2.11. Определяем силу предварительного натяжения ремня и нагрузку на вал шкива.

Силы предварительного натяжения ремня определяется по формуле (с. 131, [3]):

,

гдеА = 230 мм²(п. 2.2), = 1,2 МПа = 1,2 Н/мм² (п. 2.8), тогда

Н.

Нагрузка на вал шкива (с.131, [3]) от всех ремней будет равна:

Н.

3. Расчёт закрытой косозубой цилиндрической передачи

В данном случае

, (п. 1.6)

с^-1, (п.1.7)

об/мин, (п.1.7)

с^-1, (уточнение п.1.7; задана п.1.4)

об/мин, (п.1.4)

кВт, (п.1.8)

кВт, (задана)

Н·м, (п.1.8)

Н·м, (п.1.8)

Н. (п.2.11)

3.1. Выбираем марку стали и её термообработку для шестерни и колеса.

Для косозубых передач зубья шестерни целесообразно выполнять с твердостью, значительно превышающей твердость зубьев колеса (например, Н₂>350 НВ, а Н₃<350 НВ) причем за расчетное принимают среднее из [σ_Н]₁ и [σ_Н]₂ при условии:

для цилиндрической передачи (с. 175, [5]), где - меньшее из двух [σ_Н]₁, [σ_Н]₂.

Выбираем для шестерни легированную сталь 40Х (с.8, [2]), для которой по табл. 8.7 (с. 170 [5]) принимаем:

термическая обработка – азотирование до твердости поверхности

Н₂= (50 … 59) HRC,

где

1 HRC ≈ 10 НВ,

а твердость сердцевины зуба Н₂= (26 … 30) HRC,

и

МПа,

МПа.

Для колеса:сталь 40Х (с. 8, [2]), термическая обработка – улучшение до твердости (с. 170, [5]:

Н₃ = (260…280) НВ

и

МПа,

МПа.

3.2. Определяем допускаемые контактные напряжения.

Допускаемые контактные напряжения определяем по формуле (с. 175, [5]):

,

где - предел выносливости (усталости), S_H – коэффициент безопасности, Z_N – коэффициент долговечности.

Остальные коэффициенты, учитывающие влияние шероховатости, смазки, скорости и размеров колес отсутствуют в приведенной формуле, т.к. количественная оценка влияния этих факторов изучена еще недостаточно, а рекомендованные значения близки к единице.

Предел контактной выносливости для шестерни по табл. 8.8 (с. 176, [5])

МПа,

а для колеса

МПа.

Таблица 8.7, [5]

Механические свойства сталей

Марка стали*	Размер сечения s, мм, не более	Механические свойства (при поверхностной закалке σВиσТ относятся к сердцевине)							Термообработка		Ориентировочный режим термообработки (З – закалка; О – отпуск с указанием температуры нагрева и охлаждающей среды; М – масло; В – вода; Н – нормализация)
		твердость Н**			предел прочности σВ, МПа		предел текучести σТ, МПа
		поверхности	сердцевины
Заготовка-поковка (штамповка или прокат)
40	60	192…228 НВ			700		400		Улучшение		3, 840…860 ºС В, О, 550…620 ºС
45	80 100	170…217 НВ 192…240 НВ			600 750		340 450		Нормализация Улучшение		Н, 850…870 ºС, З,820…840 ºС, В, О 560…600 ºС
	60	241…285 НВ	-		850		580		»		З, 820…840 ºС, В, О 520…530 ºС
50	80 80	179…228 НВ 228…255 НВ	- -		640 700…800		350 530		Нормализация Улучшение		Н, 840…860 ºС З, 820…840 ºС, О,560…620 ºС
40Х	100 60 60	230…260 НВ 260…280 НВ 50…59 HRC	- - 26…30 НRC		850 950 1000		550 700 800		» » Азотирование		З, 830…850 ºС, О, 540…580 ºС З, 830…850 ºС, О, 500 ºС То же с последующим мягким азотированием
45Х	100 100…300 300…500	230…280 НВ 163…269 НВ 163…269 НВ	- - -		850 750 700		650 500 450		Улучшение » »		З, 840…860 ºС, М, О, 580…640 ºС То же »
40ХН	100 100…300	230…300 НВ ≥241 НВ	- -		850 800		600 580		» »		З, 820…840 ºС, М, О, 560…600 ºС То же
40ХН	40	48…54 HRC	-		1600		1400		Закалка		З, 820…840 ºС, М, О, 180…200 ºС
35ХМ	100	241 НВ	-		900		800		Улучшение		З, 850…870 ºС, М, О, 600…650 ºС
	50	269 НВ	-		900		800		»		То же
	40	45…53 HRC	-		1600		1400		Закалка		З, 850…870 ºС, М, О, 200…220 ºС
40ХНМА	80	≥302 НВ	-		1100		900		Улучшение		З, 830…850 ºС, М, О, 600…620 ºС
	300	≥217 НВ	-		700		500		»		То же
30ХГСА	150	235 НВ	-		≥760		≥500		»		З, 850…880 ºС, М, О, 640…660 ºС
	60	270 НВ	-		980		880		»		З, 850…880 ºС, М, О, 500 ºС
	40	310 НВ	-		1100		960		»		То же
	30	46…53 HRC	-		1700… …1950		1350… …1600		Закалка		З, 860…880 ºС, М, О, 200…250 ºС
20Х	60	56…63 HRC	-		650		400		Цементация		З, О
12ХНЗА	60	56…63 HRC	-		900		700		»		З, О
25ХГТ	-	58…63 HRC	-		1150		950		»		З, О
38ХМЮА	-	57…67 HRC	30…35 HRC		1050		900		Азотирование		Заготовка - улучшение
Стальное литье
45 Л	-	-		-		550		320		Нормализация		Н, О
30ХНМЛ	-	-		-		700		550		»		Н, О
40ХЛ	-	-		-		650		500		»		Н, О
35ХМЛ	-	-		-		700		550		»		Н, О

