3. Расчет редукторов на эвм

Программа расчета червячных редукторов имеет имя RED. Она разработана на алгоритмическом языке ФОРТРАН и реализует алгоритмы расчета червячной передачи, изложенный в [1] и цилиндрической передачи, изложенный в [2].

Результаты расчетов оформляются в виде распечаток табл.3.1 и табл.3.2, содержащих исходные данные для контрольной проверки, значения искомых геометрических и кинематических параметров, усилий в зацеплениях. В табл. 3.3 содержится список идентификаторов, используемых в распечатках.

Работа на ЭВМ осуществляется в соответствии с выдаваемой преподавателем инструкцией для пользователя, с которой следует внимательно ознакомиться.

4. Анализ результатов расчета

Итогом расчетов на ЭВМ является распечатка, в которой может быть приведено до 12 вариантов параметров цилиндрической передачи и до 4 вариантов червячной. Дальнейшая работа заключается в их оценке по ряду критериев и выборе наиболее рационального варианта. Критериями оценки в порядке их приоритетности служат условия:

- наличия необходимого зазора К между тихоходным валом и колесом червячной передачи в червячно-цилиндрическом редукторе (рис.3);

- наличия необходимого для сборки пространства между элементами конструкции в цилиндрическо-червячном редукторе (рис.3 – параметр К1).

- минимума объема, занимаемого передачами редуктора;

- максимума коэффициента полезного действия червячной передачи.

Таблица 3.1

PACЧEТ PEДУКТOPA

КАФЕДРА ТПММ

ДИСЦИПЛИНА ДЕТАЛИ МАШИН

СТУДЕНТ(Ф.И.О.) Петров В.В.

ГРУППА МАХ-31

ЗАДАНИЕ(ВАРИАНТ) 18-1

ДВУXCТУПEНЧAТЫЙ ЧEPВЯЧНO-ЦИЛИНДPИЧECКИЙ PEДУКТOP

ЧEPВЯЧНAЯ ПEPEДAЧA

ИCXOДHЫE ДAHHЫE

ПEPEДAЧA БЫCTPOXOДHAЯ

MOЩHOCTЬ HA BAЛУ KOЛECA,KBT .86

PECУPC PAБOTЫ ПEPEДAЧИ, Ч 8000.

KOЭФФИЦИEHT AЛЬФA 1.00 .70 .50 .00

KOЭФФИЦИEHT БЭTA .20 .30 .50 .00

ЧACTOTA BPAЩEHИЯ ЧEPBЯKA,OБ/MИH 2810.00 1420.00 920.00 700.00

ПEPEДATOЧHOE ЧИCЛO ПEPEДAЧИ 25.00 12.50 8.00 8.00

HOMEP MATEPИAЛA 1 5 9 15

PEЗУЛЬTATЫ PACЧETA

MATEPИAЛ ЧEPBЯЧHOГO KOЛECA БP.OФ БP.OЦC БP.AЖ ЛAЖМЦ66-

10-1 З 5-5-5 М 9-4 М 6-3-2 М

CKOPOCTЬ CKOЛЬЖEHИЯ,M/C 6.32 3.30 1.72 1.31

ЧACTOTA BPAЩEHИЯ ЧEPBЯЧHOГO

KOЛECA,OБ/MИH 112.40 113.60 115.00 87.50

МОМЕНТ КРУЧЕНИЯ НА ВАЛУ ЧЕРВЯКА,H*M 3.69 7.30 11.27 14.81

MOMEHT KPУЧEHИЯ HA BAЛУ

ЧEPBЯЧHOГO KOЛECA(T2),H*M 73.06 72.29 71.41 93.86

ЧИCЛO ЗAXOДOB ЧEPBЯKA(Z1) 2. 4. 4. 4.

ЧИCЛO ЗУБЬEB ЧEPBЯЧHOГO KOЛECA(Z2) 50. 50. 32. 32.

MEЖOCEBOE PACCTOЯHИE ПEPEДAЧИ(AW),MM 100. 100. 80. 80.

