Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
|
Вступ
Тема контрольної роботи «Розрахунок циліндричних зубчастих передач» з дисципліни «Деталі машин». Мета роботи – розглянути теоретичні питання відносно розрахунку циліндричних зубчастих передач та на їх основі зробити розрахунок. Зубчасті передачі забезпечують передачу руху шляхом зачеплення зубців ведучого колеса за зубці веденого. Обидва колеса мають послідовно розташовані зубці і западини, причому зубці ведучого заходять у западини веденого. До переваг зубчастих зачеплень можна віднести: компактність, надійність, високий к.к.д, постійність передаточного числа, широкий діапазон потужностей (до 100 тис. кВт
) і швидкостей (до 200 м/с
). Недоліками передачі є: шум при роботі, необхідність виготовлення з високою точністю. 1. Теоретична частина
1.1 Загальні відомості
Зубчасте колесо з меншим числом зубців називається шестірнею, друге зубчасте колесо – колесом. При однаковості розмірів ведуче колесо називається шестірнею. Умовно зубчасте колесо можна поділити на тіло 1 і зубчастий вінець 2. Зубчастий вінець складається із зубців і западин (рис. 1). Циліндрична поверхня, що відокремлює зубці від тіла колеса, називається поверхнею западин
, вона має радіус r
f
. Поверхня, що обмежує зубці, називається поверхнею вершин
, її радіус rа
. Бічна поверхня зубця складається з головної і перехідної. Головною називається частина бічної поверхні, яка при взаємодії з поверхнею зубців іншого колеса передає рух із заданими швидкостями. Перехідна поверхня з’єднує головну поверхню з поверхнею западин. Умова нормальної роботи зубчастої передачі з круглими колесами – забезпечення постійного передаточного відношення. Цього можна добитись лише при певному окресленні профілей зубців шестерні і колеса. Яким має бути профіль? На це питання відповідає основна теорема зачеплення (теорема Вілліса), суть якої полягає у тому, що активні профілі зубців двох коліс повинні бути побудовані так, щоб загальна нормаль у точці їх контакту у будь-який момент зачеплення проходила через точку Р – полюс зачеплення, що ділить лінію центрів у відношенні, обернено пропорційному передаточному відношенню. Теоремі зачеплення задовольняють профілі зубців, окреслені різними кривими. Найбільш простим і зручним для нарізання зубців є евольвентний профіль. Евольвента – це крива, яка описана точкою твірної прямої, що перекочується по колу без ковзання. Коло, по якому перекочується твірна пряма, називається основним
. Головна властивість евольвенти – це те, що нормаль евольвенти у будь-якій точці буде дотичною до основного кола, що забезпечує постійність передаточного відношення у евольвентному зачепленні. Розглянемо геометрію зубчастого зачеплення. Кола, що перекочуються одне відносно одного без ковзання, називають початковими (рис. 2), а відповідні радіуси r
w1
і r
w2
називаються радіусами початкових кіл. Точка Р
, в якій дотикаються початкові кола, називається полюсом зачеплення. Відстань між осями обертання двох зубчастих коліс називається міжосьовою відстанню Однією з найголовніших характеристик зубчастого колеса є модуль
– відношення колового кроку p
до числа р. Модуль m
виміряється в міліметрах, але одиниця вимірювання не вказується. Значення m
стандартизовані. Ділильне коло діаметром Зубчасті передачі, які передають обертальний рух між валами з паралельними (рис. 3) осями, називають циліндричними. Рис. 3. Циліндричні зубчасті передачі За характером розташування зуба на поверхні колеса вони поділяються на прямозубі, косозубі, шевронні і кругові. В залежності від взаємного розташування коліс розрізняють передачі з внутрішнім зачепленням (рис. 4 а
) і зовнішнім (рис. 4 б
). а)
б)
Рис. 4. Передачі з внутрішнім (а
) і зовнішнім зачепленням (б
) За формою бокової поверхні зубу передачі поділяються на евольвентні, зачеплення Новікова і циклоїдальні передачі. Найбільш поширеними є зубчасті передачі з евольвентним профілем. Згідно з кутом похилу відносно осі передачі відрізняють прямозубі і косозубі передачі. Конструктивно передачі можуть бути розташовані зовні корпусу або в корпусі (закрита передача). Більш поширеними є закриті передачі. Ті передачі, що забезпечують зменшення обертів на виході, називають редукторами
. Найбільш простий за конструкцією – одноступінчастий циліндричний, застосовується при передавальних числах u
≤12,5. Двохступінчасті циліндричні найчастіше застосовують в діапазонах u
=16ч40. При u
>60 більш доцільні трьохступінчасті редуктори. 1.2 Розрахунок циліндричних зубчастих передач
Вихідними даними до розрахунку циліндричних передач є кінематичні параметри привода: обертальний момент 1.2.1 Вибір матеріалів для виготовлення зубчастих коліс
Після аналізу потрібних габаритних розмірів і умов експлуатації передачі вибирають матеріали зубчастої пари з конкретним видом термообробки. Умовно види груп матеріалів можна поділити на 5 варіантів: I – сталі 45, 4ОХ, 4ОХН, 35ХМ; термообробка колесо – поліпшення, твердість шестерня – поліпшення, твердість II – сталі 4ОХ, 4ОХН, 35ХМ; термообробка колесо – поліпшення, твердість шестерня – поліпшення і обробка СВЧ твердість поверхні III – сталі 4ОХ, 4ОХН, 35ХМ; твердість IV – сталі 20Х, 20ХН2М, 18ХГТ, 12ХН3А для шестерні, з термообробкою поліпшення, цементація, загартування до твердості 40ХН, 35ХМ, 40Х для колеса з термообробкою поліпшення, загартування СВЧ до твердості V – сталі 20Х, 20ХН2М, 18ХГТ, 12ХН3А, 25ХГМ для колеса і шестерні з термообробкою поліпшення, цементація, загартування СВЧ, загартування до твердості Розміри передачі зменшуються зі зростанням твердості поверхні зубців, але якщо не надається обмежень у габаритах, то слід використовувати дешеві марки сталі за I і II варіантами термообробки. 1.2.2 Розрахунок допустимих напружень
Допустимі контактні напруження і напруження згину визначають окремо для колеса де Коефіцієнт довговічності за розрахунком з контактних напружень Коефіцієнт довговічності за розрахунком що до згину Число циклів зміни напружень N
– дійсне число циклів зміни напружень. де Рис. 5. Графік числа циклів зміни напружень Таблиця 1. Механічні характеристики сталей Термо- обробка Твердість поверхні МПа
МПа
МПа
МПа
45 40Х 40ХН, 35ХМ Поліп шення – «- поліп шення – «- поліп шення – «- 235…262 269…302 235…262 269…302 235…262 269…302 540 650 640 750 630 750 1,8 +67 1,03 2,8 2,74 40Х 40ХН, 35ХМ Поліп шення; загар-тування СВЧ – «- HRC 45…50 HRC 48…53 750 750 14 +170 370 (m>3 мм) 310 (m<3 мм) 40 1260 1430 20Х, 20ХН2М 18ХГТ, 12ХН3А 25ХГМ Поліп шення цемен- тація і загарту- вання СВЧ Для зубчастих передач циліндричних косозубих, шевронних, конічних з круговим зубом при II варіанті термообработки визначають розрахункове допустиме напруження Це напруження не повинно бути більшим за 1,25 Для інших варіантів термообробки і для прямозубих циліндричних і конічних коліс у розрахункову формулу замість 1.2.3 Проектувальний розрахунок
Міжосьову відстань передачі визначають за формулою де знак «– «для передач внутрішнього зачеплення; коефіцієнт при постійному навантаженні при змінному Де Під час розрахунків приймаються такі режими навантаження: O – постійний; I – важкий; II – середньоймовірний; III – середній нормальний; IV – легкий; V – особливо легкий Таблиця 2. Коефіцієнт режиму навантаження Для коліс, які виконані з сталей, що під час експлуатації не припрацьовуються, Початковий коефіцієнт концентрації навантаження Для попереднього розрахунку визначимо де 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63 в залежності від розташування коліс відносно опор: симетричне розташування 