- •Детали машин и основы конструирования
- •Очной и заочной форм обучения
- •Введение
- •1. Общие указания по выполнению курсового проекта
- •1.1. Цели и задачи проектирования
- •1.2. Основные этапы разработки конструкторской документации
- •1.3. Основные требования к эскизному проекту
- •1.4. Требования к сборочному чертежу механизма
- •1.5. Требования к чертежу общего вида привода
- •1.6. Требования к рабочим чертежам детали
- •1.7. Требования к оформлению чертежей
- •1.8. Требования к составляющим пояснительной записки
- •1.9. Требования к оформлению пояснительной записки
- •2. Выбор электродвигателя, кинематический и силовой расчет привода
- •2.1. Определение мощности на валах привода
- •2.2. Кинематический расчет привода
- •2.3. Определение крутящих моментов на валах и их проверочный расчет
- •3. Расчет цилиндрических зубчатых передач
- •3.1. Выбор материала и определение допускаемых напряжений
- •3.2. Проектировочный расчет закрытых цилиндрических зубчатых передач на контактную выносливость
- •Значения коэффициента внешней динамической нагрузки
- •Рекомендуемые значения коэффициента ширины шестерни относительно ее диаметра
- •3.3. Определение геометрических параметров зубчатого зацепления
- •3.4. Проверочный расчет закрытых зубчатых передач на контактную выносливость
- •Значение коэффициентов и
- •3.5. Проверочный расчет зубьев на выносливость при изгибе
- •3.6. Проектировочный расчет открытых зубчатых передач на выносливость при изгибе
- •3.7. Проверочный расчет открытых зубчатых передач
- •3.8. Определение параметров зубчатых колес
- •3.9. Усилия в зацеплении
- •3.10. Особенности расчета цилиндрического двухступенчатого соосного редуктора
- •4. Расчет конических зубчатых передач
- •4.1. Выбор материала и определение допускаемых напряжений
- •4.2. Расчет закрытых конических зубчатых передач
- •Рекомендуемое минимальное число зубьев колеса
- •4.3. Проверочный расчет зубьев по контактным напряжениям
- •Значения коэффициентов δH и δF
- •Значения коэффициентов g0
- •4.4. Проверочный расчет зубьев по усталостным напряжениям изгиба
- •4.9. Проверочный расчет по усталостному напряжению изгиба зуба
- •4.10. Проверочный расчет прочности зубьев при перегрузках (при случайном увеличении крутящего момента сверх номинального)
- •4.11 Силы в зацеплении
- •4.12. Определение параметров зубчатых конических колес
- •5. Расчет червячной закрытой передачи с цилиндрическим червяком
- •5.1. Выбор материала и допускаемых напряжений
- •Значения коэффициента Cv
- •5.2. Проектировочный расчет червячной передачи
- •5.3. Проверочный расчет на контактную выносливость
- •Коэффициент динамической нагрузки khv
- •5.4. Проверочный расчет на выносливость при изгибе
- •5.5. Определение параметров червячной передачи
- •5.6. Силы в зацеплении
- •5.7. Расчет вала червяка на жесткость (выполняется после разработки эскизной компоновки редуктора)
- •5.8. Тепловой расчет червячной передачи
- •6. Расчет цепных передач
- •6.1. Проектный расчет цепной передачи втулочной и роликовой цепью
- •6.2. Проверочные расчеты цепной передачи с втулочной и роликовой цепями
- •Значения коэффициентов учитывающих условия работы цепной передачи
- •Значение коэффициента рядности цепи mp
- •Допускаемые значения коэффициента безопасности для втулочной и роликовой цепи
- •Значения коэффициента нагрузки Кв, учитывающий характер нагрузки, действующий на вал, и расположение передачи
- •6.3. Определение основных параметров звездочек втулочных и роликовых цепей
- •6.4. Расчет цепной передачи с зубчатой цепью
- •Ориентировочные значения [p10], кВт, для зубчатых цепей условной шириной 10 мм
- •6.5. Проверочные расчеты цепной передачи с зубчатой цепью
- •6.6. Определение основных параметров звездочек зубчатой цепи
- •7. Расчет ременных передач
- •7.1. Расчет плоскоременных передач
- •Влияние угла наклона передачи на к0
- •7.2. Расчет клиноременных передач
- •7.3. Расчет передачи поликлиновыми ремнями.
