Общие сведения о цилиндрических зубчатых передачах
Расчет и конструирование
ЦИЛИНДРИЧЕСКИх передач
Учебно-методическое пособие
для курсового проектирования
Барнаул 2011
УДК 621.01.001(072)
Расчет и конструирование зубчатых передач: Учебно-методическое пособие для курсового проектирования / Сост.: И.Л. Новожилов, Н.Ф. Карпов, – Барнаул, 2011. – 48 с.
Учебно-методическое пособие предназначено для выполнения курсового проекта по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» и содержит сведения о расчете и конструировании цилиндрических и конических зубчатых передач. С этой целью в него включено достаточно большое количество теоретического и справочного материала, необходимого при выполнении расчетов.
Пособие предназначено для студентов инженерного факультета очной и заочной форм обучения, изучающих курс «Детали машин и основы конструирования».
Рекомендовано к изданию методической комиссией ИФ (протокол № 5 от 1 декабря 2011 г.).
Рецензент - доцент кафедры математики Н.А. Абакумова
Ó Алтайский государственный аграрный университет, 2011
Ó Новожилов И.Л., Карпов Н.Ф., 2011
Ó ФГБОУ ВПО АГАУ, 2011
Содержание
стр.
Введение 5
Глава 1 Общие сведения о цилиндрических зубчатых передачах 6
Глава 2 Последовательность расчета цилиндрической передачи 8
1. Выбор материалов и расчет допускаемых напряжений 8
2. Определение межосевого расстояния аw (мм) из условия прочности по контактным напряжениям 14
3. Определение ширины колеса 16
4. Определение ширины шестерни 16
5. Предварительное значение делительного диаметра колеса 16
6. Определение ориентировочного значения модуля из расчета прочности по напряжениям изгиба 17
7. Определение чисел зубьев колеса и шестерни и угла наклона зубьев 18
8. Определение основных геометрических параметров передачи 19
9. Проверка выполнения условия прочности по контактным
напряжениям 20
10. Проверка выполнения условия прочности по напряжениям изгиба 23
11. Силы в зацеплении цилиндрической зубчатой передачи 25
Глава 3 Пример проектировочного расчета зубчатой цилиндрической косозубой передачи внешнего зацепления 26
Глава 4 Конструирование цилиндрических зубчатых колес 33
1. Конструктивные элементы цилиндрических зубчатых колес 33
2. Определение формы и размеров конструктивных элементов зубчатых
колес в зависимости от их конструктивного исполнения 34
Глава 5. Расчет цилиндрической передачи при помощи системы автоматизированного проектирования APM WinMachine (в модуле APM Trans) 38
Библиографический список 84
Введение
Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине – это высокая производительность, надежность, технологичность, ремонтопригодность, малые габариты и масса, удобство эксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Все эти требования учитывают в процессе проектирования и конструирования.
В настоящем учебно-методическом пособии изложена методика расчета зубчатых цилиндрических и конических передач и основные рекомендации по конструированию зубчатых колес. Основу расчетов составляют стандартные методики определения прочности и геометрии передач с учетом опыта кафедры механики машин и сооружений АГАУ в обучении студентов проектированию приводов машин.
Проектирование – это разработка общей конструкции изделия.
Конструирование – это дальнейшая детальная разработка всех вопросов, решение которых необходимо для воплощения принципиальной схемы в реальную конструкцию.
Проект – это документация, получаемая в результате проектирования и конструирования.
При проектировании передачи определяются основные параметры зубчатых колес (диаметр, ширина, модуль, число зубьев и пр.). Их конструкция главным образом зависит от проектных размеров, материала, способа получения заготовки и масштаба производства. На этапе конструирования детали приобретают окончательные очертания путем определения форм и размеров конструктивных элементов (обода, ступицы и диска) с учетом перечисленных выше требований.
Глава 1
Общие сведения о цилиндрических зубчатых передачах
Основные виды цилиндрических передач, расчет и конструирование которых выполняют студенты в курсовом проектировании, это прямозубые (рис. 1), косозубые (рис. 2) и шевронные (рис. 3) передачи внешнего зацепления. Меньшее из пары зубчатых колес называется шестерней, а большее – колесом. Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса – 2.
Для закрытых (работающих в масляной ванне) зубчатых передач редукторного типа при определении их размеров в большинстве случаев решающую роль играет расчет рабочих поверхностей зубьев на выносливость по контактным напряжениям (расчет на отсутствие усталостного выкрашивания). Этот расчет выполняют как проектный. Кроме того, производят проверочный расчет зубьев на выносливость по напряжениям изгиба. В большинстве случаев напряжения изгиба в зубьях колес, рассчитанных на контактную прочность, весьма невелики. Исключения могут быть в двух случаях:
а) если применена поверхностная термическая или термохимическая обработка рабочих поверхностей зубьев до высокой твердости (более 350 НВ), в этом случае вообще может оказаться, что размеры передачи лимитируются расчетом зубьев на изгиб;
б) если при данном межосевом расстоянии, полученном из расчета зубьев на контактную прочность, принято большое суммарное число зубьев (zΣ = z1 + z2), так как в этом случае получаются мелкомодульные зубья.
Открытые (работающие всухую или смазываемые периодически) цилиндрические передачи выполняют только прямозубыми и применяют при окружных скоростях v ≤ 2 м/с. Расчет открытой передачи принято вести аналогично расчету закрытой: из условия обеспечения контактной выносливости рабочих поверхностей зубьев находят межосевое расстояние.
Поскольку открытые передачи интенсивно изнашиваются в процессе работы, то существуют некоторые особенности их расчета, указанные в соответствующих разделах предлагаемой методики проектирования цилиндрических передач.
Рис. 1. Цилиндрическая Рис. 2. Цилиндрическая
прямозубая передача косозубая передача
а) б)
Рис. 3. Шевронная передача:
а) с жестким углом; б) с канавкой для выхода зуборезного инструмента
Исходными данными для расчета цилиндрических зубчатых передач являются: вращающий момент на колесе Т2, частота вращения колеса n2, передаточное число u, схема передачи, требуемый ресурс (время работы) Lh, ч, характер производства – единичный, мелкосерийный, крупносерийный.
Глава 2