Все дальнейшие расчеты ведем по методичке конструирования деталей и узлов машин, изложенных в ученом пособии: «Конструирование узлов и деталей машин»/П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов.

- допускаемые контактные напряжения.

- предел контактной выносливости.

- коэффициент запаса прочности для зубчатых колес с поверхностным уплотнением.

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости (в нашем случае Ra = 1,25 мкм).

- коэффициент, учитывающий влияние окружной скорости (в нашем случае <5 м/с).

- коэффициент долговечности.

- число циклов, соответствующее перелому кривой усталости.

- ресурс передачи в числах циклов.

лет - срок службы привода.

- число смен.

ч - продолжительность смены.

часов.

- число колес, находящихся в зацеплении с рассчитываемыми.

Т.к. , то принимаем, что они равны и, следовательно, .

Допускаемые напряжения изгиба:

- предел выносливости.

- коэффициент запаса прочности. Для длительно работающих быстроходных передач коэффициент долговечности IN принимается равным 1.

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости (в нашем случае полирование).

- коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки (реверса). В нашем случае нагрузка односторонняя.

В соответствии с кривой усталости направления не могут иметь значений меньше , поэтому принимаем: .

4.3 Межосевое расстояние

- предварительное значение.

при поверхностной твердости шестерни и колеса больше 45HRC.

Окружная скорость:

Степень точности зубчатой передачи: 8.

Уточненное межосевое расстояние:

- для прямоугольных колес.

- коэффициент ширины (выбирается в зависимости от положения колес относительно опор, в нашем случае расположение несимметричное).

- коэффициент нагрузки.

- коэффициент учитывает внутреннюю динамику нагружения.

- коэффициент неравномерности распределения нагрузки в начальный период времени.

- коэффициент, значение которого находят для колеса с меньшей твердостью.

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий.

- коэффициент распределения нагрузки.

- степень точности.

- начальное значение коэффициента распределения нагрузки между зубьями.

Ближайшее стандартное значение:

4.4 Предварительные основные размеры колеса:

Делительный диаметр:

Ширина:

4.5 Модуль передачи

- максимально допускаемый модуль.

- для прямозубых колес.

- коэффициент нагрузки.

- коэффициент, учитывающий внутреннюю динамику нагружения.

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений у основания зубьев по ширине зубчатого венца.

- коэффициент, учитывающий влияние погрешностей изготовления шестерни и колеса на распределение нагрузки между зубьями.

Выбираем стандартное значение модуля из «РЯД 1»: .

4.6 Число зубьев шестерни и колеса

- суммарное число зубьев.

- число зубьев шестерни.

- число зубьев колеса.

4.7 Фактическое передаточное число:

;

4.8 Диаметр колес

- делительный диаметр шестерни.

- делительный диаметр колеса.

Диаметры окружностей вершин и впадин зубьев:

; ;

4.9 Размеры заготовок:

;

Колесо с выточками:

4.10 Проверка зубьев колес по контактным напряжениям:

- коэффициент для прямоугольных колес.

4.11 Силы в зацеплении:

, где и .

4.12 Проверка зубьев колес по напряжениям изгиба.

Для прямоугольных передач: ; .

- коэффициент, учитывающий форму зуба и концентрацию напряжений в зависимости от числа зубьев.

Напряжение изгиба в зубьях колеса:

Напряжение изгиба в зубьях шестерни:

5. Расчет цилиндрической зубчатой передачи (быстроходная ступень)

Исходные данные: ; ; .

5.1 Материалы

В качестве материала для колеса и шестерни применим марку стали 40Х. Применяем термообработку: улучшение + закалка ТВ4.

HRC 45….50 - твердость поверхности

HB 269…302 - в сердцевине

=750 МПа

5.2 Допускаемые напряжения

Допускаемые контактные напряжения:

- допускаемые контактные напряжения.

- предел контактной выносливости.

- коэффициент запаса прочности для зубчатых колес с поверхностным уплотнением.

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости (в нашем случае Ra = 1,25 мкм).

- коэффициент, учитывающий влияние окружной скорости (в нашем случае <5 м/с).

- коэффициент долговечности.

- число циклов, соответствующее перелому кривой усталости.

- ресурс передачи в числах циклов.

