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Konstruktion, Berechnung und Anwendung der Tragfähigkeit von Getrieben in mechanischen Übertragungen

Die Zahnräder dienen als Kernkomponenten mechanischer Getriebesysteme und ihre Tragfähigkeit ist für die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des gesamten Getriebesystems unmittelbar von entscheidender Bedeutung.Diese Kapazität umfaßt in erster Linie zwei kritische Aspekte: Zahnoberflächenkontakt-Ermüdungsfestigkeit und Zahnwurzelbiegungsfestigkeit.Schrott (Adhäsion der Metalloberfläche durch hohe Geschwindigkeit und schwere Belastung), Verschleiß (Verlust von Zahnoberflächenmaterial durch Reibung), Zahnbruch (als Folge von Biegermüdigkeit oder Überlastung) und plastische Verformungen (Fluss von Zahnoberflächenmaterial unter starker Belastung).

1. Grundlegendes Konstruktionsverfahren für die Tragfähigkeit von Zuggeräten

Der Entwurfsprozess folgt einer systematischen Abfolge: Erstens werden Übertragungsparameter wie Leistung, Drehgeschwindigkeit und Übertragungsquote bestimmt.Dann wählen Sie Getriebematerialien und Wärmebehandlungsprozesse aus (e.z.B. mit einer Oberflächenhärte von 58-62HRC und einer Kernhärte von 28-35HRC); zunächst werden die Getriebeparameter einschließlich des Moduls definiert,Anzahl der Zähne, und Flächenbreite; Berechnungen der Tragfähigkeit durchführen; die Konstruktionsparameter optimieren; und schließlich das detaillierte Design abschließen.

2. Kernberechnungsmethoden

2.1 Berechnung der Zahnoberflächenkontakt-Ermüdungsfestigkeit (nach ISO 6336)

Die Grundformel lautet:σH = ZH × ZE × Zε × Zβ × √[(Ft/(b·d1))·(u+1)/u] ≤ σHPWo:

σH ist die berechnete Kontaktspannung (MPa)
ZH bezeichnet den Zonenfaktor, ZE den elastischen Koeffizienten der Materialien, Zε den Kontaktverhältnisfaktor und Zβ den Helixwinkelfaktor
Ft ist die Tangenzkraft am Querschlägerkreis (N)
b ist die Flächenbreite (mm), d1 der Durchmesser des Pinienkreises (mm) und u das Getriebeverhältnis (u=z2/z1)
σHP ist die zulässige Kontaktspannung (MPa), berechnet als:

Der Wert der in Anhang I der Verordnung (EU) Nr. 528/2012 aufgeführten Daten ist zu berücksichtigen.

(σHlim = Kontaktmüdigkeitsgrenze der Prüfräder; ZN = Lebensdauerfaktor; ZL = Schmierstofffaktor; Zv = Geschwindigkeitsfaktor; ZR = Oberflächenrauheitsfaktor; ZW = Arbeitshärtefaktor; ZX = Größenfaktor;SHmin = Mindestsicherheitsfaktor)

2.2 Berechnung der Zahnwurzelbeugungsstärke durch Müdigkeit

Die Grundformel lautet:σF = (Ft/(b·mn)) × YF × YS × Yβ × YB ≤ σFPWo:

σF ist die berechnete Biegungspannung (MPa)
mn ist das Normalmodul (mm)
YF = Formfaktor, YS = Spannungskorrekturfaktor, Yβ = Helixwinkelfaktor, YB = Gesichtsbreitenfaktor
σFP ist die zulässige Biegungspannung (MPa), berechnet als

Die in Anhang I der Verordnung (EU) Nr. 528/2012 aufgeführten Daten werden in Anhang I der Verordnung (EU) Nr. 528/2012 aufgenommen.

(σFlim = Biegemüdigkeitsgrenze der Prüfgeräte; YN = Lebensdauer; YδrelT = relative Empfindlichkeit des Zahnwurzelfilets; YRrelT = relative Oberflächenverhältnisse; YX = Größenfaktor;SFmin = Mindestsicherheitsfaktor)

3Überprüfung der Tragfähigkeit

3.1 Grundvoraussetzungen für die Überprüfung

Kontaktmüdigkeit: σH ≤ σHP
Beugtätigkeit: σF ≤ σFP

3.2 Überprüfung besonderer Arbeitsbedingungen

Überprüfung der Überlastung in kurzer Zeit (unter Berücksichtigung der maximalen augenblicklichen Belastung), der Aufprallbelastung (mit Einführung eines dynamischen Belastungsfaktors), der Hochtemperaturbedingungen (Bilanzierung der Veränderungen der Werkstoffleistung),Bei schnellen und schweren Lasten ist ein besonderer Schwerpunkt auf der plastischen Verformung zu legen.

3.3 Einfluss der wichtigsten Faktoren

Geometrische Parameter: Das Modul erhöht die Biegefestigkeit erheblich; die Anzahl der Zähne beeinflusst den Krümmungsradius und den Formfaktor (Pinion z1 ≥ 17-20 wird empfohlen);die Gesichtsbreite verbessert linear beide Stärken (Gesichtsbreitenfaktor ψ_d = 0.8-1.4); Helixwinkel erhöht die Kontaktlänge (β = 8°-15°); Profilverschiebungskoeffizient optimiert den Kontaktweg.
Materialien und Verfahren: Vergasung und Abkühlung (für hohe Belastungen), Induktionshärtung (für mittlere Belastungen) und Abkühlung und Härtung (für allgemeine Belastungen) sind übliche Wärmebehandlungen.Schuss Peening erhöht Müdigkeit GrenzeDie Oberflächenbeschichtung verbessert die Verschleißfestigkeit, und das Schleifen/Polieren reduziert die Rauheit.