Расчет зубчатых и червячных передач

РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ

В КУРСОВОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

 

Методические указания

 

Составители В.Я. Баранцов, Т.Г. Зайцева

 

Липецк 2004

УДК 621.81(07)

Б-243

 

 

РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ В КУРСОВОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ: Методические указания/Сост. В.Я.Баранцов, Т.Г. Зайцева. Липецк: ЛГТУ, 2004.- 30 с.

 

Методические указания предназначены для студентов 3 курса очной и очно-заочной форм обучения немеханических специальностей.

Даны методические указания по выбору электродвигателя и материалов для элементов зубчатых и червячных передач редукторов, а также последовательность их проектного расчета.

 

Рецензент А.В.Щеглов

 

 

© Липецкий государственный

технический университет, 2004

 

Содержание

1. Цель и задачи курсового проектирования…………………………….4

2. Тематика, объем и содержание курсового проекта………………….. 4

3. Выбор электродвигателя, кинематический и силовой расчет

привода……………………………………………………………………..4

4. Последовательность проектного расчета закрытых цилиндриче-

ских передач…….…………………………………………………………..6

5. Последовательность проектного расчета закрытых конических

прямозубых передач……………………………………………………….18

6. Последовательность проектного расчета червячных передач...……..23

Библиографический список……………………………………………….30

 

Цель и задачи курсового проектирования

Курсовое проектирование является заключительным этапом в изучении общеинженерных курсов «Прикладная механика», «Механика», «ДМ и основы конструирования» и имеет своей целью приобретение студентом навыков практического применения знаний, развитие умения пользоваться справочной литературой и стандартами, ознакомление с основными правилами и приемами проектирования механизмов и машин.

Знания и опыт, приобретенные студентами при выполнении курсового проекта или работы, послужат базой для изучения устройства, принципов работы и основ проектирования специального технологического оборудования.

2. Тематика, объем и содержание курсового проекта (работы)

 

Наиболее характерными темами курсовых проектов или работ являются приводы машин металлургического, литейного, сварочного, коксохимического производства или общего назначения.

Курсовой проект состоит из графической части (1…2 листа формата А1) и расчетно-пояснительной записки (30…40 страниц формата А4).

Содержание графической части проекта (работы) и расчетно-пояснительной записки изложено в специальных методических указаниях [1].

Выбор электродвигателя, кинематический и силовой

Расчет привода

Основными исходными данными для выбора электродвигателя являются мощность на выходном валу привода и частота его вращения, которые могут быть заданы либо непосредственно, либо в виде тягового усилия на приводном барабане (тяговых звездочках) транспортера и скорости ленты (тяговой цепи), между которыми существует связь:

P=F_t·v,

где Р – мощность, кВт; F_t - окружная сила (тяговое усилие), кН;

v – окружная скорость на барабане или звездочках, м/с.

Связь между частотой вращения приводного барабана (тяговых звездочек) транспортера и скоростью ленты (тяговых цепей) выражается зависимостью:

для ленточного транспортера n=60v/(π·D_б);

для цепного транспортера (при тяговой пластинчатой цепи по ГОСТ 588-74) n=60·10³ v/(z·р);

где n – частота вращения, мин^-1; v – скорость ленты (тяговой цепи), м/с; D_б – диаметр приводного барабана, м; z – число зубьев тяговой звездочки; р – шаг тяговой цепи, мм.

Если на выходном валу привода задан момент, то мощность определяется из соотношения Р=Т·ω;

где Р – мощность, Вт; Т – вращающий момент, Н·м; ω – угловая скорость, рад/с.

Требуемая мощность электродвигателя

Р_тр=Р/η_общ,

где Р - мощность на выходном валу привода; η_общ – общий КПД привода.

При последовательном соединении механизмов общий КПД привода определяется как произведение значений КПД входящих в него механизмов (передач):

η_общ= η₁· η₂· η₃·… η _к,

где к – число передач, составляющих привод.

Рекомендуемые значения КПД некоторых видов передач приведены в пособиях [2], c.6; [3], c.5.

Требуемая частота вращения вала электродвигателя

n_дв.тр.= n·i_общ,

где n – частота вращения выходного вала привода, мин^-1; i_общ –общее передаточное отношение привода, определяемое как произведение значений передаточных отношений входящих в него передач:

i_общ= i₁· i₂· i₃… i_к.

Рекомендуемые значения передаточных отношений для различных передач приведены в пособии [2], c.7. Предварительно нужно принимать средние значения передаточных отношений.

