Расчет прочности конических зубчатых колес по стандартам CSN 01 4686, ISO 6336 и DIN 3990

На основе расчета балки с заделанными концами. Включает большинство эффектов. Доступно только для метрических единиц.

Запас прочности

Контактная усталость

Где:

 

σHlim

базовое число циклов нагрузки для контакта (свойство материала)

 

Ft

касательная сила, действующая на зубья

 

bw

рабочий захват ширины венца

Контакт при однократной нагрузке

Где:

 

σHPmax

предел контактной усталости (свойство материала)

 

KAS

коэффициент однократной перегрузки

Усталость при изгибе

Где:

 

σFlim

предел усталости при изгибе (свойство материала)

 

bwF1,2 = b

ширина зуба для изгиба

Изгиб при однократной нагрузке

Где:

 

σFPmax

допустимое напряжение при изгибе в ножке зуба (свойство материала)

Расчеты коэффициентов

ZN... коэффициент долговечности (для контакта)

Азотированная сталь 1 ≤ ZN ≤ 1,3

Другие виды стали 1 ≤ Z N ≤ 1,6

Где:

 

NHlim

базовое число циклов нагрузки для контакта (свойство материала)

 

NK1,2 = 60 Lh n1,2

необходимое количество циклов нагрузки (скорость)

YN... коэффициент долговечности (для изгиба)

Азотированная сталь 1 ≤ Z N ≤ 1,6

Другие виды стали 1 ≤ Z N ≤ 2,5

Где:

 

NFlim

базовое число циклов нагрузки для изгиба (свойство материала)

 

NK1,2 = 60 Lh n1,2

необходимое количество циклов нагрузки (скорость)

ZL... коэффициент смазки

 

DIN и ISO:

 
  

ZL = CZL + 4 (1 – CZL) 0,158

  

pro σHlim < 850 МПа CZL = 0,83

  

pro σHlim > 1200 МПа CZL = 0,91

Z R ... коэффициент шероховатости

ZV... коэффициент скорости

 

CSN

Zv = 0,95 + 0,08 log v

 

ISO и DIN:

 

  

CZV = CZL + 0,02

ZE... коэффициент упругости

Где:

   μ

коэффициент Пуассона (значение для материала)

 

E

модуль упругости (значение для материала)

Z H ... зональный коэффициент

ZB... коэффициент контакта пары зубьев

для εβ ≥ 1 или внутреннего зубчатого зацепления:

 
 

ZB1,2 = 1

для εβ = 0:

 
  

для εβ ≥ 1:

 
 

Z B1,2 = ZB0 – εβ(ZB0 – 1)

 

где: ZB0 = ZB1,2 для εβ = 0

Z ε ... коэффициент перекрытия (для контакта)

для εβ = 0:

 
  

для εβ < 1:

 
  

для εβ ≥ 1:

 
  

Y ε ... коэффициент перекрытия (для изгиба)

CSN: для εβ < 1:

 

CSN: для εβ ≥ 1:

 

DIN и ISO:

 

Z β ... угол наклона зуба (для контакта)

Y β ... коэффициент угла наклона зуба (для изгиба)

CSN:

 
 

Yβmin = 1 - 0,25 εβ ≥ 0,75

DIN и ISO

 
 

для εβ > 1 используется εβ = 1

 

для β > 30 градусов используется β = 30 градусов

Z x ... коэффициент размера (для контакта)

Y x ... коэффициент размера (для изгиба)

Y Fa ... коэффициент формы

Где:

 

hFa

плечо изгиба силы, действующей на торец зуба

 

sFn

толщина критического сечения ножки зуба дополнительного колеса

 

αFan

угол изгиба на торце прямого зуба дополнительного колеса

YSa ... концентрация напряжения торцом зуба при зацеплении (функция регрессии)

Y Sa = (1,2 + 0,13 La ) q sexp

YSag... коэффициент заточки зубьев

Yδ... коэффициент концентрации напряжений (зависит от материала и радиуса кривизны перехода ножки зуба)

YR... коэффициент поверхности основания ножки зуба

KH... коэффициент дополнительных нагрузок (для контакта)

KH = KA KHv KHb KHa

KF... коэффициент дополнительных нагрузок (для изгиба)

KF = KA KFv KFb KFa

KA ... коэффициент нагрузки (внешние динамические силы)

KHv ... динамический коэффициент (внутренние динамические силы) для контакта

KFv... динамический коэффициент (внутренние динамические силы) для изгиба

 

для CSN:

при KA Ft /bw < 150 с, при этом KA Ft / bw = 150

 

для DIN и ISO:

при KA Ft / bw < 100 с, пи этом KA Ft / bw = 100

  

где: KP, KQ... табличные значения

K... коэффициент поверхностной нагрузки (для контакта)

для CSN:

Где:

 

c = 0,4

колеса с упрочненными стенками зуба

 

c = 0,3

неупрочненные зубчатые колеса

  

 

Fky = | fsh1 + fsh2 | + fkZ – yβ

  

 

fb, fx, fy... допуск зубьев

 

yβ ... табличное значение

  

 

q' = 0,04723 + 0,15551 / zv1 + 0,25791 / zv2 – 0,00635 x1 – 0,11654 x1 / zv1 – 0,00193 x2 – 0,24188 x2 / zv2 + 0,00529 x12 + 0,00182 x2 2

 

CM = 0,8

 

CR = 1 для цельных зубчатых колес

 

CB= [1 + 0,5 (1,2 - hf /m)] [1 - 0,02 (20 град.- α)]

 

Esteel = 206 000

 

cγ = c' (0,75 εα + 0,25)

  

 

A, B... значения таблицы зависят от расположения зубчатых колес, валов и подшипников

K... коэффициент поверхностной нагрузки (для изгиба)

CSN:

KFβ = (KHβ ) NF

Где:

  

 
 

h = 2 m/εα

цилиндрическое зубчатое зацепление

 

h = 2 m

косозубые цилиндрические зубчатые колеса

для DIN и ISO:

K Fβ = K Hβ

KFa ... коэффициент поперечной нагрузки (для изгиба)

для εγ < 2:

 
  

для εγ > 2:

 
 

при KA Ft / bw < 100 с, пи этом KA Ft / bw = 100

  

предельные значения:

 
 

для CSN: 1 ≤ K ≤ εγ

 

для DIN и ISO:

K... коэффициент поперечной нагрузки (для контакта)

для CSN:

K = 1 для прямых зубьев

 

K = K для спиральных зубьев

для DIN и ISO:

K = K

предельные значения: