Лекция 3. Точность, выбор материала и расчет допускаемых напряжений зубчатых передач
Обзор: Точность изготовления и ее влияние на качество передачи. Общие подходы к проектированию зубчатых передач. Критерии расчета закрытых и открытых передач. Основные причины потери работоспособности передач и мероприятия по их предотвращению. Выбор материала и термообработки. Расчет допускаемых напряжений. Расчет напряжений при перенагрузках.
Бесплатно
Просмотр: эта статья прочитана 6536 раз

pdf

Краткий обзор
Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык

 (Обзор)

Качество работы передачи связано с ошибками  изготовления зубчатых передач и деталей (корпуса, подшипников, валов), определяющих их взаимное расположение. Деформация деталей под нагрузкой также влияет на качество передачи.

Основные ошибки при изготовлении:

  • ошибки шага и формы профиля зубьев, вызывающие нарушение кинематической точности, плавности работы (колебания и дополнительные динамические нагрузки, удары, шум при работе);
  • ошибки в направлении зубьев относительно образующих делительных поверхностей, вызывающие неравномерное распределение нагрузки по длине зуба.

 Точность изготовления регламентируется ГОСТ 16530-83, предусматривающим 12 степеней точности.

 Каждая степень точности характеризуется тремя показателями:

  • нормой кинематической точности, регламентирующей наибольшую погрешность передаточного отношения или полную погрешность угла поворота зубчатого колеса в пределах одного оборота (в зацеплении с эталонным колесом);
  • нормой плавности работы, регламентирующей  многократно повторяющиеся циклические ошибки передаточного отношения или угла поворота зубчатого колеса в пределах одного оборота;
  • нормой контакта зубьев, регламентирующей ошибки изготовления зубьев и сборки передачи, влияющие на размеры пятна контакта в зацеплении (распределение нагрузки по длине зубьев).

 Степень точности выбирают в зависимости от назначения передачи. Наиболее распространенные 6, 7, 8 степени точности.

 Для того чтобы исключить заклинивание передачи в зацеплении, должен быть обеспечен боковой зазор. Размер зазора регламентируется видом соединения зубчатого колеса. Существует 6 видов:
Н - нулевой зазор;
Е - малый зазор;
С, D - уменьшенный зазор;
В - нормальный зазор;
А - увеличенный зазор

 Зазоры Н, Е, С нуждаются в повышенной точности изготовления, применяются для  реверсивных передач при высоких требованиях к кинематической точности, а также при наличии крутильных колебаний валов.

Общие подходы к проектированию зубчатых передач

 Проектирование любой зубчатой передачи может быть представлено в обобщенной форме в виде такого алгоритма:

  1. составление кинематической схемы;
  2. выбор материала зубчатых колес и вида термообработки;
  3. определение величины критериальних показателей трудоспособности передачи; допускаемых контактных  и изгибных напряжений, и максимальных допускаемых контактных и изгибных напряжений при кратковременных перегрузках;
  4. определение основных геометрических параметров передачи (а – межосевое расстояние, b – ширина зубчатого венца, d – делительные диаметры зубчатых колес, z – количество зубьев колес, m – модуль зацепления и т.п.);
  5. определение сил в зацеплении;
  6. проверка выполнения условий прочности зубьев спроектированной передачи .

Критерии расчета закрытых и открытых передач

  Решающее влияние на трудоспособность зубьев колес в зубчатых передачах оказывают контактные напряжения  и напряжения изгиба  , носящих циклический характер.

 Основные причины потери работоспособности передач:

1. Поломка зубьев,  связанная с напряжениями изгиба:

  • поломка вследствие больших перегрузок,
  • усталостная поломка.

2. Повреждение поверхности зубьев:

  • усталостное выкрашивание, связанное с контактными напряжениями,
  • абразивный износ, которому оказывает содействие плохое смазывание и загрязнения,
  • заедания, наблюдающиеся у высоконагруженных и высокоскоростных  передач,
  • пластические сдвиги, наблюдающиеся у высоконагруженных тихоходных колес, изготовленных из мягких сталей,
  • отслаивание твердого поверхностного слоя зубьев, подданных упрочнению.

 Контактные напряжения   возникают в месте контакта зубьев и вызывают выкрашивание поверхностей зубьев  около полюса зацепления в области  ножек зубьев.

 Напряжение изгиба   возникают в области ножек и вызывают разрушение зубьев от усталости.

Мероприятия по предотвращению выкрашивания зубьев:

  • определение размеров зубьев из расчета на усталость по контактным напряжениям  ;
  • повышение твердости рабочих поверхностей зубьев путем термообработки;
  • повышение степени точности по норме  контакта зубьев.

Мероприятия по предотвращению поломки зубьев:

  • определение размеров зубьев из расчета на усталость по напряжениям изгиба  ;
  • увеличение модуля;
  • положительное смещение зуборезного инструмента при изготовлении колес;
  • термообработка;
  • наклеп.

  Мероприятия по предотвращению разрушения при перенагрузках (ударных и статических) или концентрации напряжений:

  • защита передач от перенагрузок;
  • увеличение жесткости валов;
  • использование зубьев со срезанными углами  и бочкообразных  зубьев;

 Проектировочный расчет на прочность закрытых быстроходных зубчатых передач выполняется по допускаемым контактным напряжениям. Потом выполняется проверочный расчет по допускаемым напряжениям изгибания.

 Проектировочный расчет открытых тихоходных высоконагруженных передач выполняется по допускаемым напряжениям изгиба. Потом выполняется проверочный расчет по допускаемым контактным напряжениям  .

Выбор материала и термообработки

 Основными материалами при изготовлении зубчатых колес силовых передач являются стали и чугуны

 Для изготовления зубчатых колес высоконагруженных и высокоскоростных передач  используются стали: 40,  45, 40Х, 45Х, 40ХН.

 Нагрузки, допускаемые по контактной прочности зубьев, в основном определяется твердостью материала. В зависимости от твердости, стальные колеса делятся на две группы:

  1. с твердостью <350HB, достигаемой нормализацией и улучшением и позволяющей выполнять чистовое нарезание зубьев без применения дорогостоящих операций обработки поверхностей. Такие колеса хорошо прирабатываются и не подвергаются хрупкому разрушению при динамических нагрузках; применяются в индивидуальном и мелкосерийном производстве. Для лучшей приработки рекомендуют твердость шестерни принимать  на 10...15единиц выше, чем твердость колеса  ;
  2. с твердостью >350HB , достигаемой объемной закалкой, закалкой ТВЧ, цементацией, азотированием и т.п. При этом повышается нагрузочная способность, износоустойчивость, устойчивость к заеданиям. Однако, это нуждается в  повышенной точности изготовления, жесткости опор и валов, а также применении дополнительных операций по обработке поверхностей. Колеса с такой твердостью применяются в условиях массового и крупносерийного производства.

 Чугуны используются для изготовления крупногабаритных, тихоходных колес и колес открытых передач. Как правило, для изготовления зубчатых колес используется серый и модифицированный чугун, а также магниевый чугун с шаровидным графитом.

 Пластмассы используются для следящих механизмов приборов и для малонагруженных высокоскоростных передач. Для изготовления зубчатых колес применяют текстолит, лигнофоль, а также полиамиды типа капрона.

 Методика расчета допускаемых контактных напряжений, допускаемых напряжений изгиб, расчета при перенагрузках.

Формат: pdf

Размер: 500КВ

Язык: русский, украинский

Получить RSS Еще публикации по теме

Больше статей...

 На главную страницу

Оцените сайт

Примеры расчетов
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.

Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.

Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается

Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается

Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы

Определение реакций опор твердого тела
Исходные данные и примеры решения задачи Определение реакций опор твердого тела (задача С-2 из cборника заданий для курсовых работ по теоретической механике А.А. Яблонского)

Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения

Определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении
Пример решения задачи на определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении

Определение усилий в стержнях плоской фермы
Пример решения задачи на определение усилий в стержнях плоской фермы методом Риттера и методом вырезания узлов

Применение теоремы об изменении кинетического момента
Пример решения задачи на применение теоремы об изменении кинетического момента для определения угловой скорости тела, совершающего вращение вокруг неподвижной оси.


Учебники
А.А. Яблонский, В.М. Никифорова Курс теоретической механики, т.1 и 2
Курс теоретической механики для студентов высших учебных заведений в двух томах.

С.М. Тарг. Краткий курс теоретической механики
С.М. Тарг. Краткий курс теоретической механики. 10-е издание,1986 г.

Беляев Н.М. Сопротивление материалов
Учебник по сопротивлению материалов для студентов политехнических, транспортных, строительных, гидротехнических, энергетических и машиностроительных вузов

М.Н.Иванов, В.А. Финогенов - Детали машин
Учебник по дисциплине 'Детали машин и основы конструирования' в электронном формате. 12-е издание, исправленное, год издания 2008.

Н.Ф.Киркач, Р.А.Баласанян - Расчет и проектирование деталей машин Учебник по дисциплине Детали машин и основы конструирования в формате djvu

В.И.Анурьев. Справочник инженера конструктора Три тома cправочника инженера-конструктора. Приведены современные справочные сведения по расчету и конструкциям осей, валов,подшипников, муфт, механический передач, разъемных соединений. Материалы, допуски и посадки и др.

ГОСТ 19523-81 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А Выписка из ГОСТ 19523-81 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А мощностью 0,55 кВт до 15кВт, мощность, асинхронная частота вращения, геометрические размеры

ГОСТ 25347-82 «ЕСДП, поля допусков и рекомендуемые посадки» (СТ СЭВ 144-75) Настоящий стандарт распространяется на гладкие элементы деталей с номинальными размерами до 3150 мм и устанавливает поля допусков для гладких деталей в посадках и для несопрягаемых элементов.

ГОСТ 520-2002. Подшипники качения Стандарт устанавливает допуски на основные размеры и точность вращения подшипников и другие технические требования

Больше закачек...