4. Выбор материала зубчатой передачи и определение допускаемых напряжений
4.1. Выбор твёрдости, термообработки и материала зубчатой передачи:
а) Выбираем материал для зубчатой пары колес, одинаковый для шестерни и колеса:
Материал – Сталь 40Х
б) Выбираем термообработку для зубьев шестерни и колеса:
Для шестерни – улучшение, для колеса – нормализация
в) Выбираем интервал твердости зубьев
шестерни НВ
и НВ
:
Для шестерни НВ
=235…262
Для колеса НВ
=269…302
г) Определяем среднюю твердость зубьев
шестерни НВ
и колеса НВ
:
НВ
=(235
+ 262)/2=248,5
НВ
=(269+
302)/2=285,5
НВср=(НВ
+
НВ
)/2=267HB
д) Определяем механические характеристики сталей для шестерни и колеса sв, s-1:
Для шестерни sв=900 Н/мм2, s-1=410Н/мм2, sт=750 Н/мм2
Для колеса sв=790 Н/мм2, s-1=375 Н/мм2, sт=640 Н/мм2
е) Выбираем предельные значения размеров заготовки шестерни(Dпред – диаметр) и колеса(Sпред – толщина обода или диска):
Dпред=200мм, Sпред=125мм
4.2.Определение допускаемых контактных напряжений [s]н, н/мм2
а) Определяем время работы привода с учетом изменения режимов нагружения
tL1=0.1LH=0.1×20×103=2×103
tL2=0.4LH=0.4×20×103=4×103
tL3=0.5LH=0.5×20×103=10×103
б)Рассчитываем число циклов нагружения :
1)Nc1i=60×n1×tLi-для шестерни
Nc11=60×955×2×103=114,6×103
Nc12=60×955×8×103=458,4×103
Nc13=60×955×10×103=573×103
2) Nc2i=60×n2×tLi- для колеса
Nc21=60×175×2×103=21×103
Nc22=60×175×8×103=84×103
Nc23=60×175×10×103=105×103
Определяем коэффициент долговечности для зубьев шестерни KHL1 и колеса KHL2:
KHL1=
KHL2=
,
где NH0 – число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости; N – число циклов перемены напряжений за весь срок службы(наработка), N=573ϖLh. Здесь ϖ – угловая скорость соответствующего вала, 1/с; Lh – срок службы привода(ресурс),ч.
для шестерни
N1=
циклов,
для колеса N2=
циклов.
NH01=NH02=16.5 × 106
Т.к. N1>NH01 и N2>NH02, то KHL1 = KHL2=1
б) Определяем допускаемое контактное напряжение [s]H01 и [σ]H02, соответствующее пределу контактной выносливости при числе циклов перемены напряжений NH01 и NH02;
для шестерни [s]H01=1,8
НВ
+
67=
Н/мм2
для колеса [σ]H02=1,8
НВ2ср+ 67=
Н/мм2
в) Определяем допускаемые контактные напряжения для зубьев шестерни [s]H1 и колеса [σ]H2:
для шестерни [s]H1= KHL1[s]H01=1×580,9=580,9 Н/мм2
для колеса [σ]H2= KHL2[σ]H02=1×514,3=514,3 Н/мм2
Т.к. НВ
-
НВ
=
37>20, но <50,
цилиндрическая зубчатая передача
рассчитывается по меньшему значению
[σ]Н из полученных для шестерни
[s]H1
и колеса [σ]H2,
т.е. по менее прочным зубьям
[σ]Н=[σ]H2=514,3Н/мм2
4.3.Определение допускаемых напряжений изгиба [σ]f, н/мм2
а) Определяем коэффициент долговечности
для зубьев шестерни КFL1=
KFL2=
где NF0=4×106 – число циклов перемены напряжений для всех сталей, соответствующее пределу выносливости; N – число циклов перемены напряжений за весь срок службы(наработка)
б) Определяем допускаемое напряжение изгиба [σ]F01 и [σ]F02 соответствующее пределу изгибной выносливости при числе циклов перемены напряжений NF0:
для шестерни [σ]F01=1,03
НВ
=1,03×248,5=255,96
Н/мм2
для колеса [σ]F02=1,03 НВ2ср=1,03×285,5=294,07 Н/мм2
в) определяем допускаемые напряжения изгиба для зубьев шестерни [σ]F1 и колеса [σ]F2:
для шестерни [σ]F1= КFL1[σ]F01=255,96×0,57=145,9 Н/мм2
для колеса [σ]F2= KFL2[σ]F02=294,07·0,75=220,5 Н/мм2
цилиндрическая зубчатая передача рассчитывается по меньшему значению [σ]F и из полученных для шестерни [s]F1и колеса [σ]F2, т.е. по менее прочным зубьям
[σ]F=[σ]F2=255.96Н/мм2
Для реверсивных передач [σ]F=255,955×0,75=191,97
|
Элемент передачи |
Марка стали |
Dпред |
Термо – обработка |
НВ |
sв |
s-1 |
[σ]Н |
[σ]F |
|
Sпред |
НВ2ср |
Н/мм2 |
||||||
|
Шестерня
Колесо |
Сталь40Х |
200мм
125мм |
Улучшение
Нормализация |
248,5
285,5 |
790
900 |
375
410 |
514,3
580,9 |
191,79
220,55 |
