Расчёт зубчатых и червячных передач (M)

Посмотреть архив целиком

21



Министерство образования

Российской Федерации


Вологодский государственный технический университет


Кафедра теории и проектирования машин и механизмов









Детали машин


Методические указания к курсовому проекту.

Часть I: расчёт зубчатых и червячных передач






Факультет: промышленного менеджмента




Специальности:

150200 - автомобили и автомобильное

хозяйство;

120100 - технология машиностроения,

металлорежущие станки и инструмент;

210200 - автоматизация технологических

процессов и производств


















г. Вологда, 2000 г.

ВВЕДЕНИЕ

Темой курсового проекта по деталям машин является механический привод для различных исполнительных машин - конвейеров, станков и т.п. Проект носит комплексный характер и включает в себя расчётную и графическую части.

Расчётно-пояснительная записка к проекту должна содержать следующие разделы: задание на проектирование; введение; подбор электродвигателя и кинематический расчёт привода; проектирование передач редуктора и открытых передач привода; определение конструктивных размеров элементов зубчатых колёс и элементов корпуса редуктора; ориентировочный расчёт валов; эскизная компоновка редуктора; проектирование подшипниковых узлов и подбор подшипников; уточнённый расчёт промежуточного вала редуктора; подбор шпонок и проверка шпоночных соединений; подбор муфт; выбор смазки; назначение посадок основных элементов; перечень использованной литературы. Кроме того, в состав расчётно-пояснительной записки включается спецификация на графическую часть.

Объём графической части составляет 5 листов формата А1, куда входят чертежи общего вида редуктора, его деталей, рамы и общего вида привода.

Настоящие методические указания представляют собой первую часть учебно-методического комплекса по курсовому проектированию деталей машин. Они содержат алгоритмы подбора электродвигателя, кинематического расчёт привода, а также расчёта цилиндрических, конических и червячных передач. Описанные алгоритмы положены в основу программ расчёта передач на ЭВМ. Кроме того, методические указания включают в себя все справочные материалы, необходимые при подготовке исходных данных для расчётов с помощью вычислительной техники.

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальностей 150200, 120100, 210200 при курсовом и дипломном проектировании, а также при выполнении студентами-заочниками контрольных работ.






























1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ


В общем машиностроении большинство машин приводят в движение от трёхфазных асинхронных электродвигателей переменного тока, которые характеризуются номинальной мощностью Рэл. и номинальной частотой вращения ротора nэл. Электродвигатели различают:

1. По конструкции корпусов:

1). Электродвигатели на лапах, исполнение М 100;

2). Электродвигатели фланцевые на лапах, исполнение М 200;

3). Электродвигатели на лапах, исполнение М 300.

2. По конструкции обмоток:

1). Электродвигатели основного исполнения;

2). Электродвигатели с повышенным скольжением;

3). Электродвигатели многоскоростные.

3. По степени защиты:

1). Закрытые обдуваемые со степенью защиты 1Р44, которая исключает попадание внутрь такого электродвигателя посторонних тел размером более 1 мм;

2). Защищённые со степенью защиты 1Р23, исключающей попадание внутрь электродвигателя посторонних тел размером более 12,5 мм;

4. По назначению:

1). Основное исполнение;

2). Малошумные;

3). Встраиваемые;

4). Со встроенной температурной защитой;

5). Со встроенным электромагнитным тормозом;

6). Крановые;

7). Влагоморозостойкие.

При выборе электродвигателя следует помнить, что высокооборотные двигатели имеют меньшие габарита, массу, стоимость, чем тихоходные той же мощности.


Структура обозначения электродвигателей:

1). Серия разработки;

2). Вид электродвигателя;

3). Исполнения по способу защиты: Н - защищенные, при отсутствии буквы - закрытые обдуваемые;

4). Высота оси вращения в мм:

5). Условное обозначение длины станины - M, L, S;

6). Условное обозначение длины статора - А, В;

7). Число полюсов;

8). Условное обозначение климатического исполнения.

Пример условного обозначения электродвигателя - 4А112МВ6У3. Здесь: 4 - номер серии; А - асинхронный; исполнение закрытое обдуваемое (после буквы А отсутствует буква Н); 112 - высота оси вращения в мм; М - установочный размер по длине станины; В - длина сердечника статора; 6 - число полюсов; У3 - двигатель предназначен для работы в умеренном климате.

Параметры электродвигателей приведены в табл. 1.1.

Потребная мощность приводного электродвигателя определяется по формуле:

(1.1)

где РИ.М.мощность на валу исполнительного механизма (тихоходном валу привода); 0 - общий К.П.Д. привода.

При проектировании привода конвейера

(1.2)

где F - тяговое усилие на приводном валу в Н; v - скорость тягового элемента в м/с.

(1.3)

где i - К.П.Д. одной кинематической пары (см. табл. 1.2); a, b, c - количество одинаковых кинематических пар.

Таблица 1.1

Параметры электродвигателей

Таблица 1.2

Значения к.п.д. механических передач и подшипников

Тип передачи

Закрытая

Открытая

Зубчатая цилиндрическая

0,960,98

0,920,95

Зубчатая коническая

0,950,97

0,910,94

Червячная самотормозящаяся

0,300,40

0,200,30

Червячная несамотормозящаяся

при числе заходов червяка:

z1=1

z1=2

z1=4



0,650,80

0,750,85

0,80,9



Цепная передача

0,950,97

Ременная передача

0,940,96

Одна пара подшипников качения

0,990,995

Одна пара подшипников скольжения

0,980,99


Для соединительных муфт можно принять н0,980,99.

Выбор электродвигателя производиться по табл. 1.1 в соответствии с условием РрРэл. При этом электродвигатель с большим запасом мощности приводит к излишним нагрузкам и снижает Cos электросистемы. Частота вращения электродвигателя выбирается так, чтобы передаточные числа ступеней привода были оптимальными (см. раздел 2).

Для принятого электродвигателя из справочных данных выписываются:

1). Обозначение;

2). Номинальная мощность Рэл., кВт;

3). Частота вращения nэл., об/мин;

4). Отношение максимального момента к номинальному;

5). Исполнение;

6). Диаметр выходного конца вала - d1, мм;

7). Длина выходного конца вала - l1, мм.



2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ПРИВОДА И ЕГО РАЗБИВКА ПО СТУПЕНЯМ


2.1 Общее передаточное число привода


В общем случае (см. рис. 2.1)

(2.1)

где nИ.П. - число оборотов приводного вала исполнительного механизма (об/мин); Uред - передаточное число редуктора; Uоп - передаточное число открытой передачи (цепной, ремённой, зубчатой), входящей в привод.


Рис. 2.1 Типовая схема привода


Для приводов конвейеров:

Ленточных Цепных

(2.2) (2.3)

где Dб - диаметр приводного барабана, м; z - число зубьев тяговой звёздочки; tц - шаг цепи, м.

В свою очередь (см. рис. 2.1)

где Uб и Uт - передаточные числа соответственно быстроходной и тихоходной ступеней редуктора.

При определении общего передаточного числа стандартного редуктора и передаточных чисел его ступеней следует придерживаться ряда Ra 20: 1; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6 1,8 2 2,24 2,5 2,8 3,15 3,55 4 4,5 5 5,6 6,3 7,1 8 9 10 11,2 12,5 14 16 18 20 22,4 25 28 31,5 35,5 40 50 56 63 71 80 90 100 112 125 140 160 180 200 224 250. Для нестандартных редукторов и нередукторных зубчатых передач придерживаться ряда Ra 20 необязательно.

В табл. 2.1 приведены передаточные числа для одной ступени привода.


