Исходные параметры
Для расчёта передачи должны быть заданы или определены предвари-тельным расчётом привода следующие параметры:
передаточное число передачи u; частота вращения шестерни ,об/мин; крутящий (вращающий) момент на валу шестерни ; ресурс передачи в часах . Если нагрузка на передачу дана в виде мощности, момент определяется по зависимости
Остальные 20-40% переносятся в окружающую среду. Количество испускаемого шума зависит от жесткости зацепляющих колес и от гладкости зацепления, которое определяется точностью изготовления колеса. Этот вывод подтверждается не только результатами экспериментов, представленных в литературе, но и практикой. Известны меры по снижению шума, предусмотренные Министерским указом и Руководящими принципами. В директиве излагается стратегия и требования к конструкции редуктора, а также геометрия зубчатого колеса, то есть коррекция зубного фланца, зазор головы и пятки.
где мощность, подводимая к валу шестерни, кВт.
Нагрузка на передачу может быть постоянной или изменяющейся во времени. В последнем случае нагрузка задаётся в виде циклограммы (Рис.1.1).
Выбор материалов для зубчатых колёс
Выбор материалов для зубчатых колёс обусловливается необходимостью обеспечения достаточной изгибной и контактной прочности зубьев, характером производства, требованиями к габаритам передачи и другими соображениями.
Для общего уровня шума накопителя решающим является уровень шума корпуса конструкции благодаря зубчатым колесам. В нагруженном состоянии зубы деформируются нормальной силой, что приводит к ухудшению кинематики зацепления зуба. Правильная настройка геометрии зуба обеспечивает идеальную форму зуба, когда колеса задействованы, а механизм работает плавно, без удара и, следовательно, с меньшим шумом.
Модификация изменения материала наполнителя. Исследование подходящего решения для снижения шума зубчатых передач мало известно технической общественности. Используя демпфирующий слой или материалы с высокой демпфирующей добавкой, без детального анализа достигается только низкая подача энергии или низкое демпфирование, плохое сцепление демпфирующего материала со сталью и высокие издержки производства.
Основными материалами для зубчатых колёс являются термически обработываемые стали. Значительно реже применяются чугуны и пластмассы.
В массовом и крупносерийном производстве применяют исключительно стальные зубчатые колёса высокой твёрдости, которые подвергаются отделочным операциям после термической обработки. Находят применение следующие виды термической и химико-термической обработки: объёмная и поверхностная закалка, цементация и нитроцементация с закалкой и азотирование.
Механизмы выполнены из стального зубчатого кольца и стальной втулки, которые соединены пеной эпоксидной смолы. Пена изготовлена из эпоксидной смолы, термически блокирующих отвердителей и микрочастиц, образующих пенопласт при расширении. При нагревании пластик размягчается по окружности, и получающееся внутреннее давление увеличивает объем пластика до 150% от исходного объема. При нагревании полимера до 160-180 ° С происходит расширение микрочастиц, а компоненты отверждения реагируют с эпоксидной смолой в сильно смачиваемом термореактивном материале.
Объёмная закалка не сохраняет вязкой сердцевину зуба при высокой твёрдости его поверхности. Поэтому в настоящее время этот вид обработки уступает место поверхностным методам обработки.
Поверхностную закалку применяют для зубчатых колёс малых и средних размеров с нагревом т.в.ч. Этот вид обработки получил широкое распространение для средне напряжённых зубчатых колёс. Его целесообразно применять для шестерён, работающих в паре с улучшенными колёсами, из-за хорошей прирабатываемости такой передачи.
Материал поставляется в комплекте и в слегка теплом состоянии может быть перенесен в любой форме. В дополнение к обычным материалам материал также был изменен как часть проекта. Модификации проводились путем подачи различных наполнителей и коротких стеклообразных или арамидных волокон. Оценка результатов проводилась в соответствии со следующими критериями: увеличение прочности, уменьшение разрыва материала и размер внутреннего натяжения при сохранении демпфирующих свойств. Оптимальный пластиковый вариант использовался для изготовления зубчатых колес в виде стального зубчатого кольца - эпоксидной смолы - стальной ступицы.
