Расчёт зубчатых зацеплений. Выбор материала для зубчатых колёс.
Оглавление
Введение. 4
Таблица данных.
1. Выбор электродвигателя. Кинематический и силовой расчёты привода. 6
1.1. Расчётные параметры на выходном валу. 6
1.2. Приближенное определение КПД. 6
1.3. Определение приближенного передаточного отношения привода. 7
1.4. Выбор двигателя. 7
1.5. Уточнённое передаточное отношение. 7
1.6. Частоты вращения валов. 7
1.7. Крутящие моменты на валах. 8
2. Расчёт зубчатых зацеплений. Выбор материала для зубчатых колёс. 9
2.1. Результаты расчёта зубчатого зацепления на Win Machine. 9
2.1.1. Быстроходная передача. 9
2.1.2. Тихоходная передача. 10
2.2. Проверка расчёта зубчатого зацепления. 11
2.2.1. Проверка расчётных контактных напряжений. 11
2.2.2. Проверка расчётных напряжений изгиба. 12
3. Подбор муфт. 15
3.1. Входнй вал. 15
3.2. Выходной вал. 15
4. Расчёт шпонок. 17
5. Валы. 19
5.1. Результаты получены в программе Win Machine. 19
5.1.1. Быстроходный вал. 19
5.1.2. Промежуточный вал. 22
5.1.3. Выходной вал. 25
5.2. Проверочный расчёт вала. 28
6. Расчёт подшипников. 34
6.1. Результаты расчёта подшипников на грузоподъёмность и долговечность программы Win Machine. 34
6.2. Проверка долговечности подшипника. 34
7. Выбор смазки. 36
8. Размеры для компоновки редуктора. 37
9. Расчёт болтов на срез. 38
10. Подбор посадок основных деталей редуктора. 40
11. Конструирование рамы. 41
12. Вопросы техники безопасности. 43
Список использованной литературы.. 44
Введение.
В машиностроении находят широкое применение редукторы, механизмы, состоящие из зубчатых или червячных передач, выполненных в виде отдельного агрегата и служащих для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепную или ременную передачу.
Назначение редуктора — понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Механизмы, служащие для повышения угловой скорости, выполнены в виде отдельных агрегатов, называют мультипликаторы.
Конструктивно редуктор состоит из корпуса (литого, чугунного или сварного стального), в котором помещаются элементы передачи — зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д.
Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения.
Привод предполагается размещать в закрытом, отапливаемом, вентилируемом помещении, снабженным подводом трехфазного переменного тока.
Привод к горизонтальному валу состоит из цилиндрического редуктора, быстроходный вал которого соединен с двигателем ременной передачей, а на тихоходном валу располагается компенсирующая муфта.
Выбор электродвигателя. Кинематический и силовой расчёты привода.
1.1. Расчётные параметры на выходном валу.
=t/sin(π/z)=140/sin(180/9)=0,409м;
Крутящий момент на выходном валу редуктора (3 вал):
– окружное усилие на тяговых звездочках, кН;
t-шаг тяговой цепи, мм;
z-число зубьев;
Угловая скорость барабана:
– скорость цепи, м/с.
Мощность на выходном валу:
– крутящий момент на 3 валу, ;
– угловая скорость, .
1.2. Приближенное определение КПД.
КПД всей передачи:
– КПД для зубчатой передачи, принимаем равной 0,98;
– КПД для одной пары подшипников качения, принимаем равной 0,99;
1.3. Определение приближенногопередаточного отношения привода.
Передаточное отношение привода:
– передаточные отношения 1-ой и 2-ой ступеней редуктора;
1.4. Выбор двигателя.
Мощность двигателя:
Угловая скорость двигателя:
Выбираем двигатель АИР112МА8 у которого,
1.5. Уточнённое передаточное отношение.
Уточненные значения передаточных отношение тихоходной и быстроходной ступени:
1.6. Частоты вращения валов.
Первый вал:
Второй вал:
Третий вал:
1.7. Крутящие моменты на валах.
Проверка:
Расчёт зубчатых зацеплений. Выбор материала для зубчатых колёс.
Для всех колёс выбираем сталь 40Х.
Таблица 2.1. Физические свойства стали 40Х.
Марка стали
| Вид термообработки
| Твёрдость
|
|
| Сердцевина
| Поверхность
| 40Х
| Объёмная закалка
| 30HRC
| 48 HRC
| 830МПа
| 540 МПа
| 2.1. Результаты расчёта зубчатого зацепления на WinMachine.
2.1.1. Быстроходная передача.
Таблица 2.2. Основные геометрические параметры.
