Расчет и проектирование планетарных коробок передач (1034674), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Исключение составляют зубья, закаленные с помощью токов высокой частоты (ТВЧ). Если модуль зацепления меньше трех, то зубья обычно закаливаются насквозь, что приводит к значительному их короблению и, как следствие, к снижению ударной вязкости.В табл.3.2.1 приведены наиболее распространенные марки сталей, рекомендуемая термообработка и ориентировочная область применения. Основные механические характеристики наиболее распространенных сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес, приводятся в табл.3.2.2.Для предварительной оценки экономической эффективности передач в табл. 2.3 приводитсяориентировочная относительная стоимость некоторых марок углеродистых и легированных сталей(за единицу принята стоимость сталей марок 35, 45, 50).Таблица 3.2.1. Марки сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес [3]Способ обработкиМарка сталейОбъемная за- 45, 40X, 40ХН,калка35XM, 40ХН4МА,38XC, и др.Цементация,объемная закалка15Х, 20X, 12XH3A,15ХФ, 12ХН2,12Х2Н4А, 20ХНЗА,20Х2Н4А, 20ХН,18Х2Н4ВА,25ХГM, 18ХГТ,З0ХГТ, 15ХГН2ТА,20ХГР, 20ХГНР,20ХГНТР, 20ХГСАи дрДостигаемаятвердость(верхний предел)HRC 55-65HRC 58-63Основные особенностиПовышенная чувствительностьстали к концентрации напряжений.Повышенные остаточные напряжения и коробление.Склонность к образованию закалочных трещин.Наибольшая несущая способность зубьев.Качество обработки в большойстепени зависит от химическогосостава стали, ее прокаливаемости, от концентрации углерода вповерхностном слое, твердостисердцевины, режимов термообработки, применяемого оборудования и оснастки.Теплостойкость 200°С.
Глубинаслоя от 0,1 до 2,0 мм.Рекомендуемое применениеСлабо- и средненагруженные передачиТяжелонагруженныеответственные зубчатыеколеса50Азотирование38Х2МЮА,38Х2Ю, 40ХФА идр.HV 650-1150Цианирование20Х, 35Х, 40Х,40ХН, 25ХГТ,25ХГМ, З0ХГТ,40ХН2МА, большинство цементируемых сталейНитроцементация20, 40Х, 25ХГТ,25ХГМ, 12ХН3А,20ХН3А, 20ХГНР, HRC 57—6320ХГР, 20Х,18ХГТ, 20ХГТ и др.Закалка ТВЧ40, 45, 50, 50Г, 40Х,40ХН, 38ХС,HRC 50—6040ХН2МА, 50ПП,У6 и др.HRC 58—64Наибольшие твердость поверхности и теплостойкость (400500°С).Незначительное коробление.Высокая поверхностная хрупкость.Чувствительность к перегрузкам.Длительность процесса азотирования.Глубина слоя от 0,1 до 0,8 мм.Высокая твердость, износостойкость.Нечувствительность к концентрации напряжений.Отсутствие окалины.Теплостойкость (250° С).
Глубина слоя от 0,1 до 0,8 мм.Износостойкость.Твердость,Небольшие коробления.Нечувствительность к внутреннему окислению.Возможна хрупкость.Глубина слоя от 0,2 до 0,8 мм.Небольшие деформации (зависятот способа закалки).Отсутствие окалины.Повышенная чувствительность кконцентрации напряжений.Прочность зубьев определяетсяглубиной закалки и формой закаленного слоя.Средненагруженные зубчатые колеса в случаеневозможности зубошлифования. Зубчатыеколеса, работающие привысоких температурах.Средненагруженные нешлифуемые зубчатыеколеса в условиях мелкосерийного производстваСредненагруженные нешлифуемые зубчатыеколеса.Слабо- и средненагруженные зубчатые колеса при изготовлении ихиз стали с пониженнойпрокаливаемостью.Таблица 3.2.2. Основные механические характеристики сталей, применяемых для изготовлениязубчатых колес [3]Диаметрзаготовки,ммТолщиназаготовки,мм35ЛюбойЛюбая40Любой45Марка сталиМеханические свойства,МПаТермообработкаТвердостьповерхности,HRCσВσТсердцевины,НВНормализация540-580320150-180-ЛюбаяНормализация580-650340170-190-ЛюбойЛюбаяНормализация610-700360170-200-4560-9045-70Улучшение750-850450210-230-453030Объемная закалка1000750335-490-45ЛюбойЛюбаяПоверхностная закалка600340-50ЛюбойЛюбаяНормализация580-620320HRC 5355210-230-50ГЛюбойЛюбаяНормализация660-700400210-230-60ГЛюбойЛюбаяНормализация800-900440220-250-5115Х--Цементация и закалка700-800--58-6320Х6060Цементация и закалка800650230-240-35Х--Нормализация700-950450-750215-285-40Х28090Улучшение800-900550230-260-40Х12060Улучшение900-1000800250-280-40Х3030Объемная закалка110-1350900-1050340-42035-4540ХЛюбойЛюбаяПоверхностная закалка1000850-52-5645Х-100Объемная закалка850650230-286-45Х-100-300Объемная закалка750500163-269-45Х-300-500Объемная закалка700450--40ХС-80Объемная закалка900700225-40ХС-40Поверхностная закалка16001450-48-5440ХНЛюбойЛюбаяУлучшение750-850450-50-5440ХН15075Улучшение900-1000700207-255-40ХН7575Объемная закалка1000850241-45ХН-100Объемная закалка850600-48-5445ХН-60Объемная закалка1000800220-250-45ХН-40Поверхностная закалка16501500270-300-20ХР60-800-850600-650300-32058-6020ХГР--Цементация с двойнойзакалкойЦементация и закалка950-1000750-850310-33058-6220ХНР--1000-12001000330-350-35ХРА80-Цементация с двойнойзакалкойУлучшение1000-1100900-100038050-5240ХГР80-Улучшение1000-1050900-100038051-5312ХН3А90901000850260-40058-6312Х2Н4А--12001000280-40060-6520Х2Н4А--14001200300-40060-6512Х2Н4ВА--115085040056-6018ХГТ--115095040056-6238ХМЮА303010008503506038ХВФЮ303012ХН3-20ХН3Цементация с двойнойзакалкойЦементация с двойнойзакалкойЦементация с двойнойзакалкойЦементация с закалкой100085032062-Цементация с двойнойзакалкойАзотирование с предварительной закалкойДвухступенчатое азотирование с предварительной закалкойЦементация с закалкой800-900--58-63--Цементация с закалкой800-900--58-6318Х2Н4ВА6060Цементация с закалкой1400120036058-6325Х2ГНТА100100Цементация с закалкой110090032058-635225Х2ГНТА6060Цементация с закалкой1300110035058-6325Х2ГНТА4040Цементация с закалкой1500130036058-6312ХН3А6060Цементация с закалкой92070025056-6312ХН3А4040Цементация с закалкой100080030056-6338ХН3МА--Улучшение1000800293-331-38ХН3МФА--Улучшение900750277-321-Таблица 3.2.3.
Ориентировочная относительная стоимость некоторых углеродистых и легированных сталей [3]Марка сталиМарка стали35, 45, 50Относительнаястоимость1,0Марка стали18ХГТОтносительнаястоимость1,3-1,540ХНОтносительнаястоимость1,4-1,515Х, 20Х, 40Х1,2-1,320ХФА2,2-2,440ХНМА2,0-2,415ХРА1,3-1,635ХЮА1,7-1,812Х2Н4А3,0-3,220ХГР1,3-1,538ХВФЮА2,4-2,612ХНВА4,4-5,035ХГС1,4-1,538ХМЮА3,1-3,33.3. Определение допускаемых напряжений при расчете на контактную и изгибную выносливость.3.3.1. Допускаемые напряжения при расчете на контактную выносливость.Допускаемые контактные напряжения σHP (МПа) следует определять раздельно для шестерни и колеса, используя для этого следующую зависимостьσ HP =σ H limSHZ R ZV K L K ХH .(3.3.1)SH - коэффициент безопасности (SH = 1,1 - для зубчатых колес с однородной структурой материалаи SH = 1,2 - для зубчатых колес с поверхностным упрочнением зубьев; для передач, выход из строякоторых связан с тяжелыми последствиями, рекомендуется приведенные значения коэффициентовбезопасности увеличивать до SH = 1,25 и SH = 1,35);Коэффициент ZR, учитывающий шероховатость сопряженных поверхностей зубьев, определяетсяпо тому из сопряженных колес, зубья которого имеют более грубые поверхности (см.табл.
3.3.1);Таблица 3.3.1Ra1,25-0,632,5 -1,25Св.2,5ZR1,00,950,9Коэффициент ZV, учитывающий окружную скорость зубчатого венца, определяется по формулам:•ZV=0,85V0,1 – для твердости поверхности зубьев меньшей или равной 350НВ;•ZV=0,925V0,05 – для твердости поверхности зубьев большей 350НВ;53если окружная скорость зубчатого венца меньше 5 м/с, то ZV = 1;Коэффициент, учитывающий радиальный размер зубчатого колеса,K XH = 1,07 − d w ⋅10−4 ,для зубчатых колес, начальный диаметр dw которых меньше 700 мм, КxH = 1.коэффициент KL учитывает влияние смазки (KL = 1).Предел контактной выносливости поверхностей зубьев, МПа, соответствующий эквивалентному числу нагруженийσ H lim = Z Nσ H lim b ,где σНlimb - предел контактной выносливости поверхностей зубьев шестерен, соответствующиебазовому числу циклов нагружения рассчитывается по зависимостям, представленным в таблице3.3.2;ZN - коэффициент долговечности.Таблица 3.3.2Способ термической ихимической обработкизубьевОтжиг, нормализация илиулучшениеОбъемная закалкаПоверхностнаязакалка(ТВЧ)Цементация и нитроцементацияАзотированиеТвердость поверхностей зубьевСталиМенее 350НВ38…55HRCσНlimb = 2(НВ)+70Углеродистые илегированныеσНlimb = 18(НRC)+150σНlimb = 17(НRC)+20045…55HRCБолее 56HRCЗависимость для расчетаσНlimb, МПаЛегированныеσНlimb = 23(НRC)σНlimb = 20(HRC)50…60HRCКоэффициент долговечности определяется в случае, если число циклов напряжений в соответствии с заданным сроком службы NK меньше базового число циклов перемены напряжении(NK ≤ NHO), из соотношенияZN = 6N HO,N HEпри этом ZN не должен быть больше 2,6 для материалов однородной структуры и 1,8 в случае поверхностного упрочнения зубьев.
Для случая NK ≥ NHO коэффициент долговечности определяетсяиз соотношенияZ N = 20N HO,N HEно не должен быть меньше 0,75.54Базовое число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу контактной выносливости, NHO можно определить по графику на рисунке 3.3.1 или по формулеN HO = 30 ⋅ ( HB)2,4 ≤ 120 ⋅106 ,причем, если твердость поверхности зубьев более 56HRC, то NHO следует принимать равным120·106. Соотношение между твердостью по Бринеллю (НВ) и Роквеллу (HRC) представлено нарис.3.3.2.Эквивалентное число циклов перемены напряжений при расчете на контактную выносливость NНЕ определяется в зависимости от характера циклограммы нагружения рассчитываемогозубчатого зацепления. При постоянной нагрузке эквивалентное число циклов перемены напряжений NHE равно числу циклов напряжений в соответствии с заданным сроком службы NKNНЕ = NК = 60 TΣ n kз,где TΣ – суммарное время работы зубчатого зацепления, ч;n – частота вращения, рассчитываемого зубчатого колеса, об/мин;kз – количество контактов одного зуба за один оборот рассчитываемого зубчатого колеса.В случае расчета одного из центральных колес планетарного ряда частота вращения n определяется как разность абсолютного значения частоты вращения рассматриваемого колеса и частоты вращения водила:для малого центрального колеса (МЦК):для большого центрального колеса (БЦК):n = nмцк - nводn = nбцк - nводгде nмцк и nбцк – частота вращения МЦК и БЦК соответственно;nвод – частота вращения водила планетарного ряда.Рис.3.3.1.Рис.3.3.2.55В случае расчета планетарного ряда величина kз зависит от того, в качестве какого звенавходит зубчатое колесо в состав планетарного ряда.
Если это одно из центральных колес, то kз =аст, где аст – количество сателлитов, входящих в зацепление с рассматриваемым центральным колесом. Сложнее обстоит дело в случае, если зубчатое колесо является сателлитом. За один оборотсателлита вокруг своей оси каждый его зуб нагружается дважды, и в зависимости от типа планетарного ряда может это может быть:•одно внешнее и одно внутреннее зацепление;•два внешних зацепления;•два внутренних зацепления.В первом случае нагрузка воспринимается разными сторонами зуба.
Однако, особенностиработы зубчатой пары с внутренним зацеплением (значительно меньшие контактные напряженияиз-за больших приведенных радиусов кривизны контактирующих поверхностей, лучшие условиясмазки в контакте, равномерное распределение нагрузки между сателлитами из-за податливостиобода коронной шестерни, лучшая приработка пары) позволяют считать, что накопление контактных повреждений в этих условиях меньше, чем для внешнего зацепления. Поэтому, обеспечениепрочности стороны зуба, работающей на внешнее зацепление, позволяет обеспечить прочность идругой стороне зуба, работающей на внутреннее зацепление.Во втором и третьем случаях нагрузка так же воспринимается разными сторонами зубьев,но так как обе стороны зуба работают на один и тоже тип зубчатого зацепления, то накоплениеповреждений следует рассчитывать для каждой стороны зуба отдельно.При нагрузках, изменяющихся во времени, расчет может производиться по одному из следующих трех методов:•метод эквивалентных циклов;•метод эквивалентных моментов;•метод эквивалентных напряжений.В реверсивных зубчатых передачах расчеты на контактную прочность и глубиннуюконтактную прочность активных поверхностей зубьев для каждой рабочей стороны зубазубчатого колеса следует производить независимо друг от друга.Использование метода эквивалентного числа циклов ориентировано на приведение переменной нагрузки к ступеням циклограммы, оказывающим наибольшее повреждающее воздействиена передачу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
