Приклад 29. Виконати розрахунок допустимого зусилля по міцності зубчатої передачі кгшп зусиллям 25 МН.

 

Початкові дані:

Номінальне зусилля P_н, МН – 25;

Номінальний хід повзуна S_н, мм – 350;

Номінальне число ходів повзуна за хвилину n_н – 70;

Коефіцієнт використання числа ходів p_и – 0,22;

Коефіцієнт шатуна λ – 0,15;

Ступінь дезаксіалу ε – 0;

Діаметр шатунної шийки валу d_A, мм – 900;

Діаметр з’єднання шатуна і повзуна d_B, – 640;

Діаметр корінних опор валу d_O, мм – 560;

Кут нахилу зубців коліс β° – 30;

Число зубів колеса z_к, мм – 87;

Число зубів шестерні z_ш , мм – 19;

Нормальний модуль зачеплення m_н , мм – 22;

Ширина колеса b_к , мм – 390;

Матеріал тіла колеса – сталь 30ГЛ;

Матеріал тіла шатуна – сталь 4ХН.

 

Рішення

Зусилля на повзуні, що допускається міцністю зубчатої передачі визначається для відкритих передач універсальних пресів по двох перевірках – по допустимій пластичній деформації зубів колеса та перевірці зубів коліс та шестерні на вигин за втомою.

 

Перевірка колеса по допустимій пластичній деформації.

Нормальна контактна напруга для колеса (матеріал колеса – сталь 30ГЛ) по табл. 6.2 становить [σ_k]_max =1680 МПа. Коефіцієнт жорсткості матеріалу колеса С по табл. 6.3 становить 214. Колеса заданого КГШП виготовляються прямозубими не коригованими, тому коефіцієнт кута зачеплення рівний С₁=1. Передатне відношення передачі складає

Пресс має запобіжник від перевантаження, тому коефіцієнт перевантаження k_1п=1,3. Коефіцієнт концентрації навантаження k₂ по табл. 6.5 для відкритої передачі при твердості матеріалу по Брінелю менше 350 становить 1. Лінійна швидкість колеса становить

Для шевронного колеса при вказаній швидкості, 7-й нефланкованій ступені точності виготовлення коліс і твердості менше HB<350 коефіцієнт динамічного навантаження k₄ по табл.6.6 становить 1,1.

Таким чином, коефіцієнт навантаження при розрахунку по пластичних деформаціях буде рівний

Найменший крутильний момент, що допускається по першій перевірці визначається по формулі (6.3).

Перевірка колеса по втомі на вигин

Для співвідношення z_к/cosβ=100,459, коефіцієнту зсуву інструменту рівного нулю, для веденого колеса відкритої передачі по табл. 6.8 коефіцієнт форми зуба y_k становить 0,194.

По табл. 6.2 межа втоми матеріалу при вигині становить [σ_-1и]=300 МПа, межа міцності σ_в=620 МПа, коефіцієнт співвідношення границь витривалості ψ=0,1. Коефіцієнт ступеню перекриття k_ε для шевронних передач дорівнює 1,3. Коефіцієнт навантаження передачі зворотним моментом φ для муфти, встановленої на головному валу, по табл. 6.9 дорівнює нулю. Коефіцієнт концентрації напруг Ф_σ0 по табл. 6.10 для матеріалу з межею міцності σ_в=620 МПа, числом зубів колеса 87 і нормальному модулі зачеплення 22 мм складає 2,1.

Коефіцієнт еквівалентного навантаження визначається по формулі (6.5). Коефіцієнт інтенсивності навантаження δ_и для преса, який відноситься до IV групи машин, має ресурс роботи не менше 30 тис. годин при твердості матеріалу колеса HB<350 по табл. 6.12 становить 0,367. Коефіцієнт ймовірності навантаження при розташуванні муфти на головному валу становить 0,08…0,1. Приймаючи показник m₁ рівним 9, коефіцієнт еквівалентного навантаження біде рівний

Так як значення коефіцієнту k_3и менше 0,6, то остаточне значення приймається рівним 0,6. Таким чином, коефіцієнт навантаження при вигині становить

Коефіцієнт запасу міцності [n_и] для нормального модуля m_н=22 мм і матеріалу колеса сталеве литво по табл. 6.11 становить 2,2.

Крутильний момент, що допускається по другій перевірці колеса складає по формулі (6.4)

Перевірка шестерні по втомі на вигин

Перевірка шестерні виконується по формулі (6.4), в якій всі значення параметрів, окрім числа зубів, приймаються відповідно до розмірів і параметрів шестерні.

Для співвідношення z_ш/cosβ=21,939, коефіцієнту зсуву інструменту рівного нулю, для ведучого колеса відкритої передачі по табл. 6.8 коефіцієнт форми зуба y_k становить 0,112.

По табл. 6.2 межа втоми матеріалу шестерні при вигині становить [σ_-1и]=360 МПа, межа міцності σ_в=850 МПа, коефіцієнт співвідношення границь витривалості ψ=0,2. Коефіцієнт концентрації напруг Ф_σ0 по табл. 6.10 для матеріалу з межею міцності σ_в=850 МПа, числом зубів шестерні 19 і нормальному модулі зачеплення 22 мм складає 2,15.

Коефіцієнт запасу міцності [n_и] для нормального модуля m_н=22 мм і матеріалу шестерні сталеве кування по табл. 6.11 становить 2,0. Решта коефіцієнтів залишаються такими ж як і для колеса.

Крутильний момент, що допускається по другій перевірці шестерні відносно власної вісі шестерні складає по формулі (6.4)

Приведений до вісі головного валу допустимий момент становить (при ККД зубчатої передачі 0,98)

Таким чином, з трьох значень допустимих крутильних моментів (відповідно 3,679; 1,321 і 4,686 МН^.м) найменшим є момент по втомі зубчатого колеса на вигин, тобто M_min=M_ик=1,321 МН^.м.

Приймаючи i_з=1, η_з =1 (зубчате колесо розташоване на головному валу), коефіцієнті k₁=1, k₂=1 (для простого однобічного приводу головного валу) і обрахувавши приведене плече крутильного моменту по відомій формулі (3.1), зусилля, допустиме по міцності зубчатої передачі преса знаходиться по формулі (6.1).Результати розрахунку показані на рис. 6.6.

Як видно з рисунка номінальний кут повороту головного валу по міцності зубчатої передачі складає приблизно 3,01°, що цілком відповідає рекомендованим значення, наведеним в табл. 6.15.

 

Рис. 6.6. Зусилля, що допускаються міцністю зубчатої передачі

КГШП зусиллям 25 МН