- •Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
- •Isbn 5-7723-0681-2 Севмашвтуз, 2006 г.
- •1 Знаки, индексы и обозначения
- •2 Общие сведения о зубчатых передачах
- •2.1 Описание зубчатых передач
- •2.2 Виды зубчатых передач
- •2.3 Материалы зубчатых колес и термическая или химико-термическая обработка
- •2.4 Конструкция зубчатых колес
- •2.5 Способы нарезания зубьев
- •2.6 Нормы точности
- •3 Общие положения
- •4 Предварительные параметры передачи
- •5 Выбор материала шестерни и колеса
- •6 Допускаемые напряжения при расчете на прочность
- •6.1 Допускаемое контактное напряжение
- •6.2 Допускаемые напряжения изгиба
- •6.3 Допускаемое напряжение при расчете на контактную прочность при действии пиковой нагрузки
- •6.4 Допускаемое напряжение при расчете на изгибную прочность при действии пиковой нагрузки
- •7 Режимы нагружений и их учет в расчетах на выносливость
- •8 Расчетная нагрузка. Коэффициент нагрузки
- •9 Проектный расчет цилиндрической зубчатой передачи
- •Последовательность расчета
- •9.10 Проверочный расчет на контактную выносливость
- •9.11 Проверочный расчет на выносливость при изгибе
- •9.12 Проверочный расчет на контактную прочность при действии пиковой нагрузки
- •9.13 Проверочный расчет на изгибную прочность при действии пиковой нагрузки
- •10 Особенности расчета открытых цилиндрических и реечных передач
- •11 Особенности расчета соосных редукторов
- •12 Проектный расчет конической передачи с прямыми или круговыми зубьями
- •Последовательность расчета
- •13 Особенности расчета открытых конических зубчатых передач
- •14 Проектирование зубчатых колес
- •14.1 Конструкция цилиндрических зубчатых колес наружного зацепления
- •14.2 Конструкция вал-шестерней
- •14.3 Конструкция цилиндрических зубчатых колес внутреннего зацепления
- •14.4 Конструкция конических зубчатых колес
- •14.5 Посадка зубчатых колес на валах
- •14.6 Допуски и предельные отклонения размеров цилиндрических зубчатых передач
- •14.7 Шероховатость поверхностей
- •15 Правила выполнения рабочих чертежей зубчатых колес
- •16 Смазывание зубчатых передач
- •Бабкин Александр Иванович Проектирование цилиндрических и конических зубчатых передач
- •Сдано в производство 19.10.2006. Подписано в печать 25.10.2006.
- •164500, Г. Северодвинск, ул. Воронина, 6.
13 Особенности расчета открытых конических зубчатых передач
Открытые конические передачи выполняют только прямозубыми и применяют при окружных скоростях < 2 м/с. Степень точности их изготовления по нормам плавности обычно 9-я (по ГОСТ 1758-81).
Основные размеры передачи (,,) определяют из расчета на контактную прочность. При расчете принимают допускаемые напряжения:
и .
Коэффициенты иустанавливают по табл. 8.1. Коэффициенты концентрации нагрузки принимают равными единице:== 1.
Учитывая повышенное изнашивание зубьев открытых передач, окружной модуль принимают в 1,5...2 раза большим, чем для закрытых передач тех же размеров.
14 Проектирование зубчатых колес
Основные параметры зубчатых колес (диаметры, ширина зубчатого венца, модуль, число зубьев и пр.) определены при проектировании передач. Конструкция колес зависит главным образом от проектных размеров, материала, способа получения заготовки и масштаба производства.
14.1 Конструкция цилиндрических зубчатых колес наружного зацепления
Конструкция зубчатых колес представлена на рис. 14.1. Зубчатые колеса состоят из обода, диска и ступицы.
|
а |
б |
|
Рис. 14.1. Конструкция зубчатого колеса |
Диаметр окружности выступов и ширина зубчатого венца– определяются при проектировочном расчете.
Толщину обода S для всех типов колес, кроме бандажированных, можно принять:
.
На торцах зубчатого венца (зубьях и углах обода) выполняют фаски (рис. 14.2):
,
которые округляют до стандартного значения по тому же ряду, что и (см. табл. 14.1).
На всех прямозубых зубчатых колесах фаску выполняют под углом 45 (рис. 14.2а). На косозубых и шевронных колесах при твердости менее 350 HB фаску выполняют под углом 45 (рис. 14.2а), при более высокой твердости – под углом 15…20 (рис. 14.2б).
|
а |
б |
|
Рис. 14.2. Конструкция фаски на торцах зубчатого венца |
Далее на рисунках изображены только фаски по углом 45.
Диаметр ступицы наружный (см. рис. 14.1):
–для стальной ступицы при шпоночном соединении и посадке с натягом;
–для стальной ступицы при шлицевом соединении;
–для ступицы из чугуна.
Примечание: Диаметр вала определяется после расчета валов.
Длина ступицы :
–меньшие значения при посадке на вал с натягом, большие – при переходной посадке;
–оптимальное значение;
Окончательно принимается после расчета соединения вал–ступица.
