2. Методика определения комплекса допускаемых напряжений при расчётах зубчатых передач

Ступень редуктора и элемент передачи

Коэффициенты долговечности и допускаемые напряжения

контактные

изгибные

K_LH

[σ_H]

[σ_H]_max

K_LF

[σ_F]

[σ_F]_max

Быстроходная

Шестерня

Колесо

K_{LH Б1}

K_{LH Б2}

[σ_H] _Б1

[σ_H] _Б2

[σ_H]_maxБ1

[σ_H]_maxБ2

K_{LF Б1}

K_{LF Б2}

[σ_F] _Б1

[σ_F] _Б2

[σ_F]_{max Б1}

[σ_F]_{max Б2}

Тихоходная

Шестерня

Колесо

K_{LH Т.1}

K_{LH Т.2}

[σ_H] _Т.1

[σ_H] _Т.2

[σ_H]_maxТ1

[σ_H]_maxТ2

K_{LF Т1}

K_{LF Т2}

[σ_F] _Т1

[σ_F] _Т2

[σ_F]_{max Т1}

[σ_F]_maxТ2

Группа, подгруппа сталей для производства зубчатых колес

Термическая или химико-термическая

обработка, требования к режиму их

проведения, концентрация реагентов на поверхности

Твердость зубьев

[S_H] _min при разрушениях с последствиями

[ _H]_max

на

АПЗ

СОЗ

легкими

тяжелыми

1

2

3

4

5

6

7

8

Стали для цементируемых зубчатых колес.

1.1. Стали, содержащие никель более 1 % и хром 1 % и менее (например, марок 20ХН, 20ХН2М, 12ХН3А, 15ХГНТА по ГОСТ 4543-71)

Цементация; концентрация углерода на поверхности (0,75-1,1)% достигается при контроле и автоматическом регулировании углеродного потенциала карбюризатора и закалочной атмосферы.

Закалка после высокого отпуска в безокислительной среде.

57…63

HRC_Э

27…43

HRC_Э

23 ·

HRC_Э

1,2

1,35

44 ·

HRC_Э

1.2. Стали безникелевые и содержащие никель менее 1 % (например, марок 18ХГТ, 30ХГТ, 20Х, 20ХГР по ГОСТ 4543-71 и марки 25ХГНМА)

57…63

HRC_Э

30…43

HRC_Э

1.3. Стали, содержащие хром более 1% и никель более 1 % (например, марок 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА по ГОСТ 4543-71 и марки 14ХГСН2МА)

Продолжение таблицы 2.1

1

2

3

4

5

6

7

8

1.4. Легированные стали всех марок, предусматривающие цементацию

Цементация; концентрация углерода на поверхности (0,6-1,4) % достигается при цементации в средах с неконтролируемым углеродным потенциалом и закалке с применением средств против обезуглероживания.

56…63

HRC_Э

30…43

HRC_Э

23 ·

HRC_Э

1,2

1,35

44 ·

HR_С

1.5. Стали, содержащие никель более1 % (например, марок 20Х2Н4А, 20ХН3А, 18Х2Н4ВА по

ГОСТ 4543-71)

Цементация; возможно обезуглерожива-ние (производится при закалочном нагреве в атмосфере воздуха или продуктах сгорания смеси углеводородов с воздухом)

55…63

HRC_Э

27…43

HRC_Э

23 ·

HRC_Э

1.6. Прочие стали, предусматривающие цементацию (например, марок 18ХГТ, 30ХГТ по ГОСТ 4543-71)

30…43

HRC_Э

Стали для нитроцементруемых зубчатых колес

2.1. Стали хромомарган-цевые, содержащие молибден, (например,

марки 25ХГМ по

ГОСТ 4543-71)

Нитроцементация; закалка с нитроцемен-тационного нагрева, концентрация угле-рода на поверхности (0,7-1,0) %, достигается при контроле и автоматическом регулировании углеродного потенциала карбюризатора и атмосферы для нагрева при закалке. Концентрация азота на поверхности (0,15-0,3) %.

