Автоматизированный расчет передач редуктров

Программа расчета редукторов имеет имя RED. Она реализует алгоритмы расчета конической передачи, изложенный в [2] и цилиндрической передачи, изложенный в [3].

Результаты расчетов оформляются в виде распечаток табл.3.1 и 3.2, содержащих исходные данные для контрольной проверки, значения искомых геометрических и кинематических параметров, усилий в зацеплениях.

В табл. 3.3 содержится список идентификаторов, используемых в распечатках.

Работа на ЭВМ осуществляется в соответствии с выдаваемой преподавателем инструкцией для пользователя, с которой следует внимательно ознакомиться.

Таблица 3.1

PACЧEТ PEДУКТOPA

КАФЕДРА ТПММ

ДИСЦИПЛИНА ДЕТАЛИ МАШИН

СТУДЕНТ(Ф.И.О.) xxxxx

ГРУППА MAX-31

ЗАДАНИЕ(ВАРИАНТ) 10-6

 

ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ КОНИЧЕСКО-ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ПЕДУКТОП

 

КОНИЧЕСКАЯ ЗУБЧАТАЯ ПEPEДAЧA

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

ПЕРЕДАЧА БЫСТРОХОДНАЯ

ТИП ПЕРЕДАЧИ 1.

ТИП РЕДУКТОРА 6.

МОЩНОСТЬ НА ВАЛУ КОЛЕСА,КВТ 3.61

РЕСУРС РАБОТЫ ПЕРЕДАЧИ, ЧАС 9000.

ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ШЕСТЕРНИ,ОБ/МИН 715.00 475.00 360.00

ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО ПЕРЕДАЧИ 4.00 3.55 3.15

ОТНОШЕНИЕ ТМАХ/ТНОМ 2.20 2.20 2.20

КОЭФФИЦИЕНТ ALFA 1.00.60.00.00

КОЭФФИЦИЕНТ BETA.17.83.00.00

ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРНИ,HRC 28.0 48.0

ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ КОЛЕСА,HRC 25.0 25.0

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ МАТЕРИАЛА ШЕСТЕРНИ,МПА 750. 750.

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ МАТЕРИАЛА КОЛЕСА, МПА 640. 640.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

------------------------------------------------------------------

:: T1: T2: N2: DE1: DAE1: DFE1: DEL1:

:: H*M: H*M:ОБ/МИН: MM: MM: MM: ГРАД:

::---------------------------------------------------------:

: U: UF: Z1: Z2: DE2: DAE2: DFE2: DEL2:

::::: MM: MM: MM: ГРАД:

::---------------------------------------------------------:

:: RE: MTE: B: ST: FT1: FR1: FA1:

:: MM: MM: MM:: H: H: H:

------------------------------------------------------------------

: ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ: ШЕСТЕРНИ 28.0 HRC КОЛЕСА 25.0 HRC:

:----------------------------------------------------------------:

:: 50.73: 192.86: 178.75: 70.00: 75.96: 65.02: 14.04:

: 4.00: 4.00: 28.: 112.: 280.00: 280.94: 278.20: 75.96:

:: 144.31: 2.50: 42.00: 8.00: 1606.46: 567.25: 141.81:

------------------------------------------------------------------

:: 76.36: 257.77: 133.74: 78.83: 85.21: 73.43: 15.72:

: 3.55: 3.55: 29.: 103.: 280.00: 281.15: 277.83: 74.28:

:: 145.44: 2.72: 42.00: 8.00: 2147.15: 752.25: 211.80:

------------------------------------------------------------------

:: 100.76: 303.23: 113.68: 88.42: 95.23: 82.57: 17.53:

: 3.15: 3.17: 30.: 95.: 280.00: 281.40: 277.41: 72.47:

:: 146.81: 2.95: 42.00: 8.00: 2525.90: 876.68: 276.85:

------------------------------------------------------------------

: ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ: ШЕСТЕРНИ 48.0 HRC КОЛЕСА 25.0 HRC:

:----------------------------------------------------------------:

:: 50.73: 192.86: 178.75: 62.50: 69.49: 57.05: 14.04:

: 4.00: 4.00: 22.: 88.: 250.00: 251.01: 247.90: 75.96:

:: 128.85: 2.84: 38.00: 8.00: 1799.24: 635.32: 158.83:

