Материалы и термообработка зубчатых колес

2.1.1. Выбор материала зубчатых передач

Материал для закрытых зубчатых колес должен обеспечить высокую сопротивляемость выкрашиванию поверхностных слоев зубьев. Этим требованиям отвечают термически обрабатываемые углеродистые и легированные стали. Нагрузочная способность передач редукторов лимитируется контактной прочностью. Допускаемые контактные напряжения в зубьях пропорциональны твердости материалов, а несущая способность передач пропорциональна квадрату твердости. Это указывает на целесообразность применения для зубчатых колес сталей, закаливаемых до высокой твердости.

Термообработка для цилиндрической передачи – цементация– поверхностное насыщение зубьев углеродом с последующей закалкой и низким отпуском. Углерод может находиться в твердой либо газообразной фазе. Преимущество цементации высокая твердость поверхности зубьев.

Материал для цилиндрической передачи: Сталь 20Х ГОСТ 4543-71 – шестерня (индекс 1), Сталь 15Х ГОСТ 4543-71 – колесо (индекс 2).

 

2.1.2 Допускаемые контактные напряжения при расчете на выносливость активных поверхностей зубьев

Передача	Марка стали	Термообработка	Твердость	Предел выносливости, МПа
шестерни	колеса	Поверхности зубьев, HRC	Сердцевины, НВ
σHlimb	σFlimb
ЦП	Сталь 20Х	Сталь 15Х	Цементация
ЦП	Сталь 20Х	Сталь 15Х	Цементация

Таблица 2 – Материал, термообработка, предел контактной и изгибной выносливости.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Допускаемые контактные напряжения, s_HP, МПа:

;

при выполнении условия ,

где s_Hlimbj – пределы контактной выносливости поверхности зубьев шестерни и колеса, соответствующие базовому числу циклов напряжений,

S_Hmin – минимальный коэффициент запаса прочности: для материалов при поверхностном упрочнении зубьев S_Hmin = 1,2; для материалов однородной структуры S_Hmin = 1,1;

Z_N1j – коэффициенты долговечности для шестерни и колеса, Z_N1 = Z_N2 = 1, т. к. частота вращения промежуточного вала редуктора не известна:

цилиндрическая передача:

s_Hlimbj = 23×H_HRC, j =1;2;

s_Hlimb1 = 23∙55 = 1265 МПа;

s_Hlimb2 = 23∙55 = 1265 МПа;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Допускаемые напряжения цилиндрической передачи:

;

,

условие 853,88<1166,96 выполняется, следовательно, в качестве выбираем меньшее значение.

2.1.3 Определение коэффициентов закрытой передачи

Коэффициент ширины зубчатого венца относительно диаметра шестерни тихоходной передачи, в связи с большой твердостью Н₂ > 350НВ выберем равным

Исходя из параметра ψ_bdнайдем коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине зубчатого венца в быстроходной и тихоходной передачах К_нβ1 и К_нβ2 из графика (рис. 3.2. учебного пособия).

К_нβ1 =1,08;

К_нβ2 =1,08.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.2 Расчет редуктора на ЭВМ

Студент: Костик Д.А. AK - 313

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ РЕДУКТОР ПО РАЗВЁРНУТОЙ СХЕМЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

----------------------------------------------------------------

| Передаточное отношение редуктора.................. 17.75 |

| Вращающий момент на тихоходном валу, Нм........... 1260.0 |

| Допускаемые контактные напряжения, МПa: |

| быстроходной передачи........................ 948 |

| тихоходной передачи.......................... 948 |

| Коэффициент ширины зубчатого венца |

| относительно диаметра шестерни |

| быстроходной передачи........................ 0.30 |

| тихоходной передачи.......................... 0.60 |

| Коэффициент, учитывающий распределение |

| нагрузки по ширине зубчатого венца |

| быстроходной передачи........................ 1.08 |

| тихоходной передачи.......................... 1.08 |

| Вид зубьев зубчатых колес |

| быстроходной передачи........................ косые |

| тихоходной передачи.......................... косые |

----------------------------------------------------------------

 

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

___________________________________________________________________________

| | |

| | В А Р И А Н Т Ы Р А С Ч Е Т А |

|Н А И М Е Н О В А Н И Е |---------------------------------------|

| | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |

|-----------------------------------|-------|-------|-------|-------|-------|

| БЫСТРОХОДНАЯ ПЕРЕДАЧА | | | | | |

| Передаточное отношение | 4.261| 3.320| 3.320| 3.696| 2.265|

| Межосевое расстояние, мм |125.000|112.000|112.000|112.000| 90.000|

| Модуль нормальный, мм | 2.000| 2.000| 2.000| 2.000| 2.000|

| Угол наклона зубьев, градус | 14.534| 15.359| 15.359| 15.359| 14.835|

| Число зубьев: | | | | | |

| шестерни | 23 | 25 | 25 | 23 | 24 |

| колеса | 98 | 83 | 83 | 85 | 63 |

| Делительный диаметр, мм: | | | | | |

| шестерни | 47.521| 51.852| 51.852| 47.704| 49.655|

| колеса |202.479|172.148|172.148|176.296|130.345|

| Ширина зубчатого венца, мм: | | | | | |

| шестерни | 16.0 | 18.0 | 18.0 | 16.0 | 17.0 |

| колеса | 14.0 | 16.0 | 16.0 | 14.0 | 15.0 |

| | | | | | |

| ТИХОХОДНАЯ ПЕРЕДАЧА | | | | | |

| Передаточное отношение | 4.250| 5.450| 5.211| 4.900| 6.944|

| Межосевое расстояние, мм |160.000|180.000|180.000|180.000|200.000|

| Модуль нормальный, мм | 3.000| 2.750| 3.000| 3.000| 2.750|

| Угол наклона зубьев, градус | 10.142| 9.797| 10.475| 10.475| 10.541|

| Число зубьев: | | | | | |

| шестерни | 20 | 20 | 19 | 20 | 18 |

| колеса | 85 | 109 | 99 | 98 | 125 |

| Делительный диаметр, мм: | | | | | |

| шестерни | 60.952| 55.814| 57.966| 61.017| 50.350|

| колеса |259.048|304.186|302.034|298.983|349.650|

| Ширина зубчатого венца, мм: | | | | | |

| шестерни | 38.0 | 36.0 | 36.0 | 38.0 | 32.0 |

| колеса | 36.0 | 34.0 | 34.0 | 36.0 | 30.0 |

| | | | | | |

| ПАРАМЕТРЫ РЕДУКТОРА | | | | | |

| Передаточное отношение | 18.11| 18.09| 17.30| 18.11| 18.23|

| Масса редуктора, кг | 96.3| 100.4| 100.8| 101.1| 102.5 |

---------------------------------------------------------------------------

 

ПРИМЕЧАНИЯ: 1. Материал корпуса редуктора - серый чугун

2. КПД цилиндрической передачи - 0,97

 

2.3 Выбор варианта расчета редуктора. Уточнение данных табл. 1

Из 5 предложенных программой вариантов расчета наиболее подходящим является 1 вариант, так как масса редуктора по сравнению с другими вариантами значительно меньше, что является очень большим плюсом в проектировании и показателем рациональности.

 

 

Уточнение табл.1:

n₃ = n₂/i_б = 1455/4,261 = 341,47(мин^-1)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

n₄ = n₃/i_т = 341,47/4,25 = 80,35(мин^-1)

(Нм)

 

№	Р, кВт	n, мин^–1	Т, Н×м
	12,085		39,66
	11,48		75,35
	11,14	341,47	311,55
	10,8	80,35

Таблица 2 – Силовые и расчетные параметры редуктора