Расчёт зубчатых передач авиационного редуктора

Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)»

Радиотехнический факультет

Кафедра основ конструирования машин

Домашнее задание по расчёту зубчатых передач авиационного редуктора

Задание № ОКМ.005.008.000

Самара 2012



Задание: Спроектировать цилиндрический редуктор

Исходные данные принимают согласно номеру задания из сборника заданий кафедры ОКМ [1]. Кинематическая схема показана на рисунке 1.

Рисунок 1 Кинематическая схема редуктора

Ft - тяга несущего винта;

Fh - продольная сила несущего винта;

nдв - частота вращения двигателя;

nвых - частота вращения выходного вала;

Рвых - мощность на выходном валу;

th - срок службы редуктора;

l - расстояние от плоскости вращения винта вертолета.

Таблица 1 Исходные данные

Ft, кН	Fh, кН	nдв, мин-1	nвых, мин-1	Рвых, кВт	th, час	l, мм
22	1,2	1550	320	120	1750	400

Режим работы - постоянный.

Привод несущего винта вертолета состоит из двигателя, ременной передачи (на схеме не показаны) и одноступенчатого редуктора. Передаточное отношение привода распределить между ременной передачей и редуктором.

Расчетно-пояснительную записку оформляют согласно стандарту организации [2].

Рабочие чертежи оформляют согласно методическим указаниям [3].



Реферат

Курсовой проект.

Пояснительная записка: 13 с., 2 таблицы, 8 источников.

РЕДУКТОР, ПОДШИПНИК, ГАЙКА, БОЛТ, ВАЛ, КОРПУС, ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО.

Разработана конструкция редуктора для передачи и усиления крутящего момента с вала двигателя на винт. Выполнен кинематический, энергетический и расчёт редуктора вертолёта. Произведён подбор чисел зубьев зубчатых колёс, определены основные габариты передач, произведена проверка редуктора на контактную и изгибную прочность. Произведена оценка диаметров валов, рассчитаны силы в зацеплениях. Подобраны и рассчитаны на долговечность подшипники. Рассчитаны на прочность валы и шлицевые соединения.



Содержание

Введение

1. Кинематический и энергетический расчет редуктора

1.1 Определение общего передаточного отношения и распределение его по ступеням

1.2 Определение частот вращения валов редуктора

1.3 Определение к.п.д. ступеней и мощностей на валах

1.4 Определение крутящих моментов на валах

2. Расчет допускаемых напряжений

2.1 Выбор материала зубчатых колес и обоснование термической обработки

2.2 Определение допускаемых контактных напряжений

2.3 Определение допускаемых напряжений изгиба

Список использованных источников

Введение

Производственные процессы в большинстве отраслей народного хозяйства выполняют машины, и дальнейший рост материального благосостояния тесно связан с развитием машиностроения.

К важнейшим требованиям, предъявляемым к проектируемой машине, относятся экономичность в изготовлении и эксплуатации, удобство и безотказность обслуживания, надёжность и долговечность.

Для обеспечения этих требований детали должны удовлетворять ряду критериев, важнейшие среди которых - прочность, надёжность, износостойкость, жёсткость, виброустойчивость, теплостойкость, технологичность.

Зубчатые передачи в современной промышленности имеют большое значение. Благодаря высокому КПД они широко применяются в технике. Зубчатые передачи необходимо рассчитывать на контактную и изгибную прочность, выполнить проверочный расчёт валов, подшипников, резьбовых и шлицевых соединений.

Курсовой проект по деталям машин является первой конструкторской работой студента и, поэтому её значение весьма существенно. Изучение основ конструирования (проектирования) начинают с конструирования простейших узлов машин - приводов, редукторов. Опыт и знания, приобретенные студентом при конструировании этих узлов машин, являются основой для его дальнейшей конструкторской работы, а также для выполнения курсовых проектов по специальным дисциплинам и дипломного проекта.

