«МЕХАНИКО-МАШИНОСТРОИТЕЛЬНИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра основ конструирования механизмов и машин МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению курсового проекта по дисциплине “Детали машин” ЧАСТЬ ВТОРАЯ Проектирование двухступенчатых ...»

Министерство образования и науки Украины

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕХАНИКО-МАШИНОСТРОИТЕЛЬНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра основ конструирования механизмов и машин

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проекта по дисциплине

“Детали машин”

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа для студентов направлений «Горное дело», «Инженерная механика» та «Автомобильный транспорт»

Днепропетровск НГУ 2009 Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни “Деталі машин” для студентів спеціальності 7.090258. Частина друга. Проектування двохступеневого редуктору / Упоряд.: В.В. Проців – Д.:

НГУ, – 2009. – 271 с.

Упорядник: В.В. Проців, канд. техн. наук, доц.

Затверджено методичною комісією з напрямку 0902 Автомобілі (протокол № від _.08) за поданням кафедри основ конструювання механізмів і машин (протокол № від _._.08).

Подані методичні вказівки до виконання курсового проекту двохступеневого редуктору з дисципліни "Деталі машин" для студентів спеціальності 7.090258 Автомобілі та автомобільне господарство.

Відповідальний за випуск: доцент кафедри основ конструювання машин і механізмів канд. техн. наук, доц. В.В. Проців.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 Объем, содержание и оформление курсового проекта

1.1 Получение задания на курсовое проектирование

1.2 Варианты заданий на курсовое проектирование

1.3 Выбор схемы компоновки и определение передаточного числа.............. 1.4 Выбор приводного электродвигателя

1.5 Разбивка передаточного числа редуктора по ступеням

1.6 Последовательность расчета передач редуктора

1.7 Использование вычислительных средств

2 Расчет цилиндрической зубчатой передачи

2.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес

2.2 Определение допустимых напряжений

2.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки................ 2.2.2 Определение допустимых напряжений

2.2.3 Определение коэффициентов нагрузки

2.3 Расчет цилиндрической зубчатой передачи

2.3.1 Определение межосевого расстояния передачи

2.3.2 Расчет зубьев на контактную прочность и определение ширины колеса и шестерни

2.3.3 Определение модуля зубчатых колес

2.3.4 Определение угла наклона зуба (для косозубых колес)

2.3.5 Определение числа зубьев у колес

2.3.6 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость................. 2.3.7 Определение диаметров зубчатых колес

2.3.8 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес....... 2.3.9 Определение консольных сил

3 Расчет конической зубчатой передачи

3.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес

3.2 Определение допустимых напряжений

3.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки................ 3.2.2 Определение допустимых напряжений

3.2.3 Определение коэффициентов нагрузки

3.3 Расчет конической зубчатой передачи

3.3.1 Определение диаметра основания делительного конуса.................. 3.3.2 Расчет зубьев на контактную прочность и определение ширины колеса и шестерни

3.3.3. Определение числа зубьев зубчатых колес

3.3.4. Определение модуля зубчатых колес

3.3.5 Выбор угла наклона зуба (для косозубых и с круговым зубом)...... 3.3.6 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость................. 3.3.7 Определение диаметров и углов зубчатых колес

3.3.8 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес....... 4 Расчет червячной передачи

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 4.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес

4.2 Определение допустимых напряжений

4.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки................ 4.2.2 Определение допустимых напряжений

4.2.3 Определение коэффициентов нагрузки

4.3 Расчет червячной зубчатой передачи

4.3.1 Определение межосевого расстояния

4.3.2 Определение числа зубьев червячного колеса

4.3.3 Определение модуля и коэффициента диаметра зубчатых колес.... 4.3.4 Определение коэффициент смещения исходного контура............... 4.3.5 Определение диаметров и углов зубчатых колес

4.3.6 Проверочный расчет зубьев на контактную прочность

4.3.7 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость................. 4.3.8 Тепловой расчет червячной передачи

4.3.9 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес....... 5 Построение трехмерных моделей зубчатых колес

