4 Вибір матеріалів зубчастих коліс і розрахунок допустимих напружень для відкритої циліндричної косозубої передачі

Оскільки у завданні не задається особливих вимог у відношенні габаритів передачі, то вибираємо матеріал для колеса та шестірні з середніми механічними характеристиками.

Для виготовлення шестірні вибираємо сталь 45 та для виготовлення колеса сталь 35.

Твердість для колеса приймаємо 165НВ₂, а для шестірні прийнято вибирати на 30-40 одиниць більше, отже твердість шестірні приймаємо 195НВ₁ (табл.3.1, [1]). Термообробка для шестерні і колеса – нормалізація. Твердість поверхні і механічні властивості після термообробки наступні:

для шестірні – Н=195НВ, 340МПа, 600 МПа;

для колеса - Н=165НВ, 320МПа, 540 МПа.

У розрахунках активних поверхонь зубців на контактну втому допустимі контактні напруження визначають за формулою (3.1)

,

де - границя контактної витривалості поверхонь зубців, що відповідає базі випробувань N_НО.

Базу випробувань N_НО – визначаємо за формулою (3.2)

;

.

Границю контактної витривалості знаходимо залежно від виду термічної обробки зубців та їх твердості(табл.3.3, див.розд.3):

для шестірні =2Н_НВ+70=2195+70=460 МПа;

для колеса =2Н_НВ+70=2165+70=400 МПа.

Коефіцієнт довговічності Z_N обчислюємо за формулою (3.3):

для зубців шестірні

;

для зубців колеса

.

Тут - еквівалентне число циклів навантаження за термін служби передачі

.

Коефіцієнт режиму навантаження визначають за табл.3.4 [1] відповідно режиму навантаження, а сумарне число циклів навантаження зубців шестерні і колеса за формулою

;

,

де h – термін служби передачі в годинах; n – частота обертання шестірні або колеса, в об/хв; і – число одночасних зубчастих зачеплень.

;

.

Так як для шестірні і колеса N_НО N_НЕ , то беремо Z_N1= Z_N2=1;

Коефіцієнт Z_R беремо рівним Z_R=0,95, при шорсткості поверхні зубців R_а=(2,5…1,25). S_H – коефіцієнт запасу міцності. S_H=1,1…1,2. Приймаємо S_H=1,1

Допустимі контактні напруження для шестірні і колеса

Тоді розрахункові контактні напруження

Необхідна умова виконується

У розрахунках зубців на втому при згині допустиме напруження визначаємо окремо для зубців шестерні і колеса за формулою (3.6)

_,

де - границя витривалості при згині, що відповідає базі випробувань N_FO = 410⁶, при коефіцієнті асиметрії R=0 і визначається за рекомендаціями табл.3.7 [1]

для шестірні

для колеса

Коефіцієнт довговічності

; ,

де N_FE - еквівалентне число циклів зміни напружень згину за термін служби передачі

;

.

Так як N_FO<N_FE, то беремо Y_N1=Y_N2=1. Коефіцієнт навантаження і його вибирають з таблиці 3.4 [1] і залежитьвінвід режиму навантаження і показникакривої.

Допустимі напруження згину, при коефіцієнті запасу міцності S_F =2 і коефіцієнті шорсткості перехідної поверхні Y_R=1(якщо R_z<40 мкм)

Граничне допустиме контактне напруження

де - границя текучості при розтягу.

Граничні допустимі напруження на згин

Для шестірні

Для колеса