По полученным значениям Р_тр и n_дв.тр. подбирается электродвигатель трехфазный асинхронный короткозамкнутый серии 4А (закрытый обдуваемый) по ГОСТ 19523-81 [2], c.417; [3], c.390.

По принятой частоте вращения вала электродвигателя при номинальной нагрузке n_дв и частоте вращения выходного вала n определяется фактическое передаточное отношение привода

i_общ= n_дв./n,

которое необходимо перераспределить между отдельными передачами, приняв для проектируемого редуктора значение из стандартного ряда: 2; (2,24); 2,5; (2,8); 3,15; (3,55); 4; (4,5); 5; (5,6); 6,3.

Для червячных редукторов можно принять следующие стандартные значения i: 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50…

Угловые скорости вращения валов привода:

- вала электродвигателя ω_дв=π·n_дв/30, рад/с;

- последующих валов ω₁= ω_дв/i₁; ω₂= ω₁/i₂ и т.д.

Вращающие моменты на валах определяют из условия постоянства мощности с учетом потерь:

Т_дв=Р_тр/ ω_дв; Т₁= Т_двi₁·η₁; Т₂= Т₁i₂·η₂; и т.д.

Последовательность проектного расчета закрытых

Цилиндрических передач

Выбор материала зубчатых колес и вида термической

Обработки

При выборе материала для шестерни и колеса следует ориентироваться на применение одной и той же марки стали, но с различной термической обработкой, чтобы твердость шестерни была не менее чем на 20…30 единиц НВ больше твердости колеса при прямых зубьях и более 40 единиц НВ – при косых и шевронных зубьях.

При твердости шестерни и колеса 45НRC и более не требуется обеспечивать повышенную твердость материала шестерни.

Рекомендации по применению незакаленных (с твердостью до 350 НВ) и закаленных (с твердостью активных поверхностей зубьев более 350НВ) приведены в [2], c.11…12.

Механические характеристики сталей для зубчатых колес приведены в табл.1. Для сравнения твердости, выраженной в единицах НВ и НRC, можно пользоваться зависимостью: 1 HRC≈10HB.

Определение допускаемых напряжений при

Расчете зубьев на изгиб

 

Допускаемые напряжения изгиба [σ]_F определяются по формуле:

[σ]_F= σ_F0K_FL/S_F, (6)

где σ_F0- предел выносливости на изгиб при базовом числе циклов нагружения (табл.3); S_F- коэффициент безопасности (табл.3); K_FL – коэффициент долговечности

 

Таблица 3

Значения пределов выносливости σ_F0 и требуемых коэффициентов

безопасности [S]_F

Термическая обработка и марка стали	Твердость НВ или HRC	σF0, МПа	[S]F
поверхности	сердцевины
Нормализация или улучшение	180…350НВ	1,35(НВ)+100 или 1,8(НВ)	1,65
Азотирование легированных сталей	-	24…40	18(HRC)сердц.+50	2,0
Цементация 20ХН2М, 12ХН2, 12ХН3А…	57…63	32…45		1,7
Цементация 18ХГТ, 30ХГТ, 12Х2Н4А…	57…63	32…45		1,7
Нитроцементация 25ХГМ	57…63	32…45		1,7
ТВЧ закалка 40Х, 40ХН, 35ХМА	48…60	25..35		1,7

 

, (7)

здесь m – показатель степени, зависящий от твердости: m=6 при твердости < 350НВ; m=9 при твердости >350НВ; N_FЕ – эквивалентное число циклов нагружения зубьев за весь срок службы передачи, определяемое по формулам (3) или (4), но при этом в формуле (4) m=6 при твердости < 350НВ; m=9 при твердости >350НВ.

Значения K_FL, принимаемые к расчету, могут быть в пределах

1 < K_FL < 2,08 при твердости < 350НВ и 1 < К_FL < 1,63 при твердости >350HB.

Для реверсивных передач значения [σ]_F уменьшают на 20%.

Выбор модуля зацепления

 

При твердости зубьев шестерни и колеса < 350НВ m=(0,01…0,02)а_w; при твердости зубьев шестерни > 45 HRC и колеса < 350НВ m=(0,0125…0,025)а_w; при твердости зубьев шестерни и колеса > 350 НВ m=(0,016…0,0315)а_w.

По ГОСТ 9563-80* принимается ближайшее стандартное значение модуля, (мм): 1,5; (1,75); 2,0; (2,25); 2,5; (2,75); 3,0; (3,5); 4,0; (4,5); 5,0; (5,5); 6,0; (7,0); 8,0; (9,0); 10… (значения в скобках менее предпочтительны).

