Проверочный расчет на прочность зубчатых передач на ПЭВМ
Обновлено
23
Министерство образования Российской Федерации
Тольяттинский государственный университет
Автомеханический институт
Механико-технологическое отделение
Кафедра “Резание, станки и инструменты”
ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ НА ПЭВМ
Методические Указания
к курсовому проектированию
по дисциплине
"Расчет и конструирование станков"
Специальность 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы»
Тольятти 2005
Составитель ГОМЕЛЬСКИЙ М. В.
Утверждено на заседании кафедры " " 2005 г.
Методические указания содержат порядок подготовки исходных данных для расчета зубчатых передач металлорежущих станков и описание работы с программой на ПЭВМ. Предназначены для студентов, выполняющих курсовое проектирование по дисциплине "Расчет и конструирование станков", а также для работающих над дипломным проектом.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Общий порядок расчета
Проектный расчет передач
Исходные данные для проектного расчета
Выполнение проектного расчета
Проверочный расчет передач на ПЭВМ
Подготовка исходных данных
Ввод исходных данных в режиме диалога
Выполнение проверочного расчета
Анализ результатов и коррекция исходных данных
3.5 .Ввод исходных данных в табличной форме
Литература
В настоящих методических указаниях приведено описание порядка работы с программой для проверочного расчета зубчатых колес на ПЭВМ.
Программа предназначена для расчета цилиндрических и конических, прямозубых и косозубых, корригированных и некорригированных зубчатых пар.
Одновременно может быть подвергнуто проверочному расчету до пяти пар зубчатых колес.
Перечень использованных обозначений
Таблица 1
Условные обозначения | Н а и м е н о в а н и е | Размерность | ||
В формулах | В программе | |||
1 | 2 | 3 | 4 | |
BETA | Угол наклона зубьев | град | ||
MOD | Модуль нормальный | мм | ||
Z1 | Число зубьев ведущего колеса | |||
Z2 | Число зубьев ведомого колеса | |||
B1 | Ширина зубчатого венца ведущего колеса | мм | ||
B2 | Ширина зубчатого венца ведомого колеса | мм | ||
BK | Ширина зубчатого венца, находящаяся в контакте (для колес, переключаемых передвижением по оси) | мм | ||
N - РАСЧ | Расчетная частота вращения ведущего колеса | об/мин | ||
N - MAX | Максимальная частота вращения ведущего колеса | об/мин | ||
M - РАСЧ | Расчетный крутящий момент на ведущем колесе | |||
EPS1 | Коэффициент коррекции ведущего колеса | |||
EPS2 | Коэффициент коррекции ведомого колеса | |||
К - ПЕР. ИЗГ. | Коэффициент перегрузки по изгибу | |||
К - НЕР. ИЗГ. | Коэффициент неравномерности при расчете на изгиб | |||
K - ПЕР. ИЗГ. | Коэффициент перегрузки по контактным напряжениям | |||
V - MAX | Наибольшая окружная скорость в передаче | м/с | ||
| [S]И1 [S]И2 | Допускаемое напряжение изгиба в зубе ведущего колеса Допускаемое напряжение изгиба в зубе ведомого колеса | МПа МПа | ||
| [S]K1 [S]K2 | Допускаемое контактное напряжение для ведущего колеса Допускаемое контактное напряжение для ведомого колеса | МПа МПа | ||
| S - ИЗ1 S - ИЗ2 | Действующее напряжение изгиба в зубе ведущего колеса Действующее напряжение изгиба в зубе ведомого колеса | МПа МПа | ||
S - КОН | Действующее контактное напряжение | МПа | ||
Т | Время работы передачи с нагрузкой | час | ||
Коэффициент ширины зуба (отношение ширины венца к модулю цилиндрической передачи) | ||||
Коэффициент ширины зуба конической передачи |
Марка стали | Вид термообработки | Ориентиров. значение , МПа | Преимущественная область применения | |
40Х | Нормализация | 150 | Механизмы с малоизменяю- щейся, небольшой нагрузкой, приводы подач и т.п. | |
40Х | Улучшение | 180 | ||
40Х | Закалка с нагревом ТВЧ (до выкружки) | 140 | Приводы главного движения станков с относительно спокойной нагрузкой (станки токарного и сверлильного типа, нагруженные приводы подач) | |
40Х | Закалка с нагревом ТВЧ с охватом дна впадины (для модуля менее 5) | 190 | ||
20Х | Цементация и закалка | 290 | Приводы главного движения в станках со значительными динамическими нагрузками:токарных и сверлильных с торможением противовклю-чением, быстроходных станков с разгоном непосредственным включением асинхронного электродвигателя, фрезерных и других станках с переменными силами резания | |
12ХН3А | Цементация и закалка | 320 | ||
18ХГТ | Цементация и закалка | 290 |
Крутящий момент М, Нм | 5 | 10 | 50 | 100 | 200 | 500 | 1000 | |
Модуль передачи m, мм | 1 | 1 | 2 | 2,5 | 3 | 4 | 5 |
1 ряд | 2 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | 10 | 12 | 16 | 20 | 25 | |
2 ряд | 2,25 2,75 3,5 4,5 5,5 7,0 9,0 11 14 18 22 |
№ | Наименование | Обозна чение | Размер ность | Номер передачи | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||
1 | Расчетный момент на валу ведущего колеса | М | Нм | 100 | 150 | ||||
2 | Вид передачи | цилиндр косозуб | конич. прямозуб | ||||||
3 | Угол наклона зуба | град | 12,3 | 0 | |||||
4 | Модуль передачи | m | мм | 2,5 | 3 | ||||
5 | Число зубьев ведущего колеса | 24 | 21 | ||||||
6 | Число зубьев ведомого колеса | 48 | 21 | ||||||
7 | Ширина зубчатого венца ведущего колеса | мм | 25 | 18 | |||||
8 | Ширина зубчатого венца ведомого колеса | мм | 25 | 18 | |||||
9 | Конструкция (признак переключения) передачи | Переклю-чаемая | Неперек-лючаемая | ||||||
10 | Расположение зубчатого колеса на валу | Вблизи опоры | На консоли | ||||||
11 | Расчетная частота вращения ведущего колеса | об/мин | 250 | 800 | |||||
12 | Наибольшая частота вращения ведущего колеса | об/мин | 1000 | 1250 | |||||
13 | Время работы передачи с нагрузкой | Т | час | 5000 | 5000 | ||||
14 | Коэффициент коррекции ведущего колеса | 0,2 | 0 | ||||||
15 | Коэффициент коррекции ведомого колеса | -0,2 | 0 | ||||||
16 | Признак связи колеса с шестерней | Не паразит-ное | Не паразит-ное | ||||||
17 | Режим нагрузки передачи | Среднетя-желый | Среднетя-желый. | ||||||
18 | Характер процесса резания | Равно-мерный | Равно-мерный | ||||||
19 | Вид механической обработки зубьев | шлифован | не шлифован | ||||||
20 | Материал ведущего колеса | 40Х, ТВЧ с охватом впадин | 20Х, цемента-ция | ||||||
21 | Материал ведомого колеса | 40Х, ТВЧ с охватом впадин | 20Х, цемента-ция |
Этот признак учитывается при расчете в связи с тем, что на паразитном колесе зубья вступают в работу вдвое чаще, чем на колесе обычном, и, следовательно, претерпевают вдвое большее число циклов нагружения.
Наиболее часто реализуется первый вид признака.
3.1.17. Режим нагрузки, если он не указан в задании, может быть выбран из табл. 6.
Таблица 6Режим | Характерен для приводов станков | |
Тяжелый и постоянный | Тяжелые станки с непрерывным процессом резания, например, карусельные | |
Средне - тяжелый | Крупные станки | |
Средний | Универсальные станки среднего размера | |
Средне - легкий | Станки для чистовой обработки |
Характер процесса резания | Пример вида обработки | |
Равномерный | Точение с равномерным припуском , сверление и т.п. | |
Неравномерный | Точение с неравномерным припуском (поковки, литье) и т.п. | |
Прерывистый | Фрезерование, точение по прерывистому контуру и т.п. |
D:\ | |||
| NameARCHIVEDEMPFGAMEMATLABNORTONOPORAPCIPRIMWALZUBsd ini treeinfo ncd | Name | Name | |
ZUB SUB-DIR 1.01.98 |
D:\ZUB | |||
| Name..zub bat prog1 datvvod exe prog1 exeprog1 mat prog1 vix | Name | Name | |
vvod. exe 62568 18.09.90 10.39 |
После этого на экране возникает текст:
Все данные вводятся с десятичной точкой
(Это означает, что все числа следует вводить с десятичной точкой-разделителем независимо от того, дробное это число или целое. Например: 254. или 12.2)
Введите количество рассчитываемых передач.
( Здесь вводится количество передач, которые предполагается рассчитывать. Следует иметь в виду, что в одном сеансе расчета программа может рассчитывать не более пяти передач, поэтому, если число рассчитываемых передач больше пяти, то следует проводить более одного сеанса расчета.)
4.
Далее на экране возникают запросы о параметрах отдельных передач:
Передача № 1.
Расчетный момент на валу ()
262.
Укажите вид рассчитываемой передачи:
Цилиндрическая прямозубая .................................... 2
Цилиндрическая косозубая ....................................... 3
Коническая прямозубая ............................................ 4
Коническая с круговым зубом ................................. 5
2.
Угол наклона зуба (градусы, доли градуса)
0.
Модуль передачи (мм)
5.
Число зубьев ведущего колеса
26.
Число зубьев ведомого колеса ... и так далее.
В процессе ввода исходных данных на экране периодически возникает запрос: “Хотите что-то изменить? (да - 0), (нет - 1)”. Это позволяет изменить некоторые исходные данные, введенные ошибочно. Если в ответ на этот запрос ввести "0", то на экран снова поступают запросы и меню по нескольким введенным ранее исходным данным, что позволяет ввести их повторно и исправить ошибку, не прибегая к программе коррекции.
После ввода наибольшей частоты вращения ведущего колеса программа осуществляет контроль максимальной окружной скорости в передаче в соответствии с допускаемыми значениями (табл. 10.).
Таблица 10Вид зубчатой передачи | Наибольшая допустимая окружная скорость, м/с | Степень точности зубчатых колес | |
Прямозубая | 8 | ||
7 | |||
6 | |||
Косозубая | 8 | ||
7 | |||
6 |
Уменьшения окружной скорости можно достичь также, снизив наибольшую частоту вращения передачи. Уменьшить наибольшую частоту вращения передачи можно, пересмотрев построение графика частот вращения. Такой прием далеко не всегда удобен. Он требует изменений в подходе к конструкции привода, нового расчета чисел зубьев в передачах и определения крутящих моментов в наиболее нагруженных передачах. Однако, иногда приходится применять такой прием, если нет другого выхода.
Наконец, можно применить вместо прямозубой косозубую передачу, что позволяет увеличить допустимую окружную скорость (см. табл. 10). Однако, если передача - переключаемая, то переключать ее в этом случае придется с помощью муфт, а не перемещением вдоль оси.
Прежде, чем корректировать исходные данные, стоит прикинуть, как новые исходные данные повлияют на изменение скорости (это, кстати, полезно сделать еще на этапе подготовки исходных данных, тогда все корректировки можно сделать заранее).
Максимальная окружная скорость в передаче может быть определена по формуле:
для цилиндрических передач
, м/с
для конических передач
, м/с
Далее вводятся все остальные исходные данные последовательно для всех рассчитываемых передач.