1. Кинематический и энергетический расчёт редуктора

1.1 Определение общего передаточного отношения и распределение его по ступеням

Согласно заданию имеем частоту вращения валов

nдв = 1550 мин -1; nвых = 320 мин -1.

Общее передаточное число привода:

, где

uпр - передаточное число ременной передачи;

uред - передаточное число зубчатой передачи.

Примем =1,65…2,1, тогда:

1.2 Определение частот вращения всех элементов привода

Частота вращения входного вала I:



мин-1.

Частота вращения выходного вала II:

n2 = nвых = 320 мин-1.

1.3 Определение КПД ступени и мощности на валах

КПД конической передачи примем з1 = 0,97 .

Мощности на валах определяются по следующей формуле

, тогда:

P2 = Pвых = 120 кВт;

кВт.

1.4 Определение крутящих моментов на валах

Крутящие моменты на валах определяются по следующей формуле

, тогда:

крутящий момент на валу I:



= 1,5244•106 Н•мм,

крутящий момент на валу II:

= 3,5813•106 Н•мм.



2. Расчет допускаемых напряжений

2.1 Выбор материала зубчатых колёс и обоснование термической обработки

Так как передача авиационная, тяжело нагруженная и требует обеспечения высокой надёжности и малых значений массогабаритных характеристик, то для всех зубчатых колёс выбираем высокопрочную легированную сталь 12Х2Н4А с химико-термической обработкой цементацией на глубину 1,0...1,2 мм с последующей закалкой, заготовка штамповка. Механические свойства приведены в таблице 2:

Таблица 2 Механические свойства стали

Марка стали	Вид термообработки	Механические характеристики
		Твердость зубьев	Предел прочности ув, МПа	Предел текучести ут, МПа
		На поверхности	В сердцевине
12Х2Н4А	Цементация	HRC 58…63	HRC 35…40	1200	1000

2.2 Определение допускаемых контактных напряжений

Допускаемые контактные напряжения для каждого зубчатого колеса определяются по формуле:

,где

уH limb - базовый предел контактной выносливости, МПа;

SH - коэффициент безопасности по контактным напряжениям;

kHL - коэффициент долговечности.

Для сталей поверхностной закалки, цементированных (неоднородная структура по объёму) коэффициент безопасности SH = 1,2.

Для стали 12Х2Н4А твёрдость поверхности составит 58…63 HRC. Принимаем HRC = 60.

Базовый предел контактной выносливости поверхности цементированных зубьев всех колёс:

уH limb = 23HRC = 23·60 = 1380 МПа.

Коэффициенты долговечности при расчёте по контактным напряжениям определяются по формуле

, где

NHО - базовое число циклов перемены контактных напряжений,

NHЕ - эквивалентное число циклов перемены контактных напряжений.

При большой длительности эксплуатации, когда NHE > NHO, вводится ограничение kHL ? 1. При кратковременной работе передачи значение коэффициента долговечности также ограничивается - kHL < 1,8 (при поверхностном упрочнении материала).

При твёрдости поверхности зубьев HRC ? 56 имеем NHO = 12·107.

Эквивалентное число циклов перемены контактных напряжений определяется по формуле

NHEj = 60 cj nj th , где

cj - число нагружений зуба за один оборот j-го зубчатого колеса;

nj - частота вращения j-го зубчатого колеса, об/мин;

th - долговечность, час.

Рассчитаем эквивалентное число циклов перемены контактных напряжений для зубчатых колёс 1 и 2:

Для шестерни 1:

c1=1; nj=n1;

NHE1 = 60 c1n1th = 60•1•775•1600 = 7,44•107.

Для зубчатого колеса 2:

c2 = 1; nj = n2;

NHE2 = 60 c2n2th = 60•1•320•1600= 3,072•107.

Коэффициенты долговечности по контактным напряжениям:

= 1,083;

=1,255.

Тогда допускаемые контактные напряжения будут равны:

=1245,45 МПа;

=1443,25 МПа.

В качестве расчётных допускаемых напряжений для каждой пары зубчатых колёс принимаем наименьшее значение из двух полученных:

[уН ]12 =1245,45 МПа.



2.3 Определение допускаемых напряжений изгиба

Допускаемое напряжение изгиба для каждого зубчатого колеса определяется по формуле

, где

уF limb - базовый предел выносливости по изгибу, МПа;

SF - коэффициент безопасности по напряжениям изгиба;

kFL - коэффициент долговечности;

kFC - коэффициент, учитывающий условия нагружения зуба.

Базовый предел выносливости по изгибу для цементированных зубьев принимаем уF limb = 800 МПа.

Так как поломка зуба является катастрофическим видом разрушения, то запасы прочности по напряжениям изгиба принимаются достаточно большим - SF = 1,8.

Базовое число циклов перемены напряжений будет NFО = 4·106.

Коэффициенты долговечности при расчёте по напряжениям изгиба

определяются по формуле

, где

NFО - базовое число циклов перемены напряжений изгиба,

NFЕ - эквивалентное число циклов перемены напряжений изгиба.

При большой длительности эксплуатации, когда NFЕ > NFО, вводится ограничение kFL ? 1. При кратковременной работе передачи значение коэффициента долговечности также ограничивается - kHL <1,63 (для закалённых передач).

Эквивалентное число циклов перемены напряжений изгиба определяется по формуле

NFEj = 60 c j nj t h , где

cj - число нагружений зуба за один оборот j-го зубчатого колеса;

nj - частота вращения j-го зубчатого колеса, об/мин;

th - долговечность, час.

Рассчитаем эквивалентное число циклов перемены напряжений изгиба для зубчатых колёс 1 и 2:

Для шестерни 1:

c1=1; nj= n1;

NFE1 = 60 c1n1th = 60•1•775•1600 = 74,4•106;

Для зубчатого колеса 2:

c2=1; nj=n2;

NFE2 = 60 c2n2th = 60•1•320•1600 = 30,72•106.

Коэффициенты долговечности по напряжениям изгиба:

= 0,723;

Принимаем kFC1 = kFC2 = 1,0.

Тогда допускаемые напряжения изгиба будут равны:

=444,444 МПа

=444,444 МПа.

редуктор винт двигатель



Список использованных источников

1. Силаев Б.М. Кинематические схемы авиационных приводов [Текст]: метод. указания / Б.М. Силаев, Е.П. Жильников, М.И. Курушин [и др.]. - Самара: СГАУ, 2008. - 46 с.

2. СТО СГАУ 02068410-004-2007. Общие требования к учебным текстовым документам [Текст]. - Самара: СГАУ, 2007. - 34 с.

3. Балякин В.Б. Оформление рабочих чертежей при курсовом проектировании [Текст]: метод. указания / В.Б. Балякин, В.Н. Васин, А.Н. Тихонов. - Самара: СГАУ, 2004. - 40 с.

4. Силаев Б.М. Расчет и конструирование деталей авиационных механических передач [Текст]: учебно-справочное пособие / Б.М. Силаев. - Самара: Изд-во СГАУ, 2008. - 150 с.

5. Жильников Е.П. Курсовое проектирование по деталям машин для авиационных специальностей [Текст]: метод. указания / Е.П. Жильников, Б.М. Силаев, В.П. Тукмаков. - Самара: Изд-во СГАУ, 2008. - 32 с.

6. Жильников Е.П. Кинематический и энергетический расчет авиационных редукторов [Текст]: метод. указания / Е.П. Жильников, В.П. Тукмаков. - Самара: СГАУ, 2008. - 24 с.

7. Жильников Е.П. Определение допускаемых напряжений при расчете зубчатых передач [Текст]: метод. указания / Е.П. Жильников, В.П. Тукмаков. - Самара: СГАУ, 2008. - 24 с.

8. Балякин В.Б. Расчёт и проектирование валов, осей и опор качения авиационных редукторов [Текст]: пособие по расчету на прочность / В.Б. Балякин, Е.П. Жильников. - Самара: Изд-во СГАУ, 2007. - 72 с.

Размещено на Allbest.ru

...