Расчет цилиндрических передач

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению практического задания № 5 по дисциплине

«Детали машин» для бакалавров

направления подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело»

 

 

Ставрополь, 2016

Методические указания предназначены для бакалавров направления подготовки 21.03.01 "Нефтегазовое дело", выполняющих контрольное задание № 5 в соответствии с рабочим учебным планом и программой дисциплины «Детали машин».

В методических указаниях приведены рекомендации по расчету цилиндрических, конических и червячных передач на прочность.

 

Составители: к.т.н., доцент В. М. Сербин

Рецензент: к.т.н., доцент В. Г. Терещенко

РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

Выбор материала зубчатых колес

Выбор марок сталей для изготовления зубчатых колёс производят по данным таблицы 4 и рекомендациям таблицы 5. В качестве расчётного параметра принимают среднюю твёрдость материала:

,

.

При этом для более равномерного изнашивания зубьев и лучшей их приработки, разность средних твердостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса должна составлять:

– для прямозубых колёс;

– для косозубых колёс.

В косозубых и шевронных передачах шестерню рекомендуется изготовлять из материала с твёрдостью , а колесо – , что способствует снижению габаритов и металлоёмкости зацепления.

 

 

Таблица 4 – Механические свойства сталей

Марка стали	Термообработка	Заготовка	Твёрдость	, МПа	, МПа
D,мм	S,мм	поверх. HRC	сердцевины. HB
40Х	Н Н Н Н Н	Любой -/- -/-	Любая -/- -/-	163÷192 НВ 168÷204 НВ 179÷207 НВ 179÷228 НВ 210÷230 НВ
40Х 40Х 40ХН 40ХН 35ХМ 35ХМ 35ХГСА 35ХГСА 35ХГСА	У У У У У У У У У У У У			192÷228 НВ 235÷262 НВ 269÷302 НВ 235÷262 НВ 269÷302 НВ 235÷262 НВ 269÷302 НВ 235÷262 НВ 269÷302 НВ 235 НВ 270 НВ 310 НВ
40Х 40ХН 35ХМ	У+ТВЧ У+ТВЧ У+ТВЧ			45÷50 48÷53 48÷53	269÷302 269÷302 249÷302
35ХГСА	ТВЧ ТВЧ			40÷52 46÷53	240÷280 -
40Х 20Х 38ХМЮА	А Ц А	-	-	50÷59 56÷63 57÷67	26÷30 HRC 56÷63 HRC 30÷35 HRC

Термообработка: Н – нормализация; У – улучшение; ТВЧ – закалка т.в.ч.;

А – азотирование; Ц – цементация.

При подборе материала зубчатых колес надо учитывать размеры будущей заготовки (рисунок 1).

 

 

Рисунок 1 – Размеры заготовок

Таблица 5 – Рекомендуемое сочетание материалов шестерни и колеса

Таблица 6 – Соотношение твердости материала в HRC и HB

HRC
НВ

Таблица 7 – Значение предела выносливости и коэффициента безопасности

Термообработка	Твёрдость поверхности зубьев	Группа сталей	, МПа
Н и У ОЗ ТВЧ У+ТВЧ А Ц	180…350 НВ 45…35 HRC 45…63 HRC 45…53 HRC 50…67 HRC 55…63 HRC	40, 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ 40Х, 40ХН, 35ХМ и пр. 40Х, 40ХН, 35ХМ и пр. 40Х, 40ХН, 35ХМ и пр. 40Х, 38ХМЮА и пр. 20Х, 25ХГТ и пр.	2 НВср+70 18 HRCср+150 17 HRCср.+200 17 HRCср.+200 23 HRCср.	1,1
1.2

 

Коэффициент долговечности вычисляют по формуле

, (2)

где – базовое число циклов перемен напряжений;

– эквивалентное число циклов перемен напряжений.

