3.2 Определение допускаемых контактных напряжений

Допускаемые контактные напряжения [σ]_H1 для шестерни и [σ]_H2 для колеса определяют по общей зависимости (но с подстановкой соответствующих параметров для шестерни и колеса), учитывая влияние на контактную прочность долговечности (ресурса), шероховатости сопрягаемых поверхностей зубьев и окружной скорости:

[σ]_H = [σ]_HlimZ_NZ_RZ_V/S_H.

Предел контактной выносливости [σ]_Hlim вычисляют по эмпирическим формулам в зависимости от материала и способа термической обработки зубчатого колеса и средней твердости (HB_ср или HRC_{э ср}) на поверхности зубьев (табл. 10). [1, стр. 12]

Табл. 10 [1, табл. 2.2, стр. 13]

Способ термической или химико-термической обработки	Средняя твердость на поверхности	Сталь	σHlim, МПа
Улучшение Поверхностная закалка Цементация Азотирование	< 350 HB 40…56 HRCэ   > 56 HRCэ > 52 HRCэ	Углеродистая и легированная   Легированная	2 HBср + 70 17 HRCэ ср + 200   23 HRCэ ср 1050

Для выбранной марки стали и ТО шестерни

[σ]_{Hlim 1} = 17∙HRC_{э ср} + 200 = 17∙48 + 200 = 1016 МПа.

Для выбранной марки стали и ТО колеса

[σ]_{Hlim 2} = 17∙HRC_{э ср} + 200 = 17∙48 + 200 = 1016 МПа.

Минимальные значения коэффициента запаса прочности для зубчатых колес с однородной структурой материала (улучшенных, объемно закаленных) S_H = 1,1; для зубчатых колес с поверхностным упрочнением S_H = 1,2.

Для выбранной ТО шестерни (улучшение и закалка ТВЧ) принимаем S_{H 1} = 1.2.

Для выбранной ТО колеса (улучшение и закалка ТВЧ) принимаем S_{H 2} = 1.2.

Коэффициент долговечности Z_N учитывает влияние ресурса

       (1)

Число N_HG циклов, соответсвующее перелому кривой усталости, определяют по средней твердости поверхностей зубьев [1, стр. 13]:

Твердость в единицах HRC переводят в единицы HB:

HRCэ.........	45	47	48	50	51	53	55	60	62	65
HB.............	425	440	460	480	495	522	540	600	620	670

Переведенная средняя твердость поверхности зубьев для выбранного материала шестерни равна 451 HB.

N_{HG 1} = 30∙451^2,4 = 70405590.

Для колеса

N_{HG 2} = 30∙451^2,4 = 70405590.

Ресурс N_k передачи в числах циклов перемены напряжений при частоте вращения n, мин^-1, и времени работы L_h, час:

N_k = 60nn_зL_h,

где n_з - число вхождений в зацепление зуба рассчитываемого колеса за один его оборот (численно равно числу колес, находящихся в зацеплении с рассчитываемым). [1, стр. 13]

В общем случае суммарное время L_h (в ч) работы передачи вычисляют по формуле

L_h = L365K_год24K_сут,

где L - число лет работы; K_год - коэффициент годового использования передачи; K_сут - коэффициент суточного использования передачи.

Число зацеплений n_з и для колеса и для шестерни в данном случае равно 1.

L_h = 6 ∙ 365 ∙ 0.8 ∙ 24 ∙ 0.8 = 33638.4, ч.

Для шестерни:

N_{k ш} = 60 ∙ 119.2 ∙ 1 ∙ 33638.4 = 240581836.8.

Т.к. N_{k ш} > N_HG, то принимаем N_{k ш} = N_HG = 70405590. [1, стр. 13]

Z_{N ш} = 1

Для колеса:

N_{k кол} = 60 ∙ 119.2 ∙ 1 ∙ 33638.4 = 240581836.8.

Т.к. N_{k кол} > N_HG, то принимаем N_{k кол} = N_HG = 70405590. [1, стр. 13]

Z_{N кол} = 1

Коэффициент Z_R, учитывающий влияние шероховатости сопряженных поверхностей зубьев, принимают для зубчатого колеса пары с более грубой поверхностью в зависимости от параметра Ra шероховатости (Z_R = 1 - 0,9). Большие значения соответствуют шлифованным и полированным поверхностям (Ra = 0,63 ... 1,25 мкм).

Принимаем Z_R как для шестерни так и для колеса равным 0,9.

Коэффициент Z_V учитывает влияние окружной скорости V ( Z_V = 1...1,15). Меньшие значения соответствуют твердым передачам, работающим при малых окружных скоростях (V до 5 м/с).

Принимаем Z_V как для шестерни так и для колеса равным 1,05 - как удовлетворяющее в большинстве случаев.

Для шестерни:

[σ]_H1 = [σ]_HlimZ_{N ш}Z_RZ_V/S_H = 800.1 МПа.

Для колеса:

[σ]_H2 = [σ]_HlimZ_{N кол}Z_RZ_V/S_H = 800.1 МПа.

Допскаемое напряжение [σ]_H для цилиндрических и конических передач с прямыми зубьями равно меньшему из допускаемых напряжений шестерни [σ]_H1 и колеса [σ]_H2. [1, стр. 14]

Принимаем минимальное допускаемое напряжение

[σ]_H = 800.1 МПа.