Расчет прямозубой передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Полоцкий государственный университет»

Кафедра автомобильного транспорта

Индивидуальное задание

По теме « Расчет прямозубой передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора»

по дисциплине«Техническая механика»

Работу выполнил: студент гр. 19-РК

Угоренко А.В.________________

Работу проверил:доцент кафедры автомобильного транспорта

Завистовский В.Э.____________

Новополоцк 2020



Содержание

Введение

1. Понятие о цилиндрической зубчатой передаче Зубчатая передача

1.2 Цилиндрические зубчатые передачи

2. Общие сведения

3. Достоинства и недостатки зубчатых передач

4. Классификация зубчатых передач

5. Типовой расчёт цилиндрических зубчатых передач

5.1 Расчет геометрических параметров

5.2 Расчет сил в зацеплении цилиндрических передач

5.3 Расчеты на прочность цилиндрических передач

6. Выбор материала

Заключение

Список использованных источников

Примечание



Введение

Объект исследования:прямозубая передача одноступенчатого цилиндрического редуктора.

Задача:Рассчет геометрических параметров, сил, проверка на прочность прямозубой передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора.



1. Понятие о цилиндрической зубчатой передаче

1.1 Зубчатая передача

Зубчатая передача -- это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса.

Назначение:

1) Передача вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся и скрещивающиеся оси.

2) Преобразование вращательного движения в поступательное, и наоборот.

При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев. Шестернёй принято называть меньшее из зубчатых колёс находящееся в зацеплении (меньшее по диаметру колёса). Большее колесо называют зубчатым колесом.

Обычно число зубьев на сопряжённых зубчатых колёсах стремятся делать взаимно простым, что обеспечивает большую равномерность износа: в этом случае каждый зуб одного колеса будет по очереди работать со всеми зубьями другого колеса.

Пример зубчатой передачи представлен на рисунке 1.1

Рис. 1.1



1.2 Цилиндрические зубчатые передачи

Цилиндрическойзубчатой передачей называется передача с параллельными осями. Они бывают с прямым зубом (рис. 1.2, а), косым зубом, в=8ч20? (рис. 1.2, б), и шевронные, в=30ч45? (рис. 1.2, в) (в - угол наклона зуба). Рекомендуется максимальные передаточные числа в одной ступени не превышать, так как в противном случае габаритные размеры механизмов увеличиваются но сравнению с двухступенчатой передачей с тем же передаточным числом.

Рис. 1.2

Преимущества передач с шевронным и косым зубом по сравнению с прямым: большая прочность зуба на изгиб (большая нагрузочная способность); большая плавность зацепления и малый шум, а также меньшие динамические нагрузки.

Недостатки:

1. Наличие осевой силы у косозубых передач

2. Большая сложность изготовления.

Косозубые передачи применяют при окружных скоростяхU>5 м/с; шевронные передачи - преимущественно в тяжело нагруженных передачах.



2. Общие сведения

Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару, называют зубчатой передачей (рис. 2.1). Меньшее из колес передачи принято называть шестерней, а большее - колесом, звено зубчатой передачи, совершающее прямолинейное движение, называют зубчатой рейкой. Термин «зубчатое колесо» является общим. При одинаковых размерах колес шестерней называют ведущее зубчатое колесо. Параметры шестерни сопровождаются индексом “1”, а колеса - “2”.

Рис. 2.1. Виды зубчатых цилиндрических передач: а, б, в -- цилиндрические зубчатые передачи с внешним зацеплением; г -- цилиндрическая передача с внутренним зацеплением

В большинстве случаев зубчатая передача служит для передачи вращательного движения.

Зубчатые передачи -- наиболее распространенный тип передач в современном машиностроении и приборостроении. Их применяют для передачи мощностей от долей (механизм кварцевых наручных часов) до десятков тысяч киловатт (крупные шаровые мельницы, дробилки, обжиговые печи) при окружных скоростях до 150 м/с и передаточных числах до нескольких сотен и даже тысяч, с диаметром колес от долей миллиметра до 6 ми более.



3. Достоинства и недостатки зубчатых передач

Основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами:

- технологичность, постоянство передаточного числа;

- высокая нагрузочная способность (до N=50000 кВт);

- высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);

- малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях;

- большая надежность в работе, простота обслуживания;

- сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.

К недостаткам зубчатых передач следует отнести:

- невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

- высокие требования к точности изготовления и монтажа;

- шум при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства;

- громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;

- потребность в специальном оборудовании и инструменте для нарезания зубьев;

- высокая жесткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки;

- нерациональное использование зубьев - в работе передачи одновременно участвуют обычно не более двух зубьев каждого из зацепляющихся колёс;

- зубчатая передача не предохраняет машину от возможных опасных перегрузок.