------------------------------------------------------------------

:: 76.36: 258.74: 133.23: 70.12: 77.49: 64.26: 15.67:

: 3.55: 3.57: 23.: 82.: 250.00: 251.23: 247.51: 74.33:

:: 129.82: 3.05: 38.00: 8.00: 2413.94: 845.96: 237.28:

------------------------------------------------------------------

:: 100.76: 303.23: 113.68: 78.95: 86.76: 72.62: 17.53:

: 3.15: 3.17: 24.: 76.: 250.00: 251.50: 247.03: 72.47:

:: 131.08: 3.29: 38.00: 8.00: 2829.01: 981.88: 310.07:

------------------------------------------------------------------

Таблица 3.2

ЗУБЧAТAЯ ЦИЛИНДPИЧECКAЯ ПEPEДAЧA

 

КАФЕДРА ТПММ

ДИСЦИПЛИНА ДЕТАЛИ МАШИН

СТУДЕНТ(Ф.И.О.) xxxxx

ГРУППА MAX-31

ЗАДАНИЕ(ВАРИАНТ) 10-6

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

 

ПЕРЕДАЧА ТИХОХОДНАЯ

ТИП ПЕРЕДАЧИ 4.

ТИП РЕДУКТОРА 6.

МОЩНОСТЬ НА ВАЛУ КОЛЕСА,КВТ 3.47

РЕСУРС РАБОТЫ ПЕРЕДАЧИ,ЧАС 9000.

КОЭФФИЦИЕНТ ШИРИНЫ ПО МЕЖОСЕВ. РАССТОЯНИЮ.315

ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО ПЕРЕДАЧИ 4.50 3.15 2.80

ОТНОШЕНИЕ ТМАХ/ТНОМ 2.20 2.20 2.20

КОЭФФИЦИЕНТ ALFA 1.00.60.00.00

КОЭФФИЦИЕНТ BETA.17.83.00.00

ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРНИ,HRC 28.0 48.0

ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ КОЛЕСА,HRC 25.0 25.0

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ МАТЕРИАЛА ШЕСТЕРНИ,МПА 750. 750.

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ МАТЕРИАЛА КОЛЕСА,МПА 640. 640.

 

PEЗУЛЬTATЫ PACЧETA

------------------------------------------------------------------

:: T1: T2: N2: AW: MN: BET: STT:

:: H*M: H*M:OБ/MИH: MM: MM: ГPAД::

::---------------------------------------------------------

: U: UF: Z1: Z2: B1: B2: D1: D2:

::::: MM: MM: MM: MM:

::---------------------------------------------------------

:: DA1: DA2: DF1: DF2: FT: FR: FA:

:: MM: MM: MM: MM: H: H: H:

------------------------------------------------------------------

: ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ: ШЕСТЕРНИ 28.0 HRC КОЛЕСА 25.0 HRC:

:----------------------------------------------------------------:

:: 192.86: 844.97: 39.18: 180.: 2.000: 8.55: 10.:

: 4.50: 4.56: 32.: 146.: 64.: 57.: 64.72: 295.:

:: 68.72: 299.28: 59.72: 290.28: 5723.18:2106.47: 860.35:

:----------------------------------------------------------------:

:: 257.77: 777.13: 42.60: 180.: 2.000: 8.55: 10.:

: 3.15: 3.14: 43.: 135.: 64.: 57.: 86.97: 273.:

:: 90.97: 277.03: 81.97: 268.03: 5692.59:2095.21: 855.75:

:----------------------------------------------------------------:

:: 303.23: 811.63: 40.79: 180.: 2.000: 8.55: 10.:

: 2.80: 2.79: 47.: 131.: 64.: 57.: 95.06: 265.:

:: 99.06: 268.94: 90.06: 259.94: 6126.82:2255.04: 921.03:

:----------------------------------------------------------------:

: ТВЕРДОСТЬ ЗУБЬЕВ: ШЕСТЕРНИ 48.0 HRC КОЛЕСА 25.0 HRC:

:----------------------------------------------------------------:

:: 192.86: 821.32: 40.31: 160.: 2.500: 12.43: 10.:

: 4.50: 4.43: 23.: 102.: 56.: 50.: 58.88: 261.:

:: 63.88: 266.12: 52.63: 254.87: 6290.74:2344.59: 1386.48:

:----------------------------------------------------------------:

:: 258.74: 786.83: 42.07: 160.: 2.500: 12.43: 10.:

: 3.15: 3.17: 30.: 95.: 56.: 50.: 76.80: 243.:

:: 81.80: 248.20: 70.55: 236.95: 6470.63:2411.64: 1426.13:

:----------------------------------------------------------------:

:: 303.23: 811.82: 40.78: 160.: 2.500: 12.43: 10.:

: 2.80: 2.79: 33.: 92.: 56.: 50.: 84.48: 236.:

:: 89.48: 240.52: 78.23: 229.27: 6893.84:2569.37: 1519.40:

:----------------------------------------------------------------:

Таблица 3.3

Список идентификаторов

Идентификатор	Математическое обозначение параметра	Наименование параметра
T1, T2   AW В1, В2 BET D1, D2     DA1, DA2     DF1, DF2     FT, FR, FA   MN DE1, DE2     DAE1, DAE2     DFE1, DFE2     DEL1, DEL2   FT1, FR1, FA1   MTE   RE N2 ST, STТ U, UF   Z1, Z2	T1, T2   a w b1, b2 b d1, d2     da1, da2     df1, df2     Ft, Fr, FA   m de1, de2     dae1, dae2     dfe1, dfe2     d1, d2   Ft1, Fr1, FA1   mte   Re n2 - u, uф   z1, z2	Крутящие моменты на валах шестерни и колеса Межосевое расстояние Ширина венца шестерни и колеса Угол наклона зуба Диаметры делительных окружностей шестерни и колеса цилиндрических передач Диаметры окружностей вершин зубьев шестерни и колеса цилиндрических передач Диаметры окружностей впадин зубьев шестерни и колеса цилиндрических передач Окружная, радиальная, осевая силы в цилиндрическом зацеплении Модуль нормальный Диаметры внешних делительных окружностей шестерни и колеса конических передач Диаметры окружностей вершин зубьев шестерни и колеса конических передач Диаметры окружностей впадин зубьев шестерни и колеса конических передач Углы делительных конусов шестерни и колеса Окружная, радиальная, осевая силы на конической шестерне Внешний окружной модуль конической передачи Внешнее конусное расстояние Частота вращения вала колеса Степень точности передач Стандартное и фактическое передаточные числа Числа зубьев шестерни и колеса

Примечание: индекс 1 соответствует шестерне, индекс 2 колесу.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА

 

Итогом расчетов на ЭВМ является распечатка, в которой может быть приведено до 12 вариантов параметров цилиндрической и конической передач. Дальнейшая работа заключается в их оценке по ряду критериев и выборе наиболее рационального варианта. Критериями оценки в порядке их приоритетности служат условия:

- наличия минимально необходимых зазоров между валами и зубчатыми элементами (рис.4);

- минимума объема, занимаемого передачами редуктора;

- обеспечения качественной смазки деталей передач.

В ряде случаев большое значение могут играть экономические факторы, т.е. затраты на изготовление и термообработку передач. Задачу выбора рационального варианта редуктора следует решать не изолированно для каждой передачи, а необходимо анализировать в целом параметры компоновочной схемы редуктора, которая строится по материалам распечаток.

При построении принципиальной компоновочной схемы очерчиваются только габариты зубчатых колес без детальной проработки конструкций. Построение удобно выполнять на миллиметровой бумаге в некотором масштабе, чтобы наглядно были видны пропорции конструкции редуктора. Примеры компоновочных схем различных редукторов приведены на рис.4.

Параметры построенной компоновочной схемы оцениваются в соответствии со следующим алгоритмом:

1. Для всех вариантов расчета цилиндрических (кроме соосных) и коническо-цилиндрических двухступенчатых редукторов определяется зазор между тихоходным валом и колесом быстроходной ступени D к по формулам

а) для цилиндрических редукторов 1 рис.4 , мм

б) для коническо-цилиндрических 4 рис.4 , мм

где а_{w ( T )} – межосевое расстояние тихоходной ступени редуктора, мм (см. распечатку); d_{a2(Б )} – диаметр окружности выступов зубьев колеса быстроходной ступени, мм; d_aе2(Б) – диаметр окружности выступов зубьев конического колеса быстроходной ступени, мм; d_{B(T )} – диаметр тихоходного вала, ориентировочное значение которого определяется как d_B(T) = d_Bmin + (6…10) мм.

