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

Savin_detali_mash

.pdf
Скачиваний:
153
Добавлен:
28.03.2015
Размер:
11 Мб
Скачать
☆

точности)

 

 

особой точности

9

2

4

Тихоходные передачи с

(пониженной

 

 

пониженными требованиями

точности)

 

 

к точности

Проверочный расчет на усталость по напряжениям изгиба.

Расчет действующих напряжений:

σF =

YF Ft K F

≤ [σF ],

(3.19)

(bw m)

 

 

 

где YF − коэффициент формы зуба (рисунок

3.3), зависит от

количества зубьев и величины смещения инструмента; YF определяется для шестерни и колеса, расчет выполняется по тому из

колес пары, для которого меньше соотношение [σF ];

YF

[σ F ] – допускаемые напряжения изгиба;

KF = KFβ KFT ,

где K Fβ определяется аналогично K Hβ (см. рисунок 3.2). KFv определяется аналогично KHv (см. таблицу 3.8); Ft – окружная сила:

Ft = 2T1 , d1

где d1 – делительный диаметр;

T1 – крутящий момент на шестерне.

62

Рисунок 3.3 – Коэффициент формы зуба YF

Проверочный расчет на заданную перегрузку:

σ

H max

=σ

H

Tпик

≤ [σ

H

]

 

;

(3.20)

 

 

 

 

Тmax

 

 

max

 

 

σ

F max

=σ

F

(

Tпик

) ≤ [σ

F

]

 

,

 

(3.21)

 

 

 

 

 

 

Тmax

 

max

 

 

 

где [σH ]max − предельное допускаемое напряжение (таблица 3.2); Tпик − пиковый момент в результате перегрузки;

Tmax − максимальный момент при работе привода (берется по

циклограмме работы двигателя из задания на курсовой проект). В случае если Tпик не задан циклограммой работы двигателя, то

Tпик = K ,

Тmax

где K − коэффициент динамической нагрузки (таблица 3.10).

63

Таблица 3.10 – Коэффициент динамической нагрузки К

Вид рабочей машины и условия эксплуатации

Коэффициент

 

динамической

 

нагрузки K

Приводы с асинхронным электродвигателем

 

при пуске

2,5…5,0

Главный привод токарных станков с асинхронным

 

электродвигателем

1,8…4,0

Лебедки, строгальные и долбежные станки,

 

скребковые транспортеры, фрикционные прессы

1,5…2,5

Грузоподъемные машины:

 

механизмы подъема

1,2…2,0

механизмы передвижения

1,5…4,0

Вентиляторы, воздуходувки

1,4…1,8

Электрический транспорт

1,6…2,5

Камнедробилки

2,0…3,5

Мельницы, глиномялки, смесители вязких масс

1,8…2,2

Кривошипно-ползунные, эксцентриковые механизмы

1,8…3,0

Прокатные станы (удары при захвате)

2,5…6,0

Примечания

1 При наличии в приводе гидравлических и упругих муфт, демпфирующих колебания, значения K уменьшают на 20…30 %.

2 При наличии предохранительных устройств значения K уменьшают до отношения предельных моментов этих устройств к номинальному моменту.

Расчет следующей ступени зубчатой передачи. Расчет можно выполнять как с учетом уже известных размеров колес, так и без него. Во втором случае алгоритм расчета сохраняется. При этом приходится выполнять корректировку расчетов в целях уменьшения размеров редуктора и соблюдения условия одновременного погружения колес обеих ступеней в ванну.

Назначают диаметр колеса первой ступени

(d2′)1 = (0,7...0,9)(d2 )2 .

(3.22)

Диаметр шестерни первой ступени

 

d1′ = d2′ .

(3.23)

u1

 

Межосевое расстояние

 

a1′ = 0,5(d2′ + d1′) .

(3.24)

64

Полученное значение сравнивается со стандартным рядом. Если полученное значение не совпадает, то подбирают новые значения диаметров колес.

Ширину колес определяют следующим образом.

Коэффициент ширины колеса относительно межосевого расстояния (предварительно назначается K Hβ =1):

ψba =[0,75(u ±1)]3

EпрT2 K Hβ

,

(3.25)

[σH ]2 a3u 2

 

 

 

тогда ширина колеса bw′ =ψba a1′.