- число колес, находящихся в зацеплении с рассчитываемыми.

часов - срок службы привода.

Т.к. , то принимаем, что они равны: и, следовательно, .

Допускаемые напряжения изгиба:

- предел выносливости.

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости (в нашем случае полирование).

В соответствии с кривой усталости направления не могут иметь значений меньше , поэтому принимаем: .

5.3 Межосевое расстояние

- предварительное значение.

при поверхностной твердости шестерни и колеса больше 45HRC.

Окружная скорость:

Степень точности зубчатой передачи: 8.

Межосевое расстояние принимаем равным 100 мм, т.к. редуктор соосный.

5.4 Предварительные основные размеры колеса

Делительный диаметр:

Ширина:

- коэффициент ширины.

5.5 Модуль передачи

- максимально допускаемый модуль.

- для прямозубых колес.

- коэффициент нагрузки.

- коэффициент, учитывающий внутреннюю динамику нагружения.

Выбираем стандартное значение модуля из «РЯД 1»: .

5.6 Число зубьев шестерни и колеса:

- суммарное число зубьев.

- число зубьев шестерни.

- число зубьев колеса.

5.7 Фактическое передаточное число:

;

5.8 Диаметр колес

- делительный диаметр шестерни.

- делительный диаметр колеса.

Диаметры окружностей вершин и впадин зубьев:

; ;

5.9 Размеры заготовок:

;

Колесо с выточками:

5.10 Проверка зубьев колес по контактным напряжениям:

- коэффициент для прямоугольных колес.

5.11 Силы в зацеплении:

, где и .

5.12 Проверка зубьев колес по напряжениям изгиба.

Для прямоугольных передач: ; .

- коэффициент, учитывающий форму зуба и концентрацию напряжений в зависимости от числа зубьев.

Напряжение изгиба в зубьях колеса:

Напряжение изгиба в зубьях шестерни:

6. Расчет клиноременной передачи

Исходные данные: ; ; - на ведущем шкиве.

6.1 Выбор сечения ремня

Выбираем нормальное сечение типа «А».

В целях повышения срока службы ремней применим ведущий шкив с диаметрами на 1-2 порядка выше :

6.2 Диаметр ведомого шкива.

- передаточное число.

- коэффициент скольжения.

Округляем до .

6.3 Фактическое передаточное отношение:

6.4 Ориентировочное межосевое расстояние:

- высота сечения клинового ремня.

6.5 Расчетная длина ремня:

Округлим до стандартной длины: .

6.6 Уточненное межосевое расстояние.

6.7 Угол обхвата ремнем ведущего шкива:

6.8 Скорость ремня.

6.9 Частота пробега ремня:

6.10 Допускаемая мощность:

- допускаемая приведенная мощность, передаваемая одним клиновым ремнем.

- коэффициент динамичности нагрузки и длительности работы.

- коэффициент угла обхвата .

- коэффициент, учитывающий влияние отношения расчетной длины к базовой.

- коэффициент числа ремней в комплекте клиноременной передачи.

- номинальная мощность электродвигателя.

6.11 Сила предварительного натяжения:

6.12 Окружная сила:

6.13 Сила натяжения:

6.14 Сила давления на вал:

6.15 Проверка прочности ремня по max напряжениям в сечении ведущей ветви:

- площадь поперечного сечения ремня.

- плотность материала ремня.

; - модуль продольной упругости при изгибе.

- допускаемое напряжение растяжения.

7. Расчет цепной передачи

Исходные данные: ; ; .

7.1 Шаг цепи

- число зубьев ведущей звездочки.

- число рядов цепи.

- допускаемое давление в шарнирах цепи.

- коэффициент эксплуатации.

- коэффициент динамической нагрузки.

- коэффициент, учитывающий способ смазки.

- коэффициент, учитывающий регулировку межосевого расстояния.

- коэффициент режима работы.

- коэффициент, учитывающий положение передачи.

Округляем до стандартного значения: .

7.2 Число зубьев ведомой звездочки

Полученное значение округляем до целого нечетного числа: .

7.3 Фактическое передаточное число

7.4 Межосевое расстояние

- межосевое расстояние в шагах.

7.5 Число зубьев цепи

Округляем до целого четного числа: .