- •Значения коэффициентов k и m
- •Параметры поликлиновых ремней
- •Значение поправки ∆тu1
- •7.4. Расчет передачи зубчатыми ремнями
- •Размеры и параметры поперечных сечений зубчатых ремней с трапецеидальными зубьями
- •Рекомендуемое число зубьев меньшего шкива z1, удельной окружной силы w0 и масса 1 м длины ремня шириной 10 мм q
- •Стандартные длины ремней, выраженные в числе зубьев Zp
- •Коэффициент передаточного числа кu
- •Ширина зубчатых ремней b, в зависимости от модуля m
- •8. Выбор конструкции и определение параметров цилиндрических, конических зубчатых и червячных колес, звездочек и шкивов
- •8.1. Определение параметров цилиндрических зубчатых колес
- •Основные параметры цилиндрических зубчатых колес
- •8.2. Определение параметров конических зубчатых колес
- •Основные параметры цилиндрических зубчатых колес
- •8.3. Определение параметров червяка и червячного колеса
- •Геометрические параметры червяка
- •Геометрические параметры червячного колеса
- •8.4. Определение параметров звездочек цепных передач
- •Конструирование звездочек для роликовых и втулочных цепей
- •Основные параметры звездочек роликовых и втулочных цепей
- •Конструирование звездочек для приводных зубчатых цепей
- •Значение коэффициента kвс
- •8.5. Определение параметров шкивов ременных передач
- •Основные параметры шкивов поликлиновых передач
- •Основные параметры шкивов зубчато-ременных передач
- •Значение вспомогательного коэффициента k
- •9. Предварительные расчеты и эскизная разработка основных элементов редуктора
- •9.1. Проектный расчет валов
- •Определение диаметров участков вала
- •9.2. Предварительный выбор подшипников
- •Определение типа подшипника
- •9.3. Расчет и конструирование основных элементов редуктора
- •9.4. Эскизная компоновка
- •Необходимые размеры и их соотношения при выполнении компоновки
- •10. Выбор и расчет муфт
- •Значение коэффициента режима работы ( )
- •10.1. Расчет упругих втулочно-пальцевых муфт (мувп)
- •10.2. Расчет зубчатых муфт
- •11. Проверочные расчеты
- •11.1. Определение реакций в опорах валов и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов
- •11.2. Проверочный расчет подшипников
- •Определение значений коэффициентов X, y и е для радиальных шариковых подшипников
- •Определение значения коэффициентов X, y и е для радиально-упорных шариковых подшипников
- •Определение значение коэффициентов X, y и е для радиально-упорных роликовых подшипников
- •11.3. Проверочный расчет шпонок
- •Шпоночные соединения с призматическими шпонками
- •11.4. Проверочный расчет валов
- •Значение коэффициента Kd
- •Значения коэффициента kf
- •Результаты проверочного расчета вала
- •12. Рекомендации по конструированию основных элементов редуктора и привода
- •12.1. Схемы установки подшипников
- •12.2. Крепление колец подшипников на валу и в корпусе
- •12.3. Проектирование крышек подшипниковых узлов
- •12.4. Конструирование стаканов
- •12.5. Уплотнения подшипниковых узлов
- •Размеры канавок щелевых уплотнений, мм
- •13. Выбор способа смазки и смазочных материалов передач и подшипников
- •Характеристика пластичных смазок, применяемых для механизмов общего назначения
- •Кинематическая вязкость некоторых сортов масел, 10-6 м2/с
- •Основные размеры пробок с цилиндрической резьбой, мм
- •Основные размеры колпачковых отдушин, мм
- •14. Нормирование геометрических параметров деталей
- •14.1. Нормирование размеров деталей, некоторые сведения о допусках и посадках и обозначение их на чертежах
- •14.2. Нормирование отклонений формы взаимного расположения поверхностей и обозначение их параметров на чертежах
- •14.3. Нормирование шероховатости поверхностей и обозначение ее параметров на чертежах
- •Шероховатость посадочных поверхностей отверстий валов Ra, мкм
- •Литература
- •Приложение 1 Подшипники качения подшипники шариковые радиальные однорядные (по гост 8388)
- •Подшипники шариковые радиально-упорные однорядные (по гост 831)
- •Подшипники роликовые конические однорядные (по гост 333-79)
- •Приложение 2 Цепи приводные
- •Приложение 3 Гайки круглые шлицевые класса точности а (гост 11871)
- •Приложение 4
- •Стопорные многолапчатые шайбы
- •(Гост 11872)
- •Шайбы торцевые с креплением одним болтом (винтом) (гост 14734-69)
- •Приложение 5 Кольца пружинные упорные плоские наружные эксцентрические (гост 13942) и канавки для них
- •Приложение 6 Манжеты резиновые армированные (гост 8752)
- •Приложение 7 Основные надписи
- •Приложение 8 Примеры выполнения элементов пояснительной записки
4.9. Проверочный расчет по усталостному напряжению изгиба зуба
Расчетные напряжения изгиба (МПа) должны удовлетворять зависимости σF1(2)=YF1(2)WFV/(0,85mm)≤[σF1(2)].
