4.5. Расчет открытых цилиндрических зубчатых передач

Открытые цилиндрические передачи выполняют с прямыми зубьями и применяют при окружных скоростях колес ν ≤ 2 м/с. Вследст­вие повышенного изнашивания зубьев открытые передачи считают при­рабатывающимися.

Проектировочным расчетом открытых зубчатых передач считает­ся расчет зубьев на выносливость при изгибе. Расчет открытой передачи ведут аналогично расчету закрытой, используя соответствующие формулы.

Исходные данные (получены из кинематического расчета привода):

Т₁ – крутящий момент на шестерне открытой передачи, Нмм;

и – передаточное число открытой цилиндрической передачи;

n₁ – частота вращения шестерни, об/мин.

1. Выбрать материал по таблице 4.1. Для открытых передач обычно применяют дешевые марки стали типа 45, 45Л с термообработкой Н < 350 НВ.

2. Назначить число зубьев шестерни z₁ = 17…24.

Определить число зубьев колеса z₂ = z₁∙ и.

3

.

. Найти допускаемое напряжение изгиба для шестерни [σ_FP]₁ (см. п. 4.2).

4. Определить коэффициент формы зуба Y_F1 в зависимости от эквивалентного числа зубьев z_v1 по графику (см. рис. 4.11) или из таблицы 4.13.

5. Определить коэффициенты:

k_β – коэффициент неравномерности нагрузки по ширине венца. Его определяют по рис. 4.9, коэффициент Ψ_bd назначают по таб­лице 4.12;

k_v – коэффициент динамической нагрузки. Для тихоходных передач принимают k_v = 1…1,1.

6. Определить модуль передачи:

. (4.5. 1)

Полученный модуль округлить до ближайшего стандартного зна­чения согласно ГОСТ 9563-60, имея в виду, что значения без скобок предпочтительнее: 1; 1,25; 1,5; (1,75); 2; (2,25); 2,5; (2,75); 3; (3,25); 3,5; (3,75); 4; (4,25); 4,5; 5; (5,5); 6; 6,5; (7); 8; (9); 10; (11); 12.

7. Определить основные размеры зубчатой пары:

• диаметр начальных окружностей d₁ = mz₁, мм; d₂ = mz₂, мм;

• ширину зубчатого венца колеса b₂ = d₁Ψ_bd, мм;

• ширину шестерни b₁= b₂ + (5,...10) мм.

8. Осуществить проверочный расчет для предотвращения оста­точной деформации или хрупкого излома зубьев при действии макси­мальной нагрузки (см. п. 4.3, проверочный расчет зубьев на вынос­ливость при изгибе).

По результатам расчета провести сравнение :

• если условие не выполняется, необходимо вернуться к п. 4.1. и по таблице 4.1 выбрать более прочный материал;

• если условие выполняется, перейти к приведенным ниже расчетам.

9. Определить размеры зубчатой пары:

• диаметры вершин зубьев d_a1 = d₁ + 2h_a; d_a2 = d₂ + 2h_a, где h_a = m – высота головки зуба;

• диаметры окружностей впадин d_f1 = d₁–2h_f; d_f2 = d₂ – 2h_f, где h_f = 1,25m – высота ножки зуба;

• межосевое расстояние .

10. Определить силы, действующие в зацеплении:

• окружную силу

, Н;

• радиальную силу

, Н,

где α = 20° – угол зацепления.

Осевая сила для прямозубой передачи равна нулю: .

Конструкция открытых цилиндрических зубчатых колес

Поскольку открытые цилиндрические передачи в приводе ис­пользуются для передачи больших крутящих моментов при малых частотах вращения, то, как правило, они имеют значительные габарит­ные размеры. Поэтому зубчатые колеса открытых передач изготавливают ковкой, штамповкой или литьем. Кроме того, для уменьшения стоимости изделия возможно зубчатое колесо изготавливать из двух частей, т. е. центр делать из дешевых материалов, а бандаж из конструкционных ста­лей (см. рис. 4.19 и табл. 4.19).

Ступицу колес цилиндрической передачи располагают или сим­метрично относительно венца, или асимметрично в зависимости от зада­чи конструирования сборочной единицы. С целью облегчения колеса необходимо предусматривать максимально возможное снятие лишнего металла, но не в ущерб его прочности.

При изображении открытых колес на чертеже пользуются теми же рекомендациями, что и для закрытых.

Рис. 4.19. Виды конструкций открытых цилиндрических зубчатых колес

Таблица 4.19

Оптимальные размеры для колес различных способов изготовления

Ковка; штамповка	Литьё Составные
da = 100.....500 мм; S = 2,2m + 0,05b2; dcт = 1,55 d, где d – диаметр вала; lст=(1…1,5)d; R ≥ 6; γ ≥ 7^°	da > 500 мм S = 2,2m + 0,05b2; h = 0,1b2; S0 = 1,2 S; dcт = 1,55 d, t = 0,8h где d – диаметр вала; lст=(1…1,5)d; R ≥ 10; γ ≥ 7^°
Примечание: c = 0,5(S + δст) ≥ 0,25 b2; δст≈ 0,3d; δст – минимальная толщина ступицы