Задача.

Для вращения вала перистальтического насоса рассчитать одноступенчатый зубчатый механизм с цилиндрическими зубчатыми колесами.

В таблице 1 заданы момент Т_вых на выходном валу механизма (момент со­противления) и частота вращения n_вых выходного вала зубчатого механизма, а также передаточное отношение i механизма.

Требуется выполнить расчет геометрических параметров (d, hа, hf, h, dа, df, b, а) шестерни и ведомого колеса, определить крутящие моменты на всех валах, окружную силу F_t в зацеплении, коэффициент полезного действия зубчатого зацепления, мощность Р_дв и частоту вращения nдв электродвигателя. Уточнить тип зубчатой передачи (прямозубая или косозубая) по величине ок­ружной скорости v в зубчатом зацеплении.

Таблица 1. Исходные данные

Момент Твых, Н*м	Частота вращения nвых,	Передаточное отношение i
0.3	175	7.31

Решение

Рассчитываемый механизм служит для уменьшения скорости вращения электродвигателя в i число раз и состоит из пары находящихся в зацеплении цилиндрических зубчатых колес (шестерни и колеса). Зубчатые колеса уста­навливаются на валах, которые поддерживаются в требуемом положении опо­рами. Каждый вал имеет две опоры (скольжения или качения), закрепленные в корпусе. Быстроходный вал редуктора соединен с валом электродвигателя муфтой. В качестве опор принимаем подшипники качения.

Ориентировочно определяем требуемую мощность Рдв электродвигателя, приняв предварительно значения КПД:

КПД зубчатой передачи - ;

КПД подшипника качения - = 0,99;

КПД муфты - = 0,97.

Тогда

Р_дв = кР_вых/ [Вт], (1)

где к - коэффициент запаса, учитывающий необходимость преодоления ди­намических нагрузок в момент разгона, принимаемый равным 1,05 ... 1,1;

Р вых = Твых*- требуемая мощность на выходном валу;

= 2/60 - уг­ловая скорость выходного вала, рад/с;

nвых - угловая скорость выходного вала в об/мин; Твых- момент на выходном валу, Н*м; л - коэффициент полезного действия электромеханического привода для выбранной схемы он равен

Скорость вращения выходного вала в рад/с равна

18,31 рад/с.

Подставив значения ,Tвых, в выражение (1) и приняв к = 1,1 полу­чим

Рдв=(к*Твых* )/=(1,1*0,3*18,31)/0,8386=7,20 Вт.

Частота вращения электродвигателя

nдв = nвых*i = 175*7,31=1279,25 об/мин.

Из серии двигателей, имеющих скорости вращения 1250, 1280, 1300 об/мин выбираем электродвигатель с n = 1280 об/мин.

Выбираем число зубьев z₁ шестерни. Так как z_min= 17, а рекомендуемое значение числа зубьев шестерни 18 - 30, принимаем z₁ = 22.

Число зубьев зубчатого колеса определяем по формуле

z₂ = z1*i = 22*7,31=160,82

Так как колесо должно иметь целое число зубьев, принимаем z₂ = 161.

Тогда фактическое передаточное отношение зубчатой передачи

iф = z₂/z₁ = 161/22 = 7,31.

Относительная погрешность передаточного отношения зубчатой переда­чи

Диаметр ведущего вала, т.е. вала шестерни, принимают близким по раз­меру диаметру вала двигателя. Считаем, что dдв> 3 мм.

Выбираем значение модуля m зацепления из стандартного ряда модулей (0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; ... мм). Применение малых мо­дулей позволяет уменьшить габариты колес или при сохранении габаритов увеличить плавность передачи за счет увеличения числа зубьев. Принимаем m = 0,5, чтобы выполнялось условие, при котором диаметр окружности впа­дин зубьев df шестерни был бы больше диаметра ее ступицы, т.е. df1 > 2d_B.

Предполагая прямозубый тип зубчатых колес, определим диаметр дели­тельной окружности колеса (ведомого звена);

d₂ = m*z₂ = 0,5*161 =80,5 мм.

Линейная скорость зубчатого колеса в зацеплении

v =d₂/2 = (18,31* 80,5)/(2*) =0,736 м/с.

