4.6 Визначення силових і кінематичних параметрів приводу

Силові параметри (потужність і крутний момент) і кінематичні параметри (частота обертання і кутова швидкість) приводу розраховують для кожного з валів, виходячи з необхідної (розрахункової) потужності двигуна Р_дв і номінальної частоти обертання його вала n_ном при усталеному режимі.

При визначенні потужності, яка передається кожним валом, що входить до складу приводу, враховують ККД для передач різних типів і одної пари підшипників, на які опирається вал. Тертя в опорах знижує величину потужності, що використовується, і враховується введенням умовного ККД підшипників (таблиця 4.1).

Дані розрахунку представлені у таблиці 4.4.

Таблиця 4.4 – Силові і кінематичні параметри розрахунку валів приводу

Параметр	Вал	Послідовність з’єднання елементів приводу за кінематичною схемою
		Двигун – муфта – редуктор – відкрита передача – робоча машина
Потужність, Р, кВт	двигуна	Рдв = 1,9
	бистрохідний	Р1 = Рдвм п.к. = 1,9  0,98  0,99 = 1,84
	тихохідний	Р2 = Р1рп.к. = 1,84  0,96  0,99 = 1,75
	робочої машини	Pр.м.= Р2 в.п.п.к.= 1,750,930,99 =1,61
Частота обертання, n, хв-1 і кутова швидкість, , радс-1	двигуна	nном = 1425;
	бистрохідний	nном = 1425; 1 = 149,15 .
	тихохідний	; .
	робочої машини	;

Продовження таблиці 4.4

Параметр	Вал	Послідовність з’єднання елементів приводу за кінематичною схемою
		Двигун – муфта – редуктор – відкрита передача – робоча машина
Крутний момент Т, Нм	двигуна
	бистрохідний
	тихохідний
	робочої машини

4.7 Вибір матеріалу і визначення допускних напруг зубчастих передач

4.7.1 Вибір матеріалу, твердості і термообробки

Зубчасті колеса виготовляють зі сталі, чавуну та неметалевих матеріалів. Основними із них є сталі, які допускають зміцнювальну термічну або хіміко-термічну обробку. Сталеві зубчасті колеса забезпечують високу тримкість та довговічність зубчастої передачі.

Для виготовлення зубчастих коліс найбільше застосування мають вуглецеві сталі Ст5, Ст6, якісні вуглецеві сталі 35, 35Л, 40Л, 40, 45, 50, сталі з підвищеним вмістом марганцю 40Г2, 50Г, леговані сталі 40Х, 40ХН, 40ХНМА, 35ХГСА.

Залежно від твердості після термообробки сталеві зубчасті ко­леса умовно можна поділити на дві основні групи:

а) зубчасті ко­леса з твердістю Н < 350 НВ після нормалізації та поліпшення, які використовуються для виготовлення велико-габаритних зубчастих коліс, термообробка яких ускладнена;

б) зубчасті колеса з твердістю Н > 350 НВ після об'ємного гартування, гартування СВЧ (струмами високої частоти), цемента­ції, азотування, які застосовуються для високонавантажених зуб­частих коліс невеликих розмірів.

Крім сталей для виготовлення великогабаритних тихохідних зубчастих коліс використовують чавуни. Чавунні зубці достатньо стійкі проти заїдання та спрацювання, але мають низьку міцність на згин. Вони також не можуть працювати в умовах ударного на­вантаження. Для виготовлення зубчастих коліс у більшості випад­ків застосовують сірі чавуни марок СЧ 18  СЧ 35.

Останнім часом у малонавантажених передачах широко засто­совують зубчасті колеса з неметалевих матеріалів. Такі колеса ви­готовляють із шаруватих пластиків, текстоліту або поліамідів (ка­прон, нейлон). Вони здебільшого працюють у парі із сталевими зу­бчастими колесами. Передачі з пластмасовими колесами мало чут­ливі до неточностей виготовлення та монтажу, добре припрацьо­вуються, створюють менший шум, але поступаються металевим колесам за тримкістю та довговічністю. Поліамідні колеса стійкі при роботі в агресивному корозійному середовищі.

