3.2 Конструирование зубчатых колёс

Конструкции цилиндрических и конических зубчатых колёс представлены на рис. 2.2 – 2.6. Рекомендации по определению размеров отдельных элементов колёс даны в табл. 2.14. Зубчатые колёса состоят из обода, несущего зубья; ступицы, насаживаемой на вал, и диска, соединяющего обод со ступицей. Зубчатые цилиндрические стальные колёса малых диаметров выполняют обычно коваными (см. рис. 2.2); при диаметрах до 500 мм – коваными или штампованными (см. рис. 2.3); при больших диаметрах – литыми с диском (см. рис. 2.4) или со спицами. Штампованные заготовки по форме соответствуют готовым деталям; механическая обработка нерабочих поверхностей не требуется. Для заполнения полостей штампа разогретым металлом и выемки заготовки полость должна иметь уклоны не менее 5° (см. рис. 2.3, г) и радиусы закруглений r≈ 0,05h+ 1 мм;R≈ 2,5r+ 1 мм. Зубчатые конические стальные колёса при диаметрах до 500 мм изготавливают ковкой или штамповкой (см. рис. 2.5); при диаметрах, больших 300 мм, конические колёса можно изготовлять либо из стального, либо из чугунного литья (см. рис 2.6).

Шестерни конструируют в двух исполнениях: отдельно от вала (насадная шестерня) и за одно целое с валом. Вал-шестерню выполняют в тех случаях, когда расстояние от впадины зуба до шпоночного паза оказывается меньше указанного на рис 2.7.

Таблица 2.14 – Определение размеров зубчатых колёс (см. рис. 2.2 – 2.6)

Параметры	Формула	Значение параметра
Диаметр ступицы стальных колёс
То же, чугунных колёс
Длина ступицы
Толщина обода цилиндрических колёс	но не менее 8 мм
То же, конических колёс	но не менее 8 мм
Толщина диска кованых колёс	C= 0,3 ×b
То же, штампованных колёс
>>литых колёс	C= 0,2 ×b
>>конических колёс
Диаметр центровой окружности
Диаметр отверстий (в шестернях малых размеров их не делают)
Толщина рёбер	S= 0,8 × C
Фаска	n≈ 0,5 ×mn

*В массовом производстве цилиндрические колёса при нарезании зубьев обрабатывают «пакетами» по два и более. При этом ступица не должна выступать за торец венца, т.е.,

l_ст≤b.

Обозначения:d_в– диаметр вала;m_n– модуль нормальный;m– средний окружной модуль;b– ширина венца;R_е– внешнее конусное расстояние;D_о– внутренний диаметр обода.

3. Червяные передачи

3.1 Проектный расчёт червячной передачи по контактным напряжениям

Исходные данные для расчёта были получены на стр. 4 в разделе 1.3, табл. 1.4: крутящий момент на валу червячного колеса T₂=………..Нм; характер передаваемой нагрузки (постоянная, переменная); передаточное отношениеu_чп=u_Б………...; частота вращения червякаn₁=……………мин^-1.

В первом приближении оцениваем скорость скольжения:

………м/с (3.1)

При скоростяхV_s= 5…25 м/с назначают материал колеса – оловянистую бронзу Бр О10Ф1, Бр О10Н1Ф1 и др.; при скоростяхV_s= 3…5 м/с используют безоловянистые бронзы типа Бр А9ЖЗЛ; при скоростяхV_s= 2…3 м/с используют серый чугун марок СЧ15, СЧ18. В соответствии с табл. 3.1 выбираем допускаемые контактные напряжения[σ_Н]= ………..МПа и напряжения изгиба[σ_F]= ……МПа.

