Выбор материалов и термообработки шестерен

В производственных условиях при проектировании и изготовлении редукторов выбор материалов и назначение термической обработки производится на базе опыта конструкторов и технологов. Рекомендации по применению марок стали для изготовления различных деталей приведены в работе [1].

В курсовом проектировании при выборе марок стали и термической обработки для шестерен и колес можно руководствоваться табл.4.

Для лучшей приработки зубьев твердость шестерни рекомендуется назначать больше твердости колеса для прямозубых передач на 10-15 единиц по шкале НВ. Для косозубых передач твердость шестерни должна быть еще больше на 50-70НВ (для улучшения несущей способности передачи). Для передач, к размерам которых не предъявляют высоких требований, следует применять дешевые марки сталей типа 40, 40Х. Для колес открытых передач большого диаметра (D³500 мм) применить стальное литье (35Л, 40Л, 45Л, 40ГЛ, термообработка – нормализация, улучшение) в паре с кованной шестерней из стали соответствующей марки.

Таблица 4

Предпочтительные марки сталей

Термическая обработка	Твердость	Диаметр шестерни, мм
любой
Ширина шестерни, мм
любой
Нормализация, улучшение	НВ 180-230 НВ 235-265 НВ 270-300	- -	35ХМ -	45Х 35ХМ	40Х
Объемная закалка	НRC 35-45	-	-	35ХМ	35ХМ	35ХМ
Поверхностная закалка	НRC 45-50	-	-	35ХМ	35ХМ	35ХМ
ТВЧ	НRC 50-56	-	-	50ХМ	50ХМ	50ХМ
Цементация	НRC 56-63	-	-	20ХН2М	20ХН2М	20ХН2М
Нитроцементация	НRC 56-63	-	-	25ХГТ	25ХГТ	25ХГТ
Азотирование	НRC 50-56	-	-	40ХН2МА	40ХН2МА	40ХН2МА
В обозначениях сталей первые цифры – содержание углерода в сотых долях процента; буквы – легирующие элементы: Г- марганец, М- молибден, Н- никель, С – кремний, Т – титан, Х – хром, Ю – алюминий; цифры после буквы- процент содержания этого элемента, если оно превышает 1%. Обозначение высококачественных легированных сталей дополняется буквой А; стального литья – буквой Л в конце.

По рекомендациям [1] принимаем следующие марки сталей: для шестерни сталь 35ХМ твердостью 35-45 HRC (объемная закалка); для колеса сталь 40Х твердостью 270-300 НВ (улучшение). Средние твердости зубьев шестерни и колеса определятся

По графику 1 находим

Рис.1. График соотношения твердостей, выраженных в единицах HB и HRC.

2.2 Определение допускаемых контактных напряжений .

Допускаемое контактное напряжение

В этой форме отсутствуют коэффициенты по ГОСТ 21354-75, учитывающие влияние шероховатости, смазки, скорости и размеров коле, которые, для распространенных на практике показателей, близки к единице.

Предел контактной выносливости поверхности зубьев зависит от твердости поверхности и определяется по таб.5.

Таблица 5

Значения и

Термическая обработка	Твердость
Нормализация, улучшение	НВ 180-230	2НВ+70	1.8НВ
Объемная закалка	НRC 40-50	18НRC+150
Поверхностная закалка	НRC 40-56	17НRC+200
Цементация	НRC 54-64	23НRC
Азотирование	НRC 50-67		12НRC+300

Коэффициент безопасности принимается при нормализации, улучшении или объемной закалке; при поверхностной закалке, цементации или азотировании.

Коэффициент долговечности при переменных режимах нагрузки рассчитывается по эквивалентному числу циклов: . В этой формуле базовое число циклов напряжений , зависящее от твердости поверхности зубьев, определяется по графику 2.

Рис. 2. График для определения базового числа циклов напряжений

- число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка), . Здесь - угловая скорость соответствующего вала, ; - срок службы привода, ч.

Для наших расчетов:

Предел контактной выносливости для шестерни

,

для колеса ;

Базовое число циклов для шестерни , для колеса

Число циклов перемены напряжений для шестерни

,

для колеса

Если , то принимают

Допускаемое напряжение для шестерни

.

Для колеса

В качестве расчетного напряжения принимается:

Для прямозубых передач – меньшее из них,

для косозубых передач, у которых зубья шестерни гораздо тверже зубьев колеса:

Принимаем для дальнейших расчетов допускаемое напряжение

2.3 Определение допускаемых напряжений на изгиб зубьев .

Допускаемое контактное напряжение на изгиб зубьев

Предел выносливости зубьев при изгибе зависит от твердости поверхности и определяется по таб.5.

Коэффициент безопасности принимается при нормализации, улучшении или объемной закалке; при цементации.

Коэффициент , учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки, принимается (односторонняя нагрузка) и (сателлиты планетарного редуктора).

Коэффициент долговечности определяется:

базовое число циклов для всех сталей , , если , то принимают .

Тогда допускаемое контактное напряжение на изгиб зубьев для шестерни

.

Для колеса