0,4…0,5 несиметричне розташування 0,25…0,4 консольне розташування одного або обох коліс 0,2…0,25 для шевронних передач 0,4…0,63 Менше значення Таблиця 3. Коефіцієнт 0,4 ≤350 >350 2,4 1,7 1,9 1,45 1,6 1,3 1,36 1,18 1,2 1,1 1,12 1,06 - - - - ≤350 >350 3,1 2,05 2,4 1,7 2,0 1,5 1,6 1,3 1,34 1,17 1,24 1,12 1,14 1,07 - - ≤350 >350 - - - - 2,4 1,7 1,86 1,43 1,54 1,27 1,4 1,2 1,26 1,13 1,1 1,05 ≤350 >350 - - - - 2,8 1,9 2,15 2,56 1,8 1,4 1,6 1,3 1,4 1,2 1,2 1,1 ≤350 >350 - - - - 3,2 2,1 2,4 1,7 2,1 1,5 1,8 1,4 1,6 1,3 1,3 1,15 ≤350 >350 - - - - - - 2,8 1,9 2,4 1,7 2,0 1,5 1,8 1,4 1,4 1,2 ≤350 >350 - - - - - - - - 2,8 1,9 2,4 1,7 2,0 1,5 1,6 1,3 Отриману міжосьову відстань заокруглюють в більший бік до стандартного значення з ряду: 40; 50; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 225; 250; 280; 315 (мм
) Рис. 6. Схеми розташування коліс відносно опор Визначають попередні основні розміри коліс ділильний діаметр: ширину колеса: Ширину колеса заокруглюють в найближчий бік до стандартного числа. Модуль передачі знаходять за формулою де Отримане значення модуля заокруглюють в більший бік до стандартного з ряду (таблиця 4). Таблиця 4. Стандартний ряд модулів При твердості НВ ≤ 350 m
≥ 1.0 мм
; Сумарне число зубців для шевронних коліс Число зубців шестерні і колеса: для шестерні Заокруглюють Якщо Для коліс зовнішнього зачеплення Кількість зубців колеса зовнішнього зачеплення Фактичне передаточне число Діаметри зубчастих коліс: ділильні діаметри Знак «– «– для зовнішнього зачеплення; діаметри кіл вершин де Визначають сили в зачепленні – окружну – радіальну (для стандартного кута – осьову 1.2.4 Перевірочний розрахунок за контактними напруженнями і напруженнями згину Зубці коліс перевіряють за напруженнями згину. Розрахункове значення напруження згину у зубцях колеса: у зубцях шестерні де для прямозубих коліс для косозубих коліс в залежності від ступеня точності визначається за таблицею 5. Таблиця 5. Коефіцієнт Попередньо знаходять ступінь точності в залежності від швидкості колеса 6 7 8 9 – «– 10 – «– 6 – «- 2 – «– 8 – «– 4 – «– 1,5 – «– 15 – «– 10 – «- 4 – «– 10 – «– 7 – «- 3 де Таблиця 7. Коефіцієнт Твердість зубців колеса НВ 0,4 ≤350 >350 2,01 1,53 1,67 1,34 1,46 1,23 1,27 1,13 1,16 1,08 1,09 1,05 - - - - ≤350 >350 2,47 1,75 2,01 1,53 1,74 1,38 1,46 1,23 1,26 1,14 1,16 1,08 1,08 1,06 - - ≤350 >350 - - - - 2,01 1,53 1,62 1,32 1,41 1,21 1,31 1,16 1,21 1,08 1,08 1,04 ≤350 >350 - - - - 2,28 1,67 1,82 1,42 1,6 1,31 1,46 1,23 1,31 1,16 1,16 1,08 ≤350 >350 - - - - 2,54 1,81 2,04 1,53 1,8 1,42 1,6 1,31 1,46 1,23 1,23 1,11 ≤350 >350 - - - - - - 2,28 1,67 2,01 1,53 1,74 1,4 1,6 1,31 1,32 1,16 ≤350 >350 - - - - - - - - 2,23 1,67 2,01 1,53 1,74 1,38 1,46 1,23 Для коліс, що не припрацьовуються під час роботи, Таблиця 8. Коефіцієнт Ступінь точності Твердість зубців колеса НВ Прямі Косі - - - - - - 1,4 1,15 1,58 1,20 1,67 1,25 Прямі Косі - - - - - - 1,11 1,04 1,14 1,06 1,17 1,07 Прямі Косі - - - - 1,33 1,11 1,50 1,16 1,67 1,22 1,80 1,27 Прямі Косі - - - - 1,09 1,03 1,13 1,05 1,17 1,07 1,22 1,08 Прямі Косі - - 1,2 1,06 1,38 1,11 1,58 1,17 1,78 1,23 1,96 1,29 Прямі Косі - - 1,06 1,02 1,12 1,03 1,16 1,05 1,21 1,07 1,26 1,08 Прямі Косі 1,13 1,04 1,28 1,07 1,50 1,14 - - - - - - Прямі Косі 1,04 1,01 1,07 1,02 1,14 1,04 - - - - - - Таблиця 9. Коефіціент або Зубці коліс перевіряють за контактними напруженнями. Умова міцності має вигляд де Таблиця 10. Коефіцієнт Ступінь точності Зубці Прямі Косі - - - - - - 1,17 1,04 1,23 1,06 1,28 1,07 Прямі Косі - - - - - - 1,10 1,02 1,15 1,03 1,18 1,04 Прямі Косі - - - - 1,14 1,05 1,21 1,06 1,29 1,07 1,36 1,08 Прямі Косі - - - - 1,09 1,02 1,14 1,03 1,19 1,03 1,24 1,04 Прямі Косі - - 1,08 1,02 1,16 1,04 1,24 1,06 1,32 1,07 1,40 1,08 Прямі Косі - - 1,06 1,01 1,10 1,02 1,16 1,03 1,22 1,04 1,26 1,05 Прямі Косі 1,05 1,01 1,10 1,03 1,20 1,05 - - - - - - Прямі Косі 1,04 1,01 1,07 1,01 1,13 1,02 - - - - - - 1.2.5 Конструктивні розміри циліндричних зубчастих коліс
