Задача 1. Гетта В.Г. кандидат педагогічних наук, професор
Рецензенти Гетта В.Г. кандидат педагогічних наук, професор кафедри технологічної освіти та інформатики Чернігівського національного педагогічного університету; Ховрич М.О. кандидат педагогічних наук, доцент, завідувач кафедри технологічної освіти та інформатики Чернігівського національного педагогічного університету. Укладачі: А.П. Чернишов, М.М. Коньок Д 38 Деталі машин. Черв’ячна передача. Посібник для самостійної роботи студентів. Для студентів технологічного факультету / Укл. Чернишов А.П., Коньок М.М. – Чернігів: ЧНПУ, 2010. – 32 с.
Рекомендовано до друку Вченою радою технологічного факультету Чернігівського національного педагогічного університету імені Т.Г. Шевченка (протокол №4 від 30 квітня 2010 року)
ЗМІСТ ВстуП.......................................................................................... 4
І. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЧЕРВ’ЯЧНІ ПЕРЕДАЧІ........... 5
1.1.Будова, класифікація та області застосування..................... 5 1.2. Геометричні параметри черв’ячної передачі....................... 6 1.3. Кінематичні параметри черв’ячної передачі........................ 9 1.4. Сили в зачепленні черв’ячної передачі................................ 10
ІІ. ПОРЯДОК РОЗРАХУНОКУ ЧЕРВ’ЯЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ.......... 12
2.1. Вибір матеріалів і визначення допустимих напружень....... 12 2.2. Розрахунок параметрів черв’ячної передачі........................ 15 2.3. Задача 1.................................................................................. 22
ЛІТЕРАТУРА................................................................................ 27
ЗАВДАННЯ №4. Розрахунок черв’ячної передачі..................... 28
ПОЗНАЧЕННЯ ПРАМЕТРІВ....................................................... 30
Вступ В курсі “Деталі машин і підйомно-транспортні машини” поряд з вивченням теорії та лабораторними заняттями студенти самостійно виконують розрахункові роботи. Самостійна робота сприяє закріпленню знань з курсу, засвоєнню правил, норм і методів розрахунку, набуттю навичок користування довідковою літературою і стандартами, практичному використанню знань, отриманих при вивченні дисциплін фізико-математичного і загальноінженерного циклів. У відповідності з існуючими програмами, об’єктами розрахунків є механічні передачі, вузли та деталі, що обслуговують передачі. Вони застосовуються в приводах підйомно-транспортних, сільськогосподарських, будівельних та інших машинах, а також в приводах верстатів і технологічного обладнання з ремонту та обслуговування автотракторної техніки. Всі розрахунки виконуються в одиницях СІ. Для зручності розрахунків можна використовувати необхідні одиниці довжини (мм) і напруження (Н/мм2). Точність розрахунку – два знаки після коми (для ділильних діаметрів – чотири знаки). І. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЧЕРВ’ЯЧНІ ПЕРЕДАЧІ 1.1. Будова, класифікація та області застосування Черв’ячні передачі застосовуються у випадках, коли геометричні осі ведучого і веденого валів мимобіжні в просторі. Ці передачі діють плавно, порівняно компактні і дають можливість реалізувати велике передаточне число Черв’ячна передача (рис. 1.1) складається із черв’яка 1 та черв’ячного колеса 2.
Рис. 1.1. Черв’ячна передача Рис. 1.2. Глобоїдна черв’ячна передача Черв’ячні передачі застосовуються у верстатах, приладах, підйомно-транспортних, сільськогосподарських та інших машинах. За формою черв’яків передачі поділяються на циліндричні (рис. 1.1) і глобоїдні (рис. 1.2). Переваги черв’ячних передач: – плавність та безшумність роботи; – висока надійність та простота догляду в експлуатації; – можливість великих передаточних чисел; – можливість виконання передачі само гальмівною. Недоліки черв’ячних передач: – низький ККД, 0,7–0,85; – необхідність застосування для червячного колеса дорогих антифрикційних матеріалів. Черв’як виготовляється зі сталі (45, 50, 40Г2, 40Х, 40ХН, 35ХГСА). Черв’ячне колесо за виглядом нагадує косозубе циліндричне, але з увігнутою формою зубів. З метою зменшення тертя і запобігання схвачування вінці черв’ячних коліс виготовляють в залежності від швидкості ковзання з чавуну, бронзи, пластмас. 1.2. Геометричні параметри черв’ячної передачі Черв’як – це циліндричне тіло на поверхні якого є витки за формою гвинтової лінії. За формою профілю витків черв’яка у торцевій площині черв’яки бувають: архімедові, мають профіль архімедової спіралі (ZA); конволютні, мають профіль продовженої або скороченої евольвенти (ZN); евольвентні, мають профіль нормальної евольвенти (ZI), та ін. На практиці найбільш розповсюджені черв’ячні передачі з архімедовим черв’яком ZA, як найпростіші у виготовленні. Рис. 1.3. Параметри черв’яка Геометричні параметри черв’яка такі:
де
де
Рис. 1.4. Параметри черв’ячного колеса та черв’ячної передачі Параметри черв’ячного колеса і черв’ячної передачі такі: d2 – ділильний діаметр:
де z2 – число зубів колеса; da2 – діаметр вершин зубів:
(ширину вінця
Таблиця 1.1. Найбільший діаметр і ширина вінця
1.3. Кінематичні параметри черв’ячної передачі Швидкості точок контакту витків черв’яка Рис.1.5. Схема визначення швидкості ковзання Швидкість ковзання
Значне ковзання у зачепленні передачі є причиною низького ККД, підвищеного спрацювання та заїдання зубів. Значення кута нахилу витків Передаточне число черв’ячної передачі визначається за формулою:
Таблиця 1.2. Залежність ККД
1.4. Сили в зачепленні черв’ячної передачі При навантаженні черв’ячної передачі сила взаємодії між витками черв’яка та зубами колеса розподіляється вздовж контактної лінії. Для спрощення розрахунків розподілену силу заміняють зосередженою силою Рис.1.6. Схема сил у зачепленні навантаженої черв’ячної передачі Розкладають силу Колова сила
де Т1 – обертовий момент на валу черв’яка. Колова сила
де Т2 – обертовий момент на черв’ячному колесі. Радіальна сила на черв’яку
де Напрям сили
ІІ. ПОРЯДОК РОЗРАХУНОКУ ЧЕРВ’ЯЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ 2.1. Вибір матеріалів і визначення допустимих напружень Матеріали черв’ячної пари вибирають з урахуванням швидкості ковзання і умов роботи передачі. Для черв’яків приймають середньовуглецеві сталі (сталь 40; 45; 50) або леговані (40Х, 40ХН) із загартуванням до міцності HRC 45…55 з подальшим шліфуванням або поліруванням робочих поверхонь. Черв’ячні колеса при швидкості ковзання Розрахунок зубів черв’ячниx коліс ведуть з умови контактної міцності, яка забезпечує відсутність викришування робочих поверхонь зубів і заїдання, яке приводить до задирів. Для коліс із олов’яної бронзи (Бр.О10Ф1 і інші) допустимі контактні напруження
де
де
де Якщо
де t – термін служби передачі, год; n – частота обертання колеса, об/хв; a – число зачеплень зуба за один оберт колеса. Для безолов’яних бронз (Бр. А9Ж4 і інші) і чавуна, допустимі напруження вибирають за табл. 2.2, попередньо вибравши значення швидкості ковзання Таблиця 2.1. Механічні характеристики матеріалів
Таблиця 2.2. Допустимі контактні напруження [σ]Н, для матеріалів черв’ячних коліс
Допустимі напруження згину, Таблиця 2.3. Допустимі напруження згину [σ]F, для матеріалів коліс, які працюють в парі з незагартованими
Коефіцієнт довговічності при розрахунку на згин
де Граничні допустимі напруження, відповідно контактні та згинальні, визнчають за формулами: для олов’яних бронз: для безолов’яних бронз: для чавуна: 2.2. Розрахунок параметрів черв’ячної передачі Вхідними даними при проектуванні черв’ячних передач зазвичай є: потужність, що пердається Передаточне відношення черв’ячної передачі визначається за формулою:
де
Для стандартної передачі необхідно передаточне відношення округлити до найближчого стандартного значення (ГОСТ 2144-76): 1-й ряд – 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 2-й ряд – 9; 11,2; 14; 18; 22,4; 26; 33,5: 45; 56; 71. Різниця між фактичним значенням передаточного відношення і номінальним (стандартним) допускається до 4%. Для нестандартної передачі за табл. 2.4 приймають число заходів черв’яка в залежності від значення передаточного відношення. Таблиця 2.4. Рекомендовані значення
Для стандартної передачі значення Таблиця 2.5. Основні параметри циліндричних черв’ячних передач (ГОСТ 2144-76, 1-й ряд)
Визначають міжосьову відстань аw за формулою:
де
ms – осьовий модуль черв’яка, мм; К – коефіцієнт навантаження; при постійному навантаженні К=1, при змінному навантаженні і швидкості ковзання
де
тут х – допоміжний коефіцієнт, при навчальному проектуванні можна приймати: х=1 – при постійному навантаженні; х=0,6 – при незначних коливаннях навантаження; х=0,3 – при значних коливаннях навантаження;
