Министерство образования Российской Федерации

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра  Детали машин и тмм  зубчатые и червячные передачи

Часть I. Проектировочный расчет

Методические указания к курсовому проекту

по деталям машин для студентов

машиностроительных специальностей

всех форм обучения

4-е издание, переработанное

Нижний Новгород

2001

Составители А.А. Ульянов, Ю.П. Кисляков, Л.Т. Крюков

УДК 621.833: 539.4 (075.5)

Зубчатые и червячные передачи. ЧI: Проектировочный расчет: Метод. указания

к курсовому проекту по деталям машин для студентов машиностроительных спец. всех форм обучения.- 4-е изд., перераб. / НГТУ; Сост.: А.А. Ульянов,

Ю.П. Кисляков, Л.Т. Крюков - Н. Новгород, 2001. – 31 с.

Научный редактор Н.В. Дворянинов

Редактор И.И. Морозова

Подп. к печ. Формат 60х84¹/16. Бумага газетная.. .

Печать офсетная Печ. л. 2. Уч.- изд. л. . Тираж 1000 экз. Заказ .

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ,. 603600, .Н. Новгород, ул. Минина, 24.

© Нижегородский государственный

технический университет, 2001

ВВЕДЕНИЕ

В данной работе приведены методические указания по проектировочному расчету цилиндрических и конических зубчатых передач, а также червячных передач с цилиндрическими червяками.

Настоящие указания являются 4-м переработанным изданием методи-ческих указаний кафедры 1991 года. Основаниями для переработки послужили ГОСТ 21354-87 [1] и методики расчетов, изложенные в [2]…[5].

Проектировочные расчеты являются ориентировочными, служат для предварительного определения размеров передач и не могут заменить проведения окончательных проверочных расчетов на прочность.

1. Материалы и термообработка

1.1. Зубчатые передачи

1.1.1. Основной материал - термически обработанные стали с содержанием углерода 0,1…0,6 %.

1.1.2. В зависимости от твердости поверхностей зубьев зубчатые колеса разделяют на три группы:

а) мягкие - с твердостью поверхности Н  350 НВ (обычно 163…302 НВ – после нормализации или улучшения);

б) твердые – 350 НВ < Н < 56 HRC_Э (обычно 40…56 HRC_Э – закаленные)

в) высокотвердые – Н > 56 HRC_Э (обычно 56…63 HRC_Э – цементированные, нитроцементированные, азотированные).

1

.1.3. Связь между единицами твердости НВ (Бринелля), HRC_Э (Роквелла) и НV (Виккерса) представлена на рис.1.1.

1.1.4. Мягкие зубчатые переда-чи хорошо прирабатываются. С увеличением твердости активных поверхностей зубьев, а также окружной скорости прирабатываемость зубчатых колес снижается.

Для ускорения прирабатывае-мости зубьев и повышения несущей способности рекомендуют для передач :

а) прямозубых

Н_1m – H_2m > 25 HB;

б

Рис.1.1. Соотношение твердостей HB,

HRC_Э, HV

) косозубых и шевронных

Н_1m – H_2m > 100 НВ,

где Н_1m , H_2m – средние твердости поверхностей зубьев.

` 1.1.5. При Н  350 НВ чистовое нарезание зубьев производят после термообработки, что позволяет получать высокие степени точности без применения дорогих отделочных операций.

1.1.6. Зубья с твердостью Н  350 НВ нарезают до термообработки, после которой подвергают отделочным операциям (обкатке, шлифованию, полиро-ванию, притирке и т.д.)

Твердые и высокотвердые зубья – плохо прирабатывающиеся. Для них принимают Н_1m  Н_2m и применяют в массовом и крупносерийном производ-ствах для снижения габаритов и массы передачи.

1.1.7. Основные виды термо и химико – термических упрочнений зубча-тых колес :

а) нормализация – нагрев выше критической температуры с охлажде-нием на воздухе; применяется для колес больших размеров, во вспомогате-льных механизмах и с ручным приводом.

б) закалка – нагрев выше критической температуры ацетиленовым пламенем или токами высокой частоты (закалка ТВЧ), выдержка и охлаждение с определенной скоростью (в воде, в масле и т.п.).

Объемная закалка не сохраняет вязкой сердцевину и вытесняется поверх-ностными методами упрочнения.

