- •Введение
- •1. Определение реакций опор твердого тела
- •2 .Кинематика точки
- •2.1. Основные понятия кинематики
- •2.2. Скорость точки
- •2.3 Ускорение точки
- •3.1 Принцип Даламбера для материальной точки
- •2.4 Задание к ргр- м 2
- •2.5 Пример м 2 –Кинематика точки
- •3. Принцип даламбера
- •3.2. Принцип Даламбера для системы материальных точек
- •3.3 Задание к ргр - м 3
- •3.4 Пример м 3 – Принцип Даламбера
- •4. Растяжение и сжатие
- •4.1 Основные понятия
- •4.2 Задание к ргр-м3 статически определимой задачи на растяжение (сжатие) ступенчатого бруса
- •4.3 Пример решения статически определимой задачи на растяжение (сжатие) ступенчатого бруса.
- •4.4 Решение.
- •4.4.1 Определение количества участков.
- •Следует отметить, что поскольку z зависит от Nz и Аi, то для определения величин нормальных напряжений могут быть использованы те же участки.
- •Для граничных сечений III участка получим следующие значения нормальных сил и напряжений:
- •4.4.4 Вычисление перемещения верхнего конца колонны от действия всех сил
- •5. Расчет гибких нитей
- •5.1 Задание к ргр-м5
- •6. Геометрические характеристики сечений
- •6.1 Основные теоретические понятия
- •6.2 Задание к ргр- м 6 «Определение геометрических характеристик плоских сечений».
- •6.3 Пример определения геометрических характеристик плоских сечений
- •Решение:
- •3.2.1. Находим по таблице сортамента из приложений I, II, III, IV площадь, моменты инерции и координаты центра тяжести каждой фигуры (рисунок 6.6).
- •7. Кручение
- •7.1. Общие сведения
- •8. Изгиб
- •8.1 Основные понятия
- •8.2 Перемещения при изгибе
- •8.3 Задание для ргр-6 по теме «Расчет балок на изгиб»
- •8.3.2 Построение эпюр Qу и Мх для всей балки
- •Построение приблизительного вида изогнутой оси балки
- •8.3.4 Подбор поперечного сечения балки
- •8.4 Пример 2 решениея ргр-6 для 2-х шарнирной балки
- •Определение количества участков
- •8.4.2 Составление аналитических выражений изменения Qу, Мх и определение значений их в характерных сечениях каждого участка
- •9. Устойчивость стержня.
- •9.1. Основные понятия
- •9.2. Пример расчета на устойчивость
- •10. Расчет редукторной передачи
- •10.1 Выбор электродвигателя
- •10.2. Определение общего передаточного числа привода и разбивка его по ступеням
- •10.3 Кинематический расчет привода
- •10.4. Материалы зубчатых и червячных передач
- •10.4.1. Выбор материала для зубчатых передач
- •10.4.2. Выбор материала для червячных передач
- •10.5. Определение допускаемых напряжений
- •10.5.1. Режим работы передачи
- •10. 5.2. Допускаемые напряжения.
- •Зубчатые передачи
- •Допускаемые напряжения для проверки прочности зубьев при перегрузках
- •Червячные передачи
- •10.6. Цилиндрическая зубчатая передача
- •10.6.1. Общие сведения
- •10.7. Коническая зубчатая передача
- •10.7.1. Общие сведения.
- •10.7.2. Последовательность проектного расчета
- •10.8. Червячные передачи
- •10. 8.1. Общие сведения
- •10.8.2. Последовательность проектного расчета
- •10.9 Задание к ргр- м10. Расчет редукторных передач
- •10.10 Пример расчета редукторной передачи
- •Литература
- •Содержание
10.6. Цилиндрическая зубчатая передача
10.6.1. Общие сведения
Цилиндрические зубчатые колеса применяют в передачах между параллельными валами. Зацепление цилиндрических колес может быть внешнее и внутреннее. Частным случаем является реечное зацепление.