7.6 Уточненное межосевое расстояние:

7.7 Фактическое межосевое расстояние:

Монтажное межосевое расстояние:

7.8 Длина цепи

7.9 Диаметр звездочек

- делительная окружность ведущей звездочки.

- делительная окружность ведомой звездочки.

Диаметры окружности выступов:

- коэффициент числа зубьев ведущей звездочки.

Для :

- диаметр ролика шарнира цепи.

- геометрическая характеристика зацепления.

- коэффициент высоты зуба.

Диаметры окружности впадин:

7.10 Проверка частоты вращения меньшей звездочки

- частота вращения ведущей звездочки.

- допускаемая частота вращения.

7.11 Проверка числа ударов цепи о зубья

- допускаемое число ударов.

- расчетное число ударов.

7.12 Фактическая скорость цепи

7.13 Окружная сила

- мощность на ведущей звездочке.

7.14 Проверка давления в шарнирах цепи

7.15 Прочность цепи:

- допускаемый коэффициент запаса прочности для роликовых цепей.

- коэффициент провисания.

- масса 1 м. цепи.

- предварительное натяжение цепи от провисания ведомой ветви.

- натяжение цепи от центробежных сил.

- разрушаемая нагрузка.

- коэффициент, учитывающий характер нагрузки.

7.6 Сила давления цепи на вал

- коэффициент нагрузки вала.

8. Проектный расчет

8.1 Диаметры валов

Быстроходный вал:

- диаметр выходного кольца.

- высота заплечика.

- диаметр вала под подшипник.

- координата фаски подшипника.

Промежуточный вал:

- размер фаски колеса.

Тихоходный вал:

- диаметр выходного кольца.

8.2 Расстояние между деталями передач

- зазор между внутренней поверхностью стенки корпуса и поверхностью колеса.

- расстояние между внешними поверхностями деталей передач.

- расстояние между дном корпуса и поверхностью колес.

8.3 Конструктивные размеры зубчатых колес

Колесо промежуточного вала:

- ширина колеса.

; ;

- посадочное отверстие.

- делительный диаметр.

- ширина торцов зубчатого венца.

- фаска.

Колесо тихоходного вала:

; ;

- посадочное отверстие.

- делительный диаметр.

; ;

9. Проектирование предохранительной муфты

За расчетный принимаем момент:

- максимальный передаваемый момент.

Выбираем муфту со срезными муфтами.

Диаметр штифта в месте разрушения:

- число штифтов; - коэффициент неравномерности распределения нагрузки.

Штифты из стали 45: , где - коэффициент для предохранительных муфт, - радиус окружности расположения сечений среза штифтов.

10. Расчет шпонок

10.1 Шпонка для зубчатого колеса тихоходного вала:

; ; .

Выбираем шпонку:

Шпонка 14х9х40 ГОСТ 23360-78, у которой: , , ;

- глубина паза вала.

- глубина паза колеса.

Напряжение смятия:

10.2 Шпонка для зубчатого колеса промежуточного вала

, , .

Выбираем шпонку:

Шпонка 10х8х32 ГОСТ 23360-78, у которой: ; ; ; ; ; .

Напряжение смятия:

10.3 Шпонка для шкива на быстроходном валу:

, , .

Выбираем шпонку:

Шпонка 6х6х22 ГОСТ 23360-78, у которой: ; ; - фаска у шпонки; ; ; .

Напряжение смятия:

10.4 Шпонка для ведущей звездочки на тихоходном валу:

, , .

Выбираем шпонку:

Шпонка 12х8х50 ГОСТ 23360-78, у которой: ; ; ; ; ; .

Напряжение смятия:

10.4 Шпонка для шкива на валу от электродвигателя:

, , .

Выбираем шпонку:

Шпонка 8х7х32 ГОСТ 23360-78, у которой: ; ; ; ; ; .

Напряжение смятия:

11. Проверочный расчет подшипников

11.1 Тихоходный вал

Исходные данные: ; ; ; ; ; ; .

Определение реакций опор:

В плоскости YOZ:

; ;

Проверка:

В плоскости XOZ:

; ;

Проверка:

Суммарные реакции опор:

Расчет будем вести по более нагруженной опоре 2.

Выбираем подшипник: Подшипник 46309 ГОСТ 831-75, для которого ; ; ; ; .