 

(3.26)

При этом ψba сравнивают с допустимыми значениями (см. таб-

лицу 3.3).

Коэффициент ширины колеса относительно модуля выбирается по таблице 3.4, и определяется модуль:

m =

bw

.

(3.27)

 

 

 

 

ψm

 

Истинное значение модуля выбирается из стандартного ряда.

Далее уточняется число зубьев шестерни z1′

и колеса z2′ :

z1′ =

d1

> zmin ;

 

 

 

 

 

m

 

z2′ =

d2

.

(3.28)

 

 

 

 

 

m

 

Определяется фактическое передаточное число ступени:

u1 = z2 . z1

Фактическое передаточное число редуктора: uр = u1u2 . Оно

сравнивается с заданным и должно находиться в пределах ± 4 % . Рассчитываются основные геометрические параметры

зацепления, зависимости которых приведены в таблице 3.7. Далее выполняются проверочные расчеты по изложенному

выше алгоритму [формулы (3.17) – (3.21)].

65

3.2 Расчет червячной передачи

Червячные передачи применяют в случаях, когда геометрические оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются (обычно под прямым углом). По форме червяка различают передачи с цилиндрическими и глобоидными (вогнутыми) червяками. Первые, в свою очередь, подразделяются на передачи с архимедовыми, конволютными и эвольвентными червяками. Здесь рассмотрены только передачи

с архимедовыми червяками (в осевом сечении профиль витка – трапецеидальный; в торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью).

Червячные передачи выполняют закрытыми в корпусе в виде редукторов, реже – открытыми.

Передаточное отношение червячной передачи:

i =

ω1

=

n1

=

z2

= u ,

(3.29)

 

 

z

 

ω

2

 

n

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

где ω1 ,ω2 – угловые скорости (рад/с);

n1 , n2 – частоты вращения (об/мин) соответственно червяка

и червячного колеса;

z2 – число зубьев червячного колеса; z1 – число заходов червяка.

По ГОСТ 2144–76 (передачи червячные цилиндрические) предусмотрено два ряда передаточных чисел u в пределах 8 − 80,

осуществляемых при z1 = 1, 2 или 4 (червяки с z3 = 3 в стандарт не включены) и z2 = 30 – 80:

1-й ряд: 8; 10; 12,5; 16; 20; 31,5; 40; 50; 63; 80; 2-й ряд: 9; 11,2; 14; 18; 22,4; 28; 35,5; 45; 56; 71.

Первый ряд предпочтительнее второго. Отклонение фактического u от стандартного допускается не более 4 %. Для получения больших u применяют двухступенчатые передачи.

С увеличением числа заходов z1 возрастает угол подъема витка червяка и повышается КПД передачи. Применение однозаходных червяков без крайней необходимости не рекомендуется. Следует назначать:

z1 = 4 при u = 8 − 15; z1 = 2 при u = 15 – 30;

66

z1 = 1 при u > 30.

В ряде случаев целесообразно провести параллельно два расчета передачи при разных числах зубьев колеса и заходов червяка и затем уже, исходя из полученных габаритов и КПД передачи, выбрать оптимальный вариант. Например, при u = 16 следует произвести расчеты, принимая z1 = 2, z2 = 32 и z1 = 4, z2 = 64.

Выбор материалов червяка и червячного колеса. Материалы

червяка и червячного колеса выбирают с учетом условий работы проектируемой передачи и скорости скольжения: при vs ≤ 2м/с

допустимо применять чугунные червячные колеса, работающие в паре со стальными червяками. При больших значениях vs

червячное колесо делают составным: венец (бандаж) – из бронзы, а колесный центр – из чугуна. Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянно-фосфорные бронзы (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1). Часто применяют также оловянно-цинково- свинцовые бронзы (например, БрО5Ц5С5) и безоловянные бронзы (БрА9ЖЗЛ, БрА10Ж4Н4Л).

Оловянные бронзы используют при скоростях скольжения до 25 м/с. Безоловянные бронзы значительно дешевле оловянных, имеют высокие механические характеристики, но их антифрикционные свойства несколько хуже. Для безоловянных бронз допускаемая скорость скольжения – до 7-8 м/с (в крайнем случае до 10 м/с) при работе в паре со стальным шлифованным или полированным червяком, имеющим твердость рабочих поверхностей не ниже

HRC 45 (закалка обеспечивает HRC 45 – 50, а цементация и закалка –

HRC 56 – 62).

