12.3 Способи зміцнення робочих поверхонь

Їх три групи :

1.Термічні: нормалізація, покращення, гартування.

2. Хіміко - термічні: цементація, азотування, ціанування.

3. Механічні: накатування, чеканення, дробоструминна обробка, електрополірування.

Термічні способи

1. Нормалізація :

відпал (от жиг) та нагрівання до температури вище критичної точки структурних перетворень металу на 30 - 50 *К , витримка ,а згодом - охолодження на спокійному повітрі.

Для коліс малонавантажених , порівняно великих поковок та відливок з середньо вуглецевих сталей.

Не порушується точність виготовлення , гарна припрацьовуваність коліс.

2. Покращення :

Гартування з наступним високим відпусканням і повним зняттям залишкових напруг (нагрівання до 773...953*К і наступне повільне або швидке охолодження).

Для коліс середньої навантаженості , припрацьовуваність зубців - середня , важко нарізати зубці через їх підвищену твердість.

3. Гартування :

нагрівання вище критичної точки структурних перетворень металу на 30...50*К, витримка і наступне різке охолодження.

Буває гартування поверхневе (СВЧ-струми високої частоти) , полум’яне й об’ємне.

Широкий діапазон навантажень , всі види сталей (окрім звичайної якості).

Можливе жолоблення зубців , зниження точності виготовлення , погана припрацьовуваність зубців.

Хіміко - термічні способи

1. Цементація :

насичення вуглецем поверхневого шару (до 0,2мм товщиною з вмістом 0,8...1,1%) при температурі 1113...1193*К в відповідному середовищі.

Для високонавантажених коліс зі всіх видів сталей.

Можливе жолоблення зубців , втрата точності.

2. Азотування :

насичення поверхневого шару азотом при 773...833*К в середовищі з аміаком.

Для швидкохідних коліс підвищеної точності з легованих сталей .

3. Ціанування :

насичення поверхневого шару азотом та вуглецем при 833...1223*К в розплаві ціаністих солей (глибина 0,15...0,7мм).

Механічне зміцнення :

Накатування , чеканення , дробоструминна обробка , електрополірування.

Для коліс підвищеної точності і чистоти.

Треба підкреслити як підсумок , що в термічно необробленому стані механічні властивості всіх сталей достатньо близькі , а тому застосування легованих сталей без термообробки неприпустиме.

12.4 Розрахунок на міцність циліндричних коліс евольвентного зачеплення

Розрахунок ведеться на витривалість під дією змінних контактних Gн та згинних Gf напружень.

Розрахункове навантаження на зубець колеса.

Позначення приймаємо згідно з ГОСТ 21354 - 75 „Передачи зубчастые цилиндрические. Расчет на прочность.”

Т₁ , Т₂ - крутні моменти , Нм;

F_n ,F_t,, - нормальне , колове , радіальне зусилля ,Н ;

- початковий діаметр коліс

- кут зачеплення по дузі початкового кола

Розглядаємо передачу, де колеса нарізані без зміщення інструменту (початковий діаметр співпадає по величині з ділильним).

Приймаємо допущення, що тертя ковзання між зубцями відсутнє, тоді зусилля F_n направлене по лінії зачеплення (насправді тертя ковзання є і вектор зусилля F_n трохи відхиляється (на певний кут) від лінії зачеплення).

;

Як розрахункове беремо номінальне навантаження з урахуванням коефіцієнтів навантаження.

Питоме розрахункове навантаження :

, (12.4.1)

де - сумарна довжина ліній контакту;

- коефіцієнт нерівномірності навантаження по ширині колеса;

- коефіцієнт динамічності навантаження

, (12.4.2)

де - ширина зубчастого вінця колеса (виміряне по початковому циліндру);

- коеф., що враховує змінність сумарної довжини контактної лінії

коефіцієнт торцевого перекриття.

Оскільки ,

напишемо

(12.4.3)

Позначимо в (12.4.3) і назвемо його коефіцієнтом, що враховує розподілення навантаження між зубцями.

Тоді :

(12.4.4)

Позначимо в (12.4.4) :

- питоме колове зусилля.

Значення коефіцієнтів - з таблиць.

Остаточно

розрахункове питоме навантаження на зубець колеса :

(12.4.5)

Розрахунок прямозубих циліндричних коліс на контактну витривалість активних поверхонь зубців

Допущення :

1. Розрахунок ведеться на момент контакту зубців в зоні полюсу зачеплення П, де існує однопарне зачеплення (рис.2), тобто ставимо зубець заздалегідь в найгірші умови -навантаження передається лише однією парою зубців (насправді на переважно більшій частині профілю зачеплення як мінімум 1,1 пар - перекриття)

2.Контакт двох спряжених зубців вважаємо (уявляємо) за контакт двох циліндрів, у яких радіуси кривизни профілів зубців в полюсі зачеплення відповідно (рис.1) Звідси 3-тє допущення.

3. Розрахунок ведеться по змінних найбільш контактних напруженнях, що визначаються за формулою Герца для випадку контакту двох циліндрів.

σ_н = (1)

Рівняння (1) - умова міцності зубців щодо контактних напружень , де

, (2)

Е - зведений модуль пружності матеріалів зубців обох коліс;

Е₁,Е₂ - модулі пружності матеріалу зубців відповідно ведучого й веденого коліс;

q - розрахункове питоме нормальне навантаження,

; (3)

питоме колове зусилля при розрахунку на контактну міцність;

коефіцієнт Пуассона

(4)

зведений радіус кривизни профілів зубців в зоні контакту;

радіуси кривизни профілів зубців ведучого й веденого коліс (± - відповідно для зовнішнього й внутрішнього зачеплення) - з рис.1:

(5)

Підставимо рівняння (5) в (4) :

(6)

Перетворюємо (6) з урахуванням :

(7)

Підставимо (3) і (7) в (1) :

σ_Н = (8)

Перетворюємо (8) з урахуванням

:

σ_Н = (9)

Позначимо в (9)

= Z_M - коефіцієнт що враховує механічні властивості матеріалів спряжених зубців.

= Z_H - коефіцієнт що враховує форму спряжених зубців

Тоді :

σ_Н = Z_M Z_H ≤ [ σ_H ] (10)

Рівняння (10) застосовується для перевірного розрахунку.

Під час проектного розрахунку з (10) визначають параметр dω1 . Послідовність дій наступна.

У вираз (10) ввести

(11)

а також , де - 0,2...1,4 - коефіцієнт ширини колеса відносно його діаметру.

Одержимо :

₌ (12)

звідки при відомому :

(13)

Позначимо в (13)

Остаточно :

(14)

Визначення допустимого контактного напруження

виконують за емпіричною формулою

(1)

де - границя контактної витривалості активних поверхонь зубців( табл., залежно від виду зміцнення та

твердості), МПа;

S_H - коефіцієнт безпеки, береться в межах 1,10...1,25 залежно від виду зміцнення активних поверхонь зубців;

Z_R - коефіцієнт, що враховує шорсткість спряжених поверхонь зубців; береться в межах 0,9...1,0 залежно від величини мікро нерівностей (клас чистоти обробки).

КHL - коефіцієнт довговічності ,

, (2)

де NHO - базова кількість циклів зміни напружень, береться в межах 10· ... 140· циклів;

NH =60·n·c·te , (3)

де NH -кількість циклів змінних навантажень підчас експлуатації коліс;

n - частота обертання колеса, ;

с - кількість коліс, що знаходяться в зачепленні з даним;

te - еквівалентний час роботи передачі за весь період її експлуатації в різних режимах (розгін, номінальний і т.д.).

Лекція №13