Министерство образования Российской Федерации
Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова
Ковалев И.М., Баранов А.В.
Расчет зубчатых цилиндрических передач на прочность
Методические указание для практических занятий
и СРС студентов, изучающих дисциплины «Детали машин и основы конструирования», «Механика».
2005
УДК 621. 81
Расчет зубчатых цилиндрических передач редуктора на прочность/ Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004. –28 с.
Изложена методика расчета зубчатых цилиндрических передач на прочность. Эта методика, дана с некоторыми сокращениями, в отличие от основного издания, чтобы студенты могли легко освоить и использовать расчеты передач при выполнении расчетных заданий и курсовых проектов.
Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения, изучающих курс “Детали машин и основы конструирования”, “Механика” по учебным планам, имеющим небольшой объем часов.
1. Исходные данные
При выполнении расчетов на прочность рекомендуется исходные данные представить в виде:
1. Кинематические и силовые параметры:
а) u –передаточное число
б) n1 -частота вращения шестерни, мин-1
в) Т1 -вращающий момент шестерни, Нм
2. Требуемая долговечность (ресурс) Lh, ч (с учетом годового и суточного использования) Lh=L365Kг24Кс (L, Kг, Кс – по заданию).
3. Режим нагружения:
а) циклограмма нагружения по заданию:
a1=
;a2=
;a3=
b1= ;b2= ;b3=
.
2. Проектировочный расчет передачи
Проектировочный расчет выполняют с целью предварительного определения основных геометрических размеров передачи, обеспечивающих работоспособность по контактной и изгибной прочности.
2.1. Выбор материала и твердости колес
В табл. 2, 3 приведены рекомендации по выбору варианта марки стали, термообработки и твердости зубьев проектируемых зубчатых передач редуктора.
2.2. Ориентировочное значение межосевого расстояния.
Степень точности передачи
На
первом этапе проектировочного расчета
находят предварительное значение
,
а после определения допускаемых
напряжений и коэффициентов нагрузки
значение межосевого расстояния аw
уточняют
и согласовывают с размерами нормального
линейного ряда.
Ориентировочное значение межосевого расстояния , мм:
(1)
где
– вращающий момент шестерни, Н∙м; u
– передаточное число.
Значение коэффициента К принимают по табл. 4 в зависимости от
Таблица 2 Рекомендации по выбору колес зубчатой передачи |
№ варианта по табл. 3 при объеме производства Q, шт./год |
Массовое (Q>100) |
3; 4 11…16 |
3; 4; 6; 7 7…16 |
Примечание: 1. ТТ - вращающий момент тихоходного вала редуктора; 2. Если значение ТТ много больше (меньше) указанной величины в таблице, то следует отдавать предпочтение большему (меньшему) № варианта в табл. 3.
Таблица 3 Материалы шестерни и колеса зубчатых передач (рекомендуемые сочетания)
|
Механические свойства, МПа |
т |
9 |
320 270 |
650 540 |
750 640 |
|
||||||||||||||||||
в |
8 |
600 550 |
890 780 |
900 790 |
|
|||||||||||||||||||||||||
Твердость (Н1; Н2) |
расчетная |
7 |
200 НВ 180 НВ |
285 НВ 250 НВ |
285 НВ 250 НВ |
|
||||||||||||||||||||||||
Серийное (50<Q100) |
2; 3 11; 12 |
2; 3; 6 6…12 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
поверхности |
6 |
179....207 НВ 163...192 НВ |
269....302 НВ 235….262 НВ |
269....302 НВ 235....262 НВ |
|
|||||||||||||||||||||||||
сердцевины |
5 |
|
||||||||||||||||||||||||||||
Единичное (Q50) |
1; 2 5 |
1; 2 5 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
Термообработка |
4 |
Нормализация Нормализация |