3.3 Выполнение проверочного расчета
По окончании ввода программа завершается и на экране вновь появляется панель NORTON (табл. 9). Для выполнения проверочного расчета следует подвести курсор под название файла prog1.exe и нажать клавишу "ENTER". На экран поступает сообщение:
____ РАБОТАЕТ ПРОГРАММА ________________
_____ ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС _________
ВВЕДИТЕ ИМЯ
С клавиатуры следует ввести:
prog1
Следует запрос:
РЕЗУЛЬТАТ ВЫВОДИТЬ
ПЕЧАТЬ
ДИСК
Для удобства анализа результатов следует вначале ввести "2". Если ввести 2, то результаты записываются в файл prog1.vix на диске, а на принтере не распечатываются. Признаком окончания расчета служит выход из программы и появление на экране монитора панелей NORTON. Для просмотра и анализа результатов расчета на экране монитора следует подвести курсор на файл prog1.vix и нажать клавишу F3 ("vien" - по краевому меню.) После этого на экране появляется таблица с исходными данными и результатами расчета. Таблица имеет форму табл. 11. В этой таблице верхняя часть занята распечаткой исходных данных, нижняя часть - результатами расчета.
3.4. Анализ результатов и коррекция исходных данных в режиме диалога
Результаты расчета следует проанализировать, сравнивая действующие напряжения в зубьях передачи с допускаемыми.
В том случае, если какая-либо из передач перегружена, то в нижней части таблицы появляется дополнительная строка "недостаточная прочность", причем в этом случае перегруженная передача отмечается знаком "*".
Если зубья колес передачи сильно недогружены (действующие напряжения значительно меньше допускаемых) или перегружены (действующие напряжения больше допускаемых), следует изменить параметры передачи так, чтобы добиться удовлетворительного результата.
Для изменения параметров следует вновь запустить файл "vvod.exe". Порядок ввода данных при изменении параметров см. ниже.
Если же результаты расчета Вас устраивают, то вывести их на печать можно следующим образом:
- нажать на клавишу ESC и выйти в NORTON
вновь запустить программу prog1.exe, и после соответствующего запроса заказать вывод результатов на печать вводом цифры "1". Через 1...2 секунды результаты начинают распечатываться на принтере.
Кроме того можно просто заказать печать файла prog1.vix непосредственно из NORTON, нажав клавишу F5.
Содержание файла prog1. vix - результаты расчетов Таблица 11
ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС | |||||||
НАИМЕНОВАНИЕ | РАЗМЕРН. | ||||||
НОМЕР ПАРЫ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
УГОЛ НАКЛОНА | ГРАДУСЫ | 15.0 | 0. | 0. | 0. | 0. | |
МОДУЛЬ | ММ | 10.0 | 0. | 0. | 0. | 0. | |
Z1 | 23. | 0. | 0. | 0. | 0. | ||
Z2 | 154. | 0. | 0. | 0. | 0. | ||
B1 | ММ | 60. | 0. | 0. | 0. | 0. | |
B2 | ММ | 60. | 0. | 0. | 0. | 0. | |
BK | ММ | 60. | 0. | 0. | 0. | 0. | |
N - РАСЧ. | ОБ - МИН | 16.0 | 0. | 0. | 0. | 0. | |
H - MAX | ОБ - МИН | 320.0 | 0. | 0. | 0. | 0. | |
