Расчет передач механизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ

КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: «Оборудование перерабатывающих и пищевых производств»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Стандартизация конструкторской и технической документации»

Керчь, 2013

Содержание

1. Текстовая часть

1.1 Расчет закрытых передач

1.2 Расчет червячной передачи

1.3 Описание деталей

1.3.1 Втулка передвижная

1.3.2 Кольцо

1.3.3 Крышка

1.3.4 Диск

Список использованной литературы

1. Текстовая часть

1.1 Расчет закрытых передач

В силовых передачах основным материалом для изготовления зубчатых колес являются стали. Сталь имеет высокие механические свойства, допускает изготовление заготовок для деталей путем ковки, штамповки, проката и отливки. Она имеет хорошую обрабатываемость на металлорежущих станках, может подвергаться термообработке и термохимической обработке.

При выборе материала необходимо учитывать тот факт, что при работе в зависимости от передаточного числа передачи шестерня совершает в несколько раз больше оборотов, чем колесо. Соответственно за один и тот же промежуток времени ее зубья на столько же чаще войдут в контакт с зубьями колеса. Таким образом, при одинаковой твердости материала зубья шестерни будут изнашиваться намного быстрее, чем зубья колеса. Чтобы износ зубьев шестерни и колеса был равномерный, а также для лучшей прирабатываемости при выборе материала для зубчатых колес средняя твердость материала шестерни берется несколько больше средней твердости материала колеса , исходя из условия: .

Характеристики выбранного материала заносим в таблицу 1.

Таблица 1

	Марка стали	Средняя твердость	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа
Шестерня (1) Колесо (2)	Сталь 45 Сталь 45	230 200	780 690	440 340

Допускаемые контактные напряжения

(1)

где - допускаемые контактные напряжения материала соответственно для шестерни и колеса, соответствующие пределу контактной выносливости материала при базовом числе циклов, Н/мм;

- коэффициент долговечности зубьев.

(2)

зубчатый колесо напряжение шестерня

Для шестерни: .

Для колеса: .

(3)

где - число циклов перемены напряжений соответствующее пределу выносливости материала шестерни и колеса в зависимости от их твердости;

- число циклов перемены напряжений зубьев шестерни и колеса.

(4)

Для шестерни: .

Для колеса: .

 (5)

где - частота вращения вала червячного колеса, об/мин;

и - крутящий момент и соответствующее им время работы;

- максимальный из действующий моментов.

Суммарное время работы определяется по формуле:

(6)

где - срок службы передачи в часах.

(7)

где L - срок службы передачи в годах;

- коэффициент использования передачи в годах;

- коэффициент использования передачи в сутках.

.

Для шестерни:

.

.

Для колеса:

.

.

При определении коэффициента долговечности зубьев для нормализированных или улучшенных сталей с твердостью НВ?350 справедливо: 1??2,6.

Если при расчетах значение получилось меньше единицы, то необходимо принять =1.

Принимаем ==1.

Для шестерни:

Для колеса:

Допускаемые изгибные напряжения

(8)

где - допускаемые изгибные напряжения материала соответственно для шестерни и колеса соответствующие пределу изгибной выносливости материала при базовом числе циклов, Н/мм;

- коэффициент долговечности зубьев.

(9)

Для шестерни:

Для колеса:

(10)

где - число циклов перемены напряжений соответствующее пределу выносливости материала, для всех сталей =

- число циклов перемены напряжений зубьев шестерни и колеса.

Значения и берем соответственно из пункта 1.1.2.

Для шестерни:

Для колеса:

При определении коэффициента долговечности зубьев по изгибным напряжениям для нормализированных или улучшенных сталей с твердостью НВ?350 справедливо: 1??2,08.

Если при расчетах значение получилось меньше единицы, то необходимо принять =1.

Принимаем ==1.

Для шестерни:

Для колеса:

Для реверсивных передач найденные значения допускаемых напряжений изгиба необходимо уменьшить на 25%.

Для шестерни:

Для колеса:

1.2 Расчет червячной передачи

Для изготовления червяка применяют сталь 45. После изготовления производится поверхностная закалка.

Червячное колесо изготавливается составным. Ступица и сам диск изготавливается из стали 45, а материал зубчатого венца выбирается в зависимости от скорости скольжения.

 (11)

где - число оборотов тихоходного вала, об/мин;

U - передаточное число червячной передачи;

- крутящий момент на тихоходном валу, .

.

Выбираем материал венца СЧ15, способ отливки - в землю, предел прочности =315 МПа.

Число заходов червяка и число зубьев червячного колеса

Число заходов червяка определяется в соответствии с передаточным числом.

Для передаточного числа U=25 число заходов червяка .

Число зубьев червячного колеса определяется по формуле:

(12)

.

