4.9. Проектный расчет на выносливость при изгибе.

Заключается в определении внешнего (торцевого) модуля

мм, (4.16)

где - принимают по таблице 13. Полученное значение модуля округляется до ближайшего нормативного по ГОСТ 9563-80.

Для лучшего конструктивного исполнения после назначения модуля т_n желательно выдерживать отношение _m = b/m_t = bcos(/m_n), которое в зависимости от конструкции передачи должно быть не более:

Диапазоны изменения отношение _m = bcos(/m_n),

в зависимости от конструкции передачи Таблица 13

№	Наименования	m
1	Высоконагруженные передачи с повышенной точностью и жесткостью валов, опор и корпусов:
	Н1,2  350 НВ	45...30
	Н1,2 > 350 НВ	30...20
2	Обычные передачи редукторного типа в отдельных жестких корпусах:
	Н1,2  350 НВ	30...20
	Н1,2 >350 НВ	20...15
3	Передачи грубого исполнения, открытого типа с консольным расположением колес, подвижные каретки	15…10

4.10. Условие равной прочности зубьев колеса и шестерни на изгибную выносливость

Условие равной прочности зубьев колеса и шестерни на изгибную выносливость выглядит как равенство двух отношений:

(4.17).

Проверочный расчет по формуле (4.12) ведется для того из колес, у которого отношение меньше.

4.11. Проверка изгибной прочности зубьев конических колес при действии пиковых нагрузок (на пусковых режимах) для менее прочного колеса

(4.18).

Для увеличения прочности зубьев конических колес применяется равно смещенная коррекция зубьев х₁ = - х₂, т.е. у шестерни положительное смещение, у колеса – отрицательное, равное по абсолютной величине.

Кроме того, для достижения равной прочности по изгибу зубьев колес применяют тангенциальную коррекцию, заключающуюся в увеличении расчетной толщины зуба шестерни и уменьшения на ту же величину толщины зуба колеса.

Вопросы для самоконтроля

1. Геометрические зависимости в конических зубчатых передачах: передаточное число, средние диаметры, внешнее и среднее конусные расстояния, коэффициент ширины?

2. Модули, применяемые в конической зубчатой передаче?

3. Эквивалентное число зубьев конических зубчатых передач?

4. Усилия, действующие в конической зубчатой паре?

5. Конические колеса с круговой формой зуба. Достоинства, недостатки, способ нарезания зубьев.

6. Особенности расчета конических зубчатых передач на контактную прочность: проверочный и проектный?

7. Особенности расчета конических зубчатых передач на изгибную выносливость: проверочный и проектный?

8. Эквивалентное и биэквивалентное число зубьев?

5. Выбор материала и термообработки зубчатых колес

Выбор материала зависит от технологии производства и требований, предъявляемых к зубчатым колесам [1,2,5].

Для обеспечения малых габаритов и веса передачи при высокой долговечности применяются среднеуглеродистые и легированные стали марок 45, 50, 40Х, 40ХН, 20ХНМ, 18ХГТ и др., закаливаемых до значительной твердости (Н>350 HB). Нарезание таких зубчатых колес производится до окончательной химико-термической обработки, после которой из-за коробления требуется шлифование зубьев.

Поэтому такая технология экономически выгодна для крупносерийного и массового изготовления зубчатых колес. В этом случае для зубчатых колес, работающих в тяжёлом режиме нагружения при переменной нагрузке, когда важно сохранить у материала зуба вязкую сердцевину, рекомендуются легированные стали с упрочнением рабочей поверхности зубьев (Н = 56…63 HRC) следующими способами:

а) цементацией (стали 12ХН3А, 18ХГТ, 20ХН, 20ХНМ и др.);

б) нитроцементацией с закалкой (стали 25ХГНM, 25ХГТ, 15ХФ и др.);

в) азотированием (стали 38ХМЮА, 38Х2Ю и др.).

Твердость поверхности зубьев при этом составляет особо высокую величину – 58…65 HRC.

Примерно такие же результаты достигаются и поверхностной закалкой ТВЧ (50…56 HRC) у сталей марок 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ, 45ХЦ и др., обеспечивающих равную прочность зубчатых колес и хорошую их прирабатываемость.

Для мелкосерийного и индивидуального производства зубчатых колес обычно применяют термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали, прошедшие нормализацию или улучшение.

Это качественные углеродистые и легированные стали марок 35, 40, 45, 40Х, 45Х, 35ХМ и др. с твердостью сердцевины Н  160…300 НВ.

Нарезание зубьев таких колес производится после термической обработки заготовки. В этом случае (НВ<350) для получения равной стойкости колес, твердость рабочих поверхностей зубьев шестерни должна быть несколько выше, чем у зубьев колес Н_шест = Н_кол + 15…20 единиц HB.

Это условие выполняется как применением сталей разных марок для шестерни и колеса, так и различной термической обработкой.

При высокой твердости рабочей поверхности зубьев (НВ ≥ 350) обычно твердость шестерни и твердость колеса одинаковы.

Для зубчатых колес большого диаметра (более 500 мм) применяют литейные среднеуглеродистые стали 35Л…50Л, а так же низколегированные – стали 40ХЛ, 30ХГСЛ и др. Заготовки литьеых колес подвергают нормализации.

Чугуны используют в тихоходных, малонагруженных передачах. Применяют чугуны марок СЧ20…СЧ35. Модули чугунных колес значительно больше, чем у стальных, а ширина колес меньше (b = 0,2a_w).

В зависимости от твердости боковой поверхности зубьев после термообработки все зубчатые передачи подразделяются: на прирабатывающиеся и не прирабатывающиеся.

К прирабатывающимся относятся передачи с примерно одинаковой износостойкостью рабочих поверхностей зубьев колес и твердостью Н≤350 НВ (термообработка: отжиг, нормализация, улучшение), причем твердость материала шестерни должна быть несколько выше, чем колеса Н₁  Н₂ + (15...20) НВ (Н_шест ^ Н₁, Н_кол ^ Н₂).

Для косозубых передач: шестерня имеет твердость Н_шест > 350 НВ, колесо Н_кол ≤ 350 НВ. Термообработка: для шестерни - объемная закалка, поверхностная закалка ТВЧ, для колеса — улучшение H  270…300 НВ К не прирабатывающимся передачам относятся передачи, имеющие твердость шестерни и колеса Н₁  Н₂ > 350 НВ, требующие применения более высокой точности изготовления.

Выбор соотношения твердости материалов зубчатых колес приведен на рис.26.

HRC

Рис. 26. График соотношения твердостей, выраженных в единицах НВ и НRС