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

Цели курсового проектирования, формирование практических навыков и умения самостоятельного решения инженерных задач, развитие творческих способностей. Исследование вопросов проектирования и выбора материалов для зубчатых передач, применяемых в редукторах.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 02.04.2019
Размер файла 36,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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,

Пояркова Е.В.

д-р техн. наук, доцент

Оренбургский государственный университет

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:

материал зубчатое колесо проектирование

;

? 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:

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]

Марка стали

Диаметр заготовки, мм

Предел прочности в, МПа

Предел текучести т, МПа

Твёрдость НВ (средняя)

Термообработка

45

100-500

570

290

190

Нормализация

45

До 90

90-120

Св. 120

780

730

690

440

390

340

230

210

200

Улучшение

30ХГС

До. 140

Св. 140

1020

930

840

740

260

250

40Х

До 120

120-160

Св. 160

930

880

830

690

590

540

270

260

245

40ХН

До 150

150-180

Св. 180

930

880

835

690

590

540

280

265

250

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

Марка стали

Термообработка

Предельные размеры заготовки, мм

Твердость зубъев

в,

МПа

Dпр

Sпр

В сердцевине

На поверхности

45

Улучшение

Улучшение

125

80

80

50

235-262 НВ

269-302 НВ

235-262 НВ

269-302 НВ

540

650

40Х

Улучшение

Улучшение

Улучшение и закалка ТВЧ

200

125

125

125

80

80

235-262 НВ

269-302 НВ

269-302 НВ

235-262 НВ

269-302 НВ

45-50 НRC

640

750

750

40ХН,

35ХМ

Улучшение

Улучшение

Улучшение и закалка ТВЧ

315

200

200

200

125

125

235-262 НВ

269-302 НВ

269-302 НВ

235-262 НВ

269-302 НВ

48-53 HRC

630

750

750

40ХНМА,

38Х2МЮА

Улучшение и азотирование

125

80

269-302 НВ

50-56 HRC

780

20Х,

20ХН2М,

18ХГТ,

12ХН3А,

25ХГМ

Улучшение, цементация и закалка

200

125

300-400 НВ

56-63 HRC

800

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

Марка стали

Вид заготовки

Заготовка шестерни

Dпр, мм

Заготовка колеса

Sпр,мм

Термо-обра-ботка*

Твёрдость заготовки (зубьев)

в

t

поверхности

сердцевины

Н/мм2

35

40

45

45

45

40Х

40Х

40Х

40ХН

40ХН

40ХН

35ХМ

35ХМ

35ХМ

35Л

40Л

45Л

40ГЛ

Поковка

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

Литьё

*

*

*

Любые р-ры

120

Любые р-ры

125

80

200

125

125

315

200

200

315

200

200

Любые р-ры

*

315

315

Любые р-ры

60

Любые р-ры

80

50

125

80

80

200

125

125

200

125

125

Любые р-ры

*

200

200

Н

У

Н

У

У

У

У

У+ТВЧ

У

У

У+ТВЧ

У

У

У+ТВЧ

Н

Н

У

У

163…192 НВ

192…228 НВ

179…207 НВ

235…262 НВ

269…302 НВ

235…262 НВ

269…302 НВ

550

700

600

780

890

790

900

900

800

920

920

800

920

920

550

520

680

850

270

400

320

540

650

640

750

750

630

750

750

670

790

790

270

295

440

600

235

300

260

335

380

375

410

410

380

420

420

380

420

420

235

225

285

365

45…50 HRC

269…302 HB

235 …262 HB

269 …302 HB

48…53 HRC

269…302 HB

235…262 HB

269…302 HB

48…53 HRC

269…302 HB

163…207 HB

147 HB

207…235 HB

235…269 HB

* 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

Марка стали

Диаметр мм, вид заготовки

Предел прочности Н/мм2

Предел текучести Н/мм2

Твердость (средняя) НВ

Термообработка

40

100-300, поковка

470

245

165

Нормализация

45

100-300, поковка

530

275

175

50

100-300, поковка

570

315

185

40

До 90, прокат

780

630

220

Улучшение

45

До 90, прокат

820

570

230

90-120, прокат

750

545

210

Св. 130, поковка

680

425

200

30ХГС

До 80, прокат

860

730

250

Св. 80, поковка

785

625

225

40Х

До 100, прокат

980

780

270

100-200, поковка

860

720

260

40ХН

До 100, прокат

980

785

280

100-300, поковка

910

760

265

35ХМ

До 100, прокат

950

840

300

До 300, поковка

780

590

260

40ХН2МА

До 100, прокат

1070

950

310

Св 100, поковка

960

860

265

40Л

Св. 300, литье

475

260

160

Нормализация

45Л

Св. 300, литье

520

290

180

40Л

Св. 300, литье

550

350

170

Улучшение

45Л

Св. 300, литье

550

320

190

35ГЛ

Св. 300, литье

600

350

200

30ГСЛ

Св. 300, литье

650

400

210

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

...

Подобные документы

  • Классификация зубчатых передач по эксплуатационному назначению. Система допусков для цилиндрических зубчатых передач. Методы и средства контроля зубчатых колес и передач. Приборы для контроля цилиндрических зубчатых колес, прикладные методы их применения.

    реферат [31,5 K], добавлен 26.11.2009

  • Виды зубчатых передач. Параметры цилиндрических зубчатых передач внешнего зацепления. Виды разрушения зубьев. Критерии расчета зубчатых передач. Выбор материалов зубчатых колес и способов термообработки. Допускаемые напряжения при пиковых нагрузках.