5.1 Построение зубчатых колес цилиндрической передачи

5.2 Построение зубчатых колес конической передачи

5.3 Построение зубчатых колес червячной передачи

5.4 Построение 3D модели зубчатого зацепления

6 Расчет выходных концов валов

7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов... 7.1 Особенности компоновки валов цилиндрических передач.................. 7.2 Особенности компоновки валов конических передач

7.3 Особенности компоновки валов червячных передач

7.4 Построение трехмерных моделей валов

7.5 Построение трехмерных моделей сборок валов

8 Проверочный расчет валов

8.1 Расчет вала на статическую прочность

8.1.1 Рекомендации к построению эпюр

8.1.2 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на валах.... 8.1.3 Определение величины суммарного изгибающего момента.......... 8.1.4 Определение величины эквивалентного момента

8.1.5 Определение диаметров вала в опасных сечениях

8.2 Расчет вала на усталостную прочность

8.3 Расчет вала на жесткость

8.4 Проверочный расчет шпоночных соединений

9 Проверочный расчет подшипников

9.1 Проверочный расчет радиальных подшипников

9.1.1 Расчет при действии только радиальной нагрузки

9.1.2 Расчет при действии радиальной и осевой нагрузок

9.2 Проверочный расчет радиально-упорных подшипников

9.3 Проверочный расчет упорных подшипников

10 Расчет валов и подшипников в КОМПАС-SHAFT 2D

10.1 Расчет валов КОМПАС-SHAFT 2D

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 10.2 Расчет подшипников КОМПАС-SHAFT 2D

10.3 Редактирование 3D моделей валов

11 Компоновка редуктора

11.1 Построение 3D сборки зубчатой передачи

11.2 Построение вспомогательного эскиза плоскости разъема корпуса... 11.3 Редактирование валов и мест размещения подшипников на валах ... 12 Построение корпусных деталей редуктора

12.1 Построение 3D моделей корпусных деталей добавлением стенок.... 12.2 Построение 3D моделей корпусных деталей методом оболочки....... 12.3 Изготовление сварных корпусных деталей

12.4 Проверочный расчет разъемных соединений

13 Построение 3D сборки редуктора

14 Построение 3D моделей других деталей

15 Установка стандартных крепежных деталей и уплотнений

16 Выполнение сборочных чертежей редуктора и его подсборок................. 16.1 Создание чертежей

16.2 Простановка размеров и создание списка технических условий....... 16.2.1 Выбор допусков размеров

16.2.2 Ввод списка технических требований

16.3 Заполнение основной надписи

16.4 Указания по смазке редуктора

16.5 Расстановка позиций сборочных единиц и деталей

17 Выполнение рабочих чертежей деталей редуктора

17.1 Основные правила оформления рабочего чертежа

17.2 Расчет допусков формы и расположения поверхностей деталей....... 18 Составление спецификации редуктора и сборочных единиц

19 Составление пояснительной записки к курсовому проекту

19.1 Рекомендуемый состав пояснительной записки

19.2 Оформление пояснительной записки

20 Подготовка документов к печати и к защите курсового проекта............. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Приложение А. Варианты компоновки одноступенчатых редукторов......... Приложение Б. Пример оформления сборочного чертежа

Приложение В. Пример оформления рабочего чертежа

Приложение Г. Пример оформления спецификации

Приложение Д. Пример оформления титульного листа

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа

ВВЕДЕНИЕ

Приобретение навыков самостоятельного расчета размеров и прочности отдельных деталей и целых узлов машин и механизмов необходимы студентам машиностроительных специальностей не только для последующей работы в проектных организациях, но и для эксплуатации, обслуживания, ремонта основного технологического и вспомогательного оборудования.

Настоящие методические указания разработаны для оказания помощи студентам, выполняющим курсовой проект по курсу «Детали машин» (далее курсовой проект), целью которого есть проектирование двухступенчатого редуктора специального назначения с использованием САПР на базе программного комплекса КОМПАС российской компании АСКОН.