Окружная скорость колес, м/с V=π dm1n1/(60·103).
Степень точности (см. табл. 3.6).
Удельная окружная динамическая сила, Н/мм
WFV=δF g0 V
где δF – коэффициент, учитывающий влияние вида зубчатой передачи и модификации профиля зуба на динамическую нагрузку (см. табл. 4.2);
g0 – коэффициент, учитывающий влияние разности шагов зацепления зубьев шестерни и колеса (см. табл. 4.3);
=0,5(dm1+dm2), мм – условное межосевое расстояние, определяющее моменты инерции колес.
Удельная расчетная окружная сила в зоне ее наибольшей концентрации, Н/мм
WFtp=Ft KFβ/b,
Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении, KFV=1+(WFV/WFtp).
Удельная расчетная окружная сила при изгибе, Н/мм
WFt= Ft KFβ KFV KА/b.
Если перегрузка превышает 5%, то необходимо увеличить ширину колеса b и пересчитать параметры передачи заново.
4.10. Проверочный расчет прочности зубьев при перегрузках (при случайном увеличении крутящего момента сверх номинального)
Максимальные напряжения изгиба, МПа
σFmax1(2)=σF1(2)(Tmax/Tnom)≤[σF]max1(2).
Контактная прочность зубьев при перегрузках
Удельная окружная динамическая сила, Н/мм
WHV=δH g0 V
где δH – коэффициент, учитывающий влияние вида зубчатой передачи и модификации профиля зуба на динамическую нагрузку (см. табл. 4.2);
Удельная расчетная окружная сила в зоне ее наибольшей концентрации, Н/мм
WHtp=Ft KHβ/b.
Здесь KHβ (см. рис. 3.2 а, б – схемы редукторов 1, 2).
Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении, KHV=1+(WHV/WHtp).
Удельная расчетная окружная сила, Н/мм.
WHV= Ft KHβ KHv KА/b.
Расчетные контактные напряжения, МПа
(4.6)
где ZH – коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев, ZH =1,77;
где ZE – коэффициент, учитывающий механические свойства материалов колес, ZE =275 МПа1/2.
Максимальные контактные напряжения (МПа) должны удовлетворять условию σHmax=σH ≤[σH]max1(2).
4.11 Силы в зацеплении
Определяются силы в зацеплении аналогично п. 4.7
4.12. Определение параметров зубчатых конических колес
Расчет параметров конических зубчатых колес представлен в разделе 8.
5. Расчет червячной закрытой передачи с цилиндрическим червяком
Исходными данными для расчета передачи являются: крутящий момент на валу червячного колеса T2, Н∙мм; угловая скорость ведомого вала ω2, с-1; передаточное число передачи U.
Закрытые червячные передачи рассчитывают на прочность по усталостным контактным напряжениям с последующей проверкой зубьев червячного колеса, как на контактную прочность, так и на усталостный изгиб как менее прочных по сравнению с витками червяка, а также проверочный расчет вала червяка на жесткость. Кроме того, после определения размеров корпуса выполняют тепловой расчет червячного редуктора.
