3.3. Расчет зубчатых передач

Расчет зубчатых передач регламентирует ГОСТ 21354. Для учебного проектирования можно использовать любой учебник [4, 8] или учебное пособие [3, 7], однако, остановившись на од­ном из них, следует придерживаться излагаемой в нем методики расчета и приводимых справочных данных. Это правило рекомендуется соблюдать и в других случаях. Сравнение методик расчета, из­лагаемых в разных источниках, может быть весьма полезным для уг­лубления знаний по предмету.

Расчет начинают с выбора материалов и определения допуска­емых напряжений. Выбор материалов обычно вызывает значительные затруднения. В реальных условиях конструирования материал выбирают с учетом ограничений по массе и габаритам, условий эксплуа­тации (температура, динамичность нагрузки), доступной технологии термической, химико-термической и механической обработки, стоимости изготовления, опыта эксплуатации изделия аналогичного типа, результатов исследований. Как правило, при проектировании рассматривают несколько вариантов материалов с различными механическими ха­рактеристиками, Лучший вариант выявляют в результате технико-экономического сравнения.

При курсовом проектировании упомянутой информацией студент не располагает, т.е. ему представляется свобода выбора, которой как оказывается сложно распорядиться. В этой связи можно руководство­ваться следующими соображениями.

1. В качестве габаритного ограничения следует принять размеры чертежного листа формата A1 для изображения двух видов редуктора (вид спереди и вид сверху со снятой крышкой) в масштабе 1:1.

2. Материалы шестерни и колеса назначить неоднородными по химическому составу или неодинаковой твердости для уменьшения склонности к заеданию. Шестерню выполняют более твердой.

3. Применение различных видов упрочняющих термических обрабо­ток обусловлено стремлением повысить механические характеристи­ки стали с целью снижения массы и габаритов зубчатой передачи.

4. Наиболее удобными для изготовления зубчатых колес являются материалы с твердостью до 320 НВ, так как при этом возможно чис­товое нарезание зубьев после термической обработки, что обеспечивает высокую точность. Такие зубья хорошо прирабатываются, но обладают относительно невысокими механическими характеристиками.

5. Использование объемной закалки приводит к деформации зубьев в результате термообработки и необходимости их последующего шли­фования, что снижает точность зубчатой передачи.

6. Легированные стали обладают большей механической прочностью и вязкостью, лучше поддаются термической термообработке.

7. Химико-термическая обработка характеризуется длительностью процесса, требует специального технологического оборудования, и используется для сохранения вязкой сердцевины зубьев при высокой твердости поверхностных слоев.

В некоторых учебниках можно найти рекомендуемые сочетания марок сталей и термообработок материалов шестерни и колеса и при­нять их, для расчета. Для обоснования выбора материала и термооб­работки следует пользоваться книгами [1,4,6,8].

Для каждого вида термообработки в справочных пособиях твер­дость стали указывают в виде диапазона значений, характеризую­щего разброс параметра в технологическом процессе. При расчете допускаемых напряжений в формулы следует подставлять среднее зна­чение твердости из указанного диапазона.

Проектный расчет зубчатой передачи ведут из условия обеспе­чения усталостной прочности по контактным напряжениям. Искомыми параметрами обычно являются межосевое расстояние или делитель­ный диаметр шестерни. Значение принимаемого стандартного межосе­вого расстояния должно удовлетворять габаритным ограничениям. Верхнее ограничение устанавливается из условия размещения двух проекций редуктора на листе формата A1, нижнее - из условия вписывания в межосевое расстояние под­шипников, и обеспечения гарантированного расстояния между их наружными кольцами для размещения болта креп­ления крышки к основанию корпуса редуктора (можно принять 20 мм). Далее вычисляют все параметры зубчатых колес, и завершают их конструкторская проработка.

В конце расчета уточняют параметры твердости материалов зубчатых колес с учетом реаль­но полученных размеров. В случае выявления недопустимого расхождения фактичес­кой и первоначально принятой твердости следует повторить расчет.

Завершает расчет проверка зубчатой передачи на статическую прочность от действия перегрузок.