Задачей курсового проекта также есть формирование у студента целостного представления о составе и оформлении комплекта конструкторской документации, необходимой в соответствии с ЕСКД при создании новых видов техники или при ремонте и модернизации существующей.

При выполнении курсового проекта важная роль отводится приобретению студентом первого самостоятельного опыта в разработке электронных моделей деталей и сборочных единиц.

Предполагается, что студент, приступающий к выполнению курсового проекта, уже освоил курсы дисциплин «Машиностроительное черчение», «Технология машиностроения», «Допуски и посадки», САПР (хотя бы минимально) в среде КОМПАС-График и КОМПАС 3D не ниже версии V11SP1.

Тем не менее, по тексту настоящих методических указаний даются пояснения последовательности выполнения построений и операций в КОМПАСе. Причем, при первом упоминании новой операции даются достаточно детальные указания по ее использованию, в последствии они становятся все более лаконичными. Поэтому студент, выполняя конкретный проект, должен внимательно прочитать все разделы настоящих методических указаний, посвященные трехмерному моделированию. Студент должен так же владеть Microsoft Windows на уровне достаточно квалифицированного пользователя, знать правила округления чисел, уметь интерполировать табличные функции.

Настоящие методические указания оформлены в соответствии с требованиями, предъявляемыми ЕСКД к текстовым документам, и могут быть использованы студентами в качестве образца оформления пояснительной записки к курсовому проекту, а по всему их тексту принята единая система условных обозначений параметров зубчатых передач.

1 Объем, содержание и оформление курсового проекта Курсовой проект, предъявляемый студентом к защите, должен состоять из следующих компонентов:

а) файлы трехмерных моделей всех деталей и сборочных единиц, составляющих электронную модель спроектированного редуктора, в соответствующих форматах КОМПАСа;

б) чертежная документация (на бумаге) на трех листах формата А1 или равном по площади количестве в форматах А4, А3 или А2, в том числе следующее:

лист 1 – редуктор, сборочный чертеж, формат А1;

лист 2 – корпусная деталь (корпус или крышка по выбору студента), рабочий чертеж, формат А1;

лист 3 – промежуточный вал в сборе, сборочный чертеж, формат А3;

– промежуточный вал (вал-шестерня или червяк), рабочий чертеж, формат А3;

– зубчатое (червячное) колесо, рабочий чертеж, формат А3;

– две проходные крышки валов, рабочие чертежи, формат А4;

в) файлы двухмерных чертежей всех деталей и сборочных единиц, изображенных на бумажных листах чертежной документации, построенные в параметрической связи с соответствующими трехмерными моделями КОМПАСа, а также файлы для печати с разрушенной параметрической связью;

г) пояснительная записка в электронном виде в файле текстового формата КОМПАСа, а также отпечатанная (и переплетенная) на бумаге формата А4;

д) спецификации редуктора в сборе и всех его составляющих сборочных единиц в электронном виде в файле формата спецификации КОМПАСа, а также отпечатанные (и скрепленные степлером) на бумаге формата А4.

Все электронные модели деталей должны быть выполнены в соответствии с ДСТУ 2.052-2006 (Электронная модель изделия. Общие документы), а сборочных единиц – ДСТУ 2.053-2006 (Электронная структура изделия.

Общие положения).

Чертежная документация (сборочные и рабочие чертежи), а также текстовые документы (спецификации сборочных единиц и пояснительная записка) должны быть оформлены в соответствии с требованиями ЕСКД на бумаге любого качества.

Поскольку КОМПАС автоматически (по умолчанию) выдает точные размеры форматов чертежей и текстовых документов, знаков шероховатости поверхностей и допусков формы деталей, обозначений видов, разрезов, сечений, толщины линий, размеров стрелок, шрифтов и т.д., используемых при создании конструкторских документов, то студенту не нужно знать наизусть эти и многие другие нюансы оформления документации. Он может сосредоточиться на процессе творческого конструирования; определении нужного количества и расположения видов, сечений, разрезов в документе; правильной простановки размеров и указании допусков, посадок, шероховатости и допусков формы; указании технических требований для правильного изготовления деталей, сборки редуктора и его узлов.

