Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Последовательность расчета цепной передачи
Проектный расчет Рис.6. Геометрические и силовые параметры цепной передачи
1. Определить шаг цепи р, мм , где а) Т1 - вращающий момент на ведущей звездочке (на тихоходном валу редуктора), Н× м; б) Кэ - коэффициент эксплуатации, который представляет собой произведение пяти поправочных коэффициентов, учитывающих различные условия работы передачи (табл.6) КЭ=КД× КС× Кq× Крег× Кр; в) Z1 - число зубьев ведущей звездочки Z1=29-2u, где u - передаточное число цепной передачи ( u =iц ). Полученное значение Zl округлить до целого нечетного числа, что в сочетании с нечетным числом зубьев ведомой звездочки Z2 (см. п. 2) и четным числом звеньев цепи lp (см. п. 5) обеспечит более равномерное изнашивание зубьев и шарниров; г) [ Рц]- допускаемое давление в шарнирах цепи, Н/мм2, зависит от частоты вращения ведущей звездочки n1, об/мин (частоты вращения тихоходного вала редуктора), ожидаемого шага цепи р; д) n - число рядов цепи. Для однорядных цепей типа ПР n= I. Полученное значение шага р округлить до ближайшего стандартного по табл. 5П.
2. Определить число зубьев ведомой звездочки Z2= Zl . u. Полученное значение Z2 округлить до целого нечетного числа. Для предотвращения соскакивания цепи: Zmax £ 120. Значения поправочных коэффициентов К. Таблица 6
Допускаемое давление в шарнирах роликовых цепей [рц ], Н/мм2. Таблица 7
3. Определить фактическое передаточное число uф и проверить его отклонение Du. от заданного ; . 4. Определить оптимальное межосевое расстояние a, мм. Из условия долговечности цепи а= (30... 50) р. Тогда - межосевое расстояние в шагах. 5. Определить число звеньев цепи lр Полученное значение lp округлить до целого четного числа. 6. Уточнить межосевое расстояние aр в шагах Полученные значения ap, a (см. п.7), l(см. п. 8) не округлять до целого числа. 7. Определить Фактическое межосевое расстояние a, мм Для обеспечения возможности устранения провисания цепи принять монтажное межосевое расстояние 8. Определить длину цепи l, мм 9. Определить диаметр звездочек, мм. Диаметр делительной окружности: -ведущей звездочки; -ведомой звездочки. Диаметр окружности выступов: -ведущей звездочки; -ведомой звездочки, где К = 0, 7 - коэффициент высоты зуба; ; -коэффициенты числа зубьев ведушей, ведомой звездочек соответственно; - геометрическая характеристика зацепления (см. табл. 5П).
Диаметр окружности впадин: -ведушей звездочки; -ведомой звездочки.
Проверочный расчет
10. Проверить частоту вращения меньшей звездочки n1, об/мин , где n1 - частота вращения тихоходного вала редуктора; - допускаемая частота вращения. 11. Проверить число ударов цепи о зубья звездочек U, c-1 где: , - pасчетное число ударов цепи; - допускаемое число ударов. 12. Определить фактическую скорость цепи v, м/с . 13. Определить окружную силу, передаваемую цепью Ft, H , где P1 - мощность на ведущей звездочке, кВт.
14. Проверить давление в шарнирах цепи РЦ, Н/мм2: где A - площадь проекции опорной поверхности шарнира, мм2. , где d1 и b3 - соответственно диаметр ролика и ширина внутреннего звена цепи, мм (см. табл. 5П); - допускаемое давление в шарнирах цепи, уточняют в соответствии с фактической скоростью цепи v, м/с (см. п.1)
Пригодность рассчитанной цепи определяется соотношением . Перегрузка цепи не допускается. В таких случаях можно взять цепь типа IIP с большим шагом P и повторить проверку давления PЦ в шарнирах, либо увеличить число зубьев Z1 рассчитываемой цепи и повторить расчет передачи. 15. Проверить прочность цепи. Прочность цепи проверяется соотношением , где - соответственно допускаемый и расчетный коэффициенты запаса прочности для роликовых цепей где Fр - разрушающая нагрузка цепи, Н (табл. 5П); Ft - окружная сила, передаваемая цепью, Н; К д - коэффициент, учитывающий характер нагрузки (см. п.1); Fо - предварительное натяжение цепи, Н , где К f - коэффициент провисания; Кf = 6 для горизонтальных передач; Кf = 3 - для передач, наклонных к горизонту до 40°; Кf = 1 - для вертикальных передач; q - масса 1 м цепи, кг/м; a - межосевое расстояние, м; g =9, 81 м/с2 - ускорение свободного падения; Fv - натяжение цепи от центробежных сил, Н: , где v- фактическая скорость цепи (см. п. 12). Допускаемый коэффициент запаса прочности [S] для роликовых (втулочных) цепей при Z1 = 15...30.
