2.3. Выбор материала для зубчатых колес

При расчёте зубчатых колёс редуктора на прочность необходимо предварительно выбрать материалы, из которых будут изготовлены шестерня и колесо, и определить величину допускаемых напряжений для них. Так как при передаче движения зубья шестерни чаще входят в контакт, чем зубья колеса (z₁, < z₂), их твёрдость и прочность должны быть несколько выше, что обеспечит равнопрочность передачи.

Для рассматриваемого варианта выберем низколегированную сталь 40X ГОСТ 4543 – 71. Для шестерни, предполагая, что её диаметр меньше 160 мм, предел прочности σ_В=880 МПа, предел текучести =590МП, твёрдость по Бринеллю НВ=260, термообработка – улучшение. Для зубчатого колеса диаметром больше 180 мм, эти показатели соответственно равны σ_В =830, σ_Т=540 МПа, НВ=245,термообработка – улучшение.

2.4.Определение допускаемых напряжений

Для расчета зубьев на контактную прочность и изгиб необ­ходимо определить значения допускаемых напряжений:

, (2.14)

_где - предел контактной выносливости при базовом числе циклов. Для углеродистой и легированной стали при использовании термообработки

, (2.15)

для шестерни – 2·260 + 70 = 590 МПа, для колеса – 2·245+70 = 560 МПа.

Коэффициент долговечности К_НL учитывает отличие действительного числа циклов нагружения N_НЕ от базового N_HO = 10:

(2.16)

При расчете передачи, предназначенной для длительной эксплуатации, когда N_НЕ ≥ N_HO принимают К_HL = 1. Если N_НЕ < N_НО, определяют его действительные значения, но при этом для колес из закаленной стали К_НL<1,8, для колес из нормализованной и улучшенной стали К_НL < 2,6. Допустимый ко­эффициент запаса [S_Н] при объемной закалке зубьев принимают равным 1,1 – 1,2 при других видах поверхностного упрочне­ния – 1,2 – 1 ,3.

Для нашего условия допускаемое напряжение по формуле (2.14) шестерни:

МПа,

где _=590МПа; К_НL=1; [S_Н]=1,3.

Допускаемое напряжение колеса:

МПа,

где _{=560 МПа;} К_НL=1; [S_Н]=1,3.

Расчетное допускаемое напряжение определяется по фор­муле

, (2.17)

МПа.

При соблюдении условия [σ_н] < 1,23[σ_{н min} ] = 510 МПа. В данном расчете это условие соблюдено.

Определим допускаемые нормальные напряжения по фор­муле:

, (2.18)

_{где (2.19)} и _(2.20).

Коэффициент K_FC учитывает влияние двустороннего приложе­ния нагрузки. При одностороннем приложении K_FC =1,0 , при дву­стороннем – 1,8. Коэффициент K_FL учитывает долговечность пе­редачи:

, (2.21)

где m – показатель радикала (m = 6 – для колес, подвергнутых цементации, объемной или поверхностной закалке); - базовое число; = 4·10⁶; - действительное эквивалентное число циклов. При > коэффициент =1. Коэффициент учитывает способ получения заготовки для нарезанных колес, паковок и штамповок = 1,0, для проката = 1,5,

для литых заготовок = 1,3.

В данной ситуации при числе циклов больше базового, односторонней нагрузке и штампованных заготовках из стали 40Х определим допускаемые напряжения. Для ше­стерни по формулам (2.18), (2.19) и (2.20):

МПа,

где МПа ;K_FC =1,8; =1; _=1,75; = 1,0.

Для колеса:

МПа,

где МПа; K_FC =1,8; =1; _=1,75; = 1,0.