Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине
 Скачать 1.31 Mb.
|
|
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 5.1. Режим работы передачи Нагрузка, с которой работает передача, может быть постоянной или переменной во времени. В последнем случае, при расчете передачи, режим с переменной нагрузкой заменяют режимами с постоянной нагрузкой, эквивалентной по усталостному воздействию. Размеры передачи устанавливаются путем расчета ее на выносливость по номинальному крутящему моменту на валу колеса Т2. Величина номинального крутящего момента Т2 зависит от назначения привода: а) в тех случаях, когда привод проектируется для работы с заданным графиком нагрузки, расчет передачи следует вести из числа длительно действующих крутящих моментов на валу колеса, определяемого из этого графика, т.е. Т2 = Т1. Если же при этом мощность выбранного электродвигателя в связи с ограниченными мощностями ряда выпускаемых электродвигателей приходится принять более требуемой, то это не приведет к перегрузке передачи, а лишь к недогрузке электродвигателя; б) в тех случаях, когда передача выпускается на рынок без указания конкретного назначения, надо считаться с тем, что потребитель может загрузить передачу на полную мощность электродвигателя. Поэтому расчет передачи, во избежание ее перегрузки, следует вести по номинальному крутящему моменту Т2 на валу колеса, определенному, исходя из крутящего момента Тэд на валу электродвигателя:  (5.1.)где  - номинальный крутящий момент, развиваемый электродвигателем; и u - коэффициент полезного действия и передаточное число ступеней, через которое передается движение от вала электродвигателя к валу колеса рассчитыва- емой зубчатой пары. Длительно действующим крутящим моментом считается любой крутящий момент Т1, суммарное число циклов Nni действия которого за весь срок службы передачи удовлетворяет неравенству: Nni = 60Ti ni ci > 5 104, (5.2.) где ci - число вхождения в зацепление зуба за один оборот рассчитываемого зубчатого колеса (сi- равно числу колес, находящихся в зацеплении с рассчитываемым); ni - частота вращения того из колес, по материалу которого определяют допустимые напряжения; Ti - суммарное время работы передачи с моментом Ti (час.)  . (5.3.)Tå - суммарное время передачи за весь срок ее службы: Тå = L 365 Kгод 24Ксут, (5.4.) где L - срок службы передачи, в годах; Кгод - коэффициент использования передачи в течение года; Ксут - коэффициент использования передачи в течение суток. Крутящий момент Тi, у которого Ni < 5 104, считается кратковременным, при расчете передачи на выносливость, не учитывается. При наличии в спектре нагрузки передачи кратко временных пиковых крутящих моментов Тпик > Т2, необходима дополнительная проверка передачи на прочность по этим моментам. В типовых графиках нагрузки, принятых для настоящих указаний и в заданиях на курсовой проект по деталям машин кратковременным пиковым крутящим моментом является максимальный момент Тmax, развиваемый асинхронным электродвигателем при пуске установки. Пиковый крутящий момент на валу колеса рассчитываемой зубчатой пары в этом случае определяется аналогично крутящему моменту Т2 (см. выше). Т2пик = Т эд max u (5.5.) где  Нм - пиковый крутящий момент, развиваемый двигателем при пуске; значение отношения  берут из справочников по электродвигателям.Величины u и те же, что и в формуле для определения Т2. Момент Тэд max полностью реализуется в передаче и в том случае, когда мощность выбранного электродвигателя превышает требуемую. При этом избыток мощности скажется только на уменьшении времени разгона поступательно движущихся и вращающихся масс привода до их рабочей скорости. 5.2. Допускаемые напряжения. Эти напряжения зависят от механических характеристик материала зубчатых колес и от расчетного числа циклов нагружений за весь срок службы передачи. Зубчатые передачи Допускаемые контактные напряжения при расчете на выносливость определяют при проектном расчете по формуле  (5.6.)где HlimB - базовый предел контактной выносливости поверхностей зубьев, соответствующий базовому числу нагружения NHO. Значение HlimB указаны в таблице 5.1. КHL - коэффициент долговечности, учитывающий влияние срока службы или режима нагрузки передачи. Если число циклов нагружения каждого зуба колеса больше базового, то принимают КHL =1. Именно такой случай типичен в основном для курсовых проектов. Таблица 5.1-Предел контактной выносливости при базовом числе циклов нагружения
Примечание: Базовое число циклов Nно определяют в зависимости от твердости стали при HB< 200 Nно=107, при твердости НВ 200-500 значение Nно возрастает по линейному закону от 107 до 6 107 . В других условиях, когда число циклов нагружения N H меньше базового, то КHL вычисляют по следующим формулам: а) при постоянном режиме нагрузки  (5.7.)где NH - расчетное число циклов нагружения, определяемое по формуле 5.2 (NH = 60 Тnc); NHO - базовое число циклов нагружения (см. табл. 5.1.), для чугуна NHO = 25 107; б) при переменных режимах нагрузки расчет коэффициента долговечности выполняют по эквивалентному числу циклов  (5.8.)При этом  (5.9.)где Ti - один из числа крутящих моментов, которые учитывают при расчете на выносливость; Tmax - максимальный из моментов, учитываемых при расчете на выносливость; ni, Ti - соответствующие этим моментам частота вращения и время работы; SH - коэффициент безопасности колес из нормализированной и улучшенной стали при объемной закалке принимают SH=1,1-1,2; при поверхностной закалке, цементации, азотировании SH =1,2- 1,3. Для прямозубых передач, а также для косозубых с небольшой разностью твердости зубьев шестерни и колеса за расчетное принимается меньшее из двух допускаемых напряжений, определенных по материалу шестерни [s ]H1 и колеса [s ]H2. В косозубых передачах зубья шестерни целесообразно выполнять с твердостью, значительно превышающей твердость зубьев колеса (например, шестерня НВ> 400, колесо НВ < 320). При этом за расчетное принимают среднее из [s ]H1 и [s ]H2, но не более 1,2 [s ]Hmin (меньшее из двух) для цилиндрических и 1,15 [s ]Hmin для конических передач  - цилиндр., конич. (5.10.)