M - РАСЧ. | Н. М | 6000. | 0. | 0. | 0. | 0. | |
T | ЧАС | 5000. | 0. | 0. | 0. | 0. | |
EPS1 | .000 | .000 | .000 | .000 | .000 | ||
EOS2 | .000 | .000 | .000 | .000 | .000 | ||
K - ПЕР. ИЗГ. | 1.30 | .00 | .00 | .00 | .00 | ||
К - НЕР. ИЗГ. | 1.20 | .00 | .00 | .00 | .00 | ||
К - ПЕР. КОН. | 1.10 | .00 | .00 | .00 | .00 | ||
1 ПРИЗНАК | 3082. | 0. | 0. | 0. | 0. | ||
2 ПРИЗНАК | 164. | 0. | 0. | 0. | 0. | ||
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА | |||||||
V - MAX | М - СЕК | 3.99 | .00 | .00 | .00 | .00 | |
S - ИЗ1 | МПА | 384.3 | .0 | .0 | .0 | .0 | |
S - ИЗ2 | МПА | 252.8 | .0 | .0 | .0 | .0 | |
S - КОН | МПА | 1112.3 | .0 | .0 | .0 | .0 | |
[S]И1 | МПА | 401.4 | .0 | .0 | .0 | .0 | |
[S]И2 | МПА | 258.3 | .0 | .0 | .0 | .0 | |
[S]K1 | МПА | 1765.2 | .0 | .0 | .0 | .0 | |
[S]K2 | МПА | 1863.9 | .0 | .0 | .0 | .0 | |
МАТЕРИАЛ Z1 МАТЕРИАЛ Z2 | 12XH-3A; AFA; AFA; AFA; AFA; 40X - ТВЧ; AFA; AFA; AFA AFA; |
Если результаты расчета какой-либо передачи Вас не устраивают, и необходимо изменить исходные данные, следует снова запустить программу ввода vvod.exe и после появления текста меню:
Ввести "2"
В ответ на экране появляется текст:
ВВЕДИТЕ НОМЕР ПЕРЕДАЧИ, ДЛЯ КОТОРОЙ НЕОБХОДИМО
ВЫПОЛНИТЬ КОРРЕКТИРОВКУ ДАННЫХ
Здесь следует ввести номер одной из передач, для которой корректируются исходные данные.
Затем появляется меню:
ИЗМЕНЯЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ:
МОДУЛЬ ПЕРЕДАЧИ
ЧИСЛО ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРНИ
ЧИСЛО ЗУБЬЕВ КОЛЕСА
ШИРИНА ЗУБЧАТОГО ВЕНЦА ШЕСТЕРНИ
ШИРИНА ЗУБЧАТОГО ВЕНЦА КОЛЕСА
МАТЕРИАЛ ШЕСТЕРНИ
МАТЕРИАЛ КОЛЕСА
Ведите через пробел номера изменяемых параметров.
Номера параметров, величины которых Вы хотите изменить следует ввести по типу:
2. 3. 6. 7.
Далее ввод исходных данных идет в форме диалога аналогично описанному выше.
По окончании ввода новых исходных данных для первой из корректируемых передач программа выходит в NORTON, и для корректировки исходных данных следующей передачи нужно вновь запустить программу "vvod.exe", ввести "2" (коррекция) и указать номер следующей передачи.
Когда коррекция окончена, снова нужно запустить программу "prog1.exe", и расчет повторяется, как показано выше.
3.5 Ввод исходных данных в табличной форме
Ввод исходных данных может быть осуществлен не только в форме диалога, но и более компактно - в виде редактируемой таблицы, содержащей исходные данные. Однако для такого ввода должны быть выполнены дополнительно еще некоторые предварительные расчеты. Необходимо определить три вида коэффициентов:
КПЕРИ- коэффициент перегрузки при изгибе;
КНЕРИ - коэффициент неравномерности нагрузки при изгибе;
КПЕРК - коэффициент перегрузки при расчете контактных напряжений, а также расчетную ширину венца для определения контактных напряжений.
Коэффициент перегрузки при изгибе определяется в зависимости от соотношения ширины венца и диаметра ведущего зубчатого колеса по табл.12.
