Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчёты механических передач приводов транспортно-технологических машин. Учебное пособие
.pdf
4.8.3 Определение коэффициента динамичности нагрузки КFV
FFβ Fα FV
1 4 1 0 1 25 1 75K K K K , , , , .
V
z
1
V1
1
25
26 2
17 354
z
z,
cos cos ,
2
V2
2
80
269 7
72 646
z
z , .
cos cos ,
F1
3 87Y,
F2
36Y,
2 F F2
F2 2
22
2m
2360 2360 244 57 1 75 3 6
120 3 МПа 210 9 МПа
80 42 2 999
F
T K Y , , ,
, , .
z b m ,
По таблице 1.12 выбирают значение коэффициента динамичности нагрузки
К
в зависимости от степени точности изготовления передачи 8-В
FV
ГОСТ 1758-81 [14], окружной скорости зубчатых колес V = 2,89 м/с и
разновидности передачи – в данном случае – прямозубая коническая передача: KFV
=1,25.
4.8.4 Определение коэффициента нагрузки
4.8.5 Определение эквивалентного числа зубьев и коэффициента формы
зубьев
Эквивалентное число зубьев
зубчатых колес для прямозубых конических
передач равно:
‒ для шестерни
‒ для колеса
В зависимости от значения эквивалентного числа зубьев по таблице 1.13
коэффициенты формы зубьев равны:
‒ для шестерни
‒ для колеса
;
.
4.8.6 Расчет передачи на изгибную прочность
Расчетное напряжение изгиба на зубьях колеса:
;
Условие изгибной прочности на зубьях колеса выполнено.
Расчетное напряжение на зубьях шестерни:
71
F1
F1 F2 F1
F2
3 87
120 3 129 35МПа 241 7МПа
36
Y,
, , , .
Y,
.
ном
эд
max
ПГ
тр
эд ном
75
2 4 2 92
6 157
Р
Т,
, , .
Р T ,
T2
Hmax
2,8 2,8 375 1050 МПа.
1
Fmax1
2,74 HB 2,74 235 643,9 МПа;
2
Fmax2
2 74 2 74 205 561 7 МПа., HB , ,
Hmax H ПГ
Hmax
455 99 2 92 779 2 МПа 1050 МПа, , , .
Fmax1 F1 ПГ
Fmax1
129,35 2,92 377,7 МПа 643,9 МПа;
Fmax2 F2 ПГ
Fmax2
120,3 2,92 351,28МПа 561,7 МПа.
Условие изгибной прочности на зубьях шестерни также выполнено.
4.9 Расчет передачи на кратковременную пиковую нагрузку
4.9.1 Коэффициент перегрузки привода
4.9.2 Допускаемое контактное напряжение при расчете на пиковую нагрузку
4.9.3 Допускаемые изгибные напряжения при расчете на пиковую нагрузку:
‒ для материала шестерни
‒ для материала колеса
4.9.4 Пиковое контактное напряжение
Условие прочности выполнено, что гарантирует отсутствие контактных
повреждений на поверхностях зубьев зубчатых колес при частых пусках привода,
где используется данная зубчатая передача.
4.9.5 Пиковые напряжения изгиба:
‒ на зубьях шестерни
‒ на зубьях колеса
72
Выполнение данных условий гарантирует отсутствие усталостных поломок
33
1
t1 t2
m1
2 10 2 80,87 10
2129 Н.
75,97
T
FF
d
r1 a2 t1 1
cos 2129 20 cos17,354 740 Н.F F F tg tg
a1 r2 t1 1
sin 2129 20 sin17,354 231Н.F F F tg tg
t1
n1 n2
2129
2266 Н.
cos cos20
F
FF
зубьев и, следовательно, выхода из строя передачи при частых пусках привода.
4.10 Определение сил, действующих в коническом зацеплении
Окружная составляющая силы нормального давления на шестерне и колесе:
Радиальная сила шестерни
Осевая сила шестерни
Сила нормального давления
равна осевой силе колеса
равна радиальной силе колеса
в зацеплении
4.11 Вопросы для самопроверки и контроля по коническим передачам
1. Каковы основные достоинства конических зубчатых передач по сравнению
с другими зубчатыми передачами? Каковы их недостатки?
2. Почему одно из колес конической зубчатой передачи необходимо
устанавливать консольно относительно опор?
3. Назовите основные разновидности форм линии зубьев конических передач
и где (при каких условиях) они применяются?
4.
