4.2. Выбор материала зубчатых колёс и вида упрочнения

Значения предела контактной выносливости зубьев [_Hlim] быстроходной и тихоходной пар определим по формуле

[_Hlim] _H[s_H], (2.7)

где [s_H] - нормативный коэффициент запаса контактной прочности. Примем [s_H] = 1,2 .

Тогда по формуле (2.7)

[_Hlim]_т1025*1,2=1230 МПа,

[_Hlim]_б831*1,2=997 МПа.

В качестве термической обработки зубьев тихоходной зубчатой передачи выберем Улучшение и закалка ТВЧ по контуру зуба (m3). В качестве материала возьмем сталь 40Х

_Hlimт=54*17+200= 1118 МПа.

В качестве термической обработки зубьев быстроходной зубчатой передачивыберем Улучшение и закалка ТВЧ по контуру зуба (m<3). В качестве материала возьмем сталь 40Х.

_Hlimб =45*17*+200 = 785 МПа.

4.3. Проверочный расчёт зубчатой передачи

ПО КРИТЕРИЮ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ЗУБЬЕВ

Проверочный расчёт зубьев косозубых передач выполняется по критерию изгибной усталостной прочности зубьев:

_F= 2ТY_FS(К_FY_Y_)/ (mdb)  [_F], (23)

гдеТ– момент, передаваемый данным зубчатым колесом;

Y_FS– коэффициент формы зуба (рис. 11); назначается по эквивалентному числу зубьев данного зубчатого колеса

z_v= z/ cos³ ;

К_F= К_АК_F К_F К_F.– коэффициент расчётной нагрузки; (24)

Коэффициент К_Fучитывает влияние динамических перегрузок, возникающих из-за неточности зубчатых колёс (таблица 21).

Коэффициент К_Fучитывает влияние неравномерности распределения напряжений по ширине зубчатого венца. Подобно коэффициенту К_Нкоэффициент К_Fзависит от схемы расположения зубчатых колёс редуктора. Значение этого коэффициента можно определить по формуле:

К_F= 0,18 + 0,82 К⁰_Н.

Для предотвращения поломки зубьев из-за неравномерного распределения нагрузки по длине зуба применяют колёса со срезанными углами зубьев. Срез с обеих сторон зуба выполняется в форме фаски высотой (0,5 … 0,6)mи с углом _ф = 45 при твёрдости зуба до 350 НВ или _ф = 15 … 20 при твёрдости свыше 350 НВ.

Коэффициент К_F. учитывает влияние погрешностей изготовления зубчатой пары на распределение нагрузки между зубьями. Принимается, что К_F.= К⁰_Н. Таким образом, значения К_FиК_F. определяют без учёта приработки зубьев.

Таблица 21

Значение коэффициента кf

Степень точности по ГОСТ 1643-81	Твёрдость зубьев колеса	Значение КFпри , м/с
		1	3	5	8	10
Цилиндрических – 6 Конических прямозубых – 5	350 НВ	1,02 1,01	1,06 1,03	1,10 1,06	1,16 1,06	1,20 1,08
	 350 НВ	1,06 1,03	1,18 1,09	1,32 1,13	1,50 1,20	1,64 1,26
Цилиндрических – 7 Конических прямозубых – 6	 350 НВ	1,02 1,01	1,06 1,03	1,12 1,05	1,19 1,08	1,25 1,10
	350 НВ	1,08 1,03	1,24 1,09	1,40 1,16	1,64 1,25	1,80 1,32
Цилиндрических – 8 Конических прямозубых – 7	 350 НВ	1,03 1,01	1,09 1,03	1,15 1,06	1,24 1,09	1,30 1,12
	350 НВ	1,10 1,04	1,30 1,12	1,48 1,19	1,77 1,30	1,96 1,38
Цилиндрических – 9 Конических прямозубых – 8	 350 НВ	1,03 1,01	1,09 1,03	1,17 1,07	1,28 1,11	1,35 1,14
	350 НВ	1,11 1,04	1,33 1,12	1,56 1,22	1,90 1,36	- 1,45

Примечание. В числителе приведены значения для прямозубых, а в знаменателе – для цилиндрических косозубых и для конических передач с круговыми зубьями.