Таблица 8
16. Определить силу давления цепи на вал Fon, Н: , где KB - коэффициент нагрузки вала (см. табл. 8). При ударной нагрузке значение KB увеличить на 10...15 %. Пример 3. Рассчитать цепную передачу. На тихоходном валу редуктора расположена ведущая звёздочка цепной передачи. Исходные данные для расчёта: Р = 6, 92 кВт; n = 301, 21 мин-1 Т = 219, 47Н· м iЦ = u = 3 ω =31, 53с-1 Решение
1. Определяем шаг цепи по формуле: . Принимаем стандартное значение шага цепи (с запасом) по табл. 5П, Р = 38, 1 мм, где Т1 = 219, 47Н· м
значения коэффициентов определяем по табл. 6; КД = 1, 2; КС = 1, 5 (при периодическом способе смазки); Кθ = 1, 0 (при горизонтальной передаче); КРЕГ = 1, 25 (при нерегулируемой передаче); КР = 1, 25 (при двухсменном режиме работы передачи); Z1 – число зубьев малой звёздочки Принимаем Z1 = 23 [PЦ] – допускаемое давление в шарнирах цепи при n1 = 301, 21 мин-1, и р = 38, 1 мм. [РЦ] = 26 Н/мм2 (табл. 7); v = 1 (при однорядной цепи). 2. Определяем число зубьев ведомой звёздочки Принимаем Z2 = 69; Z2 < Zmax = 120. 3. Определяем фактическое передаточное число 4. Определяем оптимальное межосевое расстояние из условия долговечности цепи Принимаем а = 1500 мм, тогда межосевое расстояние в шагах 5. Определяем число звеньев цепи Принимаем lP = 126 6. Уточняем межосевое расстояние аР в шагах: . 7. Определяем фактическое межосевое расстояние . Принимаем окончательное межосевое расстояние с учётом устранения провисания цепи от собственного веса . 8. Определяем длину цепи . 9. Определяем диаметры звёздочек: делительной окружности окружности выступов
К=0, 7 d1 = 11, 1 мм – табл. 5П окружности впадин
Проверочный расчёт 10. Проверяем частоту вращения меньшей звёздочки по условию n1 ≤ [n1] Допускаемая частота вращения n1=301, 21мин-1< [n1]=398мин-1 условие выполняется. 11. Проверяем число ударов цепи о зубья звёздочки по условию U ≤ [U] Расчётное число ударов цепи Допускаемое число ударов U=3, 67 < [U]=13, 3 условие соблюдается. 12. Фактическая скорость цепи 13. Окружная сила, передаваемая цепью 14. Проверяем давление в шарнирах цепи по условию Площадь проекций опорной поверхности шарнира b3 = 25, 4 мм2 – табл. 5П [PЦ] = 26 Н/мм2 – табл. 7 PЦ = 15, 67 Н/мм2 < [PЦ] = 26 Н/мм2. Рассчитываемая цепь пригодна к работе.
15. Проверяем прочность цепи по соотношению S ≥ [S] . Предварительное натяжение цепи Кf = 6, 0 – для горизонтальных цепей – учитывает провисание; q = 5, 5 кг/м – масса 1 м цепи (табл. 5П); g = 9, 81 м/с2; КД = 1, 2 (см. п.1). - натяжение цепи от центробежной силы, Н FP = 12700 даН = 127кН – разрушающая нагрузка цепи, табл. 5П. Допускаемый коэффициент запаса прочности для роликовых цепей по табл. 8. [S] = 9, 8 S = 51, 3 > [S] = 9, 8 Условие прочности выполняется. 16. Определяем силу давления цепи на вал KB = 1, 15 – табл.6. Расчет зубчатой передачи Прежде, чем приступить к расчету зубчатых передач, необходимо изучить основные критерии их работоспособности /1/ c 126...128. При передаче крутящего момента (рис. 7, а) в зацеплении кроме нормальной силы Fn действует сила трения Fтр=Fn∙ f, связанная со скольжением. Под действием этих сил зуб находится в сложном напряженном состоянии (рис. 7, б).