Из каких материалов изготавливают зубчатые колеса конических зубчатых передач?
5. Назовите основные виды термической обработки зубьев зубчатых колес
конических зубчатых передач.
6. Как определяются допускаемые контактные и изгибные напряжения для
зубьев конических передач?
73
7. Назовите основной параметр материала, который оказывает решающее
влияние на величину допускаемых контактных и изгибных напряжений.
8. Какой геометрический параметр определяют при проектном расчете
закрытой конической передачи?
9. Назовите причины, по которым могут выходить из строя конические
зубчатые передачи.
74
5 Расчет закрытых червячных передач
5.1 Общие сведения о закрытых червячных передачах
Червячные передачи – это зубчато-винтовой механизм, который предназначен
для передачи крутящего момента зацеплением с непосредственным контактом
витков червяка и зубьев червячного колеса, который имеет характерные черты как
зубчатых, так и винтовых передач. Передача крутящего момента червячной
передачей осуществляется при помощи червяка – винта с резьбой, по конструкции
близкой к трапецеидальной, и зубчатым венцом червячного колеса с зубьями особой
дугообразной формы, которая обеспечивает как удлинение контактных линий, так и
повышение изгибной прочности зубьев. Червячные передачи применяют для
передачи вращающего момента между валами, оси которых перекрещиваются в
пространстве, с целью получения большого передаточного числа при компактной
компоновке.
Достоинства:
− компактность, плавность и малошумность работы;
− постоянство передаточного числа;
− возможность получения самотормозящей передачи (использование в
подъемных механизмах);
− возможность реализации больших передаточных чисел (до 1000) в одной
ступени;
− высокая кинематическая точность (использование в делительных головках).
Недостатки:
− низкий КПД, вследствие скольжения витков червяка по зубьям колеса;
− необходимость применения дорогих антифрикционных материалов;
− значительное выделение тепла и, как следствие, необходимость принятия
специальных мер по интенсификации теплоотвода;
− склонность витков червяка и зубьев колеса к заеданию;
− повышенные требования к точности сборки и регулировки;
− повышенный износ колёс.
75
Наибольшее распространение, в зависимости от формы внешней поверхности
червяка, получили червячные передачи с цилиндрическими червяками (рисунки
5.1 – 5.4), так как они более просты по технологии изготовления и сборке. А также
обеспечивают достаточно высокую нагрузочную способность. Червячные передачи
с глобоидными червяками применяются ограниченно из-за повышенной сложности
в изготовлении, сборке и регулировке.
а) схема с верхним б) схема с боковым в) схема с нижним
червяком червяком червяком
г) верхний червяк Vs > 5 м/с д) боковой червяк е) нижний червяк V
≤ 5 м/с
s
Рисунок 5.1 – Червячные редукторы с различным расположением червяка
Поэтому данный раздел будет охватывать расчеты закрытых червячных
передач с цилиндрическими червяками по критериям контактной и изгибной
прочности, теплостойкости, с последующим определением их основных
76
геометрических параметров. Различают следующие разновидности ортогональных
червячных передач с цилиндрическими червяками: архимедовыми (обозначение
ZA), конволютными (ZN), эвольвентными (ZJ) и нелинейчатыми червяками с
поверхностями, образованными конусом (ZK) и тором (ZТ). Основные типы
червяков, применяемые в червячных передачах представлены на рисунке 5.2.
а) Архимедов червяк б) конволютный червяк в)эвольвентный червяк
Рисунок 5.2 – Основные разновидности червяков
При невысоких требованиях к нагрузочной способности и ресурсу в условиях
мелкосерийного производства, применяют архимедовы и конволютные червяки.
Витки архимедовых червяков имеют прямолинейный профиль в осевом сечении, в
торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью (в соответствии с
рисунком 5.2 а). Витки конволютных червяков имеют прямолинейный профиль в
77
сечении, нормальном к направлению витка, в торцовом сечении витки очерчены
удлиненной эвольвентой (в соответствии с рисунком 5.2 б). Нарезают архимедовы и
конволютные червяки на универсальных токарно-винторезных станках. Для
шлифования архимедовых червяков требуется круг, очерченный сложной кривой в
осевом сечении, что ограничивает их применение. Шлифование конволютных
червяков конусными кругами с прямолинейными образующими на обычных
резьбошлифовальных станках приводит к небольшому искривлению
прямолинейного профиля витка, поэтому такие червяки называют нелинейчатыми.
Червячные фрезы для нарезания червячных колес шлифуют тем же способом,
поэтому в результате получается правильное зацепление. Эвольвентные червяки по
конструкции близки к косозубым колесам с малым числом зубьев и очень большим
углом их наклона (в соответствии с рисунком 5.2 в). Профиль зуба в торцовом
сечении очерчен эвольвентой. Эвольвентные червяки с высокой твердостью
поверхности шлифуют плоской стороной шлифовального круга.
Основные геометрические параметры червячной передачи представлены на
рисунке 5.3.
78
Рисунок 5.3 – Геометрические параметры червячной передачи
5.2 Исходные данные
‒ вращающий момент на валу червяка T1, Н·м;
‒ вращающий момент на валу колеса T2, Н·м;
‒ частота вращения червяка n1, мин-1;
‒ частота вращения колеса n2, мин-1;
‒ передаточное число передачи u;
‒ срок службы передачи Lh, час;
‒ мощность нв тихоходном валу
2
Р
, кВт;
‒ мощность электродвигателя номинальная
ном
эд
Р
, кВт;
‒ отношение пускового момента к номинальному Т
max
/ Т
ном
;
‒ наличие реверса.
IV(Рабочий вал) I(Вал ЭД) 1(II) 2(III)
ЦК ОП ЭД М ЗП
Исходные данные для расчета закрытой червячной передачи выбирают из
сведенных в таблицу результатов кинематического расчета силового привода.
Кинематическая схема привода, где используется червячный редуктор, представлена
на рисунке 5.4.
В качестве исходных данных выбирают значения мощностей, вращающих
моментов, частот вращения на валах червяка (ведущего звена в передаче) и
червячного колеса (ведомого звена в передаче).
Для простоты изложения материала в данном учебном пособии индекс «1»
относится к параметрам червяка, индекс «2» – к параметрам червячного колеса.
Учитывая вышеизложенное, исходными данными для расчета являются
значения, представленные ниже.
Рисунок 5.4 – Образец схемы задания привода с червячным редуктором
Исходные данные для расчета червячной передачи:
79
5.3 Выбор материала червячной пары
Марка стали
Стандарт
Предел прочности
σ
В
, МПа
Твердость
Термообработка
35
ГОСТ
1050-2013
600…750
Менее 30 HRC
Улучшение
40
630…780
Менее 45 HRC
45
650…800
Более 45 HRC
Улучшение+
закалка
50
700…850
Более 45 HRC
18ХГТ
ГОСТ
4543-2016
Более 980
Более 45 HRC
Цементация =
закалка
18Х2Н4ВА
Более 1130
Более 45 HRC
20Х
Более 780
Более 45 HRC
20ХГР
Более 980
Более 45 HRC
15ХГН2ТА
Более 930
Более 45 HRC
40Х
Более 980
Более 45 HRC
Закалка
Изготовление и червяка, и червячного колеса из твердых материалов,
например, сталей, не обеспечивает рабочим поверхностям звеньев достаточной
износостойкости и сопротивления заеданию, поэтому одно из звеньев, как правило
червяк, изготавливают из твердого материала (сталь), а рабочие поверхности
другого звена, червячного колеса, напротив, изготавливают из достаточно мягкого
антифрикционного сплава. Дело в том, что для червяка характерны относительно
небольшой диаметр витков червяка, кроме того, червяк является формообразующим
элементом червячной пары, витки червяка нарезаются преимущественно прямо на
валу, а опоры вала-червяка достаточно разнесены в осевом направлении, поэтому
для повышения жесткости вала-червяка его изготавливают из сталей. Для силовых
передач, применяемых в редукторах, предпочтительно в качестве материала червяка
применять термообработанные среднеуглеродистые стали марок 35, 40, 45, 50
ГОСТ 1050-2013 [4] (твердость поверхности витков Н<45HRC), либо легированные
стали 40Х, 40ХН, 35ХГСА, 35ХН ГОСТ 4543-2016 [5] (здесь твердость поверхности
витков может быть как меньше, так и больше 45HRC). Наиболее востребованными
марками сталей для червяков являются цементируемые стали 18ХГТ, 18Х2Н4ВА,
20Х, 20ХГР, 15ХГН2ТА и другие ГОСТ 4543-2016 [5] (твердость поверхности
витков всегда больше 45HRC). Механические характеристики некоторых марок
сталей, используемых для изготовления червяков, представлены в таблице 5.1.
Таблица 5.1 – Наиболее применяемые марки сталей для изготовления червяков
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]