Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика С. П. КОРОЛЕВА

(национальный исследовательский университет)

Кафедра основ конструирования машин

Домашнее задание по расчету зубчатых

передач авиационного редуктора

Задание №7 - 1

Выполнил студент:

группы 2301

Сабанин Д.А.

Руководитель:

Силаев Б.М.

Оценка:

Дата:

САМАРА 2015

Задание №7. Вариант №1.

Спроектировать коническо-цилиндрический редуктор

Рисунок 1 – Кинематическая схема редуктора

Обозначения:

n_вх – частота вращения входного вала;

n_вых– частота вращения выходного вала;

P_вых– мощность на выходном валу;

F_T– тяга несущего винта;

F_H– продольная сила несущего винта;

t_h– срок службы редуктора;

l– расстояние между плоскостями вращения несущего винта и крепления к подредукторной раме.

Таблица 1 – Исходные данные

FT, кН	FH, кН	nвх, мин-1	nвых, мин-1	Pвых, кВт	Th, час	l, мм	Режим работы
10	0,4	2000	250	150	1000	600	5

Таблица 2 – Режим нагружения

T1	T2	T3	n1	n2	n3	th1	th2	th3
TH	0.95∙TH	0.80∙TH	nH	1.05∙nH	1.25∙nH	0.70∙tH	0.20∙tH	0.10∙tH

Рисунок 2 – График режима нагружения

Примечания:

1. За расчетную (номинальную нагрузку принимается максимальная из длительно действующих нагрузок, при которой число циклов перемены напряжений N_a≥5∙10⁴.

2. Коэффициент нагрузки k_g=1,15…1,3 при этом число перемены циклов напряженийN_a≥1∙10⁴.

1 Кинематический и энергетический расчёт редуктора

1. Определение общего передаточного отношения

Согласно исходным данным имеем:

	- частота вращения входного вала,
	- частота вращения выходного вала.

Общее передаточное число определим по формуле:

Для двухступенчатого редуктора:

_{Где U1 – передаточное число первой ступени,}

U₂ – передаточное число второй ступени.

Согласно методическим указаниям «Алгоритмизированный расчет зубчатых передач привода» (страница 13), в двухступенчатом коническо-цилиндрическом редукторе для рациональной разбивки передаточных чисел рекомендуется эмпирическая зависимость:

Передаточное число второй ступени:

2. Определение частот вращения валов редуктора

Согласно исходным данным имеем:

Находим частоту вращения второго вала редуктора n_II:

2. Определение КПД и мощностей на валах

Так как передача работает с умеренными скоростями и высокими нагрузками, то согласно рекомендации [1] для всех зубчатых колёс привода выбираем 7-ую степень точности. КПД для конической передачи для цилиндрической передачи

Для выходного вала задана мощность Определяем мощность

на остальных валах:

2. Определение крутящих моментов на валах

Определение крутящих моментов на валах редуктора производится по формуле:

Где T_s – куртящий момент, Н∙мм;

P_i – мощность на i-ом валу, кВт;

n_i – частота вращения i-ого вала, мин^-1.

Получим:

2 Расчёт зубчатых передач редуктора

2.1 Выбор материала зубчатого колеса

Так как авиационная передача требует обеспечения повышенной надежности и малой массы и габаритов, то для всех колёс привода, согласно рекомендации [2] выбираем высокопрочную конструкционную легированную сталь 12Х2Н4А с химико-термической обработкой – цементацией; заготовка – штамповка; механические свойства стали приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Механические свойства

Марка стали	Вид термо-обработки	Механические характеристики
		Твердость зубьев			Предел проч-ности		Предел теку-чести
		На поверх-ности	В середине
12X2H4A	Цементация	HRC 58-63	HRC 35-40	1200		1000

2.2 Определение допускаемых контактных напряжений

Контактные напряжения для каждого зубчатого колеса определяются по формуле:

где

j – номер зубчатого колеса;

–базовый предел выносливости;

S_H – коэффициент безопасности.

Базовый предел контактной выносливости при цементации (см. [1]):

Так как заготовка – штамповка, то согласно рекомендации [3] имеем: S_H1,2,3,4=1,2;

Коэффициент долговечности определяется по формуле:

где

N_HOj – базовое число циклов перемены напряжений, т.к. HRC>56, то, согласно рекомендации [2] имеем: N_HO1,2,3,4=12∙10⁷,

N_HEj – расчетное число циклов перемены при переменном режиме, определяется по формуле:

где

с_j – число нагружений зуба за один оборот зубчатого колеса T_pj – один из числа крутящих моментов, которые учитывают при расчете на выносливость;

T_max – максимальный из моментов, учитываемых при расчете на выносливость;

n_pj и t_hj – соответствующие этим моментам частота вращения и время работы.

Исходные данные по режимам нагружения даны в долях от параметров работы передачи: T_рi = k_тi·Т_н ; n_рi = k_ni·n_н ; t_рi = k_ti·t_h , где Т_н и n_н – номинальный крутящий момент на валу и соответствующая ему частота вращения (для первого вала Т_I и n_I , для второго вала Т_II и n_II , для третьего вала Т_III и n_III); t_h – время работы редуктора; k_tj, k_nj, k_tj – коэффициенты, учитывающие характеристики режимов нагружения.

Таким образом формула примет вид:

Согласно заданию имеем:

на первом режиме	kT1	kn1	kt1
на втором режиме	kT2	kn2	kt2
на третьем режиме	kT3	kn3	kt3

Рассчитаем эквивалентное число циклов перемены контактных напряжений для всех зубчатых колес.

Для зубчатого колеса «1»:

c₁=1; n_H=n₁;

Для зубчатых колес «2» и «3»:

с_2,3=1; n_H=n₂;

Для зубчатого колеса «4»:

c₄=1; n_H=n₃;

Сравним расчётное число циклов перемены напряжений при переменном режиме с базовым числом циклов перемены напряжений.

Тогда допускаемые напряжения будут равны:

В качестве расчетных допускаемых напряжений для каждой пары зубчатых колес принимаем наименьшее значение из двух полученных: