Pevnostní výpočty čelních ozubených kol podle normy ČSN 01 4686, ISO 6336 a DIN 3990

Vychází z výpočtu vetknutého nosníku. Obsahuje většinu vlivů.

Koeficienty bezpečnosti

Únava v dotyku

kde:

 

σ Hlim

mez únavy v dotyku (vlastnost materiálu)

 

F t

obvodová síla působící na ozubení

 

b w

pracovní šířka plochy

 

d 1

průměr stoupání pastorku

Dotyk během jednorázového zatížení

kde:

 

σ HPmax

Dovolené namáhání při dotyku

 

K AS

Součinitel jednorázového přetížení

Únava v ohybu

kde:

 

σ Flim

mez únavy v ohybu (vlastnost materiálu)

 

b wF1,2 = min (b 1,2 , b w + 2m)

šířka ozubení pro ohyb

Ohyb během jednorázového zatížení

kde:

 

σ FPmax

dovolené napětí v ohybu

Výpočty součinitelů

Z N ... součinitel životnosti (pro dotyk)

1 ≤ Z N ≤ 1.3 nitridované oceli

1 ≤ Z N ≤ 1.6 jiné oceli

 

N Hlim

Základní počet cyklů zatížení pro dotyk (vlastnost materiálu)

 

N K1,2 = 60 L h n 1,2

požadovaný počet zatěžovacích cyklů (otáček)

Y N ... součinitel životnosti (pro ohyb)

1 ≤ Y N ≤ 1.6 nitridované oceli

1 ≤ Y N ≤ 2.5 jiné oceli

 

N Flim

základní počet cyklů zatížení pro ohyb (vlastnost materiálu)

 

N K1,2 = 60 L h n 1,2

požadovaný počet zatěžovacích cyklů (otáček)

Z L ... součinitel maziva

 

DIN a ISO:

 
  

Z L = C ZL + 4 (1 - C ZL ) 0.158

 

C ZL = σ Hlim / 4375 + 0.6357

 

pro σ Hlim < 850 Mpa C ZL = 0.83

 

pro σ Hlim > 1200 Mpa C ZL = 0.91

Z R ... součinitel drsnosti

Z V ... součinitel otáček

 

CSN:

 
  

Z v = 0.95 + 0.08 log v

 

ISO a DIN:

 
  

C ZV = C ZL + 0.02

Z E ... součinitel elasticity

kde:

   μ

Poissonova konstanta (vlastnost materiálu)

 

E

modul pružnosti v tahu (vlastnost materiálu)

Z H ... součinitel zóny

Z B ... součinitel kontaktu jednoho páru zubů

pro ε β ≥ 1 nebo vnitřní ozubené kolo:

 

Z B1,2 = 1

pro ε β = 0:

 
  

pro ε β < 1:

 
 

Z B1,2 = Z B0 - ε b (Z B0 - 1)

kde:

 

Z B0 = Z B1,2 vypočteno pro ε β = 0

Z ε ... součinitel kontaktního poměru

pro ε β = 0:

 
  

pro ε β < 1:

  

pro ε β ≥ 1:

  

Y ε ... součinitel kontaktního poměru (pro ohyb)

CSN:

 

pro ε β < 1:

 

 

pro ε β ≥ 1:

 

ISO a DIN:

  

Z β ... součinitel úhlu sklonu / úhlu stoupání (pro dotyk)

CSN:

 

Z β = 1

ISO a DIN:

  

Y β ... součinitel úhlu sklonu/stoupání (pro ohyb)

CSN:

 

Y βmin = 1 - 0.25 ε β ≥ 0.75

ISO a DIN:

 

pro ε β > 1 se použije ε β = 1

 

pro β > 30° se použije β = 30°

Z x ... součinitel velikosti (pro dotyk)

Y x ... součinitel velikosti (pro ohyb)

Z W ... součinitel pracovního vytvrzení

Y Fa ... součinitel formy

kde:

 

h Fa

rameno ohybu síly působící na špičce zubu

 

s Fn

tloušťka nebezpečného průřezu paty zubu náhradního soukolí

 

α Fan

úhel ohybu na špičce přímého zubu náhradního kola

Y Sa ... součinitel korekce zatížení

Y Sa = (1.2 + 0.13 L a ) q s exp

Y Sag ... součinitel zubů s brusnými zářezy

Y δ ... součinitel vrubové citlivosti (závisí na materiálu a poloměru křivosti přechodu výšky paty zubu)

Y R ... součinitel drsnosti povrchu

K H ... součinitel dodatečného zatížení (pro dotyk)

K H = K A K Hv K Hb K Ha

K F ... součinitel dodatečného zatížení (pro ohyb)

K F = K A K Fv K Fb K Fa

K A ... součinitel aplikace (externí dynamické síly)

K Hv ... dynamický součinitel (interní dynamické síly) pro dotyk

K Fv ... dynamický součinitel (interní dynamické síly) pro ohyb

pro ČSN:

 

při K A F t / b w < 150 za předpokladu, že K A F t / b w = 150

pro ISO a DIN:

 

při K A F t / b w < 100 za předpokladu, že K A F t / b w = 100

 

kde: K P , K Q ... tabulkové hodnoty

K... součinitel zatížení plochy (pro dotyk)

pro ČSN:

kde:

 

c = 0.4

kola s tvrzenými boky zubů

 

c = 0,3

netvrzená kola

  

 
 

f ky = | f sh1 + f sh2 | + f kZ - y β

  

 
 

f b , f x , f y ... tolerance zubů

y β ... tabulková hodnota

 

pro ISO a DIN:

 

pro

 
 

jinak (< 1):

 

 

F βy = F βx χ β

 
 

pro ozubená kola s tvrzenými boky zubů χ β = 0.85

 
 

pro ostatní

 

 

F βx = 1.33 f sh + f ma

 
 

q' = 0.04723 + 0.15551/z v1 + 0.25791/z v2 - 0.00635 x 1 - 0.11654 x 1 /z v1 - 0.00193 x 2 - 0.24188 x 2 /z v2 + 0.00529 x 1 2 + 0.00182 x 2 2

  

 

pro F t K A / b w < 100 jsou hodnoty interpolovány

 

pro ISO c' = c' [(F t K A / b w ) / 100] 0.25

 

pro DIN c' = c' (F t K A / b w ) / 100

 

C M = 0.8

 

C R = 1 pro pevná ozubená kola

 

C B = [1 + 0.5 (1.2 - h f /m)] [1 - 0.02 (20° - α)]

 

E ocel = 206 000

 

c γ = c' (0.75 ε α + 0.25)

  

 

A, B ... tabulkové hodnoty závislé na uspořádání ozubených kol, hřídelů a ložisek

K... součinitel zatížení plochy (pro ohyb)

K Fβ = (K Hβ ) NF

kde:

  

 
 

h = 2 m/ε α

pro přímá kola

 

h = 2 m

pro šikmá kola

K Fa ... součinitel bočního zatížení (pro ohyb)

pro ε γ < 2:

 
  

pro ε γ > 2:

 
 

při K A F t / b w < 100 za předpokladu, že K A F t / b w = 100

  

mezní hodnoty:

 
 

pro ČSN: 1 ≤ K ≤ε γ

  

K... součinitel bočního zatížení (pro dotyk)

pro ČSN:

 
 

K = 1 pro rovné zuby

 

K = K pro šroubovité zuby

DIN a ISO:

 
 

K = K

pro mezní hodnoty: