3. Вибір матеріалу передач.

3.1. Вибір матеріалу і термообробки зубчастої передачі.

3.1 1.Вибрати твердість термообробку і матеріал коліс.

Основний матеріал для виготовлення зубчастих коліс - сталь. В умовах індивідуального і дрібносерійного виробництва в мало- і середньонавантажених передачах, а також у відкритих передачах використовують зубчасті колеса з твердістю матеріалу  350 НВ. При цьому забезпечується чистове нарізання зубів після термообробки, висока точність виготовлення і добре припрацювання зубів.

Для рівномірного зносу зубів і їх кращого припрацювання твердість шестерні НВ1 призначається більшою ніж твердість колеса НВ2 Різниця середніх твердостей робочих поверхонь зубів шестерні і колеса складає в передачах з прямим і непрямим зубом НВср1-НВср2=20...50. Для збільшення передаточних властивостей передачі і зменшення ії габаритів і металоємкості досягають різниці НВср1-НВср2 70. При цьому твердість робочих поверхонь зубів колеса 350НВ, а зубів шестерні 350НВ і вимірюється за шкалою Роквелла, 45НRCе.

Вибір матеріалу, термообробку і твердість зубчастої пари проводити за табл. 3.1, а механічних характеристик за табл.3.2. При цьому повинна виконуватись умова:

DзагDгр; SзагSгр,

де - Dзаг діаметр заготовки шестерні; Sзаг - товщина заготовки обода або диска колеса; Dгр - гранично допустимий діаметр заготовки шестерні; Sгр - гранично допустима товщина заготовки обода або диска колеса.

3.2.Вибір матеріалу і термообробки черв’ячної передачі.

3.2.1.Вибрати матеріал і термообробку черв’яка:

Вибір марки сталі черв’яка і визначення ії механічних характеристик проводять по таблиці 3.1. і 3.2. При цьому для передач малої потужності (Р1кВт) використовують термообробку – покращення з твердістю  350НВ, а для передач більшої потужності з метою підвищення ККД – загартування СВЧ до твердості 45НRC, шліфування і полірування витків черв’яка.

3.2.2. Визначити швидкість ковзання V_s м/с:

(3.1)

де Т₂ – обертаючий момент на валу черв’ячного колеса, Нм;

₂ – кутова швидкість тихохідного вала, 1/с,

и – передаточне число редуктора.

3.2.3. Вибрати марку матеріалу черв’ячного колеса з табл.3.3:

Таблиця 3.1Вибір матеріалу, термообробки і твердості

Параметр		Для передач з прямими і непрямими зубами при малій (Р2 кВт) і середній (Р5,5кВт) потужності, НВ1ср-НВ2ср=20…50		Для передач з непрямими зубами при середній (Р5,5кВт) потужності, НВ1ср-НВ2ср70
		Шестерня, черв’як	Колесо	Шестерня, черв’як		Колесо
Матеріал		Сталь 35, 40, 45 40Х, 40ХН, 35ХМ		Сталь 40Х, 40ХН, 35ХМ
Термообробка		Покращення		Покращення + загартування СВЧ	Покращення
Твердість		 350 НВ		 45 НRC	 350 НВ
Допустимі напруження при числі циклів зміни напружень NFO i NHO, Н/мм2	[]НО	1,8 НВср+67		14НRСср+170	1,8 НВср+67
	[]FО	1,03 НВср		370 при m 3 мм	1,03 НВср
				310 при m <3 мм

Примітка: 1.В зубчастих передачах марки сталей шестерні і колеса вибирають однаковими. При цьому для передач, до розмірів яких не ставляться високі вимоги, потрібно використовувати дешеві марки сталей типа 40, 40Х. 2. Для коліс відкритих передач великих діаметрів (D 500 мм) використовується стальне лиття (35Л, 40Л, 45Л, 40ГЛ, термообробка – нормалізація, покращення) в парі з кованою шестернею зі сталі відповідної марки.

Таблиця 3.2.Механічні характеристики сталей

-1	МПа	235 300 260 335 380 375 410 410 380 420 420 380 420 420 235 225 285 365
Т		270 400 320 540 650 640 750 750 630 750 750 670 790 790 270 295 440 600
В		550 700 600 780 890 790 900 900 800 920 920 800 920 920 550 520 680 850
Твердість заготовки - поверхні зубів		163-192 HB 192-228 HB 179-207 HB 235-262 HB 269-302 HB 235-262 HB 269-302 HB 45-50 HRC 235-262 HB 269-302 HB 48-55 HRC 235-262 HB 269-302 HB 48-53 HRC 163-207 HB 147 HB 207-235 HB 235-262 HB
Термо-обробка		Н У Н У У У У У+СВЧ У У У+СВЧ У У У+СВЧ Н Н У У
Заготовка колеса Sгр, мм		Довільні 60 довільні 80 50 125 80 80 200 125 125 200 125 125 довільні довільні 200 200
Заготовка шестерні Dгр, мм		Довільні 120 довільні 125 80 200 125 125 315 200 200 315 200 200 довільні довільні 315 135
Заготовка		Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Виливка Виливка Виливка Виливка
Марка стали		35 40 45 45 45 40Х 40Х 40Х 40ХН 40ХН 40ХН 35ХМ 35ХМ 35ХМ 35Л 40Л 45Л 40ГЛ

Примітка: Прийняті позначення: Н – нормалізація, У – покращення, СВЧ – загартування струмом високої частоти.

Таблиця 3.3 Матеріали для черв’ячних коліс

Група	Матеріал	Спосіб відливки	в	т	Швидкість ковзання Vs, м/с
			Н/мм2
1	БрО10Н1Ф1	Ц	285	165	5
	БрО10Ф1	К З	275 230	200 140
	БрО5Ц5С5	К З	200 145	90 80
11	БрА10Ж4Н4	Ц К	700 650	460 430	2…5
	БрА10Ж3Мц1,5	К З	550 450	360 300
	БрА9ЖЗЛ	Ц К З	530 500 425	245 230 195
	ЛЦ23А6ЖзМц2	Ц К З	500 450 400	330 295 260
111	СЧ18 СЧ15	З З	355 315	- -	 2

Примітка: 1. Для чавунів приведені значення _ви .

2.Прийняті позначення: Ц –відцентровий; К – в кокіль; 3 – в землю.

3.3.Визначення допустимих контактних напружень.

3.3.1. Визначення допустимих контактних напружень зубчастої передачі.

3.3.1.1.Визначити коефіцієнт довговічності KHL:

, (3.2)

де NHO - число циклів зміни напружень, яке відповідає границі витривалості; N - число циклів зміни напружень за весь час роботи:

N=573 Lh,

де  - кутова швидкість відповідного вала, 1/с; Lh - ресурс роботи привода, год.

Для нормалізованих і поліпшених коліс 1 KHL 2,6; для колеса загартуванням поверхні 1 KHL 1,8.

Якщо N  NНО, то прийняти KHL=1.

3.3.1.2.За табл.3.1 визначити допустиме контактне напруження []HO, яке відповідає границі контактної витривалості при числі циклів зміни напружень NНО.

_{Таблиця 3.4.Значення числа циклів N}HO

Середня твердість поверхонь зубів	НВср	200	250	300	350	400	450	500	550	600
	HRCср	-	25	32	38	43	47	52	56	60
NHO, млн.циклов		10	16,5	25	36,4	50	68	87	114	143

3.3.1.3.Визначити допустимі контактні напруження для зубів шестерні []H1 і колеса []H2 :

[]H1= KHL1[]HO1 ; []H2= KHL2[]HO2 (3.3)

Циліндричні зубчаті передачі з прямими і непрямими зубами при НВср1-НВср2 =20...50 розраховують за меншим з отриманих для шестерні []H1 і колеса []H2 значень []H, тобто за менш міцними зубами.

Зубчаті передачі з непрямими зубами при НВср1-НВср2 70 і твердості зубів колеса  350 НВ2 розраховують за середнім значенням допустимого контактного напруження:

[]H=0,45([]H1 + []H2) . (3.4)

При цьому []H не повинно бути більшим за 1,23[]H2 . В противному випадку []H=1,23[]H2 .

3.3.2. Визначення допустимих контактних напружень черв’ячної передачі.

3.3.2.1.Визначити допустимі контактні напруження для матеріалу вінця колеса:

Таблиця 3.5.

Допустимі напруження для черв’ячного колеса

Група матеріалу	Черв’як поліпшений, 350 НВ	Черв’як загартований при нагріві СВЧ, 45 HRC	Нереверсивна передача	Реверсивна передача
	Н, Н/мм2		F, Н/мм2
1	KHLCv0,75В	KHLCv0,9В	(0.08В+0.75T )KFL	0,16В KFL
11	250-25Vs	300-25Vs
111	175-35Vs	200-35Vs	0.12Ви KFL	0.075Ви KFL

Примітка: 1. C_v – коефіцієнт , який враховує знос матеріалу:

Vs	1	2	3	4	5	6	7	8
Cv	1,33	1,21	1,11	1,02	0,95	0,88	0,83	0,80

2. K_HL- коефіцієнт довговічності при розрахунках на контактну міцність:

K_HL= ,

де N =573 ₂L_h – число циклів навантаження зубів черв’ячного колеса за весь строк роботи. Якщо N>2510⁷, то N прийняти 2510⁷.

L_h=17000 год – ресурс роботи привода.

3. K_FL- коефіцієнт довговічності при розрахунках на міцність:

K_FL=

Якщо N<10⁶, то N прийняти 10⁶; Якщо N>2510⁷, то N прийняти 2510⁷.

4. Якщо передача працює в реверсивному режимі, то отримане значення допустимого напруження _F треба зменшити на 25%.

5. Для всіх черв’ячних передач (незалежно від матеріалу вінця колеса)при розміщення черв’яка поза масляною ванною значення _Н треба зменшити на 15%.

6. При розрахунках прийняти K_FL=0, 543

3.4.Визначення допустимих напружень згину.

3.4.1. Визначення допустимих напружень згину зубчастої передачі..

3.4.1.1.Визначити коефіцієнт довговічності KFL:

, (3.5)

де NFO = 410⁶ число циклів зміни напружень для всіх сталей, яке відповідає границі витривалості; N - число циклів зміни напружень за весь час роботи:

N=573 Lh,

де  - кутова швидкість відповідного вала, 1/с; Lh - ресурс роботи привода, год.

При твердості  350 НВ 1 KFL 2,08; для твердості  350 НВ

1 KFL 1,63. Якщо N  NFО, то прийняти KFL=1.

3.4.1.2. За табл.3.1 визначити допустиме напруження згину []FО, яке відповідає границі витривалості на згин при числі циклів зміни напружень NFО.

3.4.1.3.Визначити допустимі напруження згину для зубів шестерні []_F1 і колеса []_F2 :

[]_F1= KFL1[]_FO1 ; []_F2=KFL2[]_FO2 . (3.6)

Для реверсивних передач []F зменшують на 25%.

Для циліндричних зубчатих передач з прямими і непрямими зубами розрахунок модуля ведуть за меншим з отриманих для шестерні []F1 і колеса []F2 значенням []F, тобто за менш міцними зубами.

3.4.2. Визначення допустимих напружень згину черв’ячної передачі..

Допустимі напруження вибирають відповідно до табл.3.5.

4. РОЗРАХУНОК ЗУБЧАТИХ ПЕРЕДАЧ РЕДУКТОРІВ.

4.1.Вибрати приблизно технічний рівень редуктора  з інтервалу 0,1...0,2 (кг/(Нм).

= m/T2=0,1...0,2 (кг/(Нм).

4.2.Визначити масу редуктора:

m=(0,1...0,2) T2, кг.

4.3 Розрахунок передач проводиться на ПК. Результати виводяться на принтер і включаються в пояснювальну записку.

5.РОЗРАХУНОК ВІДКРИТОЇ ПЕРЕДАЧІ.

Розрахунок ланцюгової передачі проводиться на ПК або по методичній розробці “Ланцюгова передача”, або 5.4 .

Розрахунок пасової передачі проводиться по методичній розробці “Пасова передача”, або 5.1, 5.2 .