Таблица 3.1 – Выбор допускаемых напряжений для венцов червячных колёс

Материал колеса	Способ отливки	Механические характеристики, МПа			Допускаемые напряжения, МПа
		σТ	σВ	[σН]		[σF]
Бр ОФ10 - 1	В землю	120	200	0,9σВ		0,25σТ+ 0,08σВ
Бр ОФ10 - 1	В кокиль	200	300	0,9σВ		0,25σТ+ 0,08σВ
Бр О10Н1Ф1	Центробежное литьё	170	290	0,9σВ		0,25σТ+ 0,08σВ
Бр А9ЖЗЛ	В землю	200	400	300 – 25Vs		0,25σТ+ 0,08σВ
СЧ15	В землю	200	320	130 – 90		38
СЧ18	В землю	200	360	140 – 100		43

Ориентируясь на стандартную червячную передачу по табл. 3.2 выбираем стандартное передаточное отношение u_чпи соответствующее ему число заходов червякаz₁

Таблица 3.2 – Соотношение стандартных передаточных отношений червячной передачи u_чпи числа заходов червякаz₁, ГОСТ 2144 – 76

z1	Стандартные передаточные отношения uчп
	8 (9);10 (11,2); 12,5(14)	16 (18);20 (22,4); 25 (28)	32,6 (35,5);40 (45); 50 (56);63 (71);80
1	-	-	+ + +
2	-	+ + +	-
4	+ + +	-	-
Примечание: числа в скобках – второй ряд.

При выбранном передаточном отношении u_чпи числе заходов червякаz₁находим число зубьев колеса:

z₂=z₁·u_чп=……..·……..=……… (3.2)

Предварительно задаёмся коэффициентом диаметра червяка q, выбирая его значение из стандартного ряда ГОСТ 2144 – 76:q= 8; 10; 12,5; 16; 20. Рекомендуется [2, с. 60] приниматьq= 8…10 приT₂≥ 300 Нм иq= 12,5…16 приT₂≤ 300 Нм. Примемq=………Ориентировочно оценим коэффициент нагрузки

К_н= К_β· К_v= 1,1…1,4

(меньшие значения – для постоянной нагрузки; большие – для переменной). Из условия контактной прочности определим межосевое расстояние (в формуле 3.3 величина T2 выражена в Нм):

….мм (3.3)

Предварительно определим величину осевого модуля при выбранном стандартном значении a_w:

M= 2·a_w/(q+z₂) = 2 ·……./(…..+…..) =……… мм (3.4)

Таблица 3.3 – Геометрические параметры стандартных (ГОСТ 2144 – 76) червячных передач

aw, мм,1-й ряд	m, мм	q	z2 : z1 = u				aw, мм,1-й ряд		m, мм		q		z2 : z1 = u
40	2	8	32:4	32:2	32:1	40		1,6		10		40:4		40:2	40:1
50	2,5	8	32:4	32:2	32:1	50		2		10		40:4		40:2	40:1
63	3,15	8	32:4	32:2	32:1	63		-		-		-		-	-
80	4	8	32:4	32:2	32:1	80		-		-		-		-	-
100	5	8	32:4	32:2	32:1	100		4		10		40:4		40:2	40:1
125	5	10	40:4	40:2	40:1	125		4		12,5		50:4		50:2	46:1
140*	5	16	40:4	40:2	40:1	140*		5		10		46:4		46:2	46:1
160	8	8	32:4	32:2	32:1	160		-		-		-		-	-
200	10	8	32:4	32:2	32:1	200		8		10		40:4		40:2	40:1
250	12,5	8	32:4	32:2	32:1	250		10		10		40:4		40:2	40:1
250	8	12,5	50:4	50:2	50:1	250		-		-		-		-	-
280*	10	16	40:4	40:2	40:1	280*		10		10		46:4		46:2	46:1
400	20	8	32:4	32:2	32:1	400		16		10		40:4		40:2	40:1
500	20	10	40:4	40:2	40:1	500		16		12,5		50:4		50:2	50:1
*Параметр не рекомендуется к применению

Ориентируясь на стандартную подачу, по табл. 3.3 подбираем стандартные значения qиm.