Выбор материалов, термообработки и допускаемых напряжений

При выборе материалов зубчатых колес следует учитывать назначение передачи, условия эксплуатации, требования к габаритным размерам передачи и технологию изготовления колес.

Зубчатые колеса редукторов в большинстве случаев изготавливают из сталей, подвернутых термическому упрочнению. Чугуны применяют для малонагруженных или редко работающих передач, для которых габариты и масса не имеют определяющего значения.

На практике, в основном, применяют следующие сочетания материалов и термической обработки (ТО) [1, с. 11]:

I – марки сталей и ТО одинаковы для шестерни и колеса: стали 45, 40Х, 40 ХН и др., ТО – улучшение. Зубья колес из улучшаемых сталей хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению, но имеют ограниченную нагрузочную способность;

II – марки сталей одинаковы, а ТО различная. Материалы для шестерни и колеса: 40Х, 40 ХН и др., ТО колеса – улучшение, а шестерни – улучшение и закалка ТВЧ (твердость сердцевины зуба соответствует термообработке улучшение);

III – ТО колеса и шестерни одинаковая: улучшение и закалка ТВЧ (твердость сердцевины зуба соответствует термообработке улучшение). Твердость поверхности зубьев зависит от марки стали: 45…50HRC, 48…53HRC. Марки сталей одинаковы для шестерни и колеса: 40Х, 40ХН и др.;

IV – разные материалы и ТО: материал колеса – стали 40Х, 40 ХН, 35ХМ и др. с ТО: улучшение и закалка ТВЧ. Материал шестерни – сталь марки 20Х, 20ХН2М, 18ХГТ, 12ХН3А и др. с ТО: улучшение, цементация и закалка;

V – марки сталей и ТО одинаковые для шестерни и колеса: 20Х, 20ХН2М, 18ХГТ, 12ХН3А и др.; при этом одинаковая ТО – улучшение, цементация и закалка.

Наряду с цементацией возможно применение нитроцементации и азотирования, при которых образуется тонкий поверхностный упрочненный слой на зубьях колес передачи.

Чем выше твердость рабочей поверхности зуба, тем выше допускаемые контактные напряжения и тем меньше размеры передачи. Поэтому для редукторов, к размерам которых не предъявляют особых требований, следует применять дешевые марки сталей типа стали 45 или стали 40Х с ТО по вариантам I или II.

Стали I и II группы позволяют производить чистовое нарезание зубьев после термообработки, что позволяет получить высокую точность зубьев без применения дорогостоящих отделочных операций. Зубчатые колеса этой группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при ударных нагрузках. Поэтому для редукторов, к размерам которых не предъявляют особых требований, редукторов индивидуального и мелкосерийного производства назначают стали I или II группы. Для лучшей приработки рекомендуется назначить материал шестерни и колеса с соотношением твердости [5, с. 131]:

НВ₁ = НВ₂ + (20…70) – при твердости зубьев ≤ 350 НВ

где НВ₁ – среднее значение твердости зуба шестерни, НВ₂ – среднее значение твердости зуба колеса.

При твердости зубьев НВ > 350 зубья плохо прирабатываются, поэтому обеспечивать разность поверхностной твердости зубьев шестерни и колеса не требуется [5, с.132]. Необходимое различие в твердости материалов зубчатых колес можно получить, комбинируя сочетания марок материалов и способов термообработки (табл. 3.1 и 3.2).

Таблица 3.1

Рекомендуемые сочетания материалов зубчатых колес [7, с. 92]

Таблица 3.2

Механические свойства сталей [1, с. 33]

Примечание. Н – нормализация, У – улучшение, З – закалка, Ц – цементация, ТВЧ – закалка токами высокой частоты.

Допускаемые контактные напряжения для стальных зубчатых колес согласно ГОСТ 21354-87:

(3.1)

Допускаемые напряжения изгиба для стальных зубчатых колес согласно ГОСТ 21354-87:

, (3.2)

где σ_{H lim b} , σ_{F lim b} – пределы выносливости материалов колес при базовом числе циклов, соответственно: контактной и изгибной выносливости;

[S_H], [S_F] - коэффициенты безопасности по контактным напряжениям и напряжениям изгиба;

K_HL , K _FL – коэффициенты долговечности по контактным напряжениям и напряжениям изгиба; их вычисляют по ф.ф. (3.3.) и (3.4.);

Y_A – коэффициент, учитывающий реверсивность работы передачи и твердость поверхностей зубьев; при отсутствии реверса Y_A = 1,0; при реверсивной нагрузке Y_A = 0,7…0,8 [5, с. 147].

При постоянном режиме работы передачи: K_{H L} = K_{F L} = Y_R = Y _A = 1,0; при переменном режиме нагружения коэффициенты выбирают по [5, с. 146].

Таблица 3.3

Пределы базовой выносливости и коэффициенты безопасности [6, с. 34]

Примечание. Для проката [S_F] = 1,9 … 2,0; для литья [S_F] = 2,1 … 2,2

Коэффициенты долговечности рассчитывают по зависимости:

где N₀ , N_ФАКТ –базовое и фактическое число циклов нагружения зубьев, соответственно. При расчете коэффициента K_HL базовое число циклов нагружения N₀ определяют по средней поверхностной твердости зубьев: N₀ = 30 ^.HB ^2,4< 12 ^.10 ⁷.

Твердость в единицах HRC переводят в единицы HB [1, с.13]:

При расчете коэффициента K_FL базовое число циклов нагружения N₀ принимают равным N₀ = 4 ^.10 ⁶[1, с.15].

Фактическое число циклов нагружения зубьев шестерни можно определить по зависимости:

,

где t – срок службы передачи; обычно принимают для зубчатой передачи

t = 8 лет, для червячной передачи t = 6 лет;

k _год – коэффициент работы передачи в году;

k _cут – коэффициент работы передачи в сутки.

Если фактическое число циклов нагружения зубьев равно или больше базового, то расчет коэффициентов долговечности не выполняют, а принимают их равными K_FL = K_HL = 1,0 .

Поскольку долговечность зубчатой передачи определяется контактной прочностью зубьев и прочность зубьев колеса ниже прочности зубьев шестерни, то проектный расчет выполняют по σ_{НР 2}. Проверочные расчеты изгибной прочности зубьев шестерни и колеса выполняют по σ_{FР 1}, σ_{FР 2}.

Дата добавления: 2014-10-10; просмотров: 980; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!