Примечание: * В обозначениях сталей первые цифры – содержание углерода в сотых долях процента; буквы – легирующие элементы: Г – марганец, М – молибден, Н – никель, С – кремний, Т – титан, Х – хром, Ю – алюминий; цифры после буквы – процент содержания этого элемента, если оно превышает 1%. Обозначение высококачественных легированных сталей дополняется буквой А; стального литья – буквой Л в конце.

** При нормализации, улучшении и объемной закалке твердости поверхности и сердцевины близки. Ориентировочно Н ≈ (0,285 σ_В) НВ.

Таблица 8.8, [5]

Определение твердости зубьев

Термообработка	Твердость зубьев Н		Группа сталей		, МПа				, МПа
	На поверхности	В сердцевине
Нормализация, улучшение	180 … 250 НВ		40; 45Х; 40ХН; 45ХЦ; 35ХМ и др.		2НВ+70 17HRC+200		1,1		1,8 HB 550		1.75
Объемная закалка	45 … 55HRC		40Х; 40ХН; 45ХЦ; 36ХМ и др. 55ПП; У6; 35ХМ; 40Х; 40ХН; и др. 35ХМ; 40Х; 40ХН и др. 35ХЮА; 38ХМЮА; 40Х; 40ХФА; 40ХНМА и др. Цементируемые стали всех марок Молибденовые стали 25ХГМ, 25 ХГНМ, Безмолибденовые стали 25ХГТ, 30ХГТ, 35Х и др.
Закалка ТВЧ по всему контуру (модуль mn≥3 мм) Закалка ТВЧ сквозная с охватом впадины (модуль mn<3 мм*) Азотирование	56…63HRC 45…55HRC 45…55HRC 55…67HRC 50…59HRC	25…55HRC » 45…55HRC 24…40HRC »			17HRCпов+ +200 17HRCпов+ +200		1,2		900 650
					1050 » 23HRCпов. 23HRCпов. 23HRCпов.				12 HRCсердц. +300 1,75
									750 1000 750		1,5
Цементация и закалка Нитроцементация и закалка	55…63HRC 57…63 HRC	30…45HRC 30…45HRC

Коэффициент долговечности Z_Nпри приближенно равен (с.177,[5])

,

а при можно принять .

Базовое число циклов (абсцисса точки перелома кривой усталости) определяется по формуле (с.177, [5]):

,

а для шестерни, предварительно переведем твердость HRC (по Роквеллу) в твердость НВ (по Бринеллю), используя график на с. 177 [5], тогда

и для колеса

.

Число циклов переменных напряжений за весь срок службы (циклическая долговечность) определяется по формуле (с.181, [5]):

,

где суммарный срок службы в часах

.

Таблица 8.9, [5]

Значения и при для типовых режимов нагружения

Режим работы	Расчет на контактную усталость			Расчет на изгибную усталость
	Термообработка	m/2			Термообработка	m		Термообработка	m
0	Любая	3	1,0		Улучшение, нормализация	6	1,0	Закалка, объемная, поверхностная, цементация, озотирование	9	1,0
I			0,50				0,30			0,20
II			0,25				0,143			0,10
III			0,18				0,065			0,036
IV			0,125				0,038			0,016
V			0,063				0,013			0,004

Примем Z = 10 лет – срок службы редуктора, К_ГОД= 0,82 (300 дней работы в году) и К_СУТ = 0,33 (8 часов работы в сутках), тогда

ч.

Число циклов для шестерни при n₂ = 243,25 об/мин (п. 3)

,

а для колесаn₃ = 81,11 об/мин (п. 3)

,

где

.

Эквивалентное число циклов определяется по формуле:

,

где по табл. 8.9 (с.181, [5]) для режима работы II –средний равновероятный

,

Тогдадля шестерни

,

а для колеса

.

Коэффициент долговечности для шестерни при

и для колеса при

,

определяется по формулам:

.

Коэффициент безопасности S_H по табл. 8.8, [5] для шестерни и колеса

,

.

Допускаемые контактные напряжения для шестерни и колеса

МПа,

МПа.

В данном случае Н₂>350НВиН₃<350 HB, поэтому расчетную величину принимаем среднее значение:

МПа 1,25[σ_H]_min 1,25·585,55 = 731,94 МПа,

т.е. среднее значение больше наименьшего.

Окончательно принимаем

МПа

и расчет выполняем для колеса.