Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Детали машин. Ч. 1. Механические передачи

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
24.11.2025
Размер:
4.13 Mб
Скачать

Y

– коэффициент, учитывающий наклон зубьев – Y 1 для прямых

зубьев и Y 1 ( o /140) для непрямых;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

– коэффициент, учитывающий

перекрытие

зубьев

 

Y 1 и

Y 1/

 

для непрямых зубьев

 

1,88

3,3

1

 

1

cos

n

.

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

z

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Расчет производят по тому зубчатому колесу пары, у которого меньше отношение FP1,2 / YF1,2.

4.6. Примеры расчета конической зубчатой передачи

Пример 1.

Рассчитать прямозубую коническую зубчатую передачу при данных, приведенных в примере 3.5.1 р. 3.5. Опоры – роликовые подшипники.

Передача выполнена по схеме 1 рис. 4.3.

90o, n1 945 миноб , u 3,15, T1 100 Н м, T2 296,611 Н м, n2 300 миноб ,

передачанереверсивная,

L = 5 лет, Kгод 0,8; Kсут 0,7;

материал – Сталь 40Х; ТО – улучшение(табл. 3.5). НВ1 270,

НВ2 230,

НР 374,2 МПа,

FP1 278 МПа,

FP2

231 МПа,

 

 

Kbe 0,3, Z1 16,

Z2 Z1 u 16 3,15 50,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' ''

'

''

 

 

 

 

2 arctg3,15 72 387422 72 2315 , 1 17 3645 ,

 

 

 

x1 0,03 0,008 u 2,5 0,03 0,008

3,15 –2,5 0,0352,

x2

0,0352.

Определяем по (4.4) при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

Kbe

 

 

 

0,3

 

 

0,556

 

(2

Kbe ) tg 1

(2 0,3) tg17o36'45''

 

 

 

 

 

 

 

из рис. 4.3 KH 1,18; см. р. 4.3.1 – для прямозубых передач

 

 

de1 101

3

 

296611

1,18 1 1,3

 

123,65 мм,

0,85 374,22 1 0,3 0,3

3,152

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где vH 0,85

для прямых зубьев KА 1, табл. 4.5;

KHV 1,3,

табл. 4.11;

m

de1

 

123,6 8 мм;

d

e1

m

z 8 16 128 мм;

te

z1

 

 

16

 

 

te

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

de2 mte z2 8 50 400 мм.

121

Внешнее конусное расстояние

Re

 

de1

128

212 мм.

2

sin 1

 

2 sin17 36'45''

 

 

 

Ширина зубчатого венца bw Kbe Re 0,3 212 64, принимаем

bw Kbe bwRe 21255 0,26.

Средний начальный диаметр dm1 de1 1 0,5 128 1 0,5 0,26 112,

dm2 400 1 0,5 0,26 350 мм.

Среднее конусное расстояние Rm Re 0,5b 212 0,5 55 184,5 мм.

Средний модуль m

m

Rm

 

8 184,5

 

7 мм.

R

 

m

 

 

te

212

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

Число зубьев эквивалентных зубчатых колес

Zvt

 

 

Z1

 

 

 

 

16

 

 

16,8;

cos 1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

cos17 36'45''

 

 

 

Z

vt2

 

 

Z2

 

 

 

50

 

 

165.

 

cos 2

'

''

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos72 2315

 

 

 

Ширина зубчатого венца bw Kbe Re 0,26 212 55 мм. Окружная скорость по среднему делительному диаметру

V

 

dm1n1

 

112 945

5,5 м.

 

 

m

 

60 1000

 

60 1000

с

 

 

 

По таблице 3.7 назначаем степень точности передачи Ст 8.

Пpоверка на контактную выносливость

Окружная сила в зацеплении

Ft 2000 T2 2000 296,611 1695 H. dm2 350

Коэффициент, учитывающий распределения нагрузки, для прямых зубьев KH 1, тогда удельная расчетная окружная силы

WHt Fbt KH KH KHV KA 169555 1 1,18 1,24 1 45 [ммН ].

122

Расчетные контактные напряжения H , Н/мм2, при ZH 1,77 – коэф-

фициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев (4.2.1) [9]; ZE 275 МПа коэффициент, учитывающий механические свойства

материалов колес; Z 1 – коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий.

