การเลือกโมดูลเกียร์สำหรับไดรฟ์ 15 kW, 1450 rpm: การตรวจสอบความแข็งแรงตาม ISO 6336 พร้อมข้อมูลวัสดุ

คำตอบโดยตรง: โมดูลได้มาจากการคำนวณความแข็งแรง ไม่ใช่จากความเคยชิน สำหรับเกียร์เหล็กที่ส่งกำลัง 15 kW ที่ 1450 rpm ด้วยอัตราทด 3.5 พิเนียนรับแรงบิดประมาณ 99 N·m เมื่อตัดจาก 20CrMnTi และชุบแข็งคาร์บูไรซ์ถึง HRC 58–62 ที่ m 2.5, z 21 และความกว้างฟัน 42 mm ความเค้นที่ผิวฟันจะอยู่ที่ประมาณ 750 MPa โดยมีค่าความปลอดภัยประมาณ 2.0 — การออกแบบผ่านได้โดยมีระยะเหลือเฟือ รูปทรงฟันเดียวกันใน 40Cr ที่ชุบและอบ temper จะลดลงเหลือ 0.93 และถูกปฏิเสธ การเพิ่มเป็น m 3 ก็แทบจะยอมรับได้เพียงเล็กน้อย สามขั้นตอนครอบคลุมงานนี้: คำนวณแรงบิด ประเมินความเค้นสัมผัสและการดัด จากนั้นปรับผลลัพธ์ให้เป็นโมดูลมาตรฐาน

1. ลำดับการตรวจสอบ: แรงบิดก่อน ความเค้นทีหลัง

1.1 การหาแรงบิดจากกำลังและความเร็วรอบ

แรงบิดคือโมเมนต์หมุนที่เกียร์ส่งผ่าน และถูกกำหนดโดยกำลังและความเร็วที่กำลังนั้นถูกส่ง สมการที่ใช้คือ:

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

แทนค่า P = 15 kW และ n1 = 1450 rpm จะได้ T1 = 9550 × 15 / 1450 ≈ 99 N·m ทางด้านเอาต์พุตความเร็วลดลงเหลือประมาณ 414 rpm ขณะที่แรงบิดเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 346 N·m (ไม่คิดการสูญเสีย) — ขั้นตอนการลดความเร็วคือสิ่งที่สร้างแรงบิดที่เพิ่มขึ้นนั้น

1.2 ผิวฟันและโคนฟัน: การตรวจสอบสองอย่างที่จำเป็นทั้งคู่

ความแข็งแรงต่อความล้าจากการสัมผัส อธิบายว่าผิวฟันทนทานต่อการเกิดหลุมสึกอย่างไร ในขณะที่ ความแข็งแรงต่อความล้าจากการดัดที่โคนฟัน อธิบายว่าฟันต้านทานการแตกหักที่รอยต่อโค้งได้อย่างไร ทั้งสองร่วมกันจัดการกับรูปแบบความเสียหายสองแบบที่พบมากในการใช้งานจริง ความสัมพันธ์แบบง่าย (GB/T 3480 / ISO 6336) คือ:

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

σF = 2·T1·K·YF·YS·Yε / (b·d1·m)

ค่าที่ใช้ในการคำนวณนี้: ZE คือสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น 189.8 √MPa สำหรับเหล็กที่ประกบกับเหล็ก; ZH คือแฟกเตอร์โซน ประมาณ 2.5; Zε คือแฟกเตอร์อัตราส่วนการสัมผัส ประมาณ 0.87; K คือแฟกเตอร์โหลดรวม โดยปกติอยู่ระหว่าง 1.3 ถึง 2.0 ในที่นี้ใช้ 1.5; YF คือแฟกเตอร์รูปแบบ ประมาณ 2.8 เมื่อ z = 21; YS คือแฟกเตอร์แก้ไขความเค้น ประมาณ 1.55; และ Yε ประมาณ 0.7

1.3 การเปรียบเทียบสามแบบเชิงตัวเลข

กำหนดให้: P = 15 kW, n1 = 1450 rpm, อัตราทด i ≈ 3.5 (z2 = 74, i จริง = 3.52), แฟกเตอร์ความกว้างฟัน ψd = 0.8

