3. Выбор муфт

Основными параметрами для выбора муфт служат диаметры выходных концов соединяемых валов и вращающие моменты.

Затем, для обеспечения соединения вала электродвигателя с быстроходным валом редуктора стандартноймуфтой, необходимо выполнить следующее условие – разница диаметров соединяемых валов должна отличаться не более чем на 20%.

Исходя из этого условия и ориентировочно найденного диаметра под муфту по (2.10), принимают окончательное значение диаметра вала равным ближайшему значению отверстия стандартной муфты. Кроме этого необходимо проверить следующее: допускаемый крутящий момент выбранной муфты должен быть больше или равен крутящему моменту вала.

Для соединения вала электродвигателя с быстроходным валом редуктора может быть рекомендована муфта упругая втулочно-пальцевая МУВП ГОСТ 21424-93 (рис.1). Эта муфта, за счёт резиновых гофрированных втулок насаженных на пальцы, соединяющие полумуфты, обладает упругими свойствами, необходимыми для предотвращения поломки деталей, которые могут возникнуть, например, при включении машины, т.к. пусковой момент электродвигателя превышает номинальный.

.

Рис.1. Муфта упругая втулочно-пальцевая

Для соединения тихоходного вала редуктора с валом исполнительного механизма машины могут быть рекомендованы компенсирующие муфты – цепные ГОСТ 20742-81 или зубчатые ГОСТ 5006-94. Конструкция и размеры зубчатых муфт приведены на рис.2 и в табл.6.

Эти муфты позволяют компенсировать радиальные и угловые смещения валов, а зубчатые – также и осевые (венец зубчатой обоймы шире венца полумуфты), которые могут возникнуть из-за тепловых или силовых деформаций, или из-за неточности сборки, или из-за деформируемого основания, на котором находятся узлы машины, например на раме автомобиля и т.д. (Здесь выполнения условия – «разница диаметров соединяемых валов должна отличаться не более чем на 20%» - не требуется).

Рис.2. Зубчатые муфты ГОСТ 5006-94

Таблица 6

Характеристика зубчатых муфт ГОСТ 5006-94

4. Расчет передачи редуктора

0. 4.1. Расчет цилиндрической зубчатой передачи

В зависимости от назначения зубчатые цилиндрические передачи различаются по форме зуба: прямозубые, косозубые и шевронные, которые показаны на рис.3.

а

в

с

Рис.3. Цилиндрическая передача а) – прямозубая,в) - косозубая,

с) - шевронная

4.1.1. Выбор материалов, термообработки и допускаемых напряжений

При выборе материалов зубчатых колес следует учитывать назначение передачи, условия эксплуатации и требования к габаритным размерам, возможную технологию изготовления колес. Зубчатые колеса редукторов в большинстве случаев изготавливаются из сталей, подвергнутых термическому упрочнению. В зависимости от твердости материала стальные зубчатые колеса разделяются на две группы: с твердостью НВ ≤ 350 (ТО: нормализация или улучшение) и с твердостью НВ > 350 (ТО: закалка ТВЧ, цементация, азотирование и др.). Для редукторов, к размерам которых не предъявляют особых требований, редукторов индивидуального и мелкосерийного производства, назначают стали первой группы ( табл.7). Для лучшей приработки рекомендуется назначать материал шестерни и колеса с соотношением твердости: (Шестерней условно называют колесо меньших размеров, участвующее в зацеплении).

НВ₁= НВ₂+ (20…70) – при твердости зубьев НВ ≤ 350 и

НВ₁= НВ₂+ (25…30) – при твердости зубьев НВ > 350,

где НВ₁– твердость шестерни;

НВ₂– твердость колеса.

Необходимую разность в твердости материалов колес можно получить, применяя как различные, так и одинаковые марки стали для шестерни и колеса, но с различной термообработкой.

Чем выше твердость рабочей поверхности зуба, тем выше допускаемые напряжения и тем меньше габариты редуктора. В связи с этим для редукторов общего назначения, к которым не предъявляют повышенных требований, рекомендуется изготавливать зубчатые колеса из дешевых марок сталей типа сталь 45 или сталь 40Х с термообработкой нормализация, улучшение или закалка ТВЧ. Характеристики марок стали приведены в таблице 8.