а) б)
Рис. 7. Напряженное состояние зуба
Решающее влияние на его работоспособность оказывают два основных напряжения: контактное напряжение σ H и напряжение изгиба σ F. Для каждого зуба эти напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу (см. рис. 7, а). Время действия напряжений за один оборот колеса (t1) равно продолжительности зацепления одного зуба ( t2 ). Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: поломка зубьев от напряжений изгиба (рис. 8, а), выкрашивание поверхности зуба от контактных напряжений (рис. 8, б), с контактными напряжениями и трением в зацеплении связаны также износ (рис. 8, в), заедание и другие повреждения поверхности зубьев.
а) б) в)
Рис. 8. Виды повреждения зубьев
Расчет на контактную прочность является основным для закрытых (работающих в условиях обильного смазывания) передач. Цель расчета - предупредить усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев за заданный срок службы. Расчет на изгиб является основным для зубьев открытых передач при высокой поверхностной твердости. Цель расчета на изгиб - предотвратить поломку зуба. Обратите внимание на определение усилий, действующих в зубчатых передачах и являющихся исходными для расчета зубьев, валов и подбора подшипников. Следует помнить, что расчет зубчатых передач выполняется по расчетным нагрузкам. Эти нагрузки больше номинальных (теоретических), так как из-за деформации колес, валов, опор, корпусных деталей и неизбежных погрешностей при их изготовлении и монтаже, возникают дополнительные динамические нагрузки. Расчетная нагрузка
Tp=T∙ K Ftp=Ft∙ K
где Т, Ft - номинальная нагрузка (вращающий момент на валу и окружная сила); К - коэффициент расчетной нагрузки
K=Kβ ∙ Kυ
Kβ - коэффициент концентрации нагрузки, зависит, в основном, от асимметрии расположения колес относительно опор и относительной ширины колеса Ψ bd= , которые влияют на деформацию деталей и перекос зуба; Kυ - коэффициент динамической нагрузки, зависит, в основном, от окружной скорости и точности изготовления зубчатых колес; Kβ , Kυ выбирают по таблицам и графикам. При проектном расчете принимают ориентировочно К=1, 1... 1, 5. Меньшее значение принимают при прирабатывающихся материалах (HB≤ 350) при симметричном расположении колес для непрямых зубьев. Уясните, что правильный выбор материала для зубчатых колес определяет габариты и стоимость передачи. Сталь в настоящее время - основной материал для изготовления зубчатых колес. Если нет особых требований в отношении габаритов передачи следует выбирать материалы со средними механическими характеристиками, с твердостью ≤ 350НВ (термообработка нормализация или улучшение). При этом обеспечивается чистовое нарезание зубьев после термообработки, высокая точность изготовления и хорошая прирабатываемость зубьев. Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей прирабатываемости твердость шестерни НB1 назначается больше твердости колеса НB2 на (20... 50) НB. Рекомендуемый выбор материала, термообработка и твердость зубчатой пары приведены в табл. 9, а механические свойства сталей - в табл. 10.
Выбор материала, термообработки и твердости. Таблица 9
Примечания: l. B зубчатых передачах марки сталей шестерни и колеса выбрать одинаковыми. При этом для передач, к размерам которых не предъявляют высоких требований, следует применять дешевые марки сталей типа 40, 40Х. 2. Для колес открытых передач большого диаметра (D≥ 500 мм) применить стальное литье (35Л, 40Л, 45Л, 40ГЛ, термообработка -норма-лизация, улучшение) в паре с кованой шестерней из стали соответствующей марки.
Допускаемые контактные напряжения при расчете на контактную прочность определяются отдельно для зубьев шестерни [σ ]H1 и колеса [σ ]H2. Механические характеристики сталей. Таблица 10
Примечания: 1. В графе «Термообработка» принятыследующие обозначения: Н-нормализация, У-улучшение, ТВЧ-закалка токами высокой частоты. 2. Для цилиндрическихи конических колес свыточками принять меньшее иззначений Сзаг, Sзаг .
