Проектирование привода
Обновлено
31
Содержание
- 1. Техническое задание
- 1.1 Кинематическая схема механизма
- 1.2. Определение общего КПД привода
- 1.3 Определение общего передаточного числа
- 1.4 Выбор материала и определение допускаемых напряжений быстроходной ступени
- 1.5 Проектный расчет закрытой цилиндрической передачи быстроходной ступени
- 1.6 Выбор материала и определение допускаемых напряжений тихоходной ступени
- 1.7 Расчет коэффициентов нагрузки
- 1.8 Проектный расчет закрытой цилиндрической передачи тихоходной ступени
- 1.9 Расчет звёздочки тяговой цепи
- 1.10 Проверочный расчет тихоходного вала (наиболее нагруженного) на усталостную прочность и выносливость
- 1.11 Выбор муфт
- 1.12 Смазка зубчатых зацеплений и подшипников
- 1.13 Сборка редуктора
- Список используемой литературы
Р | n | Т | |
Р1=P'эл. дв. *nм1=7.5*0,98= 7,35 кВт | n1=nэл. дв. =727 мин -1 | Т1=9550*Р1/n1= 9550*7.35/727=95,5 Нм | |
Р2=Р1*nбыстр=7,35*0,98= =7,2 кВт | n2=n1/Uбыстр=727/4,8= =151 мин - 1 | Т2=9550*Р2/n2= 9550*7,2/151=477,5 Нм | |
Р3=Р2*nпр=7,2*0,98= =7,05 кВт | n3=n2/Uпр=151/4,4= =34 мин - 1 | Т3=9550*Р3/n3=9550*7,05/34=1980 Нм | |
Р4=Р3*nт=7,05*0,98=6,91 | n4= n3 =34 мин - 1 | Т4=9550*Р4/n4=9550*6,91/34=1940 Нм |
Колесо Z2 | Шестерня Z1 | |
Сталь 40Х улучшение НВ2=269…302 НВ2ср=285 у T = 750 МПа | Сталь 40ХН улучшение, закалка зубьев ТВЧ НRC=48…53 НRC1ср=50,5 у T = 750 МПа |
Определяем коэффициенты приведения. Реакцию с периодической нагрузкой заменяем на постоянный, эквивалентный по усталостному воздействию, используя коэффициент приведения КЕ.
КНЕ - коэффициент приведения для расчета на контактную прочность
КFЕ - коэффициент приведения для расчета на изгибающую прочность
КНЕ2=0,25 КFЕ2=0,14 | КНЕ1=0,25 КFЕ1=0,1 |
Число циклов перемены напряжений.
NG - число циклов перемены напряжений, соответствующее длительному пределу выносливости.
NHG - число циклов перемены напряжений, для расчета на контактную выносливость.
(определяем по рис.4.3 [1])
NFG - число циклов перемены напряжений для расчета передачи на изгибную выносливость (принимаем независимо от твердости материала рабочих поверхностей зубьев)
NHG2=20*106 NFG2=4*106 | NHG1=100*106 NFG1=4*106 |
Суммарное время работы передачи
t?=24000 ч.
Суммарное число циклов нагружения.
N?2= =60t?*n2*nз2=60*24000*151=217,4*106 t? - суммарное время работы передачи n2 - частота вращения колеса nз2 - число вхождений в зацепление зубьев колеса за 1 оборот | N?1=N?2*U*nз1/nз2= =217,4*106*4,8=1043,7*106 N?2 - суммарное число циклов нагружения колеса nз1 - число вхождений в зацепление зубьев шестерни за 1 оборот |
Эквивалентное число циклов перемены напряжения
А) контактная выносливость
NНЕ2=КНЕ2*N?2= =0,25*217.4*106=54,4*106 | NНЕ1=КНЕ1*N?1= 0,25*1044*106=261*106 |
Сравним полученные значения NНЕ с табличным значением NНG:
NНЕ2=54,4*106>NHG2=20*106 Принимаем NHЕ=NHG2=20*106 | NНЕ1=261*106>NHG1=100*106 Принимаем NHЕ1=NHG1=100*106 |
Б) изгибная выносливость
NFЕ2=КFЕ2*N?2=0,14*217.4*106= =30.4*106 | NFЕ2=КFЕ2*N?2=0,1*1044*106= =104,4*106 |
Сравним полученные значения NFЕ с табличным значением NFG:
NFЕ2=30,4*10>NFG2=4*106 | NFЕ1=104,4*106> NFG1=4*106 Принимаем NFЕ2= NFЕ1=NFG1=4*106 |
Определение предельных допускаемых напряжений для расчетов на прочность.