Зубчатые колеса для редукторов чаще всего имеют симметрично расположенную ступицу.
Острые кромки на торцах ступицы притупляют фасками , размеры которых принимают по таблице 14.1.
Таблица 14.1
Рекомендуемое значение фасок
|
20…30 |
30…40 |
40…50 |
50…80 |
80…120 |
120…150 |
150…250 |
250…500 |
|
1,0 |
1,2 |
1,6 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
Такие же по величине фаски можно применить и для притупления внутренней кромки обода.
Зубчатые колеса небольшого диаметра (до 150 мм) имеют простую форму. Заготовку получают из проката (рис. 14.3а и рис. 14.4а) или свободной ковкой (рис. 14.3б и рис. 14.4б). Применяются как при серийном, так при единичном производстве.
Такую конструкцию можно применять, если толщина обода в месте, ослабленном шпоночным пазом, будет не менее 2,5m, в противном случае зубчатое колесо надо изготавливать заодно с валом (см. п. 14.2, «Конструкция вал-шестерней»).
|
а |
б |
|
Рис. 14.3. Конструкция зубчатых колес небольшого диаметра |
Чтобы уменьшить объем точной обработки резанием на дисках колес выполняют выточки (для колес > 80 мм) (рис. 14.4). Эту же конструкцию колес можно применять для колес большего диаметра (до 500 мм) в единичном производстве, если нет жестких требований к массе.
|
а |
б |
|
Рис.14.4. Конструкция зубчатых колес небольшого диаметра |
Кованные колеса – колеса большего диаметра (до 500 мм) в единичном и мелкосерийном производстве получают из проката свободной ковкой с последующей токарной обработкой.
Рис.14.5. Конструкция кованных зубчатых колес |
Толщина диска . Для уменьшения массы в технически оправданных случаях можно принимать , а в диске выполнить 4…6 отверстий большого диаметра.
Радиусы закруглений .
Штампованные колеса – при серийном производстве заготовки колес диаметром до 500 мм получают из круглого проката ковкой в штампах. При годовом объеме выпуска до 100 шт. экономически оправдана ковка в простейших односторонних подкладных штампах (рис. 14.6). Для свободной выемки заготовок из штампа принимают значения штамповочных уклонов и радиусов закругленийR 6 мм.
Толщина диска .
Рис. 14.6. Конструкция штампованных зубчатых колес |
При годовом объеме выпуска более 100 шт. применяют двусторонние штампы (рис. 14.7).
Рис. 14.7. Конструкция штампованных зубчатых колес |
Для уменьшения влияния объемной термообработки на точность геометрической формы зубчатые колеса могут быть сделаны массивными (рис. 14.8): .
Рис.14.8. Конструкция штампованных зубчатых колес |
Цельнолитые колеса – применяются в серийном производстве, как наименее трудоемкие, для изготовления колес диаметром свыше 500 мм. По своей несущей способности они уступают колесам с кованным или прокатанным ободом. До диаметра 900 мм их преимущественно выполняют однодисковыми (рис. 14.9а), а при больших диаметрах и ширине – подкрепляется ребрами (рис. 14.9б) или выполняются двухдисковыми (рис. 14.9в).
а |
б |
в |
Рис. 14.9. Конструкция литых зубчатых колес |
Спицы могут иметь крестовидное, тавровое, двутавровое, овальное или другой формы сечения. Размеры сечения спиц у ступицы определяются из условного их расчета на изгиб. Поскольку жесткость обода невелика, распределение нагрузки между спицами очень неравномерное. Если окружное усилие на колесе , то условно полагают, что нагрузка, приходящаяся на наиболее нагруженную спицу:
,
где T – вращающий момент на колесе;
d – делительный диаметр колеса;
–количество спиц.
Тогда условие прочности спиц:
где – осевой момент сопротивления сечения спицы.
Для свободной выемки заготовок из формы принимают значения литьевых уклонов и радиусов закругленийR 10 мм.
Бандажированные колеса (рис. 14.10) – обеспечивают экономию качественной стали, но более дороги в изготовлении. Бандаж куют или прокатывают, на диск сажают с натягом, для гарантии от проворачивания ставят установочные винты в качестве цилиндрических шпонок.
Толщина бандажа: .
Толщина обода: .
Диск делается литым, кованным или штампованным и имеет конструкцию, аналогичную описанным выше литым, кованным и штампованным колесам.
Рис. 14.10. Конструкция сборных зубчатых колес |
Болтовые конструкции (рис. 14.11) на призонных болтах имеют такую же несущую способность, что и бандажированные, но легче по массе.
Рис. 14.11. Конструкция сборных зубчатых колес |
Сварные колеса (рис. 14.12) – применяют в индивидуальном производстве.
Рис. 14.12. Конструкция сварных зубчатых колес |
Во избежание биения и вибрации во время работы для зубчатых колес проводят балансировку, высверливая на торце обода отверстия, если их частота вращения превышает 1000 об/мин.