Допускаемые контактные напряжения

Допускаемые напряжения для расчёта передачи на контактную выносливость определяют по зависимости, соответствующей ГОСТ 21354-87.

, (1.1)

где s_Hlimв - предел контактной выносливости поверхности зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений (табл.1.2); S_н - коэффициент безопасности, принимают по табл. 1.2; N_HO - базовое число циклов перемены напряжений, соответствующее длительному пределу выносливости (рис.1.1); N_HE - эквивалентное число циклов перемены напряжений при расчёте на контактную выносливость.

Рис. 1.1 График для определения N_но

N_HE=N_å×K_HE, (1.2)

где N_S - суммарное число циклов перемены напряжений.

N_å=60×n×t×n_з, (1.3)

где n – частота вращения, рассматриваемого зубчатого элемента, об/мин; t – суммарное время работы передачи в течение срока службы, ч; n_з - число вхождений в зацепление зубьев рассчитываемого зубчатого колеса за один его оборот (чаще всего n_з=1).

t=24×K_сут×365×K_год×L, (1.4)

где К_сут - коэффициент использования передачи в течение суток; К_год - коэффициент использования передачи в течение года; L - срок службы передачи, годы.

, (1.5)

где К_не - коэффициент приведения при расчёте на контактную выносливость (режим с переменной нагрузкой заменяют постоянным, эквивалентным по

усталостному воздействию); - при частотах вращения валов, не изменяющихся с изменением нагрузки.

Таблица 1.2

Длительные пределы выносливости s_нlimв и s°_Flimв,

коэффициенты безопасности S_н и S_F, максимальные

допускаемые напряжения [s]_нmax и [s]_Fmax

Термообработка	Твёрдость зубьев	Группа сталей	sнlimв, МПа	Sн	s°Flimв, МПа	SF	[s]нmax, МПа	[s]Fmax, МПа
на поверхности	в сердцевине
Нормализация, улучшение	менее НВ 350	40,45, 40Х,40ХН, 45 ХЦ, 35 ХМ и др.	2ННВ+70	1,1	1,8ННВ	1,75	2,8 sт	2,74ННВ
Объёмная закалка	HRC 45...55	40Х, 40ХН, 45ХЦ, 35ХМ и др.	18НHRC+150
Закалка ТВЧ по всему контуру (модуль m³3 мм)	HRC 56...63 HRC 45...55	HRC 25...35	55ПП, У8, 35ХМА, 40Х, 40ХН и др.	17НHRC+200	1,2		40НHRC
Закалка ТВЧ сквозная с охватом впадины (модуль m<5 мм)	HRC 45...55	—	30ХМ, 40Х, 40ХН и др.
Азотирование	HRC 50...59	HRC 24...40	35ХЮА, 38ХМЮА, 40Х, 40ХФА, 40ХНМА и др.		12НHRC+300	40НHRC 30НHRC
Цементация и закалка	HRC 56...62	HRC 30...45	Цементируемые стали всех марок	23НHRC		1,55	40НHRC

Примечание:

1. Значения s_нlimв и s°_Flimв, [s]_нmax и [s]_Fmax определяют по средней твёрдости зубьев;

2. Для передач, выход из строя которых связан с тяжёлыми последствиями, значения коэффициентов безопасности следует увеличить до S_н=1,25 и S_F=1,35 соответственно;

Нагрузка, с которой работает передача, может быть постоянной или переменной во времени. Пример графиков постоянной (а) и переменной (б) нагрузки

показан на рис. 1.2.

Рис. 1.2 Графики нагрузки

где Т_пик, Т₁, …, Т_i - крутящие моменты на валу колеса, с которыми работает передача; t_пик, t₁, …, t_i - время их действия; n_пик, n₁, …, n_i - частоты вращения; t - суммарное время работы передачи.

Если полученное значение N_HE>N_HO, то следует принять N_HE=N_HO.

Допускаемое контактное напряжение [s]_н для зубьев прямозубых передач определяют раздельно для шестерни [s]_н1 и колеса [s]_н2 и в качестве расчётного принимают меньшее из них. При расчёте зубьев косозубых передач при разности средних твёрдостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса НВ₁-НВ₂³100 за допускаемое контактное напряжение принимают меньшее из двух полученных по зависимостям:

для косозубых и шевронных цилиндрических зубчатых колёс

[s]_H=0,45×([s]_H1 + [s]_H2) или [s]_H=1,23×[s]_H2 (1.6)

для конических колёс

[s]_H=0,45×([s]_H1 + [s]_H2) или [s]_H=1,15×[s]_H2 (1.7)