Выбор материала, термообработки и твердости
| Параметр | Для передач с прямыми и непрямыми зубьями при малой (P≤2 кВт) и средней (P≤7,5 кВт) мощности | Для передач с непрямыми зубьями при средней (P≤7,5 кВт) мощности | |||
| Шестерня, червяк | Колесо | Шестерня, червяк | Колесо | ||
| Материал | Стали 35, 45, 35Л, 40Л, 40, 40Х, 40ХН, 35ХМ, 45Л | Стали 40Х, 40ХН, 35ХМ | |||
| Термообработка | Нормализация, Улучшение | Улучшение + закалка ТВЧ | Улучшение | ||
| Твердость | Н≤350 НВ HB1ср – НВ2ср = 20…50 | Н ≥ 45 HRCэ Н≤350 НВ HB1ср – НВ2ср ≥ 70 | |||
| Допускаемое напряжение при числе циклов перемены напряжений NH0; NF0, Н/мм2 | [σ]H0 | 1,8∙HBср + 67 | 14 HRCэср + 170 | 1,8∙HBср + 67 | |
| [σ]F0 | 1,03∙HBср | 370 при m ≥ 3 мм | 1,03∙HBср | ||
| 310 при m ≤ 3 мм | |||||
Таблица 22
Механические характеристики некоторых марок сталей для изготовления зубчатых колес
И других деталей
| Марка стали | Вид заготовки | Заготовка шестерни Dпред, мм | Заготовка колеса Sпред, мм | Термообработка | Твердость заготовки (зубьев) | σв | σF | σ-1 | |
| поверхности | сердцевины | Н/мм2 | |||||||
| 40Х 40Х 40Х 40ХН 40ХН 40ХН 35ХМ 35ХМ 35ХМ 35Л 40Л 45Л 40ГЛ | Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Поковка Литье Литье Литье | Любые Любые Любые Любые | Размеры Размеры Размеры Размеры | Н У Н У У У У У+ТВЧ У У У+ТВЧ У У У+ТВЧ Н Н У У | 163…192НВ 192…228НВ 179…207НВ 235…262НВ 269…302НВ 235…262НВ 269…302НВ 45…50 HRCэ 235…262НВ 269…302НВ 48…53 HRCэ 235…262НВ 269…302НВ 48…53 HRCэ 163…207НВ 147НВ 207…235НВ 235…262НВ | 163…192НВ 192…228НВ 179…207НВ 235…262НВ 269…302НВ 235…262НВ 269…302НВ 269…302НВ 235…262НВ 269…302НВ 269…302НВ 235…262НВ 269…302НВ 269…302НВ 163…207НВ 147НВ 207…235НВ 235…262НВ | |||
| Примечания: 1. В графе «Термообработка» приняты следующие обозначения: Н – нормализация, У – улучшение, ТВЧ – закалка токами высокой частоты. 2. Для цилиндрических и конических колес с выточками принять меньшее из значений Cзаг, Sзаг. |
Допускаемые контактные напряжения при расчетах на прочность определяются отдельно для зубьев шестерни [σ]Н1 и колеса [σ]Н2 в следующем порядке:
Таблица 23
Значение числа циклов NН0
| Средняя твердость поверхностей зубьев | НВср | |||||||||
| HRCэср | – | |||||||||
| NН0, млн. циклов | 16,5 | 36,4 |
а) определить коэффициент долговечности для зубьев шестерни КHL1 и колеса KHL2: 
; 
,
где NН0 – число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости (см. табл. 22); N – число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка), N = 573ωLh. Здесь ω – угловая скорость соответствующего вала, 1/с; Lh – срок службы привода (ресурс).
Для нормализованных или улучшенных колес 1 ≤KHL≤ 2,6; для колес с поверхностной закалкой 1 ≤KHL≤ 1,8.
Если N > NH0, то принять КHL = 1.
б) по табл. 21 определить допускаемое контактное напряжение [σ]H01 и [σ]H02, соответствующее пределу контактной выносливости при числе циклов перемены напряжений NH01 и NH02;
в) определить допускаемые контактные напряжения для зубьев шестерни [σ]H1 и колеса [σ]H2: [σ]H1 = KHL1[σ]H01; [σ]H2 = KHL2[σ]H02.
Цилиндрические и конические зубчатые передачи с прямыми и непрямыми зубьями при HB1ср – НВ2ср = 20…50 рассчитывают по меньшему значению [σ]H из полученных для шестерни [σ]H1 и колеса [σ]H2, т. е. по менее прочным зубьям.
Зубчатые передачи с непрямыми зубьями при разности средних твердостей рабочих поверхностей зубьев шестерки и колеса HB1ср – НВ2ср ≥ 70 и твердости зубьев колеса Н≤350 НВ2ср рассчитывают по среднему допускаемому контактному напряжению: [σ]H =0,45([σ]H1 + [σ]H2).
При этом [σ]H не должно превышать l,23[σ]H2 для цилиндрических косозубых колес и 1,15[σ]H2 для конических колес с непрямыми зубьями. В противном случае [σ]H = l,23[σ]H2 и [σ]H = 1,15[σ]H2.
Определение допускаемых напряжений изгиба [σ]F, Н/мм2. Проверочный расчет зубчатых передач на изгиб выполняется отдельно для зубьев шестерни и колеса по допускаемым напряжениям изгиба [σ]F1 и [σ]F2, которые определяются в следующем порядке:
а) коэффициент долговечности для зубьев шестерни KFL1 и колеса KFL2:
; 
где NF0 = 4∙106 – число циклов перемены напряжений для всех сталей, соответствующее пределу выносливости; N — число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка). При твердости Н ≤ 350 НВ 1 ≤KFL≤ 2,08; при твердости Н ≥ 350 НВ 1 ≤KFL≤ 1,63. Если N > NF0, то принимают КFL = 1;
б) допускаемое напряжение изгиба [σ]F01 и [σ]F02, соответствующее пределу изгибной выносливости при числе циклов перемены напряжений NF0 (по табл. 22);
в) допускаемые напряжения изгиба для зубьев шестерни [σ]F1 и колеса [σ]F2:
[σ]F1 = KFL1[σ]F01; [σ]F2 = KFL2[σ]F02.
Для реверсивных передач [σ]F уменьшают на 25 %.
Расчет модуля зацепления для цилиндрических и конических зубчатых передач с прямыми и непрямыми зубьями выполняют по меньшему значению [σ]F из полученных для шестерни [σ]F1 и колеса [σ]F2, т. е. по менее прочным зубьям.