5.1. Выбор материала и допускаемых напряжений
Ввиду того, что в червячном зацеплении преобладает трение скольжения, применяемые материалы червячной пары должны обладать хорошими антифрикционными свойствами, повышенной износостойкостью и пониженной склонностью к заеданию. Для этого в червячной передаче сочетают разнородные материалы при малой шероховатости контактирующих поверхностей.
Червяки изготавливают из среднеуглеродистых сталей марок 40, 45, 50 или легированных сталей марок 40Х, 40ХН и др. с поверхностной или объемной закалкой до твердости 45-55НRС. При этом необходима шлифовка и полировка рабочих поверхностей витков. Хорошую работу передачи обеспечивают червяки из цементируемых сталей (15Х, 20Х и др.) с твердостью после закалки 58-63НRС.
Зубчатые венцы червячных колес изготавливают преимущественно из бронзы, причем выбор ее марки определяется скоростью скольжения Vs и длительностью работы. При высоких скоростях скольжения (Vs=6-25 м/с) и при длительной работе рекомендуются оловянные бронзы марок БрОФ10-1, БрОНФ, которые обладают хорошими противозадирными свойствами. При средних скоростях скольжения (Vs=2-6 м/с) применяют алюминиевую бронзу марки БрАЖ 9-4. Эта бронза обладает пониженными противозадирными свойствами, в отдельных случаях ее применяют при Vs до 8 м/с. При малых скоростях скольжения (Vs<2 м/с) червячные колеса можно изготавливать из серых чугунов СЧ12, СЧ15, СЧ18 и др.
Ориентировочную скорость скольжения Vs, в зависимости от которой выбирают марку материала венца червячного колеса (табл. 5.1), определяют по эмпирической формуле
, (5.1)
где n1 – частота вращения вала червяка, мин-1; T2 – крутящий момент на валу червячного колеса, Н∙мм.
Таблица 5.1
Материалы и предельные напряжения для венца червячного колеса
Материал группа |
Марка |
Способ отливки |
σв, МПа σи (для СЧ) |
σТ, МПа |
Vs, м/с |
I Бронзы оловянистые |
БрО10Н1Ф1 БрО10Ф1 БрО5Ц5С5 |
Ц К/З К/З |
285 275/230 200/145 |
165 200/140 90/80 |
>5 |
II Бронзы безоловянистые и латуни |
БрФ10Ж4Н4 БрФ10Ж3Мц1,5 БрФ9Ж3Л ЛЦ23А6Ж3Мц2 |
Ц/К К/З Ц/К/З Ц/К/З |
700/650 550/450 530/500/425 500/450/400 |
460/430 360/300 245/230/195 330/295/260 |
2–5 |
III Чугуны серые |
СЧ18 СЧ15 |
З З |
355 315 |
– – |
<2 |
Примечание. Условное обозначение способа литья: К – литье в кокиль, З – литье в землю, Ц – центробежное литье.
Расчетную формулу, для определения допускаемых контактных напряжений зубьев червячного колеса [σH] выбирают по табл. 5.2 в зависимости от выбранного материала и твердости материала изготовления червяка HB (HRC).
Таблица 5.2
Допускаемые контактные напряжения, МПа
|
НВ червяка ≤350 |
НRCэ червяка ≥45 |
Группа I |
[σH]=0,75KHL CV σв |
[σH]=0,90KHL CV σв |
Группа II |
[σH]=250-25 Vs |
[σH]=300-25 Vs |
Группа III |
[σH]=175-35 Vs |
[σH]=200-35 Vs |
где CV – коэффициент, учитывающий износ материала колеса принимаемый по таблице. 5.3;
KHL – коэффициент долговечности, определяемый по формуле
При NHlim≤NHE KHL=1.
Здесь NHlim=107 – базовое число циклов нагружения;
NHE – эквивалентное число циклов нагружения, определяемое по формуле
,
где LH – требуемая долговечность передачи, ч;
n2 – частота вращения вала червячного колеса, мин-1.
Таблица 5.3