Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

№11033 методичка

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
1.79 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 13

 

 

 

Модули зубчатых передач

 

 

 

 

 

 

m

I ряд

1,5

2

2,5

3

4

 

5

6

8

 

10

 

II ряд

1,75

2,25

2,75

3,5

4,5

 

5,5

7

9

 

11

 

 

 

 

 

П р и м е ч а н и е . Первый ряд следует предпочитать второму.

Для косозубой и шевронной передачи стандартным считается

нормальный модуль mn .

 

 

 

 

 

 

3). Суммарное число зубьев передачи

zΣ = z1 + z2 ,

 

где z1 - число зубьев шестерни; z2 - число зубьев колеса.

 

z

2aw cos

,

z1

z

,

z2 z z1

(4.6)

mn

 

 

 

 

u 1

 

 

(число зубьев необходимо округлить до ближайшего целого числа).

Для косозубой передачи угол наклона зубьев предварительно можно взять β = 10°, а для шевронной - 30°. Затем величину угла уточняют

cos

Z mn

(4.7)

2aw

 

 

 

Вычисление cos надо выполнять с точностью до пяти цифр после запятой.

4). Фактическое передаточное число редуктора

uф

 

z2

z1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отличаться от принятого стандартного, более чем на ± 4%

 

 

 

u =

 

 

 

100% .

 

 

 

 

 

uф u ред

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u ред

 

 

 

5). Делительные диаметры шестерни d1 и колеса d2 :

d

mn z1

;

d

 

 

mn z2

 

2

 

1

cos

 

 

 

cos

 

 

 

 

 

не должно

(4.8)

(4.9)

(Для прямозубой передачи cos β = cos0o

= 1) .

Правильность выполненных расчетов проверяют по соотношению

aW

 

d1 d

2

(4.10)

2

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

cos β

Если межосевое расстояние получилось равным стандартному значению б е з о к р у г л е н и я , то это означает, что делительные диаметры рассчитаны правильно. В противном случае необходимо уточнить величину и повторить расчет.

6). Диаметры окружностей вершин зубьев шестерни и колеса:

da1 d1 2mn ; da2

d2 2mn .

(4.11)

7). Диаметры окружностей впадин зубьев шестерни и колеса:

 

d f 1 d1 2,5mn ;

d f 2 d2 2,5mn .

(4.12)

Ширина зубчатого венца колеса и шестерни, соответственно

 

b2 ba aw ;

b1 b2 5 мм

(4.13)

Полученные значения ширины колеса и шестерни следует округлить до целого числа по нормальным линейным размерам.

4.1.4. Определение сил в зацеплении

В прямозубой передаче сила нормальнoго давления, действующая в зацеплении, может быть разложена на две взаимно перпендикулярные силы:

окружную Ft , и радиальную Fr.

 

 

 

 

 

Ft1

2T 103

 

 

Окружная сила

Ft1

Ft 2

,

1

,

(4.14)

d1

 

 

 

 

 

 

 

 

где Т1 –крутящий момент ведущего вала, ( H м ); d1 – делительный диаметр шестерни, мм.

Радиальная сила

 

Fr1

 

 

 

Fr 2

 

,

Fr1 Ft tg ,

(4.15)

 

 

 

 

где 20 – стандартный угол профиля зуба.

В косозубой передаче сила нормального давления, действующая в зацеплении, раскладывается на три взаимно перпендикулярные силы:

окружную Ft, радиальную Fr и осевую Fа .

Окружная сила определяется по (4.14), радиальная - по формуле

22

Fr Ft

tg

 

 

,

(4.16)

cos

где β – угол наклона зубьев.

 

Осевая сила определяется по формуле

 

Fa Ft tg .

(4.17)

В шевронной передаче осевые силы, действующие на каждую половину шеврона, уравновешиваются. Радиальную и осевую силу определяют так же,

как и для косозубой передачи.

4.1.5. Проверка зубьев колес на прочность по контактным

напряжениям

Проверочный расчет выполняют для колеса, у которого меньше

допускаемое напряжение [2, с.37].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

K2

 

T2H

u ред

1 3

H 2 ,

(4.18)

a

u ред

 

b2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где К2 – расчетный коэффициент (К2 = 9600 - для прямозубой передачи;

К2 = 8400 - для косозубой и шевронной передачи);

Т2Н - расчетный крутящий момент на колесе.

Перегрузка передачи до 5% считается допустимой. При несоблюдении этого условия изменяют ширину b2 или межосевое расстояние aw. Кроме того,

возможно заменить материалы и термообработку шестерни и колеса.

4.1.6. Проверка зубьев колес на прочность по напряжениям изгиба

Проверочный расчет зубьев колес на выносливость по напряжениям изгиба выполняют для того колеса, для которого отношение допускаемого напряжения изгиба к коэффициенту формы зуба [ F /YF] имеет меньшее

значение. Коэффициент формы зуба YF определяется по приведённому числу

зубьев Zvi .

23

 

 

 

Таблица 14.

Приведенное число зубьев колес Zvi и коэффициент формы зуба YF [1, с. 25]

 

 

Цилиндрическая

 

Передача прямозубая

косозубая

шевронная

 

Zvi = Zi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zvi

Zi

 

 

 

 

 

Zvi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

20

 

24

26

 

28

30

 

40

 

45

 

50

65

≥ 80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

YF

4,30

4,08

3,92

3,88

 

3,84

3,80

3,70

 

3,66

 

3,65

3,62

3,61

Условие прочности по напряжениям изгиба

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K3 TF YF

 

,

 

 

 

 

 

 

 

(4.19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

b z m

2

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

К3 = 2000 - для прямозубой передачи;

 

 

 

 

 

 

 

К3 = 1860 - для косозубой передачи;

 

 

 

 

 

 

 

К3 = 1860 - для шевронной передачи.

 

 

 

 

 

 

 

ТFi – расчетный крутящий момент.

 

 

 

 

 

 

4.1.7. Определение фактической скорости в зацеплении

 

Фактическая скорость в зацеплении V, ( м/с)

определяется после расчета

геометрических параметров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

d1 n1

,

 

 

 

 

 

 

(4.20)

 

 

 

 

 

 

60 1000

 

 

 

 

 

 

где d1 – делительный диаметр шестерни, мм;

n1 – частота вращения вала шестерни, об/мин.

По скорости в зацеплении окончательно принимается степень точности изготовления зубчатых колес (см. раздел 4.1.2.)

24

4.2.Расчет конической зубчатой передачи с прямыми зубьями

Рис.7. Коническая передача

Отличие конических колес от цилиндрических состоит в том, что зубья нарезаются не на начальном цилиндре, а на поверхности усеченного конуса. Поэтому выбор материалов, термообработки и допускаемых напряжений выполняется по рекомендациям, рассмотренным в разделе 4.1.1;

определение расчетного крутящего момента – соответственно, в разделе 4.1.2.

4.2.1. Расчет основных геометрических параметров

Главная геометрическая характеристика конической передачи,

определяющая ее габариты, – это внешний делительный диаметр de2 колеса,

который связан с внешним делительным диаметром шестерни зависимостью

de2 = de1 .u.

Ориентировочное значение внешнего делительного диаметра колеса dе2 (мм) определяют из условия контактной выносливости [ 1, с. 28].

 

 

 

 

 

d e 2

165

3

 

T2 H u ред

,

(4.21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Н = 0,85

для прямозубых колес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычисленный делительный диаметр

округляют в большую сторону из

ряда стандартных значений, и далее расчёты ведут по принятому значению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 15

Внешний делительный диаметр колеса de2

по ГОСТ 12289-76 [ 2 , с. 78].

I ряд

 

80

 

100

125

 

160

200

 

250

280

 

315

355

 

400

 

II ряд

 

90

 

112

140

 

180

225

 

 

-

 

-

 

 

-

-

 

-

 

Далее определяется число зубьев колес. Для шестерни рекомендуется

выбирать z1 18...32, тогда число зубьев колеса

z2 z1 uред

(4.22)

25

 

(число зубьев необходимо округлить до ближайшего целого числа).

 

Углы делительных конусов δ1 и δ2

можно

найти

по

следующим

зависимостям [1, с. 28]:

δ2 = arctg uред ;

δ1 = 90

- δ2

 

(4.23)

(В ортогональной конической передаче сумма углов делительных конусов равна 90°).

