Расчёт цилиндрической зубчатой передачи

11. РАСЧЁТ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

11.1. Коэффициент долговечности

В зубчатом зацеплении передача движения осуществляется за счет непосредственного контакта сопряжённых зубьев. Наиболее распространено эвольвентное зацепление. Теория зубчатого зацепления изложена в учебных пособиях [4, 5]. Зубчатые передачи рассчитаны на длительную работу. При наработке меньше базовой размеры передачи могут быть уменьшены вследствие повышения предельных и допускаемых напряжений. На рис. 6 приведена кривая выносливости материала, по которой принимают предел выносливости . Он соответствует базовому числу циклов N_G. При числе циклов нагружения N < N_Gпредельное напряжение  будет иметь большее значение и его следует принимать по криволинейному участку, который соответствует уравнению:

.                                      (17)

Рис. 6. Кривая выносливости

Показатель степени т характеризует крутизну наклона кривой выносливости. Число циклов нагружения учитывают коэффициентами долговечности К_Нд и К_Fд. При N ³N_G  К_Нд = К_Fд = 1. Эти коэффициенты также учитывают переменность нагрузки. При постоянной нагрузке класс Н 1,0. Он соответствует коэффициенту эквивалентности K_НE = 1.  Коэффициент долговечности по контактным напряжениям определяют по формуле:

,                                                 (18)

где N_HG— база контактных напряжений, принимать по табл. 4.

Таблица 4

База контактных напряжений

     Примечания. 1. Для промежуточных значений твёрдости базу контактных напряжений определять методом линейной интерполяции.

2. В таблице приведена твёрдость поверхности в различных единицах измерения (HB и HRC), что позволяет определить соответствие между ними.

     Коэффициент долговечности по изгибу:

,                                             (19)

где N_FG — база изгибных напряжений;

m – показатель степени; принимать  т = 6 и N_FG = 10·10⁶  при твёрдости сердцевины H £350НВ; т = 9 и N_FG = 150·10⁶  при твёрдости сердцевины H ³ 40 HRC.

Коэффициент эквивалентности по изгибным напряжения  и базовый ресурс t_Sпринимать по табл. 5.

Таблица 5

Коэффициенты эквивалентности

Наработка (число циклов нагружения) при постоянной частоте вращения:

,                                                            (20)

где с — число потоков мощности, в планетарном редукторе оно равно числу сателлитов (с = п_с); в обычных редукторах с = 1; п — частота вращения вала зубчатой передачи, об/мин,  t_S— машинное время (ресурс), ч; определяется  по формуле:

,                                                     (21)

где L— срок службы, лет; S— число смен работы, рекомендуется принимать S= 2;   2008 — число рабочих часов в году, равно 40 · 52 - 9 · 8  (40 — число рабочих часов в неделю, 9 — количество праздничных дней в году, 8 — число часов работы в одну смену); ПВ — относительная продолжительность включения, принимать ПВ = 0,15 при лёгком режиме, ПВ = 0,25 при среднем режиме, ПВ = 0,4 при тяжёлом режиме.

       Принимать  не меньше базового ресурса (табл. 5).Коэффициент эквивалентности по изгибу K_FEпринимают по классу нагрузки  (табл. 4).  В расчёты коэффициенты долговечности вводят лишь в том случае, когда они меньше единицы (К_Д 1), что приводит при расчёте зубчатых передач к уменьшению межосевого расстояния. Коэффициенты долговечности рассчитывают для каждого колеса, принимая большее из двух значений.

11.2. Материалы зубчатых колёс и допускаемые напряжения

Зубчатые колёса в большинстве случаев изготовляют из сталей, подвергнутых либо нормализации или улучшению («сырые» стали), либо объёмной закалке или химико-термическому упрочнению («калёные» стали). Чугун применяют для колёс тихоходных открытых передач, шестерни в этом случае изготовляют из сталей обыкновенного качества (Ст5, Ст6).

Выбор марок сталей для шестерни и колеса зависит от желаемой стоимости зубчатой передачи и от предполагаемых габаритов редуктора. Выбор следует делать из трёх групп сталей: