Глава XII примеры расчета и проектирования приводов

§ 12.1. Проектирование привода

С одноступенчатым цилиндрическим косозубым редуктором и цепной передачей

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Спроектировать одноступенчатый горизонтальный цилинд­рический косозубый редуктор и цепную передачу для привода к ленточному конвейеру (рис. 12.1).

Полезная сила, передаваемая лентой конвейера, F_л = = 8,55 кН; скорость ленты v_л = 1,3 м/с; диаметр приводного барабана D_б = 400 мм. Редуктор нереверсивный, предназначен для длительной эксплуатации; работа односменная; валы уста­новлены на подшипниках качения.

Формулы для расчета зубчатых колес см. гл. III, цепной передачи - гл. VII, валов — гл. VIII, подшипников – гл. IX.

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

I. Выбор электродвигателя и кинематический расчет (рис. 12.2)

По табл. 1.1 примем:

КПД пары цилиндрических зубчатых колес ₁ = 0,98; коэффициент, учитывающий потери пары подшипников клчеиия, ₂ = 0,99; КПД открытой цепной передачи ₃ = 0,92; КПД, учитывающий потери в опорах вала приводного барабана, ₄ = 0,99.

Обший КПД привода

 = ₁₂²₃₄ = 0,98  0,99²  0,92  0,99 = 0,875

Мощность на валу барабана P_б = F_л v_л = 8,55 ^. 1,3 = 11,1 кВт.

Требуемая мощность электродвигателя

Угловая скорость барабана

Частота вращения барабана

В табл. П.1 (см. приложение) по требуемой мощности Р_тр = 12,7 кВт с учетом возможностей привода, состоящего из цилиндрического редуктора и цепной передачи (см. §1.3, гл. I, возможные значения частных передаточных отношений для цилиндрического зубчатого редуктора i_р = 36 и для цепной передачи i_п = 36, i_общ = i_р i_п = 9  36), выбираем электродвига­тель трехфазный короткозамкнутый серии 4А, закрытый, обду­ваемый, с синхронной частотой вращения 1000 об/мин 4А 160 М6 УЗ, с параметрами Р_дв = 15,0 кВт и скольжением 2,6% (ГОСТ 19523-81). Номинальная частота вращения п_дв = 1000 — 26 = 974

об/мин, а угловая скорость _дв

Проверим общее передаточное отношение:

что можно признать приемлемым, так как оно находится между 9 и 36 (большее значение принимать не рекомендуют).

Частные передаточные числа (они равны передаточным от­ношениям)

можно принять: для редуктора по ГОСТ 2185-66 и_р = 5; для цепной

передачи

Частоты вращения и угловые скорости иалов редуктора и приводного барабана:

Вал В
Вал С
Вал А

Вращающие моменты:

На валу шестерни

на валу колеса

II. Расчет зубчатых колес редуктора

Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи, выбираем материалы со средними механи­ческими характеристиками (см. гл. III, табл. 3.3); для шестерни сталь 45, термическая обработка — улучшение, твердость НВ 230; для колеса - сталь 45, термическая обработка -улучшение, но твердость на 30 единиц ниже — НВ 200.

Допускаемые контактные напряжения [формула (3.9)]

где _{Н lim b} – предел контактной выносливости при базовом числе циклов

По табл. 3.2 гл.  для углеродистых сталей с твер­достью поверхностей зубьев менее НВ 350 и термической об­работкой (улучшением)

_{Н lim b} = 2 НВ + 70

К_HL — коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора, принимают К_HL = 1; коэффициент безопасности S_H = 1,10.

Для косозубых колес расчетное допускаемое контактное напряжение по формуле (3.10) гл. .

[_н] = 0,45 ([_н1] + [_н2]);

для шестерни 482 МПа

для колеса  428 МПа.

Тогда расчетное допускаемое контактное напряжение

[_н] = 0,45 (482 + 428) = 410 МПа.

Требуемое условие [_н]  1,23 [_н2 ] выполнено.

