Определение сил в конической зубчатой передаче
Министерство образования Российской Федерации
Политехнический институт (филиал) УрФУ в г.Каменске-Уральском
Кафедра прикладной механики и основ проектирования
Оценка проекта____________
Члены комиссии: ___________
ПРОЕКТ ПО МОДУЛЮ
Основы общеинженерных знаний»
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
КОНИЧЕСКО-ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА
Пояснительная записка
________________________________________________
Руководитель_______________________________________
Студент____________________________________________
Группа______________________________________________
Каменск-Уральский, 2017
Исходные данные: полезная сила , передаваемая лентой транспортера
Р = 15 кН, скорость ленты V = 1,8 м/с диаметр приводного барабана D = 260мм, режим работы – средний нормальный, время работы передачи - tx = 10000 ч, коническая передача – с круговыми зубьями, цилиндрическая передача – с косыми зубьями, нагрузка реверсивная.
Рис. 1 Схема привода конвейера: 1 – электродвигатель; 2 – упругая муфта;
3- редуктор (1,2,3,4 – зубчатые конические и цилиндрические колеса;
1,2 , 3- валы редуктора: ведущий, промежуточный, тихоходный); 4 – муфта; 5 – барабан.
1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИВОДА
Требуемая мощность электродвигателя [1, с. 23]
F * v
Ртр = ¾¾¾
hо
|
|
где v, м*с -1 , F, кН, Ртр, кВт, hо - КПД привода
hо = hк * hц * hп4,
hк = 0,96 – КПД конической зубчатой передачи;
hц = 0,96 – КПД цилиндрической зубчатой передачи;
hп = 0,99 – КПД одной пары подшипников качения;
hо = 0,96 * 0,96 * 0,994 = 0,89;
15 * 1,8
Ртр = ¾¾¾ = 30,3кВт.
0,89
Частота вращения тихоходного вала редуктора равна частоте вращения вала барабана.
6*104*v 6*104*1,8
n ш = nd = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 132,3.об/мин.
p * Dd p * 260
Выбираем асинхронный электродвигатель серии 4А [1, табл. 2.2] с ближайшей большей к Ртр мощностью.
Из трех электродвигателей с мощностью Рэ = 37.кВт, для которых выполняется условие n с < n i max , выбираем электродвигатель 4А250S8УЗ со средним значением
n с = 750 об/мин, скольжением S = 1,6% и с диаметром вала электродвигателя d1 = 24мм.
Частота вращения вала электродвигателя n1 = nс(1- S) =738 об/мин.
Требуемое передаточное отношение редуктора
n 1
Uтр = ¾¾ = 5,57.
n ш
|
|
Округляем вычисленное значение Uтр до ближайшего стандартного по ГОСТ 2185-66 [2, табл. 11] и распределяем его между ступенями редуктора ( табл. 1).
Uр = 7,1.; Uб = U1 = 2 Uт = U2 =3,55..
Частота вращения валов
n1 = 738 об/мин
n11 = n1 / U1 = 738 / 2 = 369 об/мин
n111 = n11 / U1 = 369 / 2 = 184,5 об/мин.
Мощности и крутящие моменты, передаваемые валами,
Р1 = Ртр * hп = 37 * 0,99 = 36,9=6. кВт;
Р11 = Ртр * hк * hп2 = 37 * 0,96 * 0,992 = 34,8 кВт;
Р111 = Ртр * hк * hц * hп3 = 37 * 0,96 * 0,96 * 0,993 = 33 кВт;
Р1 36,9
Т 1 = 9550 ¾ = 9550 ¾¾ = 477,5 Нм
n1 738
Р11 34,8
Т 11 = 9550 ¾ = 9550 ¾¾ = 900,5Нм
n11 369
Р111 33
Т 111 = 9550 ¾ = 9550 ¾¾ = 1708,13 Нм .
n111 184,5
2. РАСЧЕТ КОНИЧЕСКОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ БЫСТРОХОДНОЙ СТУПЕНИ
Выбор материалов и допускаемые напряжения.
Диаметры заготовок для шестерни и колеса [3, табл. 2]
________
dз1 = 24 3Ö T1 / U1 = …………………………………
dз2 = dз1 *U1 =………………………………….
Находим размер характерного сечения заготовки Sc из условия, что при
dзj £ 200 мм Scj = 0.5 dзj, а при dзj > 200 мм
|
|
_______
Sc j = 1.2 (1+ U1)3Ö T1 / U1.