57…63

HRC_Э

32…45

HRC_Э

23 ·

HRC_Э

1,2

1,35

44 ·

HR_С

2.2. Стали, не содержащие молибден (например, марки 25ХГТ, 30ХГТ, 35Х по

ГОСТ 4543-71)

Нитроцементация; концентрация углерода на поверхности (0,7-1,0) %, достигается при контроле и автоматическом регулирова-нии углеродного потенциала карбюриза-тора и атмосферы для нагрева при закалке. Концентрация азота на поверхности (0,15-0,5) %.

57…63

HRC_Э

27…45

HRC_Э

23 ·

HRC_Э

Продолжение таблицы 2.1

1

2

3

4

5

6

7

8

Стали для зубчатых колес, подвергаемых азотированию.

3.1. Стали, содержащие алюминий, например 38ХХЬ10А, 38Х2НО

Азотирование

61…68 HV

24…40 HRC_Э

1050

1,2

1,35

3 · HV

3.2. Стали прочие легированные, например 40Х2НМА, 40ХФА

52…62 HV

24…40 HRC_Э

Стали для зубчатых колес, подвергаемых закалке ТВЧ

4.1. Стали пониженной прокаливаемости, содержащие углерод 0,5-0,6 % (например марки У6 по ГОСТ 1435-54, марки 55ПП)

Закалка при нагреве ТВЧ, закаленный слой повторяет очертания впадины.

58…62

HRC_Э

28…35 HRC_Э

17HRC_э

+200

1,2

1,35

2,8 ·

4.2. Стали специальные легированные, содержащие углерод 0,6 % (например марок 60ХВ, 60Х, 60ХН)

54…60

HRC_Э

25…35 HRC_Э

17HRC_Э

+200

4.3. Стали легированные, содержащие углерод 0,35-0,5 % и никель 1 % и более (например марок 40ХН, 40ХН2МА по ГОСТ 4543-71)

48…58

HRC_Э

25…35 HRC_Э

17HRC_Э

+200

4.4. Прочая легированная, содержащая углерод 0,35-0,45 % (например марок 40Х, 35ХМ, по ГОСТ 4543-71)

48…58

HRC_Э

25…35 HRC_Э

17HRC_Э

+200

Продолжение таблицы 2.1.

1

2

3

4

5

6

7

8

4.5. Легированные, содержащие углерод 0,35-0,45 % и никель 1 % и более (например марок 40ХН, 40ХН2МА по ГОСТ 4543-71)

Закалка при нагреве ТВЧ, закаленный слой распространяется на все сечение зуба и часть тела зубчатого колеса под основанием зуба и впадины.

48…58

HRC_Э

17HRC_Э

+200

1,2

1,35

2,8 ·

4.6. Прочая легированная, содержащая углерод 0,35-0,45 % (например марок 40Х, 35ХМ по ГОСТ 4543-71)

4.7. Углеродистая и легированная

Закаленный слой обрывается на переходной поверхности или вблизи нее.

Незакаленной части зуба 200…300НВ

17HRC_Э

+200

Стали для зубчатых колес, подвергаемых объемной закалке.

5.1. Стали легированные, содержащие углерод 0,4-0,55 % (например 40Х, 40ХН, 40ХФА, 40 ХН2М по

ГОСТ 4543-71)

Объемная закалка с применением средств против обезуглероживания.

45…55

HRC_Э

17HRC_Э

+200

1,1

1,25

44 ·

HRC_Э

5.2. Стали легированные, содержащие никель более 1 % (например марок 40Х, 50ХН, 40ХН2МА по

ГОСТ-4543-71)

Объемная закалка при возможном обезуглероживании.

45…55

HRC_Э

17HRC_Э

+200

5.3. Стали прочие легированные (например марок 40Х, 40ХФА по

ГОСТ 4543-71)

Объемная закалка при возможном обезуглероживании.

45…55

HRC_Э

17HRC_Э

+200

Окончание таблицы 2.1.

1

2

3

4

5

6

7

8

Стали для отжигаемых, нормализуемых и улучшаемых зубчатых колес.