Цилиндрические колеса бывают:
а) прямозубные, в которых зубья на ободе расположены параллельно оси колеса;
б) косозубые, в которых зубья идут по спирали, с наклоном к оси колеса:
в) шевронные.
Зубья двух сцепляющихся косозубых колес, осуществляющих передачу между параллельными валами, должны иметь одинаковые по величине углы наклона, причем у одного колеса наклон зубьев должен быть левый, у другого правый.
6.2. Последовательность проектного расчета.
1. Выбираем тип цилиндрических колес (прямозубые, косозубые, шевронные).
2. Выбираем материал для шестерни и зубчатого колеса (учитывая, что редуктор должен иметь сравнительно небольшие габариты и невысокую скорость, см. раздел 10.4.1.).
По таблице 4.1. назначаем для колес термообработку и определяем механические свойства (т, в).
3. Определяем допускаемые напряжения ( допускаемые контактные напряжения []н, допускаемые напряжения изгиба [о]F или [-1]F , допускаемые напряжения при кратковременной нагрузке []Hmах и []Fmах (см. раздел 10.5.2., формулы 10.5.6., 10.5.11, 10.5,16, 10.5,17).
4. Определяем вращающий момент на валу шестерни:
(Н
мм);
вращающий момент на валу колеса:
Т2 = Т1 u( Н мм)
где u - передаточное число принятое для данной передачи.
Если поставлено условие придерживаться стандартных значений u, то следует округлить значение u до величины, входящей в стандартные ряды;
1 ряд 1 1,25 1,6 2,0 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3 8,0
2 ряд 1,12 1,4 1,8 2,24 2,8 3,55 4,5 5,6 7,1 9,0
Первый ряд предпочтительнее второго.
Стандартные значения передаточного числа следует рассматривать как номинальные. В дальнейшем при установлении значений z1 и z2 уточняют фактическую величину u, она не должна отличаться от номинального u, больше, чем на 2,5% при u < 4,5 и больше, чем на 4% при u > 4,5.
5.
Принимаем коэффициент ширины зубчатого
венца
.
Коэффициент ширины венца Y
baw
рекомендуют выбирать из ряда: 0,100; 0,125;
0,160; 0,250; 0,315; 0,400; 0,500; 0,800; 1,00; 1,25.
При проектировании редукторов обычно задаются величиной baw , для прямозубых передач принимают baw = 0,125 - 0,25, для косозубых baw =0,25-0,40, для шевронных baw= 0,5-1,0.
6. Определяем межосевое расстояние aW из условия контактной выносливости поверхности зубьев:
а) для прямозубых передач
мм;
(10.6.1.)
б) для косозубых передач
мм;
(10.6.2.)
Формулы 6.1. и 6.2. верны только для стальных колес. Здесь вращающий момент Т2 в Н мм.
Коэффициент КH = KНL · KН · KHV;
где KНL - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения
нагрузки между зубьями, для прямозубых колес принимают
KНL =1,0; для косозубых колес в зависимости от окружной
скорости V KНL имеет значения: при V= 10-20 м/с и 7-й
степени точности KНL =1,0 - 1,1; при V= до 10 м/с и 8-й
степени точности KНL =1,05 - 1,15.
KН - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения
нагрузки по ширине венца. При проектировании закрытых
передач типа редукторных, принимают значение KНпо
таблице 6.1.
Меньшие значения KНb принимают для передач с отношением
=
0,5 ,
baw
(u+1)
= 0,4 при увеличении bd
до 0,6 для консольно расположенных колес
и baw
до 0,8, при
несимметричном расположении их следует
принимать большие из указанных в
таблице 6.1. значения
KН.
При постоянной нагрузке KН
=1.
Динамический коэффициент Kнv определяется в зависимости от окружной скорости V колес и степени точности их изготовления.
