типа 40, 45, 40Х — для шестерни и колеса закрытой передачи; 35Л, 40Л, 45Л — для колес открытой передачи в паре с кованой шестерней из стали 35, 40, 45;

б) выбрать термообработку для шестерни и колеса по таб­лице 4.1.1;

в) выбрать интервал твердости зубьев шестерни НВ₁ (HRC₁) и колеса НВ₂ по таблице 4.1.2;

г) определить среднюю твердость зубьев шестерни НВ_1ср (HRC_1ср) и колеса НВ_2ср. При этом надо соблюсти необходи­мую разность средних твердостей зубьев шестерни и колеса (см. табл. 4.1.1);

д) из таблицы 4.1.2 определить механические характери­стики сталей для шестерни и колеса — σ_в, σ_-1;

е) выбрать из таблицы 4.1.2 предельные значения размеров заготовки шестерни (D_пред — диаметр) и колеса (S_пред — тол­щина обода или диска).

4.1.2. Допускаемые контактные напряжения.

Допускаемые контактные напряжения при расчетах на прочность определяются отдельно для зубьев шестерни [σ]_Н1 и колеса [σ]_Н2 в следующем порядке:

а) определить коэффициент долговечности для зубьев шес­терни К_HL1 и колеса K_HL2:

,

где N_HO — число циклов перемены напряжений, соответст­вующее пределу выносливости (см. табл. 4.1.3); N — число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработ­ка):

N₁₍₂₎ = 573ω₁₍₂₎ L_h,

где ω₁₍₂₎ — угловая скорость соответствующего вала, 1/с; L_h, — срок службы привода (ресурс), ч.

Для нормализованных и улучшенных колес 1≤ К_HL ≤ 2,6; для колес с поверхностной закалкой 1≤ К_HL ≤ 1,8.

Если N > N_HO, то принять К_HL = 1.

Таблица 4.1.1