Sc1 = 0.5 dз1 =…………………………..;
________
Sc2 = 1.2 (1+ U1)3Ö T1 / U1 = 1……………………………..
Используя рекомендации работ [1], [3], при известных значениях Scj выбираем для шестерни сталь 40ХН с поверхностной закалкой зубьев ТБЧ, а для колеса - сталь 45. Их механические характеристики определяем по табл. 1 [3]. Для шестерни твердость поверхности зуба HRC1п – 48 … 53 (HRC1пср 50,5),
Сердцевины зуба НВ1 - 269 … 302; для колеса принимаем вид термообработки – улучшение, тогда НВ2 - 269 … 302 (НВ2 ср 285,5).
Допускаемые контактные напряжения [3, с. 5]
s H* lim bj
s HPj = ¾¾¾¾¾¾ * KHLj, (1)
. SHj
где j = 1 для шестерни и j = 2 для колеса, dH* lim bj - предел контактной выносливости поверхности зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемен напряжений, определяется в зависимости от марки стали и ее химико-термической обработки по табл. 2 [3, с. 8]; KHLj – коэффициент долговечности; SH = 1,1 для колес с донородной структурой материала,
SH = 1,2 при поверхностном упрочнении зубьев [4, табл. 2,5].
|
|
Для шестерни SH1 = 1,2; для колеса SH1 = 1,1.
Предел контактной выносливости для шестерни
dH* lim b1 = 17 HRC1пср + 200 = ……………………………..
для колеса
dH* lim b2 = 2 HВ2ср + 70 =…………………………...
Коэффициент долговечности равен [4, с. 38]
__________
KHLj = 6 Ö N jно / Nне j ³ 1,
Где Nне j – эквивалентное число циклов напряжений;
Nно j – базовое число циклов, определяемое в зависимости от твердости по Бринелю или Роквеллу,
Nно = 30(НВ)2,4 @ 340 (HRC)3.15 + 8*106
При HRC > 56 принимают Nно = 1,2 * 108
Nно1 = 340 (HRC1пср )3.15 + 8*106 = ………………………………..
Nно2 = 30 (HВ2ср )2,4 = ……………………………….
Величина Nне j определяется по формуле
Nне j = N å j * К не ,
Где К не – коэффициент приведения переменного режима работы к постоянному, определяется в зависимости от заданного режима работы по табл. 3 [3, табл. 4] К не = 0,18;
N å j = суммарное число циклов напряжений, N å j = 60 * tå * nj
N å1 = 60 * tå * n1 = ……………………………………
N å2 = 60 * tå * n2 = ……………………………………..
N не1 = N å1* К не = ……………………………………..
Nне 2 = N å 2 * К не = ………………………………….
При N не j ³ N но j принимают К HL j = 1. Таким образом ,
К HL j = К HL2j = 1.
Определяем
sH* lim b1
sHP1 = ¾¾¾¾¾¾ * KHL1 = …………………………………..
. SH1
sH* lim b2
sHP2 = ¾¾¾¾¾¾ * KHL2 =………………………………………….
. SH2
В случае расчета прямозубых передач допускаемое контактное напряжение dHP
принимается равным dHPj min , т.е. минимальному из двух значений, вычисленных по формуле (1). При расчете конических колес с круговыми зубьями dHP выбирается как наименьшее из двух, получаемых по формулам
[3, с. 15]
sHP = 0,45 (sHP1 + sHP2 ) =……………………………………;
sHP = 1,15 sHPj min = 1.15* sHP2 =………………………………...
Окончательно принимаем sHP = …… Мпа.
Допускаемые напряжения изгиба [3, с. 18]
s F lim bj
s FPj = ¾¾¾¾¾ * K F Lj * K F Cj , (2)
S F j
Где sF lim b - предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий базовому числу циклов перемен напряжений, определяется в зависимости от марки стали и ее химико-термической обработки по табл. 4 [3, с.16];
S F - коэффициент безопасности, S F = 1,65 S F ‘, где S F ‘ – коэффициент, учитывающий способ получения заготовки зубчатого колеса (для поковок и штамповок S F ‘= 1, для проката S F ‘= 1,15; для литых заготовок S F ‘=1,3);
K F L – коэффициент долговечности; K F С - коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки. При нереверсивной (односторонней) нагрузке [3, с. 15] K F С = 1 . При реверсивной симметричной нагрузке
K F С = 1 - g F С , где g F С - коэффициент, учитывающий влияние химико-термической обработки по табл. [3, табл. 5].
