Основной причиной выхода из строя зубчатых колес является повреждение зуб-

чатых венцов в результате усталостного выкрашивания, износа и поломок зубьев. Целью приводимых ниже расчетов является определение минимально возмож-

ных габаритов передач при обеспечении их нормального функционирования под заданной нагрузкой в течение срока службы.

Точный расчет напряжений и деформаций в точках зубчатого колеса связан со значительными математическими трудностями и может быть реализован методами теории упругости.

В связи с этим при проектировании выполняют следующие приближенные расчеты зубьев колес:

1) на контактную выносливость:

-проектный расчет, в процессе которого определение основных параметров передачи производится по допускаемым контактным напряжениям; при этом задаются целым рядом табличных величин и коэффициентов, результаты некоторых расчетных величин округляют до целых или стандартных значений, в поиске оптимальных решений приходится неоднократно делать пересчеты;

-проверочный расчет, который должен подтвердить правильность выбора табличных величин, коэффициентов и полученных результатов в проектном расчете, а также определить соотношения между расчетными и допускаемыми напряжениями изгибной и контактной выносливости, производят после окончательного определения параметров зацепления (при неудовлетворительных результатах проверочного расчета нужно изменить параметры передачи и повторить проверку);

2) на изгибную выносливость – для определения модуля передачи после установления основных параметров;

3) на статическую прочность – проверочный, применяют только при больших кратковременных перегрузках;

4) на износ – выполняют для открытых передач;

5) на заедание – для общепромышленных сравнительно тихоходных передач (применяется редко).

3.2.2.МАТЕРИАЛЫ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

3.2.2.1. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Механические свойства материалов для зубчатых колес приведены в табл. П.1, П.2. При этом для получения при термической обработке принятых для расчета механических характеристик материала колес требуется, чтобы толщины заготовок колес не превышали предельно допустимых значений (табл. П.2).

Чугун применяют для изготовления малонагруженных или редко работающих передач, в которых габариты и масса не имеют определяющего значения.

Зубчатые колеса передач и редукторов в большинстве случаев изготавливают из сталей, подвергнутых термическому или химико-термическому упрочнению. Для передач, к размерам которых не предъявляют специальных требований, следует применять дешевые марки сталей типа 40, 45, 40Х. Для унификации марок сталей в производстве и для упрощения изготовления запасных частей марки сталей рекомендуется выбирать из следующего сортамента (табл. 3.2).

Для сталей, не включенных в табл. П.2, предел прочности определяют по формулам:

105

При отсутствии данных усталостные характеристики сталей можно определить по формулам:

Способы упрочнения зубьев, в том числе и термообработка, изложены в разде-

ле 3.2.2.3

3.2.2.2. НАЗНАЧЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Твердость назначают по одной из следующих шкал:

НВ – для нормирования твердости всех материалов, ГОСТ 6012-59;

HV – для нормирования твердости тонких деталей толщиной (0,3-0,5) мм, для поверхностных слоев толщиной (0,03-0,05) мм, ГОСТ2999 −75;

HRA – для нормирования твердости очень твердых материалов (твердых спла-

вов), ГОСТ 9013-59;

HRB – для нормирования твердости мягких материалов (незакаленная сталь),

ГОСТ 9013-59.

HRC – для нормирования твердости твердых материалов (термообрабатываемой стали, в том числе и закаленной), ГОСТ 9013-59;

Сравнительные значения твердости по основным шкалам представлены в табл. П.6.

Перевод чисел твердости HRC шкалы С Роквелла, ранее применявшийся в промышленности, в числа твердости HRCЭ шкалы СЭ Роквелла, воспроизводимой государственным специальным эталоном, представлен в табл. П.7.

Втабл. П.8 приведена твердость HRCЭ и HB для некоторых деталей и инстру-

ментов.

Вусловиях индивидуального и мелкосерийного производства, предусмотренного техническими заданиями на курсовое проектирование, в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими колесами (открытых) применяют зубчатые колеса с твердостью материала менее или равной 350 НВ. При этом

106

обеспечивается чистовое нарезание зубьев после термообработки, высокая точность изготовления и хорошая прирабатываемость зубьев.

Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твердость шестерни НВ1 назначается больше твердости колеса НВ2. Разность средних твердостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса в передачах с прямыми

инепрямыми зубьями составляет HB1cp − HB2ср = 20 −50 .

Вряде случаев для увеличения нагрузочной способности передачи, уменьшения ее габаритов и металлоемкости достигают разности средних твердостей

НВ1ср − НВ2ср ≥ 70 . При этом твердость рабочих поверхностей зубьев колеса меньше

или равна 350 НВ, а твердость зубьев шестерни больше или равна 350 НВ (измеряется по шкале Роквелла – HRCЭ).

Соотношение твердостей в единицах НВ и HRC приведено в табл. П.6.

3.2.2.3. СПОСОБЫ УПРОЧНЕНИЯ ЗУБЬЕВ

При химико-термической обработке происходит, в основном, изменение структуры поверхностного слоя материала, в результате чего повышаются твердость, износоустойчивость и устойчивость против коррозии.

Наиболее распространенными видами химико-термической обработки явля-

ются цементация и азотирование (табл. 3.3).

Термообработка металлов – процесс тепловой обработки металлов и сплавов с целью изменения их структуры, а, следовательно, и свойств, заключающийся в нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последовательном охлаждении с заданной скоростью.

Способы термообработки зубчатых колес из стали зависят от требуемой несущей способности зубчатых колес, марки стали, оборудования и трудоемкости изготовления.

Основные виды термообработки приведены в табл. 3.4.