[уН] max и [уF] max - предельные допускаемые напряжения
ут - предел текучести материала
[уН] max2=2,8* ут=2,8*750=2100 МПа [уF] max2=2,74*НВ2ср=2,74*285= 780Мпа | [уН] max1=40HRCпов=40*50.5=2020 МПа [уF] max1=1430МПа |
Определение допускаемых напряжений для расчета на контактную выносливость.
[уН] = [у0] Н* (NHG/ NHE) 1/6< [уН] max, где
[у0] Н - длительный предел контактной выносливости
[уН] - допускаемое контактное напряжение при неограниченном ресурсе
[уН] max - предельное допускаемое контактное напряжение
[у0] Н2= (2*НВср+70) /SH [у0] Н1= (17*НRCпов) /SH
[у0] Н2= (2*285+70) /1.1=582 МПа SH2=1.1 [у] Н2=582 Мпа | [у0] Н1= (17*50.5+200) /1.2=882 МПа SH2=1.2 [у] Н1=882 МПа |
Так как разница твёрдостей HB1ср-НВ2ср=220Мпа>=70Мпа и НВ2ср=285Мпа<350Мпа то:
уН= ([у] Н2+ [у] Н1) *0.45=659Мпа, уН=1.23 [у] Н2=716Мпа
За расчетное допускаемое напряжение принимаем меньшее из 2-х значений допускаемых напряжений
[у] Нрасч=659МПа.
Определение допускаемых напряжений для расчета на изгибную выносливость.
[у] F= [у0] F* (4*106/ NFЕ) 1/9< [у] Fmax, где [у0] F=у0F/SF
у0F - длительный предел контактной выносливости, SF - коэффициент безопасности, [у] F - допускаемое контактное напряжение, [у] Fmax - предельное допускаемое контактное напряжение.
у0F2=1,8*НВ2=1,8*248=513МПа SF2=1,75 [у0] F2=у0F2/SF2= =513/1,75=293МПа | у0F1=550МПа SF1=1,75 [у0] F1=у0F1/SF1= =550/1,75=314МПа |
За расчетное допускаемое напряжение принимаем меньшее из 2-х значений допускаемых напряжений колес или шестерни.
[у] F2= (4*106/4*106) 1/6*293= =293 МПа< [у] Fmax=780Мпа | [у] F1= (4*106/4*106) 1/6*314= =314 МПа< [у] Fmax=1430Мпа |
8. Расчет коэффициентов нагрузки.
Коэффициент нагрузки находим по формулам:
При расчете на контактную выносливость
КН=КНв*КНу
При расчете на изгибную выносливость
КF=КFв*КFх,
Где КНв и КFв - коэффициент концентрации нагрузки по ширине зубчатого венца, КНх и КFх - коэффициент динамической нагрузки.
Для прирабатывающейся цилиндрической косозубой (шевронной) передачи значение Кв определяется из выражения:
Кв= Кво (1-х) +х, где КНво = 1 и КFвo=1
Шa=0,25- коэффициент ширины зубчатого колеса передачи
U' = 4,8- заданное передаточное число (+1) для внешнего зацепления.
Х=0,5 - коэффициент режима, учитывающий влияние режима работы передачи на приработку зубчатых колес.
КНв=КНво=1,КFв=КFвo=1.
Значение коэффициента динамичности нагрузки Кх выбираем по [1] таблице 5,6 и 5,7 в зависимости от окружной скорости, точности изготовления передачи и твердости рабочих поверхностей зубьев.
Для определения окружной скорости воспользуемся формулой:
V=n1/су* (T2/U2 * Шa) 1/3=727/1600* (477,5/0,4*0.25) 1/3=1,9м/с, где
n1=727 мин -1 - частота вращения быстроходного вала редуктора
су=1600 - коэффициент учитывающий влияние термообработки на свойства материала зубчатого колеса
T2 - критический момент
U - заданное передаточное число
Шa - коэффициент ширины зубчатого колеса передачи
Для вычисленной окружной скорости рекомендуется восьмая ступень точности, которую выбираем по [1] из таблицы 5,5
КНх=1,02 и КFх=1.06
КН=1*1.02=1.02
КF=1*1,06=1,06