4. Классификация зубчатых передач

§ Зубчатые передачи и колеса классифицируют по следующим признакам:

- по взаимному расположению осей колес: с параллельными осями, с пересекающимися осями, со скрещивающимися осями с преобразованием движения;

- по расположению зубьев относительно образующих колес: прямозубые (продольная ось зуба параллельна образующей поверхности колеса (рис. 2.1, а)); косозубые (продольная ось зуба направлена под углом к образующей поверхности колеса (рис. 2.1, б)); шевронные (зуб выполнен в форме двух косозубых колес со встречным наклоном осей зубьев (рис. 2.1, в)); с круговым зубом (ось зуба выполнена по окружности относительно образующей поверхности колеса);

- по направлению косые зубья бывают правые и левые.

- шевронные колеса по виду шеврона бывают с непрерывным шевроном (см. рис. 2.1,в) и имеющие между полушевронами канавку для выхода режущего инструмента.

- по конструктивному оформлению: открытые (бескорпусные) и закрытые (корпусные); Конструктивно зубчатые передачи большей частью выполняют закрытыми в общем жестком и герметичном корпусе, что обеспечивает им высокую точность сборки и защиту от загрязнения. Лишь тихоходные передачи (V<3 м/с) с колесами значительных размеров, нередко встроенные в конструкцию машины (например, в механизмах поворота подъемных кранов, столов станков), изготавливают открытыми.

- по окружной скорости: тихоходные (до 3 м/с), для средних скоростей (3--15 м/с), быстроходные (св. 15 м/с);

- по числу ступеней: одно- и многоступенчатые;

- по расположению зубьев в передаче и колесах: внешнее (зубья направлены своими вершинами от оси вращения колеса (см. рис. 2.1, а, б, в)), внутреннее (зубья одного из зацепляющихся колес направлены своими вершинами к оси вращения колеса (см. рис. 2.1, г)) и реечное зацепление (одно из колес заменено прямолинейной зубчатой рейкой);

- по форме профиля зуба: эвольвентные - рабочий профиль зуба очерчен по эвольвенте круга (линия описываемая точкой прямой, катящейся без скольжения по окружности); циклоидальные - рабочий профиль зуба очерчен по круговой циклоиде (линия описываемая точкой окружности, катящейся без скольжения по другой окружности); цевочное (разновидность циклоидального) - зубья одного из колес, входящих в зацепление, заменены цилиндрическими пальцами - цевками; с круговым профилем зуба (зацепление Новикова) - рабочие профили зубьев образованы дугами окружности практически одинаковых радиусов.

- по относительной подвижности геометрических осей зубчатых колес: с неподвижными осями колес - рядовые передачи; с подвижными осями некоторых колес - планетарные передачи.

- по жесткости зубчатого венца колес, входящих в зацепление: с колесами неизменяемой формы (с жестким венцом); включающая колеса с венцом изменяющейся формы (гибким).

- по величине передаточного числа: с передаточным числом u ? 1 - редуцирующие (редукторы - большинство зубчатых передач); с передаточным числом u < 1 - мультиплицирующие (мультипликаторы). Реализуемое передаточное число может быть постоянным и ступенчато-регулируемым осевым перемещением колес по валу (в коробках скоростей).

- по точности зацепления. Стандартом предусмотрено 12 степеней точности. Практически передачи общего машиностроения изготовляют от шестой до десятой степени точности. Передачи, изготовленные по шестой степени точности, используют для наиболее ответственных случаев.

- по назначению различают: силовые передачи, предназначенные для передачи мощности; кинематические передачи, то есть передачи, не передающие значительной мощности, а выполняющие чисто кинематические функции.

§ Из перечисленных выше зубчатых передач наибольшее распространение получили цилиндрические прямозубые и косозубые передачи, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации.

§ Наиболее широкое применение находят редуцирующие зубчатые передачи вращательного движения, в том числе и в многоцелевых гусеничных и колесных машинах (коробки передач, бортовые редукторы, приводы различных устройств).

§ Преимущественное распространение получили передачи с зубьями эвольвентного профиля, которые изготавливаются массовым методом обкатки на зубофрезерных или зубодолбежных станках. Достоинство эвольвентного зацепления состоит в том, что оно мало чувствительно к колебанию межцентрового расстояния.

§ Другие виды зацепления применяются пока ограниченно. Так, циклоидальное зацепление, при котором возможна работа шестерен с очень малым числом зубьев (2-3), не может быть, к сожалению, изготовлено современным высокопроизводительным методом обкатки, поэтому шестерни этого зацепления трудоемки в изготовлении и дороги; новое пространственное зацепление Новикова пока еще не получило массового распространения, вследствие большой чувствительности к колебаниям межцентрового расстояния.

§ Прямозубые колёса (около 70%) применяют при невысоких и средних скоростях, когда динамические нагрузки от неточности изготовления невелики, в планетарных, открытых передачах, а также при необходимости осевого перемещения колёс.

§ Косозубые колёса (более 30%) имеют большую плавность хода и применяются для ответственных механизмов при средних и высоких скоростях.

§ Шевронные колёса имеют достоинства косозубых колёс плюс уравновешенные осевые силы и используются в высоконагруженных передачах.

§ Конические передачи применяют только в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины; винтовые -- лишь в специальных случаях.

§ Колёса внутреннего зацепления вращаются в одинаковых направлениях и применяются обычно в планетарных передачах.