При линейных скоростях v < 6 м/с принимают тип передачи - прямозу­бая.

У зубчатых колес со стандартной (нормальной) высотой зуба коэффици­ент высоты головки зуба h_a* = 1, а коэффициент радиального зазора с* зубьев в зацеплении зависит от модуля и равен

с* = 0,5 при m 0,5 мм;

с* = 0,35 при 0,5 <m< 1,0;

с* = 0,25 при m 1,0 мм.

Высота головки зубьев колес

h_a = h_a**m = 1 *0,5 = 0,5 мм.

Высота ножки зубьев колес

h_f = m(h_a* + с*) = 0,5(1 + 0,5) = 0,75 мм.

Диаметры делительных окружностей зубчатых колес:

шестерни d1 = m*z1 = 0,5*22 =11 мм,

колеса d₂ = m*z₂ = 0,5*161 =80,5 мм.

Диаметры окружностей вершин зубьев колес:

шестерни dа1= d1 + 2h_a = 11 + 2*0,5=12 мм,

колеса dа2 = d₂ + 2h_a = 80,5 + 2*0,5 = 81,5 мм.

Диаметры окружностей впадин зубьев колес:

шестерни df1 = d1 - 2h_f = 11 – 2*0,5 = 10 мм,

колеса df2 = d₂ - 2hf = 80,5 – 2*0,5 = 79,5 мм.

Межосевое расстояние а зубчатой передачи

а = (d1 + d2)/2 = (11 + 80,5)/2 = 45,75 мм.

Длина b зуба определяется по формуле b = , где- коэффициент шириныb венца колеса по диаметру d делительной окружности, рекомендует­ся принимать ⁼ 0,005 ... 0,3.

Длина зуба колеса равна

b₂ = 0,05*80,5=4,025мм.

Длина зуба шестерни, как более нагруженного звена, определяется по формуле

b1 = b₂ + (0,5 ... 1,0) мм = 4 мм.

Окружное усилие в зацеплении определяется по формуле

Ft= 2Твых/d₂ = (2*0.4*10³)/80,5 = 9,93 Н.

Уточняем значение КПД зубчатой пары

где f = 0,1 - коэффициент трения стали по стали (шестерня и зубчатое ко­лесо стальные);

=1,5 - коэффициент перекрытия пары прямозубых колес;

с - коэффициент, учитывающий уменьшение КПД зубчатого зацепления при малых нагрузках

Вращающийся момент на ведущем валу зубчатого механизма

Твд= Твых/(iф*⁴) = 0,4/(7,31*0.99*0.99⁴) = 0,057 Н*м.

Вращающий момент на валу электродвигателя

Тдв= Твд/= 0,059/0,97 = 0,055 Н*м.

Кинематическая схема механизма к задаче приведена на рисунке (2.1).

Кинематическая схема механизма: 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - опора качения; 4 - шестерня (веду­щее зубчатое колесо); 5 - ведомое зубчатое колесо; 6 - корпус; I - вал элек­тродвигателя; II - ведущий вал; III - выходной вал

ЛИТЕРАТУРА

1. Красковский Е.Я., Дружинин Ю.А., Филатова Е.М. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем: Учебное пособие. М.: – Высш. шк., 2001. – 480 с.

2. Сурин В.М. Техническая механика: Учебное пособие. – Мн.: БГУИР, 2004. – 292 с.

3. Ванторин В.Д. Механизмы приборных и вычислительных систем: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 1999. – 415 с.

4. Прикладная механика: учеб. Пособие / В.М.Сурин. – 3-е изд., испр. – Минск: «Новое знание», 2008 г

5. «Детали машин», Д. Н, Решетов, изд. «Машиностроение», Москва, 1989 г.

6. «Большая советская энциклопедия» Яндекс 2009г «http://slovari.yandex.ru/dict/bse»

7. Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. — М.: Издательский центр "Академия", 2004. — С. 417. — ISBN 5-7695-1384-5

8. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп.. — М.: Машиностроение, 2001. — Т. 2. — 912 с. — ISBN 5-217-02964-1 (5-217-02962-5), ББК 34.42я2, УДК 621.001.66 (035)

9. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. 2-е изд. — М.: Машиностроение, 1982. — С. 4