H ZH ZE Z

wHt u2 1

1,77 275 1

45 3,152 1

342 374,2.

0,85 dm1 u

0,85 112 3,15

 

 

 

Условие выполнено. При значительном расхождении можно уточнить длину зуба b = b HHP)2.

Расчет зубьев на выносливость при изгибе

1)KFV 1,48 – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку

взацеплении (табл. 4.11);

2)KF 1,42 – коэффициент, учитывающий неравномерность распре-

деления нагрузки по ширине венца на рис. 4.3;

3) KF 1 – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;

4) YFS1 4,25,

YFS1 3,59

коэффициент, учитывающий форму зуба

при Zvt1 16,8 и при Zvt2

165 (рис. 3.9).

 

 

 

Рассчитаем соотношение

 

 

 

 

 

FP1

 

278

65 FP2

 

237

66.

 

 

3,59

 

Y

4,25

Y

 

 

 

FS1

 

 

FS 2

 

 

 

Расчет ведем по шестерне.

5) Удельная расчетная окружная сила, ммН

 

 

w

 

Ft

 

K

F

K

FV

K

F

K

A

1695 1,42 1,48 1 1 65.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ft

 

b

 

 

 

 

 

55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетное напряжение изгиба зуба, МПа

 

 

 

F1

 

 

wFt

 

Y

Y

Y

 

65

 

 

4,25 1 1 46,42 278

HP1

,

0,85 m

 

0,85 7

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где для прямых зубьев Y 1, Y 1. Условие выполнено.

123

Пример 2.

Рассчитать коническую зубчатую передачу с круговыми зубьями при данных, приведенных в примере 1. Опоры – роликовые подшипники, передача выполнена по схеме 1, рис. 4.3.

Σ 90o , n1 945 миноб , u 3,15, T2 296,611 Нм, n2 300 миноб ;

передача нереверсивная, L 5лет, Kгод 0,9, Kсут 0,7;

материал – сталь 40х, ТО – улучшение;

HB1 270, HB2 230, HP 374,2МПа;

FP1 278 МПа, FP2 237 МПа;

Kbe 0,3, z1 16, z2 z1 u 16 3,15 50;

2 arctg3,15 72о387422 72о2315' '';1 17о36'45''.

Проектировочный расчет на контактную выносливость:

 

 

 

 

K

0,3

 

 

Определяем:

b

be

 

 

0,556.

2 Kbe tg 1

2 0,3 tg17о36'45''

 

 

1,18 по рис. 4.3.

 

 

 

Определяем: KH

 

 

 

Расчетный внешний диаметр шестерни, мм, определяем по формуле

(4.4):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

de1

90

 

 

296611 1,18 1 1,3

 

84,56.

1,88 374,22 1 0,3 0,3

3,152

 

 

 

 

KA 1 коэффициентвнешнейдинамическойнагрузкиГОСТ21354-87. KH 1,3 – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в за-

цеплении принимаем предварительно (табл. 4.11).

H 1,22 0,21 u 1,22 0,21 3,15 1,88 (табл. 4.6) при

HB1,2 350,

Kd 90 при круговых зубьях.

 

 

 

Модуль внешний окружной, мм

 

m

de1

84,56 5,5.

 

te

z1

16

 

 

 

Принимаем средний нормальный модуль, мм

m

 

mte cos n

 

5,5 cos35

3,92 4.

 

 

n

1 0,5 Kbe

 

1 0,5 0,252

 

 

 

 

124

Средние делительные диаметры, мм

dm1 4 16 64, dm2 4 50 200.

Среднее конусное расстояние, мм

R

mn z12

z22

4

162 502

128,175.

 

 

 

m

2cos

n

 

2cos35

 

 

 

 

Внешние делительные диаметры:

R

mte

z12 z22

5,5

162 502

144,368.

 

 

 

e

2

 

2

 

 

 

 

 

Рабочая длина зуба, мм:

bw Re Kbe 144,368 0,252 36,38 36.

