Выбор материала зубчатых колес и определение допускаемых напряжений

Зубчатые колеса редукторов в большинстве случаев изготавливают из углеродистой стали. При выборе марок стали учитывают назначение и тип передачи, требования к габаритам и массе, технологию изготовления, экономическую целесообразность.

Примем для шестерни и колеса материал одной марки, а различную твердость обеспечим различной термообработкой. Примем сталь 40Х с твердостью 200-230 HB.

Допускаемое контактное напряжение для каждого из зубчатых колёс определяется по формуле (3.1) [2, с.28]:

,МПа (4.1)

где SH ─ коэффициент запаса прочности;

ZR ─ коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности зубьев;

ZV ─ коэффициент, учитывающий окружную скорость;

KL ─ коэффициент, учитывающий влияние смазки;

KХН ─ коэффициент, учитывающий размер зубчатого колеса.

SH =1,1 ─ по [2,с.29] табл. 3.1;

ZR ·ZV ·KL ·KХН=0,9 ─ принимают при проектировочных расчётах по ГОСТ 21354 .

σНlim –предел контактной выносливости поверхности зубьев, МПа, определяется по формуле [2, с.28]:

,МПа (4.2)

где KHL ─ коэффициент долговечности;

KHL =1 ─ по [2, с.28];

σНlimb – предел контактной выносливости поверхности зубьев, который зависит от твердости материала шестерни (колеса) и вычисляется по

 

 

 
 
у


формуле ([2, с.31] табл. 3.2):

,МПа; (4.3)

где НВ – твердость материала по Брюннелю.

В данном проекте исходным материалом шестерни (колеса) является сталь 40Х (термообработка – улучшение) с твердостью материала по Брюннелю НВ=180 – 350 ─ по [2, с.31] табл.3.2.

;

;

;

.

Принимаем для проектировочного расчёта в качестве допускаемого напряжения [σН]=[σН2]=384,5 МПа.

Определяем допускаемое напряжение на выносливость зубьев при изгибе [σF],МПа, определяем раздельно для шестерни и колеса по формуле (3.2) [2, с.32]:

(4.4)

где σFlim – предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий эквивалентному числу циклов перемены напряжений, МПа, рассчитываем по формуле:

(4.5)

где σFlimb - предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений, МПа;

K - коэффициент, учитывающий влияние шлифования переходной поверхности зуба;

KFd- коэффициент, учитывающий влияние деформационного упрочнения или электрохимической обработки переходной поверхности зубьев;

KFo- коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки;

KFL- коэффициент долговечности.

σFlimb1 = 414 МПа, σFlimb2 = 360МПа - по [2, с.31] табл. (3.2) для шестерни и колеса в зависимости от способа термической и химико-термической обработки;K=1 - для зубьев с нешлифованной поверхностью; KFd =1-при изготовлении колёс без данных видов обработки; KFo =1-при одностороннем приложении нагрузки; KFL =1-для длительно работающих передач.

;

.

SF – коэффициент безопасности, определяем по формуле [2, c.32]:

, (4.6)

где SF - коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала зубчатого колеса и ответственность зубчатой передачи;

SF - коэффициент, учитывающий способ получения заготовки зубчатого колеса.

 

SF =1,75; SF=1 - по [2, с.29] табл. 3.1.

YS-коэффициент, учитывающий градиент напряжения и чувствительность материала к концентрации напряжений;

YR-коэффициент, учитывающий шероховатость переходной поверхности;

KXF- коэффициент, учитывающий размеры зубчатого колеса.

σFlimb1 = 414 МПа, σFlimb2 = 360МПа - по расчётам;SF=1,75; YS =1-по [2, с.33] рис. 3.1;YR=1; KXF=1.

;

.