Поверхностная закалка ТВЧ широко применяется для средненапря-женных передач и скоростей до 12,5 м/с; должна проводиться с охватом впадин зубьев и целесообразна для шестерен в паре с улучшенными колесами;

в) улучшение – закалка с высоким отпуском до t⁰ = 550…650 ⁰С с целью снижения внутренних напряжений и повышения пластичности; применяют при отсутствии жестких требований к габаритам и массе передачи в мелкосерийном и единичном производствах;

г) цементация (56…63 HRC_Э) – диффузионное насыщение углеродом при t⁰ = 900…950 ⁰С поверхностного слоя низкоуглеродистой стали на глубину 1…2 мм с последующими закалкой и низким отпуском (до 250 ⁰С);

д) нитроцементация (56…64 HRC_Э) – насыщение поверхности угле-родом и азотом в газовой среде; требует дорогого оборудования;

е) азотирование (до 750…900 HV) – насыщение поверхности азотом на глубину 0,3…0,6 мм; минимальное искажение формы зубьев, не требует отде-лочных операций (например, для колес с внутренними зубьями); рекомендуют для высокоскоростных и высокоточных передач.

1.1.8. При любом способе получения высокотвердой поверхности зубьев твердость сердцевины не должна превышать 40…45 HRC_Э.

1.1.9. В целях унификации материалов в многоступенчатых редукторах рекомендуют для всех ступеней сохранять одно и то же сочетание марок сталей шестерни и колеса, а разные механические характеристики поверхностей зубь-ев получать за счет изменения режимов термо – или химико – термической обработки.

1.1.10. Зубчатые колеса больших размеров ( d_a  500 мм ) изготавливают литыми из стали и чугуна или бандажированными (из центра и зубчатого венца

1.1.11. Выборка марок сталей для курсового проекта и механические характеристики зубьев в зависимости от термообработки приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Характеристики механических свойств сталей зубчатых колес

D = da + 6 мм			D = dae + 6 мм			S = c или S =   = 2,2 m + 0,05b2			S = c или S =   = 2,5 mte + 2 мм
Марка стали	Размеры, мм, не более			Термо-обработка	Механические свойства						Отнси- тель-ная стои-мость
								твердость
					в, МПа		т, МПа	НВ cердце- вины		HRCЭ повер- хности
	D	S
1	2	3		4	5		6	7		8	9
35	любые			нормализация	550		270	163 - 192		---
45	любые			нормализация	600		320	179 - 207		---	1,0
45	125	80		улучшение	780		540	235 - 262		---
45	80	50		улучшение	890		850	269 – 302		---
40Х	200	125		улучшение	790		640	235 – 262		---
40Х	125	80		улучшение	900		750	269 – 302		---	1,3
40Х	125	80		закалка ТВЧ	900		750	269 – 302		45 – 50
35ХМ	315	200		улучшение	800		670	235 – 262		---
35ХМ	200	125		улучшение	920		790	269 – 302		---	1.5
35ХМ	200	125		закалка ТВЧ	920		790	269 – 302		48 – 53
40ХН	315	200		улучшение	800		630	235 – 262		---
40ХН	200	125		улучшение	920		750	269 – 302		---	2,0
40ХН	200	125		закалка ТВЧ	920		750	269 – 302		48 – 53
45ХЦ	315	200		улучшение	830		660	235 – 262		---
45ХЦ	200	125		улучшение	950		780	269 – 302		---	1,8
45ХЦ	200	125		закалка ТВЧ	950		780	269 – 302		50 - 56
20ХНМ	200	125		цементация	1000		800	300 – 400		56 – 63	2,0
12ХН3А	200	125		цементация	1000		800	300 – 400		56 – 63	2,4
25ХГНМ	200	125		цементация	1000		800	300 – 400		56 – 63	1,8
18ХГТ	200	125		нитроцементац	1000		800	300 – 400		56 – 63	1,2

Окончание табл.1.1
1	2	3	4	5	6	7	8	9
40ХНМА	125	80	азотирование	980	780	269 – 302	50 – 56	3,0
38ХМЮА	125	80	азотирование	1000	850	269 – 302	850 –900 HV	2,5
35Л	любые		нормализация	550	270	163 – 207	---
45Л	315	200	улучшение	680	440	207 – 235	---
50ГЛ	315	200	улучшение	850	600	235 – 262	---
Примечания: 1. При поверхностном упрочнении зубьев механические характеристики сердцевины зуба определяются предшествующей термообработкой – улучшением. Исключение – зубья с модулем m  3 мм, подвергаемые закалке ТВЧ, которые прокаливаются насквозь. 2. Стали поставляются в виде поковок или проката, кроме 35Л, 45Л, 50ГЛ, которые поставляют в виде отливок.