4.3 Последовательность расчета редуктора
1 Выбирают материалы для изготовления зубчатых колес всех ступеней.
2 Определяют допускаемые напряжения для материалов шестерни и колеса всех ступеней: допускаемые контактные напряжения [H]; допускаемые напряжения изгиба [F]; допускаемые напряжения при кратковременной перегрузке [H]max, [F]max.
3 Рассчитывают одну из ступеней редуктора. Для двухступенчатого цилиндрического редуктора вначале рассчитывается вторая тихоходная ступень, как более нагруженная и определяющая габариты редуктора. При расчете определяют: d1, d2, z1, z2, m, aw, , bw.
4 Выполняют полный проверочный расчет: на усталость по контактным напряжениям H [H]; по напряжениям изгиба F [F]; на заданную перегрузку Hmax [H]max, Fmax [F]max.
5 Затем рассчитывают первую быстроходную ступень. Расчет начинается с назначения диаметра колеса d2, который должен быть меньше диаметра колеса d2 тихоходной ступени с целью уменьшения потерь на перемешивание и разбрызгивание масла. Рекомендуется тихоходное колесо погружать в масло на 1/3 радиуса, а быстроходное — не более двойной высоты зуба h (h = 2,25 т).
Так же определяют d1, d2, z1, z2, m, aw, , bw. Затем выполняют проверочный расчет на усталость по контактным напряжениям, по напряжениям изгиба, на заданную перегрузку.
Аналогично рассчитываются и другие редукторы.
В червячных передачах на контактную прочность и изгиб рассчитывают только зубья червячного колеса, так как витки червяка по форме и материалу значительно прочнее зубьев колеса. Правильный расчет предотвращает усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев.
4.4 Выбор материалов для зубчатых колес редуктора и определение допускаемых напряжений
Выбор материалов проводится на конкретном примере.
Рассчитать редуктор, установленный в приводе конвейера (рисунок 4.7): P1 = 9,0 кВт, n = 960 об/мин, общее передаточное отношение u = 20; редуктор должен работать 12 ч в сутки, 300 дней в году в течение 10 лет; режим нагружения II (см. рисунок 4.6, г; таблицу 4.3); кратковременная перегрузка не превышает двух номинальных моментов. Редуктор изготовлен в отдельном закрытом корпусе, смазка – погружением в масляную ванну.
а1 а2
Рисунок 4.7 – Двухступенчатый цилиндрический редуктор
Чтобы спроектировать редуктор недорогой и небольших габаритов, выбираем для изготовления колес и шестерен сравнительно недорогую легированную сталь 40Х, которая относится к группе материалов с твердостью НВ 350. Такая твердость позволяет производить чистовое нарезание зубьев после термообработки. При этом можно получать 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 обеих ступеней твердость шестерен H1 рекомендуется назначать больше твердости колеса H2 не менее чем на 10–15 единиц:
.
По таблице 4.4 назначаем для колес и шестерен твердость: для колес обеих ступеней – НВ 230...260, в = 850, т = 550 МПа; для шестерни 2-й ступени НВ 260...280, в = 950, т = 700 МПа.
В косозубых передачах зубья шестерен целесообразно выполнять с твердостью, значительно превышающей твердость зубьев колеса. При НВ > 350 твердость выражается в единицах Роквелла НRС, поэтому зубьям шестерни первой ступени назначаем термообработку – азотирование поверхности 50…59 HRC при твердости сердцевины 26…30 HRC, в = 1000, т = 800 MПа [30]. При этом обеспечивается приработка зубьев обеих ступеней.
Затем определяются допускаемые напряжения.