Значение находят по таблице 8 в зависимости от твёрдости материала

Таблица 8 – Зависимость базового числа циклов от твердости материала

	200	250	300	350	400	450	500	550	600
	10	16,5	25	36,4	50	68	87	114	143

 

Эквивалентное число циклов перемен напряжений определяется на основании циклограммы нагружения с учетом срока службы передачи

(3)

где Г – срок службы передачи в годах;

К_сут – коэффициент использования передачи в течение суток;

К_год – коэффициент использования передачи в течение года.

Например, для циклограммы, показанной в схеме 1 (таблица 1):

(4)

где – частота вращения ведущего вала, мин ^–1;

– срок службы передачи в часах;

– число колёс, находящихся в зацеплении (с = 1).

Эквивалентное число циклов перемен напряжений для колеса

, (5)

где – передаточное число.

При постоянном режиме работы

. (6)

Если в результате расчета окажется , то принимают . Значения ограничены пределами:

– при объемном упрочнении (нормализация, улучшение);

– при поверхностном упрочнении (ТВЧ, азотирование, цементация).

По выражению (1) находят и для материала шестерни и колеса. Для прямозубых цилиндрических и конических колёс, а также косозубых с небольшой разностью твёрдостей зубьев (до 20...50 НВ), в качестве расчетного значения принимают = .

При значительной разности твёрдостей зубьев (до 70 НВ и выше) в качестве расчётного значения для цилиндрических косозубых и шевронных колёс, а также конических колёс с круговыми зубьями, принимают контактное напряжение

(7)

Если это неравенство не выполняется, то в качестве расчетного напряжения для цилиндрических косозубых и шевронных колёс принимают , а конических – .

Допускаемые напряжения изгиба

(8)

где – предел выносливости зубьев при изгибе (таблица 9);

– коэффициент безопасности (таблица 9);

– коэффициент, учитывающий двустороннее приложение нагрузки (для нереверсивных передач , реверсивных – );

– коэффициент долговечности.

Коэффициент долговечности зависит от твёрдости материала зубьев: при твёрдости НВ

, при этом , (9)

при твёрдости НВ > 350

, при этом (10)

 

Таблица 9 – Значение предела выносливости и коэффициента безопасности

Термообработка	Твёрдость поверхности зубьев	Группа стали	, МПа
Н и У ОЗ ТВЧ У+ТВЧ У+ТВЧ А Ц	180…350 НВ 35…45 НRC 45…55 HRC 56…63 HRC 45…55 HRC 50…67 HRC 55…63 HRC	40, 45, 40Х и др. 40Х, 40ХН, 35ХМ и др. 40Х, 40ХН, 35ХМ и др. 35ХМ, У6 40Х, 40ХН и др. 40Х, 38ХМЮА и др. 20X, 25XГТ и др.	1,8 НВ 12HRC+300	1,75
1,5

 

Базовое число циклов для всех сталей имеет одинаковую величину –

Эквивалентное число циклов определяют по выражениям, аналогичным (4), (5) и (6), только показатель степени при крутящих моментах принимают равным шести при твердости НВ ≤ 350 и девяти при НВ > 350.

При неограниченном сроке службы и принимают

 

РАСЧЕТ КОНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

Выбор материала для изготовления конических зубчатых колёс и определение допускаемых напряжений производится по методике, изложенной в разделах 2.1.1 и 2.1.2.

 

РАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ

Таблица 20 – Коэффициент формы зуба червячного колеса

	1,98 1,88 1,85 1,80		1,76 1,77 1,64 1,61		1,55 1,48 1,45 1,40		1,34 1,30 1,27 1,24

 

Как правило, проверка по напряжениям изгиба обеспечивает положительный результат. При невыполнении условия (54) следует увеличить модуль зацепления или применить более прочный материал.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

Пояснительная записка

Пояснительная записка КР относится к текстовым документам и должна соответствовать требованиям ГОСТ 2.105 – 95 и ГОСТ 2.106 – 96.

Титульный лист является первым листом пояснительной записки. Он оформляется на типовом бланке.

Лист технического задания оформляется по форме 9а ГОСТ 2.106 – 96 с основной надписью по форме 2а ГОСТ 2.104 – 68. На этом листе приводится схема механизма и исходные данные к контрольной работе.