Точность вычислений обычно ограничивается тремя знаками после запятой (если иное не указано в тексте настоящих методических указаний).

1.1 Получение задания на курсовое проектирование Каждый студент получает у преподавателя свой вариант технического задания на курсовое проектирование. Задание состоит из девяти показателей технических требований к изделию, которые должны быть учтены при проектировании редуктора.

1.2 Варианты заданий на курсовое проектирование Варианты заданий для проектирования одноступенчатого редуктора приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Варианты заданий на курсовой проект по деталям машин на тему «Проектирование двухступенчатого редуктора»

№ варіанту

АБВГД Е Ж З ИК Л М Н О П Р СТУФ Х

* Ц – циліндричний; К – конічний; Ч – черв’ячний; Ш – шевронний; В – вертикальний; в – з внутрішнім зачепленням; з – зварний корпус.

** П – прямі (НB1350)1; К – косі (НB1>350); Крг – кругові (НRC1>50); А – Архимедові (НRC150); Е – евольвентні (НRC1>56).

*** Р – реверсивне; Н – нереверсивне Режим нагружения определяется диаграммой, приведенной на рисунке 1.1, а значения параметров нагружения указаны в таблице 1.2.

1.3 Выбор схемы компоновки и определение передаточного числа Первое с чего начинают, приступая к проектированию, – определяют вариант компоновочной схемы редуктора. Будет ли редуктор вертикальным Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа или горизонтальным; будет ли он выполнен по развернутой схеме или соосным; способ изготовления корпуса (литой или сварной) и положение плоскости его разъема; вид подшипниковых узлов и тип подшипников на каждом из валов; тип уплотнений и способ фиксации валов от продольных перемещений; тип смазки зубчатой пары, вид масло указателя, сапуна и смотрового окна; способ установки редуктора на основании; тип выходных концов валов (цилиндрические или конические). Все это нужно хотя бы ориентировочно выбрать на начальном этапе проектирования.

Рисунок 1.1 – Диаграмма нагружения привода Некоторые основные указания к выбору компоновочной схемы уже указаны в техническом задании (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). Для этого, желательно, например, в атласе редукторов [1, 2] выбрать в качестве примера один из редукторов, наиболее полно соответствующий проектируемому или выбрать одну из компоновочных схем, указанных в Приложении А к настоящим методическим указаниям (следует обращать внимание лишь на конструктивные решения, поскольку оформление приведенных там чертежей уже не соответствует действующим стандартам).

Таблица 1.2 Значения параметров нагружения привода Параметр Можно также воспользоваться 2D библиотекой КОМПАСа «Библиотека редукторов» выбрав в меню библиотеки одноступенчатые редукторы, а Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа затем опцию «Сборка». Здесь и далее для удобства его восприятия шрифтом выделен текст из меню, команд, операций и библиотек КОМПАСа, а рядом с их названиями стоят условные иконки (если они имеются).

На любом этапе работы отдельные элементы компоновки могут быть пересмотрены, поскольку студент должен выполнить их наиболее рациональным образом.

Исходя из данных варианта задания, предварительно определяют передаточное число редуктора как отношение частот вращения входного (быстроходного) и выходного (тихоходного) валов где n1c, n2р – частота вращения входного (синхронная) и выходного валов редуктора соответственно, мин.-1 (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование).

Величину передаточного числа следует также учитывать при выборе схемы компоновки редуктора, поскольку в зависимости от него внешний вид редукторов одного типа может быть разным.

1.4 Выбор приводного электродвигателя Электродвигатель, который будет приводить в движение входной вал редуктора, выбирают из числа трехфазных асинхронных, которые наиболее часто используются для привода редукторов любого назначения. Можно также воспользоваться 2D библиотекой КОМПАСа – «Библиотека электродвигателей» и выбрать в ее меню двигатели «Переменного тока трехфазные», а затем опцию «Асинхронные общего применения» (это нужно делать в открытом файле КОМПАСа типа «Чертеж» или «Фрагмент»). Параметры двигателей наиболее распространенной серии 4А приведены в таблице 1.3.