Эквивалентная динамическая нагрузка:

Т.к , то значения радиальной и осевой нагрузки принимаем следующей: , .

- коэффициент вращения кольца (в нашем случае вращается внутреннее кольцо).

- температурный коэффициент.

- коэффициент динамической нагрузки (для редукторов всех типов принимается в пределах ).

- радиальная нагрузка.

Расчетный ресурс:

- показатель степени для роликовых подшипников.

- коэффициент, корректирующий ресурс в зависимости от надежности (в нашем случае 90% надежность).

- коэффициент, корректирующий ресурс в зависимости от особых свойств подшипника.

принятый ранее подшипник устраивает.

11.2 Промежуточный вал

Исходные данные: ; ; ; ; ; ; .

Определение реакций опор:

В плоскости YOZ:

; ;

Проверка:

В плоскости XOZ:

; ;

Проверка:

Суммарные реакции опор:

Расчет будем вести по более нагруженной опоре 2.

Выбираем подшипник: Подшипник 42506 ГОСТ 8328-75 (роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами), для которого ; ; ; ; .

; , .

()

(для редукторов всех типов)

(вращается внутреннее кольцо)

- для роликоподшипников.

(при 90% надежность)

(для циклических роликоподшипников)

принятый ранее подшипник устраивает.

11.3 Быстроходный вал

Исходные данные: ; ; ; ; ; .

Определение реакций опор:

В плоскости YOZ:

; ;

Проверка:

В плоскости XOZ:

; ;

Проверка:

Определение суммарных реакций опор:

Расчет будем вести по более нагруженной опоре 1.

Выбираем подшипник: подшипник 42206 ГОСТ 8328-75, для которого: ?=62 мин; r=1,5 мм; ; .

Эквивалентная динамическая нагрузка:

(для редукторов всех тиов)

(вращается внутреннее кольцо)

Расчетный ресурс:

K=3,3 - для роликоподшипников

(при 90% надежности)

(для цилиндрических роликоподшипников )

выбранный подшипник устраивает.

12. Проверочный расчет валов на прочность

12.1 Тихоходный вал

Исходные данные: n=105,2 об/мин, Т=208 ; ; ; ;

; ; ; ; .

12.1.1 Определение крутящего момента:

12.1.2 Определение изгибающего момента :

12.1.3 Определение изгибающего момента :

Проверка: ;

Из эпюр видно, что опасными являются сечения В и С.

12.1.4 Геометрические характеристики опасных сечений:

Сечение В - вал со шпоночным пазом (d=50 мм)

- момент сопротивления на изгиб

b=14 мм; h=9 мм

- момент сопротивления на кручение.

Сечение С - сплошной вал (d=45 мм)

12.1.5 Расчет вала на статическую прочность

Вал изготавливаем из стали марки Сm 5 со следующими характеристиками:

HB=190$ - временное сопротивление; - предел текучести; - предел текучести при кручении; - предел выносливости при изгибе; - предел выносливости при кручении; - коэффициент чувствительности к асимметрии цикла нагружения

- допустимые запасы прочности по пределу текучести и сопротивлению усталости.

- коэффициент перегрузки

- нормальные напряжения

- суммарный изгибающий момент.

- касательное напряжение

Частные коэффициенты запаса прочности:

- по нормальным напряжениям

- по касательным напряжениям.

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

Сечение С:

;

12.1.6 Расчет на сопротивление усталости

Сечение В:

-определяем амплитуды напряжений и среднее напряжение цикла.

- определяем коэффициенты снижения предела выносливости:

- коэффициент влияния качества поверхности ()

- эффективные коэффициенты концентрации напряжений (шпоночный паз)

- коэффициент влияния поверхностного упрочнения (вал без упрочнения)

- коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (d=50 мм)

;

- пределы выносливости вала в данном сечении:

- коэффициент влияния асимметрии цикла для данного сечения

Коэффициенты запасы по нормальным и касательным напряжениям:

Коэффициент запаса прочности:

Сечение С: d=45 мм

- амплитудные значения напряжения

Внутреннее кольцо подшипника установлено на валу с натягом

, => ; .