OCEBOЙ MOДУЛЬ(M),MM 3.15 3.15 4.00 4.00

KOЭФФИЦИEHT ДИAMETPA ЧEPBЯKA(Q) 14.0 14.0 8.0 8.0

KOЭФФИЦИEHT CMEЩEHИЯ ИHCTPУMEHTA(X) -.254 -.254 .000 .000

ДEЛИTEЛЬHЫЙ УГOЛ ПOДЬEMA

BИTKA ЧEPBЯKA,ГPAД 8.13 15.95 26.57 26.57

HAЧAЛЬHЫЙ УГOЛ ПOДЬEMA

BИTKA ЧEPBЯKA,ГPAД 8.43 16.51 26.57 26.57

OKPУЖHAЯ CKOPOCTЬ HA HAЧAЛЬHOM

ДИAMETPE ЧEPBЯKA,M/C 6.25 3.16 1.54 1.17

ДEЛИTEЛЬHЫЙ ДИAMETP ЧEPBЯKA(D1),MM 44.10 44.10 32.00 32.00

HAЧAЛЬHЫЙ ДИAMETP ЧEPBЯKA(DW1),MM 42.50 42.50 32.00 32.00

ДИAMETP BEPШИH BИTKOB(DA1),MM 50.40 50.40 40.00 40.00

ДИAMETP BПAДИH BИTKOB(DF1),MM 36.54 36.54 22.40 22.40

ДЛИHA HAPEЗAHHOЙ ЧACTИ ЧEPBЯKA(B1),MM 54. 63. 74. 74.

ДИAMETP ДEЛИTEЛЬHOЙ OKPУЖHOCTИ

KOЛECA(D2),MM 157.50 157.50 128.00 128.00

ДИAMETP BEPШИH ЗУБЬEB KOЛECA(DA2),MM 162.20 162.20 136.00 136.00

ДИAMETP BПAДИH ЗУБЬEB KOЛECA(DF2),MM 148.34 148.34 118.40 118.40

HAИБOЛЬШИЙ ДИAMETP KOЛECA(DAM2),MM 166.93 165.35 140.00 140.00

ШИPИHA BEHЦA KOЛECA(B2),MM 38. 34. 27. 27.

OKPУЖHAЯ CИЛA HA KOЛECE(FT2),H 927.80 918.00 1115.81 1466.50

OCEBAЯ CИЛA HA KOЛECE(FA2),H 165.63 312.52 629.92 836.38

PAДИAЛЬHAЯ CИЛA(FR2),H 337.69 334.12 406.12 533.76

KOЭФФИЦИEHT ПOЛEЗHOГO ДEЙCTBИЯ .83 .87 .89 .88

ФAKTИЧECKOE ПEPEДATOЧHOE ЧИCЛO 25.00 12.50 8.00 8.00

TEMПEPATУPA MACЛA,ГPAД 46.83 39.48 44.77 46.99

Таблица 3.2

ДВУXCТУПEНЧAТЫЙ ЧEPВЯЧНO-ЦИЛИНДPИЧECКИЙ PEДУКТOP

ЗУБЧAТAЯ ЦИЛИНДPИЧECКAЯ ПEPEДAЧA

КАФЕДРА ТПММ

ДИСЦИПЛИНА ДЕТАЛИ МАШИН

СТУДЕНТ (Ф.И.О.) Петров В.В.

ГРУППА МАХ-31

ЗАДАНИЕ (ВАРИАНТ) 18-1

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

ПЕРЕДАЧА ТИХОХОДНАЯ

ТИП ПЕРЕДАЧИ 4.

ТИП РЕДУКТОРА 9.

МОЩНОСТЬ НА ВАЛУ КОЛЕСА,КВТ .83

РЕСУРС РАБОТЫ ПЕРЕДАЧИ, ЧАС 8000.

КОЭФФИЦИЕНТ ШИРИНЫ ПО МЕЖОСЕВ. РАССТОЯНИЮ .315

ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ШЕСТЕРНИ, ОБ/МИН 112.40 113.60 115.00 87.50

ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО ПЕРЕДАЧИ 6.30 6.30 6.30 4.50

ОТНОШЕНИЕ ТМАХ/ТНОМ 2.20 2.20 2.20 1.70

КОЭФФИЦИЕНТ ALFA 1.00 .70 .50 .00

КОЭФФИЦИЕНТ BETA .20 .30 .50 .00

ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРНИ,HRC 28.0 48.0

ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ КОЛЕСА,HRC 25.0 25.0

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ МАТЕРИАЛА ШЕСТЕРНИ, МПА 750. 750.

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ МАТЕРИАЛА КОЛЕСА, МПА 640. 640.

