Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1,2,3,4,5,7,10 Пуня .rtf
Скачиваний:
3
Добавлен:
26.09.2019
Размер:
1.18 Mб
Скачать

1 Выбор электродвигателя и кинематический расчёт

1.1 Составляем кинематическую схему

1.2 Определим общий КПД редуктора:

2

[5, c.5]

η ηз ηп

где ηз - КПД пары прямозубых конических зубчатых колёс;

ηз 0.96 [5, c.5] ;

ηп - КПД, учитывающий потери в одной паре подшипников качения;

ηп 0.99 [5, c.5] ;

2

2

η ηз ηп 0.96 0.99 0.9409

1.3 Определяем требуемую мощность на ведущемм валу ( P1. 5.5 кВт ):

P2.

P1. η 5.5 0.9409 5.175 кВт

1465 мин 1; U 2 ) :

1.4 Определяем частоту вращения ведомого вала

( n1.

n1. 1465

1

n2.

 

732.5 мин

U

2

1.5 Подбираем электродвигатель по исходным данным, поскольку вал двигателя соединяется

с

быстроходным валом редуктора муфтой.

Выбираем электродвигатель 4А112М4УЗ , [3, стр. 70, таб.5.1]:

1445 мин 1 ;

5.5 кВт ;

32 мм .

Рдв

nдв

dдв

Окончательно принимаем: Р1 Рдв 5.5

кВт .

1.6 Проверяем отклонение частоты вращения вала двигателя от заданной для быстроходного

вала редуктора

100

100 1.4 %

nдв

1445

мин 1

Принимаем:

n1 nдв 1445

1.7 Определяем мощность на ведомом валу:

P2 Р1 η 5.5 0.9409

5.17 кВт

1.8 Уточняем частоту вращения ведомого вала редуктора:

n1

1445

1

n2

722.5 мин

U

2

1.9 Определяем вращающие моменты на ведущем и ведомом валах Те1 и Те2

Р1

5.5

9550 9550 36.3 Н м ;

n 1445

Tе1

1

Н м .

Tе2

Tе1 U η

36.320.9409 68.3

1445 1465

nдв n1.

2 Расчёт зубчатой передачи

2.1 Выбор материалов и определение допускаемых напряжений

2.1.1 Поскольку в проектном задании к редуктору не предъявляется жёстких требований в

отношении габаритов передачи, а изготовление колёс осуществляется в условиях мелкосерий- ного производства, то выбираем материалы со средними механическими свойствами.

Принимаем для шестерни сталь 40Х, для колеса - сталь 50. Так как передаваемая мощность

невелика и для достижения лучшей приработки, твердость колес должна быть не более, НВ350. Кроме того, в проектном задании указывается, что редуктор должен быть общего назначения, а для таких редукторов экономически целесообразно применять колеса с твердостью меньше или равной 350НВ.

Учитывая, что число нагружений в единицу времени зубьев шестерни в передаточное число раз больше числа нагружений зубьев колеса, для обеспечения одинаковой контактной уста- лости, механические характеристики материала шестерни должны быть выше, чем у колеса.

НВ2. ( 20...70) ;

[6,с.48]

НВ1.

Для выполнения этой рекомендации назначаем соответствующий режим термообработки,

полагая, что диаметр заготовки шестерни не превысит 100мм, а колеса 300мм.

Шестерня: сталь 40Х, термообработка улучшение

Принимаем:

250 ;

МПа;

МПа; [5,с.34].

HB1

σу1 850

550

σи1

Колесо: сталь 50; термообработка нормализация

Принимаем:

220 ;

МПа;

МПа; [5,с.34].

HB2

σу2 640

350

σи2

HB1 HB2 250 220

30.0 ,

что соответствует указанной рекомендации.

2.1.2 Определяем допускаемые контактные напряжения при расчете на контактную усталость

σHlimb ZN

Z Z Z Z ;

[1,с.14]

σHP

R V

L X

SH

где σHlimb - предел контактной выносливости поверхности зубьев, соответствующий

базовому числу циклов напряжений.