Для стандартної передачі отримане за формулою (2.7) значення аw округлюють до стандартного значення (табл. 2.5); для нестандартної – округлюють до цілого числа. Таблиця 2.6. Коефіцієнт динамічності навантаження
Таблиця 2.7. Коефіцієнт деформації черв’яка
Визначають модуль за формулою:
Для стандартної передачі отримане значення Для нестандартної передачі отримані за формулою (2.10), значення ms округляють до стандартного значення із ряду (ГОСТ 2144-76): 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 16, мм. За табл. 2.8, в залежності від значення Уточнюємо міжосьову відстань:
Таблиця 2.8. Поєднання модулів ms і коофіцієнтів
Визначають геометричні розміри черв’яка: ділильний діаметр:
ділильний кут підйому витка:
діаметр вершин витків:
діаметр вападин витків:
довжину нарізуваної частини:
Для шліфованих і фрезерованих черв’яків отримана величина збільшується: при Основні розміри вінця черв’ячного колеса: ділильний діаметр:
діаметр вершин зубів:
діаметр впадин зубів:
найбільший діаметр:
ширина вінця
умовний кут обхвату
Визначають швидкість ковзання в зачепленні:
За табл. 2.6 вибирають степінь точності передачі. Визначають ККД передачі η':
де ρ′; – приведений кут тертя (табл. 2.9). Таблиця 2.9. Приведені кути тертя ρ′ у зачепленні
Уточнюють обертовий момент на валу колеса:
де і – передаточне відношення передачі. Визначають сили в зачепленні: – колова сила на черв’яку Ftч і колесі Ftк:
де – радіальна сила на черв’яку Frч і колесі Frк:
де α; – кут зачеплення, α=200; – осьова сила на черв’яку
Якщо матеріал вінця колеса безолов’яна бронза або чавун, то по табл. 2.2 уточнюють допустимі напруження Перевіряють умову контактної міцності:
де dч, dк – діаметри черв’яка і колеса, мм; Тк′ – уточнений момент на валу колеса, Н∙мм; К – коефіцієнт навантаження (формула 2.8). Допускається перевантаження не більше 5% і недовантаження до 10%. При невиконанні цих умов вибирають інший матеріал вінця колеса або приймають інше значення коефіцієнта діаметра черв’яка і повторюють розрахунок. Визначають еквівалентне число зубів черв’ячного колеса:
За табл. 2.10 приймають значення коефіцієнта форми зуба Таблиця 2.10. Коефіцієнт форми зуба черв’ячних коліс
Перевіряють умову міцності зубів колеса на згин: де b2 – ширина вінця колеса, мм; ms – модуль, мм; К – коефіцієнт навантаження (формула 2.8); Ftк – колова сила на колесі, Н; ε; – коефіцієнт, що враховує зниження міцності зубів в результаті зносу, для закритих передач Задача 1 Розрахувати закриту черв’ячну передачу. Вихідні дані: потужність на веденому валу (валу колеса) Р2=Рк=11,43 кВт; частота обертання ведучого валу (черв’яка) n1=nч=486 об/хв; передаточне відношення і=18; термін служби редуктора t=16000 годин. Розв’язання Визначаємо: - кутову швидкість вала черв’яка:
- кутову швидкість колеса:
- обертовий момент на валу колеса:
При передаточному відношенні передачі
Для черв’яка вибираємо матеріал – сталь 45, загартовану до твердості >HRC45, витки відшліфовані. Оскільки в завданні немає особливих вимог до передачі, то керуючись економічними потребами, приймаємо для вінця черв’ячного колеса безолов’яну бронзу Бр.А9Ж4Л (лиття в землю) з границями текучості σ;т =200 МПа, та міцності σв=392 МПа і твердістю НВ<100 (табл. 2.1). Допустимі контактні напруження для матеріалу вінця черв’ячного колеса (припустимо, що швидкість ковзання Допустимі напруження згину (табл. 2.3):
де KFL – коефіцієнт довговічності (формула 2.5):
тут
де t – термін служби передачі, год; nк – частота обертання колеса, об/хв:
a=1 – число зачеплень витка за один оберт колеса. Оскільки черв’як загартований і шліфований, то збільшуємо отримане значення [σ]F на 25% і приймаємо для подальших розрахунків:
Граничні допустимі напруження (за формулами с.14) для безолов’яних бронз: контактні при згині Попередньо приймаємо коефіцієнт навантаження Визначаємо міжосьову відстань (формула 2.7):
де
Визначаємо модуль:
Приймаємо по ГОСТ 2144-76 (табл. 2.8): Уточнюємо міжосьову відстань:
Основні розміри черв’яка: ділильний діаметр (формула 2.12):
діаметр вершин витків (формула 2.14):
діаметр впадин (формула 2.15):
ділильний кут підйому витка (формула 2.13):
довжина нарізної частини
Оскільки черв’як шліфований, збільшуємо його довжину на 40 мм (с.19) і приймаємо Основні розміри вінця колеса: ділильний діаметр (формула 2.17):
|