Параметр
| Шестерня
| Колесо
| Межосевое расстояние, мм
|
|
| Модуль, мм
|
|
| Делительный диаметр, мм
|
|
|
| Диаметр начальной окружности, мм
|
|
|
| Диаметр вершин зубьев, мм
|
|
|
| Диаметр впадин зубьев, мм
|
| 24,5
| 132,5
| Коэффициент смещения исходного контура, мм
|
|
|
| Высота зуба, мм
|
| 2,25
| 2,25
| Ширина зубчатого венца, мм
|
|
|
| Число зубьев
|
|
|
| Таблица 2.3. Параметры материалов.
| Шестерня
| Колесо
| Допускаемые напряжения по контакту
| 1028,096 МПа
| Допускаемые напряжения изгиба
| 372,970 МПа
| 446,002 МПа
| Твёрдость поверхности
| 45 HRC
| 45 HRC
| Действующие напряжения
| Контактные
| 1023,955 МПа
| Изгибные
| 372,865 МПа
| 349,734 МПа
| Таблица 2.4. Силы в зацеплении.
Радиальная сила
|
| 702,921 Н
| Окружная
|
| 1931,260 Н
| 2.1.2. Тихоходная передача.
Таблица 2.5. Основные геометрические параметры.
Параметр
| Шестерня
| Колесо
| Межосевое расстояние, мм
|
|
| Модуль, мм
|
|
| Делительный диаметр, мм
|
|
|
| Диаметр начальной окружности, мм
|
|
|
| Диаметр вершин зубьев, мм
|
|
|
| Диаметр впадин зубьев, мм
|
|
|
| Коэффициент смещения исходного контура, мм
|
|
|
| Высота зуба, мм
|
| 4,5
| 4,5
| Ширина зубчатого венца, мм
|
|
|
| Число зубьев
|
|
|
| Таблица 2.6. Параметры материалов.
| Шестерня
| Колесо
| Допускаемые напряжения по контакту
| 1344,401 МПа
| Допускаемые напряжения изгиба
| 446,002 МПа
| 520,275 МПа
| Твёрдость поверхности
| 45 HRC
| 45 HRC
| Действующие напряжения
| Контактные
| 1296,285 МПа
| Изгибные
| 444,253 МПа
| 392,756 МПа
| Таблица 2.7. Силы в зацеплении.
Радиальная сила
|
| 2415,438 Н
| Окружная
|
| 6636,364 Н
|
2.2. Проверка расчёта зубчатого зацепления.
Выполним проверку для тихоходной передачи.
2.2.1. Проверка расчётных контактных напряжений.
1. Окружная сила в зацеплении, Н
2. Окружная скорость колёс, м/с
3. Степень точности: 9.
4. Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении
5. Коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки для одновременно зацепляющихся пар зубьев.
Для прямых зубьев
6. Удельная расчётная окружная сила, Н/мм
7. Допускаемые контактные напряжения для проверочного расчёта,МПа
7.1. Базовое число циклов, соответствующее пределу выносливости для шестерни и зубчатого колеса,
7.2. Эквивалентное число циклов
– продолжительность работы передачи, час;
– число зацеплений зуба за один оборот колеса;
– коэффициент приведения переменного режима нагружения передачи к эквивалентному постоянному. Для среднего нормального типового режима нагружения
7.3. Коэффициент долговечности
7.4. Предел контактной выносливости, МПа
7.5. Допускаемые контактные напряжения, МПа
– коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхностей зубьев;
– коэффициент, учитывающий влияние окружной скорости колёс;
– коэффициент, учитывающий размер зубчатого колеса;
Для Ra 1,25…0,63 ,00;
7.6. Расчётные допускаемые контактные напряжения, МПа:
Для цилиндрических прямозубых колёс
8. Расчётные контактные напряжения, МПа
– коэффициент, учитывающий форму сопряжённых поверхностей зубьев;
Для прямых зубьев
– коэффициент, учитывающий механические свойства материалов колёс,
– коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий;
Для прямых зубьев
2.2.2. Проверкарасчётныхнапряженийизгиба.
1. Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении
2. Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца (для изгибной прочности)
3. Коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки для одновременно зацепляющихся пар зубьев
Для прямых зубьев
4. Удельная расчётная окружная сила, Н/мм
5. Эквивалентное число зубьев
Для прямых зубьев
6. Коэффициент, учитывающий форму зуба
7. Допускаемые изгибные напряжения для проверочного расчёта, МПа
7.1. Базовое число циклов напряжений
7.2. Эквивалентное число циклов
7.3. Коэффициент долговечности
7.4. Предел выносливости зубьев при изгибе, МПа
7.5. Допускаемые изгибные напряжения, МПа
– коэффициент запаса прочности;
– коэффициент, учитывающий влияние шероховатости переходной поверхности зуба;
– коэффициент, учитывающий размер зубчатого колеса
При отсутствии реверса
8. Расчётные напряжения изгиба зуба, МПа
– коэффициент, учитывающий наклон зуба;
Для прямых зубьев
– коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев;
Для прямых зубьев
Таблица 2.7. Данные проверки зубчатого зацепления тихоходной передачи.
| Win Machine
| Проверка
| Шестерня
| Колесо
| Шестерня
| Колесо
| Допускаемые напряжения по контакту
| 1118,50 МПа
| 1163,73 МПа
| Допускаемые напряжения изгиба
| 352,94 МПа
| 407,85 МПа
| 317,78 МПа
| 361,93 МПа
| Твёрдость поверхности
| 50 HRC
| 50 HRC
| 50 HRC
| 50 HRC
| Действующие напряжения
| Контактные
| 869,532 МПа
| 872,633 МПа
| Изгибные
| 350,86 МПа
| 252,29 МПа
| 309,78 МПа
| 279,93 МПа
| Данные проверочные расчёта близки данным полученным из программы WinMachine. Следовательно, можно использовать оба расчёта.
3. Подбор муфт.
3.1. Входной вал.
Исходные данные: тип муфты – упругая, передаваемый момент:T=39,690 Нм, режим работы – нереверсивная нагрузка с умеренными толчками, поломка муфты приводит к аварии машины без человеческих жертв.
1. Определение расчётного момента муфты.
– номинальный момент на муфте; – коэффициент режима работы;
2. Выбор типа муфты.
Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую ГОСТ 21424-93.
Муфта 63-32-1-22-2 ГОСТ 21424-93.
D=140 мм, D1=100 мм, L=121
3. Определение силы, действующей со стороны муфты на вал.
– окружная сила, передаваемая элементами, которые соеденяют полумуфты.
– диаметр расположения в муфте элементов передающих крутящий момент.
3.2. Выходной вал.
1. Определение расчётного момента муфты
2. Выбор типа муфты.
Проектируем комбинированную предохранительную цепную муфту со срезным штифтом.
Для зубчатой части.
D=210мм, L=278 мм, l1=100, l2=110
Приводная роликовая цепь: ПР38,1-127, число зубьев полумуфты: z=12, h=3,5.
Для предохранительной части
d=75 мм
Штифт из стали 45.
Диаметр штифта определяют из условия среза его силой ,возникающей при аварийной нагрузке
Площадь поперечного сечения штифта в месте среза
По ГОСТ 3128-70 принимаем
Уточним размер R.
Наружный диаметр втулки
Длина втулок каждой полумуфты
3. Определение силы, действующей со стороны муфты на вал.
Для цепных муфт диаметр делительной окружности звёздочки
В нашем случае
Расчётшпонок
Расчётная длина шпонкипо напряжениям смятия, мм:
– крутящий момент на валу, Н∙мм;
– допускаемое напряжение смятия для материала шпонки, МПа;
– диаметр вала, мм;
– выступ шпонки от шпоночного паза, мм;
- ширина и высота шпонки, мм
– глубина паза вала;
– глубина паза втулки;
Входной вал.
Шпонка призматическая (по ГОСТ 23360-78)
Размеры, мм (2, табл. 8.9):
Расчётная длина шпонки
Длина шпонки
Промежуточный вал.
Шпонка призматическая (по ГОСТ 23360-78)
Размеры, мм (2, табл. 8.9):
Расчётная длина шпонки
Длина шпонки
Выходной вал.
Для зубчатого колеса
Шпонка призматическая (по ГОСТ 23360-78)
Размеры, мм (2, табл. 8.9):
Расчётная длина шпонки
Длина шпонки
Для полумуфты
Расчётная длина шпонки
Длина шпонки
Валы.
Материал для всех валов сталь 40X.
5.1. Результаты получены в программе WinMachine.
5.1.1. Быстроходный вал.
Полученные реакции опор:
5.1.2. Промежуточныйвал.
Полученные реакции опор:
5.1.3. Выходнойвал.
Полученные реакции опор:
5.2. Проверочный расчётвала.
Предел выносливости
Сечение А-А
Диаметр в этом сечении 54 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки: масштабные факторы: коэффициенты
Крутящий момент
Изгибающий момент в вертикальной плоскости
Изгибающий момент в горизонтальной плоскости
Момент сопротивления кручению (d=54 мм, b=16 мм, t=6 мм)
Момент сопротивления изгибу
Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений
Амплитуда нормальных напряжений
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения А-А
Сечение Б-Б
Концентрация напряжений обусловлена переходом от диаметра 54 мм к 50 мм при
Изгибающий момент в вертикальной плоскости
Изгибающий момент в горизонтальной плоскости
Осевой момент сопротивления
Амплитуда нормальных напряжений
Полярный момент сопротивления
Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения Б-Б
Сечение В-В
Концентрация напряжений обусловлена посадкой подшипника с гарантированным натягом
Изгибающий момент
Осевой момент сопротивления
Амплитуда нормальных напряжений
Полярный момент сопротивления
Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения В-В
Сечение Г-Г
Концентрация напряжений обусловлена переходом от диаметра 54 мм к 50 мм при
Изгибающий момент в вертикальной плоскости
Изгибающий момент в горизонтальной плоскости
Осевой момент сопротивления
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|