Посадочную поверхность вала под подшипник шлифуют

():

Поверхность вала без упрочнения:

;

12.2 Промежуточный вал

Исходные данные : ; ; ; ;

; ; ; ;

12.2.1 Определение крутящего момента:

;

12.2.2 Определение изгибающего момента :

Проверка: ;

12.2.3 Определение изгибающего момента :

Проверка: ;

12.2.4 Геометрические характеристики опасных сечений.

Из построенных эпюр видно, что опасными являются сечении В и С.

Сечение В - вал со шпоночным пазом (d=35 мм)

b=10 мм; h=8 мм.

Сечение С - вал-шестерня

z=24; m=2; ?=52 мм

12.2.5 Расчет вала на статическую прочность

Вал изготавливают из стали марки 40X со следующими характеристиками: HB=270; ; ; ; ; ; .

- определение нормальных и касательных напряжений:

Сечение С:

12.2.6 Расчет вала на сопротивление усталости

Сечение В: d=35 мм

- амплитудные значения напряжений

т.к. поверхность вала шлифуется до , то:

Шпоночный паз выполняется дисковой фрезой, поэтому:

Поверхность вала не упрочняется: , т.к. абсолютный размер d=35 мм, то

=> коэффициенты снижения предела выносливости:

;

Сечение С: d=40 мм.

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений для вала-шестерни принимают:

Поверхность вала без упрочнения:

Коэффициенты, учитывающие влияние качества поверхности при принимают значение

; ;

12.3 Быстроходный вал

Исходные данные: ; ;; ;

; ; ;

12.3.1 Определение крутящего момента:

12.3.2 Определение изгибающего момента :

Проверка: ;

12.3.3 Определение изгибающего момента :

Проверка: ;

12.3.4 Геометрические характеристики опасных сечений

Из эпюр видно, что опасными являются сечения В и С.

Сечения В: сплошной вал, d=30 мм

Сечение С: вал-шестерня, m=2, z=20, ?=44 мм.

12.3.5 Расчет вала на статическую прочность

Вал изготавливаем из стали марки 40X со следующими характеристиками: HB=270; ; ; ; ; ; .

Сечение В:

Сечение С:

Частотные коэффициенты запаса прочности:

12.3.6 Расчет вала на сопротивления усталости

Сечение В - сплошной вал, d=30 мм.

Внутренне кольцо подшипника качения установлено на валу с натягом. Поэтому:

Посадочная поверхность шлифуется до , поэтому:

Поверхность вала не упрочняется:

Сечение С: вал-шестерня, d=32 мм.

Поверхность без упрочнения:

Коэффициенты, учитывающие концентрации напряжений от шестерни:

Поверхность зубьев шлифуется ():

Коэффициенты, уменьшающие предел выносливости:

13. Проверочный расчет тихоходного вала на жесткость

Исходные данные:; ; ;; ; ;

13.1

Прочие условия:

Определяем и в сечениях А, В, С, D

- сечение А:

- сечение В:

- сечение С:

- сечение D:

13.2

Граничные условия:

Определяем и в сечениях А, В, С, D:

- сечения А:

- сечения B:

- сечения C:

- сечения D:

Находим общее перемещение:

- допустимый прогиб под колесом.

Допустимое значение угла поворота в радиальном подшипнике:

Все полученные углы поворота имеют значения меньшие допустимого .

13.3 Перемещения при кручении

для 0,105 м.

14. Выбор смазки

14.1 Смазывание зубчатых передач

Так как окружная скорость зубчатых колес не превышает 12,5 м/с, то применяем картерную систему смазки.

В зависимости от контактных напряжений (в нашем случае больше 600 МПа) и окружной скорости (меньше 2 м/с) выбираем следующую марку масла: И-Г-А-46

Допустимый уровень погружения колес:

14.2 Смазывание цепной передачи

Так как скорость движения цепи низкая () допустимо периодическое смазывание с помощью ручной масленки маслом И-Г-А-46.

Список литературы

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3т. М.,1982. Т.1-728 с.Т.2-559 с.Т.3-557 с.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М., 2003.-496 с.

3. Решетов Д.Н. Детали машин. М., 1974-656 с.

	НОВОСТИ

Изменения

Прошла модернизация движка, изменение дизайна и переезд на новый более качественный сервер

	СЧЕТЧИК

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА
	© 2010