*1 Значения δ0Flimb установлены для зубчатых колес, для которых выполнены следующие условия:
1) толщина диффузионного слоя у переходной поверхности зубьев (0,28т—0,007m2)±0,2 мм; данную формулу применяют при расчете колес с модулями до 20 мм. Толщину диффузионного слоя рекомендуется определять на оттожженых шлифах как толщину слоя до структуры сердцевины;
2) твердость сердцевины зубьев, измеренная у их основания, находится в пределах 30...45 НRCэ;
3) зерно исходного аустенита в диффузионном слое не грубее балла 5 по ГОСТ 5639—82.
Если хотя бы одно условие не выполняется, то следует приведенные в таблице значения δ0Flimb снижать на 25%.
Марку стали и технологию химико-термической обработки выбирают, исходя из требуемой прочности зубьев с учетом экономических факторов. Не всегда целесообразно выполнять условие 1, так как это может быть связано с дополнительными издержками производства.
Значения δ0Flimb, 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.
*2 Для сталей с содержанием хрома более 1% и никеля более 1%, закаливаемых после высокого отпуска, принимают
δ0Flimb=950 МПа, если высокий отпуск проводится в безокислительной среде.
*3 Данные в знаменателе принимают, если не гарантировано отсутствие шлифовочных прижогов или острой щлифивочной 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 Yd следует принимать при оптимальных режимах деформационного упрочнения.
*5 Значения Yd установлены для условий бескоррозийной 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 шдифивочной ступенькой на зубе, то принимают Yd=1.
*6 Для передач особо высокой ответственности допускается устанавливать значения SF в индивидуальном порядке.
113. Определение параметров δ0Flimb, Yg, Yd и SF нитроцементованных зубчатых колес
Легированная сталь |
Концентрация*1 углерода на поверхности, % |
Концентрация азота на поверхности, % |
Твердость зубьев на поверхности |
δ0Flimb, |
Yg*3 |
Yg*4 |
S'F*5 |
1. Хромомарганцевая, содержащая молибден, закаливаемая с нитроцементационного нагрева (например, марки 25ХГМ по ГОСТ 4543-71) |
0,7-1,0 |
0,15-0,3 |
57 ... 63 HRCэ |
1000 |
0,7 |
1,0/1-1,35 | 1,55 |
2. Не содержащая молибден, закаливаемая с нитроцементационного нагрева (например, марки 25ХГТ, З0ХГТ, 35Х по ГОСТ 4543-71) |
0,7-1,0 |
0,15-0,5 |
57 ... 63 HRCэ |
750 |
0,75 |
1,05-1,1/1,1-1,35 | 1,55 |
*1 Концентрация углерода достигается при контроле и автоматическом регулировании углеродного потенциала карбюризатора и атмосферы для нагрева при закалке.
*2 Значения δ0Flimb установлены для зубчатых колес, для которых выполнены следующие условия:
1) толщина диффузионного слоя у переходной поверхности зубьев 0,13m...0,2m, но 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 HRCэ,
3) зерно исходного аустенита в диффузионном слое не грубее балла 6 по ГОСТ 5639—82.
Если хотя бы одно условие не выполняется, то следует приведенные в таблице значения δ0Flimb, уменьшить на 25%. Наличие темной составляющей в структуре диффузионного слоя не допускается. Значения δ0Flimb справедливы для плавного изменения напряжений на
переходной поверхности и не касаются спектра нагружения, для которого характерно наличие ударных нагрузок.
*3 Данные установлены для случаев, когда гарантировано отсутствие шлифовочных прижогов или острой шлифовочной ступеньки на переходной поверхности. Если эти условия не гарантированы, то значение Yg уменьшают на 25%.
*4 Данные в знаменателе принимают для зубчатых колес, упрочняемых дробью или роликами после шлифования переходной поверхности или шлифования с образованием ступеньки на переходной поверхности.
Максимальные значения Yd следует принимать при оптимальных режимах деформационного управления.
*5 Для передач особо высокой ответственности допускается устанавливать значения SF в индивидуальном порядке.
114. Определение параметров δ0Flimb, Yg,Yd и SF зубчатых колес из отожженной, нормализованной
и улучшенной стали, зубчатых колес, закаленных при объемном нагреве, и азотированных зубчатых колес
Сталь |
Способ |
Твердость зубьев |
δ0Flimb, МПа |
Yg*2 | Yd*3 | SF*4 | |
на поверхности | в сердцевине у основания | ||||||
1. Углеродистая и легиро- |
Нормализация, |
180...360 HB | 1,75 HHB | 1,1 | 1,1-1,3/1,1-1,3 | 1,7 | |
2. Легированная, содер- |
Объемная закалка с |
45...55 HRCэ | 580 | 0,9/0,75 | 1,05-1,15/1,1-1,2 | 1,7 | |
3. Легированная, содержа- |
Объемная закалка |
45...55 HRCэ
|
500 | 1,0/0,8 | 1,1-1,3/1,1-1,2 | 1,7 | |
4. Прочая легированная (например, марок 40Х, 40ХФА по ГОСТ 4543-71) |
Объемная закалка при возможном обез- |
45...55 HRCэ | 460 | 1,0/0,8 | 1,1-1,3/1,1-1,2 | 1,7 | |
5. Содержащая алюминий |
Азотирование |
700...950 HV | 24...40 HRCэ | 290+12Hсердц HRCэ |
- | 1,0 | 1,7 |
6. Прочая легированная |
550...750 HV | 24...40 HRCэ |
*1 Значения δ0Flimb установлены для азотированных колес, для которых выполнены следующие условия:
1) толщина диффузионного слоя для зубчатых колес из сталей с алюминием равна 0,07m ... 0,1m, для зубчатых колес из прочих легированных сталей равна 0,1 m ... 0,13 m;
2) в структуре диффузионного слоя отсутствует замкнутая нитридная сетка ε-фаза.
Если хотя бы одно условие не выполняется, то следует приведенные в таблице значения δ0Flimb уменьшить на 20%.
*2 Данные в знаменателе принимают, если не гарантировано отсутствие шлифовочных прижогов, микротрещин или острой шлифовочной ступеньки.
*3 Данные в знаменателе принимают для зубчатых колес, упрочняемых дробью или роликами после шлифования переходной поверхности или шлифования с образованием ступеньки на переходной поверхности.
Максимальные значения У</ следует принимать при оптимальных режимах деформационного упрочнения.
*4 Для передач особо высокой ответственности допускается устанавливать значения SF в индивидуальном порядке.
115. Определение параметров δ0Flimb, Yg,Yd и SF зубчатых колес, закаленных при нагреве ТВЧ
Сталь | Форма закаленного слоя |
Твердость зубьев | δ0Flimb*1,МПа | Yg | Yd | SF | |
на переходной поверхности | в сердцевине | ||||||
1. Пониженной прокаливаемости, содержащая углерод 0,5-0,6% (например, марки 55ПП) |
Закаленный слой |
58...62 HRCэ | 28...35 HRCэ | 870*2 | 0,75/0,55 | 1,0/1,1-1,2 | 1,7 |
2. Специальная легированная, содержащая углерод 0,6% (например, марок 60ХВ, 60Х, 60ХН) |
54...60 HRCэ | 25...35 HRCэ | 730*3 | 0,8/0,7 | 1,0-/1,1-1,2 | 1,7 | |
3. Легированная, содержащая углерод 0,35-0,5% и никель 1% и более (например, марок 40Х, 40ХН2МА по ГОСТ 4543) |
48...58 HRCэ | 25...35 HRCэ | 680 | 1,0/0,8 | 1,05-1,1/1,1-1,2 | 1,7 | |
4. Прочая легированная, содержащая углерод 0,35-0,45% (например, марок 40Х, 35ХМ по ГОСТ 4543) |
48...58 HRCэ | 25...36 HRCэ | 580 | 1,0/0,8 | 1,05-1,1/1,1-1,2 | 1,7 | |
5. Легированная, содержащая углерод 0,35-0,45% и никель 1% и более (например, марок 40ХН, 40ХН2МА по ГОСТ 4543) |
Закаленный слой |
48...55 HRCэ | 580*4 | 1,0/0,8 | 1,15-1,35/1,1-1,2 | 1,7 | |
6. Прочая легированная, содержащая углерод 0,35-0,45% (например, марок 40Х, 35ХМ по ГОСТ 4543) |
480*4 | ||||||
7. Углеродистая и легированная |
Закаленный слой |
Незакаленной части зуба 200...300 HB |
390 | 1,2-1,4/1,1-1,3 | 1,7 |
*1 Значения δ0Flimb установлены для зубчатых колес, для которых выполнены следующие условия:
1) толщина закаленного слоя (до структуры сердцевины) у переходной поверхности 0,2m ... 0,4m;
2) в структуре закаленного слоя отсутствует феррит.
Если хотя бы одно условие не выполняется", то следует приведенные в таблице значения δ0Flimb, уменьшать на 30%.
*2 Форма закаленного слоя, повторяющего очертания впадины между зубьями, достигается на зубчатых колесах с модулем 6 мм и более при глубинном индукционном электронагреве и охлаждения в быстродвижущемся потоке воды с самоотпуском.
*3 Форма закаленного слоя, повторяющего очертания впадины между зубьями, может быть получена при индукционном электронагреве токами двух частот.
*4 Значения δ0Flimb установлены для зубчатых колес, для которых выполнены следующие условия:
1) толщина закаленного слоя (до структуры сердцевины) под основанием впадины между зубьями 0,5m ... 1,0m;
2) в структуре закаленного слоя отсутствует феррит.
Если хота бы одно условие не выполняется, следует приведенные в таблице значения δ0Flimb уменьшать на 25%.
*5 Данные в знаменателе принимают, если не гарантировано отсутствие шлифовочных прижогов или острой шлифовочной ступеньки на переходной поверхности.
*6 Данные в знаменателе принимают для зубчатых колес, упрочняемых дробью или роликами после шлифования переходной» поверхности или шлифования с образованием ступеньки на переходной поверхности.
Максимальные значения У</ принимают при оптимальных режимах деформационного упрочнения.
*7 Для передач особо высокой ответственности допускается устанавливать значения SF в индивидуальном порядке.
Рис. 51. График для опредения
коэффициента КFβ
Рис. 52. Коэффициент, учитывающий форму
зуба и концентрацию напряжений:
αn=20°; h*a=1;с*=0,25;
ρ*a0/ mn=0,38
Рис. 53. Коэффициент, учитывающий
форму зубьев, изготовленных инструментом
с протуберанцем
Рис. 54. Относительный радиус кривизны
переходной кривой зубьев с исходным контуром
по ГОСТ 13755-81:
ρfn / mn= 0,417 +4,32/z-10,34x/z + 6,03x2/z - 0,071x + 0,036x2
Рис. 55. Относительный радиус кривизны
переходной кривой зубьев, нарезаемых зуборезным
инструментом с протуберанцем:
αn=20°; h*a=1;с*=0,4;ρ *f0=0,4
PZ0/mn = 0,05;
ρ fn / mn = 0,424 + 7,27/z - 16,8/z · x + 9,81/z · x2 - 0,019x - 0,004x2
Расчет на прочность при изгибе максимальной нагрузкой.
1. 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:
δF max ≤ δFP max
2. Расчетное местное напряжение ( δF max). МПа, определяют по формуле
δF max = FFt / bωm KFυ KFβ KFα YFS Yβ Yε (1)
Для упрощенных расчетов в формуле KFυ KFβ KFα YFS Yβ Yε значения берут из расчета на выносливость при изгибе (табл.111), поэтому можно воспользоваться зависимостью
δF max = δF FFtmax / FF KA = δF KAS / KA (2)
3. За исходную расчетную нагрузку FFtmax, Н, или T1(2)Fmax, H • М, принимают максимальную из действующих за расчетный срок службы нагрузок ударного или плавного характера — с числом повторных воздействий NK <103. Значения T1(2)F max определяют экспериментально динамическим расчетом или по отраслевым рекомендациям.
Если в циклограмме нагружения при расчете δF представлены все внешние нагрузки, то принимают КА = 1.
4. Допускаемое напряжение (δFP max), МПа, определяют раздельно для зубчатых колес по формуле
δFP max = δFSt / SFSt · YRSt ·YX ·YδSt/ YδStT (3)
где коэффициент YX определяют по табл. 111 (для варианта и условий, отраженных в табл. 116 и 117, Y RSt = 1 и отношение Y δSt /Y δStT= 1), a остальные параметры, входящие в формулу (3), определяют по табл. 117.