11 Расчет допускаемых напряжений
Допускаемые контактные напряжения. Расчет на усталость рабочих поверхностей зубьев колес при циклических контактных напряжениях базируется на экспериментальных кривых усталости, которые обычно строят в полулогарифмических координатах (рис.2.1).
Рис. 2.1 |
Здесь: sH - наибольшее напряжение цикла, NH - число циклов нагружений, sH lim(sH0)* - предел выносливости материала, NHG(NH0) - базовое число циклов (абсцисса точки перелома кривой усталости).
|
* В расчётных формулах данного раздела в скобках приведены условные обозначения величин, принятые в технической литературе более ранних лет издания.
Допускаемое контактное напряжение рассчитывают для каждого зубчатого колеса передачи по формуле
,
где
определяют по эмпирическим зависимостям,
указанным в табл.2.2;
- коэффициент
безопасности, рекомендуют назначать
SH =1,1 при нормализации, термоулучшении
или объемной закалке зубьев (при
однородной структуре материала по
всему объему); SH=1,2 при поверхностной
закалке, цементации, азотировании (при
неоднородной структуре материала по
объему зуба);
ZN ( KHL ) - коэффициент долговечности,
,
но £
2,6 при SH = 1,1;
и £ 1,8 при SH = 1,2.
Если
,
то следует принимать
.
Коэффициент ZN учитывает возможность повышения допускаемых напряжений для кратковременно работающих передач ( при NH < NHG ).
Расчет
числа циклов перемены напряжений
выполняют с учетом режима нагружения
передачи. Различают режимы постоянной
и переменной нагрузки. При постоянном
режиме нагрузки расчетное число циклов
напряжений
,
где c - число зацеплений зуба за один оборот (для проектируемого редуктора с=1);
-
частота вращения того зубчатого колеса,
по материалу которого определяют
допускаемые напряжения, об/мин;
t – время работы передачи (ресурс) в часах; t = Lh.
Постоянный режим нагрузки является наиболее тяжелым для передачи, поэтому его принимают за расчетный также в случае неопределенного (незадаваемого) режима нагружения.
Большинство режимов нагружения современных машин сводятся приближенно к шести типовым режимам (рис.2.2):
Рис.2.2 |
0 - постоянный, I - тяжелый, II- средний равновероятный, III - средний нормальный, IV - легкий, V - особо легкий
|
Режим работы передачи с переменной нагрузкой при расчете допускаемых контактных напряжений заменяют некоторым постоянным режимом, эквивалентным по усталостному воздействию. При этом в формулах расчетное число циклов NH перемены напряжений заменяют эквивалентным числом циклов NHE до разрушения при расчетном контактном напряжении.
,
где
- коэффициент эквивалентности.
Базовое
число циклов NHG перемены напряжений,
соответствующее пределу контактной
выносливости
,
определяют по графику на рис.2.2 в
зависимости от твердости поверхности
зуба или рассчитывают по эмпирическим
следующим зависимостям
.
Из двух значений (для зубьев шестерни и колеса) рассчитанного по формуле (2.1) допускаемого контактного напряжения в дальнейшем за расчетное принимают:
-
для прямозубых (цилиндрических и
конических) передач - меньшее из двух
значений допускаемых напряжений
и
;
-
для косозубых цилиндрических передач
с твердостью рабочих поверхностей
зубьев Н1 и Н2 ³
350 НВ - меньшее из двух напряжений
и
;
- для косозубых цилиндрических передач, у которых зубья шестерни значительно (не менее 70...80 НВ) тверже зубьев колеса -
[ sH ]= 0, 5 ( + ) £ 1,25 [sH]min ,
где [sH]min - меньшее из значений [sH1] и [sH2] .