Зубчатые передачи

ЗУБЧАТЫЕ И ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Часть I. Проектировочный расчет

Методические указания к курсовому проекту

по деталям машин для студентов

машиностроительных специальностей

всех форм обучения

4-е издание, переработанное

Нижний Новгород

Составители А.А. Ульянов, Ю.П. Кисляков, Л.Т. Крюков

УДК 621.833: 539.4 (075.5)

Зубчатые и червячные передачи. ЧI: Проектировочный расчет: Метод. указания

к курсовому проекту по деталям машин для студентов машиностроительных спец. всех форм обучения.- 4-е изд., перераб. / НГТУ; Сост.: А.А. Ульянов,

Ю.П. Кисляков, Л.Т. Крюков - Н. Новгород, 2001. – 31 с.

Научный редактор Н.В. Дворянинов

Редактор И.И. Морозова

Подп. к печ. Формат 60х84¹/16. Бумага газетная...

Печать офсетная Печ. л. 2. Уч.- изд. л.. Тираж 1000 экз. Заказ.

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ,. 603600,.Н. Новгород, ул. Минина, 24.

© Нижегородский государственный

технический университет, 2001

ВВЕДЕНИЕ

В данной работе приведены методические указания по проектировочному расчету цилиндрических и конических зубчатых передач, а также червячных передач с цилиндрическими червяками.

Настоящие указания являются 4-м переработанным изданием методи-ческих указаний кафедры 1991 года. Основаниями для переработки послужили ГОСТ 21354-87 [1] и методики расчетов, изложенные в [2]…[5].

Проектировочные расчеты являются ориентировочными, служат для предварительного определения размеров передач и не могут заменить проведения окончательных проверочных расчетов на прочность.

1. МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМООБРАБОТКА

Зубчатые передачи

1.1.1. Основной материал термически обработанные стали с содержанием углерода 0,1…0,6 %.

1.1.2. В зависимости от твердости поверхностей зубьев зубчатые колеса разделяют на три группы:

а) мягкие - с твердостью поверхности Н £ 350 НВ (обычно 163…302 НВ – после нормализации или улучшения);

б) твердые – 350 НВ < Н < 56 HRC _Э (обычно 40…56 HRC _Э – закаленные)

в) высокотвердые – Н > 56 HRC _Э (обычно 56…63 HRC _Э – цементированные, нитроцементированные, азотированные).

1.1.3. Связь между единицами твердости НВ (Бринелля), HRC_Э (Роквелла) и НV (Виккерса) представлена на рис.1.1.

1.1.4. Мягкие зубчатые переда-чи хорошо прирабатываются. С увеличением твердости активных поверхностей зубьев, а также окружной скорости прирабатываемость зубчатых колес снижается.

Для ускорения прирабатывае-мости зубьев и повышения несущей способности рекомендуют для передач:

а) прямозубых

Н _{1 m} – H _{2 m} > 25 HB;

Рис.1.1. Соотношение твердостей HB, HRC Э, HV

б) косозубых и шевронных

Н _{1 m} – H _{2 m} > 100 НВ,

где Н _{1 m}, H _{2 m} – средние твердости поверхностей зубьев.

` 1.1.5. При Н £ 350 НВ чистовое нарезание зубьев производят после термообработки, что позволяет получать высокие степени точности без применения дорогих отделочных операций.

1.1.6. Зубья с твердостью Н > 350 НВ нарезают до термообработки, после которой подвергают отделочным операциям (обкатке, шлифованию, полиро-ванию, притирке и т.д.)

Твердые и высокотвердые зубья – плохо прирабатывающиеся. Для них принимают Н _{1 m}» Н _{2 m} и применяют в массовом и крупносерийном производ-ствах для снижения габаритов и массы передачи.

1.1.7. Основные виды термо и химико – термических упрочнений зубча-тых колес:

а) нормализация – нагрев выше критической температуры с охлажде-нием на воздухе; применяется для колес больших размеров, во вспомогате-льных механизмах и с ручным приводом.

б) закалка – нагрев выше критической температуры ацетиленовым пламенем или токами высокой частоты (закалка ТВЧ), выдержка и охлаждение с определенной скоростью (в воде, в масле и т.п.).

