- •(Для стержня).
- •Розглянемо розрахунок
- •Недоліки зубчастих передач
- •4.Розрахунок циліндричних зубчастих коліс на контактну та згинальну витривалість регламентується гост 21354 – 87. Є два види розрахунку перевірочний та проектний.
- •Конструкції циліндричних зубчастих коліс.
- •3. В черв’ячних передачах коли точка контакту співпадає з полюсом зачеплення колові швидкості черв’яка та колеса на рівні як в зубчастих передачах:
- •Розрахунок черв’ячних передач на згинальну витривалість:
4.Розрахунок циліндричних зубчастих коліс на контактну та згинальну витривалість регламентується гост 21354 – 87. Є два види розрахунку перевірочний та проектний.
В основі розрахунку лежить формула Герца для контактної напруги при стисканні двох циліндрів:
де
-
розрахункове питоме навантаження;
-
сумарна довжина контактних ліній між
зубцями;
-
коефіцієнт навантаження;
-
коефыцыэнт зовнышнього динамычного
навантаження;
-
коефіцієнт нерівномірності розподілу
навантаження по довжині контактних
ліній;
-
коефіцієнт внутрішнього динамічного
навантаження;
-
коефіцієнт, що враховує розподіл
навантаження між зубцями;
-
зведений радіус кривизни зубців коліс
в полюсі зачеплення;
-
коефіцієнт, що враховує механічні
властивості матеріалу коліс;
-
допустима контактна напруга в полюсі
зачеплення.
Розглянемо компоненти всіх цих величин для зубчастих передач.
-
прямозубі передачі.
-
косозубі передачі.
;
Рис.12
-
коефіцієнт, що враховує сумарну довжину
контактних ліній.
-
прямозубі передачі,
.
для
для
- косозубі передачі.
Зведений радіус
(????)
Підставляємо всі розшифровані величини у формулу (а)
(б)
де
- коефіцієнт форми спряжених поверхонь
зубців в полюсі.
Для косозубих коліс через еквівалентні прямозубі колеса, матимемо:
Фізичний зміст коефіцієнтів та .
Коефіцієнт
При монтажі зубчасті колеса можуть розташовуватись відносно опор симетрично (рис. 13,а), несиметрично (рис. 13,б) та консольно (рис.13,в).
Під дією
навантаження вали деформуються і в
зачепленні виникає не рівномірний
розподіл навантаження між зубцями (рис.
13,г) який враховується коефіцієнтом
-де
-
середнє питоме навантаження.
Коефіцієнт
також
залежить від твердості матеріалу коліс.
В ГОСТ 21354 – 84 приводиться методика його
визначення
;
-
коефіцієнт нерівномірності розподілу
навантаження в початковий період
експлуатації передачі,
-
коефіцієнт припрацювання.
Коефіцієнт
Поява внутрішнього динамічного навантаження обумовлене в основному помилками кроку зубців.
При
-
зубці вступають в зачеплення до виходу
на лінію зачеплення і виникає кромковий
удар, а при
зачеплення зачеплення наступає після
виходу із лінії зачеплення і виникає
серединний удар. Для зменшення кромкового
удару зубці фланкують. Таким чином
коефіцієнт
є коефіцєнт динамічності. Формула для
дійсна при виконанні умов (дорезонантної
роботи). Прямозубі передачі
,
косозубі передачі
.
,
,
де
-
питоме внутрішнє динамічне навантаження;
(Н/мм).
-
питома розрахункрва колова сила;
-
коефіцієнт, що враховує вплив виду
передачі та модифікації головок зубців
(
=0,02..0,1);
-
коефіцієнт впливу різниці кроків
шестерні та колеса; V – колова швидкість.
(Н
см)
- коефіцієнт, що враховує розподіл навантаження між зубцями коліс.
Для
прямозубих коліс
.
Для
косозубих
коліс
;
=5….3 – ступінь точності.
При
>350HB
для прямозубих коліс
=1;
-
прямозубі;
-
повного перекриття;
загальна
формула
.
Проектний розрахунок зубчастих циліндричних передач на контактну витривалість.
В формулі (б) приймаємо:
,
,
,
;
Підставляючи ці величини, проводимо перетворення:
;
Звідки отримуємо:
,
(в)
Де
-
коефіцієнт діаметра.
Для
сталевих коліс: прямозубих
,
косозубих
.
Проектний розрахунок через міжосьову відстань:
;
де
(полюс)
Після підстановки в формулу (в) матимемо:
,
звідки
де
-
коефіцієнт міжосьової відстані.
