4.1 Материалы зубчатых колёс и способы упрочнения зубьев

Зубчатые колёса передач и редукторов в большинстве случаев изготавливают из сталей, подвергнутых термическому или химико-термическому упрочнению.

Способы упрочнения выбирают в зависимости от требуемой несущей способности зубчатых колёс, марки стали, оборудования и трудоёмкости изготовления.

Основные способы упрочнения:

1 Нормализация. Позволяет получить лишь низкую нагрузочную способность. Используют для поковок и отливок из среднеуглеродистых сталей; сохраняет точность, полученную при механической обработке; передачи хорошо и быстро прирабатываются.

2 Улучшение. Обеспечивает свойства, аналогичные получаемым при нормализации, но нарезание зубьев труднее из-за большей их твёрдости. Заготовки – средние по размерам поковки и отливки из среднеуглеродистых сталей.

3 Закалка. При нагреве ТВЧ даёт среднюю нагрузочную способность при достаточно простой технологии. Из-за повышенной твёрдости зубьев передачи плохо прирабатываются; недостаток такой термообработки – потери одной-двух степеней точности вследствие коробления, величина которого зависит от применяемого оборудования и культуры производства.

4 Цементация. Обеспечивает высокую нагрузочную способность и стабильность свойств; поверхности зуба насыщают углеродом до 0,8 – 1,1 % на глубину 0,20m_n. Недостаток способа – большое коробление, потеря двух степеней точности.

5. Расчёт допускаемых напряжений

Определить допускаемое контактное напряжение для расчёта косозубой пары с высоким пределом твёрдости НВ₂ = 300-400 и передаточным числом 14, работающим при коэффициенте долговечности колеса К_нд < 1.

Механические свойства стали

Таблица 6

Марка стали

Диаметр D, мм

Ширина S, мм

НВ сердцевины

HRC поверхности

σВ

σТ

Термическая обработка

МПа

18ХГТ

200

125

300-400

56-63

1000

800

Улучшение, цементация, закалка

Пределы выносливости и коэффициенты безопасности

Таблица 7

Термическая обработка	Твёрдость зубьев HRC		Сталь	, МПа	SH	МПа	SF	[σHmax], МПа	[σFmax], МПа
	На поверх-ности	В серд-цевине
Ц+З	56-63	30-43	18ХГТ	23HRCпов	1,2	600	1,55	40HRCпов	1200

По табл. 4.6 [ ]

МПа;

Допускаемое контактное напряжение определяется по формуле:

; (5.1)

МПа

Допускаемое напряжение изгиба определяется по формуле:

; (5.2)

МПа

5.1 Коэффициенты нагрузки

Фактическую нагрузку в зацеплении определяют с учётом неравномерности распределения нагрузки между зубьями и по ширине венца и с учётом ударов.

Коэффициенты нагрузки:

; (5.1.1)

. (5.1.2)

Для косозубых передач при β > 0° = 0,81.

Расчёт окружной скорости конической передачи и внутреннего зацепления:

, (5.1.3)

где n₁ – частота вращения шестерни, мин^-1; С_υ – коэффициент; Т_max – вращающий момент на валу колеса, Н·мм; u – передаточное число.

Принимаем С_υ = 11 (табл. 4.9 [ ]),

м/с.

По графику (рис. 4.7 [ ]) = 1,025.

При расчёте на контактную выносливость и при твёрдости колеса HRC₂ ≥ 40 для конических передач с круговыми зубьями

; (5.1.4)

Значение начального коэффициента концентрации в зависимости от твёрдости и расположения колеса = 1,9 (табл. 4.7 [ ]).

.

При расчёте конических передач с круговыми зубьями на изгибную выносливость и твёрдости HRC₂ ≥ 40

; (5.1.5)

Значение начального коэффициента концентрации в зависимости от твёрдости и расположения колеса = 1,67 (табл. 4.8 [ ]).

.

Коэффициенты динамичности при расчёте на контактную выносливость принимаются по табл. 4.11 [ ] = 1,01, на изгибную выносливость по табл. 4.12 [ ] = 1,02.

;

.