Выбор механических характеристик материалов зубча тых колёс

 

Из таблицы 3.4 [МУ] выбираются характеристики материалов шестерни.

При пользовании таблицей 3.4 размер заготовки шестерни принимать равным до 90 мм.

Из таблицы выбираются:

– предел прочности ;

– предел текучести ;

– твёрдость НВ_1ср по Бринеллю;

– термическая обработка.

Рекомендуется назначать для шестерни и колеса сталь одной и той же марки, но обеспечивать соответствующей термической обработкой твёрдость поверхности зубьев шестерни на 20–30 единиц Бринелля выше, чем колеса.

Определяется твёрдость материала колеса НВ₂ = НВ₁ – 30.

Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи, следует выбирать по таблице 3.4 материалы со средними механическими характеристиками, например:

– для шестерни – сталь 45, термическая обработка – улучшение, твёрдость – НВ₁230;

– для колеса – сталь 45, термическая обработка – улучшение, но  твёрдость на 30 единиц ниже – НВ₂200.

 

Таблица 3.4 – Механические свойства сталей, применяемых для изготовления зубчатых колёс

Марка стали

Диаметр заготовки, мм

Предел прочности , МПа

Предел текучести , МПа

Твёрдость НВ (средняя)

Термообработка

 

1	2	3	4	5	6
45	100–500	570	290	190	Нормализация
45	До 90 90–120 Св.120	780 730 690	440 390 340	230 210 200	32 Улучшение
Продолжение таблицы 3.4
1	2	3	4	5	6
30ХГС	До 140 Св. 140	1020 930	840 740	260 250
40Х	До 120 120–160 Св. 160	930 880 830	690 590 540	270 260 245
40ХН	До 150 150–180 Св. 180	930 880 835	690 590 540	280 265 250
40Л 45Л	–	520 540	290 310	160 180	Нормализация
35ГЛ 35ХГСЛ	–	590 790	340 590	190 220	Улучшение

3.2.2 Определение допускаемых напряжений для материаловзуб чатых колёс

3.2.2.1 Допускаемые контактные напряжения

(3.2.1)

 

где s New Roman"/><w:i/><w:sz w:val="32"/><w:sz-cs w:val="32"/></w:rPr><m:t>РІ</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">  – предел контактной выносливости при базовом числе циклов, МПа;

   – коэффициент долговечности;

   – коэффициент безопасности.

    При числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора, принимают               

Для колёс из нормализованной и улучшенной стали, а также при объёмной закалке принимают  при поверхностном упрочнении зубьев

По таблице 3.5 для углеродистых и легированных сталей с твёрдостью поверхностей зубьев менее НВ350 и термической обработкой (улучшением)

                               (3.2.2)

        

 

 

Таблица 3.5 – Предел контактной выносливости при базовом числе циклов

Способ термохимической обработки зубьев

Средняя твёрдость поверхностей зубьев

Сталь

, МПа

 

Нормализация или улучшение	НВ<350	Углеродистая и легированная	2 НВ +70
Объемная закалка	НRС 38–50		18НRС+150
Поверхностная закалка	НRС 40–50	Углеродистая и легированная	17НRС+200
Цементация и  нитроцементация	НRС>56	Легированная	23 НRС
Азотирование	НV 550–750		1050
Примечание – Базовое число циклов Nно определяют в зависимости от твёрдости стали: при твёрдости НВ<200 принимают Nно = 107; при твёрдости НВ 200–500 значение Nно возрастает по линейному закону от 107 до 6·107.

Расчётное допускаемое контактное напряжение

для шестерни

для колеса

Допускаемое контактное напряжение для косозубых и шевронных колёс

(3.2.3)

 

Допускаемое контактное напряжение для прямозубых колёс принимается по меньшему значению _min из полученных при расчётах для шестерни  и колеса . Как правило, _min = .

После определения значений допускаемых контактных напряжений следует проверить выполнение условия

min.

(3.2.4)

 

 

3.2.2.2 Допускаемые напряжения изгиба

Методику выбора допускаемых напряжений, изложенную в ГОСТ 21354 – 87, для учебных целей можно существенно упростить.

 

Для учебных целей рекомендуется производить расчёт по формуле

,

(3.2.5)

 

где  – предел выносливости при отнулевом цикле изгиба, оп-

ределяется по таблице 3.6;

 – коэффициент безопасности

 

,

(3.2.6)

 

где  – коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала зубчатых колёс; его значения приведены в таблице 3.6 при вероятности неразрушения 99%;

 – коэффициент, учитывающий способ получения заготовки зубчатого колеса; для поковок и штамповок = 1,0; для проката = 1,15; для литых заготовок = 1,3.

 

Таблица 3.6 – Значение предела выносливости при отнулевом цикле изгиба  и коэффициента безопасности

Марка стали	Термическая или термохимичес-кая обработка	Твёрдость зубьев			, МПа
		на поверхности	в сердцевине
40, 45, 50, 40Х, 40ХН, 40ХФА	Нормализация, улучшение	НВ 180–350			1,8 НВ	1,75
40Х, 40ХН, 40ХФА	Объёмная закалка	НRC 45–55			500–550	1,8
40ХН, 40ХН2МА	Закалка при нагреве ТВЧ	НRC 48–58		НRC 25–35	700	1,75
20ХН, 20ХН2М, 12ХН2	Цементация	НRC 57–63		–	950	1,55

Для зубчатых колёс из углеродистых и легированных сталей с твёрдостью поверхностей зубьев НВ<350:

для шестерни

(3.2.7)

для колеса

Допускаемые напряжения изгиба:

 

для шестерни		(3.2.8)
для колеса

 

Проверку прочности на изгиб следует проводить для того зубчатого колеса, для которого отношение  меньше, где  – коэффициент, учитывающий форму зуба.

Для зубчатых колёс, выполненных без смещения,  определяется по числу зубьев  для прямозубых колёс и в зависимости от эквивалентного числа зубьев  для косозубых и шевронных колёс.

Эквивалентное число зубьев:

 

шестерни

(3.2.9)

 

колеса

 

Таблица 3.7 – Значения коэффициентов формы зуба

или …	17	20	25	30	40	50	60	70	80	100 и более
…	4,28	4,09	3,90	3,80	3,70	3,66	3,62	3,61	3,61	3,6

 

Определяя соотношения  и , выбирается значение  

Для реверсируемых передач, в которых зубья работают попеременно обеими сторонами, допускаемое напряжение  следует снижать на 25%.