10.3 Кинематический расчет привода

Общее передаточное число привода

Полученное значение общего передаточного числа разбивают по ступеням, с учетом допускаемых значение передаточных чисел как на гибкие передачи (ременные, цепные) так и на зубчатые.

Для конкретного примера, схема привода в нашем случае имеет ременную передачу, редуктор и цепную передачу. Задавшись значением передаточного числа ременной передачи имеем:

и_р – передаточное число редуктора по заданию

и_рп – принимаем, согласно регламентируемых значений по ГОСТу.

и_цп = -передаточное число цепной передачи.

-частота вращения ведущего шкива.

- частота вала ведомого шкива или же ведущего вала редуктора.

- частота вращения ведущего вала редуктора или же ведущей звездочки.

- частота вращения вала ведомой звездочки.

Перевод частоты вращения вала осуществляется по следующей формуле:

.

Где n ₁ -частота вращения,об/мин

Вращающий момент на ведущем шкиве Нм

Т₁=,

где Р_ЭЛ.Р - необходимая расчетная мощность в ВТ.

Вращающий момент на ведомом шкиве и ведущем валу редуктора Н_М

Т₂= Т₁ u_рп.

Вращающий момент на ведомом валу редуктора или же ведущей звездочки.

Т₃= Т₂ u_р .

Вращающий момент на ведомой звездочке Нм

Т₄= Т₃ u _цп.

10.4. Материалы зубчатых и червячных передач

10.4.1. Выбор материала для зубчатых передач

Практикой эксплуатации и специальными исследованиями установлено, что нагрузка, допускаемая по контактной прочности зубьев, определяется в основном твердостью материала. Наибольшую твердость, а следовательно, и наименьшие габариты и массу передачи можно получить при изготовлении зубчатых колес из сталей, подвергнутых термообработке.

Сталь является в настоящее время основным материалом для изготовления зубчатых колес и в особенности зубчатых колес высоконагруженных передач.

Стали, рекомендуемые для зубчатых колес, виды их термообработки и механические характеристики приведены в табл.4.1.

Зубчатые колеса редукторов в большинстве случаев изготавливают из конструкционной углеродистой или легированной стали, с содержанием углерода от 0,1 до 0,6%, а при сравнительно больших размерах диаметром >500 мм часто применяют стальное литье.

Колеса из стального литья обычно работают в паре с кованой шестерней. Наиболее распространено углеродистое стальное литье марок 35Л, 40Д, 45Л, 50Л (при окружных скоростях до 8 м/с). Легированное стальное литье (марки 35ЛГ, 40ХЛ, 35ГСЛ, 40ХНЛ) применяют значительно реже.

В зависимости от твердости (или термообработки) стальных зубьев колеса разделяют на две основные группы: с твердостью НВ < 350 - зубчатые колеса, нормализованные или улучшенные, с твердостью НВ > 350 -объемная закалка т.в., цементация, азотирование и др. Эти группы различают по технологии, нагрузочной способности и способности к приработке.

Твердость материала НВ < 350 позволяет производить чистовое нарезание зубьев после термообработки, при этом можно получить высокую точность без применения дорогих отделочных операций (шлифовки, притирки и т.п.). Колеса этой группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках.

Для лучшей приработки зубьев твердость шестерни рекомендуют назначать больше твердости колеса не менее, чем на 20...30 единиц:

НВ₁>НВ₂+(20...30).

Технологические преимущества материала при НВ < 350 обеспечили ему широкое распространение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало и средне нагруженных передачах. При НВ > 350 (вторая группа материалов), твердость измеряется обычно в единицах Роквелла - HRC (ориентировочно HRC=10HB).

Специальные виды термообработки позволяют получить HRC до 50...60 (HB до 500...650). При этом допускаемые контактные напряжения увеличиваются до 2 раз по сравнению с нормализованными или улучшенными сталями, возрастает также износостойкость и стойкость против заедания.

Применение высокотвердых материалов является большим резервом нагрузочной способности зубчатых передач. Однако с высокой твердостью связаны некоторые дополнительные трудности:

1. Высокотвердые материалы плохо прирабатываются. Поэтому они требуют повышенной точности изготовления, повышенной жесткости валов и опор.

