Прочность зубьев, необходимая для предотвращения остаточных деформаций, хрупкого излома или образования первичных трещин в поверхностном слое, определяют сопоставлением расчетного (максимального местного) и допускаемого напряжений изгиба в опасном сечении при действии максимальной нагрузки:
 . (2.57)
Расчетное местное напряжение  , МПа, определяют по формуле
 , (2.58)
где  – коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку (см. п. 2.4);
 – коэффициент внешней динамической нагрузки при расчетах на прочность при действии максимальной нагрузки (см. п. 2.4).
Допускаемое напряжение  , МПа, определяют раздельно для зубчатых колес (шестерни и колеса) по формуле
 , (2.59)
где  – предельное напряжение зубьев при изгибе максимальной нагрузкой, МПа;
 – коэффициент запаса прочности;
 – коэффициент, учитывающий размер зубчатого колеса, определяется по формуле (2.45);
коэффициент  и отношение  = 1.
Предельное напряжение зубьев при изгибе максимальной нагрузкой , МПа:
 , (2.60)
где  – базовое значение предельного напряжения зубьев при изгибе максимальной нагрузкой, Мпа [см. приложение 2];
 – коэффициент, учитывающий влияние шлифования переходной поверхности зуба;
 – коэффициент, учитывающий влияние деформационного упрочнения.
Для марок сталей и способов термообработки, не вошедших в таблицы прил. 2, допускается определять по приближенной зависимости:
 , (2.61)
где  – предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий базовому числу циклов напряжений, определяется по формуле (2.55), МПа;
 – предельное значение коэффициента долговечности;
 – коэффициент, учитывающий различие между предельными напряжениями, определенными при ударном, однократном нагружении и при числе ударных нагружений  .
Базовое значение предельного напряжения зубьев при изгибе максимальной нагрузкой определяется по прил. 3 в зависимости от марки стали и способа термической и химико-термической обработки.
В качестве в прил. 2 использованы усредненные (медианные) значения предельного напряжения зубьев цилиндрических эвольвентных колес внешнего зацепления, установленные на основании испытаний при знакопостоянном ударном нагружении при числе повторных воздействий N от 1 до 103 и выраженные в форме максимальных местных напряжений. Использование этих значений в расчете на статическую прочность при плавном приложении нагрузки и на малоцикловую выносливость (при числе циклов N = = 102…103) обеспечивает дополнительный запас прочности против излома зубьев.
Коэффициент , учитывающий влияние шлифования переходной поверхности зуба, для зубчатых колес с переходной поверхностью зубьев, подвергнутой шлифованию после термообработки:
– после сквозной закалки с нагревом ТВЧ и объемной закалкой:
= 0,95 (черновой режим зубошлифования);
= 1,1 (чистовой режим);
– после цементации с закалкой:
= 1,0 (черновой режим);
= 1,05 (чистовой режим);
– после нитроцементации с закалкой:
= 0,9 (черновой режим);
= 0,95 (чистовой режим).
При отсутствии шлифования = 1.
Коэффициент , учитывающий влияние деформационного упрочнения, для зубчатых колес с деформационным упрочнением переходной поверхности зубьев:
– нешлифованной = 0,95;
– шлифованной = 1.
При отсутствии деформационного упрочнения = 1.
Предельное значение коэффициента долговечности устанавливается по формуле 2.44 для  . Следует учесть, что максимальные значения:
= 4 при  ;
= 2,5 при  .
Значения установлены на основе усреднения результатов испытаний при ударном нагружении зубчатых колес с различными вариантами термической и химико-термической обработки и числе нагружений N от 1 до 103.
=1,3 при ,
= 1,2 при .
Коэффициент запаса прочности определяется по формуле
 , (2.62)
где  определяют, как в п. 2.5;
 зависит от вероятности неразрушения. Для марок сталей и способов термической и химико-термической обработки из прил. 2 и вероятности неразрушения 0,99  .
Приложение 1
Таблица 1
Величины ,  ,  и  для цементированных зубчатых колес
Сталь
|
Концентрация углерода на поверхности, %
|
Твердость поверх-ности 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 марки 14ХГСН2МА)
|
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 табл. 1
Сталь
|
Концентрация углерода на поверхности, %
|
Твердость поверх-ности 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 (0,28 m – 0,007 m2) 0,2 мм; данную формулу применяют при расчете колес с модулями до 20 мм; толщину диффузионного слоя рекомендуется определять на отожженных шлифах как толщину слоя до структуры сердцевины;
2) твердость сердцевины зубьев, измеренная у их 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 0,13 m– 0,2 т 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 и 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
|
Скачать 2.09 Mb.