[σ ]H1=KHL1 [σ ]HO1 ; [σ ]H2=KHL2 [σ ]HO2 где [σ ]H01, [σ ]H02 - допускаемое контактное напряжение соответствующее пределу контактной выносливости при числе циклов перемены напряжений NHO (табл. 11); KHL - коэффициент долговечности KHL = , где N - число циклов перемены напряжений за весь срок службы N=573ω ∙ Lh, где ω - угловая скорость соответствующего вала, сек -1; Lh –срок службы привода, час. Определение KHL с учетом графика нагрузки привода приводится в литературе /2/ c 15...16. Для нормализованных и улучшенных колес 1, 0≤ KHL ≤ 2, 6. Если N > NHO, то принимают KHL = 1.
Значение числа циклов NHO. Таблица 11
Цилиндрические и конические зубчатые передачи с прямыми и непрямыми зубьями при НB1ср-НB2ср = 20... 50 рассчитывают по меньшему значению [σ ]H, т.е. по менее прочным зубьям зубчатой пары. Зубчатые передачи с непрямыми зубьями при HB1ср-HB2ср ≥ 70 и твердости зубьев колеса ≤ 350 НB рассчитывают по среднему допускаемому контактному напряжению [σ ]H=0.45([σ ]H1 + [σ ]H2), при этом [σ ]H не должно превышать 1, 23[σ ]H2. Допускаемые напряжения при расчете на изгиб определяют для шестерни и колеса отдельно [σ ]F1=КFL1[σ ]F01; [σ ]F2=KFL2[σ ]F02, где [σ ]F0 - допускаемое напряжение изгиба, соответствующее пределу выносливости по изгибу при числе циклов перемен напряжений Nfo (табл. 9); Kfl - коэффициент долговечности KFL= , где NF0 - число циклов перемен напряжении, соответствующих пределу выносливости. Для всех сталей Nfo = 4∙ 106. При твердости НB≤ 350. 1 ≤ KFL ≤ 2.08. Если N> NF0, принимают Kfl =1. При проектном расчете цилиндрической зубчатой передачи придерживайтесь приведенной ниже последовательности 1. Выбрать материал для зубчатой передачи и определить допускаемые напряжения для расчета на контактную выносливость и изгиб. 2. Определить межосевое расстояние передачи aw, мм aw =Ка (u+1) , где Kа =43 для косозубых и шевронных передач; Ka =49.5 для прямозубых; Ψ a= - коэффициент ширины венца колеса; Ψ a принимают из ряда стандартных чисел: 0, 1; 0, 15; 0, 2; 0, 25; 0, 315; 0, 4; 0, 5; 0, 63 в зависимости от положения колес относительно опор: при симметричном расположении 0, 4…0, 5; при несимметричном 0, 25…0, 4; при консольном 0, 2…0, 25. u- передаточное число редуктора; T2 - вращающийся момент на тихоходном валу редуктора, H∙ м; [σ ]H - допускаемое контактное напряжение; Kнb - коэффициент концентрации нагрузки. Для прирабатывающихся зубьев при постоянной нагрузке KHb = 1. Полученное значение межосевого расстояния aw округлить до ближайшего значения из ряда нормальных линейных размеров (табл. 1П). 3. Определить модуль зацепления m, мм m ≥ где Km = 6, 8 - для прямозубых передач; Km = 5, 8 – для косозубых и шевронных; d2= делительный диаметр колеса, мм; b2= Ψ a∙ aw -ширина венца колеса, мм; [σ ]F -допускаемое напряжение изгиба материала колеса с менее прочным зубом, Н/мм2. Определить модуль зацепления из условия m = (0, 01…0, 02) и выбрать его значение из стандартного ряда ряда чисел (не менее высчитанного ранее). m, мм 1-й ряд -1, 0; 1, 5; 2; 2, 5; 3; 4; 5; 6; 8; 10 2-й ряд -I, 25; I, 75; 2, 25; 2, 75; 3, 5; 4, 5; 5, 5; 7; 9 При выборе модуля 1~й ряд предпочтителен. В силовых зубчатых передачах при HB≤ 350 принять m > 1 мм. 4. Определить угол наклона зубьев β min для косозубых и шевронных передач β min =arcsin . В косозубых передачах принимают β = 8°... 20°; в шевронных - β = 25°... 40°. 