Для шестерни sF lim b1 = ……… Мпа.
S F1 = 1,65 * S F 1 ‘ = 1,65 * 1,15 = 1,9;
K FС1 = 1 - g FС1 = 1 – 0,25 = 0,75.
Для колеса
sF lim b2 = 1,35 НВ2 ср + 100 =…………………………..
S F 2 = 1,65 * S F 2 ‘ =…………………………..
K FС2 = 1 - g FС2 = 1 – 0,35 = 0,65.
Коэффициент долговечности K F Lj равен [3, с. 17]
mFj __________
K F Lj = Ö NFO / NFEj ³ 1,
mF = 6 НВ £ 350 и mF = 9 НВ > 350.
NFO - базовое число циклов напряжений, равное 4 * 106
NFЕ - эквивалентное число циклов напряжений, определяемое по формуле
NFЕj = Nåj * KFЕj , где KFЕj - коэффициент приведения переменного режима работы к постоянному.
Для типовых режимов определяется по табл. 3 [3, с. 11].
NFЕ1 = Nå1 * KFЕ1 = ……………………………………
NFЕ2 = Nå2 * KFЕ2 = …………………………………
При NFЕj ³ NFОj принимают КFLj = 1, таким образом,
КFL1 = КFL2 = 1.
Определяем sFPj по формуле (2).
sF lim b1
sFP1 = ¾¾¾¾¾ * K F L1 * K F C1 = ……………………………………….
S F1
sF lim b2
sFP2 = ¾¾¾¾¾ * K F L2 * K F C2 =…………………………...
S F 2
2.2 Определение геометрических размеров передачи
При проектном расчете конической зубчатой передачи в качестве ее основного геометрического параметра определяют ориентировочно внешний делительный диаметр колеса из условия обеспечения контактной выносливости рабочего профиля зуба колеса по фомуле [5, с. 1]
______________________________________________
d e2’ = 980 3 Ö (T1* KH ‘* U12 ) / ((1 – 0.5 y BR ‘)2 * y BR ‘ * s HP 2 * q н ), (3)
где yBR ‘- коэффициент ширины зубчатого венца, который рекомендуется принимать 0,25 … 0,3 [1], [5]. Предварительно принимают yBR ‘= 0,285;
KH ‘ – ориентировочное значение коэффициента нагрузки;
qн - коэффициент, учитывающий вид конической передачи.
Величину qн для конических колес с прямыми зубьями принимают равной qн = 0,85; для колес с круговыми зубьями по табл. 5.
qн =1,13 + 0,13 U1 = 1,13 + 0,13*2,8 = 1,49.
Коэффициент нагрузки определяют по формуле
Кн ‘= Кн a ‘* Кн b * Кн v ‘= …………………………
Где Кн a ‘ – коэффициент распределения нагрузки между зубьями;
Кн v ‘ - коэффициент внутренней динамической нагрузки.
Для прямозубых передач Кн a ‘= 1, Кн v ‘= 1,09 при n £ 2000 об/мин; Кн v ‘=1,14 ; при n > 2000 об/мин
Для не прямозубых передач Кн a ‘= 1,1; Кн v ‘= 1,04 при n £ 2000 об/мин; Кн v ‘=1,06 ; при n > 2000 об/мин
Принимаем Кн a ‘= 1,1; Кн v ‘= 1,04.
Коэффициент концентрации нагрузки Кн b (коэффициент
равномерности распределения нагрузки по длине зуба) для прямозубых передач
Кн b = 1 + gт Сп ( y ВЕ)4/3
Где yве = ybr ‘ U / (2 - ybr ‘);
Сп - коэффициент, учитывающий схему передачи, определяется по табл. 6;
gт - коэффициент, учитывающий твердость зубьев передачи, определяется по табл. 7.
Для передач с круговым зубом при НВj min £ 350 принимают Кн b = 1,
При НВj min > 350 коэффициент Кн b определяют по формуле
__________________
Кн b = Ö1 + 5 Сп ( y ВЕ)4/3
Определяем d e2’ по формуле (3)
d e2’ = ………………………………………………..