Для
прямозубих передач
,
для косозубих
.
Параметри
та
залежать від жорсткості валів, твердості
поверхонь зубців та розташування коліс
відносно опор:
= 0,4…1,6 – при симетричному розташуванні коліс;
= 0,3…1,4 – при несиметричному розташуванні та жорстких валах;
= 0,2…0,6 – при конусоїдальному розташуванні коліс;
= 0.315…0,4 – при несеметричному розташуванні коліс;
= 0,25…0,315 – для загартованих коліс;
= 0,4…0,5 – при симетричному розташуванні коліс;
= 0,1…0,2 – для пересувних блоків коліс коробок швидкостей.
Визначення допустимих напружень (ГОСТ 21354-52)
В
загальному випадку контактні напруження
розраховують за залежністю:
де
межа
контактної витривалості , мПа;
-
коефіцієнт запасу міцності;
-
коефіцієнт довговічності,
-
коефіцієнт, що враховує шорсткість
спряжених поверхонь зубців;
-
коефіцієнт, що враховує колову швидкість
передачі;
-коефіцієнт,
що враховує вплив змащення;
-
коефіцієнт, що враховує розмір зубчастого
колеса.
Знаходять ці перераховані величини наступним чином (табл).
Спосіб ТО та ХТО зубців |
|
Сталь |
Формула для , мПа |
Відпал, нормалізація (Н) поліпшення (П) |
Менше 350НВ ( |
Вуглецева малолегована
|
|
Об’ємне та поверхневе гартування (ОГ, ПГ) |
|
|
|
Цементація та нітроцементація (Ц) |
Більше
|
Легована |
|
Азотування(А) |
|
1050 |
Cтруктура |
|
Важкі наслідки виходу передачі з ладу |
|
|
Однорідна |
1,1 |
1,25 |
|
|
Поверхнева |
1,2 |
1,35 |
>350 |
|
при
-
для однорідної структури матеріалу;
- для
поверхневого зміцнення;
-
або за графіками чи таблицями – базове
число циклів переміни напружень, яке
відповідає
;
-
сумарне число циклів у відповідності
із заданим терміном служби передачі
при постійному навантаженні (і=1,2);
Рис.13
при
При
змінному навантаженні передачі замість
підставлається еквівалентне число
циклів напруг
,
яке визначається за графіком навантаження.
;
;
;
;
.
,
де
при
.
Для навантажень
приймають
-
однорідна структура;
поверхневе
зміцнення.
|
|
1,25…0,63 |
1 |
2,5…1,25 |
0,95 |
|
0,9 |
При d<700мм
При проектному розрахунку приймають :
1)
.
2) для прямозубих
передач але розрахункове менше із
чи
3
)
для косозубих передач
де
менше
із
чи
;
Якщо
умова 3 не виконується, то приймають
.
При розрахунку на контактну витривалість необхідно також проводити перевірку контактної міцності при дії максимального навантаження за формулою
де
-
коефіцієнт при
Це потрібно для того, щоб запобігти пластичній деформації чи руйнуванню поверхневого крихкого щару зубців.
|
|
44 |
3HV |
ТО, |
Н,П, |
Ц, |
А |
ХТО |
ОГ |
СВЧ |
Розрахунок циліндричних передач на згинальну витривалість зубців (рис 15,а,б).
-
кут
тиску.
Розглянемо розрахунок для прямозубих передач.
;
;
Оскільки найбільш небезпечним є переріз ніжки зуба із розтягнутого боку, то для напруг матимемо
(а)
Де
-
осьовий
момент опору перерізу зуба;
-
площа
поперечного перерізу зуба біля ніжки.
Введемо позначення
;
;
звідки
;
Де m – нормальний модуль.
Зробимо
перетворення в формулі (а), підставивши
та А:
,
(б)
Рис 15.
де
-
коефіцієнт
форми зуба.
Домножуючи
праву сторону формули (6) на коефіцієнт
(навантаження
) та
(враховує
перекриття зубців), отримаємо формулу
для перевірочного розрахунку прямозубих
передач на згинальну витривалість.
(в)
Де
-
допустима напруга на згин;
Для косозубих коліс
(г)
Де
-
коефіцієнт,
що враховує кут нахилу зуба.
-
коефіцієнт,
що враховує нерівномірність розподілу
навантаження по довжині контактних
ліній при згині;
-
коефіцієнт,
внутрішніх динамічних навантажень,
де
-
динамічна добавка;
-
питоме
внутрішнє динамічне навантаження;
-
прямозубі передачі;
Косозубі
передачі
;
при
;
.
-
коефіцієнт, що враховує розподіл
навантаження між зубцями.
де
Тут
приймають
-
прямозубе
зачеплення:
-
для
косозубого зачеплення. b
–
ширина колеса.
Формула (2) використовується для перевірочного розрахунку зубчастих циліндричних передач на згинальну витривалість.
Проектувальний розрахунок на згин
Приймаємо:
;
;
;
;
Підставляючи ці величини в формулу (2) після перетворень отримаємо.
;
звідки
,
де
-
коеф
модуля;
Визначення допустимих напружень під час розрахунків зубчастих циліндричних передач (перевірочному та проектному) на згинальну міцність.
А. Перевірочний розрахунок.
ГОСТ 21354-87 для визначення допустимих напружень під час перевірочного розрахунку на згин зубчастих циліндричних передач рекомендує формулу:
;
де
- межа
витривалості матеріалу зубців коліс
для згину із врахуванням технології
виготовлення коліс і=1,2 – відповідно
індекси шестерні та колеса передачі;
-
коефіцієнт безпеки
для згину – є функцією
марки матеріалу та його термообробки,
а при відсутності фактичних даних можна
вибирати з діапазону
-
коефіцієнт
довговічності під час згину;
-
коефіцієнт,
що враховує вплив градієнту напружень
та чутливість матеріалу зубців коліс
до концентрації напружень;
-
коефіцієнт,
що враховує шорсткості перехідної
поверхні,
-
коефіцієнт що враховує вплив абсолютних
розмірів коліс;
|
|
|
|
|
1 |
1,2 |
1,05 |
Т.О. Х.Т.О. |
ОГ, СВЧ, Ц, НЦ |
Н, П |
Ц, НЦ, А |
Вид обробки |
Шліфування, зубофрезерування |
Шліфування |
Поліруваня |
-
меже витривалості матеріалу зубців
коліс під час згину, що відповідає
базовому циклу циклів переміни напружень
.
-
коефіцієнт, що враховує технологічні
виготовлені зуба колеса;
-
коефіцієнт, що враховує спосіб отримання
заготовки колеса (
-
поковка;
-
прокат;
-
литво).
-
коефіцієнт впливу шліфування перехідної
поверхні зубців;
-
коефіцієнт впливу деформаційного
зміцнення або електрохімічної обробки
перехідної поверхні зубців;
-
коефіцієнт впливу двобічності (реверсу)
?????? навантаження до зубця;
-
коефіцієнт впливу амплітуд напружень
протилежного знаку;
|
В, Н, П |
ОГ, СВЧ, Ц, НЦ |
А |
|
0,35 |
0,25 |
0,1 |
-
відповідно, моменти та коефіцієнти
довговічності під час розрахунку
протилежного боку зубця.
або
Тут
для коліс з однорідною структурою
матеріалу та шліфованою перехідною
поверхнею зубців незалежно від твердості
та Т.О. чи Х.Т.О.
-
для азотованих коліс та цементованих
і нітроцементованих із не шліфованою
перехідною поверхнею.
У випадку
роботи зубчастої передачі за змінним
режимом роботи (ступінчастим, чи
неперервно змінним) визначається
через
для ступінчастого графіка навантаження
передачі.
|
6 |
9 |
|
4 |
2,5 |
Під час виконання проектного розрахунку на згин.
Де
У випадку
розрахунку реверсивних зубчастих
передач знайдене значення
зменшують на 25% тобто
Рекомендується вибирати матеріали та термообробку зубців шестерні і колеса передачі таким чином, щоб
або
.
Якщо це
відношення (3F) не витримується, то
розрахунок на згин ведуть за тим колесом
у якого
З метою
запобігання виникнення залишкових
пластичних деформацій та крихкого
виломування зубців (або утворення
первинних тріщин в поверхневому шарі
зубців), необхідно виконувати перевірочний
розрахунок на згинальну витривалість
під час дії максимального навантаження
за
формулою (спрощений розрахунок):
Де
-
максимальне допустиме напруження
(і=1;2);
- межа
згинальної витривалості під час
максимального навантаження
;
-
межовий
коефіцієнт безпеки:
де
коефіцієнт,
що залежить від ймовірності
не руйнування зубця: для
і
стандартних матеріалів та Т.О. чи Х.Т.О.
–
;
-
коефіцієнт, що враховує відмінність
між межовими напруженнями, які виникають
під час однократного ударного навантаження
та ударного навантаження із числом
циклів
.
|
6 |
9 |
|
1,3 |
1,2 |
