4. Силовые расчеты элементов привода.

Расчеты произведем для наиболее нагруженных пар зубчатых колес, т.е. для тех, у которых передаточные отношения минимальные.

Для примера проведем все расчеты только для I переборной группы, для остальных групп и одиночной передачи расчеты делаем по аналогии и все результаты заносим в таблицы 11, 12, 13, 14.

4.1. Расчет зубчатых колес.

4.1.1. Выбор допускаемого контактного напряжения.

Допускаемое контактное напряжение [σ_н] выбирается в зависимости от материала колес по формуле:

, (2)

где по таблице 6[3]:

σ_{H lim b} = (18×HRC+150)– базовый предел контактной выносливости для стали 40Х с объемной закалкой и с твердостью HRC 50, [МПа]

S_H =1.1 – коэффициент безопасности (с увеличением твердости зубьев)

K_HL =1 – коэффициент долговечности (для коробок скоростей).

4.1.2. Определение расчетного крутящего момента.

Расчетный крутящий момент на ведущем валу данной группы определяется по формуле:

где - коэффициент перегрузки при резании;

- коэффициент перегрузки при пуске, торможении или при ударном характере обработки;

N_эдв =15 кВт – мощность электродвигателя;

- КПД части привода, включая ведущий вал данной группы:

η_пп =0.99 – КПД пары подшипников;

η_крп = 0.96 – КПД клиноременной передачи;

η_зп = 0.98 – КПД зубчатого цилиндрического зацепления;

n_р – расчетная частота вращения вала, [об/мин.] Для всех передач, в качестве расчетной следует брать наименьшую частоту вращения ведущего вала данной группы или одиночной передачи (рис.5). В последней передаче или группе расчетную частоту вращения находят по формуле (1).

Все вычисленные значения КПД части привода и расчетного крутящего момента заносим в таблицу 7 и 8 соответственно.

Таблица 7

Вал	КПД части привода
I	η1 = ηкрп ×ηпп ×ηзп = 0.96×0.99×0.98 = 0.93
II	η2 = ηкрп ×(ηпп)2 ×(ηзп)2 = η1×(ηпп ×ηзп)= 0.96×(0.992×0.982) = 0.90
III	η3 = η2 ×(ηпп ×ηзп)= 0.90×(0.99×0.98) = 0.88
IV	η4 = η3 ×(ηпп ×ηзп)= 0.87×(0.99×0.98) = 0.85
V	η5 = η4 ×ηпп = 0.84×0.99= 0.84

Таблица 8

Группа передач	Расчетный крутящий момент на ведущем валу, [Н×м]
одиночная передача	Tр =(9550×1×1.4×15×0.90)/318 =567.6
I переборная группа	Tр =(9550×1×1.4×15×0.88)/163 =1082.72
II переборная группа	Tр =(9550×1×1.4×15×0.85)/99 =1721.9
III переборная группа	Tр =(9550×1×1.4×15×0.84)/117 =1439.85

4.1.3. Расчет модуля зубчатых колес.

Вначале следует определять модуль, исходя из применения наиболее дешевого варианта технологического процесса изготовления колес, т.е. без применения закалки и шлифования зубьев (сталь 45, 40Х нормализованная или улучшенная).

Расчет модуля зубчатых колес коробок скоростей имеет особенности:

- в отличие от расчета зубчатых передач редукторов основной расчетной величиной является модуль;

- модуль рассчитывается отдельно для каждой одиночной и наиболее нагруженной передачи каждой группы;

- основным критерием расчета является выносливость поверхностных слоев зубьев (контактная прочность);

- при расчетах оперируют передаточными отношениями, а не числами;

- числа зубьев определяются до расчета модуля;

- ширина зубчатых колес принимается наименьшей;

- допускается применение нестандартных значений межосевых расстояний.

_{С учетом этих особенностей проектный расчет модуля для отдельной передачи ведется по формуле:}

(3)

Где

K_d =7700(Н/м²)^1/3 – коэффициент для прямозубых стальных колес, учитывающий механические свойства материала и форму боковых поверхностей зубьев;

z_к ,z_ш – числа зубьев шестерни и колеса рассчитываемой передачи имеющей передаточное отношение U_min в группе;

β =0⁰ – угол наклона зубьев;

k_Hβ – коэффициент, учитывающий влияние перекоса валов, выбирается по таблице 5[2](можно приравнять k_Hβ =1…1.22);

U_min – минимальное передаточное отношение в группе;

ψ_т – коэффициент ширины колес для прямозубых колес (для одиночной передачи берем ψ_т= 8, а для остальных групп передач ψ_т =12);

Т_р – расчетный крутящий момент на ведущем валу данной группы, Н×м;

[σ_н] =954.5×10⁶ Н/м² – допускаемое контактное напряжение.

Таблица 9.

Группа передач	Модуль передачи
одиночная передача
I переборная группа
II переборная группа
III переборная группа