Цементация (поверхностное насыщение углеродом) с последующей закалкой обеспечивает высокую твёрдость и несущую способность поверхностных слоёв и весьма высокую изгибную прочность зубьев.
Насыщение углеродом и азотом применяют для среднеуглеродистых сталей. При этом виде обработки упрочняется тонкий поверхностный слой (0,3 – 0,8 мм), последующее шлифование зубьев не проводят. Применяют насыщение в газовой среде - нитроцементация и насыщение в содержащих цианистые соли ваннах – цианирование.
Было исследовано сопротивление и прочность полученных таким образом зубчатых колес. По сравнению со стальными шестернями снижение шума в коробке передач составляло 15 дБ, при этом крутящий момент уменьшался до 80%. Количество шумоподавления в изготовленных таким образом зубчатых колесах зависит от модификации пены эпоксидной смолы. Наилучшие результаты с точки зрения загруженности и хорошей воспроизводимости результатов показали модификации с использованием мела в качестве наполнителя. Модификация с использованием стеклянных или арамидных волокон не отвечала ожидаемому эффекту.
Азотирование (насыщение азотом) обеспечивает особо высокую твёрдость и износостойкость поверхностных слоёв. Зубья после азотирования, в связи с минимальным короблением, не шлифуют. Недостатком азотирования является малая толщина упрочнённого слоя (0,2 – 0,5мм), не позволяющая применять азотированные зубчатые колёса при ударных нагрузках и при работе с интенсивным износом.
Толщина пены была небольшой из-за ширины зубов. Были исследованы мощность и демпфирующая способность зубчатых передач, используемых в автомобильной промышленности и в промышленных передачах. Испытания показали, что использование пены эпоксидной смолы не снижает уровень шума здесь. Это знание противоречило результатам оригинальных лабораторных испытаний. Из-за деформации шестерни зубчатых колес меняются, а шум шестерни увеличивается из-за зацепления краев вместо поверхностей зубов.
Тем не менее, вспененные колеса эпоксидной смолы смогли снизить шум при передаче даже здесь за счет эффекта демпфирования. Рис. 6Нормализованные тесты на зубы. Была подтверждена способность колес из эпоксидной смолы выполнять 80% -ную производительность против стальных колес. Результирующие деформации здесь малы и не влияют на изменение условий сцепления.
Улучшаемые стали применяют для изготовления зубчатых колёс в условиях мелкосерийного и индивидуального производства при отсутствии жёстких требований к габаритам. Чистовое нарезание зубьев улучшаемых зубчатых колёс производят после термической обработки, что облегчает изготовление передач. Передачи из улучшаемых сталей хорошо прирабатываются.
Важным направлением является также направление нагрузки. Исследования показывают, что геометрия и направление загрузки зуба имеют решающее значение для выбора пеноматериала и его прочности. В следующих запланированных экспериментах основное внимание будет сосредоточено на определении областей промышленности и оборудования, на которых используются колеса из эпоксидной смолы. Для электроприводов рабочая скорость обычно выше, чем у текущего двигателя. Это приводит к меньшему крутящему моменту.
При более высоких рабочих скоростях частота зубов увеличивается и изменяется в широком диапазоне. Результаты экспериментов до сих пор показали, что поведение пены эпоксидной смолы изменяется в зависимости от частоты изменения нагрузки. Эта проблема будет рассмотрена в ходе следующей задачи.
Твёрдость улучшенных зубчатых колёс обусловливается условием обеспечения достаточной стойкости зуборезного инструмента – для небольших зубчатых колёс НВ 280 – 320, для крупных – НВ 200 – 240. Твёрдость шестерён прямозубых передач, для уменьшения опасности заедания и для обеспечения долговечности передачи, рекомендуется назначать на 10 – 15 НВ выше твёрдости колёс. Шестерни косозубых и шевронных передач рекомендуется подвергать цементации, азотированию или поверхностной закалке для обеспечения высокой поверхностной твёрдости. Это повышает контактную прочность косозубых и шевронных передач.