5. Определить суммарное число зубьев шестерни и колеса для прямозубых колес Z∑ =Z1+Z2 = ; для косозубых и шевронных Z∑ =Z1+Z2= . Полученное значение Z∑ округлить в ближайшую сторону до целого числа. 6. Уточнить действительную величину угла наклона зуба β =arcos . Точность вычисления угла β до пятого знака после запятой 7. Определить число зубьев шестерни Z1= . Значение Z1 округлить до ближайшего целого числа. Из условия уменьшения шума и отсутствия подрезания зуба рекомендуется: Z1≥ 17. При получении Z1≤ 17, принять Z1=17, или проектировать нарезание зубьев с положительным смещением инструмента. С методикой расчета такого зубчатого зацепления можно познакомится в литературе: /2/ c 21...22. 8. Определить число зубьев колеса Z2=Z∑ -Z1. 9. Определить фактическое передаточное число uф и проверить его отклонение Δ u от заданного u: uф= ; Δ u= ≤ 4%. При невыполнении нормы отклонения пересчитать Z1 и Z2. 10. Определить фактическое межосевое расстояние: aw= - для прямозубых передач; aw= -для косозубых передач. 11. Определить основные геометрические параметры передачи по формулам приведенным в табл. 12.
Рис. 9. Геометрические параметры цилиндрической зубчатой передачи.
Точность вычисления диаметров колес до 0, 01 мм. Значение ширины венцов зубчатых колес округляют до целого числа по нормальным линейным размерам (табл. 1 П).
Геометрические параметры зубчатых колес. Таблица 12
Проверочный расчет
12. Проверить межосевое расстояние: aw= 13. Проверить пригодность заготовок колес (см. табл. 10). 14. Проверить контактные напряжения σ H, Н /мм2: σ H=K где К = 436 -для прямозубых колес; K= 376 -для косозубых и шевронных колес. Ft= -окружная сила в зацеплении, Н; KНa -коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями; KHa= 1 - для прямозубых колес; для косозубых колес КНa определяется по графику на рис.10 в зависимости от окружной скорости колес v = , м/с и степени точности передачи (табл.13); KHυ -коэффициент динамической нагрузки (табл. 14).
Рис. 10 График для определения коэффициента KHa по кривым степени точности
Допускается недогрузка передачи ( σ H< [σ ]H ) не более 15 %, перегрузка ( σ H> [σ ]H ) до 5 %. Если условие не соблюдается, следует увеличить межосевое расстояние aw, ширину колес либо назначить другие материалы колес или другую термообработку, пересчитать допускаемые напряжения и повторить весь расчет передачи. 15. Проверить напряжения изгиба зубьев шестерни σ F1 и колеса σ F2, H/мм2: σ F2=YF2∙ Yβ ∙ ∙ KFa∙ KFβ ∙ KFυ ≤ [σ ]F2; σ F1=σ F2∙ ≤ [σ ]F1, где m -модуль зацепления, мм; b2 -ширина зубчатого венца колеса, мм; Ft -окружная сила в зацеплении, Н; KFa=1 для прямозубых колес. Для косозубых и шевронных в зависимости от степени точности:
Степени точности зубчатых передач.Таблица 13
Значения коэффициентов KHυ и KFυ при НВ2≤ 350. Таблица 14
Примечание. В числителе приведены данные для прямозубых в знаменателе - для косозубых и колес с круговыми зубьями.
КFβ =1 -для прирабатывающихся зубьев; КFυ -по табл.13; YF1 и YF2 -коэффициенты формы зуба, определяются по табл.15, в зависимости от числа зубьев шестерни Z1 и колеса Z2 -для прямозубых колес. Для косозубых колес и шевронных колес – в зависимости от эквивалентного числа зубьев шестерни Zυ 1= и колеса Zυ 2= ; Yβ =1 -для прямозубых колес; Yβ =1- -для косозубых колес; [σ ]F1 и [σ ]F2- допускаемые напряжения шестерни и колеса, Н/мм2.
Коэффициенты формы зуба YF1 и YF2. Таблица 15 Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 5316; Нарушение авторского права страницы