;

[1,с.27], [5,c.34]

2HB 70

σHlimb

σHlimb1 2 HB1 70 2 250 70 570 МПа ;

МПа .

σHlimb2 2 HB2 70 2 220 70 510

ZN - коэффициент долговечности, учитывающий срок службы передачи. Поскольку в

проектном задании указано, что редуктор предназначен для длительной работы, то есть число циклов NN больше базового N0 , то ZN 1. [1,c.24],[5,с.33];

ZR - коэффициент, учитывающий шероховатость сопряженных поверхностей зубьев[1,c.25];

ZV - коэффициент, учитывающий влияние окружной скорости;

ZL - коэффициент, учитывающий влияние вязкости смазочного материала;

ZX - коэффициент, учитывающий размер зубчатого колеса. ГОСТ 21357-87 рекомендует для колес d 1000 мм принимать

[1,с.57]

ZR ZV ZL ZX = 0,9 ;

SH - коэффициент запаса прочности.

Для нормализованных и улучшенных сталей SH 1.1 [1,с.24].

σHlimb1 ZN

5701.

МПа ;

0.9

0.9

466.4

σHP1

SH

σHlimb2 ZN

1.1

5101.

417.3 МПа ;

0.9

0.9

σHP2

S

1.1

H

В качестве расчётного значения для конических передач принимаем:

σHP2 417.3 МПа .

[1,c.19]

σHP

2.1.3 Определяем допускаемые напряжения изгиба при расчёте на усталость

σFlimb YN

YR YX Yδ ;

[1,с.5]

σFP

SFmin

где σFlimb - предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий базовому числу

циклов напряжений.

;

[5,с.45]

1.8HB

σFlimb

МПа ;

МПа .

1.8 HB1 1.8 250 450

1.8HB2 1.8220 396

σFlimb1

σFlimb2

SFmin - минимальный коэффициент запаса прочности;

SFmin = 1,4...1,7 ;

[1,с.35].

Принимаем:

1.7 .

SFmin

YN - коэффициент долговечности, зависящий от соотношения базового и эквивалентного

циклов;

YN 1.

[5,с.45];

YR - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости переходной поверхности, он

отличен от 1 лишь в случае полирования переходной поверхности;

YX - коэффициент, учитывающий размеры зубчатого колеса;

[5,с.46];

YR 1.

При da 300 мм ,

YX 1. [5,с.46];

Yδ - опорный коэффициент, учитывающий чувствительность материала концентрации

напряжений;

Yδ 1. [1,с.124].

σFlimb1 YN

4501.

265.0 МПа ;

YR YX Yδ

1.1.1.

σFP1

SFmin

1.7

σFlimb2 YN

3961.

233.0 МПа .

YR YX Yδ

1.1.1.

σFP2

SFmin

1.7

2.2 Проектировочный расчёт передачи на контактную усталость активных поверхностей

зубьев

2.2.1 Определяем ориентировочное значение делительного диаметра шестерни

3

3

2

Tе1 КHβ 10

U 1

d.1 Кd

;

0.85 ψbd1 σHP2 U

где Кd вспомогательный коэффициент;

МПа1.3

Кd 77

для прямозубых передач [1,с.57];

ψbd1 - коэффициент ширины шестерни относительно среднего диаметра.

Принимаем по рекомендации ψbd1=0.3...0.6

0.4 ;

[5,c.37]

ψbd1

КHβ - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине венца.

Выбираем по графику в зависимости от твёрдости рабочих поверхностей зубьев, схемы нагружения и параметра ψbd1cosδ1 [1,с.50];

tgδ2 U

180atan ( U ) 180atan ( 2)

63.435 °

δ2.

π

π

90 δ2. 90 63.435 26.565 °

δ1.

cosδ1 0.89443

sinδ1 0.447214

1.15 .

КHβ

3

3

3

2

36.3 1.15 103 22 1

Tе1 КHβ 10

U 1

мм.

d1.

Кd

77

71.1

0.85 ψbd1 σHP2 U

70 мм .

