Содержание

Задание 1…………………………………………………..…………………..………4

1. Расчёт конической косозубой передачи……………………………..………4

   1. Определение коэффициента режима работы………………………………..5

      1. Ресурс передачи………………………………………………………………5

      2. Эквивалентное число циклов нагружения зубьев при расчете на контактную прочность……………………………………………………………………….5

      3. Эквивалентное число циклов нагружения зубьев при расчете на контактную прочность……………………………………………………………………….5

      4. Расчёт коэффициента долговечности для контактной прочности………...5

      5. Определение коэффициента долговечности при расчёте на изгиб………..5

   2. Определение допускаемых напряжений…………………………………….6

      1. Допускаемые контактные напряжения……………………………………...6

      2. Допускаемые изгибные напряжения………………………………………...6

      3. Одностороннее действие нагрузки (нулевой цикл)………………………...7

      4. Переменное напряжение нагрузки (симметричный знакопеременный цикл)…………………………………………………………………………………………...7

   3. Определение коэффициента нагрузки и степени точности передачи……..7

   4. Определение диаметра колеса………………………………………………..8

   5. Определение числа зубьев шестерни и колеса………………………………8

   6. Определение внешнего (окружного) модуля передачи и фактического передаточного числа…………………………………………………………………………..8

   7. Определение внешнего конусного расстояния и угла наклона зуба……….9

   8. Определение углов делительных конусов и среднего окружного модуля...9

   9. Проверка действительных контактных напряжений……………………….9

   10. Определение действительных напряжений изгиба в конической паре…...10

   11. Расчет усилий в конической передаче…………………………………….....10

2. Расчет и конструирование выходного вала редуктора……………………..11

   1. Ориентированный расчёт вала……………………………………………….11

   2. Расчет диаметра вала в опасном сечении……………………………………13

   3. Расчет вала на сопротивление усталости (выносливость)………………….17

Задание 2

3. Выполнить кинематическое исследование заданного механизма методом построения плана скоростей и ускорений ………………………………………………………20

   1. Структурный анализ механизма………………………………………………….20

   2. Построение плана скоростей…………………………………………………......20

   3. Построение плана ускорений…………………………………………………….21

Список литературы……………………………………………………………………… 24

Задание 1

Рассчитать закрытую коническую косозубую передачу.

Рассчитать и сконструировать ведомый вал передачи.

Исходные данные:

Рисунок 1 Схема редуктора и график нагрузки

Номер варианта	N2, кВт	n1, мин^-1	n2, мин^-1	L, лет	Ксут	Кгод
13	3,8	900	265	4	0,3	0,6

1. Расчёт конической косозубой передачи

Расчётная мощность на валах привода

N₁ =N₂ /(η­_к.п.­*η_п.)

где η­_к.п =0,98 – к.п.д. закрытой зубчатой передачи

η_п =0,99 – к.п.д. пары подшипников качения. Значения η принимаем по [1, табл.1.1.]

N₁=3,8*10³/(0,98*0,99)=3,9 кВт

Угловая скорость и частота вращения ведущего вала редуктора

Угловая скорость и частота вращения выходного вала редуктора

Вращающие моменты на валах:

1. Определение коэффициента режима работы

1.1.1. Ресурс передачи

Ресурс передачи определяется по зависимости

Т=24*К_сут*365*К_год*L=24*0,3*365*0,6*4=6307 (ч)

2. Эквивалентное число циклов нагружения зубьев при расчёте на контактную прочность

N_й.экв=(60/M³_max)(M³_max t_max n_max +M³₁ t₁ n₁+ M³_q t_q n_q)

При n₁=n=Const, M_max=M_н­, для нашего случая эквивалентное число йиклов нагружения зубьев шестерни

N_й.экв=(60*n₁*T/M³_н)(M³_н*0.1+(0.6*M_н)³*0.4 +(0.1*M_н)³*0,5)=(60*900*6307/1³)(1³*0,1+(0,6*1)³*0,4+(0,1*1)³*0,5)=6,5*10⁷

Эквивалентное число циклов нагружения для зубьев колеса

N_ц.экв.2=N_ц.экв.1/U

где U=n₁/n₂=900/265=3.4, тогда

N_ц.экв.2=6,5*10⁷/3,4=1,9*10⁷

2. Эквивалентное число циклов нагружения зубьев при расчёте на изгибную прочность

N_й.экв=(60/M⁹_max)(M⁹_max t_max n_max +M⁹₁ t₁ n₁+ M⁹_q t_q n_q)

При n₁=n=Const, M_max=M_н­, для нашего случая

N_й.экв=(60*n₁*T/M⁹_н)(M⁹_н*0.1+(0.6*M_н)⁹*0.4 +(0.1*M_н)⁹*0,5)=(60*900*6307/1⁹)(1⁹*0,1+(0,6*1)⁹*0,4+(0,1*1)⁹*0,5)=47,7*10⁶