Заглавный лист (лист содержания) должен соответствовать форме 9 ГОСТ 2.106 - 96 и иметь основную надпись по форме 2 ГОСТ 2.104 - 68.

Основные надписи последующих 6 листов пояснительной записки выполняются по форме 2а ГОСТ 2.104 - 68.

Текст пояснительной записки может быть выполнен одним из следующих способов:

- с применением компьютерных печатающих устройств (текстовой редактор Word for Windows; формат бумаги А4; поля: верхнее – 20 мм; нижнее и левое – 30 мм, правое – 15 мм; ориентация – книжная; шрифт – Times New Roman Cyr; размер шрифта – 14 пунктов; выравнивание – по ширине; красная строка – 1,25 мм);

- рукописно – произвольным шрифтом при условии, что текст будет выполнен единообразно темными чернилами одного цвета; размер шрифта должен быть не менее 2,5 мм, а расстояние между строками равным двойной высоте принятого шрифта; расстояние от рамки до границ текста следует оставлять в начале и конце строк – не менее 3 мм; расстояние от верхней или нижней строк текста до верхней или нижней рамки должно быть не менее 10 мм.

Формулы выравниваются по центру, их нумерация по правому краю в скобках. Рисунки нумеруются снизу (Рисунок 1 – Название), таблицы – сверху (Таблица 1 – Название). Страницы нумеруются сверху, по центру.

Разделы расчетной части должны иметь порядковые номера в пределах всей пояснительной записки, обозначены арабскими цифрами и записаны с абзацного отступа заглавными буквами.

Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номера раздела и подраздела, отделенных друг от друга точкой.

Текст записки должен быть краткий и не допускать различных толкований. Термины, обозначения и определения должны соответствовать установленным стандартам, а при отсутствии – общепринятым в научно-технической литературе.

Формулы, таблицы, иллюстрации, примечания, сноски, примеры, библиографическое описание литературы и приложения должны оформляться по правилам, установленным государственными стандартами ЕСКД.

 

Графическая часть

Графическая часть работы должна быть представлена в виде рабочего чертежа зубчатого колеса, выполненного на листе формата А3 в масштабе 1: 1. При выполнении чертежа должны быть соблюдены правила, установленные соответствующими государственными стандартами ЕСКД.

 

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ И ПРИМЕРНЫЙ КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Получив техническое задание, студент должен тщательно его изучить, собрать необходимую литературу. Здесь предполагается изучение всех видов технической литературы и периодическое консультирование с ведущим преподавателем в индивидуальном порядке. Консультации должны иметь форму совета, а не готового ответа, и студент, будучи отосланным к соответствующим пособиям, должен самостоятельно разобраться в интересующем его вопросе. Консультант проверяет правильность принятых решений и помогает студенту разобраться в особо трудных вопросах. Задача руководителя – добиться максимальной самостоятельности студента в работе. Консультации должны проводиться не реже двух раз в неделю, чтобы студенты могли разрешать текущие вопросы без задержки.

Контроль и текущая проверка выполнения КР осуществляется ведущим преподавателем.

В соответствии с программой дисциплины студенты выполняют КР с четвертой по десятую неделю седьмого семестра.

Рекомендуется выполнять работу в соответствии со следующим графиком:

Наименование этапа	Срок выполнения (неделя)
1 Ознакомление с техническим заданием, подбор материала для расчета зубчатой передачи 2 Расчет передачи и проектирование зубчатого колеса 3 Оформление расчетной и графической части КР 4 Защита КР	11-13

Порядок защиты И ОТВЕТСТВЕННОСТЬ СТУДЕНТА ЗА ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

Защита КР проводится в форме собеседования в течение 10...15 минут. Студент должен показать, что он владеет навыками выполнения расчета и проектирования механических передач. Может связать методы проектирования с теоретической основой этих методов.

На основе анализа содержания расчетно-пояснительной записки, правильности выполнения графической части работы, а также уровня знаний, показанных при защите КР, выставляется оценка по системе «зачтено» – «не зачтено».