Полученное значение d e2’ округляем по ГОСТ 12289-76 ( табл.8) [1, с. 51],
d e2’ = 22,5 мм.
Ориентировочно определяем число зубьев колеса [5, с.4]
____
Z 2 ‘ = k * 6Ö d e2 * (U)0.4
где к – коэффициент, учитывающий твердость зубьев, определяется по табл. 5
[1, табл. 4.18], к=14;
Z 2 ‘ =………………………..
Проверяют выполненные условия [5, с. 4]
______
Z 2 ‘ £ Z 2 min = (70 * U1 )/(Ö U12 + 1) = ……………………….
Если это условие не выполняется, принимают Z 2 ‘ = Z 2 mах
Число зубьев шестерни
Z 1 ‘= Z 2 / U1 =……………………….
Округляем Z1‘ до ближайшего целого числа z1 =……... Уточняем число зубьев колеса
Z2 ‘ = Z 1 U1 = ………….. и округляем до ближайшего целого Z2 = ……..
Вычисляем с точностью до четвертого знака после запятой фактическое значение передаточного числа U1ф = Z2 / Z1 =……………………, его отличие от номинального передаточного числа равно
½U1 - U1ф½ ½…………….½
∆U = ¾¾¾¾ * 100% = ¾¾¾¾¾ * 100% = ………………
U1 ………
Если ∆U > 3%, при U1ф> U1 уменьшают Z2 на единицу, при U1ф < U1 увеличивают Z2 на единицу и снова вычисляют U1ф.
Определяем углы делительных конусов с точностью не ниже 10²[5,с.5].
d2 = arctg U1ф =……………………………;
d1 = 90° - d2 =…………………………….
Для выравнивания удельных скольжений в зацеплении шестерню рекомендуется выполнять с положительным радиальным смещением, а колесо с равным ему по абсолютной величине отрицательным смещением [5, с.5]
U1ф2 -1 ____________
х1 = - х2 = 2¾¾¾¾Ö cos 3bm/ z1 =………………………………………
U1ф2
Здесь bm - угол наклона зуба. При круговых зубьях преимущественно применяют bm = 35° [1], [5]; а при тангенциальных 20…30°, обычно угол bm выбирают кратным 5°.
Находим внешний окружной модуль [5, с.5]
me ‘ = d e2 /z 2
Для колес с круговыми зубьями me ‘ в этой формуле заменяют на mte ‘
mte ‘= d e2 /z 2 =…………………………….
Внешний окружной модуль можно не округлять до стандартного значения по ГОСТ 9563-80, так как одним и тем же режущим инструментом можно нарезать колеса с различными модулями из определенного непрерывного интервала значений.
Определяем внешнее конусное расстояние [5, с.5]
________
Re ’ = 0.5 m’te Ö z12 + z22 = …………………………..
Ширина шестерни и колеса
b1 ’= b2 ’=y br ’* Re ’= …………………………………..
Округляем b1 ’и b2 ’ до ближайшего значения из ряда Ra40 [1, c. 127] по табл.9; b1= b2 = ….. мм.
Уточняем значения Re и mte (me ), точность вычислений mte и me не ниже 0,0001.
Re = b1 / y br ’ = ……………………….
2 Re …………
mte = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = ………………
Ö z12 + z22 ……………..
Находим d e2Ф
d e2Ф = z 2 * mte =………………………….
Уточняем значение коэффициента ширины зубчатого венца
y br ’= b2 / Re =……………………….
Определяем средний диаметр шестерни
…………………
d м1 = d e2Ф (1 – 0,5 y br )/U1Ф = ¾¾¾¾¾¾¾¾ =…………….
…………..
Вычисляем окружную скорость на среднем диаметре
V = p dm1 n1 / (6*104 )=……………………………..
Степень точности конических передач определяет по формулам [5, с.6]
n ст = 9,24 – 0,526v + 0,023v2 при bм = 0,
n ст = 9 – 0,13v + 0,012v2 при bм = 35°.
Ориентировочно находим степень точности передачи
n ст ¢= ……………………………………...
Округляем n ст ¢ до ближайшего меньшего целого значения, получили n ст =……..
Проверочный расчет передачи.
Определяем контактные напряжения [5, с.6]
____________________________
sн = 10846/( Re – 0.5 b1 ) Ö T1 ( U1Ф2 + 1)1.5 KH / ( b1 * U1Ф * q H £ sн p (4)
где KH = KHa * KHb * KHn
KHa = 1 для прямозубых. А для передач с круговыми зубьями [6]
KHa = 1+ 2,1*10-6 * n ст4 * v + 0.02(n ст – 6)1.35 = 1 + 2.1*10-6 *84 * 3.52 +
+0.02(8 – 6)1.35 = 1.081;
KHn - определяем по табл. 10, KHn = 1,035;
KH = 1,081 * 1 * 1,035 = 1,119.
Вычисляем sн по формуле (4)
_
sн = ………………………………………………………………………
Определяем DН
sнр - sн
DН = ¾¾¾¾ * 100% = …………………………………………
sн
Допускаются превышения напряжений sн над sнр не более чем на 5%.
Если это условие не выполняется, то выбирают ближайшее стандартное значение dе2 и повторяют расчет. Если DН > 20%, то выбирают ближайшее меньшее стандартное значение dе2.
Проверяют зубья шестерни и колеса на выносливость по напряжениям изгиба, использую формулы [5, с.7]
2000 * YF1 ’* K F * T1 * U 1Ф
s F1 = ¾¾¾ ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ £ s FP1 ; (5)
d e2Ф * b 1 * m te * q F (1 – 0.5 y BR )2
sF2 = sF1 * YF2 ’/ YF1 ’ £ sFP2 ,
где q F =0,85 для прямозубых колес, для колес с круговыми зубьями q F принимают по табл.5.
q F = 0,85 + 0,043 U 1Ф =……………………………………..
Коэффициент нагрузки определяется по формуле [5, с. 7]
KF = KFa * KFb * KFn =……………………………….,
Где KFa = 1 для прямозубых колес, а для колес с круговыми зубьями определяется по формуле
KFa = [4+ (ea - 1 ) (nст - 5)] / (4ea ) =……………………………………………,
Где ea - коэффициент перекрытия для передач с круговыми зубьями ea @1,3;
KFb = 1 + 1,5(KНb -1) =…………………………………………;
KFn находим по выражению
KFn = 1+ dF (KHn - 1)/ dH =………………………………………………..;
Где dН и dF - коэффициенты, учитывающие влияние вида зубчатой передачи и модификацию профиля головок зубьев [4, с. 37], (табл. 11) , dН = 0,002;
dF = 0,006.
Коэффициент формы зуба
2.8 xj + 0.93 112xj2 - 154 xj + 71
YF1 = 4.3 ( 1 - ¾¾¾¾¾¾ + ¾¾¾¾¾¾¾¾ ),
Zjv Zjv2
где Zjv - эквивалентное число зубьев, определяется по формуле
Zjv = Zj / (cos dj * cos 3bm )
Z1v = Z1 / (cos d1 * cos 3bm ) =…………………………………………………
Z2v = Z2 / (cos d2 * cos 3bm ) =………………………………………………...
YF1=……………………………..
YF2 =………………………….
Определяем sF1 по формуле (5)
sF1 ……………………………………………………………
sF2 = …………………………………………………………….
.
sFP1 - sF1
DF1 = ¾¾¾¾¾ * 100% = ………………………………….
sFP1
sFP2 - sF2
DF2 = ¾¾¾¾¾ * 100% =…………………………………..
sFP2
Допускается превышение напряжений sFj над sFPj не более чем на 5% .
Если это условие не выполняется, то уменьшают z1 на единицу и повторяют расчет
2.4. Определение геометрических размеров зубчатых колес.
Диаметр внешней делительной окружности шестерни и колеса с точностью до 0,001 мм.
d e1 = z 1 * mte = ………………………………….
d e2 = z 2 * mte =…………………………………
.
Внешние диаметры вершин зубьев
d аe1 = d e1 + 2(1 + х1) * mte *cos d1 * cos bm =………………………………………..
d аe2 = d e2 + 2(1 + х2) * mte *cos d2 * cos bm = …………………………………………
Внешние высоты головок и ножек зубьев
h аe1 = (1 + х1) * mte * cos bm =………………………………….
h аe2 = (1 + х2) * mte * cos bm =………………………………….;
n fe1 = (1,2 - х1) * mte * cos bm = ………………………………...
n fe2 = (1,2 - х2) * mte * cos bm =…………………………………..
Определение сил в конической зубчатой передаче
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 306; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!