Практическая работа № 8

ТЕМА: Расчет зубчатой передачи. Разработка рабочего чертежа зубчатого колеса.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться выполнять взаимосвязанный расчет прочности и геометрии зацепления зубчатой передачи и разрабатывать рабочий чертеж зубчатого колеса.

Задание: Рассчитать прямозубую передачу одноступенчатого цилиндрического редуктора общего назначения (рис.1) по следующим данным:

Данные для расчета:

Угловая скорость ведущего вала , рад/с

Передаваемая мощность , кВm

Передаточное число редуктора

Марка стали шестерни и колеса …

Термообработка …

Редуктор нереверсивный, предназначенный для длительной работы при постоянной нагрузке.

Задания по вариантам приведены в таблице 6

Рисунок 1 − Схема одноступенчатого цилиндрического прямозубового редуктора

Порядок выполнения работы

1 Вращающие моменты:

а) на валу шестерни;

, Нм.

б) на валу колеса;

, Нм;

где – КПД цилиндрического редуктора;

, кВm.

2 Для заданной марки стали и термообработки шестерни и колеса выбрать значения (таблица 1):

а) твердости:

НВ₁ – для шестерни (указать вид термообработки);

НВ₂ – для колеса.

Твердость шестерни должна быть на (25 – 50) НВ больше твердости колеса для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их перерабатываемости;

б) диаметр заготовки:

Д_ш, мм;

Д_к, мм.

Принимаем Д_ш < Д_к

в) предел текучести:

, Н/мм².

3 Предел контактной выносливости для материала колеса при

НВ ≤ 350:

, Н/мм².

4 Допускаемое контактное напряжение:

, Н/мм²;

где – коэффициент долговечности;

– коэффициент безопасности.

5 Допускаемые напряжения при изгибе для шестерни и колеса

, Н/мм²;

, Н/мм²;

где – корректирующий коэффициент;

– корректирующий коэффициент;

S_F – коэффициент безопасности;

S_F = 1,7 … 2,2.

6 Расчетные коэффициенты (при НВ ≤ 350, расположение колес относительно оси – симметричное):

а) коэффициенты ширины венца колеса:

– относительно межосевого расстояния;

– относительно делительного диаметра шестерни.

б) коэффициенты неравномерности нагрузки К_н и К_F в зависимости от значений (таблица 2):

К_н = …; К_F = … .

7 Межосевое расстояние передачи из условия контактной прочности рабочих поверхностей зубьев:

, мм;

где Т₂ – вращающий момент на валу колеса, Н/мм;

− допускаемое контактное напряжение, Н/мм² (пункт 4).

Окончательно принять большее стандартное значение по таблице 3:

, мм.

8 Предварительные размеры колеса:

а) длительный диаметр;

, мм.

б) ширина венца;

, мм;

где , мм.

9 Модуль зацепления из условия равной контактной и изгибной прочности зубьев:

, мм;

где Т₂, Н/мм²;

d₂ и , мм;

, Н/мм² (пункт 5);

− вспомогательный коэффициент;

= 6,8.

Полученное значение модуля округлить в большую сторону по ГОСТ 9536-60 (таблица 3);

m, мм.

10 Суммарное число зубьев и зубьев шестерни и колеса:

; ;

Примечание − и должны быть целыми числами.

11 Фактическое передаточное число передачи:

, отклонение от заданного «U» допускается до ± 2,5 %.

12 Основные геометрические размеры передачи:

а) диаметр делительных окружностей шестерни и колеса;

, мм;

, мм.

б) межосевое расстояние;

, мм.

в) диаметры окружностей вершин зубьев;

, мм;

, мм.

г) диаметры окружностей впадин зубьев;

, мм;

, мм.

д) ширина венца колеса и шестерни;

, мм;

где – (пункт 6);

, мм.

13 Силы действующие в зацеплении колес:

а) окружная сила;

F_t = , Н.

б) радиальная сила;

, Н;

где Т₂, Н/мм;

d₂, мм;

= 20⁰;

tg 20⁰ = 0,364.

14 Окружная скорость зубчатых колес:

, м/с;

где , рад/с; d₁, м.

Назначить степень точности изготовления колес по таблице 4:

Степень точности…

15 Уточнить коэффициент ширины венца колеса:

;

принять коэффициенты:

– (пункт 6, а);

– (пункт 6, а);

– (1. с 138 при  5 м/с).