Скорость скольжения (м/с), которая представляет собой геометрическую разность окружных скоростей червяка и колеса,

определяют по формулам

 

 

 

v1

 

 

 

 

vs =

 

 

 

(3.30)

или

 

cos γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

s

=

v2

+ v2

,

(3.31)

 

 

1

2

 

 

где v1 и v2 – окружные скорости червяка и колеса соответственно, м/с:

67

v1 = 0,5ω1d1 ; v2 = 0,5ω2 d2 ;

ω1 и ω2 – угловые скорости червяка и колеса, рад/с; d1 и d2 – делительные диаметры червяка и колеса, м.

Для изготовления червяков применяют среднеуглеродистую конструкционную сталь (сталь 45, 50) и различные марки легированной стали (12ХН3А, 15Х, 20Х, 20ХН3А – цементуемые, а затем закаливаемые; 40Х, 40ХН, 30ХГС, 35ХМ – подвергаемые закалке или улучшению; 38ХМЮА – азотируемая). Термическая или термохимическая обработка червяка до твердости выше HRC 45 и последующее шлифование или полирование позволяют повысить допускаемые напряжения для червячных пар (таблица 3.11).

Таблица 3.11 – Механические характеристики, основные допускаемые контактные напряжения [σH ]'

и напряжения изгиба [σ0F ]', [σ−1F ]' для материалов червячных колес, МПа

 

 

Пределы

 

Допускаемые напряжения

 

Марка

Способ отливки

 

 

 

при твердости червяка

 

бронзы

проч

текуч

HRC< 45

 

HRC ≥ 45

 

или чугуна

ност

ести

 

 

 

 

 

 

 

 

[σ0F ]'

[σ−1F ]'

 

[σH ]'

[σ0F ]'

[σ−1F ]'

 

[σH ]'

 

 

и

σТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БрО10Ф1

П

200

100

45

30

 

135

55

40

 

168

БрО10Ф1

К

255

147

57

41

 

186

71

51

 

221

БрО10Н1Ф1

Ц

285

165

64

45

 

206

80

56

 

246

БрО5Ц5С5

П

150

80

35

25

 

11

45

32

 

133

БрО5Ц5С5

К

200

90

45

32

 

132

53

38

 

159

БрА9Ж3Л

П

392

196

81

63

 

−

98

75

 

−

БрА9Ж3Л

К

490

236

85

69

 

−

108

83

 

−

БрА10Ж4Н4Л

П;

590

275

101

81

 

−

130

98

 

−

 

К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СЧ10

П

118

−

33

20

 

−

41

25

 

−

СЧ15

П

147

−

37

23

 

−

47

29

 

−

СЧ18

П

177

−

42

26

 

−

53

33

 

−

СЧ20

П

206

−

47

29

 

−

59

36

 

−

Примечание – К – отливка в кокиль; П – отливка в песчаную форму; Ц – отливка центробежная.

68

Определение допускаемых контактных напряжений.

Расчетные значения допускаемых напряжений изгиба [σ0F ] и [σ−1F ] и

контактных (в тех случаях, когда эти напряжения определяются по сопротивлению усталостному выкрашиванию, – см. таблицу 3.18) получают умножением табличных значений [σ0F ]', [σ−1F ]', [σH ]' на

коэффициенты долговечности:

[σH ] = [σH ]'KHL ; [σ0F ] = [σ0F ]'KFL ; [σ−1F ] = [σ−1F ]'KFL .

(3.32)

Значение KFL при бронзовом венце червячного колеса

рассчитывается следующим образом:

 

 

K FL = 9 106

,

(3.33)

NΣ

 

 

где NΣ – суммарное число циклов перемен напряжений.

Для передач машинного привода при числе циклов каждого зуба колеса меньшем, чем 106 , следует принимать NΣ =106 ; если

окажется, что число циклов больше 25 107 ,

надлежит принимать

NΣ = 25 107 . Следовательно,

значения KFL изменяются в следующих

пределах: K FL max =1,0; K FL min

=1,5.