Допускаемые контактные напряжения

Допускаемые контактные напряжения рассчитываются в зависимости от материала по формуле:

(13)

.

Рассчитаем коэффициент долговечности по контактным напряжениям по формуле:

 (14)

где N - число циклов перемены напряжений зубьев колеса (определяем по формуле (5)).

По формулам (6) и(7) определяем суммарное время работы и срок службы передачи в часах.

.

.

При определении коэффициента долговечности зубьев червячного колеса справедливо: .

Принимаем .

Допускаемые напряжения изгиба

Расчет допускаемых изгибных напряжений зависит от выбранного материала и режима работы передачи (реверсивная).

(15)

где - коэффициент долговечности по изгибным напряжениям.

(16)

При определении коэффициента долговечности зубьев червячного колеса справедливо: .

.

.

При реверсивной работе червячной передачи, допускаемые изгибные напряжения необходимо уменьшить на 25%.

.

Межосевое расстояние

(17)

где - крутящий момент на тихоходном валу (вал червячного колеса).

.

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного =200мм.

Коэффициент диаметра червяка

(18)

.

Из найденного диапазона принимаем стандартное значение q=12.5.

Модуль червячной передачи

(19)

.

Полученное значение округляем до стандартного значения m=6.3.

Уточненное значение коэффициента диаметра червяка

Так как принятому значению модуля m соответствует стандартный коэффициент диаметра червяка q, то все дальнейшие расчеты ведем по этим двум значениям.

Делительный диаметр червяка и червячного колеса

- для червяка:

(20)

;

- для червячного колеса:

(21)

Проверка прочности по контактным напряжениям

Фактическая скорость скольжения

(22)

.

Материал зубьев червячного колеса

Согласно фактической скорости скольжения материал зубьев червячного колеса - СЧ18, способ отливки - в землю, предел прочности =355 МПа.

Уточненное значение допускаемых контактных напряжений.

Согласно фактического материала (подпункт 1.2.10.2) и фактической скорости скольжения (подпункт 1.2.10.3), уточненное значение допускаемых контактных напряжений определяется по формуле

(23)

.

Окружная скорость в точках делительного диаметра колеса

(24)

.

Проверка выполнения условия прочности по контактным напряжениям

(25)

где F - окружная сила в зацеплении, Н;

K - коэффициент нагрузки. При V?3м/с К=1.

(26)

.

При проверке выполнения прочности по контактным напряжениям необходимо определить отклонение расчетного значения от допускаемого :

(27)

означает, что имеет место перегрузка передачи.

Основные параметры червячной передачи

Коэффициент полезного действия

(28)

где г - делительный угол подъема винтовой линии;

ц - угол трения. При .

(29)

.

Делительный диаметр

- для червяка:

(30)

;

- для червячного колеса:

(31)

Диаметр вершин

-для червяка:

(32)

- для червячного колеса:

(33)

Диаметр впадин

- для червяка:

(34)

- для червячного колеса:

(35)



Длина нарезанной части червяка

(36)

.

Принимаем длину нарезанной части червяка

Наибольший диаметр и ширина червячного колеса

При числе заходов червяка наибольший диаметр червячного колеса рассчитывается по формуле:

(37)

А ширина червячного колеса рассчитывается по формуле:

(38)

.

Принимаем

Межосевое расстояние передачи

(39)

. (40)

Значения, найденные по обеим формулам, должны совпадать.

;

.

197мм = 197 мм.

Из этого следует, что расчет произведен верно.

Диаметр отверстия для установки на вал

- для червяка:

(41)

где - крутящий момент на быстроходном валу, Нм.

- допускаемые касательные напряжения вала. =20Н/мм.

- для червячного колеса:

(42)

Диаметр ступицы колеса

(43)

Внутренний диаметр обода колеса

(44)

Внутренний диаметр венца (посадочный)

 (45)

Толщина диска колеса

(46)

Диаметр облегчающих отверстий на диске колеса

(47)

Диаметр расположения облегчающих отверстий

(48)

Длина ступицы колеса

(49)

При выборе длины ступицы необходимо соблюдение условия .

75 мм ? 65 мм.

Коэффициент прочности зуба червячного колеса по местным напряжениям =1,45 определяем по эквивалентному числу зубьев

 (50)

.

Проверка выполнения условия прочности на изгиб

(51)

где К - коэффициент нагрузки;

- окружная сила на червячном колесе;

- ширина червячного колеса;

m - модуль зацепления.

.

(52)

.

означает, что имеет место недогрузка передачи.

1.3 Описание деталей

1.3.1 Втулка передвижная

Втулка -- деталь машины, механизма, прибора цилиндрической или конической формы (с осевой симметрией), имеющая осевое отверстие, в которое входит сопрягаемая деталь.

