Задание по расчету цилиндрической зубчатой передачи
![]()
|
Содержание Задание по расчету цилиндрической зубчатой передачи Введение Нагрузочные параметры передачи Расчет на прочность зубчатой передачи Усилия в зацеплении зубчатой передачи и нагрузки на валы Расчет тихоходного вала и выбор подшипников Конструктивные размеры зубчатого колеса Смазка и уплотнение элементов передачи Графическая часть: Приложение 1 «Эскизная компоновка тихоходного вала» Приложение 2 «Расчетная схема тихоходного вала с эпюрами изгибающих и крутящих моментов» Приложение 3 «Сборочный чертеж тихоходного вала». Задание по расчету цилиндрической зубчатой передачи. Рассчитать и спроектировать закрытую косозубую цилиндрическую передачу, передающую на тихоходном валу мощность Р2=6 кВт, при угловой скорости w2=3*3.14=9.42 рад/с. и передаточным числе u=3.3 Режим нагрузки - постоянный «Т». По заданию выполнить: А) расчеты Б) чертежи Дополнительные условия, которые необходимо учитывать при расчете, принимаются следующими: А) вид передачи- косозубая цилиндрическая Б) передача нереверсивная, не допускается изменение направления вращения валов. В) двигатель асинхронный серии 4А; в соответствии с данными каталога электродвигателей максимально кратковременные перегрузки составляют 200%, поэтому коэффициент перегрузки кп=2.0 Г) требуемый срок службы передачи назначим h=20000 часов. Введение Редуктором называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненного в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя рабочей машине с понижением угловой скорости и повышение вращающегося момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Редуктор состоит из корпуса (литого чугуна или стального сварного), в котором помещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. Применение соосной схемы позволяет получить меньшие габариты по длине, что и является ее основным достоинством. К числу недостатков соосных редукторов относятся: а) Затруднительность смазки подшипников, находящихся в средней части корпуса. б) Большое расстояние между порами промежуточного вала, что требует увеличение его диаметра для обеспечения достаточной прочности и жесткости. Очевидно, применение соосных редукторов ограничивается случаями, когда нет необходимости иметь два конца вала быстроходного и тихоходного, а совпадение геометрически осей входного и выходного валов удобно при намеченной общей компоновке привода. Нагрузочные параметры передачи. ![]() Угловая скорость тихоходного вала w2=9,42 рад/с.; угловая скорость быстроходного вала: ![]() Мощность на валах тихоходном валу Р2=6 кВт. Мощность на быстроходном валу: ![]() ![]() ![]() ![]() Крутящий момент на быстроходном валу: ![]() Крутящий момент на тихоходном валу: ![]() Расчетные крутящие моменты принимаются: Т1Н=Т1F=T1=201,055 ![]() ![]() Суммарное число циклов нагружения зубьев за весь срок службы передачи, соответственно для зубьев шестерни и колеса равны: ![]() ![]() Переменность нагрузки в передаче при тяжелом режиме нагружения учитывается коэффициентами нагру ![]() КFE=0,30, при расчете на выносливость при изгибе. Эквивалентное число циклов нагружения зубьев шестерни и колеса: ![]() Максимальная нагрузка на зубья передачи при кратковременных нагрузках: ![]() 2. Расчет на прочность зубчатой передачи. ![]() ![]() Передача предназначена для индивидуального производства и Ки ней не предъявляются жесткие требования к габаритам. Но учитывая значительные кратковременные перегрузки, принимаем для изготовления зубчатых колес следующие материалы:
