Список рекомендуемой литературы
1. Е.Г. Гизбург Зубчатые передачи: Справочник – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. 1980. – 416 с., ил.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя. в 3-х т.: Т. 2. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. Жестковой – М.: Машиностроение, 1999. – 880 с., ил.
3. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя. В 3-х т. 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1982. – 584 с., ил.
4. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для ВТУЗов / под ред. В.А. Фихочехова. – 6-е изд., перераб. – М.: Высш. Шк., 2000. – 383 с., ил.
5. ГОСТ 21354-87.
6. ГОСТ 1643-81.
Приложения
Приложение 1
График перевода значения твердости HRC к значению твердости HB |
График перевода значения твердости HV к значению твердости HB |
Приложение 2
Базовое значение напряжения зубьев при изгибе максимальной нагрузкой
Вид термической или химико-термической обработки зубьев | Сталь | Твердость зубьев | ,МПа | ||||
на поверхности | в сердцевине у основания | ||||||
Цементация | Закалка с повторного нагрева | Легированная с содержанием никеля более 1% | 56…62 HRC 56…60 HRC | 30…43 HRC 27…32 HRC | 2800 | ||
С непосредственного нагрева | Прочая легированная | 54…60 HRC | 30…43 HRC | 2000 | |||
Нитроцементация (с автоматическим регулированием процесса) | Закалка с непосредственного нагрева | Легированная с молибденом | 56…60 HRC | 32…45 HRC | 2500 | ||
Нитроцементация | Прочая легированная | 56…60 HRC | 27…45 HRC | 2200 | |||
Азотирование
| Легированная (без алюминия) | 550…850 HV | 24…30 HRC | 1800 | |||
Закалка при нагреве ТВЧ | Сквозная до переходной поверхности | Легированная и углеродистая | 48…52 HRC и более у основания 200…300 НВ | ||||
Сквозная с охватом дна впадины | Легированная с содержанием никеля более 1% | 48…52 HRC | 2500 | ||||
Сквозная | Прочая легированная | 2250 | |||||
По контуру | Легированная с содержанием никеля более 1% | 48…54 HRC | 24…30 HRC | 2200 | |||
Прочая легированная | 1800 | ||||||
Объемная закалка | Легированная с содержанием никеля более 1% | 48…52 HRC | 2500 | ||||
Прочая легированная | 2250 |
Приложение 3
Таблица 1
Величины , , и для цементированных зубчатых колес
Сталь | Концентрация углерода на поверхности, % | Твердость пов-ти зубьев HRC | * , МПа | *** |
| *6 | |
дробь, ролики*4 | Электрохимическая обработка*5 | ||||||
1. Содержащая никель более 1 % и хром 1 %и менее (например, марок 20ХН, 20ХН2М, 12ХН2, 12ХНЗА; 20ХНЗА, 15ХГНТА по ГОСТ 4543 | 0.75–1.1 (достигается при контроле и автоматическом регулировании углеродного потенциала карбюризатора и закаленной атмосферы) | 57…63 | 950 | 0,75 0,6 | 1–1,05 1,1–1,3 | 1,0 1,2 | 1,55 |
2. Безникелевая, содержащая никель менее 1 % (например, марок 18ХГТ, ЗОХГТ, 20Х, 20ХГР по ГОСТ 4543 и марки 25ХГНМА) Содержащая хром более 1 % и никель более 1 % (например, марок 12Х2Н4А. 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА по ГОСТ 4543 и марки14ХГСН2МА | 820** | 0,75 0,65 | 1–1,1 1,1–1,3 | 1,1 1,2 | |||
3. Всех марок | 0,6–1,4 (достигается при цементации в средах с неконтролируемым углеродным потенциалом и закалке с применением средств против обезуглероживания) | 57…63 | 800 | 0,8 0,65 | 1,1–1,2 1,15–1,3 | 1,2 1,25 | 1,65 |
|
|
продолжение таблицы 1
Сталь | Концентрация углерода на поверхности, % | Твердость пов-ти зубьев HRC | * , МПа | *** |
| *6 | |||||
дробь, ролики*4 | Электрохимическая обработка*5 | ||||||||||
4. Содержащая никель более 1 % (например, марок 20Х2Н4А 20ХНЗА, 18Х2Н4ВА по ГОСТ 4543) | Возможно обезуглероживание (производится при закалочном нагреве в атмосфере воздуха или продуктах сгорания смеси углеводородов с воздухом) | 57…63 | 780 | 0,8 0,65 | 1,1–1,2 1,15–1,3 | 1,2 1,25 | 1,7 | ||||
5. Прочая (например, марок 18ХГТ, ЗОХГТ по ГОСТ 4543) | 680 | 0,8 0,7 | |||||||||
* Значения установлены для зубчатых колес, для которых выполнены следующие условия: 1) толщина диффузионного слоя у переходной поверхности зубьев (0,28m -0,007m2) ± 0,2 мм; данную формулу применяют при расчете колес с модулями до 20мм. Толщину диффузионного слоя рекомендуется определять на отожженных шлифах как толщину слоя до структуры сердцевины;
