Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева»
С.Н. Козлова, Е.А. Шилкин, С.Н. Ильин
ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЧЕРВЯЧНОЙ ПАРЫ
методические указания к выполнению курсовой работы
Методические указания разработаны на кафедре теории и конструирования машин и предназначены для студентов, выполняющих курсовую работу по дисциплинам «Детали машин и основы конструирования» и «Механика» по направлениям:
151900 – Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств;
190100 – Наземные транспортно-технологические машины и комплексы; 151000 – Технологические машины и оборудование;
280700 – Техносферная безопасность.
В издании даны основные положения по выбору материалов зубчатых колес (червячной пары) одноступенчатого редуктора и порядок определения допускаемых напряжений для передачи.
Методические указания разработаны в 2012 году
Оглавление |
|
Глава 1. Выбор материалов зубчатых колес и определение допускаемых |
|
напряжений ............................................................................................................ |
3 |
§1. Выбор материалов.......................................................................................... |
3 |
§2. Допускаемое контактное напряжение для передачи в целом ................... |
5 |
§3. Допускаемое напряжение изгиба для передачи в целом ........................... |
5 |
§4. Пример оформления расчета ........................................................................ |
5 |
Глава 2. Выбор материалов червячной пары и определение допускаемых |
|
напряжений ............................................................................................................ |
6 |
§1. Выбор материалов.......................................................................................... |
6 |
§2. Пример оформления расчета ........................................................................ |
8 |
Список использованных источников ............................................................... |
8 |
2
Глава 1. Выбор материалов зубчатых колес и определение допускаемых напряжений
§1. Выбор материалов
Сталь в настоящее время является основным материалом для изготовления зубчатых колѐс. Сталь имеет большую твердость, что обеспечивает наименьшие габариты и массу зубчатой передачи.
В зависимости от твердости стальные зубчатые колѐса разделяют на две основные группы: 1) HB ≤ 350;
2) HB >350.
Твѐрдость материала HB ≤ 350 позволяет производить чистовое нарезание зубьев после термообработки. При этом можно получать высокую точность без применения дорогих отделочных операций (шлифовки, притирки). Колѐса этой группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках.
Применение высокотвѐрдых материалов HB > 350 является большим резервом повышения нагрузочной способности зубчатых передач. Однако зубчатые колеса данной группы, во-первых: плохо прирабатываются, что требует повышенной точности изготовления; во-вторых: термообработку выполняют после нарезания, что делает необходимым дополнительные отделочные операции.
Согласно варианту задания по таблице 2 назначить марку стали для зубчатых колѐс передачи и указать термообработку прирабатывающейся пары, для которой твѐрдость поверхности шестерни должна быть выше твердости поверхности колеса не менее чем на 20…30HB. Рекомендуемые сочетания термообработок шестерни и колеса даны в таблице 1.
Таблица 1.
Рекомендуемые сочетания термообработок шестерни и колеса
Прирабатывающаяся |
|
|
Вид термообработки зубьев |
|
||
пара зубчатых колес |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Шестерня |
У |
У |
З |
У+ТВЧ |
Ц |
|
А |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Колесо |
Н |
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Здесь Н – нормализация; У – улучшение; З – закалка; Ц – цементация; А – азотирование; ТВЧ – поверхностная закалка.
3
|
|
|
Таблица 2. |
|
|
|
Варианты заданий |
|
|
№ |
Пара |
|
Допускаемые |