• ตัวเลือก A — 20CrMnTi ชุบแข็งคาร์บูไรซ์ (HRC 58–62): m 2.5, z1 = 21, d1 = 52.5 mm, b = 42 mm σH ≈ 750 MPa เทียบกับ σHlim ≈ 1500 MPa (ค่าอ้างอิงจากตาราง) ดังนั้น SH ≈ 2.0; σF ≈ 164 MPa เทียบกับ σFlim ≈ 850 MPa ดังนั้น SF ≈ 5 ผลลัพธ์: ยอมรับได้ และระยะเผื่อการสัมผัสมีอยู่จริง
• ตัวเลือก B — ขนาดเดียวกัน 40Cr ชุบและอบ temper (HB 241–286): σH ยังคงเป็น 750 MPa แต่ σHlim ≈ 700 MPa เหลือ SH ≈ 0.93 ต่ำกว่าค่าต่ำสุด 1.05 ผลลัพธ์: ถูกปฏิเสธ; อายุการใช้งานผิวฟันจะสั้น
• ตัวเลือก C — 40Cr ขยายขนาด: m 3, z1 = 20, d1 = 60 mm, b = 48 mm σH ≈ 614 MPa, SH ≈ 1.14 ผลลัพธ์: ยอมรับได้ แต่ระยะเผื่อแคบเมื่อเทียบกับตัวเลือก A

มีข้อสรุปสองประการตามมา วัสดุกำหนดความเค้นที่ยอมให้; โมดูลและความกว้างฟันกำหนดความเค้นที่เกิดขึ้นจริง เกียร์ที่ชุบแข็งคาร์บูไรซ์ยังมีแนวโน้มใช้ระยะเผื่อการสัมผัสหมดก่อน ในขณะที่การดัดยังคงต่ำกว่าค่าวิกฤตมาก ค่าความปลอดภัยที่แนะนำคือ 1.0–1.3 สำหรับเครื่องจักรทั่วไป และ 1.3–1.6 สำหรับไดรฟ์ที่สำคัญ (ตาราง GB/T 3480 และแนวปฏิบัติที่ยอมรับ)

2. โมดูลหมายถึงอะไร และทำไมการประมาณจึงล้มเหลว

โมดูล (m) เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์หารด้วยจำนวนฟัน: m = d / z มีหน่วยเป็น mm เกียร์สองตัวที่ประกบกันต้องมีโมดูลเดียวกัน และมันเป็นขนาดอ้างอิงที่ใช้หาค่าทางเรขาคณิตที่เหลือ ความลึกฟันวัดได้ประมาณ 2.25m และระยะศูนย์กลางกับความหนาฟันต่างก็ได้มาจากมัน อนุกรมมาตรฐาน GB/T 1357 คือ 1, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20; ควรปรับค่าที่คำนวณได้ขึ้นไปเป็นค่าถัดไปในอนุกรมเสมอ เกียร์ helical คิดจากโมดูลปกติ mn โดยที่โมดูลตามขวางคือ mt = mn / cosβ

เลือกโมดูลที่เล็กเกินไป โคนฟันจะบางพอที่จะแตกหักภายใต้โหลด เลือกที่ใหญ่เกินไป เกียร์จะหนักและมีต้นทุนสูงขึ้น ขณะที่จำนวนฟันที่ลดลงทำให้การประกบไม่ราบรื่น เป้าหมายไม่ใช่โมดูลที่ใหญ่ที่สุดที่จะใส่ได้ แต่เป็นโมดูลที่ใหญ่พอโดยมีระยะเผื่อที่สมเหตุสมผล

3. วัสดุที่เป็นไปได้และค่าที่ยอมให้

ค่าอ้างอิงจาก GB/T 3480 และคู่มือการออกแบบเครื่องจักร (โหลดแบบพัลส์); ตรวจสอบกับคู่มือและการทดสอบตัวอย่างก่อนการผลิต:

• เหล็ก 45 ชุบและอบ temper: HB 217–255
  • σHlim (MPa): 550–620
  • σFlim (MPa): 400–450
  • การบิดเบี้ยว: ต่ำ
  • ต้นทุนสัมพัทธ์: 1.0
  • การใช้งานทั่วไป: เครื่องจักรทั่วไปงานเบา
• 40Cr ชุบและอบ temper: HB 241–286
  • σHlim (MPa): 650–720
  • σFlim (MPa): 460–520
  • การบิดเบี้ยว: ต่ำ
  • ต้นทุนสัมพัทธ์: 1.2
  • การใช้งานทั่วไป: เครื่องมือกลงานปานกลาง อุปกรณ์ทั่วไป
• 42CrMo ชุบและอบ temper: HB 280–320
  • σHlim (MPa): 700–780
  • σFlim (MPa): 500–560
  • การบิดเบี้ยว: ต่ำ
  • ต้นทุนสัมพัทธ์: 1.4
  • การใช้งานทั่วไป: งานปานกลางถึงหนัก เกียร์ขนาดใหญ่
• 38CrMoAl ไนไตรด์: HV 850–1000
  • σHlim (MPa): 850–950
  • σFlim (MPa): 480–550
  • การบิดเบี้ยว: ต่ำมาก (ระดับ 0.02–0.05 mm)
  • ต้นทุนสัมพัทธ์: 1.6
  • การใช้งานทั่วไป: เกียร์ที่มีความแม่นยำสูง ไวต่อการบิดเบี้ยว
• 20CrMnTi ชุบแข็งคาร์บูไรซ์: HRC 58–62
  • σHlim (MPa): 1400–1500
  • σFlim (MPa): 800–900
  • การบิดเบี้ยว: ปานกลาง (ต้องเจียร)
  • ต้นทุนสัมพัทธ์: 1.8
  • การใช้งานทั่วไป: ไดรฟ์งานหนัก รับโหลดสูง

มีกฎการเลือกสามข้อ เมื่อโหลดหนักต้องพอดีในพื้นที่จำกัด ให้ชุบแข็งคาร์บูไรซ์ เมื่อชิ้นส่วนขนาดใหญ่ต้องคงรูป ให้ไนไตรด์ เมื่อโหลดเบาและต้นทุนเป็นข้อจำกัด ให้ชุบและอบ temper ในกรณี 15 kW ตัวเลือก A พอดีภายใน m 2.5 ในขณะที่ตัวเลือก C ต้องการ m 3 — การอัปเกรดวัสดุคือสิ่งที่ทำให้เกียร์เล็กลงได้

4. ช่วงโมดูลทั่วไปที่ 1450 rpm

การประมาณเหล่านี้สมมติว่าเป็นเกียร์เหล็ก อัตราทด 3–5 และแฟกเตอร์ความกว้างฟัน 0.8 เลือกค่าสูงสำหรับไดรฟ์ที่ช้า รับโหลดหนัก หรือรับแรงกระแทก และค่าต่ำสำหรับไดรฟ์ที่เร็ว รับโหลดเบา:

5. ขั้นตอนการเลือกทีละขั้น

1. แรงบิด: 9550 × กำลัง ÷ ความเร็ว
2. จำนวนฟัน: 17–25 สำหรับพิเนียน; คูณด้วยอัตราทดสำหรับเกียร์
3. แฟกเตอร์การใช้งาน: KA 1.0–1.25 สำหรับโหลดสม่ำเสมอ, 1.25–1.5 สำหรับแรงกระแทกปานกลาง, 1.5–2.0 สำหรับแรงกระแทกหนัก
4. เลือกวัสดุและการอบชุบ จากนั้นค้นหาความเค้นที่ยอมให้
5. คำนวณโมดูลและปรับขึ้นเป็นค่าถัดไปในอนุกรม GB/T 1357

ทุกขั้นตอนเหล่านี้ตั้งอยู่บนตัวเลข หากค่าความปลอดภัยไม่เพียงพอ ให้เพิ่มโมดูลหรือความกว้างฟันก่อน — การเปลี่ยนวัสดุมักมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าการเปลี่ยนขนาด

6. PinyiGear ผลิตอะไร

PinyiGear ตัดเกียร์ spur และ helical ตามแบบ โดยมีโมดูล ขนาด และเกรดความแม่นยำเป็นไปตามที่ระบุในแบบวิศวกรรม เกรดวัสดุที่ใช้บ่อย — 20CrMnTi, 40Cr, 42CrMo, 38CrMoAl — ล้วนดำเนินการภายในโรงงาน รองรับด้วยการชุบแข็งคาร์บูไรซ์ การไนไตรด์ด้วยแก๊ส และการตรวจสอบตามรายการตรวจสอบที่ตกลงไว้ (โปรไฟล์ เฮลิกซ์ และพิทช์, ความแข็ง, โลหะวิทยา)

• การผลิตเกียร์ spur
• การผลิตเกียร์ helical
• ขีดความสามารถการผลิต

แจ้งกำลัง ความเร็ว อัตราทด และระดับแรงกระแทกของไดรฟ์ของคุณ แล้วทีมวิศวกรรมจะส่งผลการตรวจสอบความแข็งแรงพร้อมใบเสนอราคาหลังจากตรวจสอบข้อมูลภาระงาน ไม่ว่าโมดูลจะเพียงพอหรือไม่ — การคำนวณเพียงครั้งเดียวก็ตอบได้

ส่งข้อมูลภาระงานของคุณผ่านเว็บไซต์ PinyiGear หรือ หน้าตรวจสอบทางวิศวกรรม เพื่อรับการคำนวณความแข็งแรงและข้อเสนอกระบวนการฟรี