1.3 Проектировочный расчет зубчатых передач редуктора

Зубчатые передачи обеих ступеней закрытые. Основной характер разрушения – усталостное выкрашивание активных поверхностей зубьев под действием контактных напряжений. Проектировочный расчет следует начинать с определения межосевого расстояния a_W из условия сопротивления контактной усталости.

1.3.1 Материал и термообработка зубчатых колес

В целях унификации [2, c.4] материалов для зубчатых колес обеих ступеней с учетом мелкосерийного производства принимаем сталь 40Х

ГОСТ 4543-71.

Быстроходная ступень (Б.ст.) редуктора – коническая с круговыми зубьями; тихоходная (Т.ст.) – цилиндрическая косозубая. Выпуск мелкосерийный, жесткие требования к габаритам и массе отсутствуют. По рекомендациям [2, c.3, п.1.1.4], чтобы получить H_1m – H_2m > 100НВ , назначаем термообработку зубьев :

– шестерен z₁ – поверхностную закалку ТВЧ (ТВЧ1);

– колес z₂ – улучшение (У2).

Механические свойства стали 40Х после термообработки [2, c.5] с предположением, что D  125 мм и S  80 мм, даны в таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Механические свойства z₁ и z₂ из стали 40Х

Наименование параметра	З у б ч а т о е к о л е с о		Примечание
	шестерня z1	колесо z2
1 Термообработка	закалка ТВЧ (ТВЧ1)	улучшение (У2)
2 Твердость поверхности	(40...50) НRCЭ	(269...302) НВ
средняя по Роквеллу	47,5 НRCЭ	–
по Бринелю	460 НВ	285 НВ	[2, c.3, рис.1.1]
по Виккерсу	500 НV	290 НV	то же
3 Предел прочности В, МПа	900	900
4 Предел текучести Т, МПа	750	750
Примечание - H1m – H2m = 460 – 285 = 175 > 100НВ.

1.3.2 Режим работы передачи и число циклов перемены напряжений

Коэффициенты приведения заданного переменного режима (рисунок 2 ТЗ) к эквивалентному постоянному [2, c.8] :

 = (T_i / T_max)^m (L_hi / L_h) , (1.7)

где m – показатель степени отношения моментов: m_H = q_H /2; m_F = q_F,

q – показатель степени кривой усталости: q_H = q_F = 6 и тогда m_H =3, m_F = 6.

При расчете по контактным напряжениям _Н :

_Н1 = _Н2 = _Н = 1³0,4 + 0,5³0,2 + 0,2³0,4 = 0,457 ;

при расчете по напряжениям изгиба _F :

_F1 = _F2 = _F = 1⁶0,4 + 0,5⁶0,2 + 0,2⁶0,4 = 0,403.

Судя по величинам _Н и _F заданный режим работы наиболее приближается [2, c.8, таблица 2.1] к тяжелому типовому режиму.

Требуемая долговечность передачи в часах [2, c.8] :

L_h = 36524 k_Гk_Ch = 365240,80,35 = 10512 ч,

где k_Г = 0,8 – коэффициент годового использования;

k_С = 0,3 – коэффициент суточного использования;

h = 5 лет – срок службы передачи в годах.

Суммарное число циклов перемены напряжений за весь срок службы [2,c.8]: N_ = 60ncL_h ,

где n – частота вращения зубчатого колеса, мин ^-1 ;

с – число зацеплений зуба за один оборот зубчатого колеса: [2, c.9] c = 1.

Эквивалентное число циклов перемены напряжений [2, c.8]:

N_E =  N_ (N_HE = _Н N_ ; N_FE = _F N_).

Базовое число циклов перемены напряжений [2, c.9] :

– по контактным напряжениям N_Hlim = 30 H_m^2,4  12010⁶ ,

где H_m – средняя твердость поверхности зубьев по Бринеллю;

– по изгибным напряжениям : N_Flim = 410⁶.

Результаты расчета N_, N_HE, N_FE, N_Hlim, представлены в таблице 1.6.

Таблица 1.6 – Число циклов перемены напряжений в зубьях

Ступень и зубчатое колесо		n, мин -1	Число циклов N в миллионах
			N	NHE	NHlim	Сравнение NHE с NH lim	NFE	Сравнение NFE с NFlim
Б.ст.	z1	916,7	518	264	73,7	NHE > NHlim	233	NFE > NFlim
	z2	228,8	144	66	23,4	NHE > NHlim	58	NFE > NFlim
Т.ст.	z1	228,8	144	66	73,7	NHE < NHlim	58	NFE > NFlim
	z2	57,2	36	16	23,4	NHE < NHlim	14,5	NFE > NFlim