0.85 0.4 417.32 2

Принимаем:

d1

2.2.2 Определяем ширину зубчатого венца:

b = ψbd1 d1 ;

b ψbd1d1 0.470 28 мм.

2.2.3 Определяем внешний делительный диаметр шестерни dе1

Принимаем: b 28 мм

d1 b sinδ1 ;

dе1.

82.52 мм .

dе1

d1 b sinδ1 70 28 0.447214

2.2.4 Определяем предварительное внешнее конусное расстояние:

dе1

82.52

[5,c.50]

Re

92.26 мм

2 sinδ 2 0.447214

1

2.2.5 Проверяем рекомендацию:

b

. 0.3 ;

ψbRe.

Re

b

28

0.303 . 0.3 ,

что соответствует рекомендации [5,c.49] .

 

ψbRe

Re 92.26

2.2.6 Определяем внешний окружной модуль те по рекомендации:

b 28

b 10 me ;

me. 2.8

мм .

10 10

По СТ СЭВ 310-76 принимаем:

. [3,c.169].

me 3

2.2.7 Определяем средний окружной модуль т :

me 1 0.5 ψbRe;

m.

me 1 0.5 ψbRe

m

3 ( 1 0.50.303) 

2.5455

мм

2.2.8 Определяем число зубьев шестерни и колеса

и

:

Z.1

Z.2

dе1

> Zmin = 17 ;

[5,c.49-50]

Z.1

m

e

dе1

82.52

27.5 ;

Z1.

m

3

e

Принимаем (с целью минимизации отклонения передаточного числа) :

Z1 28 .

;

[5,c.37]

Z2.

U Z1 2 28 56.0

Принимаем: Z2 56 .

2.2.9 Уточняем параметры

Внешние делительные диаметры:

мм ;

de1

Z1 me 28 3 84.0

Z2 me 56 3 168.0 мм .

de2

Средние делительные диаметры:

de1 b sinδ1 84.0 28 0.447214 71.478 мм ;

d.1

мм .

d.2

de2 b cosδ1 168.0 28 0.89443 142.956

Уточняем внешнее конусное расстояние:

2

2

2

2

0.5

de2 0.5 84.0 168.0 93.915 мм .

Re.

de1

Среднее конусное расстояние:

Re 0.5 b ;

Rт.

Rт Re. 0.5 b 93.915 0.5 28 79.915 мм .

2.3 Проверочные расчёты передачи на контактную усталость активных поверхностей

зубьев выполняем по условию контактной прочности

WHtU2 1

ZE ZH Zε

σHP ;

[4,с.269];

σ.H

0.85d U

1

где ZE - коэффициент, учитывающий механические свойства зубчатых колес;

[1,с.113];

ZE 190

ZH - коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев в заце-

плении; ZH 2.41

[1,с.113];

Zε - коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий;

Zε 1.

WHt - удельная расчётная окружная сила:

KH Ft

;

WHt

b

KH - коэффициент нагрузки определяется по зависимости:

KA KHV КHβ KHα ;

[1,с.14]

KH

где KA - коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку;

[1,с.15];

KA 1. ,

KHV - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в заце- плении

до зоны резонанса;

0.1 d.1 n1

;

υ

2000

0.1 d.1 n1

0.171.4781445

υ

5.16 м/с ;

2000

2000

При такой скорости следует принять 8 степень точности и тогда:

1.05 , [5,с.40];

KHV

КHβ - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между

зубьями;

КHβ 1.15

[1,с.50];

KHα - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;

[1,с.18];

KHα

1.

;

KH KA KHV КHβ KHα 1. 1.05 1.15 1. 1.207

Исходная окружная силa :

2Tе1103

2 36.3 103

Н.

Ft

1015.7

d

71.478

.1

KH Ft

1.2071015.7

WHt

43.78 Н/мм

b

28

WHt U2 1

43.78 22 1

σH ZE ZH Zε

1902.411.

411.0 МПа

0.85d U

0.8571.4782

.1

Определяем процент перегрузки:

σH σHP

411.0 417.3

%

100

100  1.5

417.3

σHP

Что допустимо, так как по принятым в машиностроении нормам для σH допускается

отклонение +5% (перегрузка) и -10% (недогрузка).

