3. Выбор материала зубчатой передачи. Определение допускаемых напряжений

3.1. Выбор материала и термической обработки.

По таблице 3.1 [1], назначаем для изготовления зубчатых колес сталь 40Х с термической обработкой: колеса – улучшение, 296…302 НВ; шестерни – улучшение и закалка ТВЧ, 45…50 HRC.

3.2 Допускаемые напряжения.

Определяем контактные напряжения и напряжения изгиба отдельно для шестерни и колеса.

3.2.1 Определяем допускаемые напряжения для колеса.

Определяем среднюю твердость колеса:

НВ_ср =

Базовые числа циклов нагружений:

- контактная прочность

N_HO2 = (НВ_ср)³ (3.1)

N_HO2 = 299³ = 2,6 * 10⁷ циклов

- изгиб

N_FO2 = 4 * 10⁶ циклов.

Действительное число циклов перемены напряжений:

N₂ = 60 * n₂ * L_n (3.2)

где

n₂ – частота вращения колеса, n₂ = 85 об/мин.

L_h – срок службы, L_h = 6100 ч.

тогда

N₂ = 60 * 85 * 6100 = 3,1 * 10⁷ циклов.

Определяем коэффициент долговечности по контактным напряжениям:

K_HL2 = ≤ K_HLmax (3.3)

При термической обработке улучшение K_HLmax = 2,6

K_HL2 = = 0,97 ≤ 2,6

Определяем коэффициент долговечности на изгиб

Так как N₂ > N_FL2 то N_FL2 = 1.

Значение [σ]_HO и [σ]_FO принимаем по таблице 2.2 [3]

[σ]_HO2 = 1,8 НВ_ср + 67 (3.4)

[σ]_HO2 = 1,8 * 299 + 67 = 605 Н/мм²

[σ]_FO2 = 1,03 НВ_ср

[σ]_FO2 = 1,03 * 299 = 308 Н/мм²

Определяем допускаемое контактное напряжение по формуле

[σ]_H2 = K_HL2 * [σ]_HO2 (3.6)

[σ]_H2 = 0,97 * 605 = 587 Н/мм²

Определяем допускаемое напряжение изгиба по формуле

[σ]_F2 = K_FL2 * [σ]_FO2 (3.7)

[σ]_F2 = 1 * 308 = 308 Н/мм²

3.2.1 Определяем допускаемые напряжения для шестерни.

Определяем среднюю твердость шестерни:

HRC_ср =

Базовые числа циклов нагружений:

- по таблице 3.3 [1] определяем N_HO1

N_HO1 = 6,8 * 10⁷ циклов.

- число циклов перемены напряжений при расчете на изгиб

N_FO1 = 4 * 10⁶

Действительное число циклов перемены напряжений:

N₁ = N₂ * U_ред (3.8)

N₁ = 3,1 * 10⁷ * 4,0 = 12,4 * 10⁷ циклов.

Определяем коэффициент долговечности по контактным напряжениям и напряжениям на изгиб.

Так как N₁ > N_HO1 то K_HL = K_FL1 = 1

Значения [σ]_HO1 и [σ]_FO1 принимаем по таблице 2.2 [3]

[σ]_HO1 = 14HRC_ср + 170 (3.9)

[σ]_HO1 = 14 * 47 + 170 = 828 Н/мм²

[σ]_FO1 = 310 Н/мм²

Определяем допускаемое контактное напряжение по формуле

[σ]_H1 = K_HL1 * [σ]_HO1 (3.10)

[σ]_H1 = 1 * 828 = 828 Н/мм²

Определяем допускаемое напряжение изгиба по формуле

[σ]_F1 = K_FL1 * [σ]_FO1 (3.11)

[σ]_F1 = 1 * 310 = 310 Н/мм²

4. Расчет закрытой цилиндрической зубчатой передачи

4.1 Определяем межосевое расстояние по формуле:

a_w ≥ (4.1)

где

К_а – коэффициент межосевого расстояния, для прямозубых колес К_а = 49,5;

ψ_а – коэффициент ширины колеса, при симметричном расположении колес ψ_а = 0,315…0,4, принимаем ψ_а = 0,315;

U_ред – передаточное число редуктора;

Т₂ – вращающий момент на тихоходном (выходном) валу, Н·м;

[σ]_H – допускаемое контактное напряжение колеса с менее прочным зубом, [σ]_H = 587 Н/мм²;

К_Нβ – коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба, для прирабатывающихся зубьев К_Нβ = 1.

тогда

a_w = мм

По таблице 19.1 [3] принимаем межосевое расстояние а_w = 160 мм.