Термічна обробка. Високу твердість зубців зубчастих коліс мо­жна дістати різними видами термічної та хіміко-термічної обробки:

1) об'ємним гартуванням  найпростішим способом добу­вання високої твердості. Для об'ємного гартування використову­ють вуглецеві та леговані сталі із середнім вмістом вуглецю 0,35  0,60 %. При цьому досягається твердість 45  55 НRС;

2) цементацією, що забезпечує дуже високу твердість 58  63 HRC. Для цементації використовують маловуглецеві леговані ста­лі 20Х, 12ХНЗА та ін. Леговані сталі забезпечують підвищену міц­ність серцевини і цим запобігаєгься продавлювання крихкого по­верхневого шару зубців при перевантаженні. Глибина цементації 0,8  2 мм. Цементацію застосовують для зубчастих коліс, маса і габаритні розміри яких мають вирішальне значення;

3) поверхневим гартуванням, яке здійснюють нагріванням СВЧ або газовим полум'ям; воно забезпечує твердість 48  54 HRC. Для поверхневого гартування використовують сталі 45, 40ХН;

4) азотуванням, що забезпечує високу твердість поверхне-вого шару зубців у межах 60  65 HRC. Азотуванню піддаються колеса із середньовуглецевих сталей, до складу яких входить алюміній (38ХМЮА, 42Х2Н2МФЮА).

Сталеве литво використовують для виготовлення великогаба­ритних зубчастих коліс (d > 500 мм). При цьому застосовують ста­лі 40Л, 45Л, 50Л тощо, які піддають нормалізації.

В залежності від умов експлуатації і вимог до габаритних розмірів передачі застосовують наступні матеріали і варіанти термічної обробки:

I – марки сталей, що однакові для колеса і шестірні: 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ, 45ХЦ.

Термічна обробка колеса – поліпшення, НВ235. . .262; термічна обробка шестірні – поліпшення, НВ269. . .302;

II – марки сталей, що однакові для колеса і шестірні: 40Х, 40ХН, 35ХМ, 45ХЦ. Термічна обробка колеса – поліпшення, НВ269. . .302. Термічна обробка шестірні – поліпшення і гартування СВЧ (струмами високої частоти), HRC45. . .50; 48. . .53; 50. . .56 (залежить від марки сталі);

III – марки сталей, що однакові для колеса і шестірні: 40Х, 40ХН, 35ХМ і 45ХЦ. Термічна обробка колеса – поліпшення і гартування СВЧ, НRC45. . .50; 48. . .53 або 50. . .56 (залежить від марки сталі);

IV – марки сталей для колеса: 40Х, 40ХН, 35ХМ і 45ХЦ. Термічна обробка – поліпшення і гартування СВЧ, НRC45. . .50; 48. . .53 або 50. . .56 (залежить від марки сталі).

Марки сталей для шестірні: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ, 12ХН3А, 25ХГНМ. Термічна обробка – поліпшення, цементація і гартування, НRC56. . .63.

V – марки сталей, що однакові для колеса і шестірні: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ, 12ХН3А, 25ХГНМ. Термічна обробка колеса і шестірні однакові – поліпшення, цементація і гартування. НRC56. . .63.

В умовах індивідуального і мілкосерійного виробництва в мало- і середньо навантажених передачах, а також у передачах з великими колесами (відкриті передачі) застосовують сталі з твердістю до 350 НВ (за Бринелем). При цьому забезпечується чистове нарізання зубців після термообробки, висока точність виготовлення і добра припрацьованість зубців.

Для рівномірного зношення зубців і кращої їх припрацьованості твердість шестірні (1) призначають більшою, ніж твердість колеса (2), тобто НВ₁  350, а НВ₂  350, причому для передач у приводах малої і середньої потужності (до 5,5 кВт) ця різниця складає:

НВ₁ – НВ₂ = 30  50.

Для матеріалу шестірні приймаємо середньовуглецеву леговану сталь марки 40Х, а для колеса – середньовуглецеву сталь марки 45, а в якості термообробки – поліпшення, при цьому НВ₁ = 300, а НВ₂ = 250.