Улучшение Улучшение |
Улучшение Улучшение |
|
|||||||||||||||||||||||||
Марка стали |
3 |
45 35 |
45 45 |
40Х 40Х |
|
|||||||||||||||||||||||||
Тип и нагруженность передачи |
Прямозубая передача: 1. ТТ 1000 Нм 2. ТТ 1000 Нм |
Косозубая передача: 1. ТТ 1000 Нм 2. ТТ 1000 Нм |
|
|||||||||||||||||||||||||||
Колеса передачи |
2 |
Шестерня Колесо |
Шестерня Колесо |
Шестерня Колесо |
|
|||||||||||||||||||||||||
№ вари анта |
1 |
1 |
2 |
3 |
|
|||||||||||||||||||||||||
Продолжение табл. 3 |
9 |
800 670 |
1400 |
750 540 |
750 640 |
750 750 |
800 670 |
800 750 |
750 |
800 |
800 750 |
800 800 |
800 800 |
800 |
||||||||||||||||
8 |
950 800 |
1600 |
900 780 |
900 790 |
900 900 |
950 800 |
950 900 |
900 |
950 |
950 900 |
1000 950 |
1000 950 |
1000 |
|||||||||||||||||
7 |
285 НВ 250 НВ |
51 НRС |
48HRC 250HB |
48 НRС 250 НВ |
48 НRС 285 НВ |
50 НRС 285 НВ |
60 НRС 285 НВ |
48 НRС |
50 НRС |
60 НRС 48 НRС |
60 НRС 50 НRС |
60 НRС 50 НRС |
60 НRС |
|||||||||||||||||
6 |
269....302 НВ 235…262 НВ |
48...54 НRС |
45...50 НRС |
235….262 НВ |
45...50 НRС |
235…262 НВ |
45...50 НRС |
269….302 НВ |
48...53 НRС |
269….302 НВ |
56...63 НRС |
269…302 НВ |
45...50 НRС |
48...53 НRС |
56...63 НRС 45...50 НRС |
56...63 НRС 48...53 НRС |
56...63 НRС 48...53 НRС |
56...63 НRС |
||||||||||||
5 |
269...302 НВ |
269...302 НВ |
269...302 НВ |
269...302 НВ |
300...400 НВ |
269..302 НВ |
269..302 НВ |
300..400 НВ 269..302 НВ |
300..400 НВ 269..302 НВ |
300..400 НВ 269.. 302 НВ |
300..400 НВ |
|||||||||||||||||||
4 |
Улучшение Улучшение |
Закалка объемн. |
Закалка ТВЧ Улучшение |
Закалка ТВЧ Улучшение |
Закалка ТВЧ Улучшение |
Закалка ТВЧ Улучшение |
Цементация Улучшение |
Закалка ТВЧ |
Закалка ТВЧ |
Цементация Закалка ТВЧ |
Цементация Закалка ТВЧ |
Цементация Закалка ТВЧ |
Цементация |
|||||||||||||||||
3 |
40ХН, 35ХМ 40ХН, 35ХМ |
40Х,40ХН |
40Х 45 |
40Х 40Х |
40Х 40Х |
40ХН, 35ХМ 40ХН, 35ХМ |
20Х, 20ХНМ 40Х, 40 ХН |
40Х, 45ХЦ |
40ХН, 35ХМ |
20Х, 20ХНМ 40Х, 40 ХН |
18ХГТ,20ХНМ 40ХН |
25ХГНМ 35ХН |
18ХГТ, 20ХНМ |
|||||||||||||||||
2 |
Шестерня Колесо |
Шест. и Кол. |
Шестерня Колесо |
Шестерня Колесо |
Шестерня Колесо |
Шестерня Колесо |
Шестерня Колесо |
Шест. и Кол. |
Шест. и Кол. |
Шестерня Колесо |
Шестерня Колесо |
Шестерня Колесо |
Шест. и Кол. |
|||||||||||||||||
1 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
|||||||||||||||||
расчетной
поверхностной твердости зубьев шестерни
Н1
и колеса Н2.
Если расчетная твердость поверхности
зубьев для выбранного материала задана
по шкале Роквелла (HRC),
то соотношение твердостей в единицах
HB
и
см.
табл. 5.
Таблица 4
Значение коэффициента К
Значение |
Твердость |
||
|
350НВ ≤350НВ |
350НВ 350НВ |
|
K |
10 |
8 |
6 |
≤350НВ
≤350НВ
Таблица 5
Твердости в единицах HB и HRC
|
45 |
47 |
48 |
50 |
51 |
53 |
55 |
60 |
HB |
425 |
440 |
460 |
480 |
495 |
522 |
540 |
600 |
Степень
точности
зубчатой
передачи назначают по табл. 6 в зависимости
от окружной скорости
(м/с), которую для передачи определяют
по формуле:
(2)
где
- частота вращения шестерни,
.
Таблица 6
Степень точности зубчатой передачи по ГОСТ 1643-81
Степень точности |
Окружная скорость (м/с) колес |
|
Прямозубых |
Косозубых |
|
9 (пониженной точности) |
до 2 |
до 4 |
8* (средней точности) |
до 6 |
до 10 |
7 (точные) |
до 12 |
до 20 |
Примечание:
1. Степень точности передачи при массовом
и крупносерийном производствах принимают
на одну выше табличной (
).
2.* Для передач общего машиностроения
принимают
=
8.