К оэффициентY_ учитывает влияние наклона зубьев и определяется по формуле:

Y_= 1 – _ 0,7. ,

где _ =b sin/*m cos

КоэффициентY_ учитывает влияние перекрытия зубьев. В предварительных расчётах прямозубых передач принимается Y_= 1. Для косозубых передач при _ 1 значение

Y_= 1/_.

Допускаемое напряжение при расчёте зубьев на усталость;

[_F] = _{F lim}Y_F Y_N /[s_F], (25)

здесь_Flim– предел выносливости зубьев;

[s_F] – нормативный коэффициент запаса усталостной прочности зубьев (таблица 20).

Коэффициент долговечностиY_N = (N_GF /N_F)^1/m

учитывает режим работы; принимается для всех сталейN_F= 4  10⁶ ;при Н 350НВзначение m= 6 и Y_N 4, а при Н 350НВ значениеm= 9 и Y_N 2,6.

Y_N =1/(4*10^6)^1/9=1

Комплексный коэффициент

Y_F =Y_TY_zY_gY_dY_A, (26)

где Y_z– коэффициент способа получения заготовки зубчатого колеса; для поковок и штамповок Y_z= 1; для проката Y_z= 0,9; для литых Y_z= 0,8;

Y_A – коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложениянагрузки; принимается Y_A = 1при одностороннем приложении нагрузки и Y_A = 0,7 ... 0,8при реверсивной нагрузке (большие значения при твёрдости более 350 НВ).Вкурсовом проекте принимаемY_F = Y_zY_A, остальные коэффициенты в (26) считаем равными единице.

Для тихоходной передачи:

1)Y_F = 0,675,

2)Y_т=1,589

3) _т=1,1

4)Y_т=0,74,

5)Y_FSт=4,3,

6)К_Fт=0,18+0,82*1,13=1,107,

7)z_vт =19,

8)К_Fт=1,5*1,01*1,107*1,45=2,43,

9)_Flimт=900МПа,

10)_Fт= 2*165,3*4,3*(2,43*0,74*1)*10^3/3*45*54=211МПа

11)[_F]_т =900*0,675*1/1,7=357,3>211

Условие выполняется.

Для быстроходной передачи:

1)Y_F = 0,675,

2) Y_б=1

3) _ =1,575

4) Y_б=0,755,

5) Y_FSб=4,3,

6) К_Fб=1,18,

7) z_{v б}=11,

8) К_Fб=1,25*1,02*1,118*1,3=1,85,

9)_Flimб=550МПа

10)_Fб= 2*33,7*4,3*(1,85*0,755*1)*10^3/2*25*38=223МПа

11)[_F]_б = 550*0,675*1/1,7=218,3223

Условие изгибной прочности выполняется, так как [_F]_б <_Fб меньше чем на пять процентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Для обеспечения требуемого крутящего момента и частоты вращения на выходном валу необходимо использовать асинхронный электродвигатель переменного тока 4А100S4

Для обеспечения ресурса тихоходной зубчатой передачи необходимо изготовить её из стали 40Х с твердостью зубьев 35 HRC и улучшение и закалку ТВЧ по контуру зуба в качестве термообработки.. Для обеспечения ресурса быстроходной зубчатой передачи её необходимо изготовить из стали 40Х с твердостью зубьев 35 HRC и использовать объёмную закалку(при спокойном характере нагрузки) в качестве термообработки.

2. На промежуточном валу следует установить подшипники ГОСТ 46306.

3. Для крепления крышек подшипниковых узлов следует использовать болты Болт М10 для тихоходной и быстроходной передач.

4. Для соединения выходной вал – муфта необходимо использовать шпоночное соединение.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин: Учебник для машиностроительных специальностей вузов – М.: Высш. шк. , 2005. – 408 с.

2. Жуков В.А. Детали машин и основы конструирования: Основы расчёта и проектирования соединений и передач: Учеб.пособие – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. – 417 с.

3. Детали машин. Справочные материалы по проектированию /Сост. Ю.Н. Макаров, В.И. Егоров, А.А. Ашейчик, Р.Д. Макарова – СПб.: Изд-во Гос. техн.ун-та, 1995. – 76 с. (находится в зале курсового проектирования кафедры МиДМ).