Допускаемое контактное напряжение: ![]() Для зубьев шестерни определяется: - предел ограниченной контактной выносливости поверхности зубьев при базе испытаний NHO ![]() Предварительно принимается: - коэффициент безопасности для колес с однородной структурой зубьев. SH=1.1 коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности ZR=0.95 Коэффициент долговечности находится с учетом базы испытаний и эквивалентного числа циклов нагружения зубьев. ![]() База испытаний определяется в зависимости: ![]() Так как ![]() Допускаемое контактное напряжение: ![]() Для зубьев колеса соответственно определяется: ![]() SH=1.1 ZR=0.95 ![]() Так как: ![]() Допускаемое контактное напряжение: ![]() Допускаемого контактного напряжение: ![]() Число зубьев шестерни принимаем: Z1=26 Число зубьев колеса: ![]() Фактическое передаточное число передачи: ![]() Угол наклона линии зубьев β= 120 Вспомогательный коэффициент ka=430 Коэффициент ширины зубчатог ![]() ![]() Коэффициент kHB, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца kHB=1,05 Минимальное межосевое расстояние: ![]() Нормальный модуль зубьев: ![]() По ГОСТ 9563-90 принимаем mn=5 мм Фактическое межосевое расстояние ![]() ![]() По ГОСТ 13755-81 для цилиндрических зубчатых передач: - угол главного профиля ά=200 - коэффициент высоты зуба ha*=1 - коэффициент радиального зазора с*=0.25 - коэффициент высоты ножки зуба h*f=1.25 - коэффициент радиуса кривизны переходной кривой р*=0.38 Размеры зубчатого венца колеса: Внешний делительный диаметр колеса: ![]() ![]() ![]() ![]() Размеры зубчатого венца шестерни ![]() Внешний делительный диаметр колеса: ![]() Внешний диаметр вершин зубьев: ![]() ![]() ![]() Окружная скорость зубчатых колес: ![]() Эквивалентные числа зубьев шестерни и колеса: ![]() Номинальная окружная сила в зацеплении: ![]() Коэффициент торцевого перекрытия: ![]() Коэффициент осевого перекрытия: ![]() Расчет на выносливость зубьев при изгибе: ![]() Коэффициенты, учитывающие форму зуба принимаем: Коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев: ZH=1.77*cosβ=1.77*0.848=1,501 Коэффициент, учитывающий механические свойства материалов сопряженных зубчатых колес: ZM=275 Н1/2/мм ![]() Коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий: ![]() Коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями: kHα=1.13; kHβ=1.05 Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении: KHv=1.03 Удельная расчетная окружная сила: ![]() Допустимое контактное напряжение: ![]() ![]() Допускаемое предельное контактное напряжение: ![]() Расчет на контактную прочность: ![]() Условие при расчете выносливости зубьев при изгибе: ![]() Коэффициент, учитывающий форму зуба: YF1=3.84, для зубьев шестерни YF2=3.61, для зубьев колеса Коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев Yε=1 Коэффициент, учитывающий наклон зубьев: ![]() Коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями: ![]() Коэффициент, учитывающий распределение на ![]() ![]() Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении: KFv=1.07 Удельная расчетная окружная сила: ![]() Допустимое напряжение на изгиб: ![]() ![]() Для зубьев шестерни определяем: Предел ограниченной выносливости зубьев на изгиб при базе испытаний 4*106: ![]() Коэффициент безопасности для колес с однородной структурой материала принимаем SF=1.7 Коэффициент учитывающий влияние приложение нагрузки на зубья kFC=1 -для нереверсивной передачи. Коэффициент долговечности находим по формуле: ![]() , поэтому принимаем kFL=1 ![]() Для зубьев колеса соответственно определяем: ![]() ![]() SF=1.7; kFC=1; kFL=1; т.к NFE2=3.24*107>4*106 ![]() Расчет на выносливость при изгибе: ![]() ![]() Допустимое предельное напряжение на изгиб: ![]() Предельное напряжение не вызывающая остаточной деформации или хрупкого излома зубьев для шестерни и колеса. ![]() Принимаем коэффициент безопасности SF=1,7 ![]() ![]() Расчет на прочность при изгибе для шестерни: ![]() Расчет на прочность при изгибе для колеса: ![]() 3.