Проектирование механического привода. Расчет закрытой конической зубчатой передачи (редуктора)

І. Проектирование механического привода.

1.  Силовой и кинематический анализ механического привода.

Исходные данные:  n_вх (об/мин), n_δ(об/мин), Р(КН), Д_б(м).

1.1  Определение момента сопротивления  

Т=Р*Д_б/2

1.2  Определить угловую скорость на исполнительном механизме  

ω_б=ω₃=n_δ*3,14/30

1.3  Определение мощности привода  N=T*ω₃ (Вт)

1.4  Определение КПД привода

h_Р-КПД редуктора,

h_0П-КПД открытой передачи,

h_n- КПД пары подшипников,

h₃-КПД закрытой передачи.

h=h_Р ×h_0П×h_n -КПД привода

h_Р=h₃×h_n² .

Справка 1. КПД механизмов

     Примечание.  Потери в подшипниках на 2 опорах h_n=0,99

1.5  Выбрать средние значения КПД механических передач

1.6  Определить передаточные отношения привода

U=n_вх/n_δ

n_вх, n_δ- частота вращения входного и выходного валов соответственно

1.7  Задаться передаточным отношением открытой передачи U_оп.

Справка 2. Рациональные значения передаточных отношений механизмов.

Стандартные значения передаточных отношений: 2; 2,5; 3; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 15;  16; 20; 25; 31,5; 40.

1.8  Определение передаточного отношения редуктора

U_р= U/ U_0П

Согласно справке 2 принять передаточное отношение редуктора и округлить его до стандартного значения

1.9   Определение момента сопротивления на промежуточном валу.

Т₀ =T₂=T₃/U_0П×h_0П

1.10 Определить угловую скорость на промежуточном валу

ω₂=U_оп*ω₃

1.11 Определение требуемой мощности.

N_э=N/2

ІІ. Геометрический и прочностной расчеты закрытых передач (редукторов).

2.1 Расчет цилиндрических зубчатых передач.

2.1.1. Выбор материала.

Выбрать материал согласно справке 1.

Справка 1.

[σ_о]_и, [σ_-1]_и, [σ]_k- соответственно допускаемые напряжения при изгибе для нереверсированной и реверсированной нагрузок, а также нормальные контактные напряжения.

Приложение составлено для максимальных концентраций напряжений и запаса прочности, а также для базового количества циклов.

Подробный расчет допускаемых напряжений см.: Чернавский

Расчет цилиндрических зубчатых закрытых передач (редукторов).

1.  Выбор материала.

Условие прочности: σ_в=580 МПа

Назначение допускаемых напряжений:

Рекомендуется сталь углеродистая качественная Ст45: [σ_f]=122 МПа

[σ_н]=550 МПа

2.  Принять значения параметров зубчатой цилиндрической передачи.

β - угол наклона зубьев, β=(8…15)^о;

z₁ - число зубьев на шестерне, z₁=17…25

ψ_а - коэффициент длины зуба

3.  Определение геометрических параметров зубчатой передачи.

1)  Определение количества зубьев на колесе.

z₂=z₁*u_p

2)  Определение межосевого расстояния.

Для косозубых передач а_ω=( u_p+1)                    k=270      k₁=315

К_нβ=1,1(примем)- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями.

3)  Определение нормального модуля зацепления.

m_n=(0,01…0,02)*a_ω, стандартные значения для зубчатых передач: 2; 2,5; 3; 4; 5; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 60; 80 (мм)

4)  Определение торцевого модуля

m_t=m_n/cos β (только для косозубых передач, для прямозубых m_t=m_n).

5)  Определение размеров зубчатых колес.

Размер определяется и для шестерни и для колеса

d_ш=m_tz₁    d_к=m_tz₂

6)  Определение диаметра вершины зубьев

d_a=d+2m_n

7)  Определение диаметра впадин

d_a=d-2,5m_n

8)  Межосевое расстояние

a_ω=(d₁+d₂)/2

9)  Определение длины зуба

b_L=ψ_aa_ω

10) Ширина венца зубчатого колеса

b=b_L cos β

4.  Определение усилий в зацеплении

Окружное усилие        Р=2Т_p/d_k

Радиальное усилие     P_r=P*tg α/cos β ,где α=20^о-угол зацепления.

Осевое усилие             P_a=P* tg β

5.  Выполнить проверочные расчеты на контактную прочность

≤[σ]_k

 Расчет  закрытой конической зубчатой передачи (редуктора).

1.  Выбор материала

Принимаем для шестерни и колеса одну и ту же марку стали.

2.  Определение внешнего делительного диаметра колеса

b_e2=, где ψ_bRe- коэффициент ширины венца по отношению к конусному расстоянию, ψ_bRe=0,285.

3.  Принять количество зубьев на шестерне