Остальные геометрические

параметры

 

вычисляются

по

формулам

[1, с. 28-30; 5, с. 50].

 

 

 

 

 

 

 

 

Внешнее конусное расстояние

Re

0,5d e 2

 

 

 

(4.24)

sin 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитанное внешнее конусное расстояние не округляют.

 

 

Ширина зубчатого венца

 

b 0,285Re

 

 

 

 

(4.25)

Полученное значение следует округлить до целого числа по нормальным линейным размерам [1, с. 481].

 

me

d e 2

 

 

 

Внешний окружной модуль

z2

 

(4.26)

 

 

 

 

Внешний делительный диаметр шестерни

de1 me z1

(4.27)

Средний делительный диаметр шестерни

d1 2 Re

0,5b sin 1

(4.28)

Внешний диаметр шестерни и колеса (по вершинам зубьев)

dae1 de1

2me cos 1

 

dae2 de 2

2me cos 2

(4.29)

Средний окружной модуль

m

d1

 

(4.30)

z1

 

 

 

 

Округлять до стандартного значения следует тот, который ближе к

стандартному: m или me .

 

 

 

 

Внешняя высота ножки зуба

hfe 1,2me

(4.31)

 

26

 

 

 

Внешняя высота головки зуба

hae = me

(4.32)

Внешняя высота зуба

he = 2,2 me

(4.33)

Внешний диаметр вершин зубьев

daei = di + 2 haei cosδi

(4.34)

Внешний диаметр впадин зубьев

dfei = di - 2 hfei cosδi

(4.35)

4.2.2. Определение сил в зацеплении

В прямозубой конической передаче сила нормальнoго давления,

действующая в зацеплении, может быть разложена на три взаимно перпендикулярные силы: окружную Ft , радиальную Fr и осевую Fа [2, с. 76-77].

 

 

 

2T 103

 

 

окружная сила

Ft

1

 

;

 

(4.36)

 

 

 

 

 

 

d1

 

 

радиальная сила

Fr1 Ft

tg cos 1

Fa 2 ;

(4.37)

осевая сила

Fa1 Ft

tg sin 1

Fr 2 ,

(4.38)

где 20 – стандартный угол зацепления; δ1 – угол при вершине начального конуса шестерни. В конической передаче радиальная сила,

действующая на зубья шестерни, равна осевой силе действующей на зубья колеса, а осевая сила шестерни равна радиальной силе колеса

Fr1

 

 

 

Fa2

 

;

 

Fa1

 

 

 

Fr 2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

4.2.3. Проверка зубьев колес на прочность по контактным напряжениям

Проверочный расчет выполняют для колеса, с меньшим допускаемым напряжением [σ Н]. Чаще это бывает колесо, а не шестерня [1, с.33].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,12 10

3 Т 2 Н

u ред

 

 

 

,

(4.39)

Н 2

 

 

d 3

 

 

Н 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e2

 

Н

 

 

 

 

 

Коэффициент Н

= 0,85 для прямозубых колес. Для колес с круговыми

зубьями – значения Н принимают согласно данным [1, с. 27].

27

Результат расчета считается хорошим, если расчетное значение напряжений σН ≈ (0,9 …1,03)∙ [σН2]. (Перегрузка передачи до 3% считается допустимой). При несоблюдении этого условия изменяют диаметр колеса de2 .

4.2.4. Проверка зубьев колес на прочность по напряжениям изгиба

Расчет следует вести для того из колес, для которого отношение [ F /YF]

меньше, где YF – коэффициент, учитывающий форму зуба и концентрацию напряжений; определяется по приведённому числу зубьев ZV [1, с. 32-33] .

Таблица 16

Коэффициент формы зуба конических колес YF

zv

 

 

z

 

 

 

 

 

Приведенное число зубьев конических колес

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

≥ 100

 

cos

 

 

 

17

20

 

25

 

 

30

40

60

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

YF

 

 

 

4,30

4,08

 

3,91

 

3,80

3,70

3,62

3,60

3,59

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2TF i YF i

 

 

 

 

 

,

 

 

(4.40)

 

 

 

F i

b z m2

 

F i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если запас прочности по напряжениям изгиба превышает 20%, то это допустимо, т.к. нагрузочная способность большинства закрытых зубчатых передач ограничивается контактной прочностью зубьев [8, с. 159].

