Выбор материала, термообработки и твердости
Параметр |
Для передач с прямыми и непрямыми зубьями при малой (P≤2 кВт) и средней (P≤7,5 кВт) мощности |
Для передач с непрямыми зубьями при средней (P≤7,5 кВт) мощности |
|||
шестерня, червяк |
колесо |
шестерня, червяк |
колесо |
||
Материал |
Стали 35, 45, 35Л, 40Л, 40, 40Х, 40ХН, 35ХМ, 45Л |
Стали 40Х, 40ХН, 35ХМ |
|||
Термообработка |
нормализация, улучшение |
улучшение + закалка ТВЧ |
улучшение |
||
Твердость |
Н≤350 НВ HB1ср – НВ2ср = 20…50 |
Н ≥ 45 HRCэ Н≤350 НВ HB1ср – НВ2ср ≥ 70 |
|||
Допускаемое напряжение при числе циклов перемены напряжений NH0; NF0, Н/мм2 |
[σ]H0 |
1,8∙HBср + 67 |
14 HRCэср + 170 |
1,8∙HBср + 67 |
|
[σ]F0 |
1,03∙HBср |
370 при m ≥ 3 мм |
1,03∙HBср |
||
310 при m ≤ 3 мм |
|||||
Таблица 10.12
Механические характеристики некоторых марок сталей для изготовления зубчатых колес и других деталей
Марка стали |
Вид заготовки |
Заготовка шестерни Dпред, мм |
Заготовка колеса Sпред, мм |
Термообработка |
Твердость заготовки (зубьев) |
σв |
σF |
σ-1 |
|
поверхности |
сердцевины |
Н/мм2 |
|||||||
35 40 45 45 45 40Х 40Х 40Х 40ХН 40ХН 40ХН 35ХМ 35ХМ 35ХМ 35Л 40Л 45Л 40ГЛ |
Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Литье Литье Литье |
Любые 120 Любые 125 80 200 125 125 315 200 200 315 200 200 Любые Любые 315 315 |
Размеры 60 Размеры 80 50 125 80 80 200 125 125 200 125 125 Размеры Размеры 200 200 |
Н У Н У У У У У+ТВЧ У У У+ТВЧ У У У+ТВЧ Н Н У У |
163…192НВ 192…228НВ 179…207НВ 235…262НВ 269…302НВ 235…262НВ 269…302НВ 45…50 HRCэ 235…262НВ 269…302НВ 48…53 HRCэ 235…262НВ 269…302НВ 48…53 HRCэ 163…207НВ 147НВ 207…235НВ 235…262НВ |
163…192НВ 192…228НВ 179…207НВ 235…262НВ 269…302НВ 235…262НВ 269…302НВ 269…302НВ 235…262НВ 269…302НВ 269…302НВ 235…262НВ 269…302НВ 269…302НВ 163…207НВ 147НВ 207…235НВ 235…262НВ |
550 700 600 780 890 790 900 900 800 920 920 800 920 920 550 520 680 850 |
270 400 320 540 650 640 750 750 630 750 750 670 790 790 270 295 440 600 |
235 300 260 335 380 375 410 410 380 420 420 380 420 420 235 225 285 365 |
Примечания: 1. В графе «Термообработка» приняты следующие обозначения: Н – нормализация, У – улучшение, ТВЧ – закалка токами высокой частоты. 2. Для цилиндрических и конических колес с выточками принять меньшее из значений Cзаг, Sзаг. |
|||||||||
Допускаемые контактные напряжения при расчетах на прочность определяются отдельно для зубьев шестерни [σ]Н1 и колеса [σ]Н2 в следующем порядке:
Таблица 10.13
Значение числа циклов NН0
Средняя твердость поверхностей зубьев |
НВср |
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
500 |
550 |
600 |
HRCэср |
–
|
25 |
32 |
38 |
43 |
47 |
52 |
56 |
60 |
|
NН0, млн циклов |
10 |
16,5 |
25 |
36,4 |
50 |
68 |
87 |
114 |
143 |
|
а)
определить коэффициент долговечности
для зубьев шестерни КHL1
и колеса KHL2:
;
,
где NН0 – число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости (см. табл. 10.13); N – число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка), N = 573ωLh. Здесь ω – угловая скорость соответствующего вала, 1/с; Lh – срок службы привода (ресурс).
Для нормализованных или улучшенных колес 1 ≤KHL≤ 2,6; для колес с поверхностной закалкой 1 ≤KHL≤ 1,8.
Если N > NH0, то принять КHL = 1.
б) по табл. 10.11 определить допускаемое контактное напряжение [σ]H01 и [σ]H02, соответствующее пределу контактной выносливости при числе циклов перемены напряжений NH01 и NH02;
в) определить допускаемые контактные напряжения для зубьев шестерни [σ]H1 и колеса [σ]H2: [σ]H1 = KHL1[σ]H01; [σ]H2 = KHL2[σ]H02.
Цилиндрические и конические зубчатые передачи с прямыми и непрямыми зубьями при HB1ср – НВ2ср = 20…50 рассчитывают по меньшему значению [σ]H из полученных для шестерни [σ]H1 и колеса [σ]H2, т. е. по менее прочным зубьям.
Зубчатые передачи с непрямыми зубьями при разности средних твердостей рабочих поверхностей зубьев шестерки и колеса HB1ср – НВ2ср ≥ 70 и твердости зубьев колеса Н≤350 НВ2ср рассчитывают по среднему допускаемому контактному напряжению: [σ]H =0,45([σ]H1 + [σ]H2).
При этом [σ]H не должно превышать l,23[σ]H2 для цилиндрических косозубых колес и 1,15[σ]H2 для конических колес с непрямыми зубьями. В противном случае [σ]H = l,23[σ]H2 и [σ]H = 1,15[σ]H2.
Определение допускаемых напряжений изгиба [σ]F, Н/мм2. Проверочный расчет зубчатых передач на изгиб выполняется отдельно для зубьев шестерни и колеса по допускаемым напряжениям изгиба [σ]F1 и [σ]F2, которые определяются в следующем порядке:
а) коэффициент долговечности для зубьев шестерни KFL1 и колеса KFL2:
;
,
где NF0 = 4∙106 – число циклов перемены напряжений для всех сталей, соответствующее пределу выносливости; N — число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка). При твердости Н ≤ 350 НВ1 ≤KFL≤ 2,08; при твердости Н ≥ 350 НВ 1 ≤KFL≤ 1,63. Если N > NF0, то принимают КFL = 1;
б) допускаемое напряжение изгиба [σ]F01 и [σ]F02, соответствующее пределу изгибной выносливости при числе циклов перемены напряжений NF0 (по табл. 22);
в) допускаемые напряжения изгиба для зубьев шестерни [σ]F1 и колеса [σ]F2:
[σ]F1 = KFL1[σ]F01; [σ]F2 = KFL2[σ]F02.
Для реверсивных передач [σ]F уменьшают на 25 %.
Расчет модуля зацепления для цилиндрических и конических зубчатых передач с прямыми и непрямыми зубьями выполняют по меньшему значению [σ]F из полученных для шестерни [σ]F1 и колеса [σ]F2, т. е. по менее прочным зубьям.