3 Расчёт открытой зубчатой передачи

Расчет цилиндрических прямозубых передач производится в соответствии с ГОСТ 21354. Основными видами расчетов являются расчеты на контактную выносливость активных поверхностей зубьев и расчет зубьев на выносливость при изгибе. Так как основной причиной выхода из строя зубьев закрытых передач, работающих при хорошей смазке, является усталостное контактное выкрашивание, то проектный расчет закрытых передач выполняется на контактную выносливость с последующей проверкой зубьев на кон- тактную выносливость и выносливость при изгибе. Открытые зубчатые передачи рассчитывают на выносливость по напряжениям изгиба.

В данном проекте расчет зубьев на контактную выносливость и выносливость при изгибе ведется при нулевом смещении ( ). В расчетах принят постоянный режим нагрузки, для которого при длительной работе эквивалентное число циклов перемены напряжений больше базового числа циклов ( ). Для этого случая коэффициент долговечности , учитывающий влияние срока службы и режима нагрузки, принимается равным

3.1 Выбор материала и определение допускаемых напряжений

Зубчатые колеса в большинстве случаев изготавливают из углеродистой или легированной стали. При выборе марок стали, учитывают назначение и тип передачи, требования к габаритам и массе, технологию изготовления, экономическую целесообразность. Некоторые стали, рекомендуемые для зубчатых колёс, виды их термообработки и механические свойства приведены в табл. 3.1. В зависимости от твёрдости, определяемой технологией изготовления, стальные колёса разделяются на две группы:

1. Зубчатые колёса с твёрдостью HB<=350. Применяются в мало- и средненагруженных передачах.

2. Зубчатые колёса с твёрдостью HB>350, применяются в высоконагруженных, склонных к заеданию зубьев передач.

С целью лучшей приработки зубьев и повышения КПД необходимо назначить для шестерни твёрдость на 20-50 единиц HB выше, чем для колеса.

Допускаемые контактные напряжения для каждого из зубчатых колёс и определяют по формуле с.28 [1]:

(3.1)

Где -коэффициент запаса прочности (таблица 3.1[1]); - коэффициент,учитывающий шероховатость поверхности зубьев; - коэффициент,учитывающий влияние смазки; - коэффициент,учитывающий размер зубчатого колеса.

При проектировочных расчётах по ГОСТ 21354 принимают

- предел контактной выносливости поверхности зубьев, Мпа.

,

где - коэффициент долговечности, принимаемый равным ; - предел контактной выносливости поверхности, соответствующий базовуму числу циклов перемены напряжений, Мпа (зависит от твёрдости материала зубьев, таблица 3.2[1])

Выбираем сталь 40X для изготовления зубчатых колёс. Данные приведены в таблице 2.

Таблица 2- свойства стали 40Х.

	Механические свойства				Термическая обработка
	твердость		предел прочности GB, МПа	предел текучести GT, МПа
	HB	HRC
Колесо	240	-	790	640	Улучшение	1.1	1.75
Шестерня	260	-	1000	800	Улучшение	1.1	1.75

По формуле (3.1) определяем допускаемые контактные напряжения:

В качестве допускаемого контактного напряжения, принимают для проектировочного расчёта меньшее из двух определённых значений - для прямозубого зацепления.

Допускаемое напряжение на выносливость зубьев при изгибе , МПа, определяют раздельно для шестерни и колеса по формуле с.32 [1]

(3.2)

Где - предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий эквивалентному числу циклов перемены напряжений, МПа:

Где - предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений, МПа, определяется по табл.3.2[1]; - коэффициент, учитывающий влияние шлифования переходной поверхности зуба. Для зубьев с нешлифованной переходной поверхностью зуба , а для прочих случаев определяют в зависимости от термической или химико-термической обработки: при закалке = 0,9; нормализации, улучшении = 1,1; цементации и нитроцементации = 0,7; - коэффициент, учитывающий влияние деформационного упрочнения или электрохимической обработки переходной поверхности. Для зубьев колес без деформационного упрочнения или электрохимической обработки переходной поверхности зубьев принимают = 1; - коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки. При одностороннем приложении нагрузки = 1; - коэффициент долговечности. Для длительно работающих передач принимается = 1

– коэффициент безопасности, который определяется как где и определяется по таблице 3.1[1]

– коэффициент, учитывающий градиент напряжения и чувствительность материала к концентрации напряжений. При проектном расчете открытых зубчатых передач принимаем

– коэффициент, учитывающий шероховатость переходной поверхности. Для шлифования и зубофрезерования при шероховатости не ниже R_Z40 принимают = 1.

– коэффициент, учитывающий размеры зубчатого колеса. Определяют в зависимости от диаметра вершин зубчатого колеса. = 1.

Определив все величины и коэффициенты, входящие в формулу, находим по формуле 3.2 [1]: