К вопросу об особенностях выбора материала для зубчатых колес в курсовом проектировании

Размещено на http://www.allbest.ru//

К вопросу об особенностях выбора материала для зубчатых колес в курсовом проектировании

Узяков Р.Н., канд. техн. наук, доцент,

Априори, подготовка инженерных кадров в обязательном порядке включает изучение таких общеинженерных дисциплин как «Сопротивление материалов» и «Детали машин». Для немеханических специальностей данные дисциплины, как правило, включаются в курсы «Механика», «Прикладная механика», «Техническая механика».

В процессе изучения дисциплин «Механика», «Прикладная механика», «Техническая механика» и «Детали машин» студенты получают теоретические знания по расчету и конструированию деталей и узлов общего назначения, встречающихся в различных механизмах и машинах. Полученные знания закрепляются выполнением курсовых проектов (КП).

Целью курсового проектирования является формирование практических навыков и умения самостоятельного решения инженерных задач, развитие творческих способностей и освоение технической, нормативной и справочной литературой.

Курсовой проект должен содержать расчет и конструирование механических передач с достаточным числом деталей общего назначения для успешного освоения основ их проектирования. Силовые приводы цепных конвейеров (ПЦК) и ленточных транспортеров (ПЛТ), как правило, имеют необходимое количество таких деталей. Они включают в себя электродвигатель, муфты, открытые и закрытые (редукторы) передачи.

Вопросам проектирования зубчатых передач посвящена данная статья.

При этом необходимо отметить, что в отечественном редукторостроении экономически целесообразно применять в качестве материалов заэвтэктоидные стали с твердостью НВ ? 350. Вместе с тем, механические свойства термически обработанных сталей в значительной степени зависят от размеров и вида заготовок. И это вызывает значительные трудности у студентов при выборе материала (сталей) для изготовления зубчатых колес. Дело в том, что размеры колес определяются после установления основного параметра закрытых передач - межосевого расстояния для цилиндрических зубчатых передач или внешнего делительного диаметра для конических зубчатых передач. А основной параметр определяется в зависимости от контактной прочности материала колес, которая в свою очередь, зависит от марки стали, размеров и вида заготовки, а также применяемой термической обработки (ТО).

Аналогично для открытых цилиндрических передач основным параметром является нормальный модуль зацепления, который также зависит от марки стали, размеров, вида заготовки и применяемой ТО.

К сожалению, не только студенты, но и преподаватели не всегда могут заранее определить размеры заготовок необходимых для изготовления шестерни и зубчатого колеса.

Исходными данными для расчета зубчатых передач являются: передаточное число и моменты на валах передачи. Используя эти данные, а также средние значения передаточных отношений для передач и среднее значение допускаемых контактных напряжений и допускаемых напряжений изгиба для улучшаемых и нормализованных сталей нами предлагаются формулы для определения размеров заготовок.

Ориентировочно размеры заготовок определяют по следующим формулам:

? для прямозубых цилиндрических закрытых передач:

;

? для косозубых цилиндрических закрытых передач:

? для прямозубых конических закрытых передач:

? для прямозубых цилиндрических открытых передач:

где - диаметр заготовки шестерни;

- диаметр заготовки зубчатого колеса;

- передаточное число зубчатой передачи;

- момент на зубчатом колесе.

При этом необходимо помнить, что твердость материала шестерни должна быть выше твердости материала колеса:

зубчатый колесо заготовка шестерня

большие значения добавляют при больших передаточных числах.

В историческом аспекте известно, что основы науки «Детали машин» были полностью разработаны в 19 веке. В 20 веке получили распространение клиноременные передачи, разработаны поликлиноременные передачи и передачи зубчатым ремнем, а также волновые и шарико-винтовые передачи. В тоже время в течении 20-го века было выпущено огромное количество технической и учебной литературы по курсу «Детали машин». Разные авторы излагали свои взгляды и методики расчета деталей машин, не меняющие физической сущности, основой которых являются сведения из курса «Сопротивление материалов». Поэтому расчеты, выполненные по разным методикам, дают практически одинаковые результаты, имеющие незначительные расхождения.

Анализ данной литературы показал, что таблицы механических характеристик сталей для изготовления зубчатых колес «кочуют» из учебника в учебник лишь с небольшими изменениями и имеют три основных типа (таблицы 1, 2, 3).

Таблица 1 ? Механические свойства сталей, применяемых для изготовления зубчатых колёс [1]

Таблица 2 ? Свойства материалов, применяемых для изготовления зубчатых колёс [2]

Таблица 3 - Механические характеристики некоторых сталей для изготовления зубчатых колёс и других деталей [3]

* В графе «Термообработка» приняты следующие обозначения:

Н - нормализация, У - улучшение, ТВЧ - закалка токами высокой частоты

Анализируя табличные данные и резюмируя вышеизложенное, были сделаны следующие заключения:

1. По размерам заготовок: первый тип дает диаметры заготовки, которые нельзя определить заранее; второй тип дает предельные размеры заготовок, которые также нельзя определить заранее; третий тип дает эскизы заготовок и предельные размеры заготовок, которые также нельзя определить до полного расчета передачи.

2. По виду заготовки: первые два вида вообще не дают этот параметр, а третий дает только два вида - поковка и литьё. В то время как шестерни и вал-шестерни диаметром до 100 мм изготавливают из круглого проката.

3. По виду термообработки: первый тип дает нормализацию и улучшение, что соответствует твердости наиболее часто применяемой в редукторостроении, второй и третий тип добавляют улучшение + закалка ТВЧ, что редко используется в редукторостроении.

4. По виду твердости: первый тип дает конкретные значения, второй и третий тип дают диапазоны значений, что значительно увеличивает степень неопределенности для студентов.

В результате студенты выбирают стали и термообработку по принципу: «либо что попало, либо то, что сказал преподаватель». Данная ситуация является неприемлемой, так как студенты по данному вопросу не получают ни знаний, ни умений.

Проведя анализ современных марочников сталей, нами предлагается таблица механических характеристик сталей для изготовления зубчатых колес (таблица 4), позволяющая обучающимся, с учетом предложенного выше метода определения размеров заготовок, осознано подбирать материал для зубчатых передач в курсовом проектировании. Данная таблица предназначена для учебных целей и, ни в коем случае, не претендует на абсолютную истину.

Таблица 4 - Механические характеристики сталей для изготовления зубчатых колес

Список литературы

1 Курсовое проектирование деталей машин: учебное пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов/ С.А. Чернавский [и др.].- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 416 с.: ил..

2 Конструирование узлов и деталей машин: учебное пособие для студентов технических специальностей вузов / В.Ф. Дунаев, О.П. Леликов - 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия». - 2003. - 496 с.: ил.

3 Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - Калининград: Янтарный сказ, 2002. -454 с.: ил., черт.

Размещено на Allbest.ru