Расчет зубчатой передачи.
2.1Выбор материала.
Рекомендуется выбирать для шестерни колеса одинаковую марку стали с различной термической обработкой, но учитывая, что шестерня и колесо имеют разные размеры, разрешается выбирать одну марку материала с одинаковой термической обработкой, при этом из-за различия в массе зубчатых колёс меньшая – шестерня будет иметь скорость закалки (охлаждения) выше, а значит и выше механические свойства. Каждый зуб шестерни работает в передаточное число раз больше, чем зуб колеса. Для выполнения принципа равноизнашиваемости рекомендуется твёрдость шестерни выбирать на 20-50 ед. НВ больше, чем твёрдость колеса. Для редукторов общего назначения твёрдость материала зубчатых колёс выбирается НВ £ 350, эта твёрдость обеспечивает прирабатываемость зубьев.
Выбираем сталь 40Х с одинаковой термической обработкой, например улучшение (закалка + высокий отпуск).
s В – предел прочности;
s Т - предел текучести;
НВ – твёрдость.
| шестерня | колесо | |
| s В | 930 (МПа) | 780 (Мпа) |
| s Т | 690 (МПа) | 490 (МПа) |
| НВ | 257-285 (257) | 215-243 (215) |
2.2Определяем допускаемое контактное напряжение.
При расчете зубчатых передач работающих в условиях переменных режимов нагружения за расчетную принимают максимальную нагрузку, а её переменность учитываем в ведением в формулу для определения допускаемого контактного напряжения эквивалентного числа циклов нагружения.
Эквивалентным называем некоторое расчётное число циклов, которое при действии постоянной нагрузки, равной максимальной, дало бы тот же эффект по пределу выносливости рабочих поверхностей зубьев, что и даёт в течение фактического числа циклов реальная переменная нагрузка.
Эквивалентное число циклов шестерни:
Т – срок службы (тыс. часов);
n 1 – число оборотов шестерни(об/мин);
α 1, α 2, α 3, к 1, к 2, к 3 – коэффициенты.
N Е1 = 60∙1500∙12000∙(13∙0,5 + 0,73∙0,3 + 0,63∙0,2) = 697788000. 
N Е2 = 697788000 / 2 = 348894000.
Число циклов нагружений до перегиба кривой усталости, т.е. при достижении длительного предела выносливости при контактных напряжениях:
. 
N 01 = 30∙2572.4 = 18237308;
N 02 = 30∙2152.4 = 11884298.
Допускаемое контактное напряжение при длительной работе:
индекс Нговорит о том, что расчёт на прочность;
индекс Р– напряжение допускаемое;
s 0Н – предел выносливости поверхностных слоёв зубьев, зависит от твёрдости, термообработки и материала.
Предел выносливости поверхностных слоев зубьев σ0H.
| Термическая или химико-термическая обработка | Твердость Поверхностного Слоя | Материал | σ0H ,МПа |
| Улучшение, нормализация | НВ ≤ 350 | Углеродистые и Легированные Стали | 2НВ + 70 |
| Объемная закалка | HRC 40 – 56 | 18HRC + 150 | |
| Поверхностная закалка | HRC 40 – 56 | 17HRC + 200 | |
| Цементация и закалка | HRC 54 – 65 | Легированные стали | 23HRC |
| Азотирование | HRC 50 – 65 | 20HRC | |
| Без термической обработки | — | Чугун | 2НВ |
s 0Н 1 = 2∙257 + 70 = 584 (МПа)
s 0Н 2 = 2∙215 + 70 = 500 (МПа );
ZR – коэффициент зависящий от параметров шероховатости поверхности, если R а £ 1 мкм, то Z R = 1; ZR=0,95 при Ra =1,25…2,5 мкм; ZR=0,9 при Ra≥10;
n – коэффициент безопасности для объёмно упрочнённых зубьев n = 1.1; для поверхностно –упрочненных ь- 1,2.
если N E > N 0, значит, деталь работает в зоне горизонтального участка кривой усталости, т.е. принимаем, что нагрузка постоянна, поэтому:
=1
НР 1 = (584∙1 / 1,1) ∙1 = 530,9 (МПа)
s НР 2 = (500∙1 / 1,1) ∙1 = 454,5 (МПа )
Для косозубой передачи, имеющей разные твёрдости шестерни колеса:
s НР = (s НР1 + s НР2 ) / 2
s НР = (530,9 + 454,5) / 2 = 492,7 (МПа).