Таблица 10.6.1- Ориентировочные значения коэффициента KН для зубчатых передач редукторов, работающих при перемещенной нагрузке
|
Расположение зубчатых колес |
Твердость поверхностей зубьев | |
|
относительно опор |
< HB350 |
>HB350 |
|
Симметричное |
1,0 -1,15 |
1,05-1,25 |
|
Несимметричное |
1,10-1,25 |
1,15-1,35 |
|
Консольное |
1,20-1,35 |
1,25-1,45 |
Для прямозубых колес при V до 5 м/с следует назначать степень точности по ГОСТу 1643-72, при этом K HV=1,05-1,10.
Для косозубых колес при V 10 м/с назначают также 8-ю степень точности, K HV =1,0 -1,05.
При V свыше10 до 20 м/с и 7-й степени точности, K HV =1,05-1,1. Меньшие из указанных значений относятся к колесам с твердостью поверхностей зубьев до HB350, большие при твердости свыше HB350.
Определив межосевое расстояние aW, округляют до ближайшего по СТ СЭВ 229-75 (в мм):
1-й ряд - 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000;
2-й ряд - 71; 90; 112; 140; 180; 224; 280; 355; 450; 560; 710; 900.
В стандарте указаны значения aw до 2500 мм.
7. Выбираем модуль зацепления в интервале m =(0,01-0,02) по СТ СЭВ 310-76 (в мм).
1-й ряд - 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20;
2-й ряд - 1,25; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 7; 9; 11; 14; 18.
( в стандарте регламентированы модули от 0,5 до 100 мм ).
Для косозубых колес стандартным модулем считают нормальный mn. Для шевронных колес стандартным может быть как нормальный модуль mn , так и окружной mt.
8. Определяем суммарное число зубьев Z=Z1+Z2.
Для колес со стандартным окружным модулем (прямозубых и шевронных)
(10.6.3.)
Для косозубых и шевронных со стандартным нормальным модулем:
(10.6.4.)
Угол наклона линии зуба принимают для косозубых колес в интервале = 8 - 150, для шевронных =25 - 400.
9. Определяем число зубьев шестерен и колеса:
(Zmin=17 для прямозубых колес; Zmin=17cos3 -для косозубых и шевронных)
(10.6.5.)
По округленным значениям Z1 и Z2 уточняют передаточное число:
![]()
Расхождение с принятым номинальным и передаточным отношением не должно превышать 2,5% при u < 4,5 и 4% при u > 4,5.
10. После указанных округлений необходимо проверить межосевое расстояние:
а) для прямозубых и шевронных колес со стандартным окружным модулем:
aw = 0,5 (Z2+Z1) mt (10.6.6.)
б) для косозубых и шевронных колес с нормальным стандартным модулем:
(10.6.7.)
При проверке может обнаружиться несоответствие получаемого результата с ранее принятым значением aW по стандарту. В этом случае надо устранить расхождение изменением угла :
(10.6.8.)
вычисление надо выполнять с точностью до пяти значащих цифр.
11. Определяем основные размеры шестерни и колеса: диаметры делительные:
а) для колес со стандартным нормальным модулем
(10.6.9.)
б) для колес со стандартным окружным модулем
(10.6.10.)
Расчеты
производить с точностью до сотых долей
миллиметра, и убедиться, что
,
принятому ранее.
диаметры вершин зубьев
а)
(10.6.11.)
б)
(10.6.12.)
диаметры впадин зубьев
а)
(10.6.13.)
б)
(10.6.14.)
ширина венца колеса
(10.6.15.)
ширина венца шестерни
![]()
12. Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру
(10.6.16.)
13. Определяем окружную скорость колес
(10.6.17.)
В зависимости от значения скорости назначаем степень точности изготовления колес.
Для прямозубых колес при V до 5 м/с следует назначать 8-ю степень точности, при V свыше 5 м/с 7-ю степень.
Для косозубых колес при V свыше 10 м/с назначают также 8-ю степень точности, при V свыше 10 до 20 м/с 7-ю степень точности.