5. Типовой расчёт цилиндрических зубчатых передач

Расчет геометрических параметров, сил, проверка на прочность прямозубой передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора по следующим данным: зубчатая передача вал цилиндрический

· Мощность на ведущем валу редуктора

· Угловая скорость вращения вала

· Передаточное число

· Марка стали шестерни и колеса 40X;

· Твердость <350 HB;

· Редуктор нереверсивный, предназначен для длительной работы при постоянной нагрузке;

Принимаем:

5.1 Рассчет геометрических параметров

, (1)

Где

, (2)

Где

,

(3)

Где , число зубьев.

(мм)

(4)

Где ,

,

.

)

)

(5)

Где ,

,

)

)



5.2 Расчет силы в зацеплении цилиндрических передач

(6)

Где

(

, (7)

Где

(8)

Где

,

, (9)

Где ,

, (10)

Где .

, (11)

Где .

5.3 Расчеты на прочность цилиндрических передач

, (12)

Где

,

,

(Н/мм)

, (13)

Где

,,



6. Выбор материала

Проектирование и расчет зубчатых передач начинается с выбора материала, его термообработки и определения допускаемого для этого материала и заданных условий эксплуатации напряжения. При этом, следует иметь ввиду одну из основных тенденций совершенствования машин - снижения их массогабаритных показателей. Наименьшую массу имеют передачи со стальными зубчатыми колесами, которые в зависимости от твердости (или термообработки) разделяются на две основные группы: колеса нормализованные или улучшенные с твердостью H?HB 350 и колеса, подверженные объемной закалке или закалке т.в.ч., цементации или азотированию с твердостью H>HB350.

Применение высокотвердых материалов является важным резервом как повышения нагрузочной, несущей способности зубчатых передач, так и уменьшения габаритных размеров и массы. Тем не менее, при выборе твердости материала следует учитывать, что при твердости H?HB 350 зубья в процессе работы лучше прирабатываются и, тем самым, улучшаются условия зацепления. Контактная прочность их ниже, но, имея относительно вязкую сердцевину, эти зубья хорошо работают на изгиб, т.е. не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках.

Чистовое нарезание зубьев в этом случае можно производить после термообработки, доводочные операции здесь не требуются. Технологические преимущества материала с H?HB 350 обеспечили ему широкое применение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало и средненагруженных передачах и в случаях, когда габариты передачи не ограничиваются.

Применение высокотвердых сталей с H>HB 350 должно быть оправдано особой необходимостью - минимальными габаритами с большой нагрузочной способностью, более жестким требованием к относительному расположению деталей передачи. Высокотвердые материалы требуют повышенной точности изготовления, повышенной жесткости опор и валов, так как зубья плохо прирабатываются. Термообработку их выполняют после нарезания зубьев, что иногда сопровождается их короблением, при этом теряется одна-две степени точности. Исправление зубьев, доводочные операции требуют дорогое специальное оборудование. Поэтому применение таких сталей должно быть оправдано крупносерийным и массовым производством. Кроме того, следует помнить, что такая химико-термическая обработка как цементация является очень длительным и дорогим процессом, а поверхностная закалка т.в.ч. может быть применима для крупномодульных зубчатых колес, с m > 5 мм. При малых модулях опасна прокаливаемость зубьев насквозь. Закалка т.в.ч. с модулем m=2,5ч3 мм возможна только при нагреве в кольцевом индукторе.



Заключение

Зубчатые передачи являются наиболее распространёнными типами механических передач. Они находят широкое применение в приборах и радиотехнических устройствах. Их применяют для передачи мощностей от долей до десятков тысяч киловатт при окружных скоростях до 150 м/с и передаточных числах до нескольких сотен и даже тысяч, с диаметром колёс от долей миллиметра до 6 м и более. Зубчатая передача относиться к передачам зацеплением с непосредственным контактом пары зубчатых колёс. Меньшее из колёс передачи принято называть шестерней, а большее - колесом. Зубчатая передача предназначена в основном для передачи вращательного движения.



Список использованных источников

1. Джамай В.В. Прикладная механика, 2014г.-54с.

2.Бать М.И Теоретическая механика в примерах и задачах. Учеб. пособ. для вузов. В 2-х т./М.И.Бать, Г.Ю.Джанелидзе, А.С. Кельзон.-9-е изд., перераб. - М.: Наука, 2007.-670 с.

3. Лукьянова А.И., Лустин А.Д. Расчет цилиндрических зубчатых передач: Методические рекомендации.

4. Яблонский А.А., В.М.Никифорова Курс теоретической механики. Учеб.пособие для вузов: 13-е изд., исправ.-М.: Интеграл-Пресс,2009.-603с.

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Зубчатая_передача



Приложение

1. П 3.2. Во избежание заедания рабочих поверхностей зубьев, для лучшей их приработки твердость зубьев шестерни (H?HB 350) рекомендуется назначать на 20ч30 ед. больше твердости колеса, т.е. H1=H2+(20ч30) ед, при H > HB 350 твердость зубьев обоих колес можно принимать одинаковой.

Размещено на Allbest.ru