Проблемы и отличия в прочностных расчётах по ГОСТ и ISO

Методики расчёта зубчатых колёс по ГОСТ и ISO, не смотря на общую теоретическую базу, имеют ряд существенных отличий. Это выбор значения коэффициента распределения нагрузки по длине контактных линий, выбор параметров материалов, а также подход к использованию спектра нагружения. Кроме того, для расчёта ISO необходимо существенно больше исходных данных (~80 параметров), чем для расчёта по ГОСТ (~20 параметров).

Согласно методике ГОСТ, при расчёте используется упрощённый подход к выбору коэффициента неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий. При существующей технологии и культуре производства данный коэффициент чаще всего занижен, что даёт излишне оптимистичные результаты. Тем не менее, некорректная конструкция, неточность в установке колёс и валов в трансмиссии, неточность изготовления зубчатого колеса приводят к резкой неравномерности нагрузки по длине контактных линий, что никак не отражается в расчёте по ГОСТ. Согласно методики ISO, этот коэффициент – расчётная величина, напрямую зависящая от деформаций, возникающих в зубчатом зацеплении. Таким образом, расчёт коэффициента неравномерности повышает точность расчёта.

Параметры материалов, используемых при расчёте по ГОСТ (σ_{F lim}, σ_{H lim}), даны в широком диапазоне, что иногда не позволяет получить однозначного результата. Кроме того, в методике ГОСТа изначально указано, что результаты приблизительны, и что бы получить достаточно близкое к истине значение коэффициента запаса, окончательное значение должно быть скорректировано специальным коэффициентом, в зависимости от группы материалов и термообработки. В результате может возникнуть ситуация, когда значения коэффициентов запаса по результатам расчёта по ГОСТ составили ~0.9, до корректировки (т.е. по результатам сравнения напряжений) ~1.4, и на деле зубчатая пара выдерживает заданный срок службы с большим запасом. Методика ISO при подборе параметров материалов опирается на опытные значения, включает в себя рыд параметров и зависимостей, полученных опытным путём из мировой практики изготовления зубчатых колёс, и при расчёте даёт более определённые результаты.

Подход к использованию спектра нагружения по методикам ГОСТ и ISO также различен. Согласно ГОСТ, по спектру нагружения рассчитывается эквивалентная нагрузка, по которой затем производится расчёт коэффициентов запаса. Таким образом, расчёт производится без учёта накопления повреждений. Согласно ISO 6336, ступени нагружения пересчитывается в спектр напряжений. Затем для каждой ступени нагружения рассчитываются частные накопленные повреждения, которые принято изображать в виде графика. Только по совокупности накопленных повреждений рассчитываются результирующие коэффициенты запаса. При этом, при одинаковых исходных данных коэффициенты запаса могут быть получены на 5-15% ниже для ISO, чем для ГОСТ, что легко объяснить эффектом накопления повреждений в результате работы зубчатой пары. В качестве сравнения с одинаковыми исходными данными был произведён расчёт коэффициентов запаса для трансмиссии, состоящей из двух пар цилиндрических колёс, с использованием эквивалентной нагрузки (согласно методики ГОСТ) и с использованием спектра нагружения и накопления повреждений (согласно методики ISO). Результаты расчёта представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Результата расчёта трансмиссии

Все эти проблемы решены в методике ISO, применённой для расчёта зубчатых колёс в программе KISSsoft. Программа ориентирована на использование точных данных, полученных опытным путём, а также на использование всех, требуемых по методике ISO, параметров для расчёта возможных неточностей изготовления, возникающих при работе деформаций в конструкции трансмиссии, и деформаций, возникающих непосредственно в зубчатом венце под нагрузкой.

Для компенсации деформаций и выравнивания распределения нагрузки по длине контактных линий в программе KISSsoft существует возможность использования модификаций зубчатого венца, методика расчёта которых также изложена в ISO. Следует напомнить, что методики расчёта модификаций в ГОСТ не предусмотрено. Введение модификации позволяет сократить шум, вибрации в зубчатом зацеплении, а также повысить его долговечность.

Таким образом, из всего выше изложенного, можно сделать следующее заключение:

1. Использование программы KISSsoft позволяет сократить время на подготовку и изготовление зубчатых колёс за счёт качественного и точного подбора инструментов.
2. Учесть неточности, возможные при изготовлении трансмиссии, при расчёте.
3. Эффективно использовать данные, полученные в результате испытаний, для оптимизации зубчатых колёс в трансмиссии.
4. Эффективно применять модификации зубчатых венцов, добиваясь существенного снижения шума и вибраций.

Всего этого можно достичь только при условии профессионального использования программы KISSsoft, что не возможно без методических указаний, разработанных фирмой MICRO Express.