2.4 Проверочный расчёт на усталость по напряжениям изгиба выполняем по условию

прочности

σF σFP ;

[1,с.29]

Расчётное местное напряжение при изгибе определяем по формуле:

КF YFS Yβ Yε Ft

;

[1,с.29]

σF

0.85mb

Для коэффициента нагрузки КF принимают:

КF KA KFV KFβ KFα ;

где KA - коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку;

[1,с.29]

[1,с.29];

K.A

1.

KFV - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении до зоны

резонанса;

[5,с.43];

KFV

1.45

KFβ - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине

контактных линий;

1.21 [1,с.59];

KFβ

KFα - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;

[1, стр.31]

КF K.AKFV KFβKFα 1.1.451.211. 1.754

KFα

1.

YFS - коэффициент, учитывающий форму зуба и концентрацию напряжений,

определяется в зависимости от эквивалентного числа зубьев

Z1

;

[3,с.159]

Zred

cosδ1

28

Z1

31.3 ;

Zred1

3.9 [5,с.42];

cosδ1

0.89443

при этом

YF1

Z2

56

Zred2

3.61 [5,с.42];

125.2 ;

sinδ 0.447214

1

при этом

YF2

Расчёт следует выполнять для менее прочного колеса, то есть у которого отношение

σFP

σFP1

265.0

меньше:

Шестерня:

67.9 .

YF

YF1

σFP2

3.9

233.0

Колесо:

64.5 .

YF2

3.61

Принимаем:

YF2 3.61 .

YFS

Yε - коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев;

Yε 1.

[1,с.32] ;

Yβ - коэффициент, учитывающий наклон зуба;

[1,с.32] ;

Yβ

1.

Подставляем все значения в формулу для проверочного расчёта передачи:

КF YFS Yβ Yε Ft

1.7543.611.1.1015.7

106.2 МПа ;

σF

0.85mb

0.852.545528

что значительно ниже σFP2 233 МПа , но это нельзя рассматривать как недогрузку

данной передачи, поскольку основным критерием её работоспособности является контакт- ная усталость.

2.5 Определение геометрических параметров колёс

2.5.1 Внешняя высота головки зуба hae :

hae me 3 мм ;

Внешняя высота ножки зуба hfe :

[5,с.50]

1.2 me 1.2 3 3.6 мм ;

[5,с.50]

hfe

2.5.2 Внешние диаметры вершин зубьев dae :

dae de 2haecosδ ;

[5,с.50]

мм ;

dae1

de1 2 hae cosδ1 84.0 2 3 0.89443 89.367

dae2

de2 2 hae sinδ1 168.0 2 3 0.447214 170.683 мм ;

Внешние диаметры впадин зубьев:

dfe

de 2 hfe cosδ

[5,с.50]

мм;

dfe1

de1 2 hfe cosδ1 84.0 2 3.6 0.89443 77.56

de2 2 hfe sinδ1 168.0 2 3.6 0.447214 164.78 мм;

dfe2

hae

2.5.3 Угол головки зуба θа :

tgθa

Re

180 hae

180

3

θa atan

1.83 ;

  atan

93.915

Re.

π

π

hfe

Угол ножки зуба θf :

tgθf

Re

hfe

180

180

3.6

θf atan

  atan

2.195 ;

93.915

Re.

π

π

2.6 Определение сил, действующих в зацеплении

2.6.1 Окружная сила:

Н ;

Ft 1015.7

2.6.2 Радиальная сила (здесь αw

0.3637 ):

20° tgαw

Fr1

Ft tgαw cosδ1 1015.7 0.3637 0.89443

330.4 Н ;

[4,с.263]

2.6.3 Осевая сила

Fa1

Н ;

[4,с.263]

Ft tgαw sinδ1 1015.7 0.3637 0.447214

165.2

Н ;

Н ;

Fa2

Fr1 330.4

Fr2

Fa1 165.2