2 Проектировочный расчет зубчатых передач редуктора

Зубчатая передача закрытая. Основной характер разрушения – усталостное выкрашивание активных поверхностей зубьев под действием контактных напряжений. Проектировочный расчет следует начинать с определения межосевого расстояния a_W из условия сопротивления контактной усталости.

2.1 Материал и термообработка зубчатых колес

В целях унификации[1, c.11]; [3, c.4] материалов для зубчатых колес обеих ступеней с учетом мелкосерийного производства принимаем сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Выпуск мелкосерийный, жесткие требования к габаритам и массе отсутствуют. По рекомендациям [3, c.3, п.1.1.4], чтобы получить

H_1m – H_2m > 100НВ , назначаем термообработку зубьев :

– шестерни z₁ – поверхностную закалку ТВЧ (ТВЧ1);

– колеса z₂ – улучшение (У2).

Механические свойства стали 40Х после термообработки[2, c.12, т.2.1]; [3, c.5] с предположением, что D  125 мм и S  80 мм, даны в таблице 4.

Таблица 4 – Механические свойства z₁ и z₂ из стали 40Х

Наименование параметра	З у б ч а т о е к о л е с о		Примечание
	шестерня z1	колесо z2
1 Термообработка	закалка ТВЧ (ТВЧ1)	улучшение (У2)
2 Твердость поверхности	(45...50) НRCЭ	(269...302) НВ
средняя по Роквеллу	47,5 НRCЭ	31 НRCЭ
по Бринелю	460 НВ	285 НВ	[2, c.3, рис.1.1]
по Виккерсу	500 НV	290 НV	то же
3 Предел прочности В, МПа	900	900
4 Предел текучести Т, МПа	750	750
Примечание - H1m – H2m = 460 – 285 = 175 > 100НВ.

2.2 Режим работы передачи и число циклов перемены напряжений

Коэффициенты приведения заданного переменного режима (рисунок 2 ТЗ) к эквивалентному постоянному [3, c.8] определяются :

, (9)

где m – показатель степени отношения моментов: m_H = q_H /2; m_F = q_F;

q–показатель степени кривой усталости: q_H = q_F = 6 и тогда m_H =3, m_F = 6.

При расчете по контактным напряжениям _Н :

при расчете по напряжениям изгиба _F :

Судя по величинам _Н и _F заданный режим работы наиболее приближается [3, c.8, таблица 2.1] к тяжелому типовому режиму.

Требуемая долговечность передачи в часах определяется:

, (10)

где k_Г = 0,8 – коэффициент годового использования;

k_С = 1,0 – коэффициент суточного использования;

h = 4 года – срок службы передачи в годах.

Суммарное число циклов перемены напряжений за весь срок службы [3,c.8] определяется:

, (11)

где n – частота вращения зубчатого колеса, мин ^-1;

с – число зацеплений зуба за один оборот зубчатого колеса: [3, c.9] c=1.

Эквивалентное число циклов перемены напряжений [3, c.8] определяется:

(12)

(N_HE = _Н N_ ; N_FE = _F N_).

Базовое число циклов перемены напряжений [3, c.9] :

– по контактным напряжениям определяется:

(13)

где H_m – средняя твердость поверхности зубьев по Бринеллю;

– по изгибным напряжениям : N_Flim = 410⁶.

Результаты расчета N_, N_HE, N_FE, N_Hlim, представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Число циклов перемены напряжений в зубьях

Ступень и зубчатое колесо	n, мин -1	Число циклов N в миллионах
		N	NHE	NHlim	Сравнение NHE с NH lim	NFE	Сравнение NFE с NFlim
z1	671,36	1129	749	70	NHE > NHlim	730	NFE > NFlim
z2	299,79	504	335	23,4	NHE >NHlim	325	NFE > NFlim