По формуле (4.3):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

cos3

m

 

xn e 1

xn e 1

b 1

 

 

 

 

.

u2

z1

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

xn1

2.4

 

 

1

 

cos335

 

1

 

 

 

.

3,152

16

 

 

 

 

 

 

 

Выбираем коэффициент смещения: xn1 0,6, xn2 xn1 0,6; коэффициент изменения толщины зубьев шестерни (4.2):

x 1 x 2 a

u 1 0,14

3,15 1 0,11.

Окружная скорость, м/c: V 64 945 3,2. 60 1000

Степень точности назначаем по табл. 3.10 Ст. 9. Окружная сила в зацеплении, Н:

Ft 2000 T2 2000 296,611 2966,11 Н. dm2 200

Расчетные контактные напряжения, МПа

 

w u2

1

H zH zE z

Ht

 

vH dm1 u .

125

Удельная расчетная окружная сила, Н/мм

Ht Fbt KH KH KHV KA,

где коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями

KH 1,13, KF 1,35 табл. 4.9.

Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку KHV 1,06

табл. 4.11.

Коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку KA 1,

табл. 4.5, режим нагружения двигателя равномерный. Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий KH 1,17, рис. 4.3,

при b

 

0,252

0,454;

2

0,252 tg17о36'45''

 

 

wHt 296636 1,13 1,17 1,06 1 115;

Z 275МПа1 2,

Z

 

1

 

 

1

 

0,87;

 

 

1,32

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[1,88 3,2(

1

 

1

)] cos n

[1,88 3,2(

1

 

 

1

)] cos35 1,32;

 

 

16

50

 

Z1

Z2

 

 

 

 

 

 

 

 

vH 1,22 0,21 u 1,22 0,21 3,15 1,88 (табл. 4.6);

H 1,45 275 0,87

115

3,152 1

345 374,2 HP.

1,88

64

3,15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Призначительномрасхожденииможноуточнитьвеличину b = b HHP)2. Условие прочности выполнено.

Проверка расчетных напряжений изгиба

 

F1,2

Y

Y

Y

wFt

, МПА.

 

 

FS1,2

 

 

F mm

 

 

 

 

 

 

 

Удельная расчетная окружная сила при изгибе, ммH

wFt Fв KF KFv KF KFA 296636 1,32 1,12 1,35 1 164,

126

где KFv = 1,12, табл. 4.11, KF = 1,32, рис. 4.3;

 

 

 

при Ь

= 0,454, KF = 1,35, табл. 4.9; KFA = 1, табл. 4.5.

 

Из рис. 3.8 YF1 3,51, xn1 0,6,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z1 n

Z1

 

 

 

 

16

 

 

 

30,5.

 

 

cos cos3

cos17 36'45" cos3 35

 

 

 

1

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

YF 2 3,6 при xn2 0,6

и

Z2 n

 

 

 

50

 

 

 

301.

 

cos72 23'15" cos3

35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y 1 35

0,75,

Y

 

1

 

 

1

0,758,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

140

 

 

 

 

 

1,32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vF 0,94 0,08 u 0,94 0,08 3,15 1,192 (табл. 4.6).

Найдем отношения

FP1

 

278

79,2

FP2

 

237

65,8.

Y

 

3,51

 

Y

 

3,6

 

F1

 

 

 

F 2

 

 

 

Расчет ведем по колесу, так как отношение меньше

F 2 3,6 0,75 0,758

164

70 237 FP2.

1,192 4

 

 

Условие прочности выполнено.

Пример 3.

Примеры расчета геометрических параметров ортогональных конических передач с круговыми зубьями приведены в табл. 4.10.

Таблица 4.10

Примеры расчета геометрических параметров ортогональных конических передач с прямыми и тангенциальными зубьями

Параметры

Обозначения и расчетные формулы

Числовые значения

прямые

тангенциаль-

 

 

 

 

зубья

ные зубья

 

1

 

2

3

4

 

 

 

Исходные данные

 

 

Число

 

Шестерня

z1

16

16

зубьев

 

 

 

 

 

 

Колесо

z2

50

50

Внешний

 

окружной

me

8

модуль, мм

 

нормальный

mne

4

 

 

 

 

 

127

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 4.10

1

 

 

 

 

2

 

 

 