Коэффициент К_Н, несмотря на симметричное расположение колес относительно опор (см. рис. 12.2), примем выше реко­мендуемого для этого случая, так как со стороны цепной передачи действуют силы, вызывающие дополнительную дефор­мацию ведомого вала и ухудшающие контакт зубьев. Прини­маем предварительно по табл. 3.1, как в случае несимместричного расположения колес, значение К_Н = 1,25.

Принимаем для косозубых колес коэффициент ширины венца по межосе-

вому расстоянию

Межосевое расстояние из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев по формуле (3.7) гл. III

где для косозубых колес К_а = 43, а передаточное число нашего редуктора и = и_р = 5.

Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185-66 a_w = 200 мм.

Нормальный модуль зацепления принимаем по следующей рекомендации:

т_п = (0,01  0,02) a_w = (0,01  0,02) 200 = 2  4 мм;

принимаем по ГОСТ 9563 — 60* т_п = 2,5 мм.

Примем предварительно угол наклона зубьев  = 10° и определим числа зубьев шестерни и колеса [см. формулу (3.16):

Принимаем z₁ = 26; тогда z₂ = z₁и = 26 ^. 5 = 130.

Уточненное значение утла наклона зубьев

Основные размеры шестерни и колеса:

Диаметры делительные

Проверка

диаметры вершин зубьев:

ширина колеса b₂ = _baa_w = 0,4 ^. 200 = 80 мм:

ширина шестерни b₁ = b₂ + 5 мм = 85 мм.

Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру:

Окружная скорость колес и степень точности передачи

При тaкой скорости для косозубых колес следует принять 8-ю степень точности.

Коэффициент нагрузки

Значения К_н даны в табл. 3.5; при _bd = 1,275, твердости НВ  350 и несимметричном расположении колес относительно опор с учетом изгиба ведомого вала от натяжения цепной передачи К_н  1,155.

По табл. 3.4 гл. III при v = 3,38 м/с и 8-й степени точ­ности К_{Н }  1,08. По табл. 3.6 для косозубых колес при v  5 м/с имеем К_{Н v} = 1,0. Таким образом, К_Н = 1,155 х 1,08 х 1,0 = 1,245.

Проверка контактных напряжений по формуле (3.6):

С

илы, действующие в зацеплении [формулы (8.3) и (8,4) гл. VIII]:

окружная

радиальная

осевая F_a = F_t tg = 3750 tg 12°50' = 830 H.

Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле (3.25):

З

десь коэффициент нагрузки К_F = К_F К_Fv. По табл. 3.7. при _bd = 1,275, твердости НВ  350 и несимметричном расположении зубчатых колес относительно опор K_F = 1,33. По табл. 3.8 К_Fv = 1,3. Таким образом, коэффициент K_f = 1,33 ^. 1,3 = 1,73; Y_F — коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий от эквивалентного числа зубьев z_v [см. гл. III, пояснения к формуле (3.25)]:

у шестерни

у колеса

Допускаемое напряжение по формуле (3.24)

По табл. 3.9. для стали 45 улучшенной при твердости НВ  350 ⁰_{F lim b} = 1,8 НВ.

Для шестерни ⁰_{F lim b} = 1,8 ^. 200 = 360 МПа. S_F = S_F S_F - коэффициент безопасности см. пояснения к формуле (3.24), где S_F = 1,75 (по табл. 3.9), S_F = 1 (для поковок и штамповок). Следовательно, S_F = 1,75.

Долпускаемые напряжения

для шестерни

для колеса

Находим отношения

для шестерни

для колеса

Дальнейший расчет следует вести для зубьев колеса, для котоорого найденное отношение меньше.

Определяем коэффициенты Y_ и K_F см. гл. , пояснения к формуле (3.25):

для средних значений коэффициента торцового перекрытия _ = 1,5 и 8-й степени точности K_F = 0,92.

Проверяем прочность зуба колеса по формуле (3.25):

Условие прочности выполнено.