Стали в нормализованном состоянии для обоих сопряжённых зубчатых колёс применяют только во вспомогательных механизмах, например, в механизмах ручного управления. Для повышения стойкости передачи против заедания следует шестерню и колесо изготовлять из разных материалов.
Литейные стали (преимущественно в нормализованном состоянии) применяют для колёс больших размеров.
Таблица 1.1
| Марка стали | Размеры заготовки в мм, не более | Твёрдость | Термическая обработка | |||
| сердцевины НВ | поверхности | |||||
| диаметр | толщина | |||||
| 40Х 40Х 40Х 35ХМ 35ХМ 35ХМ 40ХН 40ХН 40ХН 20ХНМ 18ХГТ 12ХН3А 25ХГНМ 40ХНМА | любой любой | любая любая | 163…192 179…207 235…262 269…302 235…262 269…302 269…302 235…262 269…302 269…302 235…262 269…302 269…302 300…400 300…400 300…400 300…400 269…302 | 45…50 48…53 48…53 56…63 56…63 56…63 56…63 50…56 | Н Н У У У У У+ ТВЧ У У У+ ТВЧ У У У+ ТВЧ У+ Ц У+ Ц У+ Ц У+ Ц У +А |
Материалы зубчатых колес. Выбор материала зубчатых колес зависит от назначения передачи и условий ее работы.
В качестве материалов колес применяют стали, чугуны и пластмассы. Стали. Основными материалами для зубчатых колес служат термически обрабатываемые стали. В зависимости от твердости стальные зубчатые колеса делятся на две группы. П е р в а я г р у п п а - колеса с твердостью поверхностей зубьев Н 350 НВ. Применяются в слабо- и средненагруженных передачах. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали 35, 40, 45, 50, 50Г, легированные стали 40Х, 45Х, 40ХН и др. Термообработку улучшение производят до нарезания зубьев.
Колеса при твердости поверхностей зубьев Н 350 НВ хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению. Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прираба-тываемости твердость шестерни прямозубой передачи должна быть на 25 50 НВ больше твердости колеса. Для косозубых передач твердость НВ рабочих поверхностей зубьев шестерни желательна возможно большая.
В т о р а я г р у п п а колеса с твердостью поверхностей Н 350 НВ При Н 350 НВ твердость материала измеряется по шкале Роквелла, 10 НВ 1 HRCЭ Высокая твердость рабочих поверхностей зубьев достигается объемной и поверхностной закалкой, цементацией, азотированием, цианированием. Эти виды термообработки позволяют в несколько раз повысить нагрузочную способность передачи по сравнению с улучшенными сталями. Зубья колес с твердостью поверхностей Н 350 НВ не прирабатываются.
Для неприрабатывающихся зубчатых передач обеспечивать разность твердостей зубьев шестерни и колеса не требуется. П о в е р х н о с т н а я з а к а л к а зубьев с нагревом токами высокой частоты т.в.ч. целесообразна для шестерен с модулем m 2 мм, работающих с улучшенными колесами, ввиду хорошей приработке зубьев. При малых модулях мелкий зуб прокаливается насквозь, что делает его хрупким и сопровождается короблением. Для закалки т.в.ч. используют стали 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ. Ц е м е н т а ц и ю применяют для колес, размеры которых должны быть минимальные авиация, транспорт и т.п Для цементации используют стали 20Х, 12ХН3А и др. А з о т и р о в а н и е обеспечивает особо высокую твердость поверхностных слоев зубьев.
Для передач, в которых отсутствует абразивное изнашивание зубьев, можно применять азотирование. Оно сопровождается малым короблением и позволяет получать зубья 7-й степени точности без отделочных операций. Для повышения прочности сердцевины зуба заготовку колеса подвергают улучшению. Для азотирования применяют стали 40ХНМА, 40Х2НМА, 38ХМЮА, 38Х2Ю. Колеса с твердостью Н 350 НВ нарезают до термообработки.