1.5 Проектный расчет закрытой цилиндрической передачи быстроходной ступениОсновные размеры зубчатой передачи определяем из расчета на контактную выносливость.Значение межосевого расстояния:, где8500 - коэффициент определяемый выражением ZM ZH ZУ0.7 (см. ГОСТ 21354-75 "Расчет на прочность")Т2 - номинальный крутящий момент на валу колесаU' - заданное передаточное числоКН - коэффициент нагрузки при расчете на контактную выносливостьКНб - коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями ([1] Рис.6,2);[у] Н - допускаемое напряжение при расчете на контактную выносливостьШa = 0,4 - коэффициент ширины зубчатых колес передачиПолученное значение б' округляем до значения a=140 мм из ряда Ra 40 по ГОСТ 6636-69Рабочая ширина венца.Рабочая ширина колеса: b2= Шa*а=0,25*140=35 ммШирина шестерни: b1=b2+3=38 ммМодуль передачи., принимаемПолученное значение модуля m'n=1.4 округляем до ближайшего большего значения m=1.5 по ГОСТ 9563-60Суммарное число зубьев и угол наклона зубьев.вmin=arcsin (4mn/b2) =arcsin (4*1.5/35) =9,55oZ'У=Z2+Z1=2*a*cos вmin/mn= (2*140*cos9,55) /1,5=184,32ZУ=184, Cosв= ZУ*mn/2a=184*1.5/2*140=0.9857в=9,6>9,55=вminЧисло зубьев шестерни Z1 и колеса Z2.Z'1=Z У/U'+1=184/4,8+1=30,345округляем до целого числа Z1=30Z2= Z У - Z 1=184-30=154Фактическое значение передаточного числа.U= Z 2/ Z 1=154/30=5Проверка зубьев колес на изгибную выносливость.А) зуб колеса:, гдеТ2 - номинальный крутящий момент на валу колеса, KF=1,06 - коэффициент нагрузки при расчете на изгибную выносливость, KFб=0,91 - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями ([1] Рис.6,2), YF2=3,61 - коэффициент формы зуба ([1] Рис.6,2)Значение YF выбираем в зависимости от эквивалентного числа зубьев Zv.Zv2=Z2/cos3в=154/cos39,6=160Y в - коэффициент учитывающий наклон зуба, Y в = 1- (в/140) =1-0,072=0,931, b2 - рабочая ширина колеса, mn - модуль, а - межосевое расстояние, U - заданное передаточное число, [у] F2=293 МПа - допускаемое напряжение при расчете на изгибную выносливостьуF2= (477,5*103*1,06*3,61*0,931*0,91*5,8) / (35*1.5*140*4,8) =222< [у] F2=293МпаБ) зуб шестерни:уF1= уF2*YF1/ YF2< [у] F1, гдеуF2 =222 МПа - напряжение при расчете зубьев на изгибную выносливостьYF1=3,4- коэффициент, учитывающий форму зуба[у] F1=314 МПа - допускаемое напряжение при расчете на изгибную выносливостьуF1=222*3,4/3,61=209МПа < [у] F1=314МпаОпределение диаметров делительных окружностей d.d1=mn/cos в*Z1=1,5/0,986*30=45,6 ммd2=mn/cos в*Z2=1,5/0,986*154=234,4ммВыполним проверку полученных диаметров.d2+ d1=2а45,6+234,4=2*140=250 - верноДиаметры окружностей вершин и зубьев и впадин зубьев df и da:dа1= d1+2 mn=45,6+1,5*2=48,6ммdа2= d2+2 mn=237,4ммdf1= d1-2,5mn=45,6+2,5*1,5=41,85ммdf4= d2-2,5 mn=234,4-2,5*1,5=230,65ммПроверка возможности обеспечения принятых механических характеристик при термической обработки заготовок.Шестерни проверяем по значениям D, а колеса по S.Наружный диаметр заготовки шестерни:D=da1+6=54,6 мм < D=125 ммТолщина сечения обода колеса:S=8m=8*1,5=12 мм < S=80 мм, следовательно требуемые механические характеристики могут быть получены при термической обработки заготовки.Силы действующие на валы зубчатых колес.Окружная сила:Ft=2T2*103/d2=2*477,5*1000/234,4=4074HРадиальная сила:FR= Ft*tgбn/cosв=4074*tg20o/cos9,6o=1482,5НОсевая сила: Fa= Fttgв=4074* tg9,6=684Н1.6 Выбор материала и определение допускаемых напряжений тихоходной ступениТаблица 4.Колесо Z4 | Шестерня Z3 | |
Сталь 40Х улучшение НВ2=269…302 НВ2ср=285 у T = 750 МПа | Сталь 40ХН улучшение, закалка зубьев ТВЧ НRC=48…53 НRC1ср=50,5 у T = 750 МПа |
Определяем коэффициенты приведения. Реакцию с периодической нагрузкой заменяем на постоянный, эквивалентный по усталостному воздействию, используя коэффициент приведения КЕ.
КНЕ - коэффициент приведения для расчета на контактную прочность
КFЕ - коэффициент приведения для расчета на изгибающую прочность
КНЕ2=0,25 КFЕ2=0,14 | КНЕ1=0,25 КFЕ1=0,1 |
Число циклов перемены напряжений.
