1.3 Проектный расчет зубчатых передач

Зубчатые передачи обеих ступеней закрытые. Основной характер разрушения – усталостное выкрашивание активных поверхностей зубьев под действием контактных напряжений. Проектировочный расчет следует начинать с определения межосевого расстояния а_wиз условия сопротивления контактной усталости.

В целях унификации [2, с.4] материалов для зубчатых колес обеих ступеней с учетом крупносерийного производства принимаем Сталь 40Х ГОСТ 4543-71.

Быстроходная ступень редуктора – цилиндрическая косозубая; тихоходная – цилиндрическая косозубая. Выпуск массовый, жесткие требования к габаритам и массе отсутствуют. По рекомендациям [2, с.3, п. 1.1.4], чтобы получить H_1m -H_2m >100HB, назначаем термообработку зубьев:

• шестерен z₁– поверхностная закалка ТВЧ (ТВЧ1);

• колес z₂– улучшение (У2)

Механические свойства стали 40Х после термообработки [2, с.5] с предположением, что D< 125 мм иS< 80 мм, даны в таблице 1.5.

Таблица 1.5- механические свойства материалов

Наименование параметра	Зубчатое колесо		Примечание
	шестерня z1	колесо z2
Материал	Сталь 40Х	Сталь 740Х	[2, с.3, рисунок 1.1]
Термообработка	закалка (ТВЧ1)	улучшение (У2)
Твердость поверхности средняя по Роквеллу по Бринеллю по Виккерсу	(40…50)HRCЭ 47,5 HRCЭ 460 НВ 500HV	(269…302)НВ - 285НВ 290 HV
Предел прочности σВ, МПа	900	900
Предел текучести σТ, МПа	750	750
Примечание – H1m-H2m= 460 – 285 =175 >100HB

1.3.2 Режим работы передачи и число циклов перемены напряжения

Коэффициент приведения заданного переменного режима (рисунок 2 ТЗ) к эквивалентному постоянному:

μ=∑(Т_i /T_max)^m(L_hi /L_h),

где m- показатель степени отношения моментов: т_Н=q_H /2;m_F=q_F,

q – показатель степени кривой усталости,

Для зубчатой передачи :

q_H = 6; m_H = 3 ;

q_F = m_F = 6 – зубья с однородной структурой материала, включая закаленные ТВЧ со сквозной закалкой и со шлифованной переходной поверхностью независимо от твердости и термообработки При расчете по контактным напряжениям σ_Н:

μ_Н1= μ_Н2= μ_Н=1³*0,4+0,75³*0,3+0,5³*0,1+0,25³*0,2=0,542

При расчете по напряжениям изгиба σ_F:

μ_F1= μ_F2= μ_F=1⁶*0,4+0,75⁶*0,3+0,5⁶*0,1+0,25⁶*0,2=0,455

Судя по величинам μ_Н, μ_F заданный режим работы наиболее приближается к типовому тяжелому.

Требуемая долговечность передачи в часах.

L_h=365*24*k_Г k_С h=365*24*0,3*0,25*7=4599 ч,

Где k_Г =0,25– коэффициент годового использования;

k_С =0,3- коэффициент суточного использования;

h= 7- срок службы передачи в годах.

Суммарное число циклов перемены напряжений за весь срок службы

N_∑ =60 nc L_h,

Где п– частота вращения зубчатого колеса, мин^-1;

с– число зацеплений зуба за один оборот зубчатого колеса: с=1

Эквивалентное число циклов перемены напряжений:

N_E=μ N_∑ (N_HE= μ_Н N_∑ ; N_FE= μ_F N_∑ )

Базовое число циклов перемены напряжения:

Базовое число циклов перемены напряжений [2, c.9] :

– по контактным напряжениям N_Hlim = 30 H_m^2,4  12010⁶,

где H_m– средняя твердость поверхности зубьев по Бринеллю;

– по изгибным напряжениям : N_Flim = 410⁶.

Результаты расчета N_, N_HE, N_FE, N_Hlim, представлены в таблице 1.6.

Таблица 1.6 – Число циклов перемены напряжений в зубьях

Ступень и зубчатое колесо		n, мин-1	Число циклов N в миллионах
			NS	NHE	NHLim	Сравнение NHE c NHLim	NFE	Сравнение
								NFE c NFLim
Б.ст.	Z1	236,57	65,28	35,38	73,75	NHE >NHLim	29,70	NFE > NFLim
	Z2	37,55	10,36	5,62	23,45	NHE <NHLim	4,71	NFE > NFLim
Т.ст.	Z1	37,55	10,36	5,62	73,75	NHE <NHLim	4,71	NFE > NFLim
	Z2	7,51	2,07	1,12	23,45	NHE <NHLim	0,94	NFE <NFLim