Для данной детали задан материал Ст20Х. Область применения данного материала: втулки, шестерни, обоймы, гильзы, диски, плунжеры, рычаги и другие детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины; детали работающие в условиях износа при трении. Свариваемость: сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки.

Предел текучести не менее 230 МПа.

Временное сопротивление разрыву = 490-690МПа..

Относительное удлинение вдоль - 18, поперек - 15.

Для внутреннего диаметра 41 мм выбираем квалитет Н7 (табл. 2, стр. 27, [2]), а для наружной поверхности, сопрягающейся с кольцом - Н10.

Для диаметра 41 мм подходит три параметра шероховатости: 3,2; 1,6; 0,8 (табл.20, стр.233, [2]). Выбираем шероховатость Ra=1,6. Для наружной поверхности подходит следующие шероховатости: 6,3; 3,2; 1,6. Выбираем Ra=3,2.

Выбираем за базу (А) ось одного из отверстий. Допуск параллельности осей отверстий - 0,06 мм (табл. 2.28, стр. 414, [3]).

Неуказанные предельные отклонения размеров механически обработанной части детали: диаметров - по Н14, h14, остальных .

1.3.2 Кольцо

Для данной детали определен материал Ст3. Классификация: сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества. Область применения: несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах.

Допускаемое напряжение на растяжение=14кг/мм2;на сжатие=14кг/мм².

Е = 200 ГПа; st = 240 МПа; sв =450 МПа.

Т. к. кольцо - деталь, сопрягаемая со втулкой, то для внутреннего диаметра 41 мм выбираем квалитет Н7 (табл. 2, стр. 27, [2]), а для наружной поверхности - Н10.

Для диаметра 41 мм выбираем шероховатость Ra=1,6 (табл.20, стр.233, [2]), а для наружной сопрягаемой поверхности - Ra=3,2.

Выбираем за базу (А) ось одного из отверстий. Допуск параллельности осей отверстий - 0,06 мм (табл. 2.28, стр. 414, [3]).

Неуказанные предельные отклонения размеров детали: диаметров - по Н14, h14, остальных .

1.3.3 Крышка

Крышка - это деталь машины, которая закрывает корпус и внутри которой помещают элементы передачи. В данном случае в корпус с крышкой помещается вал и кольцо СП42-29-5 ГОСТ 6308-71.

Для данной детали определен материал - сталь Ст5. Эта сталь имеет аналогичные качества со сталью Ст3.

Т.к. крышка сквозная для подшипника качения образует неответственное соединение, то предпочтительный квалитет для ее внутренних диаметров 30 и 40 мм - Н11, а для внутреннего размера 41 мм - Н12.

Назначаем параметр шероховатости Ra на внутренний размер 41 мм (табл. 18, стр. 230, [2]). Для этого размера подходит два параметра шероховатости - 12,5 и 6,3 (табл. 20, стр. 233, [2]). Выбираем Ra=6,3. Для поверхности крышки, сопрягающейся с подшипником качения, выбираем шероховатость Ra=0,63 (табл. 8, стр. 355, [1]).

Предельные отклонения размеров: валов - h14, отверстий H14, остальных - .

1.3.4 Диск

Для данной детали назначен материал СЧ 18 - 36. Серый чугун - чугун, в котором большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита. Серый чугун мягок, хорошо обрабатывается режущим инструментом, в изломе имеет темно-серый цвет. Температура плавления серого чугуна - 1100-1250 С.

Предел прочности при растяжении , МН/м² (кгс/мм²)=180 (18).

Предел прочности при изгибе , МН/м² (кгс/мм²)=360(36).

Твердость по Бринеллю = 170…229.

Для внутреннего диаметра 24 мм назначаем квалитет Н7, т.к. он образует ответственное соединение. Для наружного поверхности диска назначаем квалитет Н11.

Для диаметра 24 мм выбираем шероховатость Ra=0,8 (табл. 20, стр. 233, [2]). Для наружного диаметра 41 мм, сопрягающегося с внутренним диаметров втулки назначаем Ra=1,6. Для наружной поверхности 37 мм выбираем шероховатость Ra=6,3.

Выбираем за базу (А) ось одного из отверстий. Допуск параллельности осей отверстий - 0,2 мм (табл. 2.28, стр. 414, [3]).

Предельные отклонения размеров: валов - h14, отверстий H14, остальных - .

Список использованной литературы

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.: с ил.

2. Белкин И.М. Допуски и посадки (Основные нормы взаимозаменяемости): Учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей высших технических заведений. - М.: Машиностроение, 1992 - 528 с.: ил.

3. Мягков В.Д., Палей М.А., Романов А.Б., Брагинский В.А. Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982. - Ч. 1. 543 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...