3. Выбор материалов зубчатых передач.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ КОНТАКТНЫХ И ИЗГИБНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

3.1.  По [1; табл. 2.1, с. 11] выбираем материал шестерни и колеса цилиндрической зубчатой передачи – сталь 40ХН с такими характеристиками:

для шестерни:

термообработка – улучшение;

твердость поверхности – 269…302 НВ;

предел текучести – σ_т = 750 МПа;

предельные размеры заготовки D_пред = 200 мм и S_пред = 125 мм;

для зубчатого колеса:

термообработка – улучшение;

твердость поверхности – 235…262 НВ;

предел текучести – σ_т = 630 МПа;

предельные размеры заготовки D_пред = 315 мм и S_пред = 200 мм.

3.2.  Средняя твердость поверхности:

для шестерни

НВ_ср = 0,5(НВ_min+НВ_max) = 0,5(269+302) = 286 НВ;

для зубчатого колеса

НВ_ср = 0,5(НВ_min+НВ_max) = 0,5(235+262) = 249 НВ.

3.3.  Базовые числа циклов нагружений:

для шестерни:

- при расчете на контактную прочность [1; с. 13]

N_HG = 30НВ_ср^2,4 = 30286^2,4 = 23,6·10⁶ ≤ 12·10⁷;

- при расчете на изгиб [1; с. 15]

N_FG = 4·10⁶;

для зубчатого колеса:

- при расчете на контактную прочность [1; с. 13]

N_HG = 30НВ_ср^2,4 = 30249^2,4 = 16,9·10⁶ ≤ 12·10⁷;

- при расчете на изгиб [1; с. 15]

N_FG = 4·10⁶.

3.4.  Действительные числа циклов перемены напряжений:

для шестерни

N₁ = 60n₁L_h = 60279,119856 = 332,5·10⁶;

для зубчатого колеса

N₂ = N₁ / u_зп = 332,5·10⁶ / 5 = 66,5·10⁶.

3.5.  Коэффициенты долговечности для шестерни и зубчатого колеса при расчете:

- по контактным напряжениям [1; с. 13]

при N ≥ N_HG Z_N = 1,0;

- на изгиб [1; с. 15]

при N ≥ N_FG Y_N = 1,0.

3.6.  Для стали 40ХН и термообработки улучшением находим базовые значения допускаемых напряжений:

для шестерни:

- базовое допускаемое контактное напряжение (предел контактной выносливости) [1; табл. 2.2, с. 13]

[σ]_Нlim = 2НВ_ср+70 = 2286+70 = 642 МПа;

- базовое допускаемое напряжение изгиба (предел выносливости на изгиб) [1; табл. 2.3, с. 14]

[σ]_Flim = 1,75НВ_ср = 1,75286 = 501 МПа;

для зубчатого колеса:

- базовое допускаемое контактное напряжение [1; табл. 2.2, с. 13]

[σ]_Нlim = 2НВ_ср+70 = 2249+70 = 568 МПа;

- базовое допускаемое напряжение изгиба [1; табл. 2.3, с. 14]

[σ]_Flim = 1,75НВ_ср = 1,75249 = 436 МПа.

3.7.  Определяем допускаемые контактные напряжения:

для шестерни

[σ]_Н1 = [σ]_НlimZ_NZ_RZ_v / S_H = 6421,00,951,0 / 1,1 = 554 МПа;

для зубчатого колеса

[σ]_Н2 = [σ]_НlimZ_NZ_RZ_v / S_H = 5681,00,951,0 / 1,1 = 491 МПа,

где  Z_R – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости сопряженных поверхностей зубьев; Z_R = 0,95 [1; с. 13, 14];

Z_v – коэффициент, учитывающий влияние окружной скорости; при малых окружных скоростях (v до 5 м/с) Z_v = 1,0 [1; с. 14];

S_H – коэффициент запаса прочности; для зубчатых колес с однородной структурой материала (в том числе и улучшенных) S_H = 1,1 [1; с. 13].

3.8.  Определяем допускаемые напряжения изгиба:

для шестерни

[σ]_F1 = [σ]_FlimY_NY_RY_A / S_F = 5011,01,01,0 / 1,7 = 295 МПа;

для зубчатого колеса

[σ]_F2 = [σ]_FlimY_NY_RY_A / S_F = 4361,01,01,0 / 1,7 = 256 МПа,

где  Y_R – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости переходной поверхности между зубьями; при зубофрезеровании Y_R = 1,0 [1; с. 15];

Y_A – коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки (реверса); при одностороннем приложении нагрузки (см. п. 1.3) Y_A = 1,0 [1; с. 15];

S_F – коэффициент запаса прочности; S_F = 1,7 [1; с. 15].

3.9.  Результаты выполнения раздела

Элемент передачи	Марка мате­риала	Dпред	Термо­обра­ботка	Средняя твер­дость НВср	Предел текучести σт	Допускаемые напряжения
						контактное [σ]Н	изгиба [σ]F
		Sпред
					МПа
Шестерня	сталь 40ХН	200	улуч­шение	286	750	554	295
		125
Колесо	сталь 40ХН	315	улуч­шение	249	630	491	256
		200