|
зубчатых |
Марка стали и термообработка |
|||
варианта |
напряжения |
|||
колѐс |
|
|||
|
|
|
||
|
Шестерня |
Сталь 35 ГОСТ 1050-88 улучшение до |
[σH]1=662,5 МПа; |
|
|
127…145 HB + ТВЧ до 35…50 HRC |
[σF]1 =115 МПа. |
||
1 |
|
|||
Колесо |
Сталь 35 ГОСТ 1050-88 |
[σH]2=314,5 МПа; |
||
|
||||
|
улучшение до 138…174 HB |
[σF]2 =115 МПа. |
||
|
|
|||
|
Шестерня |
Сталь 40 ГОСТ 1050-88 улучшение до |
[σH]1=662,5 МПа; |
|
|
150…187 HB + ТВЧ до 35…50 HRC |
[σF]1 =158,5 МПа. |
||
2 |
|
|||
Колесо |
Сталь 40 ГОСТ 1050-88 |
[σH]2=336,4 МПа; |
||
|
||||
|
улучшение до 150…187 HB |
[σF]2 =158,5 МПа. |
||
|
|
|||
|
Шестерня |
Сталь 40Х ГОСТ 4543-71 улучшение до |
[σH]1=931,7 МПа; |
|
|
187…269 HB + ТВЧ до 45 HRC |
[σF]1 =190 МПа. |
||
3 |
|
|||
Колесо |
Сталь 40Х ГОСТ 4543-71 |
[σH]2=371,6 МПа; |
||
|
||||
|
улучшение до 154…217 HB |
[σF]2 =190 МПа. |
||
|
|
|||
|
Шестерня |
Сталь 40ХН ГОСТ 4543-71 улучшение до |
[σH]1=1050,7 МПа; |
|
|
196…241 HB + ТВЧ до 52…56 HRC |
[σF]1 =230 МПа. |
||
4 |
|
|||
Колесо |
Сталь 40ХН ГОСТ 4543-71 |
[σH]2=440 МПа; |
||
|
||||
|
улучшение до 207…255 HB |
[σF]2 =230 МПа. |
||
|
|
|||
|
Шестерня |
Сталь 45 ГОСТ 1050-88 улучшение до |
[σH]1=733,3 МПа; |
|
|
150…167 HB + ТВЧ до 40 HRC |
[σF]1 =160 МПа. |
||
5 |
|
|||
Колесо |
Сталь 45 ГОСТ 1050-88 |
[σH]2=356,4 МПа; |
||
|
||||
|
улучшение до 161…207 HB |
[σF]2 =160 МПа. |
||
|
|
|||
|
Шестерня |
Сталь 40ХН ГОСТ 4543-71 улучшение до |
[σH]1=993,7 МПа; |
|
|
196…241 HB + ТВЧ до 52…56 HRC |
[σF]1 =158,5 МПа. |
||
6 |
|
|||
Колесо |
Сталь 40 ГОСТ 1050-88 |
[σH]2=336,4 МПа; |
||
|
||||
|
улучшение до 150…187 HB |
[σF]2 =158,5 МПа. |
||
|
|
|||
|
Шестерня |
Сталь 45 ГОСТ 1050-88 улучшение до |
[σH]1=733,3 МПа; |
|
|
167…217 HB + ТВЧ до 40 HRC |
[σF]1 =160 МПа. |
||
7 |
|
|||
Колесо |
Сталь 45 ГОСТ 1050-88 |
[σH]2=367,3 МПа; |
||
|
||||
|
улучшение до 167…217 HB |
[σF]2 =160 МПа. |
||
|
|
|||
|
Шестерня |
Сталь 40 ГОСТ 1050-88 |
[σH]1=348,3 МПа; |
|
|
закалка до 174…217 HB |
[σF]1 =158,5 МПа. |
||
8 |
|
|||
Колесо |
Сталь 40 ГОСТ 1050-88 |
[σH]2=336,4 МПа; |
||
|
||||
|
улучшение до 150…187 HB |
[σF]2 =158,5 МПа. |
||
|
|
|||
|
Шестерня |
Сталь 45 ГОСТ 1050-88 |
[σH]1=460 МПа; |
|
|
закалка до 241…285 HB |
[σF]1 =160 МПа. |
||
9 |
|
|||
|
Колесо |
Сталь 45 ГОСТ 1050-88 |
[σH]2=367,3 МПа; |
|
|
улучшение до 167…217 HB |
[σF]2 =160 МПа. |
||
|
|
|||
|
Шестерня |
Сталь 40Х ГОСТ 4543-71 |
[σH]1=420 МПа; |
|
|
закалка до 217…269 HB |
[σF]1 =190 МПа. |
||
10 |
|
|||
Колесо |
Сталь 40Х ГОСТ 4543-71 |
[σH]2=371,6 МПа; |
||
|
||||
|
улучшение до 154…217 HB |
[σF]2 =190 МПа. |
||
|
|
Здесь [σH]1,2 – допускаемое контактное напряжение для шестерни и колеса соответственно; [σF]1,2 – допускаемое напряжение изгиба.
4
§2. Допускаемое контактное напряжение для передачи в целом
Прямозубая цилиндрическая передача:
|
[σ ] [σ ] |
|
, где [σ ] |
|
– наименьшее из значений [σH]1 и [σH]2. |
|||
|
Косозубая или шевронная передача: |
|||||||
|
[ |
] |
([ |
] |
[ |
] |
) |
[σ ] . |
|
Коническая зубчатая передача: |
|
||||||
|
[ |
] |
([ |
] |
[ |
] |
) |
[σ ] . |
§3. Допускаемое напряжение изгиба для передачи в целом
Для всех видов зубчатых передач
[σ ] [σ ] .
§4. Пример оформления расчета
Выбор материалов зубчатых колес и определение допускаемых напряжений
1. Выбор материалов
Изготовление мелкосерийное. Назначаю прирабатывающиеся пары зубчатых колѐс.
Шестерня: Сталь 40 ГОСТ 1050-88 закалка до 170…207 HB; Колесо: Сталь 40 ГОСТ 1050-88 улучшение до 150…187 HB. Допускаемые напряжения:
[σH]1=341,6 МПа – допускаемое контактное напряжение для шестерни; [σH]2 =336,4 МПа – допускаемое контактное напряжение для колеса;
[σF]1=[σF]2=158,5 МПа – допускаемое контактное напряжение изгиба для шестерни и колеса.
2. Допускаемое контактное напряжение для передачи в целом
Для прямозубой цилиндрической передачи |
|
||
[ ] [ ] |
[ |
] |
.. |
3. Допускаемое напряжение изгиба для передачи
[ ] |
[ ] |
[ |
] |
.. |
5