Мощность двигателя в киловаттах определяют по формуле где Т2р – крутящий момент на выходном валу, Н мм (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование);

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где м – КПД соединительной муфты (предварительно можно принять равным 0,98);

т, б – КПД тихоходной и быстроходной передач редуктора соответственно. Средние значения передач различных типов с учетом потерь в опорах валов на подшипниках качения приведены в таблице 1.4.

При выборе двигателя нужно помнить, что завышение его мощности приводит к росту реактивного сопротивления в электросети и снижает cos.

Вместе с тем, допустима перегрузка электродвигателя от 5 % до 8 % при постоянной ее величине и от 10 % до 12 % от номинальной при переменных нагрузках.

По мощности двигателя и синхронной частоте вращения его вала из справочной литературы выбирают подходящую модель.

Таблица 1.3 – Двигатели закрытые обдуваемые единой серии 4А 90L2/2840 2,0 100S4/1435 2,0 112MA6/955 2,0 112MB8/700 1, 100S2/2880 2,0 100L4/1430 2,0 112MB6/950 2,0 132S8/720 1, 100L2/2880 2,0 112M4/1445 2,0 132S6/965 2,0 132M8/720 1, * В числителе указан тип двигателя, а в знаменателе асинхронная частота вращения Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Затем в пояснительную записку выписывают следующие характеристики принятого электродвигателя:

- обозначение;

- номинальную мощность, кВт;

- синхронную частоту вращения вала, мин.-1;

- отношение пускового момента к номинальному ;

- габаритные размеры, мм;

- тип, диаметр и длину выходного конца вала (если они указаны), мм;

- точная (асинхронная) частота вращения n1р, которую находят, например, в колонке «Точная частота вращения» библиотеки электродвигателей КОМПАСа или в таблице 1.2.

Таблица 1.4 – Средние значения передач различных типов с учетом потерь в опорах валов на подшипниках качения Зубчатая с колесами Червячная с червяком Зная точную частоту вращения вала двигателя n1р при номинальной нагрузке, уточняют передаточное число редуктора Эскиз электродвигателя с указанием главных размеров приводят в пояснительной записке как, например, на рисунке 1.1 (тип АИР56А4, мощность 12 кВт, синхронная частота 1500 мин.-1, масса 3,5 кг).

1.5 Разбивка передаточного числа редуктора по ступеням Общее передаточное число редуктора должно быть разбито на ступени.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Рисунок 1.1 – Эскиз и главные размеры асинхронных двигателей серии 4А В многоступенчатых редукторах общее передаточное число равно произведению передаточных чисел составляющих его ступеней. Для двухступенчатого редуктора быстроходной.

двухступенчатых редукторов различных видов определяют по выражениям, приведенным в таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Передаточные числа двухступенчатого редуктора тикальный по разверuт нутой схеме, шевронный цеплением Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Продолжение таблицы 1. Коническоuр Вместе с тем, необходимо следить за тем, чтобы значения передаточных чисел для передач различных типов находились в допустимых рамках, представленных в таблице 1.6.

Таблица 1.6 – Рекомендуемые значения передаточных чисел механических передач Частоты вращения валов коробок передач представляют геометрический ряд со знаменателем прогрессии. Потому, если частота вращения входного вала n1, то другие частоты вращения соответственно равны Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа и т.д. Наиболее употребительные значения равны 1,41; 1,34; 1,25; 1,18.

В цилиндрических передачах необходимо также следить за максимальным значением передаточного числа одной ступени в зависимости от твердости зубьев колес по рекомендациям, приведенным в таблице 1.7.

Таблица 1.7 – Наибольшие значения передаточных чисел в одной ступени цилиндрических передач * Указанная твердость не должна превышать HRC 1.6 Последовательность расчета передач редуктора Расчет передач двухступенчатого редуктора начинают со второй (тихоходной) ступени, а затем переходят к первой (быстроходной). Последовательность расчета передач различных типов приведена в пп. 2, 3 и 4 (соответственно для цилиндрических, конических и червячных передач). В указанных расчетах приняты следующие обозначения для крутящих моментов, приложенных к валам одной ступени Т1 – крутящий момент на быстроходном валу ступени (передачи);

Т 2 – крутящий момент на тихоходном валу ступени (передачи).

Для тихоходной передачи редуктора Т 2 равен номинальному моменту на выходном валу редуктора Т 2 р, заданному в таблице 1. (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование), а Т1 соответственно Для быстроходной передачи редуктора Т 2 равен моменту на промежуточном валу редуктора, определяемому как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа а Т1 равен крутящему моменту на входном валу редуктора Т1 р.

Частоты вращения валов в передаче обозначают соответственно n1 – частота вращения быстроходного вала ступени (передачи);

n2 – частота вращения тихоходного вала ступени (передачи).

Для тихоходной передачи редуктора n2 равна частоте вращения выходного вала редуктора n2 р, заданной в таблице 1.1 (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование), а n1 соответственно Для быстроходной передачи редуктора n2 равно частоте вращения промежуточного вала редуктора, определяемой как а n1 равно частоте вращения входного вала редуктора n1 р.

1.7 Использование вычислительных средств Расчеты зубчатых передач, валов, подшипников и т.п., выполняемые по традиционной методике, можно вести на калькуляторе, в том числе и на встроенных калькулятора Windows и КОМПАСа (оба имеют научные функции). Но особенно удобно это делать в специализированных программах, таких как MatCad, Wolfram Mathematica и даже Microsoft Excel, когда удобно редактировать уже «набранный» расчет, изменять исходные данные или выбирать другие коэффициенты в случае неудовлетворительных результатов первой попытки расчета. В этом случае для исключения в тексте расчетной программы повторений одноименных обозначений первой и второй ступеней редуктора, к ним добавляют ее индекс, например, n1б – частота вращения входного вала быстроходной ступени редуктора;

Т 2т – крутящий момент на выходном валу тихоходной ступени редуктора.

К сожалению, в текстовом документе КОМПАСа, где нужно будет оформлять пояснительную записку по курсовому проекту, пока нельзя проводить автоматические вычисления. Нельзя и переносить в него формулы, написанные в других программах.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 2 Расчет цилиндрической зубчатой передачи Расчет цилиндрической зубчатой передачи производят по несколько упрощенной традиционной методике [3] используя следующие обозначения:

Т – крутящий момент на валу, Н мм;

M – изгибающий момент на валу, Н мм;

Ft – окружная сила в зацеплении, Н;

Fr – радиальная сила в зацеплении, Н;

Fa – осевая сила в зацеплении, Н;

n – частота вращения вала (зубчатого колеса), мин.-1;

v – окружная скорость зубчатого венца, м/с;

u – передаточное число передачи;

а – межосевое расстояние (делительное) передачи, мм;

d – диаметр зубчатых колес, мм;

m – модуль зубчатых колес, мм;

z – число зубьев шестерни (колеса);

– угол зацепления, град.;

– угол наклона линии зуба шестерни (колеса), град.;

– нормальное напряжение в материалах, МПа;

Hlim – предел длительной контактной выносливости, МПа;

0Flim – предел длительной изгибной выносливости, МПа;

a – коэффициент ширины зубчатого колеса;

x – смещение исходного контура зубчатого зацепления.

Указанная размерность величин должна соблюдаться при вычислениях.

При вышеприведенных обозначениях нижние индексы обозначают следующее:

i – индекс зубчатого колеса в передаче (1 – относящийся к шестерне, 2 – относящийся к колесу);

H – относящийся к контактной прочности;

F – относящийся к изгибной выносливости;

t – окружной или торцовый;

2.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес Для изготовления зубчатых колес используют стали, чугуны, неметаллические материалы (для легконагруженных и малошумящих передач) и реже сплавы цветных металлов.

Колеса силовых передач делают, главным образом, из стали, реже из чугунного литья. Колеса больших диаметров (800 мм и более) изготавливают литыми, а меньших диаметров – из кованых или штампованных заготовок.

