- •1. Кинематический и энергетический расчёт передачи.
- •2. Материалы зубчатых колёс, червячных колёс и червяков
- •3. Допускаемые напряжения
- •3.1. Допускаемые контактные напряжения
- •3.2.Допускаемые напряжения изгиба
- •4. Проектировочный расчёт передачи (порядок расчёта)
- •4.1. Передача цилиндрическими зубчатыми колёсами
- •4.2. Передача коническими зубчатыми колёсами
- •4.3. Червячная передача
- •5. Проверочный расчёт передачи по контактным напряжениям
- •5.1. Цилиндрическая зубчатая передача
- •5.2. Коническая зубчатая передача
- •5.3. Червячная передача.
- •6.Проверочный расчёт передачи по напряжениям изгиба.
- •6.1 Цилиндрическая зубчатая передача
- •6.2. Коническая зубчатая передача
- •6.3. Червячная передача
- •7. Расчёт конструктивных элементов зубчатых (червячных) колёс
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:
титульный лист (обложка);
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;
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
Провести кинематический и энергетический расчёты передачи.
Выбрать материалы для изготовления элементов передачи.
Определить допускаемые контактные напряжения и напряжения изгиба зубьев зубчатых колёс или червячного колеса.
Провести проектировочный расчёт передачи с целью определения её габаритов и размеров составляющих элементов.
Выполнить проверочный расчёт передачи по контактным напряжениям и по напряжениям изгиба. Дать заключение о прочности зубьев зубчатых и червячных колёс.
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 НRC45. 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 |