3. Расчет зубчатых передач

Исходными данными для расчета зубчатых передач являются: кинематическая схема передачи; Т₁ – вращающий момент на валу шестерни, Н ∙ м; n₁ – частота вращения вала шестерни, мин ^–1; u – передаточное число; L_h – время работы (ресурс), ч, и режим работы передачи.

Во всех расчетных зависимостях параметры с индексом 1, относятся к шестерне, с индексом 2 – к колесу, если «±», то «+» для внешнего, а «–» для внутреннего зацепления.

В курсовом проекте предусматривается конструирование нестандартных зубчатых передач трансмиссий транспортных, строительных и дорожных машин мелкосерийного производства.

Расчет зубчатых передач производится в два этапа: первый – проектный расчет, второй – проверочный. Проектный расчет выполняется по допускаемым напряжениям с целью определения геометрических параметров зубчатой пары. В процессе проектного расчета задаются целым рядом табличных величин и коэффициентов; результаты вычислений округляют до целых или стандартных значений; в поиске оптимального решения приходится неоднократно делать перерасчеты.

Поэтому после определения параметров передачи выполняют проверочный расчет. Он должен подтвердить правильность выбора эмпирических величин и коэффициентов, результатов, полученных в проектном расчете, а также определить соотношения между расчетными и допускаемыми напряжениями изгибной и контактной выносливости. При неудовлетворительных результатах проверочного расчета нужно изменить параметры передачи и повторить проверку.

Проектный и проверочный расчеты нельзя рассматривать как простую арифметическую задачу, сводящуюся к подстановке в определенную формулу тех или иных исходных данных. Для решения этой задачи требуется ее всесторонний анализ, учет специфических факторов работы всей машины, а также отдельных узлов и деталей силовой передачи.

При расчете необходимо определить минимальные размеры передачи, которые обеспечивали бы ее работоспособность в течение заданного срока службы. Наиболее рациональное решение такой задачи возможно при проведении прочностного расчета с учетом влияния геометрических параметров зацепления, термической и термохимической обработок зубьев на нагрузочную способность передачи.

Из анализа нагруженности зубчатого зацепления видно, что из-за действия нормальной силы и силы трения зубья находятся в сложном напряженном состоянии. Решающее влияние на их работоспособность оказывают контактные напряжения σ_Н и напряжения изгиба σ_F, изменяющиеся по некоторому циклу.

Переменные контактные напряжения и трение профилей вызывают повреждения рабочих поверхностей зубьев, что учитывается при расчете на усталость по контактным напряжениям повышением твердости поверхностей зубьев и степени их точности. Напряжения изгиба являются причиной поломки зубьев. Усталостные поломки могут быть предупреждены правильным расчетом на усталость по напряжениям изгиба, поломки от перегрузок – защитой передачи от случайных перегрузок, неучтенных при расчете на усталостную прочность.

В современной методике расчета основным критерием работоспособности зубчатых передач принята контактная усталость рабочих поверхностей зубьев, поскольку в пределах заданных габаритов колес σ_Н остаются постоянными, а σ_F можно уменьшить, уве­личивая модуль. Ниже приведена методика расчета зубчатых передач, базирующаяся на ГОСТ 21354 – 87, но с некоторыми упрощениями, не нарушающими логичности и сути упомянутого стандарта, и обеспечивающая достаточную точность инженерных расчетов.