    курс лекций [2,2 M], добавлен 15.04.2011

  • Расширение технологических возможностей методов обработки зубчатых колес. Методы обработки лезвийным инструментом. Преимущества зубчатых передач - точность параметров, качество рабочих поверхностей зубьев и механических свойств материала зубчатых колес.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 23.02.2009

  • Материал для изготовления зубчатых колес, их конструктивные и технологические особенности. Сущность химико-термической обработки зубчатых колес. Погрешности изготовления зубчатых колес. Технологический маршрут обработки цементируемого зубчатого колеса.

    реферат [16,6 K], добавлен 17.01.2012

  • Требования предъявляемые зубьям шестерен. Термическая обработка заготовок. Контроль качества цементованных деталей. Деформация зубчатых колес при термической обработке. Методы и средства контроля зубчатых колес. Поточная толкательная печь для цементации.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.01.2016

  • Виды повреждений зубчатых колес и причины их возникновения. Типы поверхностных макроразрушений материала зубьев. Зависимость между твердостью рабочих поверхностей зубьев и характером их повреждений. Расчет нагрузочной способности зубчатых колес.

    реферат [24,1 K], добавлен 17.01.2012

  • Расчет мощностей, передаточного отношения и крутящих моментов. Выбор материала зубчатых колес и определение допускаемых напряжений. Геометрический расчет зубчатых передач с внешним зацеплением. Расчет валов на выносливость. Проверка прочности шпонок.

    курсовая работа [375,4 K], добавлен 16.12.2013

  • Выбор материала и термообработки зубчатых колес. Допускаемые контактные напряжения. Тихоходная и быстроходная ступень. Допускаемые напряжения на изгиб. Расчет зубчатых передач. Уточненный расчет подшипников (для тихоходного вала) для электродвигателя.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 28.07.2010

  • Особенности безмашинного проектирования. Основы проектирования плавильных отделений литейных цехов. Автоматизированные системы проектирования смежных объектов. Методы и алгоритмы выбора и размещения объектов при проектировании; конфигурации соединений.

    курсовая работа [125,4 K], добавлен 20.05.2013

  • Понятие об автоматизированном проектировании зубчатых передач. Особенности их проектирования при помощи комплекса "Компас. Формирование алгоритма многокритериальной оптимизации редуктора. Решение задачи многокритериальной оптимизации параметров на ПЭВМ.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 06.03.2016

  • Расчет и проектирование двухступенчатого цилиндрического редуктора. Определение основных элементов зубчатых передач по ступеням: расчет на контактную и изгибную прочность зубчатых колес, позволяющий определить модули колес. Выбор подшипников качения.

    курсовая работа [467,2 K], добавлен 10.05.2011

  • Выбор материала и определение допускаемых напряжений для зубчатых передач. Силы в зацеплении зубчатых колес. Расчет промежуточной цилиндрической зубчатой передачи. Расчет валов, выбор подшипников качения. Проверочный расчет подшипников тихоходного вала.

    курсовая работа [92,8 K], добавлен 01.09.2010

  • Определение мощности передачи и выбор электродвигателя. Определение передаточных отношений редуктора. Расчет зубчатых передач, угловых скоростей валов. Выбор материалов зубчатых колес и вида термообработки. Крутящие моменты. Подбор соединительных муфт.

    курсовая работа [255,2 K], добавлен 23.10.2011

  • Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя. Определение параметров приводного вала. Расчет цилиндрических зубчатых передач на прочность. Выбор материала и вида термообработки зубчатых колес. Расчет валов; выбор подшипников, шпонок, муфты.

    курсовая работа [177,3 K], добавлен 13.02.2016

  • Производительность ленточного конвейера. Выбор материала зубчатых колес. Кинематический и силовой расчет привода. Расчет цилиндрических зубчатых передач. Валы, соединения вал-ступица. Подбор и проверка шпонок. Проверочный расчет подшипников качения.

    курсовая работа [628,1 K], добавлен 14.03.2014

  • Типовые технологические маршруты изготовления зубчатых колес и влияние технологических факторов на динамику, виброактивность, ресурс и надежность работы передач. Оценка качества поверхностного слоя зубьев и основные операции процесса их изготовления.

    реферат [21,7 K], добавлен 01.05.2009

  • Зубчатые механизмы, в которых движение между звеньями передается последовательным зацеплением зубьев. Классификация зубчатых передач. Элементы теории зацепления передачи. Геометрический расчет эвольвентных прямозубых передач. Конструкции зубчатых колес.

    презентация [462,9 K], добавлен 24.02.2014

  • Рассмотрение устройства и назначения зубчатых колес; их классификация по технологическому признаку. Нормативные показатели кинематической точности, плавности работы колеса и контактов зубьев. Методы формообразования и отделочной обработки детали.

    презентация [1,9 M], добавлен 05.11.2013

  • Выбор электродвигателя, кинематические расчеты. Определение вращающего момента на валах редуктора. Расчеты зубчатых колес, валов. Выбор подшипников, муфты, материала; эскизное проектирование. Конструктивные параметры зубчатых колес, корпуса редуктора.

    курсовая работа [215,3 K], добавлен 26.06.2016

  • Энергетический и кинематический расчет привода, выбор материала, определение допускаемых напряжений для зубчатых передач. Расчет и выбор тихоходной и быстроходной зубчатых передач, валов, подшипников качения, шпоночных соединений, муфт; смазка редуктора.

    курсовая работа [173,4 K], добавлен 08.09.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.