При невыполнении КР в срок или получении оценки «не зачтено» по результатам собеседования, студент не допускается к итоговому зачету по дисциплине.

Рекомендуемая литература

Основная литература.

1. Иванов, М. Н. Детали машин: учебник / М. Н. Иванов, В. А. Финогенов. – 13-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2010. – 408 с.

2. Гулиа, Н. В. Детали машин: учебник / Н. В. Гулиа, В. Г. Клоков, С. А. Юрков; под ред. Н. В. Гулиа. – 3-е изд. стереотип. – СПб: Издательство "Лань", 2013. – 416 с. – Доступно: http://e.lanbook.com/index.php – Сайт издательства "Лань".

3. Тюняев, А.В. Детали машин: учебник / А. В.Тюняев, В. П. Звезданов, В. А. Вагнер. – 2-е издание, исправ. и доп. – СПб.: Издательство "Лань:, 2013. – 736 с. – Доступно: http://e.lanbook.com/index.php – Сайт издательства "Лань".

4. Чернилевский, Д. В. Детали машин и основы конструирования: учебник для вузов / Д. В. Чернилевский. – 2-е изд. исправ. и доп. – М.: Машиностроение, 2012. – 672 с. – Доступно: http://e.lanbook.com/index.php – Сайт издательства "Лань".

5. Техническая механика: в 4-х кн. / под ред. Д.В. Чернилевского. Кн. 4. Детали машин и основы проектирования: учебное пособие / Д.В. Чернилевский. – М.: Машиностроение, 2012. – 160 с. – Доступно: http://e.lanbook.com/index.php – Сайт издательства "Лань".

Дополнительная литература.

1. Скойбеда, А. Т. Детали машин и основы конструирования: учебник для вузов / А. Т. Скойбеда, А. В. Кузьмин, Н. Н. Макейчик; под общ. ред. А. Т. Скойбеды. – 2-е изд., перераб. – Минск: Вышэйшая школа, 2000. - 585с.

2. Решетов, Д. Н. Детали машин: учебник для вузов / Д. Н. Решетов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

3. Кудрявцев, В. Н. Детали машин: учебник для вузов / В. Н. Кудрявцев. – Л.: Машиностроение, 1980. – 464 с.

СОДЕРЖАНИЕ

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 3.1 3.2

Формулировка задания и его объем Общие требования к написанию КР Расчет цилиндрических передач Выбор материала зубчатых колес Определение допускаемых напряжений Проектный расчет цилиндрических передач Проверочный расчет цилиндрических передач Расчет конических передач Проектный расчет конических передач Проверочный расчет конических передач Расчет червячных передач Выбор материала и определение допускаемых напряжений Проектный расчет червячных передач Проверочный расчет червячных передач Общие требования к оформлению КР Пояснительная записка Графическая часть Рекомендации по организации и примерный календарный план выполнения КР Порядок защиты и ответственность студента за выполнение КР Список рекомендуемой литературы

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

к выполнению контрольной работы по дисциплине

«Детали машин» для студентов:

направления подготовки 21.03.01 – Нефтегазовое дело

 

Редактор _____________

Подписано в печать _____________

Формат 60 x 84 1/16 Усл. п. л. 2,5 Уч.- изд. л. 2,0

Бумага газетная. Печать офсетная. Заказ № Тираж 50 экз.

ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»

355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2

__________________________________________________________________

Издательство Северо-Кавказского федерального университета

Отпечатано в типографии СКФУ

 

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению практического задания № 5 по дисциплине

«Детали машин» для бакалавров

направления подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело»

 

 

Ставрополь, 2016

Методические указания предназначены для бакалавров направления подготовки 21.03.01 "Нефтегазовое дело", выполняющих контрольное задание № 5 в соответствии с рабочим учебным планом и программой дисциплины «Детали машин».

В методических указаниях приведены рекомендации по расчету цилиндрических, конических и червячных передач на прочность.

 

Составители: к.т.н., доцент В. М. Сербин

Рецензент: к.т.н., доцент В. Г. Терещенко

РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