экзамен дм / 503680_7370C_otvety_na_bilety_po_dm_i_ok / шпоргалки / 12

Вопрос№12

4.6. Материал и термообработка

Нагрузка, допускаемая по контактной прочности зубьев, определяется в основном твердостью материала. Наибольшую твердость, а, следовательно, наименьшие габариты и массу передачи можно получить при изготовлении зубчатых колес из сталей, подвергнутых термообработке.

В зависимости от твердости материалы зубчатых колес условно делятся на две основные группы:

– с твердостью (термообработка: нормализация или улучшение);

– с твердостью НВ > 350 (термообработка: объемная закалка, поверхностная закалка ТВЧ, цементация, азотирование и т.д.).

Твердость материала позволяет производить чистовое нарезание зубьев колес после термообработки. При этом можно получить высокую точность без применения дорогих отделочных операций (шлифовки, притирки и т.п.). Материалы данной группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Для лучшей приработки зубьев твердость шестерни рекомендуется назначать больше твердости колеса не менее чем на 20…30 НВ:

.

Технологические преимущества материала при обеспечили ему широкое применение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими колесами, термическая обработка которых затруднена.

При НВ > 350 твердость материала обычно выражается в единицах Роквелла (HRC). Специальные виды термообработки позволяют получить твердость материала до 50…60 HRC (до 500…650 НВ). При этом допускаемые контактные напряжения увеличиваются до двух раз, а нагрузочная способность передачи до четырех раз по сравнению с нормализованными или улучшенными сталями. Возрастает также износостойкость и стойкость против заедания. Применение высокотвердых материалов является большим резервом повышения нагрузочной способности зубчатых передач, но с высокой твердостью связаны дополнительные трудности:

– высокотвердые материалы плохо прирабатываются, поэтому требуется повышенная точность изготовления передачи, повышенная жесткость валов и опор;

– нарезание зубьев при высокой твердости затруднено, поэтому термообработка проводится после нарезания зубьев; некоторые виды термообработки (объемная закалка, цементация) сопровождаются значительным короблением зубьев; для исправления формы зубьев требуются дополнительные операции (шлифовка, притирка, обкатка и т.п.); данные трудности проще преодолеть в условиях крупносерийного и массового производства, когда окупаются затраты на специальное оборудование, приспособления и инструменты.

4.7. Допускаемые напряжения

4.7.1. Допускаемые контактные напряжения

Допускаемые напряжения при расчете на контактную выносливость определяются отдельно для колеса и шестерни по формуле

, (4.12)

где – предел контактной выносливости поверхностей зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемен напряжений, МПа; – коэффициент безопасности; – коэффициент, учитывающий шероховатость сопряженных поверхностей зубьев (при мкм ; при мкм ; при мкм ); – коэффициент, учитывающий окружную скорость; – коэффициент, учитывающий размеры зубчатых колес; – коэффициент долговечности, учитывающий влияние срока службы и режима нагружения передачи.

При проведении проектного расчета коэффициенты , и не учитываются, поскольку неизвестны пока размеры передачи, следовательно, невозможно определить окружную скорость, назначить степень точности передачи, выбрать параметры шероховатости поверхности зубьев. Поэтому допускаемые контактные напряжения шестерни и колеса в данном случае определяются по формуле

.

При проведении проверочного расчета на контактную выносливость допускаемые контактные напряжения должны быть уточнены по формуле (4.12) введением коэффициентов , и .

Для зубчатых колес с однородной структурой материала (нормализация, улучшение, объемная закалка) ; для колес с поверхностным упрочнением зубьев (поверхностная закалка ТВЧ, цементация, азотирование) .

Коэффициент, учитывающий окружную скорость, определяется в зависимости от твердости материала зубчатых колес по следующим формулам:

– при

;

– при НВ > 350

,

где – окружная скорость на начальном диаметре, м/с.

Коэффициент, учитывающий размеры зубчатых колес, принимается равным единице для колес с диаметром мм, при большем диаметре колеса

.

Коэффициент долговечности определяется по формуле

; ,

где – базовое число циклов перемен напряжений, определяемое в зависимости от твердости материала зубчатых колес (табл. 4.4); – эквивалентное число циклов перемен напряжений, определяемое в зависимости от срока службы и режима нагружения передачи, при < коэффициент долговечности принимается равным .

При постоянном режиме нагружения эквивалентное число циклов перемен напряжений определяется по формуле

,

где – частота вращения шестерни или колеса, об/мин; – срок службы, ч.

Для косозубых и шевронных передач определяется среднее допускаемое напряжение по формуле

,

где , – допускаемые контактные напряжения, соответственно, для шестерни и колеса, определяемые по формуле (4.12); – меньшее из значений и .

Для конических зубчатых передач среднее допускаемое напряжение определяется по формуле

.

4.7.2. Допускаемые напряжения изгиба

Допускаемые напряжения изгиба при расчете на выносливость определяются отдельно для колеса и шестерни по формуле

, (4.13)

где – предел выносливости зубьев по напряжениям изгиба, соответствующий базовому числу циклов перемен напряжений (см. табл. 4.3), МПа; – коэффициент безопасности; – коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки ( при одностороннем приложении нагрузки; для реверсивных и планетарных передач – большие значения при твердости НВ > 350); – коэффициент, учитывающий размеры зубчатых колес (для объемно-термообработанных сталей ; для поверхностно закаленных и азотированных сталей); – коэффициент, учитывающий шероховатость переходной поверхности зубьев (при зубофрезеровании и шлифовании с Rz = 40 мкм , при полировании – большие значения при улучшении и закалке ТВЧ); – коэффициент долговечности.

Коэффициент долговечности по напряжениям изгиба определяется по формуле

,

где – показатель степени кривой усталости; для зубчатых колес со шлифованной переходной поверхностью при твердости , ; при НВ > 350 и нешлифованной переходной поверхностью , ; – базовое число циклов перемен напряжений для всех сталей; – эквивалентное число циклов перемен напряжений, определяемое аналогично числу циклов .

Коэффициент безопасности определяется как произведение двух коэффициентов:

,

где – коэффициент безопасности, учитывающий вероятность безотказной работы (при вероятности не разрушения 99 % ); – коэффициент, учитывающий способ получения заготовки ( – поковка, штамповка; – прокат; – литая заготовка).