2) твердость сердцевины зубьев, измеренная уих основания, находится в пределах 30...45 НRСэ ; 3) зерно исходного аустенита в диффузионном слое не грубее балла 5 по ГОСТ 5639. Если хотя бы одно условие не выполняется, то следует приведенные в таблице значения снижать на 25%. Марку стали и технологию химико-термической обработки выбирают, исходя из требуемой прочности зубьев с учетом экономических факторов. Не всегда целесообразно выполнять условия 1, так как это может быть связано с дополнительными издержками производства. Значения установлены для условий плавного изменения напряжений на переходной поверхности и не касаются спектра нагружения, для которого характерно наличие ударных нагрузок. Если в спектр включены ударные нагрузки, то независимо от технологии химико-термической обработки предпочтительнее применять стали с высоким содержанием никеля. ** Для сталей с содержанием хрома более 1% и никеля более 1%, закаливаемых после высокого пуска, принимают = 950 МПа, если высокий отпуск проводится в безокислительной среде. *** Данные в знаменателе принимают, если не гарантировано отсутствие шлифовочных прижогов или острой шлифовочной ступеньки на переходной поверхности.
*4 Данные в знаменателе принимают для зубчатых колес, упрочненных дробью или роликами после шлифования переходной поверхности или шлифования с образованием ступеньки на переходной поверхности. Максимальные значения следует принимать при оптимальных режимах деформационного упрочнения. *5 Значения установлены для условий бескоррозионной электрохимической обработки, проводимой для удаления слоя интенсивного обезуглероживания и слоя внутреннего окисления. Данные в знаменателе принимают в случае, если электрохимическая обработка проводится после шлифования переходной поверхности. Если электрохимической обработке подвергается зубчатое колесо со шлифовочной ступенькой на зубе, то принимают = 1. *6 Для передач особо высокой ответственности допускается устанавливать значения в индивидуальном порядке. |
Таблица 2
Определение параметров , , и для нитроцементированных зубчатых колес
Легированная сталь | Концентрация углерода на поверхности, % | Концентрация азота на поверхности, % | Твердость зубьев на поверхности | ** , МПа | *** | *4 | *5 |
1. Хромомарганцевая, содержащая молибден, закаливаемая с нитроцементационного нагрева (например, марки 25ХГМ по ГОСТ 4543) | 0,7–1,0 | 0,15–0,3 | 57...63 НRС | 1000 | 0,7 | 1,0 1–1,35 | 1,55 |
2. Не содержащая молибден, закаливаемая с нитроцементационного нагрева (например марки 25ХГТ, ЗОХГТ, 35Х по ГОСТ 4543) | 0,7–1,0 | 0,15–0,5 | 57...63 НRС | 750 | 0,75 | 1,05–1,1 1,1–1,35 | 1,55 |
* Концентрация углерода достигается при контроле и автоматическом регулировании углеродного потенциала карбюризатора и атмосферы для нагрева при закачке. ** Значения установлены для зубчатых колес, для которых выполнены следующие условия: 1) толщина диффузионного слоя у переходной поверхности зубьев 0,13m—0,2т, не более 1,2 мм (применять, нитроцементацию для зубчатых колес с модулем более 8 мм без специальных испытаний не рекомендуется). Толщину диффузионного слоя рекомендуется определять на отожженных шлифах как толщину слоя до структуры сердцевины; 2) твердость сердцевины зубьев, измеренная у их основания, должна быть 30...45 НRС э; 3) зерно исходного аустенита в диффузионном слое не грубее балла 6 по ГОСТ 5639. Если хотя бы одно условие не выполняется,то следует приведенные в таблице значения уменьшить на 25 %. Наличие темной составляющей в структуре диффузионного слоя не допускается. Значения справедливы для плавного изменения напряжений на переходной поверхности н не касаются спектра нагружения, для которого характерно наличие ударных нагрузок. *** Данные установлены для случаев, когда гарантировано отсутствие шлифовочных прижогов или острой шлифовочной ступеньки на переходной поверхности. Если эти условия не гарантированы, то значение уменьшают на 25 %. *4 Данные в знаменателе в скобках принимают для зубчатых колес, упрочняемых дробью или роликами после шлифования переходной поверхности или шлифования с образованием ступеньки на переходной поверхности. Максимальные значения следует принимать при оптимальных режимах деформационного упрочнения. *5 Для передач особо высокой ответственности допускается устанавливать значения в индивидуальном порядке. |
Таблица 3
Определение параметров , , и для зубчатых колес из отожженной, нормализованной и улучшенной стали, зубчатых колес, закаленных при объемном нагреве, и азотированных зубчатых колес.
