Memilih Modul Gear untuk Pemacu 15 kW, 1450 rpm: Pemeriksaan Kekuatan ISO 6336 dengan Data Bahan

Cara menentukan saiz modul gear untuk 15 kW pada 1450 rpm menggunakan ISO 6336: tork pinion, tegasan sentuhan dan lenturan, serta data bahan untuk 20CrMnTi dan 40Cr.

Jawapan langsung: Modul diperoleh daripada pengiraan kekuatan, bukan daripada kebiasaan. Untuk gear keluli yang memindahkan 15 kW pada 1450 rpm dengan nisbah 3.5, pinion membawa kira-kira 99 N·m. Dipotong daripada 20CrMnTi dan dikarburkan kepada HRC 58–62 pada m 2.5, z 21 dan lebar muka 42 mm, tegasan sayap berhampiran 750 MPa dengan faktor keselamatan sekitar 2.0 — reka bentuk lulus dengan ruang yang mencukupi. Geometri gigi yang sama dalam 40Cr yang dilindap dan dibaja turun kepada 0.93 dan ditolak; naik ke m 3 hanya hampir boleh diterima. Tiga peringkat merangkumi tugas: kira tork, nilai tegasan sentuhan dan lenturan, kemudian naikkan hasil kepada modul piawai.

1. Urutan Pemeriksaan: Tork Dahulu, Tegasan Kedua

1.1 Memperoleh Tork daripada Kuasa dan Kelajuan Putaran

Tork ialah momen putaran yang dipindahkan oleh gear, dan ia ditetapkan oleh kuasa dan kelajuan penyampaian kuasa itu. Ungkapan yang mengawal ialah:

T = 9550 × P / n (P dalam kW, n dalam rpm, T dalam N·m)

Memasukkan P = 15 kW dan n1 = 1450 rpm memberikan T1 = 9550 × 15 / 1450 ≈ 99 N·m. Di sisi keluaran, kelajuan menurun kepada kira-kira 414 rpm manakala tork meningkat kepada kira-kira 346 N·m (kerugian diabaikan) — peringkat pengurangan itulah yang mencipta keuntungan tork tersebut.

1.2 Sayap dan Akar: Dua Pengesahan, Kedua-duanya Wajib

Kekuatan lesu sentuhan menerangkan bagaimana sayap menahan pitting, manakala kekuatan lesu lenturan akar menerangkan bagaimana gigi menahan patah pada filletnya. Bersama-sama, ia menangani dua mod kegagalan yang mendominasi perkhidmatan sebenar. Hubungan yang dipermudahkan (GB/T 3480 / ISO 6336) ialah:

σH = ZE · ZH · Zε · √[ 2T1·K / (b·d1²) × (u+1)/u ]

σF = 2·T1·K·YF·YS·Yε / (b·d1·m)

Faktor yang digunakan dalam pengiraan ini: ZE, pekali keanjalan, 189.8 √MPa untuk keluli yang bersambung dengan keluli; ZH, faktor zon, kira-kira 2.5; Zε, faktor nisbah sentuhan, kira-kira 0.87; K, faktor beban gabungan, biasanya antara 1.3 dan 2.0, di sini 1.5; YF, faktor bentuk, kira-kira 2.8 apabila z = 21; YS, faktor pembetulan tegasan, kira-kira 1.55; dan Yε, kira-kira 0.7.

1.3 Tiga Reka Bentuk Dibandingkan Secara Berangka

Diberi: P = 15 kW, n1 = 1450 rpm, nisbah i ≈ 3.5 (z2 = 74, i sebenar = 3.52), faktor lebar muka ψd = 0.8.

Pilihan A — 20CrMnTi, dikarburkan (HRC 58–62): m 2.5, z1 = 21, d1 = 52.5 mm, b = 42 mm. σH ≈ 750 MPa berbanding σHlim ≈ 1500 MPa (nilai rujukan jadual), jadi SH ≈ 2.0; σF ≈ 164 MPa berbanding σFlim ≈ 850 MPa, jadi SF ≈ 5. Keputusan: boleh diterima, dan margin sentuhan adalah nyata.
Pilihan B — saiz sama, 40Cr dilindap dan dibaja (HB 241–286): σH masih 750 MPa, tetapi σHlim ≈ 700 MPa, meninggalkan SH ≈ 0.93, di bawah minimum 1.05. Keputusan: ditolak; hayat sayap akan pendek.
Pilihan C — 40Cr, diperbesar: m 3, z1 = 20, d1 = 60 mm, b = 48 mm. σH ≈ 614 MPa, SH ≈ 1.14. Keputusan: boleh diterima, tetapi marginnya sempit berbanding Pilihan A.

Keputusan	Pilihan	Bahan	Modul	d1	Lebar muka	σH	SH
Lulus, margin baik	A	20CrMnTi dikarburkan	2.5	52.5 mm	42 mm	≈750 MPa	≈2.0
Gagal	B	40Cr Q&T	2.5	52.5 mm	42 mm	≈750 MPa	≈0.93
Lulus, ketat	C	40Cr Q&T	3	60 mm	48 mm	≈614 MPa	≈1.14

Dua kesimpulan menyusul. Bahan menetapkan tegasan yang dibenarkan; modul dan lebar muka menetapkan tegasan yang sebenarnya dihasilkan. Gear yang dikarburkan juga cenderung menghabiskan elaun sentuhan terlebih dahulu, manakala lenturan kekal jauh daripada kritikal. Faktor keselamatan yang disyorkan ialah 1.0–1.3 untuk jentera am dan 1.3–1.6 untuk pemacu kritikal (jadual GB/T 3480 dan amalan yang mantap).