NG - число циклов перемены напряжений, соответствующее длительному пределу выносливости. NHG - число циклов перемены напряжений, для расчета на контактную выносливость. (определяем по рис.4.3 [1]). NFG - число циклов перемены напряжений для расчета передачи на изгибную выносливость (принимаем независимо от твердости материала рабочих поверхностей зубьев)
NHG2=20*106 NFG2=4*106 | NHG1=100*106 NFG1=4*106 |
Суммарное время работы передачи t?=24000 ч.
Суммарное число циклов нагружения.
N?2= =60t?*n2*nз2=60*24000*34=49*106 t? - суммарное время работы передачи n2 - частота вращения колеса nз2 - число вхождений в зацепление зубьев колеса за 1 оборот | N?1=N?2*U*nз1/nз2= =49*106*4,4=215,6*106 N?2 - суммарное число циклов нагружения колеса nз1 - число вхождений в зацепление зубьев шестерни за 1 оборот |
Эквивалентное число циклов перемены напряжения
А) контактная выносливость
NНЕ2=КНЕ2*N?2= =0,25*49*106=12,25*106 | NНЕ1=КНЕ1*N?1= 0,25*215,6*106=54*106 |
Сравним полученные значения NНЕ с табличным значением NНG:
NНЕ2=12,25*106<NHG2=20*106 Принимаем NHЕ=12,25*106 | NНЕ1=54*106<NHG1=100*106 Принимаем NHЕ1=54*106 |
Б) изгибная выносливость
NFЕ2=КFЕ2*N?2=0,14*49*106= =6.86*106 | NFЕ2=КFЕ2*N?2=0,1*215,6*106= =21,56*106 |
Сравним полученные значения NFЕ с табличным значением NFG:
NFЕ2=6,86*10>NFG2=4*106 | NFЕ1=21,56*106> NFG1=4*106 Принимаем NFЕ2= NFЕ1=NFG1=4*106 |
Определение предельных допускаемых напряжений для расчетов на прочность.
[уН] max и [уF] max - предельные допускаемые напряжения
ут - предел текучести материала
[уН] max2=2,8* ут=2,8*750=2100 МПа [уF] max2=2,74*НВ2ср=2,74*285= 780Мпа | [уН] max1=40HRCпов=40*50.5=2020 МПа [уF] max1=1430МПа |
Определение допускаемых напряжений для расчета на контактную выносливость.
[уН] = [у0] Н* (NHG/ NHE) 1/6< [уН] max, где
[у0] Н - длительный предел контактной выносливости
[уН] - допускаемое контактное напряжение при неограниченном ресурсе
[уН] max - предельное допускаемое контактное напряжение
[у0] Н2= (2*НВср+70) /SH [у0] Н1= (17*НRCпов) /SH
[у0] Н2= (2*285+70) /1.1=582 МПа SH2=1.1 [у] Н2=582* (20*106/12,25*106) 1/6= =640 МПа | [у0] Н1= (17*50.5+200) /1.2=882 МПа SH2=1.2 [у] Н1=882* (100*106/54*106) 1/6= =979 МПа |
Так как разница твёрдостей HB1ср-НВ2ср=220Мпа>=70Мпа и НВ2ср=285Мпа<350Мпа то:
уН= ([у] Н2+ [у] Н1) *0.45=729Мпа
уН=1.23 [у] Н2=787Мпа
За расчетное допускаемое напряжение принимаем меньшее из 2-х значений допускаемых напряжений [у] Нрасч=729МПа.
Определение допускаемых напряжений для расчета на изгибную выносливость.
[у] F= [у0] F* (4*106/ NFЕ) 1/9< [у] Fmax, где
[у0] F=у0F/SF
у0F - длительный предел контактной выносливости
SF - коэффициент безопасности
[у] F - допускаемое контактное напряжение
[у] Fmax - предельное допускаемое контактное напряжение
у0F2=1,8*НВ2=1,8*248=513МПа SF2=1,75 [у0] F2=у0F2/SF2= =513/1,75=293МПа | у0F1=550МПа SF1=1,75 [у0] F1=у0F1/SF1= =550/1,75=314МПа |
За расчетное допускаемое напряжение принимаем меньшее из 2-х значений допускаемых напряжений колес или шестерни.
[у] F2= (4*106/4*106) 1/6*293= =293 МПа< [у] Fmax=780Мпа | [у] F1= (4*106/4*106) 1/6*314= =314 МПа< [у] Fmax=1430Мпа |
1. М.Н. Иванов. Детали машин. М.: "Машиностроение", 1991.
2. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов - Конструирование узлов и деталей машин. М.: "Высшая школа", 1985.
3. В.И. Анурьев - Справочник коструктора-машиностроителя, т.1. М.: "Машиностроение", 1980.
4. В.И. Анурьев - Справочник коструктора-машиностроителя, т.2. М.: "Машиностроение", 1980.
5. В.И. Анурьев - Справочник коструктора-машиностроителя, т.3. М.: "Машиностроение", 1980.