Поскольку основная причина разрушения зубьев закрытых передач – это усталостное поверхностное выкрашивание рабочих поверхностей, то запас прочности зубьев по напряжениям изгиба может быть и более 20%.

Если зуб перегружен более чем на 5%, то следует увеличить длину зуба или перейти к большему стандартному значению модуля, соответственно изменяя числа зубьев шестерни и колеса, после чего повторить проверочный расчет зубьев на изгиб. При этом внешнее конусное расстояние передачи и внешний делительный диаметр колеса не следует изменять, чтобы не нарушилась контактная прочность зубьев.

28

4.2.5. Определение фактической скорости в зацеплении

Скорость в зацеплении V, м/с

V

d1 n1

,

(4.41)

60 1000

где d1 – средний делительный диаметр шестерни, мм; n1 – частота вращения вала шестерни, об/мин.

По скорости в зацеплении назначается степень точности изготовления зубчатых колес (см. раздел 4.1.2.)

4.3 Расчёт червячной передачи

Ниже рассмотрена методика расчета ортогональной червячной передачи с архимедовым червяком (в осевом сечении профиль витка трапецеидальный, а в торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью).

4.3.1. Выбор материала червяка и червячного колеса

Для червяков применяют те же марки стали, что и для зубчатых колес

(см. табл.8). Для передач, работающих с большими перерывами и редко испытывающих максимальные нагрузки, червяки изготавливают из среднеуглеродистых конструкционных сталей марок 45, 50 (или легированных сталей марок 40Х, 40ХН). Наиболее распространенный материал червяка – сталь 18ХГТ. Могут быть использованы для изготовления червяков стали 40Х, 35ХМ, 40ХН [2, с.107-108].

Требования к червячным парам осуществляют подбором материала червячного колеса или только его венца (в целях экономии цветного металла).

Материалы для зубчатых венцов червячных колёс условно можно свести в следующие три группы:

Группа I. Оловянистые бронзы, применяемые при скорости скольжения в зацеплении VS ≥ 5 м/с.

Группа II. Безоловянистые бронзы и латуни, применяемые при скорости скольжения в зацеплении VS = 2…5 м/с.

29

Группа III. Мягкие серые чугуны, применяемые при скорости скольжения в

зацеплении VS < 2 м/с.

 

Предварительно

скорость скольжения может быть определена [1, с. 34 ].

 

 

 

 

 

VS

0,45 10 3 n2 u 3 T2 ,

(4.42)

где n1 - частота вращения вала червяка, об/мин; Т2 - крутящий момент на валу червячного колеса, Н ∙м.

Таблица 17.

Механические характеристики материалов зубчатых венцов червячных колёс

Группа

Марка бронзы,

Способ

σВ,

 

σТ,

VS , м/с

материала

чугуна

отливки

Н/мм2

 

Н/мм2

 

 

 

БрО10Н1Ф1

Ц

285

 

165

 

I

БрО10Ф

К

245

 

195

 

 

З

215

 

135

> 5

 

 

 

 

БрО5Ц5С5

К

200

 

90

 

 

 

З

145

 

80

 

 

БрA10Ж4Н4

Ц

700

 

460

 

 

 

К

650

 

430

 

II

БрA10Ж3МЦ1,5

К

550

 

360

 

 

З

450

 

300

2…5

 

 

 

 

БрA9Ж3Л

Ц

500

 

200

 

 

 

К

490

 

195

 

 

 

З

390

 

195

 

 

СЧ15

З

В

 

 

 

III

 

 

= 320МПа

< 2

 

СЧ20

З

В = 360МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание. Способы отливки: Ц - центробежный, К - в кокиль, 3 - в землю.

4.3.2. Определение допускаемых контактных и изгибных напряжений

Допускаемые контактные и изгибные напряжения определяют для зубчатого венца червячного колеса в зависимости от материала зубьев, требуемой долговечности работы передачи, скорости скольжения VS. [1, с. 35 ].

Коэффициент, учитывающий интенсивность износа материала - СV .

VS, м/с

5

6

7

>8

СV

0,95

0,88

0,83

0,8

 

 

 

 

 

 

 

30