3 Силовой расчёт коробки передач

3.1 Определение мощности холостого хода

Для станков с главным вращательным движением мощность может быть рассчитана по формуле [3]:

где – среднее арифметическое диаметров всех опорных шеек валов коробки скоростей станка исключая шпиндель, принимается в зависимости от габаритов;

;

–среднее арифметическое диаметров опорных шеек шпинделя; ;

с – коэффициент учитывающий тип подшипников на которых смонтирован шпиндель (скольжения или качения); ;

– частоты вращения валов и шпинделя на той ступени, на которой рассчитывается .

3.2 Определение КПД коробки передач

КПД передачи определяем по зависимости

,

где – кпд плоскоременной передачи [4, c. 36], ;

– кпд прямозубой цилиндрической зубчатой передачи, ;

– кпд подшипников качения, ;

– число однотипных передач и подшипников.

3.3 Определение мощности электродвигателя. Выбор электродвигателя

Мощность электродвигателя определяется по формуле

.

По мощности подбираем двигатель, из таблицы 3.1 [3, с. 28-30]:

; ; асинхронный двигатель – 4А100L2У3

3.4 Расчет крутящих моментов на валах

Расчетный крутящий момент на любом валу равен [4]:

где – расчетная частота вращения вала.

Расчетные крутящие моменты на остальных валах определяются по их минимальным частотам вращения.

Крутящий момент на I валу (; )

;

Крутящий момент на II валу (; )

;

Крутящий момент на IV валу (; )

;

Крутящий момент на V валу (; )

;

Крутящий момент на VI валу (; )

;

Крутящий момент на III валу (; )

.

4 Расчет передач

4.1 Расчет цилиндрических зубчатых передач

4.1.1 Назначение твердости и вида термической обработки зубчатых колес

Так как к габаритам привода предъявляются жесткие требования, принимаем в качестве термической обработки – объемную закалку [5]. Твердость поверхности зубьев – HRC 40…50.

4.1.2 Выбор материала зубчатых колес

Материал выбирается по таблице 2.2 [5] в зависимости от вида ТО.

Выбираем материал шестерни и колеса:

1. сталь 40Х ГОСТ 4543-71:; ; ; ; .

2. сталь 40 ГОСТ 4543-71:; ; ; ; .

Допустимые напряжения при расчете на изгибную прочность:

40Х:

40:

где – придел изгибающей выносливости;

– коэффициент, для реверсивных передач равен ;

– коэффициент запаса прочности, ;

– коэффициент долговечности,

где – при ТО: объемной закалке;

– базовое число циклов;

– эквивалентное число циклов,

– коэффициент эквивалентного нагружения;

– срок службы привода, .

При ;

Допустимые напряжения при расчете на контактную прочность:

40Х:

40:

где – придел контактной выносливости;

– коэффициент запаса прочности, ;

– коэффициент долговечности,

где – базовое число циклов;

– эквивалентное число циклов, ;

При ;

4.1.3 Проектный расчет

При расчёте зубчатых колёс коробки скоростей модуль рассчитывается для каждой из передач в отдельности исходя из прочности зубьев на изгиб и прочности зубьев на контакт.

Для цилиндрических прямозубых передач формулы для расчета имеют вид:

где K = 1,3…1,5 = 1,5 – коэффициент нагрузки;

Y_F – коэффициент учитывающий форму зубьев и концентрацию напряжений; [5, табл. 2.3, с. 15]

T_ном; T_ном2 – номинальный крутящий момент на шестерне и колесе соответственно, Нмм;

z – число зубьев менее прочного элемента (шестерни или колеса), у которого отношение [σ]_F/ Y_F меньше;

ψ_m = b/m_n = 8…12 = 8 – коэффициент ширины колеса;

a_w – межосевое расстояние, мм;

C =310 – коэффициент;

u – передаточное число;

ψ_a = b/a_w = 0,2…0,3=0,2 – коэффициент ширины колеса;

[σ]_F и [σ]_H – допускаемые напряжения на изгиб и контактную прочность соответственно, МПа.

Расчет модуля передач, с I-II вал. Материал – сталь 40.

Модуль зубчатой передачи по изгибным напряжениям:

Из условия обеспечения контактной прочности:

мм

мм

Принимаем стандартный модуль мм.

Для передачи II – VI. Материал – сталь 40:

мм

мм

мм

Принимаем стандартный модуль мм.

Для передачи IV – V. Материал – сталь 40:

мм

мм

мм

Принимаем стандартный модуль мм.

Для передачи V – VI. Материал – сталь 40:

мм

мм

мм

Принимаем стандартный модуль мм.

Для передачи VI – III. Материал – сталь 40Х:

мм

мм

мм

Принимаем стандартный модуль мм.

4.1.4 Определение основных параметров зацепления

К основным параметрам зубчатых колес относятся: модуль, межосевое расстояние, ширина зубчатых колес, диаметр делительной окружности, диаметр вершин зубьев и диаметр впадин зубьев.

Межосевое расстояние для каждой из рассчитываемых передач определяется по формуле:

Диаметр делительной окружности зубчатых колес определяется по формуле:

Диметр вершин зубьев:

Диаметр впадин зубьев:

Зная коэффициент ширины зубчатого колеса ψ=8, определим ширину зубчатого колеса:

Полученные значения параметров зубчатых колес для всех передач коробки скоростей заносим в таблицу 5.1

Таблица 5.1 – Геометрические параметры зубчатых колес

№	Перед. отнош., i	Валы	Z∑	Zi	Модуль, мм	aw, мм	dw, мм	da, мм	df, мм	b, мм
1	i1=1/1,26	I-II	68	30	2	68	60	64	55	16
2				38			76	80	71	16
3	i2=1			34			68	72	63	16
4				34			68	72	63	16
5	i3=1/2	II-IV	63	21	3,5	110,25	73,5	80,5	64,75	28
6				42			147	154	138,25	28
7	i4=1/2	IV-V	66	22	3	99	66	72	58,5	24
8				44			132	138	124,5	24
9	i5=1/1,26			29			87	93	79,5	24
10				37			111	117	103,5	24
11	i6=1/3,16	V-VI	66	16	4	132	64	75,803	58	32
12				50			200	207,803	190	32
13	i7=1/1,26			29			116	124	106	32
14				37			148	156	138	32
15	i8=1/3,16	VI-III	75	18	5	187,5	90	100	77,5	40
16				57			285	295	272,5	40
17	i9=2			50			250	260	237,5	40
18				25			125	135	112,5	40