13. Силы в зацеплении зубчатых передач.
Силы в зацеплении определяют
в полюсе зацепления. На шестерню действует
вращательный момент, который создаёт
распределённую по контактным линиям
зуба колеса нагрузку. Эту нагрузку
заменяют равнодействующей силой
,
направленной по линии зацепления nn и
приложенной в полюсе. Силами трения
в зацеплении пренебрегают,
так как они малы. Силу
раскладывают
на окружную Ft и радиальную Fr (рис. 2.3.12):
;
Рисунок
2.3.12 Схема действия сил в зубчатом зацеплении
(2.3.14)
(2.3.15)
Такое разложение силы Fn на составляющие удобно для расчёта зубьев и валов. На ведомом колесе направлениесилы Ft совпадает с направлением вращения, а на ведущем – противоположно ему, т.е. силы на ведущем и ведомом колёсах всегда направлены против действия соответствующих моментов. Радиальные силы Fr направлены к осям вращения колёс и создают «распор» в передаче. Расчет на прочность зубчатых колес проводят по двум условиям прочности: по контактным напряжениям и по напряжениям изгиба. При расчете по контактным напряжениям для всех коэффициентов применяется индекс «Н», по напряжениям изгиба – индекс «F».
В косозубых передачах помимо возникает осевая сила Fа, направление которой зависит от направления вращения шестерни и колеса.
14. Материалы зубчатых колес.
Основными материалами зубчатых колес служат термически обрабатываемые стали, так как они по сравнению с другими материалами лучше обеспечивают контактную прочность и прочность зубьев на изгиб.
В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев различают стальные зубчатые колеса:
1).
твердостью
.
Чистовое нарезание зубьев производят
после термообработки (нормализации,
улучшения). При этом получают довольно
высокую точность изготовления зубьев
без применения отделочных операций
(шлифовки, притирки и т.д.). Стальные
зубья твердостью
хорошо прирабатываются и воспринимают
динамические нагрузки. Для выравнивания
долговечности колес и лучшей
прирабатываемости твердость зубьев
шестерни принимают больше твердости
зубьев колеса:
-
для прямозубых передач 
-
для косозубых передач 
,
где
– твердость зубьев шестерни по Бринеллю;
- твердость зубьев колеса.
Зубчатые колеса твердостью применяют в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими колесами, термическая обработка которых затруднена (в основном в мелкосерийном и единичном производстве).
Зубчатые колеса обычно изготавливают из качественных углеродистых сталей 35, 40, 45, 50 и легированных сталей 35Х, 40Х, 40ХН и др.
2).
твердостью
(в этом случае используют шкалу Роквелла
,
).
Стальные зубья твердостью
плохо прирабатываются и нуждаются в
высокой точности изготовления.
Нарезание зубьев производят до термической
обработки (вследствие высокой твердости
заготовок после ТО (закалки ТВЧ,
цементирования, азотирования,
нитроцементации)). Причем некоторые
виды термообработки вызывают коробление
зубьев, поэтому для исправления формы
зубьев применяют отделочные операции.
При твердости колес 
не требуется обеспечивать разность
твердости рабочих поверхностей зубьев
шестерни и колеса.
С
увеличением твердости рабочей поверхности
зубьев допускаемые напряжения
увеличиваются 
раза , а нагрузочная способность - в 
раза.
Зубчатые колеса твердостью применяют средне- и тяжелонагруженных передачах при больших окружных скоростях (в основном в крупносерийном и массовом производстве).
Зубчатые колеса твердостью обычно изготавливают из средне- и малоуглеродистых легированных сталей 40Х, 40ХН, 12ХН3А, 15Х, 18ХГТ, 38Х2МЮА и др.
Помимо сталей зубчатые колеса выполняют из чугунов и пластмасс.
Ч
угуны
в основном применяют для изготовления
крупногабаритных зубчатых колес
тихоходных открытых передач (т.к. чугунные
зубья могут работать при бедной смазке
и хорошо сопротивляются заеданию).
Основные недостатки чугунов - малые
допускаемые напряжения и низкая прочность
при ударных нагрузках. Чугунные колеса
изготавливают из серого и модифицированного
чугуна марок СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧ30, СЧ35.
Пластмассы (текстолит, капролон, нейлон и др.) применяют в быстроходных малонагруженных передачах, в приборах и небольших силовых установках (часто в паре с металлическими колесами). Пластмассовые зубчатые колеса (по сравнению с металлическими) хорошо воспринимают переменные нагрузки (амортизируют удары, гасят механические вибрации) и, следовательно, обеспечивают бесшумность работы передачи, имеют более низкий износ зубьев.