7. Использование вычислительной техники в проектно-конструкторских расчетах механических передач

4.7.1 Программа расчета прямозубого цилиндрического редуктора на языке программирования Pascal

На современном этапе развития производства в связи с высокой точностью и высокими требованиями к надежности проектируемых механизмов в конструкторских расчетах широко применяется вычислительная техника. Одним из наиболее распространенных, простых и доступных языков программирования является Pascal. В нем пропагандируется системный подход, выражающийся, в частности, в разделении крупных проблем на меньшие в зависимости от сложности и размера задачи, легче решаемые. Благодаря этому повышается наглядность программы и упрощается ее отладка. Важное значение имеет пошаговое исполнение программы, что дает возможность быстрого достижения промежуточного результата [42].

В данном учебном пособии приводится расчет прямозубого цилиндрического редуктора на языке программирования Паскаль. Редуктор является основной передачей приводных устройств различных машин, а также приводов транспортеров, конвейеров и других средств механизации. Целью программы является привлечение средств вычислительной техники для создания нового уровня проектирования и обучения использованию вычислительной техники.

Методика и результаты расчета. Работа с программой начинается с введения начальных параметров редуктора: мощности (P₁, кВт), передаточного отношения (u), частоты вращения (n, об/мин). Далее компьютер обрабатывает введенную информацию, вычисляет необходимые параметры, периодически выдавая запрос на ввод табличных значений, которые собраны в приложении к программе и студент должен ввести их с клавиатуры.

Расчеты всех основных параметров редуктора производятся автоматически по формулам, занесенным в программу, с последующим выводом на экран. Эти параметры и составляют протокол программы, необходимый пользователю. При работе с программой используются различные графики и таблицы из разделов 4.1–4.6.

Для студентов технических специальностей данная программа может быть разбита на несколько более простых, позволяющих каждую из задач решать по отдельности. В конструкторских бюро для работы инженеров-конструкторов задачи могут быть реализованы в первоначальном виде.

Программа расчета цилиндрического редуктора создана и реализована как обучающая. Она позволяет проследить весь механизм расчета и одновременно сокращает время, затрачиваемое на вычисления. Основным результатом программы является протокол требуемых данных цилиндрического прямозубого редуктора и параметры зубчатых колес: межосевое расстояние, число зубьев, модуль, делительные диаметры, ширины шестерни и колеса. После чего программой производится проверочный расчет прочности зубьев колес на усталость по контактным напряжениям, по напряжениям изгиба и при перегрузках.

Основные операторы, используемые в программе:

1. Write (writeln) – оператор вывода данных на экран. После выполнения первого оператора курсор сохраняется в той же строке, после выполнения второго курсор переводится на новую строку;

2. Read (readln) – оператор ввода данных. После первого курсор сохраняется в той же строке, после второго курсор переводится на новую строку;

3. If <условие> then <оператор> – условный оператор;

4. Repeat_Until – цикл с постусловием. Данный оператор всегда выполняется хотя бы один раз. Если условие соблюдается, то цикл завершается, в противном случае тело цикла выполняется еще раз, после чего снова проверяется соблюдение условия;

5. := - оператор присваивания;

6. For <параметр> := A to B do – цикл с заранее известным числом повторений.

Работа программы, ввод и вывод данных, а также последовательность операций пользователя и машины:

1. Запуск программы на выполнение.

2. Ввод мощности редуктора P1 (кВт).

3. Ввод частоты вращения n1 (1/мин).

4. Ввод общего передаточного отношения u.

5. Ввод числа часов работы в сутки wr.

6. Ввод режима работы по таблице 4.3.

7. Выбор и ввод передаточного отношения первой ступени u1 по рисунку 4.3.

8. Вывод передаточного отношения второй ступени u2.

9. Выбор и ввод КПД одной ступени по таблице 4.2.

10. Вывод крутящих моментов на валах Т1, Т2, Т3.

11. Выбор и ввод коэффициента ширины колеса относительно межосевого расстояния PSIBA по таблице 4.6.

12. Вывод коэффициента, учитывающего влияние ширины колеса PSIM.

13. Выбор и ввод по рисунку 4.9 коэффициента неравномерности нагрузки при расчетах по контактным напряжениям, KHBETA.

14. Вывод расчетного межосевого расстояния a2. На данном этапе машина самостоятельно выбирает по ряду R40 стандартное межосевое расстояние. Данная операция возможна благодаря созданному в программе массиву, который содержит все значения межосевых расстояний.

15. Вывод стандартного межосевого расстояния a2.

16. Вывод ширины колеса bw.

17. Выбор и ввод коэффициента PSIM (таблица 4.7).

18. Вывод расчетного модуля m. Машина выбирает стандартный модуль, что осуществляется путем сравнения расчетного со стандартными, занесенными в программу в виде массива.

19. Вывод суммарного числа зубьев zSUM.

20. Вывод числа зубьев шестерни z1.

После этой операции машина проверяет соблюдение обязательного условия (z1>17). Если оно соответствует истине, то программа выполняется дальше, если нет, то машина просит пользователя заново ввести все данные и коэффициенты, возвращая его при этом в начало программы.

21. Вывод числа зубьев колеса z2.

22. Вывод фактического передаточного отношения первой ступени u1F.

23. Вывод фактического передаточного отношения второй ступени u2F.

24. Вывод делительных диаметров шестерни d1 и колеса d2.

25. Вывод частоты вращения колеса второй ступени n3.

26. Вывод окружной скорости v.

27. Назначение и ввод степени точности (таблица 4.11).

28. Выбор и ввод по таблице 4.10 коэффициента динамической нагрузки KHV.

29. Вывод коэффициента расчетной нагрузки при расчетах по контактным напряжениям KH. Программа проверяет, превышает ли расчетное контактное напряжение допускаемое. Если условие выполняется, то программа продолжает работу, если нет, то машина предлагает ввести другое значение ширины колеса bw до тех пор, пока расчетное контактное напряжение не будет меньше допускаемого.

30. Вывод контактного напряжения SIGMAH.

31. Выбор по рисунку 4.10 и ввод коэффициентов формы зуба шестерни и колеса YF1 и YF2.

Далее программа сравнивает значения [SIGMAF1]/YF1 и [SIGMAF2]/YF2. По меньшему из них (шестерне или колесу) выполняется дальнейший расчет.

32. Вывод напряжений изгиба SIGMA(F1) или SIGMA(F2). На данном этапе программа проверяет, превышает ли расчетное напряжение изгиба допускаемое. Если условие выполняется, то программа продолжает работу, если нет, то машина пишет, что расчетное напряжение изгиба больше допускаемого и поэтому следует рассчитать все снова.

33. Вывод допускаемых напряжений при кратковременной перегрузке SIGMAH MAX и SIGMAF MAX.

С помощью данной программы студент может самостоятельно, поэтапно контролировать результаты собственных расчетов при выполнении курсового проекта. Программа позволяет варьировать основными параметрами деталей редуктора и выбрать оптимальный вариант его конструкции. Программа может быть использована и производственниками (конструкторами, технологами), что позволит сократить большое количество времени и затраты умственного и физического труда в сравнении с ручным способом расчета приводов.