В свою очередь , мм

где Т_{2(Т )} – момент кручения на тихоходном валу (см. распечатку), Н×м;

[t_k] – допускаемые напряжения при кручении, равные 15...25 МПа.

 

Рис. 4. Компоновочные схемы редукторов:

1, 2, 3 – цилиндрических; 4, 5 – коническо-цилиндрических.

 

2. Для всех вариантов расчета цилиндрических и коническо-цилиндрических трехступенчатых редукторов определяется зазор D к 1 между колесом быстроходной ступени и шестерней тихоходной ступени. Выражения для их определения имеет вид:

а) для трехступенчатых цилиндрических редукторов 3 (см. рис.4)

б) для трехступенчатых коническо-цилиндрических редукторов 5 (см. рис.4)

где a_{w (П)} и a_{w (Т)} – межосевые расстояния промежуточной и тихоходной передач (см. распечатку), мм; d_{a2 (Б)} и d_{aе2 (Б)} – диаметры окружности выступов зубьев цилиндрического и конического колеса быстроходной передачи (см. распечатку); d_{a2 (П)} - диаметр окружности выступов зубьев колеса промежуточной передачи (см. распечатку); d_{a1 ( T )} – диаметр окружности выступов шестерни тихоходной передачи (см. распечатку); d_{В ( T )} – диаметр тихоходного вала (табл. 4).

Считается, что для рациональной конструкции редуктора описанные выше зазоры должны быть не менее 3 мм, поэтому из дальнейшего рассмотрения исключаются варианты, где D к, D к 1 < 3 мм.

3. Для всех вариантов, оставшихся после проверки зазоров, определяется расчетный объем, занимаемый передачами V = L₁× L₂× L₃ мм³,

где L₁, L₂ и L₃ – габариты по длине, ширине и высоте, которые находятся по материалам распечаток с использованием аналитических выражений, аналогичных формулам для зазоров.

3.1. Габариты по длине L₁ (см. рис.4)

а) для двухступенчатого цилиндрического редуктора 1

, мм;

б) для соосного редуктора 2 , мм;

в) для трехступенчатого цилиндрического редуктора 3

, мм;

г) для двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора 4

, мм;

д) для трехступенчатого коническо-цилиндрического редуктора 5

, мм.

 

3.2. Габарит по ширине L₂ (см. рис.4): L₂ = b_1(Б) + b_2(T) мм,

где b_1(Б) и b_2(T) – ширина зубчатого венца шестерни быстроходной и тихоходной передачи (см. распечатку).

3.3. Габарит по высоте L₃ (см. рис.4):

Этот габарит принимается по наибольшему диаметру окружностей выступов зубьев колеса передач L₃ = d_a2(T) или L₃ = d_a2(П) или L₃ = d_a2(Б).

Очевидно, что рациональному варианту соответствует минимальный расчетный объем V. Вместе с тем в ряде случаев, например, при установке электродвигателя на корпус редуктора, предпочтение может быть отдано другому варианту, размеры которого позволяют разместить электродвигатель необходимых размеров.

4. Близкие по объему варианты для принятия окончательного решения необходимо проверить по условию обеспечения нормальных условий смазки. При этом меньшее по диаметру колесо должно быть погружено в масляную ванну на высоту зуба, что приведет к погружению в масло колеса максимального диаметра на глубину Dс (см. рис.4). Предпочтение отдается тому случаю, когда Dс £ d_a2(max)/3, где d_a2(max) – наибольший диаметр колеса.

В свою очередь расчетная глубина погружения зубьев в масло равна

, мм

где d_{a2 (min)} – диаметр окружности выступов зубьев колеса минимального диаметра; m _(min) – модуль зацепления этого колеса.

Материалы анализа компоновочной схемы удобно обобщить в таблице 4.

При анализе результатов табл.4 не следует стремиться к абсолютной минимизации какого-либо одного параметра компоновочной схемы. Окончательный вывод следует делать только после всесторонней оценки всех параметров, в том числе и размеров электродвигателей, габариты которых уменьшаются с ростом частоты вращения.

Таблица 4.