6.1. Стали углеродистые и легированные, содержащие углерод более 0,15 % (например, марок 40, 45 по ГОСТ 1050-74, марок 40Х, 40ХН, 40ХФА, 40ХН2М по ГОСТ 4543-71)

Нормализация, улучшение

180….350 НВ

2НВ + 70

1,1

1,25

2,8 ·

Обозначения параметров и сокращения. принятые в табл. 2.1. и 2.2.

– предел контактной выносливости;

[S_H] _min – минимальный допустимый коэффициент запаса прочности расчета на контактную выносливость;

[ _H]_max – допускаемое контактное напряжение при пиковой нагрузке;

– предел изгибной выносливости при знакопостоянном цикле напряжений и базовом числе циклов напряжений;

Y_g – коэффициент, учитывающий шлифование переходной поверхности зубьев;

Y_d – коэффициент, учитывающий влияние деформационного упрочнения или электрохимической обработки переходной поверхности

зубьев;

[S_F] _min – минимальный допустимый коэффициент запаса прочности при расчете на изгибную выносливость;

– базовый предел изгибной прочности при кратковременной пиковой нагрузке;

АПЗ – активная (рабочая) поверхность зуба;

СОЗ – сердцевина у основания зуба;

ППЗ – переходная поверхность зуба.

Группа, под-группа стали, ее термичес-кая

и иная обработ-ка

Y_g

Y_d

Соблюдение дополнительных условий

Отсутствие шлифовочных прижогов или острой шлифовочной ступени на ППЗ

упрочнение

дробью или роликами

упрочнение

электрохимическое

перед шлифовкой ППЗ

после

шлифовки ППЗ

перед шлифовкой ППЗ

после шлифовки ППЗ

Оптимальные режимы упрочнения

гарант

н/гарант

гарантировано

негарантировано

гарант

н/гарант

гарант

н/гарант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Стали для цементируемых зубчатых колес.

1.1

950

710

0,75

0,6

1,05

1,0

1,3

1,1

1,0

1,2

1,55

1.2

820

615

0,75

0,65

1,1

1,0

1,3

1,1

1,1

1,2

1,55

1.3

820/950

615/710

0,75

0,65

1,1

1,0

1,3

1,1

1,1

1,2

1,55

1.4

800

500

0,8

0,65

1,2

1,1

1,3

1,15

1,2

1,25

1,65

1.5

780

585

0,8

0,65

1,2

1,1

1,3

1,15

1,2

1,25

1,7

1.6

680

510

0,8

0,7

1,2

1,1

1,3

1,15

1,2

1,25

1,7

Стали для нитроцементируемых колес

2.1

1000

750

0,7

0,56

1,0

1,0

1,0

1,35

-

1,55

2.2

750

560

0,75

0,53

1,1

1,05

1,1

1,35

-

1,55

Окончание таблицы 2.2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Стали для азотируемых зубчатых колес

3.1

290+

12

0,8(290+

12 )

-

1,0

1,7

3.2

Стали для зубчатых колес, подвергаемых закалке ТВЧ

4.1

870

610

0,75

0,55

1,0

1,2

1,1

-

1,7

4.2

730

510

0,8

0,7

4.3

680

480

1,0

0,8

1,1

1,05

4.4

580

410

4.5

580

435

1,35

1,15

4.6

480

360

4.7

390

290

1,4

1,2

1,3

Стали для зубчатых колес, подвергаемых объемной закалке

5.1

580

0,9

0,75

1,15

1,05

1,2

1,1

-

1,7

5.2

500

1,0

0,8

1,3

1,1

5.3

460

Стали для отжигаемых, нормализуемых и улучшаемых зубчатых колес

6.1

1,75 НВ

1,1

1,3

1,1

1,3

1,1

-

1,7

Коэффициенты, учитывающие

шероховатость рабочих поверхностей^* Z_R

окружную скорость в зацеплении

Z_V

масштабный фактор

влияние смазки

Z_X

Высота микро-

неровности

R_a, мкм

Z_R

V,

м/с

Z_V

Z_L

d, мм

Z_X

1,0

1,0

Z_L=1,0, если отсутствуют иные значения, установленные экспериментально или аналитически для конкретной ситуации.