Таблица 12Расположение зубчатого колеса | ||||
П р и з н а к | ||||
1 | 2 | 3 | ||
Колесо расположено симметрично относительно опор | Колесо расположено вблизи одной из опор | Колесо на консоли | ||
К о э ф ф и ц и е н т | ||||
0,2 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | |
0,4 | 1,05 | 1,2 | 1,4 | |
0,6 | 1,1 | 1,3 | 1,7 | |
0,8 | 1,15 | 1,45 | 2,0 | |
1,2 | 1,25 | 1,7 | - |
Характер процесса резания | |||
Н е п р е р ы в н ы й | Прерывистый | ||
Равномерный | Неравномерный (неравномерный припуск и т. п.) | Фрезерование, обработка прерывистого контура и т. п. | |
К о э ф ф и ц и е н т КПЕРИ | |||
1,3 | 1,5 | 1,7 |
Расположение зубчатого колеса | ||||
b/dш | Колесо расположено симметрично относительно опор | Колесо расположено вблизи одной из опор | Колесо на консоли | |
| 0,20,40,60,8 1,2 | 1,01,01,051,1 1,15 | 1,051,151,21,3 1,5 | 1,11,151,451,65 - |
Если число рассчитываемых передач меньше 5, то исходные данные для них вносят в первые колонки по порядку. В оставшихся колонках можно не заменять все цифры на нули. Достаточно указать величину модуля, равной нулю в колонке, соответствующей первой из нерассчитываемых передач. Эти передачи и все последующие программа рассчитывать не будет.
Пример файла prog1.dat - исходные данные для расчета
Таблица 15ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС | ||||||
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ | ||||||
Наименова-ние | Размерность | |||||
Ном. пары | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Разм-ть | ******.*** | ******.*** | ******.*** | ******.*** | ******.*** | |
Угол накл. | 15.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
Модуль | 10.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
Z1 | 23.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
Z2 | 154.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
В1 | 60.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
В2 | 60.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
ВК | 60.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
N - РАСЧ | 16.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
N - MAX | 320.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
М - РАСЧ | 6000.00000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
Т | 5000.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
EPS1 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
EPS2 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
К - ПЕР. ИЗГ | 1.3000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
К - НЕР. ИЗГ | 1.2000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
К - ПЕР. КОН | 1.1000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
ГАММА | ||||||
1 ПРИЗНАК | 3082.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
2 ПРИЗНАК | 164.0000 | .0000 | .0000 | .0000 | .0000 | |
КОНЕЦ ФАЙЛА |
Вид передачи | Наибольшая окружная скорость | Степень точности | |
| 67 8 | |||
| 67 8 |
При табличном методе ввода программа в процессе расчета не контролирует наибольшее значение окружной скорости, поэтому за соответствием его допустимым значениям должен следить оператор.
Режим нагрузки:
Тяжелый и постоянный -1
Средне тяжелый -2
Средний -3
Средне - легкий - 4
В графе "2 ПРИЗНАК" указывается следующий набор цифр:
1 5 5 . десятичная точка
Признак механической обработки | Признак материала шестерни (ведущего колеса) | Признак материала колеса (ведомого) |
Признак механической обработки:
Зубья шлифованы - 1
Зубья не шлифованы - 2
Выбор - см. в п. 3.1.19
Признак материала шестерни (ведущего колеса):
- 40Х нормализованная - 1
- 40Х улучшенная - 2
- 40Х с закалкой нагревом ТВЧ до выкружки впадины - 3
- 40Х с закалкой нагревом ТВЧ с охватом дна впадины - 4
- 20Х цементация и закалка в масле -5
- 12ХН3А цементация и закалка в масле - 6
- 18ХГТ цементация и закалка в масле - 7
Признак материала колеса (ведомого) указывается так же, как и для шестерни.
После того, как заполнение таблицы исходных данных закончено, следует записать их на диск, то есть сохранить файл prog1.dat (если заполнение выполнялось в редакторе NORTON, то это осуществляется нажатием клавиши F2, после чего с помощью клавиши ESC выходят в NORTON). Затем осуществляют запуск программы "prog1.exe" и расчет выполняют как показано выше в п. 3.3.
При необходимости корректировки исходных данных используют тот же прием редактирования файла.
ЛИТЕРАТУРА
1. Расчет на прочность цилиндрических зубчатых колес металлорежущих станков. М.: ОНТИ ЭНИМС, 1969. - 88 с.