Объемная закалка не сохраняет вязкой сердцевину и вытесняется поверх-ностными методами упрочнения.

Поверхностная закалка ТВЧ широко применяется для средненапря-женных передач и скоростей до 12,5 м/с; должна проводиться с охватом впадин зубьев и целесообразна для шестерен в паре с улучшенными колесами;

в) улучшение – закалка с высоким отпуском до t ⁰ = 550…650 ⁰ С с целью снижения внутренних напряжений и повышения пластичности; применяют при отсутствии жестких требований к габаритам и массе передачи в мелкосерийном и единичном производствах;

г) цементация (56…63 HRC _Э) – диффузионное насыщение углеродом при t ⁰ = 900…950 ⁰ С поверхностного слоя низкоуглеродистой стали на глубину 1…2 мм с последующими закалкой и низким отпуском (до 250 ⁰ С);

д) нитроцементация (56…64 HRC _Э) – насыщение поверхности угле-родом и азотом в газовой среде; требует дорогого оборудования;

е) азотирование (до 750…900 HV) – насыщение поверхности азотом на глубину 0,3…0,6 мм; минимальное искажение формы зубьев, не требует отде-лочных операций (например, для колес с внутренними зубьями); рекомендуют для высокоскоростных и высокоточных передач.

1.1.8. При любом способе получения высокотвердой поверхности зубьев твердость сердцевины не должна превышать 40…45 HRC _Э.

1.1.9. В целях унификации материалов в многоступенчатых редукторах рекомендуют для всех ступеней сохранять одно и то же сочетание марок сталей шестерни и колеса, а разные механические характеристики поверхностей зубь-ев получать за счет изменения режимов термо – или химико – термической обработки.

1.1.10. Зубчатые колеса больших размеров (d_a ³ 500 мм) изготавливают литыми из стали и чугуна или бандажированными (из центра и зубчатого венца

1.1.11. Выборка марок сталей для курсового проекта и механические характеристики зубьев в зависимости от термообработки приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Характеристики механических свойств сталей зубчатых колес

D = da + 6 мм

D = dae + 6 мм

S = c или S = d d = 2,2 m + 0,05 b 2

S = c или S = d d = 2,5 mte + 2 мм

Марка стали

Размеры, мм, не более

Термо-обработка

Механические свойства

Отнси- тель-ная стои-мость

твердость

sв, МПа

sт, МПа

НВ cердце- вины

HRC Э повер- хности

D

S

любые

нормализация

163 - 192

---

любые

нормализация

179 - 207

---

1,0

улучшение

235 - 262

---

улучшение

269 – 302

---

40Х

улучшение

235 – 262

---

40Х

улучшение

269 – 302

---

1,3

40Х

закалка ТВЧ

269 – 302

45 – 50

35ХМ

улучшение

235 – 262

---

35ХМ

улучшение

269 – 302

---

1.5

35ХМ

закалка ТВЧ

269 – 302

48 – 53

40ХН

улучшение

235 – 262

---

40ХН

улучшение

269 – 302

---

2,0

40ХН

закалка ТВЧ

269 – 302

48 – 53

45ХЦ

улучшение

235 – 262

---

45ХЦ

улучшение

269 – 302

---

1,8

45ХЦ

закалка ТВЧ

269 – 302

50 - 56

20ХНМ

цементация

300 – 400

56 – 63

2,0

12ХН3А

цементация

300 – 400

56 – 63

2,4

25ХГНМ

цементация

300 – 400

56 – 63

1,8

18ХГТ

нитроцементац

300 – 400

56 – 63

1,2

Окончание табл.1.1
40ХНМА			азотирование			269 – 302	50 – 56	3,0
38ХМЮА			азотирование			269 – 302	850 –900 HV	2,5
35Л	любые	нормализация			163 – 207	---
45Л			улучшение			207 – 235	---
50ГЛ			улучшение			235 – 262	---
Примечания: 1. При поверхностном упрочнении зубьев механические характеристики сердцевины зуба олределяются предшествующей термообработкой – улучшением. Исключение – зубья с модулем m < 3 мм, подвергаемые закалке ТВЧ, которые прокаливаются насквозь. 2. Стали поставляются в виде поковок или проката, кроме 35Л, 45Л, 50ГЛ, которые поставляют в виде отливок.