Выбор материалов, термообработки и допускаемых напряжений

При выборе материалов зубчатых колес следует учитывать назначение передачи, условия эксплуатации и требования к габаритным размерам, возможную технологию изготовления колес. Зубчатые колеса редукторов
в большинстве случаев изготавливаются из сталей, подвергнутых термическому упрочнению. В зависимости от твердости материала стальные зубчатые колеса разделяются на две группы: с твердостью НВ ≤ 350 (ТО: нормализация или улучшение) и с твердостью НВ > 350 (ТО: закалка ТВЧ, цементация, азотирование и др.). Для редукторов, к размерам которых не предъявляют особых требований, редукторов индивидуального и мелкосерийного производства, назначают стали первой группы (табл.7). Для лучшей приработки рекомендуется назначать материал шестерни и колеса с соотношением твердости: (Шестерней условно называют колесо меньших размеров, участвующее в зацеплении).

НВ₁ = НВ₂ + (20…70) – при твердости зубьев НВ ≤ 350 и

НВ₁ = НВ₂ + (25…30) – при твердости зубьев НВ > 350,

где НВ₁ – твердость шестерни; НВ₂ – твердость колеса.

Необходимую разность в твердости материалов колес можно получить, применяя как различные, так и одинаковые марки стали для шестерни и колеса, но с различной термообработкой.

Чем выше твердость рабочей поверхности зуба, тем выше допускаемые напряжения и тем меньше габариты редуктора. В связи с этим для редукторов общего назначения, к которым не предъявляют повышенных требований, рекомендуется изготавливать зубчатые колеса из дешевых марок сталей типа
сталь 45 или сталь 40Х с термообработкой нормализация, улучшение или закалка ТВЧ. Характеристики марок стали приведены в таблице 8.

Таблица 7

Рекомендуемые сочетания материалов зубчатых колес [ 1, с.16]

Таблица 8

Механические свойства сталей [1, с.17]

Примечание: Н – нормализация, У – улучшение, З – закалка, Ц – цементация, ТВЧ – закалка токами высокой частоты.

Допускаемые контактные напряжения для стальных зубчатых колес

(4.1)

Допускаемые напряжения изгиба

(4.2)

где – базовые пределы контактной и изгибной выносливости

поверхности зубьев; – коэффициенты безопасности.

Таблица 9

Пределы базовой выносливости и коэффициенты безопасности [3, с. 34]

Примечание: Для проката , для литья

При постоянном режиме работы передачи: K_{H L} = K_{F L} = Z_R = Z _V = 1,0;

K_Fc – коэффициент, учитывающий реверсивность работы передачи и твердость поверхностей зубьев; при отсутствии реверса K_Fc = 1,0; при реверсивной нагрузке K_Fc = 0,7…0,8 [7, с. 17-18].

Поскольку прочность зубьев колеса ниже прочности зубьев шестерни, то проектный расчет выполняют по σ _{Н 2}. Проверочные расчеты изгибной прочности зубьев шестерни и колеса выполняют по σ _F1 или по σ _F2.

По формулам (4.1) и (4.2) необходимо определить допускаемые напряжения для шестерни и для колеса - .