Эскизный проект

3. Выбор материала зубчатых колес

В условиях индивидуального и мелкосерийного производства для малонагруженных и средненагруженных передач, а также в открытых передачах с большими габаритами колес выбирают в качестве материала черные и цветные металлы. Для обеспечения чистового нарезания зубьев или винтовой поверхности у червяков после термообработки, высокой точности изготовления и хорошей прирабатываемости зацеплений выбирают материал шестерни и колеса с твердостью H≤350HB.

В целях увеличения технического уровня редуктора (снижения массы и габаритов передачи), уменьшения стоимости и унификации конструкции деталей и оснастки для их изготовления в качестве материала назначают марку металла с более высокими показателями по твердости с учетом следующих условий.

При H≤350HB должно обеспечиваться условие HB_ср1- HB_ср2 = 20…50, а также для сокращения затрат на термообработку деталей нестандартных редукторов рекомендуется способ упрочнения, который называется «улучшение». Улучшение – это комбинированная термообработка, состоящая из закалки (нагрев до 760°С и быстрое охлаждение), а также высокого отпуска (нагрев до550°С и охлаждения вместе с печью), предназначенного для снятия напряжений в материале после закалки.

Определение средней твердости поверхностей зацепления шестерни HB_ср1 и колеса HB_ср2 производится, как среднее арифметическое предельных значений твердости выбранного материала по формуле:

HB_ср=0,5 (HB1 + HB2)

HB_ср1=0,5 (269 + 302) = 285,5

HB_ср2=0,5 (235 + 262) = 248,5

Проверка по приведенному моменту на тихоходной ступени редуктора по формуле:

Т₂ / u_зп ≥ к

где к = 30 – для конической передачи

T₂ - вращающий момент на валу зубчатого колеса, Нм;

u_зп- передаточное число редуктора.

Т₂ / u_зп = 72,70 / 7,1 =10,24 Нм;

Так как неравенство по приведенному моменту не выполняется, то твердость материала шестерни назначаем с учетом неравенства H≤350HB. Исходя из допустимых размеров заготовки и относительного значения стоимости, а также повышения показателей унификации шестерню и колесо изготавливают из стали 40Х. При этом проверяется условие:

HB_ср1- HB_ср2 = 20… 50

HB_ср1- HB_ср2 = (269 + 302)/2 – (235 + 262)/2 = 37

4. Определение допускаемых напряжений.

4.1. Назначение срока службы редуктора и количества капитальных ремонтов привода.

Рациональный срок службы редуктора, определяемый нормами надежности и морального износа, для зубчатых передач составляет 10 лет. Рекомендуемый, базовый 90-процентный ресурс L_10h соответственно (20…25)10³ часов. Значение выбирается исходя из назначения привода и режима эксплуатации. Принимаем L_10h = 22000 часов. Зная срок службы привода, назначается количество ремонтов по замене редуктора в приводе исходя из формулы:

λ = L_h / L_10h = 29000 / 22000 = 1,5 ≈ 2

4.2. Определение допускаемых напряжений при контакте и изгибе в зацеплении зубчатых передач.

4.2.1. Время работы привода согласно диаграмме изменения нагрузки:

t_hi = t_i  L_10h

t_h1 = 0,1  L_10h = 0,1  22000 = 2200 ч

t_h2 = 0,4  L_10h = 0,4  22000 = 8800 ч

t_h3 = 0,5  L_10h = 0,5  22000 = 11000 ч

4.2.2. Число циклов изменения напряжений за весь срок службы привода для шестерни N_c1i и колеса N_c2i редуктора:

N_c1i = 60  n₁  t_hi

N_c11 = 60  n₁  t_h1 = 60  920  2200 = 12110⁶

N_c12 = 60  n₁  t_h2 = 60  920  8800 = 48510⁶

N_c13 = 60  n₁  t_h3 = 60  920  11000 = 60710⁶

{ N_c11 = 12110⁶; N_c12 = 48510⁶; N_c13 = 60710⁶}

N_c2i = 60  n₂  t_hi

N_c21 = 60  n₂  t_h1 = 60  129,57 2200 = 17,1010⁶

N_c22 = 60  n₂  t_h2 = 60  129,57  8800 = 68,3010⁶

N_c23 = 60  n₂  t_h3 = 60  129,57  11000 = 85,5010⁶

{ N_c21 = 17,1010⁶; N_c22 = 68,3010⁶; N_c23 = 85,5010⁶}

4.2.3. Вращающие моменты с учетом диаграммы изменения нагрузки F на исполнительном органе Т_иоi; тихоходной Т_тi и быстроходной Т_бi ступеней редуктора, а также значения этих параметров для эквивалентного режима Т_иоэ; Т_тэ; Т_бэ нагружения, полученных при разработке технического предложения:

Таблица 4.2.3.1. Вращающие моменты.

F, Н	F1	F2	F3	Fэкв
	250	175	100	199,3
Тио = FDио / 2, Нм	Тио1	Тио2	Тио3	Тио = Тэ
	250	175	100	199,3
Тт = Тио / (ηм  ηпк  uоп), Нм	Тт1	Тт2	Тт3	Т2 = Тэ
	91,2	63,87	36,5	72,7
Тб = Тт / (ηзп  ηпк  uзп), Нм	Тб1	Тб2	Тб3	Т1 = Тэ
	13,45	9,42	5,38	10,72

где η_м; η_пк; η_зп; η_оп - кпд муфты, подшипников, закрытой и открытой передачи;

u_зп; u_оп- передаточное отношение закрытой и открытой передачи.