Усилия в зацеплении зубчатой передачи и нагрузки на валы Усилия в зацеплении прямозубых цилиндрических зубчатых колес определяются по формулам: Окружное усилие: ![]() ![]() Радиальное усилие: ![]() Осевое усилие: ![]() 4. Расчет тихоходного вала и выбор подшипников. Для предварительного расчета принимаем материал для изготовления вала: ![]() Материал- Сталь 40 нормализованная σв=550 МПа σТ=280 МПа Допустимое напряжение на кручение [τ]=35 МПа Диаметр выходного участка вала: ![]() Для определения расстояния между опорами вала предварительно находим: - длина ступицы зубчатого колеса lст=80 мм - расстояние от торца ступицы до внутренней стенки корпуса ∆=8мм. - толщина стенки корпуса: ![]() - ширина фланца корпуса: ![]() - диаметр соединительных болтов: ![]() - размеры для установки соединительных болтов: ![]() - ширина подшипника В=22 мм принята первоначально для подшипника 212 с внутренним посадочным диаметром 60 мм и наружным диаметром 110 мм. - размеры h1=14 мм и h2=10 мм назначены с учетом размеров крышек для подшипников с наружным диаметром 111 мм. - ширина мазеудерживающего кольца с=6мм и расстояние до подшипника f=6мм, (смазка подшипника пластичной смазкой (V=2,939 м/с<3 м/с), поэтому мазеудерживающие кольца lk≈18мм Таким образом, расстояние между опорами вала равно: ![]() так, как колесо расположено на валу симметрично относительно его опор, то а=в=0,5*l=0.5*138=69 мм ![]() Конструирование вала: Диаметры: - выходного участка вала d1=40 мм - в месте установки уплотнений d2=55 мм - в месте установки подшипника d3=60 мм - в месте посадки колеса d4=63 мм Длины участков валов: - выходного участка l1=2d1=2*40=80 мм - в месте установки уплотнений l2=45 мм - под подшипник l3=B=22 мм - под мазеудерживающее кольцо l4=lk+2=18+2=20 мм - для посадки колеса l5=lСТ-4=80-4=76 мм Проверка статической прочности валов ![]() Радиальные реакции в опорах вала находим в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Составляющие радиальных реакций в направлениях окружной и радиальной сил на каждой из опор вала будут равны: ![]() Осевая реакция опоры 1 равна осевой силе: Fa=Fx=1810.82 H Максимальные изгибающие моменты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: ![]() Результатирующий изгибающий момент: ![]() Эквивалентное напряжение в опасном сечении вала: ![]() Напряжение изгиба вала: ![]() Напряжение сжатия вала: ![]() Напряжение кручение вала: ![]() Номинальное эквивалентное напряжение: ![]() Максимальное допустимое напряжение: ![]() Проверка статической прочности вала при ![]() ![]() Выбор подшипников качения тихоходного вала. Для опор тихоходного вала предварительно назначаем подшипник 212 с внутренним посадочным диаметром d=60 мм, динамическая грузоподъемность которого С=52000 Н и статическая грузоподъемность С0=3100 Н Для опоры 1: ![]() Отношение ![]() Х=0,56; Y=1.95, а расчетная динамическая нагрузка ![]() Для опоры 2: ![]() поэтому X=1; y=0 Расчетная динамическая нагрузка: ![]() С учетом режима нагружения (Т), для которого коэффициент интенсивности kE=0.8. расчетная эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник: ![]() Для 90% надежности подшипников (a1=1) и обычных условиях эксплуатации (a23=0.75) расчетная долговечность подшипников в милн.об: ![]() ![]() Расчетная долговечность подшипника в часах: ![]() что больше требуемого срока службы передачи. 4.Шпоночные соединения Выбор размера шпонок ![]() Для проектируемой сборочной единицы тихоходного вала выбираем следующие размеры призматических шпонок: -на выходном валу: bixhixli =14 x 9 x 70; ti1=5.5 мм - под ступицей колеса: bii x hii x lii =18 x 11 x 70; tii1=3 мм проверка прочности шпоночных соединений. Напряжение смятия боковых граней шпонки, установленной на выходном участке вала: ![]() |