3

4

Внешний

торцовый

 

 

 

 

 

 

По ГОСТ

исходный

 

 

 

 

 

 

 

13754-68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

контур

нормальный

 

 

 

 

 

 

По ГОСТ

 

 

 

 

 

 

 

 

13754-68

Внешний угол наклона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ne

 

 

 

0

15

зубьев,°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Направление

Шестерня

 

 

 

 

 

 

Правое

линии зуба

Колесо

 

 

 

 

 

 

Левое

1. Число зубьев плоского

 

 

Расчет

 

 

 

 

z

c

 

z2

z2

 

52,4976

52,4976

колеса

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

2. Внешний окружной мо-

mte mne

cosβne

 

4,1411

дуль, мм

 

 

3. Внешнее конусное рас-

Re 0,5mezc

 

209,9905

108,6989

стояние, мм

 

 

4. Осевая форма венца, мм

 

 

 

 

 

 

I

II

5. Шириназубчатого венца,

 

 

b 0,3Re

 

 

63

32

мм

 

 

 

 

 

6. Коэффициент ширины

 

 

Kbe b Re

 

 

0,3

0,2944

зубчатого венца

 

 

 

 

7. Среднееконусноерас-

R Re 0,5b

 

178,4905

92,6989

стояние, мм

 

 

8. Средний угол наклона

sin n

Re sin ne

 

0

17°23'20"

зубьев

 

 

 

 

 

R

Re cos ne

 

 

 

9. Средний

нормальный

mn mneRcos n

3,4112

модуль, мм

окружной

m meR Re

 

6,7999

10. Средний

Шестерня

d1 mz1 mnz1

cos n

 

108,7991

56,5048

делительный

Колесо

d2 mz2 mnz2

cos n

 

399,9973

176,5776

диаметр, мм

 

11. Передаточное число

 

 

u z2

z1

 

 

3,125

3,125

12. Угол

Шестерня

 

 

tg 1 1 u

 

 

17°44'41"

17°44'41"

делительного

Колесо

 

 

2 1

 

 

72°15'19"

72°15'19"

конуса

 

 

 

 

13. Коэффи-

Шестерня

 

 

xe1 и xen1

 

 

0,46

0,46

циент смеще-

Колесо

xe2 xe1;

 

xen2 xen1

 

–0,46

–0,46

ния

 

 

14. Коэффи-

Шестерня

x 1β 0 0,03 0,008(u 2,5)

 

0,0352

0,0352

циентизмене-

 

x 1тангенциальное 0

 

 

 

ния толщины

 

 

 

 

 

 

зубьев

Колесо

 

 

x x 1

 

 

–0,0352

–0,0352

15. Внешняя

Шестерня

 

 

 

*

 

 

 

11,68

высотаголов-

 

hae1 ha xe1 me

 

 

 

 

*

 

xne1 mne

 

 

 

ки зуба, мм

 

 

 

 

 

5,84

 

 

hae1 ha

 

 

 

Колесо

hae2 ha* xe2 me

 

4,32

 

 

hae2 ha* xne2 mne

 

2,16

128

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание табл. 4.10

 

1

 

 

 

 

 

2

 

3

4

16. Внешняя

Шестерня

 

 

 

 

*

*

 

 

 

высотаножки

 

 

h e1 ha

c xe1 me

5,92

зуба, мм

 

 

h e1 ha* c* xne1 mne

2,96

 

 

 

 

Колесо

 

h e2

ha* c* xe2 me

13,28

 

 

 

h e2

ha* c* xne2 mne

6,64

17. Внешняя

Шестерня

 

 

 

he1 hae1 h e1

17,6

8,8

высота зуба,

Колесо

 

 

he2 hae2 h e2

17,6

8,8

мм

 

 

18. Внешняя

Шестерня

 

se1 (0,5 2xe1tg x 1)me

15,5268

окружнаятол-

 

se1 (0,5 2xne1tg n x 1)mte

 

 

щиназубьев,

 

 

8,0372

мм

Колесо

 

se2 (0,5 2xe2tg x )me

9,6059

 

 

 

 

se2 (0,5 2xne2tg n x )mte

4,9724

19. Эксцентриситет, мм

 

 

 

 

rt Re sin ne

 

28,1333

20. Вспомогательный коэф-

 

 

1

 

(R b)2 r2

 

 

фициент

 

 

rt

 

 

(1

e

t )

1

1,0884

 

 

 

 

Kbe

R2

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

t

 

 

21. Уголнож-

Шестерня

 

θ arctg(h e1

Re )

1°36'53"

ки зубьев

 

 

arctg (ha* c*)mne rt arctg xne1mne

 

 

 

θ

1°46'56"

 

Колесо

 

 

 

 

Re

 

Re

 

 

 

 

 

θ arctg(h e2

Re )

3°37'07"

 

 

 

 

 

θ

 

arctg (ha* c*)mne arctg xne2mne

3°43'19"

 

 

 

 

 

Re

rt

Re

 

 

22. Угол го-

Шестерня

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θ 1 θ

 

3°37'07"

3°43'19"

ловки зубьев

 

 

 

 

 

 

Колесо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θ θ

 

1°36'53"

1°46'56"

23. Угол ко-

Шестерня

 

 

 

1 θ

21°21'48"

21°27'60"

нуса вершин

 

 

 

 

Колесо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 θ

73°52'13"

74°02'15"

 

 

 

 

 

24. Угол ко-

Шестерня

 

 

 

1 θ

16°07'47"

15°57'45"

нуса впадин

 

 

 

 

Колесо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 θ

68°38'12"

68°32'47"

 

Задачи для самостоятельного решения

 

Задача 1. Определить внешний окружной модуль в конической передаче, если известно: модуль средний m 6,3 мм; длина зуба b 75 мм;

число зубьев шестерни z1 25; число зубьев колеса z2 50.

129

Задача 2. Определить силы, действующие в конической прямозубой зубчатой передаче, если дано: мощность N 10,9 кВт; частота вращения

вала шестерни n1 235 об/мин; z1 25 модуль наружный mв 8 мм; ширина зуба b 70 мм.

Задача 3. Определить геометрические параметры закрытой конической зубчатой передачи при следующих данных: передаваемая мощность N 14 кВт; частота вращения вала шестерни n1 980 об/мин, ведомого

вала n2 490 об/мин. Материал колес – сталь 45 нормализованная. На-

грузка переменная, циклограмма нагружения [19]. Срок службы передачи

Lh 10000 ч.

Задача 4. Определить основные размеры открытой конической прямозубой передачи по следующим данным: мощность на валу шестерни N 14 кВт; частота вращения шестерни n1 45 об/мин; передаточное число

u 3; число зубьев шестерни z1 20; материал шестерни и колеса – сталь

45 нормализованная; нагрузка переменная; режим нагружения – средний нормальный [19]. Кратковременные перегрузки (Nпус 1,8N кВт) состав-

ляют 0,01N циклов. Срок службы передачи Lh 15000 ч.

Задача 5. Определить крутящий момент, который может передать прямозубая коническая передача при следующих данных: внешний модуль mв 6 мм; число зубьев шестерни z1 20; передаточное число u 2; час-

тота вращения шестерни n1 100 об/мин; длина зуба b 0,25Re (Re – ко-

нусное расстояние). Материал колес – сталь 45 улучшенная; режим нагружения – тяжелый (рис. 1.8, в); срок службы передачи Lh 12000 ч.

Таблица 4.11

Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку

Степень

Твердость

Коэффициенты

Окружная скорость колес V, м/с

точности

зубьев

 

 

 

3

5

8

 

 

 

 

а

kHV

1,15/1,06

1,24/1,10

1,48/1,19

8

kFV

1,30/1,12

1,48/1,19

1,96/1,38

 

б

kHV

1,09/1,03

1,15/1,06

1,30/1,12

 

 

kFV

1,09/1,03

1,15/1,06

1,30/1,12

 

 

 

а

kHV

1,12/1,06

1,28/1,11

1,56/1,22

9

kFV

1,33/1,12

1,56/1,22

2,25/1,45

 

б

kHV

1,09/1,03

1,17/1,07

1,35/1,14

 

 

kFV

1,09/1,03

1,17/1,07

1,35/1,14

 

 

130