background image

Zespół Szkół Nr 1 im. Jana Kilińskiego w Pabianicach 

Przedmiot: Proces projektowania cz

ęś

ci maszyn 

 

 

 

Obliczenia wytrzymało

ś

ciowe z

ę

bów prostych 

 

Obliczenia wytrzymało

ś

ciowe uz

ę

bie

ń

 polegaj

ą

 na: 

-  obliczeniu wymiarów z

ę

bów z warunku na zginanie, z uwzgl

ę

dnieniem 

działania sił statycznych i dynamicznych, 

-  obliczeniu nacisków powierzchniowych na bocznej powierzchni z

ę

ba. 

-   

 
F

z

 – siła mi

ę

dzyr

ę

bna 

F – siła obwodowa, 
wywołuj

ą

ca moment 

obrotowy 
F

r

 – siła promieniowa, 

ś

ciskaj

ą

ca z

ą

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Siła obwodowa wynosi: 
 

0

cos

α

=

z

F

F

 

Je

ż

eli jest wyznaczana z momentu obrotowego M

 

d

M

F

2

=

 

d – 

ś

rednica podziałowa. 

Uwzgl

ę

dniaj

ą

c w obliczeniach wytrzymało

ś

ciowych nadwy

ż

ki dynamiczne i 

przeci

ąż

enia sił

ę

 F zast

ę

puje si

ę

 sił

ą

 obliczeniow

ą

 

 

]

[N

K

K

K

F

F

v

p

obl

ε

=

 

 

F

background image

Zespół Szkół Nr 1 im. Jana Kilińskiego w Pabianicach 

Przedmiot: Proces projektowania cz

ęś

ci maszyn 

 

 

gdzie:  

K

p

 – współczynnik przeci

ąż

enia (tabela 1), 

K

v

 – współczynnik nadwy

ż

ek dynamicznych (tabela 2), 

K

ε

 – współczynnik zale

ż

ny od liczby przyporu. 

 

Przy 

ε

<2 przyjmuje si

ę

 K

ε

=1, a w innych przekładniach, w których 

ε≥

2, 

przyjmuje si

ę

 K

ε

=2. 

 
Moment obliczeniowy 
 

]

[Nm

K

K

K

M

M

v

p

obl

ε

=

 

 
Moduł koła z

ę

batego 

- wyznaczony z siły obliczeniowej: 
 

]

[mm

k

q

F

m

gj

obl

λ

 

gdzie: 

k

gj

 – napr

ęż

enia dopuszczalne na zginanie w MPa

q – współczynnik kształtu zeba (tabela 6), 

λ

 – współczynnik szeroko

ś

ci koła z

ę

batego, 

λ

=5÷15. Wi

ę

ksze warto

ś

ci nale

ż

przyjmowa

ć

 przy wi

ę

kszej dokładno

ś

ci wykonania uz

ę

bie

ń

 
- wyznaczony z momentu obliczeniowego 
 

3

]

[

2

cm

k

z

q

M

m

gj

obl

λ

 

 
Obliczanie z

ę

bów na naciski powierzchniowe 

 

o

obl

k

i

d

b

F

C

p

±

=

1

1

max

 

 
gdzie: 

p

max

 i k

o

 – w MPa,   F

obl

 – w N,    b i d – w mm, 

C – współczynnik w (MPa)

0,5

 (tabela 3). 

Znak plus we wzorze stosuje si

ę

 przy 

ś

ciskaniu elementów wypukłych, minus 

za

ś

 przy 

ś

ciskaniu elementu wypukłego i wkl

ę

słego. 

background image

Zespół Szkół Nr 1 im. Jana Kilińskiego w Pabianicach 

Przedmiot: Proces projektowania cz

ęś

ci maszyn 

 

 

 

Uwaga: w powy

ż

szym wzorze nale

ż

ś

ci

ś

le przestrzega

ć

 stosowania 

jednostek. 
 
Orientacyjne warto

ś

ci dopuszczalnych nacisków powierzchniowych przyjmuje si

ę

 wg 

przybli

ż

onego wzoru 

 

W

HB

k

o

5

=

 

w którym 
HB – twardo

ść

 Brinella (tabela 4), 

W – współczynnik zale

ż

ny od pr

ę

dko

ś

ci obrotowej n i czasu T pracy przekładni 

(tabela 5). 
 
 
 
 
 
Tabela 1. Warto

ś

ci współczynnika przeci

ąż

enia K

p

 przy nap

ę

dzaniu silnikiem 

elektrycznym 

 
 

Warto

ś

ci K

p

, gdy liczba godzin pracy 

przekładni na dob

ę

 wynosi 

Przykłady nap

ę

dzanych maszyn 

8÷10 

24 

Lekkie d

ź

wignice, nap

ę

d posuwu 

obrabiarek 

1,1 

1,25 

Nap

ę

dy główne obrabiarek, ci

ęż

kie 

d

ź

wignice, 

ż

urawie, pompy tłokowe 

1,25 

1,5 

Prasy do tłoczenia, koparki, klatki 
walcownicze 

1,5 

1,75 

 
 
 
Tabela 2. Warto

ś

ci współczynnika nadwy

ż

ek dynamicznych K

v

 oraz zalecanej 

chropowato

ś

ci powierzchni uz

ę

bie

ń

 

 
 

Pr

ę

dko

ść

 

obwodowa

  

v (w m/s) 

<3 

35 

5÷10 

10÷20 

20÷30 

30÷40 

>40 

K

1,25 

1,35 

1,5 

1,65 

1,8 

2,0 

2,3 

R

z

 

40; 20 

20; 10 

10; 6,3; 

3,2 

3,2; 1,6; 

0,8; 0,4 

0,4; 0,2; 0,1 

Rodzaj 

obróbki 

zgrubna  zgrubna  dokładna 

bardzo 

dokładna 

szlifowanie i docieranie 

 
 

background image

Zespół Szkół Nr 1 im. Jana Kilińskiego w Pabianicach 

Przedmiot: Proces projektowania cz

ęś

ci maszyn 

 

 

 
Tabela 3. Warto

ś

ci współczynnika C we wzorze Hertza przy k

ą

cie przyporu  

α

o

=20

o 

 
 

Materiały kół i moduły Younga 

koło 

(MPa)

1/2 

Stal po stali 
E

1

=E

2

=210 000 MPa 

0,35 

 

478,2 

0,35 

stalowe 

370,4 

Stal po 

ż

eliwie 

E

1

=210 000 MPa 

E

2

=90 000 MPa 

0,25 

ż

eliwne 

365,0 

Ż

eliwo po 

ż

eliwie 

E

1

=E

2

=90 000 MPa 

0,25 

 

308,4 

 
 
 
 
Tabela 4. Warto

ś

ci dopuszczalnych napr

ęż

e

ń

 zginaj

ą

cych k

gj

 i twardo

ś

ci HB dla 

niektórych materiałów stosowanych na koła z

ę

bate

 

 
 

Materiał 

k

gj

 

nazwa 

oznaczenie 

stan obróbki 

cieplnej 

MPa 

twardo

ść

 Brinella 

HB 

E295 (St5) 

  

190 

180 ÷ 220 

E335 (St6) 

  

230 

220 ÷ 260 

E360 (St7) 

  

270 

250 ÷ 310 

C45 (45) 

normaliz. 

250 

min. 210 

C55 (55) 

normaliz. 

270 

min. 220 

C45 (45) 

T

1)

 

290 

220 ÷ 280 

C55 (55) 

320 

240 ÷ 290 

~20MnCr5 (20HG) 

H

2)

 

360 

min. 310 

~41Cr4 (40H) 

350 

300 ÷ 350 

~42CrMo4 (40HM) 

400 

340 ÷ 390 

Stal 

- (30HGS) 

500 

370 ÷ 440 

EN-GJL-250 

  

90 

170 ÷ 250 

Ż

eliwo szare 

EN-GJL-300 

  

110 

190 ÷270 

400 ÷ 550 

  

140 

150 ÷ 190 

Staliwo                   
(Gatunki) 

480 ÷ 630 

  

170 

170 ÷ 210 

1)

 T - ulepszanie cieplne (hartowanie i wysokie odpuszczanie)                                            

2)

 H - naw

ę

glanie i hartowanie

 

 
 

background image

Zespół Szkół Nr 1 im. Jana Kilińskiego w Pabianicach 

Przedmiot: Proces projektowania cz

ęś

ci maszyn 

 

 

Tabela 5. Orientacyjne warto

ś

ci współczynnika W do obliczania nacisków 

dopuszczalnych w kołach z

ę

batych 

 

pr

ę

dko

ść

 obrotowa n 

Warto

ś

ci W dla 

żą

danego okresu pracy T (w godz) 

w obr/min 

5000 

10000 

20000 

50000 

100000 

30 

1,35 

1,60 

1,75 

2,00 

2,25 

40 

1,43 

1,68 

1,83 

2,10 

2,40 

50 

1,50 

1,78 

1,94 

2,20 

2,55 

100 

1,70 

1,96 

2,18 

2,50 

2,80 

200 

1,90 

2,20 

2,40 

2,80 

3,20 

300 

2,05 

2,30 

2,60 

3,00 

3,40 

400 

2,15 

2,48 

2,75 

3,20 

3,65 

500 

2,20 

2,55 

2,82 

3,25 

3,75 

1000 

2,45 

2,85 

3,20 

3,70 

4,20 

2000 

2,75 

3,20 

3,55 

4,10 

4,70 

3000 

2,95 

3,40 

3,80 

4,35 

4,90 

 
 
Tabela 6. Warto

ś

ci współczynnika kształtu z

ę

ba dla kół o uz

ę

bieniu 

zewn

ę

trznym i k

ą

cie przyporu 

α

o

=20

o

 

 

współczynnik przesuni

ę

cia zarysu x 

+1,0 

+0,75 

+0,5 

+0,25 

-0,25 

-0,5 

10 

2,00 

2,31 

2,74 

3,42 

4,64 

 

 

11 

2,00 

2,30 

2,62 

3,29 

4,34 

 

 

12 

1,99 

2,28 

2,55 

3,18 

4,10 

 

 

13 

1,99 

2,26 

2,52 

3,10 

3,94 

5,22 

 

14 

1,99 

2,25 

2,51 

3,03 

3,80 

4,93 

 

15 

2,00 

2,24 

2,50 

2,98 

3,67 

4,68 

 

16 

2,00 

2,24 

2,50 

2,93 

3,56 

4,47 

 

17 

2,00 

2,23 

2,49 

2,89 

3,48 

4,32 

 

18 

2,00 

2,22 

2,48 

2,86 

3,40 

4,18 

5,34 

19 

2,02 

2,22 

2,48 

2,83 

3,34 

4,06 

5,12 

20 

2,04 

2,22 

2,47 

2,81 

3,28 

3,95 

4,92 

25 

2,09 

2,24 

2,46 

2,73 

3,10 

3,60 

4,29 

30 

2,13 

2,26 

2,45 

2,67 

2,98 

3,38 

3,90 

40 

2,19 

2,30 

2,43 

2,60 

2,83 

3,14 

3,48 

50 

2,23 

2,32 

2,42 

2,57 

2,74 

2,98 

3,26 

60 

2,26 

2,35 

2,43 

2,54 

2,69 

2,89 

3,14 

80 

2,32 

2,38 

2,44 

2,53 

2,63 

2,78 

2,95 

100 

2,37 

2,40 

2,45 

2,52 

2,60 

2,67 

2,86 

200 

2,42 

2,44 

2,46 

2,51 

2,54 

2,60 

2,68 

 

2,50