3. Выбор материалов и расчёт допускаемых напряжений

3.1 Задача: В зависимости от крутящего момента Т на ведомом валу, условий эксплуатации и требований к габаритным размерам выбрать материал, необходимую твёрдость колёс и соответствующий вариант термической обработки.

3.2 Выбор материала для быстроходной ступени

3.2.1 Шестерня:

Сталь 45, ТО–улучшение, HB=241…285

МПа, МПа

3.2.2 Колесо:

Сталь 45, ТО– улучшение, HB=192…240

МПа, МПа

3.3 Выбор материала для тихоходной ступени

3.3.1 Шестерня:

Сталь40Х, ТО–улучшение, HB=260…280

МПа, МПа

3.3.2 Колесо:

Сталь40Х, ТО–улучшение, HB=230…260

МПа, МПа

3.4 Расчёт допускаемых напряжений

3.4.1 Допускаемые контактные напряжения

, МПа

где - предел длительной контактной выносливости материала колеса, МПа

- коэффициент долговечности

- коэффициент безопасности

(для нормализованных и улучшенных колёс)

3.4.1.1 Определение

Для нормализации и улучшения

, МПа

НВ – средняя твёрдость материала детали

Шестерня быстроходная: , МПа;

Колесо быстроходное: , МПа;

Шестерня тихоходная: , МПа;

Колесо тихоходное: , МПа.

3.4.1.2 Определение коэффициента долговечности при расчёте по контактным напряжениям

где - базовое число циклов изменения напряжений

- эквивалентное число циклов изменения напряжений

Базовое число циклов изменения напряжений

Шестерня быстроходная: ;

Колесо быстроходное: ;

Шестерня тихоходная: ;

Колесо тихоходное: ;

Эквивалентное число циклов изменения напряжений

- суммарное число циклов изменения напряжений

- коэффициент, учитывающий режим нагружения

Суммарное число циклов изменения напряжений

где n – частота вращения вала под рассчитываемым колесом, об/мин

с – число колёс, находящихся на ступени

- срок службы передачи, час

час

- срок службы, в годах

- коэффициент использования передачи в году

- коэффициент использования передачи в сутки

Шестерня быстроходная:

Колесо быстроходное:

Шестерня тихоходная:

Колесо тихоходное:

Тогда коэффициент долговечности будет равен:

Шестерня быстроходная: принимаем

Колесо быстроходное: принимаем

Шестерня тихоходная: принимаем

Колесо тихоходное:

Подставим все значения и найдём

Шестерня быстроходная: МПа

Колесо быстроходное: МПа

Шестерня тихоходная: МПа

Колесо тихоходное: МПа

3.4.2 Допускаемые напряжения изгиба

, МПа.

где - предел длительной выносливости материала колёс при изгибе

- коэффициент безопасности (для нормализованных и улучшенных колёс )

- коэффициент долговечности при расчётах на изгиб

- коэффициент реверсивности (вращение в одну сторону, зуб работает одной стороной)

3.4.2.1 Определение

Шестерня быстроходная: МПа

Колесо быстроходное: МПа

Шестерня тихоходная: МПа

Колесо тихоходное: МПа

3.4.2.2 Определение коэффициента долговечности

- базовое число циклов изменения напряжений

- эквивалентное число циклов изменения напряжений

- суммарное число циклов

- коэффициент, учитывающий число изменения циклов напряжений

Шестерня быстроходная:

Колесо быстроходное:

Шестерня тихоходная:

Колесо тихоходное:

Шестерня быстроходная: принимаем

Колесо быстроходное: принимаем

Шестерня тихоходная: принимаем

Колесо тихоходное: принимаем

Все данные подставим в формулу.

Шестерня быстроходная: МПа

Колесо быстроходное: МПа

Шестерня тихоходная: МПа

Колесо тихоходное: МПа

Таблица 3. Результаты расчёта

Параметр	Обозначе-ние	Быстроходная		Тихоходная
		Шестерня	Колесо	Шестерня	Колесо
1. Марка стали	-	Сталь 45	Сталь 45	Сталь 40Х	Сталь 40Х
2. Твёрдость	НВ	263	216	270	245
3. Вид термообработки	-	ТО-улучш.	ТО-улучш.	ТО-улучш.	ТО-улучш.
4. Предел длительной контактной выносливости; МПа		1446	322	161	35
5. Предел длительной выносливости по изгибу; МПа		473,4	388,8	486	441
6. Коэффициент безопасности - по контактным напряжениям		1,1	1,1	1,1	1,1
- по напряжениям изгиба		1,75	1,75	1,75	1,75
7. Коэффициент долговечности - по контактным напряжениям		1	1	1	1,022
- по напряжениям изгиба		1	1	1	1
8. Коэффициент реверсивности		1	1	1	1
9. Допускаемые контактные напряжения; МПа		541,8	454,36	554,5	520,3
10. Допускаемые напряжения изгиба; МПа		270,5	222,17	277,7	252