Для колес с твердостью активных поверхностей зубьев меньше единиц по Бринелю (НВ350) применяют стали марок 40, 451, 50, 50Г, 35Х 40Х, 45Х, 38ХС, 35ХМА, З0ХНЗА, 34ХМ и другие. Требуемую твердость активных поверхностей зубьев обеспечивают термообработкой нормализацией или улучшением. Эти стали позволяют изготовить колеса по упрощенной схеме с чистовой обработкой заготовки и зубьев после термообработки. Зубья таких колес способны к приработке.

Для увеличения нагрузочной способности, снижения габаритов и массы передачи целесообразно создавать высокую твердость активных поверхностей зубьев, чего достигают объемной и поверхностной закалкой (НВ>350) и химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование) (НRC>50). Нарезание зубьев при этих видах обработки производят до термообработки, а возможные финишные операции – после нее. Зубья таких колес неспособны к приработке. Желательно использовать стали марок 18ХГТ, 12Х2Н4А, 20Х2Н4A, 12ХН3А, 20ХН3А, 30ХН3А.

В таблице 2.1 даны наиболее распространенные марки сталей, рекомендуемая термообработка и ориентировочная область применения. Основные механические характеристики наиболее применяемых для изготовления зубчатых колес сталей справочно (не для выбора) приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.1 – Наиболее применяемые для зубчатых колес стали Желательно применять подчеркнутые марки сталей, они заложены в справочник материалов КОМПАСа Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Продолжение таблицы 2. Таблица 2.2 – Основные механические характеристики наиболее распространенных сталей Марка Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Продолжение таблицы 2. 2.2 Определение допустимых напряжений 2.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки Коэффициенты эквивалентности (приведения) режима работы редуктора KНЕ и KFЕ определяют исходя из класса нагрузки, если он задан в техническом задании на курсовой проект, или исходя из параметров диаграммы нагружения привода (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). В первом случае они, как и коэффициент режима Х, определяются по таблице 2.3 в зависимости от вида термообработки зубчатых колес передачи, во втором случае – их вычисляют по следующим формулам где м – параметр термообработки, равный 6 для зубьев, подвергнутых нормализации, улучшению или азотированию, и 9 при объемной или поверхностной закалке и цементации.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Величины параметров 1, 2, 2, 3 берут из технического задания на курсовой проект.

Таблица 2.3 – Коэффициенты эквивалентности и режима * Нормализация, улучшение, азотирование.

** Закалка и цементация Коэффициенты долговечности K Ндi и K Fдi в зависимости от суммарного числа циклов N работы каждого зубчатого колеса передачи (наработка) определяют по формулам где NFG – база изгибных напряжений, принимают равной 4 106;

NHG – база контактных напряжений, зависящая от твердости материала, определяемая по формуле N HG = 30HB2,4 после окончательного выбора материалов зубчатых коле по таблице 2.4. При этом для шестерни обычно выбирают материал тверже, чем для колеса не менее чем на 10 единиц твердости по Бринелю, поскольку оно совершает больше оборотов в единицу времени, чем колесо. Например, при твердости материала зубчатых колес передачи менее НВ350, шестерню из стали 45 делают с термообработкой нормализация и улучшение (НВ1350), а колесо только с нормализацией (НВ2270).

Аналогично для материалов с твердостью более HRC1>50 и HRC1>56, только термообработка должна быть соответствующей (закалка объемная или ТВЧ, цементация, азотирование, цианирование).

По номограмме, приведенной на рисунке 2.1 можно перевести значения твердости из HRC в HB.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Таблица 2.4 – Прочностные характеристики некоторых сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес Термическая Улучшение НВ 180 – 45Х; 38ХС;

том впадины (модуль mn350.

Примечание. Использовать интерполяцию как в таблице 2. Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Таблица 2.10 – Значения коэффициента KНv * а – HВ2 350; б – НВ2 >350.

Примечания 1 В числителе приведены данные для цилиндрических прямозубых колес, а в знаменателе – для косозубых и конических.

2 Использовать интерполяцию как в таблице 2. Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Таблица 2.11 – Значения коэффициента KFv * а – HВ2 350; б – НВ2 >350.

