Выбор материала и расчёт допускаемых напряжений

Общие положения

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных (колес) передач, выполненных в виде отдельного агрегата и служащих для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещены элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и др. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников или устройства для охлаждения

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БНТУ 105091.021.ПЗ БНТУ 105081.018.ПЗ

Характеристика проектируемого привода:

· Тип редуктора – цилиндрический косозубый одноступенчатый редуктор с горизонтальным расположением валов;

· Тип открытой передачи – клиноременная передача;

· Режим нагрузки – постоянный;

· Долговечность привода – 15000ч.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БНТУ 105091.021.ПЗ БНТУ 105081.018.ПЗ

Выбор электродвигателя и кинематический расчёт.

Примем следующие значения КПД :

для муфты ……………………………….……………………η_м=0,98

для цилиндрической передачи…...……….…………………η_зуб=0,98

для ременной передачи …………...……………………… .η_р=0,95

для пары подшипников …….……………...……………… .η_подш=0,99

Определяем общий коэффициент полезного действия (КПД) привода:

;

где h_м – КПД соединительной муфты. h_м = 0,98;

h_р – КПД ременной передачи. h_р = 0,95;

h_цил – КПД цилиндрической передачи. = 0,97;

h_подш – КПД пары подшипников качения. h_пк = 0,99;

Определяем требуемую мощность электродвигателя:

;

;

;

Ртр=3,5 => Pэл=4 кВт [1, с.321]

Изм.

лист

№ докум.

Подпись

Дата

БНТУ 105091 1.018.ПЗ

Выбор электродвигателя заключается в подборе подходящей модели для данного типа редуктора по развиваемой мощности, которая определяется по известной мощности на выходном валу привода.

По ГОСТ 19523-81 выбираем электродвигатель 132S6/965 номинальной мощностью Р_ном=3кВт, частотой вращения n_эд=955 мин^-1, номинальной частотой вращения n_ном=1000 мин^-1.

Определение передаточного числа привода и его ступеней.

Расчетное передаточное отношение привода:

;

;

;

;

Частота вращения валов привода:

;

;

;

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БНТУ 105091.021.ПЗ БНТУ 105081.018.ПЗ

3.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БНТУ 105091.021.ПЗ

Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов

Мощности на валах

;

;

;

Крутящие моменты

;

;

;

;

Результаты кинематического расчета

«№» Вал	Частота вращения n,	Мощность P, кВт	Крутящий момент T, Нм
		3,563	11,81
		3,435	20,50
		3,295	78,66
3`		3,199	76,37

Расчет передач

Расчёт зубчатой передачи

Выбор материала и расчёт допускаемых напряжений

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БНТУ 105091.021.ПЗ

Для изготовления шестерни и колеса передачи редуктора выбираем сталь 40Х (ГОСТ 4543). Термообработка – улучшение: для шестерни – до твердости ННВ1 = 325 НВ, для колеса – до твердости ННВ2 = 270 НВ

Допускаемые напряжения определяются для шестерни и колеса по формуле:

;

где σ_{Н lim b} – предел контактной выносливости поверхностей зубьев, соответствующий базовому числу циклов напряжений :

σ_{Н lim b1} = 2H_НВ1 + 70 = 2 · 325 + 70 = 720 МПа;

σ_{Н lim b2} = 2H_НВ2 + 70 = 2 · 270 + 70 = 610 МПа;

S_H – коэффициент запаса прочности; для зубчатых колес с однородной структурой материала S_H = 1,1 (при твердости колес Н_НВ < 350 НВ);

N_{H lim} – базовое число циклов нагружений, соответствующее пределу выносливости

N_{H lim}=30 (Н_НВ)^2,4 ≤ 120·10⁶ циклов, где Н_НВ – твердость материала рассчитываемого зубчатого колеса в единицах НВ;

N_{H lim1} = 30 · (325)^2,4 = 32 · 10⁶ циклов;

N_{H lim2} = 30 · (270)^2,4 = 20,5 · 10⁶ циклов;

N_K – число циклов перемены напряжений, соответствующее заданному сроку службы передачи при постоянной нагрузке:

N_K = 60 · с · n · L_h,

где с =1 – число колес, находящихся в зацеплении с рассчитываемым;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БНТУ 105091.021.ПЗ

L_h =15000ч. – срок службы привода;

n – частота вращения рассчитываемого зубчатого колеса.

N_K1 = 60 · с · n₂ · L_h = 60 · 1 · 1600·15000 = 1440000000циклов;

N_K2 = 60 · с · n₃ · L_h = 60 · 1 · 400 · 15000 = 360000000 циклов.

Z_R – коэффициент, учитывающий влияние исходной шероховатости сопряженных поверхностей зубьев;

Z_V – коэффициент, учитывающий влияние окружной скорости;

Z_L – коэффициент, учитывающий влияние вязкости смазного материала;

Z_X – коэффициент, учитывающий размер зубчатого колеса ;

Z_W – коэффициент, учитывающий влияние перепада твердостей материала сопряженных поверхностей зубьев.

Z_R × Z_V × Z_L × Z_X· Z_W = 0,9

Так как N_{H lim 1}< N_{K 1} и N_{H lim2} < N_{K 2}, то

;

;

;

;

Для цилиндрической косозубой передачи для расчета принимается:

σ_НР = 0,45(σ_{НР 1} + σ_{НР 2}) > σ_{НР min};

при выполнении условия σ_{НР 1–2} < 1,23 σ_{НР min;}

)=0,45(459,46+412,24)=392,78 МПа;

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БНТУ 105091.021.ПЗ

;

Так как σ_НР меньше минимального из двух значений σ_{НР 1} и σ_{НР 2}, в качестве расчетного напряжения принимаем минимальное значение

.