2.8.6 Специальные расчеты

Отдельные виды расчетов, условно относимых к специальным (гидравлические и др.), выполняемые при дипломном проектировании, могут быть и определяющими, и выполнять вспомогательную, проверочную роль. Это зависит от конкретного задания на проектирование. Они могут быть выделены в пояснительной записке в отдельный раздел. Рекомендации по выполнению специальных разделов можно найти в соответствующей учебной литературе.

2.9 Раздел 5 «Расчет на прочность с применением эвм»

При проектировании любой машины или аппарата необходимо рассчитывать различные механические передачи и их отдельные элементы, соединения, муфты, валы и оси, подшипники, корпуса и другие детали. Эти расчеты проводятся как с целью определения конструктивных оптимальных размеров механизмов и деталей, так и с целью проверки их на прочность, надежность и долговечность.

Методики расчетов, необходимые данные и расчетные формулы даны в учебниках по курсу «Детали машин» и в соответствующих справочниках. Основные этапы расчета различных деталей и узлов машин приведены ниже.

2.9.1 Механические передачи

Прямозубые и косозубые цилиндрические и прямозубые конические передачи. Расчет ведут в следующей последовательности:

1) задают или рассчитывают число зубьев колес в соответствии с кинематическим расчетом и конструктивными соображениями (z_min = 17);

2) задают (для ненагруженных передач) или определяют расчетом на прочность модуль зацепления передачи m (в мм), округляют до большего стандартного ближайшего значения. Предпочтительный ряд модулей (ГОСТ 9563-80): 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 16; 20; 25;

3) для косозубых передач определяют торцевой модуль, зная угол наклона зубьев на делительном цилиндре (β = 8 - 22⁰);

4) для конических передач задают по конструктивным соображениям угол между осями колес.

5) задают по конструктивным соображениям ширину зубчатого венца колеса. Допускается подбирать ширину зубчатого венца колеса b (в мм) по следующим соотношениям:

- для прямозубых колес b = (2 - 6)m;

- для косозубых колес b = (5 - 10)m;

- для конических колес b = (0,25 - 0,3)L,

где m – нормальный модуль зацепления, мм;

L – длина образующей делительного конуса, мм;

6) определяют:

• диаметры делительных окружностей колес;

• межосевое расстояние между колесами;

• угол делительного конуса колес;

• диаметры окружности выступов колес;

• длину образующей делительного конуса;

7) производят проверку на прочность зубчатой пары по допускаемому контактному напряжению изгиба и допускаемому контактному напряжению для материала зуба колес. В случае получения неудовлетворительного результата увеличивают величину модуля или ширину зубчатого венца колеса, а иногда и то и другое вместе. Затем проводят повторный расчет зубчатой пары по вышеизложенной методике.

Червячные передачи. Расчет червячной передачи выполняют в следующей последовательности:

1) задают или рассчитывают число заходов червяка (z₁ = 1; 2; 4) и число зубьев червячного колеса в соответствии с кинематическим расчетом и конструктивными соображениями;

2) задают (в ненагруженных передачах) или определяют расчетом осевой модуль зацепления, округляя его до большего стандартного ближайшего значения. Предпочтительный ряд модулей (ГОСТ 2144-93): 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,04 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16; 20;

3) определяют:

• условный угол обхвата червячного колеса. Допускается подбирать угол обхвата (в град) по следующим соотношениям:

- для силовых передач 90-120;

- для неответственных передач 60-90;

- для несиловых ответственных передач 45-60;

• коэффициент q, учитывающий число модулей в диаметре делительной окружности червяка. Значения коэффициента q (ГОСТ 2144-93): 8; 10; 12,5; 16; 20;

• диаметры делительных окружностей колеса и червяка;

• межосевое расстояние между колесом и червяком;

• диаметры окружностей выступов червяка и колеса;

• длину нарезной части червяка;

• ширину червячного колеса.

4) производят проверку на прочность по допускаемым напряжению изгиба и контактному напряжению для материала зубчатой пары.

Цепные передачи. Расчет цепной передачи ведут в следующей последовательности:

1) задают или рассчитывают:

• число зубьев звездочек в соответствии с кинематическим расчетом и конструктивными соображениями (z_min = 9 -11);

• шаг применяемой цепи t (в мм) в зависимости от частоты вращения меньшей звездочки и числа ее зубьев;

• межосевое расстояние между звездочками (А_max = 80t);

2) определяют:

• скорость набегания цепи на звездочку или среднюю скорость цепи;

• количество звеньев цепи, значение которого желательно округлить до ближайшего четного числа;

3) уточняют межосевое расстояние между звездочками;

4) производят проверку выбранной цепи по допустимым удельным сопротивлениям в шарнирах и разрывному усилию;

5) определяют номинальную допустимую мощность, передаваемую рассчитанной цепной передачей.

Ременные передачи. Последовательность расчета:

1) задают или рассчитывают:

• диаметры шкивов в соответствии с кинематическим расчетом и конструктивными соображениями;

• межосевое расстояние между шкивами в соответствии с конструктивными соображениями;

2) определяют:

• угол обхвата меньшего шкива ремнем (для плоскоременной α_min= 150⁰, для клиноременной α_min = 120⁰);

• длину ремня. Для клиноременной передачи расчетную длину ремня округляют до стандартного ближайшего значения;

• окончательное значение межосевого расстояния;

• ширину ремня для плоскоременной передачи;

• допускаемую мощность, передаваемую ременной передачей;

• сечение и количество клиновых ремней в зависимости от передаваемой мощности и их скорости;

• число пробегов приводных ремней в единицу времени для обеспечения нормальной долговечности.

Грузовые или ходовые винтовые передачи. Последовательность расчета:

1) определяют (ориентировочно):

• внутренний диаметр винта по пониженному (примерно на 30 %) допускаемому напряжению;

• шаг винта из условия, что должно быть самоторможение винта, т. е. угол подъема винтовой линии должен быть меньше угла трения в зацеплении;

2) проверяют:

• прочность винта на совместное действие сжатия и кручения по допускаемому приведенному напряжению;

• устойчивость винта (продольный изгиб) по формуле Эйлера при условии, что гибкость стержня больше предельной, т.е. 4l /d ≥ 100 (для стали), где l – длина стержня (м), d – наружный диаметр винта (м). При гибкости меньше предельный винт проверяют по критическому напряжению. При гибкости < 60 расчет на устойчивость не производят;

3) определяют:

• высоту гайки;

• условие, необходимое для подъема груза (для грузового винта);

• скорость перемещения гайки.