Механические характеристики сталей Мерка стали | dm, мм | Термообработка | Твердость поверхности | Твердость сердцевины | Предел прочности, МПа | Nно, млн. циклов | | Любой | Н | 163-192 НВ | 163-192 НВ | | 2.5 | | | У | 192-228 НВ | 192-228 НВ | | 11.2 | | Любой | Н | 179-207 НВ | 179-207 НВ | | 9.17 | | | У | 235-262 НВ | 235-262 НВ | | 16.8 | | | У | 269-302 НВ | 269-302 НВ | | 23.5 | 40Х | | У | 235-262 НВ | 235-262 НВ | | 16.8 | 40Х | | У | 269-302 НВ | 269-302 НВ | | 23.5 | 40Х | | У+З (ТВЧ) | 45-50 HRCэ | 269-302 НВ | | 73.0 | 40ХН | | У | 235-262 НВ | 235-262 НВ | | 16.8 | 40ХН | | У | 269-302 НВ | 269-302 НВ | | 23.5 | 40ХН | | У+З (ТВЧ) | 48-53 HRCэ | 269-302 НВ | | 86.9 | Продолжение таблицы 7 35ХМ | | У | 235-262 НВ | 235-262 НВ | | 16.8 | 35ХМ | | У | 269-302 НВ | 269-302 НВ | | 23.5 | 35ХМ | | У+З (ТВЧ) | 48-53 HRCэ | 269-302 НВ | | 86.9 | 20Х | | У+Ц+З | 56-63 HRCэ | 300-400 НВ | | 120.0 | 20ХНМ | | У+Ц+З | 56-63 HRCэ | 300-400 НВ | | 120.0 | 18ХГТ | | У+Ц+З | 56-63 HRCэ | 300-400 НВ | | 120.0 | 35Л | Любой | Н | 163-207 НВ | 163-207 НВ | | 8.3 | 45JI | | У | 207-235 НВ | 207-235 НВ | | 12.7 | В таблице 7 приняты следующие обозначения: способы термообработки: Н - нормализация, У - улучшение, 3 - закалка, Ц - цементация; dm - наружный диаметр заготовки шестерни. Определим размеры заготовок для шестерни и зубчатого колеса по формуле [4]:  По таблице 7 выбираем для шестерни и колеса – сталь 45, термообработку для шестерни – улучшение, твердость поверхности зуба шестерни 269…302 НВ, с пределом прочности 890 МПа, термообработку для колеса – нормализация, твердость поверхности зуба колеса 235…262 НВ, с пределом прочности 780 МПа. Средние значения твердости поверхностей зубьев для шестерни и колеса:  2.2. Определение допускаемых напряжений. Допускаемые контактные напряжения определяются по зависимости [4]: (2) В таблице 8 приводятся данные для расчета допускаемых контактных напряжений. Таблица 8 Данные для расчета допускаемых контактных напряжений Способ термической или химико-термической обработки | Средняя твердость поверхности зуба | , МПа | Sh | KHLmax | Улучшение, нормализация | < 350 НВ | 2НВ+70 | 1.1 | 2.6 | Поверхностная закалка | 40...56 HRC | 17HRC+200 | 1.2 | 1.8 | Цементация и закалка | 56...65 HRC | 23HRCэ | 1.2 | 1.8 | Коэффициент долговечности: (3) где - базовое число циклов при действии контактных напряжений, (4) - эквивалентное число циклов напряжений (5) где - коэффициент эквивалентности, определяемый по таблице 9; - суммарное число циклов нагружений за весь срок службы передачи. (6) где - частота вращения зубчатого колеса, об/мин; с - число зацеплений за один оборот колеса; th - суммарное время работы передачи в часах; Кг - коэффициент использования передачи в течение года; Кс - коэффициент использования передачи в течение суток; L - срок службы передачи в годах; ПВ - относительная продолжительность включения. Таблица 9 Характеристики типовых режимов нагружения Режим нагружения |  |  | Нормализация, улучшение, q=6 | Закалка, цементация, q=9 | 0 - постоянный | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1- тяжелый | 0.5 | 0.3 | 0.2 | 2 – средний равновероятный | 0.25 | 0.14 | 0.1 | 3 –средний нормальный | 0.18 | 0.06 | 0.04 | 4 - легкий | 0.125 | 0.038 | 0.016 | 5 – особо легкий | 0.063 | 0.013 | 0.004 | Допускаемые контактные напряжения для шестерни и колеса принимаются для передач: - для прямозубых передач; - для косозубых и шевронных прередач , где - наименьшее из напряжений и . Определим допускаемые контанктные напряжения. Поскольку примем Вычислим  где базовое число иклов нагружений определяем по таблице 7. Допускаемые контанктные напряжения определяются по формуле (2): Допускаемые напряжения изгиба определяются аналогично допускаемым контактным напряжениям [4]: (7) Величины, входящие в формулу (7) определяются как [4]: По таблице 10 принимаем:  Таблица 10 Данные для расчета допускаемых напряжений изгиба Термообработка |  |  |  |  | Нормализация, улучшение | 1.75 НВ | 1.7 | 4.0 | 0.65 | Закалка ТВЧ по всему контуру (m> 3 мм) | 600.. .700 | 1.7 | 2.5 | 0.75 | Закалка ТВЧ сквозная с охватом впадины (m < 3 мм) | 500...600 | 1.7 | 2.5 | 0.75 | Цементация | | 1.65 | 2.5 | 0.75 | (8) (9) где qi – показатель степени кривой усталости (табл. 9), NFO=4*106 – базовое число циклов при изгибе, mF – коэффициент эквивалентности, для легкого режима работы (табл. 9) mF1 =0.038, mF2 =0.038.  Поскольку , примем KFL1=1, вычислим  Определим допускаемые напряжения изгиба по формуле (7):  2.3. Проектный расчет косозубой передачи. Межосевое расстояние , (10) где Ka =450 для прямозубых передач, Ka =410 для косозубых и шевронных передач, - коэффициент ширины зубчатого венца по межосевому расстоянию, =0.4 при проектном расчете, - коэффициент контактной нагрузки, = 1.2 при проектном расчете. По формуле (10) определяем: Полученное межосевое расстояние округляем до ближайшего большего стандартного значения aw = 160 мм(табл. 11). Таблица 11 Межосевые расстояния по ГОСТ 2185-66 Ряды | Значения межосевых расстояний, мм | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Рекомендуемый диапазон для выбора модуля mn = (0.01…0.2)aw = (0.01…0.02)160 = 1.6…3.2 мм. Из расчетного диапазона выбираем стандартный модуль (табл. 12) mn = 2 мм. Таблица 12 Модули по ГОСТ 9563-60 Ряды | Значения модулей, мм | | | 1.25 | 1.5 | | 2.5 | | | | | | | | 1.125 | 1.375 | 1.75 | 2.25 | 2.75 | 3.5 | 4.5 | 5.5 | | | | Суммарное число зубьев передачи (b=120 – делительный угол наклона зубьев) округлим до ближайшего целого ZS = 157 и уточним делительный угол наклона зуба  Число зубьев шестерни и колеса округлим до целого Z1 = 31, Z2 = ZS - Z1 = 157 – 31 = 126. Фактическое передаточное отношение  Фактическое передаточное число отличается от значения по ГОСТу: . В соответствие с ГОСТ 2185-66 отличие фактического передаточного числа при u< 4.5 не должно превышать номинальное более 2,5%. Определим геометрические размеры зубчатых колес: делительные диаметры зубчатых колес -   диаметры окружностей вершин зубьев -   диаметры окружностей впадин зубьев -   ширина зубчатого колеса - Ширину зубчатого колеса округлим до ближайшего значения из ряда номинальных размеров по ГОСТ 6636-69 bw2= 63 мм, bw1= bw2+(2…5), тогда bw1= 63+5=68 мм, примем по ГОСТ 6636-69 bw1= 67 мм. 2.4. Проверка зубчатой передачи по контактным напряжениям. Проверочный расчет проводится по формуле [4]: (11) где Za=9600 – для прямозубых передач, Za=8400 – для косозубых и шевронных передач. Коэффициент контактной нагрузки определяется как: , где kHa - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями, kHb - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине колеса определяется по табл.13:  kHV – динамический коэффициент определяется по табл. 14 в зависимости от окружной скорости в зацеплении и степени точности изготовления зубчатых колес: , примем 8 степень точности, kНV = 1.062. Тогда  Таблица 13 Коэффициент kHb и kFb для различных схем передач ybd | Твердость поверхности зубьев | kHb | kFb | 0.6 | НВ2 < 350 НВ2 > 350 | 1.01 1.05 | 1.05 1.08 | 0.8 | НВ2 < 350 НВ2 > 350 | 1.02 1.07 | 1.07 1.12 | 