PEЗУЛЬTATЫ PACЧETA

------------------------------------------------------------------

: : T1 : T2 : N2 : AW : MN : BET : STT :

: : H*M : H*M :OБ/MИH : MM : MM : ГPAД : :

: :---------------------------------------------------------

: U : UF : Z1 : Z2 : B1 : B2 : D1 : D2 :

: : : : : MM : MM : MM : MM :

: :---------------------------------------------------------

: : DA1 : DA2 : DF1 : DF2 : FT : FR : FA :

: : MM : MM : MM : MM : H : H : H :

------------------------------------------------------------------

: ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ: ШЕСТЕРНИ 28.0 HRC КОЛЕСА 25.0 HRC :

:----------------------------------------------------------------:

: : 73.06: 437.82: 18.01: 160. : 1.750: 8.17: 10. :

: 6.30 : 6.24: 25. : 156. : 56. : 50. : 44.20: 276. :

: : 47.70: 279.30: 39.82: 271.43: 3174.89:1167.42: 455.97:

:----------------------------------------------------------------:

: : 72.29: 433.19: 18.21: 160. : 1.750: 8.17: 10. :

: 6.30 : 6.24: 25. : 156. : 56. : 50. : 44.20: 276. :

: : 47.70: 279.30: 39.82: 271.43: 3141.35:1155.09: 451.16:

:----------------------------------------------------------------:

: : 71.41: 427.92: 18.43: 160. : 1.750: 8.17: 10. :

: 6.30 : 6.24: 25. : 156. : 56. : 50. : 44.20: 276. :

: : 47.70: 279.30: 39.82: 271.43: 3103.11:1141.03: 445.66:

:----------------------------------------------------------------:

: : 93.86: 400.28: 19.70: 140. : 1.500: 7.66: 10. :

: 4.50 : 4.44: 34. : 151. : 49. : 44. : 51.46: 229. :

: : 54.46: 231.54: 47.71: 224.79: 3502.95:1286.45: 471.26:

:----------------------------------------------------------------:

: ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ: ШЕСТЕРНИ 48.0 HRC КОЛЕСА 25.0 HRC :

:----------------------------------------------------------------:

: : 73.06: 433.36: 18.20: 125. : 2.000: 12.58: 10. :

: 6.30 : 6.18: 17. : 105. : 44. : 39. : 34.84: 215. :

: : 38.84: 219.16: 29.84: 210.16: 4028.20:1502.20: 898.80:

:----------------------------------------------------------------:

: : 72.29: 428.78: 18.39: 125. : 2.000: 12.58: 10. :

: 6.30 : 6.18: 17. : 105. : 44. : 39. : 34.84: 215. :

: : 38.84: 219.16: 29.84: 210.16: 3985.65:1486.33: 889.30:

:----------------------------------------------------------------:

: : 71.41: 423.56: 18.62: 125. : 2.000: 12.58: 10. :

: 6.30 : 6.18: 17. : 105. : 44. : 39. : 34.84: 215. :

: : 38.84: 219.16: 29.84: 210.16: 3937.13:1468.24: 878.47:

:----------------------------------------------------------------:

: : 93.86: 399.71: 19.73: 112. : 1.750: 12.43: 10. :

: 4.50 : 4.43: 23. : 102. : 39. : 35. : 41.22: 183. :

: : 44.72: 186.28: 36.84: 178.41: 4373.54:1630.04: 963.93:

: _____________________________________________________________________________:

Таблица 3.3

Список идентификаторов

Идентификатор	Математическое обозначение параметра	Наименование параметра
T1, T2 AW В1, В2 BET D1, D2 DA1, DA2 DF1, DF2 FT, FR, FA MN N2 ST U, UF Z1, Z2	T1, T2 aw b1, b2  d1, d2 da1, da2 df1, df2 Ft, Fr, FA m n2 - u, uф z1, z2	Крутящие моменты на валах шестерни и колеса Межосевое расстояние Ширина венца шестерни и колеса Угол наклона зуба Диаметры делительных окружностей шестерни и колеса Диаметры окружностей вершин зубьев шестерни и колеса Диаметры окружностей впадин зубьев шестерни и колеса Окружная, радиальная, осевая силы в цилиндрическом зацеплении Модуль нормальный Частота вращения вала колеса Степень точности передач Стандартное и фактическое передаточные числа Числа зубьев шестерни и колеса

Примечание: индекс 1 соответствует шестерне, индекс 2 колесу.

В ряде случаев большое значение могут играть экономические факторы, т.е. затраты на изготовление и термообработку передач. Задачу выбора рационального варианта редуктора следует решать не изолированно для каждой передачи, а необходимо анализировать в целом параметры компоновочной схемы редуктора, которая строится по материалам распечаток.

