Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Одесская национальная морская академия

Кафедра СВУ

Методические указания

по выполнению расчётно-графического задания

по ТММ и ДМ

Расчёт зубчатых и червячных передач

Одесса, 2012 год

ВВЕДЕНИЕ

Для закрепления полученных теоретических знаний, приобретения практических навыков составления расчётных схем узлов и отдельных деталей, производства инженерных расчётов их на прочность, выработки умения грамотно оценивать полученные результаты расчётов, решать вопросы конструктивного исполнения деталей, выполнять их эскизы и рабочие чертежи – цель, которую преследует выполнение курсантами расчётно-графического задания. Необходимо произвести расчёт зубчатой или червячной передачи, как неотъемлемой составной части любой машины, которые предстоит обслуживать будущим специалистам – судовым механикам.

Пояснительная записка расчётно-графического задания выполняется на стандартных листах писчей бумаги формата А4 и включает в себя:

1. титульный лист (обложка);

2. заглавный, первый лист текстовых документов с основной надписью, выполненной по форме 2 (ГОСТ 2.104-68), на котором приводится схема передачи, исходные числовые данные и содержание задания;

3. последующие листы текстовых документов с основной надписью, выполненной по форме 2а (ГОСТ 2.104-68).

Производимые расчёты должны сопровождаться краткими, но исчерпывающим пояснениями. Выбор значений коэффициентов, входящих в расчётные формулы, должен быть обоснован и дана ссылка на источник, из которого он взят.

Расчётные выражения записываются вначале в общем (буквенном) виде, затем производится расшифровка обозначений, входящих в формулу. Первая строка расшифровки начинается со слова «где» без двоеточия после него. Каждый символ расшифровывается один раз, указываются его единицы измерения. После этого в том же порядке делается подстановка числовых значений и приводится конечный результат подсчёта с указанием единиц измерения вычисляемой величины. Вычисления производить в единицах СИ с точностью до трех значащих цифр, не считая нулей слева. Геометрические размеры зубчатых колёс, червяка и червячного колеса вычислять с точностью до второго знака после запятой.

Графическая часть выполняется на листе чертёжной бумаги формата А4.

Вариант задания назначается руководителем (приложение).

СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1. Провести кинематический и энергетический расчёты передачи.

2. Выбрать материалы для изготовления элементов передачи.

3. Определить допускаемые контактные напряжения и напряжения изгиба зубьев зубчатых колёс или червячного колеса.

4. Провести проектировочный расчёт передачи с целью определения её габаритов и размеров составляющих элементов.

5. Выполнить проверочный расчёт передачи по контактным напряжениям и по напряжениям изгиба. Дать заключение о прочности зубьев зубчатых и червячных колёс.

6. Начертить рабочий чертёж зубчатого (червячного) колеса, выполнив предварительно расчёт его конструктивных элементов.

1. Кинематический и энергетический расчёт передачи.

На кинематических схемах передач (приложение) ведущий вал обозначен цифрой 1 , а ведомый – цифрой 2. В дальнейшем все характеристики, относящиеся к ведущему валу, имеют индекс 1, а к ведомому валу – индекс 2. Валы опираются на подшипники качения 3. Цифрами 4 и 5 обозначены шестерня и колесо цилиндрической зубчатой передачи; 6 и 7 – шестерня и колесо конической зубчатой передачи; 8 и 9 – червяк и червячное колесо червячной передачи.

Назначение передачи – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Закрытая понижающая передача носит название – редуктор. Червячные редукторы обеспечивают большие передаточные числа по сравнению с цилиндрическими и коническими при малых габаритах. Однако, ввиду низкого КПД применение червячных редукторов для передачи больших мощностей нецелесообразно.

Мощность на ведущем валу передачи

₁=₂ /  

где  - общий коэффициент полезного действия передачи.

 ₁ ₂² ,

где ₁ - КПД зубчатой (червячной) передачи; ₂ - КПД одной пары подшипников качения.

Значения КПД разных типов передач принять по таблице 1.1.

Таблица1.1

Тип передачи	КПД
Зубчатая цилиндрическая	0,97…0,98
Зубчатая коническая	0,96…0,97
Червячная при числе заходов червяка: Z1 	0,7…0,75
1 	0,8…0,85
1 	0,85…0,95
Пара подшипников качения	0,99…0,995

Число заходов червяка Z₁, в зависимости от передаточного числа, принять по таблице 1.2

Таблица 1.2

Передаточное число, u	Z1
30…80	1
15…29	2
8…14	4

Частота вращения ведомого вала

n₂ = n₁ / u, об/мин

Угловые скорости валов

₁ =  n₁ / 30 , с^-1 и ₂ =  n₂ / 30 , с^-1

Вращающие моменты на валах

T₁ = P₁ / ₁, Нм и T₂ = P₂ / ₂ , Нм

2. Материалы зубчатых колёс, червячных колёс и червяков

Выбор материала для изготовления зубчатых и червячных колёс определяется назначением передачи, условиями её работы, способом получения заготовки, методом изготовления и обработки зубьев. В качестве материалов для цилиндрических и конических зубчатых колёс силовых передач применяют термически обрабатываемые качественные конструкционные стали марок Сталь 35, 40, 45, 50, а также легированные стали марок Сталь 40Х, 40ХН, 50Г, и др. Реже зубчатые колёса изготавливают из чугунов и пластмасс. Для передач общего назначения твёрдость поверхностей зубьев зубчатых колёс обычно не превышает НВ 350, термообработка - нормализация, улучшение, объёмная закалка. Поскольку зубья шестерни чаще входят в зацепление, чем зубья колеса, их твёрдость должна быть на 25…50 НВ выше. Такое соотношение твёрдостей способствует лучшей прирабатываем ости и равномерному износу зубьев шестерни и колеса.

Материалом для изготовления червяков служит преимущественно углеродистые или легированные стали с соответствующей термообработкой, обеспечивающей высокую твёрдость рабочих поверхностей НRC45. Кроме того, необходима шлифовка поверхностей витков червяк.

Червячные колёса чаще всего изготавливают сборными: венец – латунный или бронзовый, центр – чугунный или стальной. Марку цветного сплава для зубчатого венца назначают в зависимости от скорости скольжения, которая приближённо определяется из выражения

_s = 0,00045n₁ , м/с,

где n₁ – частота вращения червяка, об/мин., Т₂ – момент на валу червячного колеса, Нм.

При _s = 6…25 м/с применяют бронзы марок Бр.ОНФ или Бр. ОФС, при _s = 2…8 м/с – Бр. АЖ9-4.

Марку материала для зубчатых колёс и червяка, следует выбирать из таблицы 2.1 с учётом ранее высказанных рекомендаций.

Таблица 2.1

Марка стали	Предел прочности  , МПа	Предел текучести  , МПа	Твёрдость, НВ	Термообработка
40	700	400	192…228	Улучшение
45	600	340	170…217	Нормализация
45	750	450	192…240	Улучшение
50	800	530	228…255	Улучшение
40Х	850	550	230…260	Улучшение
40Х	1000	800	HRC50…59	Закалка
40ХН	850	600	230…300	Улучшение

Материал для изготовления зубчатого венца червячного колеса принять из таблицы 2.2 в зависимости от _s

Таблица 2.2

Марка материала	Способ отливки	Предел прочности  , МПа	Предел текучести  , МПа
Бр. ОФ 10 – 1	В песок	200	120
Бр. ОФ 10 – 1	В кокиль	260	150
Бр. ОНФ	Центробежный	290	170
Бр. АЖ9 – 4	В песок	400	200