Зубчасті колеса складаються з обода, що несе зуби, маточини, що насаджується на вал, і диска, який з'єднує обід з маточиною. При діаметрах Шестірні конструюють у двох виконаннях: окремо від вала (насадна шестірня) і за одне ціле з валом (вал-шестірня). Вал-шестірню виконують у тому випадку, коли відстань від западини зуба до шпонкового паза виявляється менше Розміри зубчастих циліндричних коліс показані на рис. 7. Діаметр маточини сталевих коліс Де Діаметр маточини чавунних коліс Довжина маточини Товщина ободу Товщина диска: колеса ковані колеса штамповані колеса литі де Діаметр центрового кола де Діаметр отворів (у шестірнях малих розмірів отворів не роблять). Товщина ребер Фаска Рис. 7. Циліндричне зубчасте колесо при 2. Практична частина
Розрахувати косозубу циліндричну зубчасту передачу (рис. 8) за наступними даними: 1. Обертальній момент на колесі 2. Швидкість обертання колеса 3. Передавальне число 4. Час роботи передачі Рис. 8. Косозуба циліндрична передача 2.1 Вибір матеріалів для виготовлення зубчастих коліс і розрахунок допустимих напружень
Згідно з таблицею 1 вибираємо для виготовлення колеса – сталь 40Х з термообробкою поліпшення і твердістю поверхні НВ 235…262 ( Розрахунок ведемо за допустимими напруженнями. де Число циклів зміни напружень за час роботи передачі: для колеса для шестерні Середня твердість матеріалів: колеса шестерні Число циклів зміни напружень за графіком (рис. 5): колеса шестерні Коефіцієнти довговічності: колеса шестерні Знаходимо в таблиці 1 формули для визначення для колеса для шестірні З урахуванням часу роботи передачі контактні напруження і напруження згину в зубцях: колеса шестерні Граничні значення допустимих напружень для колеса для шестерні Оскільки передача має косий зуб, розрахункові допустимі контактні напруження визначаємо за формулою 2.2 Міжосьова відстань
Визначаємо міжосьову відстань за формулою 1, в ній де Х
– коефіцієнт режиму навантаження, для середнього нормального Заокруглюємо до стандартного значення: 2.3 Попередні основні розміри колеса
ділильне коло ширина 2.4 Модуль передачі
Модуль передачі визначаємо за формулою 10, в якій Приймаємо із стандартного ряду 2.5 Сумарна кількість зубців і кут нахилу
Мінімальний кут нахилу знаходимо за формулою 11 Сумарна кількість зубців Приймаємо ZУ
=138/ Дійсне значення кута нахилу зубців Залишаємо косозубу передачу. 2.6 Число зубців шестерні і колеса
шестерня Приймаємо При цьому фактичне передавальне число Відхилення що можна допустити. 2.7 Діаметри коліс
Ділильне коло шестерні колеса Діаметри кіл вершин і западин 2.8 Сили в зачеплені
окружна радіальна осьова 2.9 Перевірка за напруженнями згину
Перевірка за напруженнями згину проводиться за формулою (21), в якій Ступінь точності – 9, Тоді 2.10 Перевірка зубців коліс за контактними напруженнями
Перевірка зубців коліс за контактними напруженнями виконується за формулою (25). Де тобто умова міцності за контактними напруженнями виконується. 1. Иванов М.Н. Детали машин.-М.: Высш.шк., 1984. – 336 с. 2. Заблонский К.И. Детали машин.-К.: Вища шк., 1985. – 506 с. 3. Киркач Н.Ф., Баласанян Р.А. Расчет и проектирование деталей машин.-Харьков: Віща шк., 1996. – 276 с. 4. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высш.шк., 1985. – 416 с. 5. Кудрявцев В.Н. Детали машин.-Л.: Машиностроение.1980. – 462 с. 6. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для ВТУЗов /Чернавский С.А., Снесарев Г.А., Козинцев Б.С., Боков К.А., Ицкович Г.М., Чернилевский Д.В.-М.: Машиностроение. 1983. – 164 с.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||