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 U= Z2 / Z1 =……………………, его отличие от номинального передаточного числа равно

 

 

   ½U1 - U½               ½…………….½

∆U = ¾¾¾¾ * 100% = ¾¾¾¾¾ * 100% = ………………

         U1                                               ………

 

Если ∆U > 3%, при U> U1 уменьшают Z2 на единицу, при U < U1 увеличивают Z2 на единицу и снова вычисляют U1ф.

       Определяем углы делительных конусов с точностью не ниже 10²[5,с.5].

 

d2 = arctg U=……………………………;

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]

 

                U2 -1   ____________          

х1 = - х2 = 2¾¾¾¾Ö cos 3bm/ z1 =………………………………………

                  U2                                                 

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 )/U = 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 ( U2 + 1)1.5 KH / ( b1 * U * 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!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!