2. Apa Maksud Modul dan Mengapa Anggaran Gagal

Modul (m) sama dengan diameter pic dibahagikan dengan bilangan gigi: m = d / z, dinyatakan dalam mm. Dua gear yang bersambung mesti mempunyai modul yang sama, dan ia adalah dimensi rujukan dari mana geometri selebihnya diperoleh. Kedalaman gigi berukuran kira-kira 2.25m, dan jarak pusat serta ketebalan gigi kedua-duanya mengikutinya. Siri piawai GB/T 1357 ialah 1, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20; sentiasa naikkan nilai yang dikira ke entri siri seterusnya. Gear heliks dinilai pada modul normal mn, di mana modul melintang ialah mt = mn / cosβ.

Pilih modul yang terlalu kecil dan akar menjadi cukup nipis untuk patah di bawah beban. Pilih yang terlalu besar dan gear menjadi lebih berat dan lebih mahal, manakala bilangan gigi yang berkurang menjadikan persambungan kurang lancar. Objektifnya bukan modul terbesar yang boleh dimuatkan, tetapi modul yang cukup besar dengan margin yang munasabah.

3. Bahan Calon dan Nilai Dibenarkan Mereka

Nilai rujukan daripada GB/T 3480 dan buku panduan reka bentuk mesin (beban berdenyut); sahkan dengan buku panduan dan ujian sampel sebelum pengeluaran:

Keluli 45, dilindap dan dibaja: HB 217–255
- σHlim (MPa): 550–620
- σFlim (MPa): 400–450
- Herotan: rendah
- Kos relatif: 1.0
- Kegunaan biasa: jentera am tugas ringan
40Cr, dilindap dan dibaja: HB 241–286
- σHlim (MPa): 650–720
- σFlim (MPa): 460–520
- Herotan: rendah
- Kos relatif: 1.2
- Kegunaan biasa: mesin perkakas tugas sederhana, peralatan am
42CrMo, dilindap dan dibaja: HB 280–320
- σHlim (MPa): 700–780
- σFlim (MPa): 500–560
- Herotan: rendah
- Kos relatif: 1.4
- Kegunaan biasa: tugas sederhana berat, gear besar
38CrMoAl, dinitrida: HV 850–1000
- σHlim (MPa): 850–950
- σFlim (MPa): 480–550
- Herotan: sangat rendah (kelas 0.02–0.05 mm)
- Kos relatif: 1.6
- Kegunaan biasa: gear sensitif herotan, berketepatan tinggi
20CrMnTi, dikarburkan: HRC 58–62
- σHlim (MPa): 1400–1500
- σFlim (MPa): 800–900
- Herotan: sederhana (memerlukan pengisaran)
- Kos relatif: 1.8
- Kegunaan biasa: pemacu tugas berat, beban tinggi

Tiga peraturan pemilihan terpakai. Apabila beban berat mesti dimuatkan dalam ruang yang padat, karburkan. Apabila komponen besar mesti mengekalkan bentuknya, nitrida. Apabila beban ringan dan kos menjadi kekangan, lindap dan baja. Dalam kes 15 kW, Pilihan A sesuai dalam m 2.5 manakala Pilihan C menuntut m 3 — menaik taraf bahan itulah yang membolehkan gear yang lebih kecil.

4. Julat Modul Biasa pada 1450 rpm

Anggaran ini menganggap gear keluli, nisbah 3–5 dan faktor lebar muka 0.8. Pilih angka atas untuk pemacu perlahan, berbeban berat atau berbeban kejutan dan angka bawah untuk pemacu pantas, berbeban ringan:

Julat modul yang dicadangkan	Kuasa pada 1450 rpm	Tork
m 1–1.5	0.1–1 kW	0.7–7 N·m
m 1.5–2.5	1–5 kW	7–33 N·m
m 2.5–3	5–15 kW	33–99 N·m
m 3–5	15–40 kW	99–264 N·m
m 5–8	40–100 kW	264–659 N·m

5. Prosedur Pemilihan Langkah demi Langkah

Tork: 9550 × kuasa ÷ kelajuan.
Bilangan gigi: 17–25 untuk pinion; darab dengan nisbah untuk gear.
Faktor aplikasi: KA 1.0–1.25 untuk beban seragam, 1.25–1.5 untuk kejutan sederhana, 1.5–2.0 untuk kejutan berat.
Pilih bahan dan rawatan haba, kemudian cari tegasan yang dibenarkan.
Kira modul dan naikkan ke nilai seterusnya dalam siri GB/T 1357.

Setiap langkah ini bergantung pada nombor. Jika faktor keselamatan tidak mencukupi, tambah modul atau lebar muka dahulu — menukar bahan biasanya lebih mahal daripada menukar saiz.

6. Apa yang PinyiGear Hasilkan

PinyiGear memotong gear spur dan heliks mengikut lukisan; julat modul, diameter luar dan gred ketepatan tertakluk kepada apa yang dinyatakan pada lukisan. Gred bahan yang dinyatakan pada lukisan dikendalikan di dalam rumah, disokong oleh rawatan haba dan pemeriksaan mengikut keperluan lukisan.

Berikan kuasa, kelajuan, nisbah dan tahap kejutan pemacu anda, dan pasukan kejuruteraan akan mengembalikan pemeriksaan kekuatan bersama sebut harga selepas menyemak data tugas. Sama ada modul mencukupi — satu pengiraan menyelesaikan persoalan itu.

Hantar data tugas anda melalui laman web PinyiGear atau halaman semakan kejuruteraan untuk menerima pengiraan kekuatan dan cadangan proses secara percuma.