Сталь | Способ термической или химико-термической обработки | Твердость зубьев | * , МПа | ** | *** | *4 | |
на поверхности | в сердцевине у основания | ||||||
1. Углеродистая и легированная, содержащая углерод более 0,15 % (например, марок 40, 45 по ГОСТ 1050, марок 40Х, 40ХН, 40ХФА, 40ХН2МА, 18Х2Н4ВА по ГОСТ 4543) | Нормализация, улучшение | 180...350 Н | 1,75 ННВ | 1,1 | 1,1-1,3 1,1–1,3 | 1,7 | |
2. Легированная, содержащая углерод 0,4-55 % (например, марок 40Х, 40ХН, 40ХФА, 40ХН2М по ГОСТ 4543) | Объемная закалка с применением средств против обезуглероживания | 45...55 НRС | 580 | 0,9 0,75 | 1,05-1,15 1,1-1,2 | 1,7 | |
3. Легированная, со-ержащая никеля более % (например марок ОХН, 50ХН. 40ХН2МА по ГОСТ 4543) | Объемная закалка при возможном обезуглероживании | 45...55 HRС
| 500 | 1,0 0,8 | 1,1–1,3 1,1–1,2 | 1,7 | |
продолжение таблицы 3
Сталь | Способ термической или химико-термической обработки
| Твердость зубьев | * , МПа | ** | *** | *4 | |||
на поверхности | в сердцевине у основания | ||||||||
4. Прочая легированная (например, марок 40Х, 40ХФА по ГОСТ 4543) | Объемная закалка при возможном обезуглероживании | 45...55 НRС | 460 | 1,0 0,8 | 1,1–1,3 1,1–1,2 | 1,7 | |||
5. Содержащая алюминии | Азотирование | 700...950 НV | 24...40 НRС | 290 + 12H |
— | 1,0 | 1,7 | ||
6. Прочая легированная
| 550...750 НV | 24...40 НRС | |||||||
*Значения установлены для азотированных зубчатых колес, для которых выполнены следующие условия: 1) толщина диффузионного слоя для зубчатых колес из сталей с алюминием равна 0,070m…0,1т, для зубчатых колес из прочих легированных сталей равна 0,1m…0,13т; 2) в структуре диффузионного слоя отсутствует замкнутая нитридная сетка или - фаза. Если хотя бы одно условие не выполняется, то следует приведенные в таблице значения уменьшить на 20 %. ** Данные в знаменателе принимают, еслине гарантировано отсутствие шлифовочных прижогов, микротрещин или острой шлифовочной ступеньки. *** Данные в знаменателе принимают для зубчатых колес, упрочняемых дробью или роликами после шлифования переходной поверхности, или шлифования с образованием ступеньки на переходной поверхности. Максимальные значения следует принимать при оптимальных режимах деформационного упрочнения. *4 Для передач особо высокой ответственности допускается устанавливать значения в индивидуальном порядке.