2. Нарезание зубьев при высокой твердости затруднено. Поэтому термообработку выполняют после нарезания, что часто сопровождается значительным короблением зубьев. Для исправления формы зубьев требуются дополнительные операции: шлифовка, притирка, обработка и т.п. Эти трудности проще преодолеть в условиях крупносерийного производства, когда легко окупаются специальное оборудование, инструменты и приспособления. Поэтому, в изделиях крупносерийного массового производства применяют, как правило, колеса с высокотвердыми зубьями.

Объемная закалка - наиболее простой способ получения высокой твердости зубьев. При этом зуб становится твердым по всему объему. Для объемной закалки используют углеродистые и легированные стали со средним содержанием углерода 0,35-0,5% (стали 45, 40X, 40XH и т.д.). Твердость на поверхности зуба 45·55 HPC.

Недостатком объемной закалки является коробление зубьев и необходимость последующих операций.

Цементация - (насыщение углеродом поверхностного слоя с последующей закалкой) является длительным и дорогим процессом. Однако она обеспечивает высокую твердость (58-63 HRC). При закалке после цементации, форма зуба искажается, а поэтому требует отделочной операции. Для цементации используют низкоуглеродистые стали, простые (15 и 20) и легированные (20X, 12XH3A и др.).

Поверхностная закалка токами высокой частоты или пламенем ацетиленовой горелки, обеспечивает HRC 48-54 и применима для сравнительно крупных зубьев ( m > 5 мм ).

Для поверхностной закалки используют стали 40Х, 40ХН, 45 и др.

Азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом) обеспечивает не меньшую твердость, чем цементация. Малая толщина твердого слоя (0,2-0,6 мм) делает зубья чувствительными к перегрузкам и не пригодным для работы в условиях абразивного изнашивания. Для азотируемых колес применяют молибденовую сталь 38ХМЮА или ее заменители - 38ХВФЮА и 38ХЮА.

Таблица 10.4.1-Механические свойства, термообработка сталей,

применяемых для изготовления зубчатых колес

Марки стали	Диаметр заготовки, мм	Предел прочности,МПа	Предел текучести, МПа	Твердость НВ (сред.) кг/мм2	Термооб-работка
35	до 100 св. 100	510 490	270 260	180 160	Нормализация
45	100-500	570	260	190	Нормализация
45	до 90 90-120 св.120	780 730 690	440 390 340	230 210 200
30ХГС	до 140 св. 140	1020 930	840 740	260 250	Улучшение
40 Х	до 120 120 - 160 св.160	930 880 830	690 590 540	270 260 245
40ХН	до 150 150- 180 св. 180	930 880 835	690 590 540	280 265 250
40 Л	-	520	290	160	Нормализация
45 Л	-	540	310	180
35 ГЛ	-	590	340	190	Улучшение
35ХГСЛ	-	790	590	220

Марка стали	Твердость, НRC	Термообработка
30ХГС, 35ХМ, 40Х, 40ХН	45-55	Закалка
12ХНЗА, 18Х2Н4, 20ХМ	50-63	Цементация и закалка
20ХГМ, 25ХГТ, 30ХГТ, 35Х	56-63	Нитроцементация
30Х2МЮА, 38Х2Ю, 40Х	56-63	Азотирование
40Х, 40ХН, 35ХМ	45-63	Поверхностная закалка ТВЧ

В зависимости от способа получения различают литые, кованые, штампованные колеса и колеса, изготовляемые из круглого проката.

Чугун применяют главным образом для изготовления крупногабаритных, тихоходных колес открытых зубчатых передач (см. табл.4.4. и 4.5.).

Основным недостатком чугуна является пониженная прочность по напряжениям изгиба. Однако чугун хорошо противостоит усталостному выкрашиванию и заеданию в условиях плохой смазки. Он не дорог и обладает хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатывается.

Разработанные в настоящее время новые сорта модифицированного чугуна позволяют чугунному литью конкурировать со стальным литьем также и в закрытых передачах.

Для изготовления зубчатых колес применяют серый чугун СЧ21-40, СЧ23-44 модифицированный чугун СЧ28-48, СЧ32-52, СЧ35-56, с также магниевый чугун с шаровидным графитом.

Из пластмасс для изготовления зубчатых колес на ходят применение главным образом текстолит ( Е=6000- 8000 МПа) и лигнофоль ( Е=10000-12000 МПа), а также полиамиды типа капрона. Из пластмассы изготовляют обычно одно из зубчатых колес пары.

Вследствие сравнительно низкой нагрузочной способности пластмассовых колес, их целесообразно применять в малонагруженных кинематических передачах. В силовых передачах пластмассовые колеса используют только в отдельных случаях.