Расчет червячной передачи

Министерство аграрной политики Украины

Государственный комитет рыбного хозяйства Украины

Керченский государственный морской технологический университет

Кафедра: «Оборудование пищевых и рыбоперерабатывающих производств»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Стандартизация конструкторской и технологической документации»

Выполнил ст. гр. ДМА-3

Руководитель работы: Яшонков А.А.

2012 г.

1. Текстовая часть

.1 Расчет закрытых передач

червячный передача зубчатый колесо

1.1.1 Выбор материала

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. По назначению стали можно разделить на конструкционные и инструментальные.

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

1.1.2 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)

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:

.1.3 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 =  циклов

- число циклов перемены напряжений зубьев шестерни и колеса.

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:

.2 Расчет червячной передачи

.2.1 Выбор материала

Для изготовления червяка применяют сталь 45. После изготовления

Производится объемная 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 nT - число оборотов тихоходного вала, об/мин;

U - передаточное число червячной передачи;

Tч- крутящий момент на тихоходном валу, Н м.

Выбираем материал венца СЧ18, способ отливки в землю, предел прочности =355 МПа.

.2.2 Число заходов червяка и число зубьев червячного колеса

Число заходов червяка определяется в соответствии с передаточным числом.

Для передаточного числа U=28 число заходов червяка .

Число зубьев червячного колеса определяется по формуле:

 (12)

.2.3 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:

.2.4 Допускаемые напряжения изгиба

Способ расчета допускаемых изгибных напряжений зависит от выбранного материала и режима работы передачи (нереверсивная).

 (15)

где  - коэффициент долговечности по изгибным напряжениям.

 (16)

При определение коэффициента долговечности зубьев червячного колеса справедливо : .

1.2.5 Межосевое расстояние

 (17)

где Тт - крутящий момент на тихоходном валу.

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного

=200мм.

.2.6 Коэффициент диаметра червяка

 (18)

Из найденного диапазона значений принимаем стандартное значение q=12.5.

.2.7 Модуль червячной передачи

 (19)

Полученное значение округляем до стандартного значения m=6.3.

1.2.8 Уточненное значение коэффициента диаметра червяка

Принятому значению модуля m соответствует стандартный коэффициент диаметра червяка q

.2.9 Делительный диаметр червяка и червячного колеса:

Для червяка:

 (20)

;

Для червячного колеса:

 (21)

1.2.10 Проверка прочности по контактным напряжениям

Фактическая скорость скольжения:

 (22)

.

Так как фактическая скорость приблизительно равна ранее рассчитанной, то материал венца остается тот же - СЧ 18

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)

.2.11 Основные параметры червячной передачи

Коэффициент полезного действия:

 (28)

где γ - делительный угол подъема винтовой линии;

φ - угол трения. Принимаем

 (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)

Наибольший диаметр и ширина червячного колеса

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

 (37)

Ширина червячного колеса рассчитывается по формуле:

 (38)

Принимаем B2= 70 мм

Межосевое расстояние передачи:

 (39)

. (40)

Значения, найденные по обеим формулам, должны совпадать.

Условие равенства выполнено: 215 мм = 215 мм

Следовательно расчет выполнен верно.

Диаметр отверстия для установки на вал:

для червяка:

 (41)

где Тб - крутящий момент на быстроходном валу, Нм.

 (мм)

для червячного колеса:

 (42)

 (мм)

Диаметр ступицы колеса:

 (43)

Внутренний диаметр обода колеса:

 (44)

Внутренний диаметр венца (посадочный):

 (45)

Толщина диска колеса:

 (46)

=21 (мм)

Диаметр облегчающих отверстий на диске колеса:

 (47)

Диаметр расположения облегчающих отверстий:

 (48)

Длина ступицы колеса

 (49)

При выборе длины ступицы необходимо соблюдение условия:

Условие  выполнено.

Проверка прочности зубьев на изгиб

Коэффициент прочности зуба по местным напряжениям

Коэффициент прочности зуба червячного колеса по местным напряжениям =1,4 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).

 -недогрузка передачи. При проверке условия прочности на изгиб недогрузка передачи не нормируется.

1.3 Описание деталей

Поводок

Выбор материала

Деталь Поводок изготовлена литьем из стали марки Ст 3 ГОСТ 380-94.

Обозначим основные свойства используемого материала согласно таблице 1а (стр.83[2])

Временное сопротивление ϭв= 370 - 480 Н/мм2

Предел текучести ϭт = 245 Н/мм2

Относительное удлинение δs = 26 мм

Для изготовления детали Поводок используется данная марка стали, так как эксплуатационные свойства детали не требует большой прочности при применении. Ст3 часто используется для изготовления литых заготовок, чему и соответствует Поводок.

Допуски на размеры

Устанавливаем допуски на размеры внутренних метрических резьб - 6H согласно таблице 5 (стр. 366[1]), таким образом получаем: М12-6H, M6-6H.

Остальным поверхности, которые являются не контактными или менее ответственными при использовании детали, допуски на них установлены техническими требованиями к детали и соответствуют 14 квалитету (h14, H14, ± IT14/2)

Шероховатость поверхностей

На все резьбовые поверхности устанавливаем шероховатость Ra 3,2. Шероховатость остальных поверхностей Ra25.

Технические требования

В технических требованиях к детали входят неуказанные предельные отклонения размеров и неуказанные радиусы скруглений.