14. После установления окончательных размеров шестерни и колеса и степени точности изготовления колес уточняем величину коэффициента нагрузки KH.
КH = KНL · KН · KHV;
Для уточнения значений коэффициента KНL, учитывающего неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, можно пользоваться таблицей 6.2.
Таблица 10.6.2- Значение коэффициента KНL для косозубых
и шевронных передач
|
Степень |
Окружная скорость, м/с | ||||
|
точности |
до 1 |
5 |
10 |
15 |
20 |
|
6 |
1,00 |
1,02 |
1,03 |
1,04 |
1,05 |
|
7 |
1,02 |
1,05 |
1,07 |
1,10 |
1,12 |
|
8 |
1,06 |
1,09 |
1,13 |
- |
- |
|
9 |
1,1 |
1,16 |
- |
- |
- |
Примечание : Для прямозубых колес KНL=1.
Для уточнения значений коэффициента KН, учитывающего неравномерность нагрузки по ширине венца, можно пользоваться табл. 10. 6.3.
Коэффициент KHV, учитывающий влияние динамической нагрузки, возникающей в зацеплении, можно принимать для передач, выполненных по 7-й и 8-й степени точности по табл. 10.6.4.
15. Проверяем выносливость рабочих поверхностей зубье по контактным напряжениям:
а) для прямозубых передач
(10.6.18.)
б) для косозубых передач
(10.6.19.)
Таблица 10.6.3 -Значение коэффициента KН
|
|
Твердость поверхностей зубьев | |||||
|
bd |
HB < 350 |
HB > 350 | ||||
|
|
I |
II |
III |
I |
II |
III |
|
0,4 |
1,15 |
1,04 |
1,0 |
1,33 |
1,08 |
1,02 |
|
0,6 |
1,24 |
1,06 |
1,02 |
1,50 |
1,14 |
1,04 |
|
0,8 |
1,30 |
1,08 |
1,03 |
- |
1,21 |
1,06 |
|
1,0 |
- |
1,11 |
1,04 |
- |
1,29 |
1,09 |
|
1,2 |
- |
1,15 |
1,05 |
- |
1,36 |
1,12 |
|
1,4 |
- |
1,18 |
1,07 |
- |
- |
1,16 |
|
1,6 |
- |
1,22 |
1,09 |
- |
- |
1,21 |
|
1,8 |
- |
1,30 |
1,11 |
- |
- |
- |
|
2,0 |
- |
1,30 |
1,14 |
- |
- |
- |
Примечание : Данные, приведенные в I столбце, относятся к передачам с консольным расположением зубчатых колес; во II - к передачам с несимметричным расположением колес по отношению к опорам; в III - к передачам с симметричным расположением.
Таблица 6.4 - Значения коэффициента KHV
|
|
|
Окружная скорость V, м/с | |||
|
Передача |
Твердость зубьев |
до 5 |
10 |
15 |
20 |
|
Прямозубая |
до HB350 HB> 350 |
1,05 1,10 |
- - |
- - |
- - |
|
Косозубая и шевронная |
до HB350 HB> 350 |
1,0 1,0 |
1,01 1,05 |
1,02 1,07 |
1,05 1,10 |
16. Определяем силы, действующие в зацеплении:
а) для прямозубых передач
(6.20.)
б) для косозубых и шевронных передач
окружная
сила ![]()
осевая
сила ![]()
радиальная
сила
(10.6.21.)
17. Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба: для прямозубых передач
(10.6.22.)
Расчет
следует вести для зубьев того из колес,
для которого отношение
меньше. При одинаковых материалах и
их механических характеристик YF
больше для шестерни, поэтому именно
для шестерни и ведут расчет.
Значение коэффициента прочности зубьев по местным напряжениям (YF) даны в ГОСТе 21354-75 в виде графика с учетом коэффициента смещения. Для зубчатых колес, выполненных без смещения, YF имеет следующее значение
Z 17 20 25 30 40 50 60 80 100 и более
YF 4,28 4,09 3,90 3,80 3,70 3,66 3,62 3,61 3,60
Коэффициент нагрузки KF представляет собой произведение двух коэффициентов
KF = KF· KFV
где KF - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зубьев (коэффициент концентрации нагрузки);
KFV - коэффициент, учитывающий динамические действия нагрузки (коэффициент динамичности).
Значение коэффициента KF приведены в табл.6.5., составляемой на основании графиков ГОСТа 21354-75 с некоторыми упрощениями.
Для косозубых и шевронных передач
(10.6.23.)
Здесь коэффициент YF имеет то же значение, что и в формуле (10.6.22.) с той, однако, разницей, что его следует выбирать по эквивалентному числу зубьев:
![]()
Таблица 10.6.5- Значение коэффициента KF |
|
|
Твердость поверхностей зубьев | |||||||
|
bd |
HB < 350 |
HB > 350 | ||||||
|
|
I |
II |
III |
IV |
I |
II |
III |
IV |
|
0,2 |
1,0 |
1,04 |
1,18 |
1,10 |
1,03 |
1,05 |
1,32 |
1,20 |
|
0,4 |
1,03 |
1,07 |
1,37 |
1,21 |
1,07 |
1,10 |
1,70 |
1,45 |
|
0,6 |
1,05 |
1,12 |
1,62 |
1,40 |
1,09 |
1,18 |
- |
1,72 |
|
0,8 |
1,08 |
1,17 |
- |
1,59 |
1,13 |
1,28 |
- |
- |
|
1,0 |
1,10 |
1,23 |
- |
|
1,20 |
1,40 |
- |
- |
|
1,2 |
1,13 |
1,30 |
- |
- |
1,30 |
1,53 |
- |
- |
|
1,4 |
1,19 |
1,38 |
- |
- |
1,40 |
- |
- |
- |
|
1,6 |
1,25 |
1,45 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
1,8 |
1,32 |
1,53 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Примечание: Данные в I столбце относятся к симметричному расположению зубчатых колес относительно опор; во II - к несимметричному; в III - к консольному при установке валов на шариковых подшипниках; в IV-то же, что при установке валов на роликовых подшипниках.
Таблица 6.6 - Ориентировочное значение коэффициента KFV
|
Степень точности |
Твердость рабочей поверхности |
Значение KFV при окружной скорости, V м/с | ||
|
|
зубьев HB |
до 3 |
3 - 8 |
8 - 12,5 |
|
6 |
350 350 |
1/1 1/1 |
1,2/1 1,15/1 |
1,3/1,1 1,25/1 |
|
7 |
350 350 |
1,15/1 1,15/1 |
1,35/1 1,25/1 |
1,45/1 1,35/1 |
|
8 |
350 350 |
1,25/1,1 1,2/1,1 |
1,45/1,3 1,35/1,2 |
-/1,4 -/1,3 |
Примечание: В числителе указаны значения KFVдля прямозубых передач, в знаменателе - для косозубых.
Коэффициент Y введен для компенсации погрешности, возникающей из-за применения той же расчетной схемы зуба как балки, что и в случае прямых зубьев.
Этот коэффициент определяют по формуле
(10.6.24.)
где - угол наклона делительной линии зуба, в градусах.
Коэффициент KF учитывает неравномерность распределения, нагрузки между зубьями. Для узких зубчатых колес, у которых коэффициент осевого перекрытия.
![]()
коэффициент KF =1,0. При > 1, этот коэффициент определяется по формуле
(10.6.25.)
где KF - коэффициент торцового перекрытия;
n - степень точности зубчатых колес.
При учебном проектировании можно принимать среднее значение KF=1,5 и степень точности 8-ю, тогда KF = 0,75.
18. Проводим проверку прочности зубьев при перегрузках:
а) по контактным напряжениям
;
б) по напряжениям изгиба
.