1.0 | НВ2 <350 НВ2> 350 | 1.04 1.11 | 1.10 1.18 | 1.2 | НВ2 >350 НВ2 > 350 | 1.06 1.15 | 1.12 1.23 | 1.4 | НВ2 < 350 НВ2 >350 | 1.08 --- | 1.18 1.30 | 1.6 | НВ2 <350 НВ2 > 350 | 1.10 --- | 1.22 1.40 | Таблица 14 Значения коэффициента kНV* Степень точности | Твердость поверхности зубьев | Окружная скорость в зацеплении, м/с | | | | | | | | НВ2 < 350 НВ2 > 350 | 1.03 1.01 1.02 1.01 | 1.09 1.03 1.06 1.03 | 1.16 1.06 1.10 1.04 | 1.25 1.09 1.16 1.06 | 1.32 1.13 1.20 1.08 | 1.48 1.19 1.30 1.12 | | НВ2 < 350 НВ2 > 350 | 1.04 1.02 1.02 1.01 | 1.12 1.06 1.06 1.03 | 1.20 1.08 1.12 1.05 | 1.32 1.13 1.19 1.08 | 1.40 1.16 1.25 1.10 | 1.60 1.24 1.37 1.15 | | НВ2 < 350 НВ2 > 350 | 1.05 1.02 1.03 1.01 | 1.15 1.06 1.09 1.03 | 1.24 1.10 1.15 1.06 | 1.38 1.15 1.24 1.09 | 1.48 1.19 1.30 1.12 | 1.72 1.29 1.45 1.18 | | НВ2 < 350 НВ2 > 350 | 1.06 1.02 1.03 1.01 | 1.17 1.06 1.09 1.03 | 1.28 1.11 1.17 1.07 | 1.45 1.18 1.28 1.01 | 1.56 1.22 1.35 1.14 | 1.84 1.34 1.52 1.21 | *В числителе значения для прямозубых передач, в знаменателе для непрямозубых. Степень точности в общем машиностроении не применятся. По формуле 11 определяем контактные напряжения:  Выполним расчет перегрузки передачи по контактным напряжениям т.к.   2.5. Проверка зубчатой передачи по напряжениям изгиба. (12) где К=2000 для прямозубых передач, К=1860 для косозубых и шевронных передач, - коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине зуба (табл.13) , - динамический коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении (табл.15), 1.4; - коэффициент формы зуба шестерни (колеса), определяется по табл.16. Таблица 15 Значение динамического коэффициента Степень точности | Окружная скорость в зацеплении, м/с |  | Передача цилиндрическая | прямозубая | косозубая | | до 15 | до 30 | 1,0 | | до 10 | до 15 | 1,2 | | до 6 | до 10 | 1,4 | | до 2 | до 4 | 1,7 | Таблица 16 Эквивалентное число зубьев колес и коэффициент формы зубьев Коэффициент формы зубьев | Передача цилиндрическая | прямозубая ZVi=Zi | косозубая и шевронная  | ZVi | | | | | | | | св. 100 |  | 4,25 | 4,07 | 3,90 | 3,70 | 3,65 | 3,62 | 3,61 | 3,60 | Определим эквивалентное число зубьев   и коэффициент формы зуба для некорригированных колес (табл. 16). Методом интерполяции находим  Тогда  Таким образом, получили: что удовлетворяет условие прочности на изгиб зубьев передачи. ЛИТЕРАТУРА Основная литература 1. Детали машин: учебник для вузов / М. Н. Иванов, В. А. Финогенов. - 12-е изд., испр. - М. : Высшая школа, 2008. - 408 с. 2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. учреждений среднего профессионального образования. – 5-е издание, дополн.- М.: Машиностроение, 2006, - 560 с., ил. Дополнительная литература 3. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов / С.А. Чернавский К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Инфра-М, 2011. – 415 с. 4. Расчет деталей машин: Учебное пособие по курсам «Детали машин и основы конструировании» и «Механика» / Г.Л. Баранов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. – 172 с. 5. Курсовое проектирование по дисциплине «Деталей машин»: Учеб. пособие/ Н.Г. Новгородова. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2011. – 445 с. Задания и методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Механические передачи» Подписано в печать . Формат 60х84/16. Бумага для множ. аппаратов. Печать плоская. Усл. печ. л. ____ . Уч.- изд. л.___ . Тираж____ экз. Заказ____ ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11. Ризограф ФГАОУ ВПО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11. |