Таблица 7

Рекомендуемые сочетания материалов зубчатых колес [ 1, с.16]

Шестерня		Колесо		Область применения
Марка стали	термообработка	Марка стали	термообработка
40 45	Нормализация, улучшение, закалка, закалка ТВЧ, НВ ≤ 350	35 35Л	Нормализация, улучшение, закалка, закалка ТВЧ, для стального литья и нормализации НВ ≤ 350	Основное применение для большинства металлургических, подъемно-транспортных машин и машин непрерывного транспорта
50		35 45Л
35Х 40Х 45Х		50 40ГЛ
40ХН 30ХГС		35Х 40Х 40ГЛ
20Х 12ХН3А 20ХН2М 40ХН2МА 16ХГТ	Цементация и закалка НВ > 350 40…63 НRС	20Х 12ХН3А 18ХГТ	Цементация и закалка НВ > 350 40…63 НRС	Особо ответственные быстроходные передачи станков и транспортных машин

Таблица 8

Механические свойства сталей [1, с.17]

Марка	Твердость по HRC или по НВ	Предел прочности σВ, МПа	Предел текучести σТ, МПа	Термическая обработка
35	140 … 187 195 … 212	470 685	235 345	Н У
40	152 … 207 187 … 217	490 580	245 340	Н У
45	167 … 217 180 … 236	570 735	285 390	Н У
50	180 … 229 228 … 255 40 … 66HRC	590 735	300 520	Н У ТВЧ
35Х	190 … 220 220 … 200	685 735	440 490	Н У
40Х	200 … 230 215 … 285 45 … 50 HRC 40 … 56 HRC	685 795 980	440 490 785	Н У З ТВЧ
45Х	230 … 280	835	640	У
35ХМ	241 … 269 38 … 55 HRC	880	785	У ТВЧ
40Х	220 … 250 241 … 295 48 … 54 HRC	735 785 980	550 570 785	Н У З
ЗОХГС	215 … 250 235 … 280	785 880	635 610	Н У
20Х	52 … 62 HRC	640	390	Ц
12ХНЗА	56 … 63 HRC	920	700	Ц

Примечание: Н – нормализация, У – улучшение, З – закалка, Ц – цементация, ТВЧ – закалка токами высокой частоты.

Допускаемые контактные напряжения для стальных зубчатых колес

(4.1)

Допускаемые напряжения изгиба

(4.2)

где – базовые пределы контактной и изгибной выносливости

зубьев; – коэффициенты безопасности;K_HL, K_FL –коэффициенты долговечности (при постоянном режиме работы передачиK_{H L} = K_{F L}= 1,0)

Таблица 9

Пределы базовой выносливости и коэффициенты безопасности [3, с. 34]

Термическая обработка	Твердость зубьев	Стали	σH lim b	[SH]	σF lim b	[SF]
Нормализация, улучшение	< 350 НВ	35,40,45, 50,40Х, 40ХН, 35ХМ	2НВ+70	1,1	1,8 НВ	1,75
Объемная закалка	40…56 HRC	40Х,40ХН 35ХМ	18 HRC+150		500…600
Закалка ТВЧ	> 56 HRC	12ХНЗА, 20ХН2М, 40ХН2МА, 18ХГТ	17HRC+200	1,2	500
Цементация и закалка			23HRC		710…750	1,55

Примечание: Для проката , для литья

K_Fc – коэффициент, учитывающий реверсивность работы передачи и твердость поверхностей зубьев; при отсутствии реверса K_Fc = 1,0; при реверсивной нагрузке K_Fc = 0,7…0,8 [7, с. 17-18].

Поскольку долговечность зубчатой передачи определяется контактной прочностью зубьев, а прочность зубьев колеса ниже прочности зубьев шестерни, то проектный расчет выполняют по σ_Н2. Проверочные расчеты изгибной прочности зубьев шестерни и колеса выполняют поσ_F1, σ_F2.

По формулам (4.1) и (4.2) необходимо определить допускаемые напряжения для шестерни и для колеса -.