Эквивалентное число циклов нагружения для зубьев колеса

N_ц.экв.2= N_ц.экв.1/U=47,2*10⁶/3,4=13,9*10⁶

2. Расчёт коэффициента долговечности для контактной прочности

Для нормализуемой и улучшенной сталей (НВ ≤ 350)

Поскольку для шестерни и колеса N_{ц.экв .}≥ 10⁷, то принимаем =1,0

2. Определение коэффициента долговечности при расчёте на изгиб

Поскольку для шестерни и колеса N_{ц.экв .}≥ 5*10⁶, то принимаем =1,0

2. Определение допускаемых напряжений

1.2.1. Допускаемые контактные напряжения

Допускаемые контактные напряжения назначают в зависимости от принятого материала [2, табл.2].

Назначаем для шестерни – материал сталь 45, термообработка улучшение, диаметр заготовки до 90 мм, твёрдость материала по Бринелю НВ₁ 240, предел текучести при растяжении σ_Т1=540 МПа, предел прочности при растяжении σ_в1=780МПа.

Для колеса назначим материал сталь 45, термообработка нормализация, ориентировочный диаметр заготовки 100 ÷ 500 мм, предел прочности при растяжении σ_в2 = 600 МПа, предел текучести при растяжении σ_Т2 = 320МПа,твердость по Бринелю НВ₂ 190.

Для углеродистых и легированных сталей любых марок при НВ ≤ 350 (нормализация и улучшение) допускаемые контактные напряжения определяют по зависимости

[σ]_Н=σ_{Н lim}*K_HL*Z_R*Z_V/S_H,

где σ_{Н lim} – предел контактной выносливости при базовом числе циклов нагружения;

K_HL – коэффициент долговечности;

Z_R – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности зубьев;

Z_V - коэффициент, учитывающий окружную скорость (принимаем Z_V=1,0);

S_H – коэффициент запаса (при нормализации и объемной закалке S_H = 1,1…1,2; при поверхностном упрочнении S_H = 1,2…1,3).

Таблица 1

Допускаемые контактные и изгибные напряжения для зубчатых колёс

Материал колёс	Контактное σН lim, МПа	SH min	Изгибное σF lim, МПа	SF	[σН] max, МПа	[σF] max, МПа
Сталь 45	2НВ + 70	1,1	1,8НВ	1,75	2,8 σТ	2,74 НВ
Шестерня,Т.О. - улучшение	550		432		1512	658
Колесо, Т.О. - нормализация	450		342		896	521

[σ]_Н1 = σ_{Н lim1}*K_HL* Z_R*Z_V/S_H = 550*1*1*1/1.1=500 МПа

[σ]_Н2 = σ_{Н lim2}*K_HL* Z_R*Z_V/S_H = 450*1*1*1/1.1=409 МПа

Для косозубых и шевронных колёс в качестве расчётного принимают среднее арифметическое значение

[σ]_Н=([σ]_Н1+[σ]_Н2)/2 = (500+409)/2 = 455 МПа

1.2.2. Допускаемые изгибные напряжения

Допускаемые изгибные напряжения выбирают для двух случаев нагружения.

1.2.3 Одностороннее действие нагрузки (нулевой цикл)

Где [n] – требуемый коэффициент запаса прочности, [n] = 1,4…2,2;

K_FL – коэффициент долговечности при изгибе;

K_σ – эффективный коэффициент концентрации напряжений у ножки зуба,

K_σ = 1,4…1,6;

σ_-1 – предел выносливости сталей:

для углеродистых сталей σ_-1 ≈ 0,43 σ_в МПа;

σ_{-1 1}=0,43*780=335 МПа;

σ_{-1 2}=0,43*600=258 МПа.

1.2.4. Переменное напряжение нагрузки (симметричный знакопеременный цикл)

3. Определение коэффициента нагрузки и степени точности передачи

Во все зависимости для определения основных параметров зацепления и напряжений, возникающих при работе передачи, входит не номинальная, а расчётная нагрузка.

М_расч = М_н*К=М_н*К_дин*К_кц,

где К – коэффициент нагрузки;

К_дин – коэффициент динамичности, зависит от величины окружной скорости и

точности изготовления;

К_кц – коэффициент концентрации нагрузки, учитывает неравномерность распределения нагрузки по длине зуба за счет деформации валов и колес.

При расчете конической передачи коэффициент нагрузки принимает равным К = 1,5 из-за консольного расположения конической шестерни.

После определения размеров передачи значение коэффициента нагрузки уточняют по фактическим данным.