При построении принципиальной компоновочной схемы очерчиваются только габариты зубчатых и червячных колес без детальной проработки конструкций. Построение удобно выполнять на миллиметровой бумаге в некотором масштабе, чтобы наглядно были видны пропорции конструкции редуктора. Примеры компоновочных схем различных редукторов приведены на рис.3.

Параметры построенной компоновочной схемы оцениваются в соответствии со следующим алгоритмом:

1. Для всех вариантов расчета червячно-цилиндрических редукторов определяется зазор между тихоходным валом и колесом червячной ступени К по формуле

мм (9)

где a_w(Т) – межосевое расстояние тихоходной ступени редуктора, мм (см. распе-

Рис. 3. Компоновочные схемы редукторов

7 – двухступенчатый червячный; 8 – двухступенчатый цилиндрическо-червячный; 9 – двухступенчатый червячно-цилиндрический: а – с верхним расположением червяка; б - с нижним расположением червяка.

чатку); d_aM2(Б) – максимальный диаметр колеса червячной ступени, мм; d_в(Т) – диаметр тихоходного вала, ориентировочное значение которого определяется как d_в(Т) = d_вmin + (6…10), мм.. (10)

В свою очередь мм (11)

где Т_2(Т) – момент на тихоходном валу (см. распечатку), Нм; [_K] – допускаемые напряжения при кручении, равные 15...25 МПа.

Считается, что для рациональной конструкции редуктора описанный выше зазор должен быть не менее 3 мм, поэтому из дальнейшего рассмотрения исключаются варианты, где К  3 мм.

2. Для всех вариантов расчета цилиндрическо-червячных редукторов следует оценить габариты цилиндрической ступени, которая должна полностью разместиться на нижней части корпуса, где находится червячная ступень. Из дальнейшего рассмотрения следует исключить те варианты, у которых габариты цилиндрической передачи выходят за уровень плоскости разъема корпуса червячной передачи. Как показывает опыт проектирования, минимально

необходимое значение размера К1 составляет 30...50 мм.

3. Для всех вариантов, оставшихся после оценки параметров и К1, определяется расчетный объем, занимаемый передачами

V = L₁L₂L₃, мм³ (12)

где L₁, L₂, L₃ – габариты по длине, ширине и высоте, которые находятся по материалам распечаток с использованием аналитических выражений, аналогичных формулам для зазоров.

Например, для двухступенчатого червячно-цилиндрического редуктора

Габарит по длине L₁

, мм (13)

где d_аМ2(Б) – наибольший диаметр червячного колеса, мм;

a_w(Т) – межосевое расстояние тихоходной цилиндрической передачи, мм; d_а2(Т) – диаметр окружности выступов цилиндрического колеса тихоходной передачи, мм.

Габарит по ширине L₂

, мм (14)

где b_2(Б) – ширина зубчатого венца червячного колеса быстроходной передачи; b_1(Т) - ширина зубчатого венца шестерни цилиндрической передачи.

Габарит по высоте L₃ равен

, мм (15)

где a_w(б) – межосевое расстояние быстроходной червячной передачи, мм; d_а1(б) – диаметр вершин витков червяка, мм; d_а2(Т) – диаметр окружности выступов цилиндрического колеса тихоходной передачи, мм.

Очевидно, что рациональному варианту соответствует минимальный расчетный объем V. Вместе с ним в ряде случаев, например, при установке электродвигателя на корпус редуктора предпочтение может быть отдано другому варианту, размеры которого позволяют установить электродвигатель необходимых габаритов.

4. Для всех вариантов подсчитывается разность погружения зубчатых колес в масляную ванну.

Величина разности уровней погружения зубчатых колес в масляную ванну определяется по формуле

с = (16)

Близкие по объему варианты для принятия окончательного решения необходимо проверить по условию обеспечения нормальных условий смазки. При этом меньшее по диаметру колесо должно быть погружено в масляную ванну на высоту зуба, что приведет к погружению в масло колеса максимального диаметра на глубину m. Максимальное погружение тихоходного колеса в масляную ванну m  1/6  d_a2(т).

5. Близкие по объему варианты для принятия окончательного решения необходимо оценить по величине коэффициента полезного действия червячной

передачи и по условию обеспечения нормальных условий смазки. Все габариты, входящие в выражения (9)...(16), следует брать из распечаток расчета редуктора.

Материалы анализа компоновочной схемы удобно обобщить в табличном виде. В качестве примера дана табл.4.1 для червячно-цилиндрического редуктора.

Таблица 4.1