Отделку зубьев производят после тармообработки. Выбор марок сталей для зубчатых колес. Без термической обработки механические характеристики всех сталей близки, поэтому применение легированных сталей без термообработки недопустимо. Прокаливаемость сталей различа высоколегированных наибольшая, углеродистых наименьшая. Стали с плохой прокаливавемостью при больших сечениях заготовок нельзя термически обработать на высокую твердость.
Поэтому марку стали для зубчатых колес выбирают с учетом размеров их заготовок. Характеристики сталей зависят не только от химического состава и вида термообработки, но также и от предельных размеров заготовок диаметра заготовки шестерни или червяка Dnpeд и наибольшей толщины сечения заготовки колеса Sпред. Стальное литье. Применяют при изготовлении крупных зубчатых колес da 500 мм. Употребляют стали 35Л 55Л. Литые колеса подвергают нормализации.
Чугуны. Применяют при изготовлении зубчатых колес тихоходных открытых передач. Рекомендуются чугуны СЧ18 СЧ35. Зубья чугунных колес хорошо прирабатываются, но имеют пониженную прочность на изгиб. Пластмассы. Применяют в быстроходных слабонагруженных передачах для шестерен, работающих в паре с металлическими колесами. Зубчатые колеса из пластмасс отличаются бесшумностью и плавностью хода. Наиболее распространены текстолит, лигнофоль, капролон, полиформальдегид. 1.5.
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Зубчатые косозубые передачи
Параметрам шестерни приписывают индекс 1, параметрам колеса индекс 2. Зубчатые передачи самый распространенный вид механических передач, так как… Достоинства. 1. Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и… Классификация.
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Основы теории зубчатого зацепления
Основы теории зубчатого зацепления. N Профили зубьев пары колес должны быть сопряженными, т. е. заданному профилю зуба одного колеса должен соответствовать вполне определенный профиль зуба другого
Изготовление зубчатых колес
Изготовление зубчатых колес. Заготовки зубчатых колес получают литьем, ковкой в штампах или свободной ковкой в зависимости от материала, формы и размеров.
Зубья колес изготовляют накатывание
Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач
Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач. В процессе работы на зубья действуют силы передаваемой нагрузки и силы трения.
Для каждого зуба напряжения изменяются во
Общие сведения
Общие сведения.
Цилиндрические колеса, у которых зубья расположены по винтовым линиям на делительном цилиндре, называют к о с о з у б ы м и см. рис. 1, б. В отличие от прямозубой в косозубой
Эквивалентное колесо
Эквивалентное колесо. А-А Как указывалось выше, профиль косого зуба в нормальном сечении А А рис. 14 соответствует исходному контуру инструментальной рейки и, следовательно, совпадает с профилем пр
Силы в зацеплении
Силы в зацеплении. В косозубой передаче нормальная сила Fn составляет угол в с торцом колеса рис. 15. Разложив Fn на составляющие, получим радиальную силу где Ft 2T2 d2 окружная сила осевую силу Пр
Расчет на контактную прочность
Расчет на контактную прочность. Вследствие наклонного расположения зубьев в косозубом зацеплении одновременно находится несколько пар зубьев, что уменьшает нагрузку на один зуб, повышая его прочнос
Расчет на изгиб
Расчет на изгиб. Аналогично расчету прямозубой передачи условия прочности на изгиб зубьев шестерни и колеса косозубой передачи где YF коэффициент формы зуба, выбирают по эквивалентному числу зубьев
Шевронные цилиндрические передачи
Шевронные цилиндрические передачи. Шевронное колесо представляет собой сдвоенное косозубое колесо, выполненное как одно целое см. рис. 1, в. Вследствие разного направления зубьев на полушевронах ос
Зубчатые передачи с зацеплением М. Л. Новикова
Зубчатые передачи с зацеплением М. Л. Новикова. Эвольвентное зацепление, распространенное в современном машиностроении, является л и н е й ч а т ы м, так как контакт зубьев происходит по линии прак