| |||||||||
Таблица 4
Величины , , и для зубчатых колес, закаленных при нагреве ТВЧ
Сталь | Форма закаленного слоя
| Твердость зубьев | * , МПа | *5 | *6 | *7 | |
на поверхности | в сердцевине у основания | ||||||
1. Пониженной прокаливаемости, содержащая углерод 0,5–0,6% (например марки У6 по ГОСТ 1435, марки 55ПП) | Закаленный слой повторяет очертания впадины | 58...62 НRС | 8...35 НRС | 870** | 0,75 0,55 | 1,0 1,1–1,2 | 1,7 |
2. Специальная легированная, содержащая углерод 0,6% (например, марок 60ХВ, 60Х, 60ХН) | 54...60 НRС | 25...35 НRС | 730*** | 0,8 0,7 | 1,0 1,1–1,2 | 1,7 | |
3. Легированная, содержащая углерод 0,35-0,5% и никель 1% и более (например, марок 40ХН, 40ХН2МА по ГОСТ 4543) | 48...58 НRС | 25...35 НRС | 680 | 1,0 0,8 | 1,05–1,1 1.1–1,2 | 1.7 | |
4. Прочая легированная, содержащая углерод 0,35–0,45 % (например, марок 40Х 35ХМ по ГОСТ 4543) | 48...58 НRС | 25...35 НRС | 580 | 1,0 0,8 | 1,05–1,1 1,1–1,2 | 1,7 |
продолжение таблицы 4
Сталь | Форма закаленного слоя | Твердость зубьев | * , МПа | *5 | *6 | *7 |
5. Легированная, содержащая углерод 0,35—0,45% и никель 1 % и более (например, марок 40ХН, 40ХН2МА по ГОСТ 4543) | Закаленный слой распространяется на все сечение зуба и часть тела зубчатого колеса под основанием зуба и впадины
| 48...55 НRС
| 580*4 | 1,0 0,8
| 1,15–1,35 1,1–1,2
| 1,7 |
6. Прочая легированная, содержащая углерод 0,35-0,45% (например, марок 40Х, 35ХМ по ГОСТ 4543) | 480*4 | |||||
7. Углеродистая и легированная | Закаленный на переходной поверхности или вблизи нее | Незакаленной части зуба 200...300 НВ | 390 | 1,2–1,4 1,1–1,3 | 1,7 | |
*Значения установлены для зубчатых колес, для которых выполнены следующие условия: 1) толщина закаленного слоя (до структуры сердцевины) у переходной поверхности 0,2т…0,4т; 2) в структуре закаленного слоя отсутствует феррит. Если хотя бы одно условие не выполняется, то следует приведенные в таблице значения s 0 Flimb уменьшать на 30 %. ** Форма закаленного слоя, повторяющего очертания впадины между зубьями, достигается на зубчатых колесах с модулем 6 мм и более при глубинном индукционном электронагреве и охлаждении в быстродвижущемся потоке воды с самоотпуском. *** Форма закаленного слоя, повторяющего очертания впадины между зубьями, может быть получена при индукционном электронагреве токами двух частот. ** Значения установлены для зубчатых колес, для которых выполнены следующие условия: 1) толщина закаленного слоя (до структуры сердцевины) под основанием впадины между зубьями 0,5т…1,0т; 2) в структуре закаленного слоя отсутствует феррит. Если хотя бы одно условиие не выполняется, следует приведенные в таблице значения уменьшать на 25 %. *5 Данные в знаменателе принимают, если не гарантировано отсутствие шлифовочных прижогов или острой шлифовочной ступеньки на переходной поверхности. *6 Данные в знаменателе принимают для зубчатых колес, упрочняемых дробью или роликами после шлифования переходной поверхности или шлифования с образованием ступеньки на переходной поверхности. Максимальные значения принимают при оптимальных режимах деформационного упрочнения. *7 Для передач особо высокой ответственности допускается устанавливать значения в индивидуальном порядке. |
Приложение 4
Пример расчета
Рассчитать тихоходную прямозубую коническую зубчатую передачу (см. рис).
Исходные данные:
| |||
Схема редуктора | Циклограмма нагружения |
u = 2 – передаточное число.
n1 = 100 об/мин – частота вращения шестерни
n2 = 50 об/мин частота вращения колеса;
T1 = 1500 Нм – вращающий момент на шестерне (T2 = 3000 Нм);
Коэффициент перегрузки при пуске двигателя Кпер = 1,8.
Дополнительно принятые исходные данные:
Материал шестерни сталь 25ХГНМ, колеса – сталь 40Х (P = T1n1/9550 [с. 7]);
Способ термической обработки:
шестерни – цементация с последующей закалкой (твердость поверхностей зубьев 58 HRC);
колеса – закалка при нагреве ТВЧ, закаленный слой повторяет очертаний впадины (50 HRC);
Срок службы 5 лет (при работе 312 дней в году, 16 часов в день (в две смены));
Нагрузка постоянная, передача не реверсивная.
