Іі. Порядок розрахуноку зубчастих циліндричних та конічних передач

2.1. Вибір матеріалів і визначення допустимих напружень

Зубчасті колеса зазвичай виготовляють із вуглецевої або легованої сталей. Для мало- і середньонавантажених передач застосовують колеса з твердістю ≤HB 350. При цьому, для кращого припрацювання зубів і рівномірного їх зносу, твердість шестірні беруть на (20÷50) HB більше твердості колеса. Для важконавантажених передач застосовують колеса з твердістю >HB 350. В цьому випадку твердість поверхонь шестірні і колеса приймаються однаковими. Можливі сполучення матеріалів шестірні і колеса наведені в таблиці 2.1.

Можна виготовляти шестірні і колеса із сталі однієї марки, але з різною термічною обробкою. Наприклад, матеріал Сталь 45, шестірня – покращення, колесо – нормалізація.

Таблиця 2.1. Можливі поєднання матеріалів шестірні і колеса

Марка сталі шерстірні	Марка сталі колеса
Сталь 45; 50	Сталь 35; 40; Ст.5; 35Л; 45Л
Сталь 55; 50Г	Сталь 45; Ст.6; 55Л
Сталь 35Х; 40Х	Сталь 45; 50
Сталь 30 ХГС; 40 ХН	Сталь 35 Х; 40
Сталь 35 СГ; 50 Г2	Сталь Ст.6

Таблиця 2.2. Механічні властивості сталей

Марка	Діаметр заготовки,мм	Границя міцності σв, Н/мм2	Границя текучості σт, Н/мм2	ТвердістьНВ (середня)	Термічна обробка
45	100…500	570	290	190	нормалізація
45	до 90 90…120 >130	780 730 690	440 390 340	230 210 200	покращення
40Х	до 120 120…160 >160	930 880 835	690 590 540	270 260 245
40ХН	до 150 140…180 >180	930 880 835	690 590 540	280 265 250

Допустимі контактні напруження визначають за формулою:

, (2.1)

де – границя контактної витривалості поверхні зубів при базовому числу циклів N_H0; визначають за формулами таблиці 2.3;

– допустимий коефіцієнт безпеки, нижнє значення при нормалізації, покращенні, об’ємному загартуванні;

К_HL – коефіцієнт довговічності, що враховує вплив на довговічність передачі терміну служби і режиму роботи:

. (2.2)

Для нормалізованних і покращених коліс ; для коліс з поверхневим загартуванням, азотуванням, цементацією . Базове число циклів N_H0 вибирають за таблицею 2.4. – число циклів навантаження зубів за весь термін служби:

, (2.3)

де t – термін служби передачі, год; t дорівнює числу робочих днів в році помножених на термін служби передачі (років), помножених на число змін за добу і помножених на тривалість зміни (год.); n – частота обертання колеса, об/хв;

a – число зачеплень зуба за один оберт колеса.

Якщо , то приймають .

Розрахунок прямозубих передач проводять по меншому значенню з отриманих для шестірні і колеса. При розрахунку косозубих коліс приймають напруження:

, (2.4)

де і допустимі контактні напруження для шестірні і колеса. , що приймається для розрахунків косозубих передач, повинно бути менше або рівне .

Допустимі контактні напруження при максимальних навантаженнях приймають (σ_Т – грнаниця текучості).

Допустимі напруження згину визначають за формулою:

, (2.5)

де – границя витривалості зубів по зламу від напружень згину при базовому числі циклів ; приймають за табл. 2.5. Для всіх сталей ;

– допустимий коефіцєнт безпеки , верхнє значення для литих коліс;

– коефіцієнт довговічності:

– при твердості ≤HB 350:

але ; (2.6)

– при твердості >HB 350:

але . (2.7)

Для реверсивних передач зменшують на 25%.

Таблиця 2.3. Границя контактної витривалості ნ_но при базовому числі циклів N_но

Термічна обробка зубів	Середня твердість поверхонь зубів	Сталь	σно, Н/мм2
Нормалізація, покращення	≤ НВ 350	Вуглецева або легована	2НВ + 70
Об’ємне загартування	HRC 38…50		2НВ
Поверхневе загартування	HRC 40…50		17НRC + 200
Цементація	HRC > 56	Легована	23 HRC
Азотування	HV 550…750		1,5V
Примітка: HB ≈ 0,1 HRC

_{Таблиця 2.4. Значення базового числа циклів NН0}

Твердість поверхонь зубів, НВ	До 200	250	300	350	400	450	500	550	600
NН0 .106 циклів	10	16,5	25	36,4	50	68	87	114	143

Граничні допустимі напруження згину:

при ≤HB 350;

при >HB 350,

де – границя текучості, – границя міцності.

_{Таблиця 2.5. Границя згинаючої витривалості зубів σF0 при базовому числі циклів NF0}

Термічна обробка зубів	Твердість зубів	Марка сталі	σF0, Н/мм2
Нормалізація, покращення	HВ 180…350	40;45; 50;40Х; 40 ХН; 40 ХФА	1,8 НВ
Об’ємне загартування	HRC 45…55	40Х; 40 ХН; 40 ХФА	550…550