16 Фактическое контактное напряжение рабочих поверхностей зубьев:

;

где F_t, Н;

d₂ и , мм;

, Н/мм² (пункт 4).

Допускаемая недогрузка передачи до 10% или перегрузка на 5%.

Дать заключение о проценте недогрузки или перегрузки.

17 Выбрать коэффициенты формы зуба по величине Z₁ и Z₂ по таблице 5:

для шерсти ;

для колеса .

18 Проверить прочность зубьев на изгиб:

для шерсти , Н/мм², ;

для колеса ,

где F_t, H;

и , мм;

и (пункт 15);

и , Н/мм² (пункт 5).

Дать заключение: прочность зубьев на изгиб обеспечивается (не обеспечивается).

19 Разработать рабочий чертеж зубчатого колеса.

Таблица 1 – Механические характеристики сталей для зубчатых колес

Сталь	Термообработка	Диаметр заготовка	, Н/мм2	, Н/мм2	, Н/мм2	НВ для поверх ности
50Г	Нормализация Улучшение	150-400 100-200	610 690	320 390	–	190-229 241-285
30ХГС	Нормализация Улучшение	100-160 150-300	890 930	690 740	–	215-229 235-291
35Х	Нормализация Улучшение	60 200	940 740	740 490	–	190-241 220-260
40Л	Нормализация	любой	520	295	225	147
45	Улучшение	90-120 180-250 250-350	730 690 660	390 340 300	315 295 285	194-222 180-207 180-195
40Х	Улучшение	До 120 120-150 180-250 220-315	930 850 780 800	690 590 490 630	420 395 370 375	260-282 240-270 215-243 235-262
	Поверхностная закалка	120 200	930 920	690 750	420 415	269-302 465-489
40ХНМА	Мягкое азотирование	200	980	786	440	262-294
38ХМЮА	Жесткое азотирование	200	1050	900	460	850-900
20Х 12ХНЗА	Цементация	120 200	780 1000	640 800	370 445	489-600 550-630

Таблица 2 – Коэффициенты неравномерности нагрузки и в зависимости от значений

	0,2	0,4	0,6	0,8	1,2	1,6
	1,01	1,02	1,03	1,04	1,07	1,11
	1,01	1,01	1,05	1,07	1,14	1,18

Таблица 3 – Стандартные ряды значений и цилиндрических прямозубых колес

, мм	40 50 63 71 80 90 100 112 125 140 160 180 200 250 280 315 400
, мм	1,0 1,25 1,5 2 2,5 3 4 5 1,125 1,375 1,75 2,25 2,75 3,5 4,5 5,5 6 8 10 12 16 20 25 7 9 11 14 18 22 28

Таблица 4 – Степень точности изготовления цилиндрических прямозубых колес

, м/с	15	10	6	2
Степень точности изготовления	6 - я	7 - я	8 - я	9 - я

Таблица 5 – Значение коэффициента формы зуба для внешнего зацепления (х = 0)

	16	20	25	40	60	80	100	180
	4,28	4,07	3,90	3,70	3,62	3,61	3,61	3,62	3,63

Таблица 6 − Задания по вариантам

Вариант №	, рад/с	, кВm	U	Марка стали шестерни и колеса	Термообработка
1	60	2,8	2,5	50Г	Нормализация
2	72	4,5	3,15
3	80	6	2
4	74	5	5	30ХГС	улучшение
5	90	6,2	6,3
6	102	5,2	4
7	62	3	7,1	45	улучшение
8	100	6,8	5,6
9	76	7,5	2,8
10	82	3,2	6,3	40Х d=120…150	улучшение
11	92	8,1	2,5
12	105	3,5	5
13	78	7	4,5	50Г	улучшение
14	86	3,1	8
15	64	6,1	2,5
16	95	8,2	3,55	20Х	цементация
17	84	4	7,1
18	107	5,1	3
19	97	3,8	1,8	35Х	улучшение
20	110	8,5	2
21	66	4,1	4
22	112	4,8	5	12ХН3А	цементация
23	88	9	2,24
24	115	8,8	3,5
25	68	7,2	2,24	40Х d=180…250	улучшение
26	117	9,2	4
27	120	7,8	4,5
28	61,3	9,5	3,55	40Х	поверхностная закалка
29	98	5,8	5,6
30	104	8	2,8
31	70	1,8	2,7	45 d=180…250	улучшение
32	51,3	4,2	1,6