 

Величину NΣ вычисляют по формуле

 

 

NΣ = 60n2t ,

(3.34)

где n2 – частота вращения червячного колеса, об/мин; t – срок службы передачи, ч.

Коэффициент долговечности K HL при вычислении [σH ] равен:

KHL = 8 107 .

(3.35)

NΣ

 

При нереверсивной работе передачи значение

NΣ находят по

формуле (3.34). В случае реверсивной нагрузки с одинаковым временем работы в обоих направлениях в формулу (3.35) следует

69

подставлять значение

NΣ вдвое меньшее, чем вычисленное по фор-

муле (3.34).

 

При числе циклов, превышающем 25 107 , в формулу (3.35)

нужно подставлять

NΣ = 25 107 ; следовательно, минимальное

значение рассматриваемого коэффициента: K HLmin = 0,67 .

Найденное по формуле (3.35) значение K HL не должно превышать своё максимальное значение K HLmax =1,15; если K HL > K HLmax , то надо принимать K HL =1,15.

Приведенные данные для определения коэффициентов KFL и KHL

относятся к передачам, работающим с примерно постоянной нагрузкой; при переменной нагрузке следует исходить из эквивалентного числа циклов:

 

 

 

 

60ΣT x t

n

i

 

 

 

 

 

 

N Э =

i i

 

,

 

(3.36)

где

 

 

Tmaxx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ti , ti , ni

–

соответственно

крутящий

момент,

продолжительность его действия и частота вращения при i -м режиме;

Tmax – наибольший длительно действующий момент;

x – показатель степени; при определении KFL x = 9, и x = 4 при определении KHL .

Допускаемые контактные напряжения, если они установлены по условию сопротивления заеданию и зависят от скорости скольжения, выбирают по таблице 3.12.

Таблица 3.12 – Допускаемые контактные напряжения для червячных колес из условия стойкости против заедания

Материал

 

 

[σH ], МПа, при скорости

 

 

венца

 

 

 

скольжения vs , м/с

 

 

червячного

червяка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0,25

0,5

1

2

3

4

6

8

колеса

 

БрА9ЖЗЛ

Сталь,

–

–

182

179

173

167

161

150

138

 

твердость

 

HRC > 45

 

 

 

192

 

 

 

 

 

БрА10Ж4Н4Л

То же

–

–

196

187

181

175

164

152

СЧ15

Сталь 20,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или СЧ18

20Х

184

155

128

113

84,5

–

–

–

–

 

цементован

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

 

ная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СЧ10

Сталь 45,

170

141

113

98

71

–

–

–

–

или СЧ15

Ст6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Табличные значения являются одновременно и расчетными, так как допускаемые напряжения не связаны с сопротивлением усталостному выкрашиванию и коэффициент долговечности в этом случае не должен учитываться.

Предельные допускаемые напряжения, по которым ведется расчет при пиковых нагрузках, приведены в таблице 3.13.

Таблица 3.13 – Предельные допускаемые напряжения при пиковых нагрузках

Материал

[σH ]пред

[σF ]пред

 

4σT

 

Оловянные бронзы

0,8σT

Безоловянные бронзы

2σT

 

Чугун

260 – 300 МПа

0,6σB

Проектировочный расчет червячной передачи. Зубья червячного колеса являются расчетным элементом зацепления, так как они имеют меньшую поверхностную и общую прочность, чем витки червяка. Зубья червячных колес рассчитывают так же, как и зубья зубчатых колес, – на контактную выносливость и на выносливость при изгибе; расчет на контактную прочность должен обеспечить отсутствие не только выкрашивания рабочих поверхностей зубьев, но и заедания, приводящего к задирам рабочих поверхностей зубьев.

Проектировочный расчет ведется из условия прочности по контактным напряжениям, требуемое межосевое расстояние

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z2

 

 

0,463

 

 

 

 

 

 

 

a

 

=

+1 3

 

 

T

 

E

 

,

(3.37)

 

q

z2

 

 

 

 

w

 

 

 

 

 

 

p2

 

пр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[σH

]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где z2 – число зубьев червячного колеса; q – коэффициент диаметра червяка;

[σH ] – допускаемое контактное напряжение;

Tp2 – расчетный момент на валу червячного колеса:

71

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]