Допускаемые напряжения изгиба Допускаемые напряжения изгиба при изгибе на выносливость определяется по формуле:  ( 5.11.)где [s]FlimB - базовый предел выносливости зубьев по излому от напряжений изгиба. Значение sFlimB определяют экспериментально на зубчатых колесах, рекомендации, выработанные на базе этих исследований, приведены в табл. 5.2.; SF - коэффициент безопасности, рекомендуют SF = 1,7-2,2 - -верхние значения для литых заготовок, нижние - для паковок и штамповок; KFC - коэффициент, учитывающий влияние двух стороннего приложения нагрузки (например, реверсивные передачи, сателлиты планетарных передач и т.,); KFC=1 - при односторонней нагрузке; KFC=0,7-0,8 - реверсивная нагрузка (большие значения при HB>350); KFL - коэффициент долговечности. При НВ < 350, а также для зубчатых колес со шлифованной переходной поверхностью зубьев  (5.12.)Таблица 5.2- Приближенные значения пределов изгибной выносливости зубьев []FlimB
При НВ >350 и нешлифованной переходной поверхностью  (5.13.)где NFO - базовое число циклов, рекомендуется принимать NFO =4 106 для всех сталей. При постоянном режиме нагрузки эквивалентное число циклов определяется по формуле NFE =60 n c T (5.14.) При переменном режиме нагрузки по аналогии с формулой (5.9.)  (5.15.)Показатель кривой выносливости рекомендуют принимать: m = 6 для нормализованных и улучшенных сталей, а также при поверхности упрочении, если переходная поверхность шлифуется: m = 9 - для закаленных сталей. Допускаемые напряжения для проверки прочности зубьев при перегрузках Максимальные моменты (см. например, на рис. 5.1. момент Тmах=Тпик), неучтенные при расчете на выносливость, могут привести к потери статической прочности зубьев. Поэтому после определения размеров передачи по условию выносливости необходимо проверить статическую прочность при перегрузках. Максимальные контактные напряжения sHmax при перегрузке моментом Tmax можно выразить через известное напряжение sH (см.ниже),полученное при проектном расчете передачи  (5.16).где Tiн - расчетный момент по контактной выносливости зубьев; [s]Hmax - предельное допускаемое напряжение; [s]Hmax=2,8sT - при нормализации, улучшении или объемной закалке зубьев (sT - предел текучести материала); [s]Hmax=40HRC- при цементации зубьев и закалке т.в.ч.; [s]Hmax =3HV - при азотировании зубьев. Аналогично, можно выразить максимальные напряжения изгиба;  (5.17)где sF и Т1F - напряжение и момент при расчете на выносливость: [s ]Fmax - предельное допустимое напряжение: [s ]Fmax =0,8 s T при НВ >350; [s ]Fmax =0,6 s B при НВ>350 (s B -предел прочности материала). Червячные передачи Допускаемые контактные напряжения для оловянистых бронз определяют из условий стойкости против износа и усталостного выкрашивания, для других материалов - отсутствие заедания. Величина основных допускаемых напряжений (контактных и изгиба) приведены в табл. 5.3. Расчетные значения допускаемых напряжений изгиба [O]F и [-1]F - (соответственно при постоянном и переменном направлении нагрузки) и контактных (в тех случаях, когда эти напряжения определяются по сопротивлению усталостному выкрашиванию) получают умножением табличных значений []’H; [O]’F; [-1]’ F на коэффициенты долговечности: [s]H =КНL []’H ; [O]F =КFL [sO]’F и [-1] F= КFL [-1]’F. Здесь КFL при бронзовом венце червячного колеса определяют по формуле  (5.18.)где N - суммарное число циклов нагружения. Для передач машинного привода при числе циклов каждого зуба колеса меньше чем 106 следует принимать N = 106 , если окажется, что число циклов больше 25 107, надлежит принимать N =25 107. Следовательно, значение КFL изменяется в пределах: mах КFL =1,0, min КFL = 0,543. Таблица 5.3- Механические характеристики, основные допускаемые контактные напряжения []’H и основные допускаемые напряжения изгиба и [о]’F и [-1]’F для материалов червячных колес, МПа
Для передач с чугунными червячными колесами, работающих длительное время, следует принимать КFL =1,0. Величину N вычисляют по формуле N = 60 n2 T; (5.19) где n2 - частота вращения червячного колеса; T - срок службы передачи, час. Коэффициент долговечности при вычислении []H определяется по формуле  (5.20)При нереверсивной работе передачи значение N вычисляются по формуле (5.19). В случае реверсивной нагрузки с одинаковым временем работы в обоих направлениях в формуле (5.20) следует подставить значение N вдвое меньше, чем вычисленное по формуле (5.19). При числе циклов, превышающем 25 ·107, в формуле (5.20) следует подставлять N=25·107, следовательно, минимальное значение рассматриваемого коэффициента min КHL =0,67. Найденное по формуле (5.20.) значение КFL не должно превышать своего максимального значения, mах КFL =1,15, если получится КFL > 1,15. Приведенные данные для определения коэффициентов КFL и КFH относятся к передачам, работающим с примерно постоянной нагрузкой, при переменной нагрузке следует исходить из эквивалентного числа циклов.  где Тi; ti; ni - вращающий момент, продолжительность действия и частота вращения при i-том режиме; Тmах - наибольший длительно действующий момент; показатель степени m=4 при определении КНL. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||