Для косозубых и шевронных колес стандартным считают нормальный модуль m_n.

Заготовок

Диаметр заготовки для шестерни

d_заг1≈ d_а1+(5…10)мм;

ширина заготовки для зубчатого колеса b_заг2= b₂+5мм; толщина заготовки для обода колеса s_заг2=5m_n+(7…10)мм. Полученные значения размеров заготовок не должны превышать принятых ранее по табл.1.

Перегрузках

, (11)

где σ_Н – расчетное напряжение, полученное по формуле (10).

 

Определение среднего модуля

m=m_e – b ∙sinδ₁/z₁.

 

Передач

Передаточного отношения

i 3…14 15…30 30

z₁ 4 2 1

и определение числа зубьев червячного колеса z₂= z₁·i.

6.4. Определение значений модуля m=(1,4…1,7)a_w/z₂

и коэффициента диаметра червяка q=(2a_w/m)-z₂

По ГОСТ 2144-76 окончательно принимают значения m и q из рядов:

m, мм q

2,5; 3,15; 4; 5 8; 10; 12,5; 16; 20

6,3; 8; 10; 12,5 8; 10; 12,5; 14; 16; 20

8; 10; 12,5; 16

При этом из условия жесткости червяка должно выполняться условие

q > 0,212z₂.

Назначение степени точности

Степень точности червячных передач определяется в зависимости от скорости скольжения:

v_s, м/с 2 5 10

степень точности 9 8 7.

Определение КПД передачи

η=(0,95…0,96) tq γ/ tq(γ+φ΄),

где φ΄ - приведенный угол трения [2], c.35; [3], табл.4.4.

Силы в зацеплении

Окружная на колесе и осевая на червяке F_t2= F_a1=2T₂/d₂; окружная на червяке и осевая на колесе F_t1= F_a2=2T₁/d₁; радиальные силы F_r1= F _r2= F_t2tgα; где α – угол профиля витка червяка.

Библиографический список

1. Баранцов В.Я. Методические указания к разработке и оформлению курсовых проектов и работ по дисциплинам «Механика», «Прикладная механика», «ДМ и основы конструирования»/ В.Я Баранцов, Т.Г.Зайцева. Липецк: ЛГТУ, 2002,-32 с.

2. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. Учебное пособие для техн. спец. вузов/П.Ф.Дунаев, О.П.Леликов.- М.: Высш. шк., 2000.- 447с.

3..Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин/Под ред. С.А. Чернавского. М.: Высш. шк., 1988.- 416 с.

4. Иосилевич Г.Б. и др. Прикладная механика. Учебник для вузов/ Г.Б.Иосилевич, Г.Б. Строганов, Г.С. Маслов. Под ред. Г.Б. Иосилевича.-М.: Высш. шк. – 1989,- 315 с.

 

 

Расчет зубчатых и червячных передач в курсовом проектировании

Методические указания

Составители

Владимир Яковлевич Баранцов

Тамара Герасимовна Зайцева

 

Редактор Бирлева Н.Ю.

Подписано к печати Формат 60х84 1/16.Ризография. Бесплатно.

Объем 2,0 п.л. Тираж 800 экз. Заказ № Бумага газетная.

Липецкий государственный технический университет.

398600. Липецк, ул. Московская, 30. Типография ЛГТУ. 398600. Липецк,

ул. Московская, 30.

РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ

В КУРСОВОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

 

Методические указания

 

Составители В.Я. Баранцов, Т.Г. Зайцева

 

Липецк 2004

УДК 621.81(07)

Б-243

 

 

РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ В КУРСОВОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ: Методические указания/Сост. В.Я.Баранцов, Т.Г. Зайцева. Липецк: ЛГТУ, 2004.- 30 с.

 

Методические указания предназначены для студентов 3 курса очной и очно-заочной форм обучения немеханических специальностей.

Даны методические указания по выбору электродвигателя и материалов для элементов зубчатых и червячных передач редукторов, а также последовательность их проектного расчета.

 

Рецензент А.В.Щеглов

 

 

© Липецкий государственный

технический университет, 2004

 

Содержание

1. Цель и задачи курсового проектирования…………………………….4

2. Тематика, объем и содержание курсового проекта………………….. 4

3. Выбор электродвигателя, кинематический и силовой расчет

привода……………………………………………………………………..4

4. Последовательность проектного расчета закрытых цилиндриче-

ских передач…….…………………………………………………………..6

5. Последовательность проектного расчета закрытых конических

прямозубых передач……………………………………………………….18

6. Последовательность проектного расчета червячных передач...……..23

Библиографический список……………………………………………….30