Гайка

Выбор материала

Деталь Гайка изготовлена прокатом из стали марки Ст 5 ГОСТ 380-94 с использованием сортаментного материала с профилем квадратного сечения.

Обозначим основные свойства используемого материала согласно таблице 1а (стр.83[2])

Временное сопротивление ϭв= 490 - 630 Н/мм2

Предел текучести ϭт = 285 Н/мм2

Относительное удлинение δs = 20 мм

Допуски на размеры

Устанавливаем допуски на размер внутренней метрической резьбы - 6H согласно таблице 5 (стр. 366[1]), таким образом получаем: М12-6H.

Остальным поверхности, которые являются не контактными или менее ответственными при использовании детали, допуски на них установлены техническими требованиями к детали и соответствуют 14 квалитету (h14, H14, ± IT14/2)

Шероховатость поверхностей

На резьбовую поверхность устанавливаем шероховатость Ra 3,2. На грани детали Гайка устанавливаем шероховатость, которая не требует обработки (снятия) поверхностного слоя металла. Шероховатость остальных поверхностей Ra25.

В технических требованиях к детали входят неуказанные предельные отклонения размеров и неуказанные радиусы скруглений.

Винт

Выбор материала

Винт - крепежная деталь , стержень с головкой (обычно имеет шлиц под отвертку) и резьбой и служит для разъемного соединения деталей . Деталь винт изготовлена из Сталь 45. Данный материал обеспечивает необходимые прочностные характеристики детали при ее эксплуатации и согласно таблице 3 (стр. 86[2]) имеет следующие основные свойства:

Предел текучести ϭт = 335 МПа

Временное сопротивление ϭв= 600 МПа

Относительное удлинение δs = 16 %

Относительное сужение ψ = 40 %

Ударная вязкость KCU = 49 Дж/см2

Допуски на размеры

Устанавливаем допуски на размеры внешней метрической резьбы - 6g согласно таблице 5 (стр. 366[1]), таким образом, получаем: М12-6g. На размеры шпоночного паза устанавливаем допуски на размеры N9 и js9 согласно таблице 7(стр.313[1]). На ступень винта, на которой находится шпоночный паз, устанавливаем допуск на размер h8, это обусловлено тем, что данная часть детали будет сопрягаться с червяным колесом, что требует большей точности размеров и более качественно обработанной поверхности материала (таблица.2, стр. 27[1])

Шероховатость поверхностей

На резьбовую поверхность устанавливаем шероховатость Ra 3,2. Шероховатость поверхности шпоночного паза устанавливаем Ra 6,3 согласно таблице 8 (стр.315[1]). Шероховатость для поверхности винта, сопрягаемой с червячным колесом устанавливаем также Ra 6,3; данная поверхность требует более качественной обработки (например, получистовое обтачивание) согласно таблице 19(стр.231 [1]). Шероховатость остальных поверхностей Ra 25.

Допуски формы и расположения поверхностей

Для шпоночного паза винта устанавливаем допуск симметричности 0,025 мм согласно таблице 14(стр.219[1]) и допуск параллельности 0,012 мм согласно таблице 5 (стр. 198[1]). Данные допуски устанавливаются относительно базы В.

Технические требования

В технических требованиях к детали входят неуказанные предельные отклонения размеров и неуказанные радиусы скруглений.

Вал

Выбор материала

Вал - деталь машины, предназначенная для передачи крутящего момента и восприятия действующих сил со стороны расположенных на нём деталей и опор. Деталь Вал изготовлена из Сталь 45. . Данный материал обеспечивает необходимые прочностные характеристики детали при ее эксплуатации и согласно таблице 3 (стр. 86[2]) имеет следующие основные свойства:

Предел текучести ϭт = 335 МПа

Временное сопротивление ϭв= 600 Мпа

Относительное удлинение δs = 16 %

Относительное сужение ψ = 40 %

Ударная вязкость KCU = 49 Дж/см2

Допуски на размеры

Устанавливаем допуски на размеры внешней метрической резьбы - 6g согласно таблице 5 (стр. 366[1]), таким образом получаем: М10-6g. На размеры шпоночных паза устанавливаем допуски на размеры N9 и js9 согласно таблице 7(стр.313[1]). На ступени вала, на которых выполнены шпоночные пазы, устанавливаем допуск на размер h8, это обусловлено тем, что в этих местах вал будет сопрягаться с червяком и маховиком, что требует большей точности размеров и более качественно поверхности материала (таблица.2, стр. 27[1])

Шероховатость поверхностей

На резьбовую поверхность устанавливаем шероховатость Ra 3,2. Шероховатость поверхности шпоночного паза устанавливаем Ra 6,3 согласно таблице 8 (стр.315[1]). Шероховатость поверхностей вала, сопрягаемых с червяком и маховиком устанавливаем также Ra 6,3 согласно таблице 19(стр.231 [1]). Шероховатость остальных поверхностей Ra 25.

Допуски формы и расположения поверхностей

Для шпоночных пазов вала устанавливаем допуск симметричности 0,025 мм согласно таблице 14(стр.219[1]) и допуск параллельности 0,012 мм согласно таблице 5 (стр. 198[1]). Данные допуски устанавливаются относительно базы В и Г. На поверхность вала, которая будет сопряжена с червяком устанавливаем допуск цилиндричности 0,008 мм.

Технические требования

В технических требованиях к детали входят неуказанные предельные отклонения размеров.

Список использованной литературы:

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

2.       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.