Примечание: в квадратных скобках стоит ссылка на:
[с. №] – на номер страницы №; [ф. №] – на номер формулы №; [т. №] – на номер таблицы №, [р. №] – на номер рисунка. При оформлении пояснительной записки к курсовому проекту, в квадратных скобках пишется только номер источника согласно списку используемой литературы.
Проектировочный расчет
Целью проектировочного расчета является определение начального диаметра шестерни из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев по формуле [ф. 3.1], мм:
,
где T1H – вращающий момент на шестерне, Нм; Kbe – коэффициент ширины зубчатого венца; – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий; – предварительное значение коэффициента, учуивающего динамическую нагрузку; – допускаемое контактное напряжение, МПа.
Коэффициент ширины зубчатого венца определяется по формуле [ф. 3.3]: Kbe = 1,2/(u+0,6) = 1,2/(2 + 0,6) = 0,46. Так как Kbe > 0,3, принимаем Kbe = 0,3.
Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, = 1,15 [р. 3.1], при этом отношение , где [ф. 3.23].
Предварительное значение коэффициента , учуивающего динамическую нагрузку, определяется по формуле [c. 8]:
.
Допускаемые контактные напряжения определяют раздельно для шестерни и колеса по формуле [ф. 3.4]:
,
где – предел контактной выносливости, соответствующий базовому числу циклов напряжений, МПа; SH – коэффициент запаса прочности; ZN – коэффициент долговечности; ZR – коэффициент, учитывающий шероховатость сопряженных поверхностей зубьев; – коэффициент, учитывающий окружную скорость; ZL – коэффициент, учитывающий влияние вязкости масла; ZX – коэффициент, учитывающий размер зубчатого колеса.
В проектировочном расчете = 0,9.
Тогда: .
Коэффициенты запаса прочности: для шестерни и колеса с поверхностным упрочнением зубьев принимаем =1,2 и = 1,2 [с. 9].
Предел контактной выносливости , МПа [т. 3.1]:
для цементированной шестерни ;
для колеса, закаленного с нагревом ТВЧ .
Суммарное число циклов перемены напряжений NК при постоянной нагрузке определяется следующим образом [ф. 3.5]:
,
где с – число зубчатых колес, сцепляющихся с рассчитываемым зубчатым колесом, n – частота вращения, рассчитываемого зубчатого колеса (шестерни), об/мин, t – срок службы передачи, в часах.
часов (передача работает 5 лет, 312 дней в году, 16 часов в день).
Таким образом:
циклов,
циклов.
Базовые числа циклов напряжений, соответствующие пределу выносливости, определяется по формуле [ф. 3.11]:
так как принимаем ,
.
Примечание: перевод твердости по HRC в HB по приложению 1.
Так как определяем значение по формуле [c. 10]:
,
при определяем значение по формуле [c. 10]:
.
Используя полученные данные найдемдопускаемые контактные напряжения , МПа:
,
.
В качесве допускаемого напряжения в проектном расчете принимают наименьшее, т.е. МПа.
Полученные данные подставим в формулу по определению начального диаметра:
мм.
Для зубчатых передач, изготовленных без смещения, рекомендуется принимать так как в этом случае отсутствует подрезание ножки зубьев [c. 15]. Принимаем . Число зубьев колеса .
Внешний окружной модуль определяется по формуле [ф. 3.19]:
.
По ГОСТ 9563-80 принимают стандартный модуль [c. 16]: мм.
Тогда уточненное значение внешнего делительного диаметра шестерни [ф. 3.20], мм:
.
Тогда внешний делительный диаметр колеса [ф. 3.21], мм:
.
Внешнее конусное расстояние рассчитывается по формуле [ф. 3.22], мм:
,
где [ф. 3.23].
Углы наклона делительных конусов шестерни и колеса определяются из зависимости [ф. 3.23]:
,
.
Ширина зубчатого венца рассчитывается по формуле [ф. 3.24], мм:
.
Среднее конусное расстояние рассчитывается по формуле [ф. 3.25], мм:
.
Средний окружной модуль [ф. 3.26], мм:
.
Средние делительные диаметры [ф. 3.27], мм:
, .
Определим окружную скорость зубчатых колес по формуле [ф. 3.28], м/с:
.
По окружной скорости колес назначаем 9-ю степень точности зубчатых колес [т. 3.3].
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 184; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!