Таблица 2.1

Рекомендуемые значения передаточных чисел одной ступени

Тип передачи

Твёрдость материала

Значения

Наиболее употребляемые U

Максимальные Uмакс

1

2

3

4

Зубчатая цилиндрическая закрытая:




1). Тихоходная ступень во всех редукторах

НВ350

НRС 4056 НRС 5663

2,55

2,55

24

6,3

6,3

5,6

2). Быстроходная ступень в редукторах с развёрнутой схемой.

£НВ350

НRС 40¸56 НRС 56¸63

3,155

3,155

2,54

8

7,1

6,3

3). Быстроходная ступень:

в соосном редукторе.


£НВ350

НRС 40¸56 НRС 56¸63

46,3

46,3

3,155

10

9

8

Зубчатая открытая

£НВ350

48

16

Коробка передач

Любая

12,5

3,15

Коническая закрытая

£НВ350

14

6,3


³HRC 40

14

5

Коническая открытая

£НВ 350

24

8

Червячная закрытая

1050

80

Цепная

1,55

10

Клиноремённая

24

8

Плоскоремённая

25

6

Фрикционная

24

8


2.2 Разбивка передаточного числа по ступеням


Рекомендации по разбивке Uред приведены в табл. 2.2, 2.3 и на рис. 2.2, 2.3, 2.4.

В трёхступенчатых редукторах после определения межосевых расстояний необходимо проверить наличие зазора между деталями (см. табл. 2.3). рекомендуется 0,02aw.


Таблица 2.2

Двухступенчатые редукторы

Схема редуктора

Uред. рекомендат. (предельн.)

Uб

Uт






Рис. 2.2 График для определения Uт.


Таблица 2.3

Трёхступенчатые редукторы

Схема редуктора

Uред. рекомендат. (предельн.)

Uб

Uп

Uт







Рис. 2.3 График для определения Uт и Uп трёхступенчатых редукторов.


Рис. 2.4 График для нахождения .


2.3 Определение чисел оборотов и моментов на валах

При известных передаточных числах ступеней число оборотов определяется по формулам:

; ; … (2.4)

где U1, U2, U3 - передаточные числа ступеней редуктора (привода).

Вращающие моменты на валах рассчитывается как

Нм (2.5)

где Ni - мощность на соответствующем валу, найденная с учётом К.П.Д. элементов привода, Вт; например: , где 1-2 - К.П.Д., учитывающий потери мощности на участке от первого вала до второго; - угловая скорость вала, с-1.

Без учёта К.П.Д. элементов привода моменты могут быть определены по формулам:

, … (2.6)


3. МАТЕРИАЛЫ И ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ


3.1 Материалы зубчатых передач


В зависимости от твёрдости рабочих поверхностей зубьев после термообработки зубчатые колёса можно условно разделить на две группы:

1). С твёрдостью £НВ 350 - нормализованные или улучшенные;

2). С твёрдостью >НВ 350 - объёмно- и поверхностно-закаленные, цементированные, нитроцементированные, цианированные, азотированные.

При твёрдости материала £НВ 350 чистовое нарезание зубьев можно производить после окончательной термообработки заготовки.

Зубчатые колёса с твёрдостью рабочих поверхностей зубьев >НВ 350 применяют в средне- и высоконагруженных передачах с целью уменьшения их габаритов.

Зубья, нарезанные до закалки, после закалки обычно шлифуют для устранения неточностей, обусловленных изменением их форм и размеров при закалке (коробление).

В правильно спроектированной зубчатой паре соотношение твёрдости рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса не может быть выбрано произвольно. Если твёрдость рабочих поверхностей зубьев колеса £НВ 350, то в целях выравнивания долговечности зубьев шестерни и колеса, ускорения их приработки и повышения сопротивляемости заеданию твёрдость поверхностей зубьев шестерни поверхностей зубьев шестерни всегда назначается больше твёрдости зубьев колеса. Для прямозубых колёс разность средних твёрдостей шестерни и колеса должна составлять не менее 2030 единиц Бринелля.

Для косозубых колёс твёрдость поверхностей зубьев шестерни желательна возможно большая. Чем она больше, тем больше несущая способность передачи по критерию контактной выносливости.

Для неприрабатывающихся зубчатых передач с твёрдостью рабочих поверхностей зубьев обоих зубчатых колёс НВ 45 обеспечивать разность твёрдостей зубьев шестерни и колеса не требуется.

В табл. 3.1 приведены значения механических характеристик и виды термообработки некоторых распространённых марок конструкционных сталей, используемых для изготовления зубчатых колёс, а также других деталей машин (валов, осей, звёздочек цепных передач, червяков, деталей муфт и т.п.). Как следует из этой таблицы, механические характеристики сталей зависят не только от химического состава и вида термообработки, но и от размеров характерного сечения заготовок D или S.


Таблица 3.1

Механические характеристики сталей

для изготовления зубчатых колёс

Марка стали

Размеры, мм

НВ сердцевина

HRC поверхность

в, МПа

т, МПа

Термообработка

D

S

35

любой

любой

163192

550

270

Нормализация

45

45

45

любой 125

80

любой 80

50

179207 235262 269302

600 780 890

320 540 650

То же

Улучшение

То же

40Х

40Х

40Х

200 125 125

125

80

80

235262 269302 269302

4590

790 900 900

640 750 750

То же

То же

Улучшение+закалка ТВЧ

35ХМ 35ХМ 35ХМ

315 200 200

200 125 125

235262 269302 269302

4853

800 920 920

670 790 790

Улучшение

То же

Улучшение+закалка ТВЧ

40ХН 40ХН 40ХН

315 200 200

200 125 125

235262 269302 269302

4853

800 920 920

630 750 750

Улучшение

То же

Улучшение+закалка ТВЧ

45ХЦ 45ХЦ 45ХЦ

315 200 200

200 125 125

235262 269302 269302

5056

830 950 950

660 780 780

Улучшение

То же

Улучшение+закалка ТВЧ

20ХНМ

200

125

300400

5663

1000

800

Улучшение+цементация

18ХГТ

200

125

300400

5663

1000

800

То же

12ХНЗА

200

125

300400

5663

1000

800

То же

25ХГИМ

200

125

300400

5663

1000

800

Улучшение+цементация +закалка

40ХНМА

125

80

269302

5056

980

780

Улучшение+азотирование

35Л

любой

любой

163207

550

270

Нормализация

45Л

315

200

207235

680

440

Улучшение

50ГЛ

315

200

235262

850

600

То же


3.2 Допускаемые контактные напряжения


Допускаемые напряжения для расчёта передачи на контактную выносливость определяют по зависимости, соответствующей ГОСТ 21354-75.

, Мпа (3.1)

нlimв - предел контактной выносливости поверхности зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений (см. табл. 3.2); Sн - коэффициент безопасности, принимают по табл. 3.2; Nно - базовое число циклов перемены напряжений, соответствующее длительному пределу выносливости (см. рис 3.1); Nне - эквивалентное число циклов перемены напряжений при расчёте на контактную выносливость.


Таблица 3.2

Длительные пределы выносливости нlimв и Flimв,

коэффициенты безопасности Sн и SF,

максимальные допускаемые напряжения []нmax и []Fmax

Термообработка

Твёрдость

зубьев

Группа

сталей

нlimв, МПа

Sн

Flimв, МПа

SF

[]нmax, МПа

[]Fmax, МПа

на поверхности

в сердцевине

Нормализация, улучшение

менее НВ 350

40,45, 40Х,40ХН, 45 ХЦ, 35 ХМ и др.

2ННВ+70

1,1

1,8ННВ

1,75

2,8 т

2,74ННВ

Объёмная закалка

HRC 4555

40Х, 40ХН, 45ХЦ, 35ХМ и др.

18НHRC+150


550



1400

Закалка ТВЧ по всему контуру (модуль m3 мм)

HRC

5663

HRC

4555

HRC 2535

55ПП, У8, 35ХМА, 40Х, 40ХН и др.

17НHRC+200

1,2

900

650

1,75

40НHRC

1260

Закалка ТВЧ сквозная с охватом впадины (модуль m<3 мм)

HRC 4555

30ХМ, 40Х, 40ХН и др.

550

1430

Азотирование

HRC 5059

HRC 2440

35ХЮА, 38ХМЮА, 40Х, 40ХФА, 40ХНМА и др.

1050


12НHRC+30

1,75

40НHRC 30НHRC

1000

Цементация и закалка

HRC 5662

HRC 3045

Цементируемые стали всех марок

23НHRC


750

1,55

40НHRC

1200

Примечания: 1). Значения нlimв и Flimв, []нmax и []Fmax определяют по средней твёрдостью зубьев;

2). Для передач, выход из строя которых связан с тяжёлыми последствиями, значения коэффициентов безопасности следует увеличить до Sн=1,25 и SF=1,35 соответственно;

3). Обозначения размеров сечений заготовок D и S (см. табл. 3.1) приведены ниже.


Рис. 3.1 График для определения Nно


(3.2)

N - суммарное число циклов перемены напряжений.

(3.3)

nчастота вращения, рассматриваемого зубчатого элемента, об/мин; tсуммарное время работы передачи в течение срока службы, ч; nз - число вхождений в зацепление зубьев рассчитываемого зубчатого колеса за один его оборот (чаще всего nз=1).

(3.4)

Ксут - коэффициент использования передачи в течение суток; Кгод - коэффициент использования передачи в течение года; L - срок службы передачи, годы.

(3.5)

Кне - коэффициент приведения при расчёте на контактную выносливость (режим с переменной нагрузкой заменяют постоянным, эквивалентным по усталостному воздействию); - при частотах вращения валов, не изменяющихся с изменением нагрузки.

Нагрузка, с которой работает передача, может быть постоянной или переменной во времени. Пример графиков постоянной (а) и переменной (б) нагрузки показан на рис. 3.2.


Рис. 3.2 Графики нагрузки


Тпик, Т1, …, Тi - крутящие моменты на валу колеса, с которыми работает передача; tпик, t1, …, ti - время их действия; nпик, n1, …, ni - частоты вращения; t - суммарное время работы передачи.

Если полученное значение Nне>Nно, то следует принять Nне>Nно.

Допускаемое контактное напряжение []н для зубьев прямозубых передач определяют раздельно для шестерни []н1 и колеса []н2 и в качестве расчётного принимают меньшее из них. При расчёте зубьев косозубых передач при разности средних твёрдостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса НВ1-НВ2100 за допускаемое контактное напряжение принимают меньшее из двух полученных по зависимостям:

для косозубых и шевронных зубчатых колёс

или (3.6)

для конических колёс с круговыми зубьями

или (3.7)


3.3 Допускаемые напряжения на изгиб


Допускаемые напряжения для расчёта на изгибную выносливость определяют по зависимости из ГОСТ 21354-75.

(3.8)

Flimв - предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений, МПа (см. табл. 3.2); SF - коэффициент безопасности, определяют по табл. 3.2; NFO - базовое число циклов перемены напряжений, NFO=4106; NFE - эквивалентное число циклов перемены напряжений при расчёте на изгибную выносливость, определяется в зависимости от характера циклограммы нагружения; m=6 - для зубчатых колёс с твёрдостью поверхности зубьев НВ 350, m=9 - для зубчатых колёс с нешлифованной переходной поверхностью при твёрдости поверхности зубьев >НВ 350.


Случайные файлы

Файл
180545.rtf
145408.rtf
185238.rtf
CBRR5952.DOC
Zona2.doc