Кинематический и силовой расчет передачи

 

Цель работы – научиться:

1 Читать кинематические схемы комбинированных приводов.

2 Подбирать двигатели (в том числе электрические) по заданным параметрам привода.

3 Определять передаточные числа различных передач. КПД и способы его повышения.

 

Задание

1 По  полученному варианту выбрать схему привода и параметры передачи.

2 Подобрать оптимальный электродвигатель

3 Произвести кинематический расчет привода

4 Произвести силовой расчет привода

Порядок выполнения работы

1 Ознакомиться с данными методическими указаниями.

Вычертить предложенную схему привода исполнительного органа, согласно первой цифре варианта (таблица 4). Из таблицы 3 выписать (согласно второй цифре варианта) параметры привода (на выходном валу).

Таблица 3 Параметры привода

Вторая цифра варианта	P2, кВт	n2, мин-1	Вид зубьев
0	1,0	100	прямозубая
1	1,5	140	косозубая
2	2,0	180	прямозубая
3	2,5	220	косозубая
4	3,0	260	прямозубая
5	3,5	300	косозубая
6	4,0	340	прямозубая
7	4,5	380	косозубая
8	5,0	420	прямозубая
9	5,5	460	косозубая

Таблица 4 Схемы привода исполнительного органа

 

0	1
2	3
4	5

 

2 Подбор электродвигателя

2.1 Определяем общий КПД привода по формуле 9

η_общ = η_р.п. ·η_з.п,                                     (9)

где: η_р.п. – КПД ременной передачи, 0,92…0,97;

  η_з.п. – КПД зубчатой передачи, 0,96…0,98 – цилиндрическая, 0,95…0,97 – коническая.

 

2.2 Определяем требуемую мощность электродвигателя

P_э.д. = P₂ / η_общ,                                  (10)

2.3 Рассчитываем ориентировочную частоту вращения электродвигателя n_э. Выбираем передаточное число ступеней (для клиноременной передачи i_{р.п .} = 2…7, для зубчатой i_{з.п .} = 1; 1.25; 1.6; 2; 2.5; 3.15; 4; 5; 6.3).

i_общ = i_р.п. · i_{з.п .},                                   (11)

n_э = n₂ · i_общ,                                     (12)

2.4 По полученным значениям P_э и n_э выбираем электродвигатель (приложение 1 и 2).

 

3 Кинематический расчет

3.1 Уточняем общее передаточное число привода

i´_общ = n_э.д. / n₂,                                 (13)

3.2 Производим разбивку i´_общ по ступеням привода. Окончательно принимаем стандартное значение передаточного числа зубчатой передачи редуктора i´_з.п, тогда передаточное число ременной передачи:

i´_{р .п .} = i´_общ / i´_{з .п .},                          (14)

3.3 Определяем частоту вращения и угловые скорости валов:

вал электродвигателя:

ω_э.д. = π · n_э.д. / 30, (рад/с)                        (15)

ведущий вал редуктора:

n₁ = n_{э .д .} / i´_{р .п .},                                 (16)

ω₁ = ω_э.д. / i´_{р.п .},                                 (17)

ведомый вал редуктора:

n₂ = n₁ / i´_{з .п .},                                   (18)

ω ₂ = ω ₁ / i´_{з .п .},                                  (19)

 

4 Производим силовой расчет

4.1Крутящие моменты на валах привода:

вал электродвигателя:

М_э.д. = Р_э.д. / ω_э.д., (Н·м)                             (20)

ведущий вал редуктора:

М₁ = М_э.д. · i´_р.п. ·η_{р.п .},                               (21)

ведомый вал редуктора:

М₂ = М₁ · i´_з.п. · η_з.п.,                                (22)

 

Вывод

В выводе необходимо указать результаты работы. Насколько оптимально удалось подобрать электродвигатель. Какие параметры имеют ременная и зубчатая передачи.

 

Контрольные вопросы

1 Преимущества и недостатки ременной передачи?

2 Преимущества и недостатки зубчатой передачи?

3 Преимущества и недостатки прямозубой, косозубой, шевронной передачи?

4 Что такое передаточное число и как оно определяется?

5 Что такое КПД и способы его повышения?

6 От каких параметров зависит требуемая мощность электродвигателя?

7 Типы передач?

8 Типы электродвигателей?

9 Из каких элементов состоит предложенная кинематическая схема?

 

 

Практическая работа № 10

Расчет зубчатой передачи

 

Цель работы – научиться:

1 Правильно подбирать материал для зубчатых колес учитывая все факторы.

2 Назначать режимы термообработки зубчатых колес.

3 Определять основные параметры зубчатых передач.

4 Владеть основными формулами расчета передач.

5 Разбираться во всем многообразии существующих зубчатых передач.

 

Задание

Расчет зубчатой передачи производить по ранее полученным схеме и данным в практической работе №9

1 Подобрать материал для изготовления зубчатых колес.

2 Определить допускаемые напряжения.

3 Определить расчетные коэффициенты.

4 Рассчитать межосевое расстояние и основные параметры передачи.

5 Расчет основных размеров зубчатых колес.

 

Порядок выполнения работы

1 Ознакомиться с данными методическими указаниями.

Подбор материалов для зубчатых колес

По приложению 3 выбираем материал для изготовления шестерни и колеса и назначаем термообработку. Рекомендации: Следует выбирать более распространенный и дешевый материал и назначать термообработку различную для шестерни (большую) и колеса (меньшую). Из табличных данных выбираем примерно среднее значение твердости как наиболее вероятное. При этом для лучшей приработки зубьев и равномерного их изнашивания необходимо чтобы твердость зубьев шестерни была больше твердости зубьев колеса, и выполнялось условие:

НВ₁ = НВ₂ + 20…30,                                (23)

- для прямозубых цилиндрических и конических передач;

НВ₁ = НВ₂ + 60…80,                                (24)

- для косозубых, шевронных передач и для конических передач с круговыми зубьями.

 

2 Определяем допускаемые напряжения

2.1 Допускаемые контактные напряжения

[σ_Н] = (σ_Н0 / [ s_Н]) · К_{Н L},                           (25)

где: σ_Н0 – предел контактной выносливости рабочих поверхностей зубьев (Приложение 4);

[ s_Н] – допускаемый коэффициент безопасности, [ s_Н] = 1,1 – при однородной структуре материала (нормализация, улучшение, объемная закалка), [ s_Н] = 1,2 при неоднородной структуре (поверхностная закалка, цементация, азотирование и др.);

К_{Н L} – коэффициент долговечности,   К_{Н L} = 1 – при длительной работе передачи, К_{Н L} ≤ 2,6 – для нормализованных и улучшенных колес (кратковременно работающие передачи), К_{Н L} ≤ 1,8 – при поверх-ностном упрочнении (кратковременно работающие передачи).

При расчете цилиндрических и конических прямозубых передач в качестве допускаемого напряжения принимают [σ_Н] того зубчатого колеса, для которого оно меньше; как правило, это [σ_Н]₂, т.е.

[σ_Н] = [σ_Н]₂,                                  (26)

При расчете зубчатых передач цилиндрических косозубых, шевронных и конических с круговым зубом используют среднее допускаемое контактное напряжение:

[σ_Н] = 0,45 ([σ_Н]₁ + [σ_Н]₂),                        (27)

Это напряжение не должно превышать: для цилиндрических косозубых и шевронных колес 1,23[σ_Н]₂; для конических колес 1,15[σ_Н]₂. Если эти условия не выполняются, то принимают

 

[σ_Н] = 1,23[σ_Н]₂ или [σ_Н] = 1,15[σ_Н]₂.

2.2 Допускаемые напряжения изгиба

[σ _F] = (σ _F0 / [ s_F]) · К_{Н L} · К _Fc,                        (28)

где: σ _F0 – предел выносливости зубьев при изгибе (Приложение 4);

[ s_F] – допускаемый коэффициент безопасности, [ s_F] = 1,75 – для колес изготовленных из поковок и штамповок, [ s_F] = 2,3 – из литых заготовок;

К_{Н L} – коэффициент долговечности, при длительно работающей передаче К_{Н L} = 1;

К _Fc – коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки; К _Fc = 1 при одностороннем приложении нагрузки (передача не реверсивная); К _Fc = 0,7…0,8 при двустороннем приложении нагрузки (передача реверсивная).

 

3 Определяем расчетные коэффициенты

3.1 Коэффициент ширины венца колеса относительно меж-осевого расстояния (для цилиндрической передачи)

ψ_а = b₂ / a_w,                                 (29)

принимают из ряда стандартных чисел: 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8 (СТ СЭВ 229 – 75) в зависимости от положения колес относительно опор:

                                                                         ψ_а

При симметричном расположении…… 0,4…0,5

При несимметричном расположении… 0,25…0,4

При консольном расположении одного

или обоих колес………………………...  0,2…0,25

Для шевронных передач……………….  0,4…0,63

Для открытых передач………………… 0,1…0,2

3.2 Коэффициент ширины зубчатого венца (для конической передачи)

ψ _d = 0,166 √ i_з.п.² + 1,                               (30)

 

3.3 Коэффициенты неравномерности распределения нагрузки по ширине зубчатого венца

К_Нβ = К _Fβ = 1,                                      (31)

- для прирабатывающихся цилиндрических прямозубых и косозубых колес, прямозубых конических колес;

К_Нβ = К _Fβ = 1,1,                                 (32)

- для конических передач с круговыми зубьями.