Z_X=1,0

0,95

>5

H<HV350

Z_V=0,85V^0,1

>700

Z_X=

0,9

H>350HV

Z_V=0,925V^0,05

Коэффициенты, учитывающие

способ получения заготовки Yz

влияние шлифования переходной поверхности

Yg

влияние деформационного упрочнения переходной поверхности Yd

масштаб-ный фактор Yx

шероховатость переходной поверхности

Y_R

В качестве заготовки

используют

Yz

Переходная поверхность не шлифуется

Yg

Переходная поверхность не подвергается упрочнению

Yd

Yx

Фрезерование или шлифование R 40мкм

1,0

штамповку

1,0

Переходная поверхность шлифуется

Yg

по табл. 2.2

Переходная поверхность упрочняется

Yd

по табл. 2.2

Yx=1,05-1,25d/10⁴

Полирование при:

Цементации, нитроце-ментации, азотирова-нии (полирование до химико-термической обработки); закалке ТВЧ (закаленный слой повторяет очертания впадины между зубьями)

1,05

прокат

0,9

Закалке ТВЧ (закаленный слой распределяется на все сечение зуба)

1,2

отливку

0,8

Нормализации или улучшении

1,2

Группа, подгруппа стали, ее термическая и иная обработка

,

МПа

Y_gSt

Y_dSt

режим зубошлифования

упрочнение

дробью или роликами

чистовой

черновой

шлифованная

нешлифованная

1

2

3

4

5

6

Стали для цементируемых зубчатых колес.

1.1

2800

1,05

1,0

1,0

0,95

1.2

2000

1.3

2800

1.4

2000

1.5

2800

1.6

2000

Стали для нитроцементируемых колес

2.1

2500

0,95

0,9

1,0

0,95

2.2

2200

Стали для азотируемых зубчатых колес

3.1

-

3.2

1800

Стали для зубчатых колес, подвергаемых закалке ТВЧ

4.1

2250

1,1

0,95

1,0

0,95

4.2

4.3

2500

4.4

2250

4.5

2500

4.6

1800

4.7

Стали для зубчатых колес, подвергаемых объемной закалке

5.1

2250

1,1

0,95

1,0

0,95

5.2

2500

5.3

2250

Стали для зубчатых колес, подвергаемых отжигу, нормализации и улучшению

6.1

6,5 НВ

1,0

1,0

Марка стали,

стандарт и

форма заготовки

Способ формообразова-

ния зубьев, высота микронеровнос-

тей АПЗ, финишная обработка

Вид термической или химико-термической обработки; режим их проведения; твёрдость; АПЗ;

Дополнительные требования

Упрочнение ППЗ деформационным или электрохимическим способом. Последовательность проведения и гарантия оптимальности режима операций упрочнения

Шестерня

Сталь

20Х,

ГОСТ

4543-71,

круглый прокат

Зубофрезерование

со шлифовкой

АПЗ и ППЗ

R_a1 = 0,63÷1,25 мкм

Цементация, концентрация углерода на поверхности (0,75÷1,1)%. Достигается при контроле на автоматическом регулировании углеродного потенциала карбюризатора и закалочной атмосферы

Н_1min = 53 HRC

H_1max = 63 HRC

Дополнительные требования

1. Толщина диффузионного слоя у ППЗ Ϭ=(0,28м-0,007м²) ±0,2 при m < 20 мм.

2. Твёрдость сердцевины зуба у их основания Н₁=(30÷45) HRC_э

3. Зерно исходного аустенита в диффузионном слое не грубее более 5 по ГОСТ 5639-65

4. Нагружение плавное без ударных нагрузок

Переходную поверхность зуба упрочнить обдувом дробью перед шлифовкой ППЗ при оптимальных режимах упрочнения

Колесо

Сталь 20Х

ГОСТ

4543-71,

Заготовка

-Штамповка

Зубофрезерование со шлифовкой АПЗ и ППЗ

R_a2 = 0,63÷1,25

Упрочнение переходной поверхности зуба не предусмотрено