Примечания 1 В числителе приведены данные для цилиндрических прямозубых колес, а в знаменателе – для косозубых и конических.

2 Использовать интерполяцию как в таблице 2. 2.3 Расчет цилиндрической зубчатой передачи На этом этапе выполняют расчет основных параметров зубчатой передачи цилиндрического редуктора, основные геометрические размеры которой представлены на рисунке 2.4. Принятые на рисунке обозначения будут пояснены ниже по ходу расчета передачи.

2.3.1 Определение межосевого расстояния передачи Предварительно межосевое расстояние зубчатой передачи (мм) определяют из условия контактной прочности активных поверхностей зубьев колеса (если оно – лимитирующий элемент, или шестерни) по формуле Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где K – коэффициент, для прямозубых колес он равен 315, а для косозубых, – 270.

Для внешнего зацепления в скобках принимают знак плюс, а для внутреннего – минус.

Затем из ниже приведенного единого ряда главных параметров редукторов принимают ближайшее стандартное значение.

25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180;

200; 224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500; 560; 630; 710.

2.3.2 Расчет зубьев на контактную прочность и определение ширины колеса и шестерни Ширину колеса (мм) определяют из выражения Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Полученное значение округляют до ближайшего большего из следующего ряда Ra 40 предпочтительных чисел:

1; 1,05; 1,1; 1,15; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5;

1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2; 2,1; 2,2; 2,4;

2,5; 2,6; 2,8; 3; 3,2; 3,4; 3,6; 3,8;

4; 4,2; 4,5; 4,8; 5; 5,3; 5,6; 6;

6,3; 6,7; 7,1; 7,5; 8; 8,5;9; 9,5;

10; 10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15;

16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24;

25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38;

40; 42; 45; 48; 50; 53; 56; 60;

63; 67; 71; 75; 80; 85; 90; 95;

100; 105; 110; 120; 125; 130; 140; 150;

160; 170; 180; 190; 200; 210; 220; 240;

250; 260; 280; 300; 320; 340; 360; 380;

400; 420; 450; 480; 500; 530; 560; 600;

630; 670; 710; 750; 800; 850; 900; 950.

Числа приведены с такой разрядностью, с которой они должны быть указаны в размере на чертеже. При технически обоснованной необходимости допускается применять дополнительные размеры [4] (т. 1, стр. 481).

Ширину шестерни b1 задают больше ширины колеса на величину от до 7 мм и так же округляют до ближайшего большего значения из ряда предпочтительных чисел Ra 40.

Зубья колес на контактную прочность проверяют по условию Отклонение напряжения не должно быть больше ±5 % от допустимого.

Если условие не выполняется, увеличивают а и b2, а затем повторяют проверку.

Далее производят проверку зубьев на статическую контактную прочность по кратковременному пиковому или пусковому крутящему моменту двигателя, который был выбран из справочной литературы в п. 1.4 (Выбор приводного электродвигателя), как Пиковый момент находят исходя из технического задания на курсовой проект (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование) из диаПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа граммы нагрузки привода как Tпик = 0Т н. Значение [ Н max ] определяют по таблице 2.4.

Если H max > [ H max ], то увеличивают а и b2, а расчеты повторяют.

Затем вычисляют уточненное значение окружной скорости колеса (м/с) как Уточненное значение сравнивают с ранее полученным предварительным и, в случае, если они отличаются более чем на 10 %, вносят изменения в значение KН и расчет повторяют с п. 2.2 (Определение допустимых напряжений).

2.3.3 Определение модуля зубчатых колес Рекомендуется выбирать модуль m для прямозубых колес и нормальный модуль mn для косозубых и шевронных колес зубчатого зацепления (для прямозубых модуль и есть нормальный модуль) пользуясь следующими соотношениями Значение модуля в миллиметрах округляют до ближайшего из следующего стандартного ряда: 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 3,15; 3,5; 4,0; 6,0; 6,3;

8,0; 10. Для силовых передач модуль меньше 1,6 мм не назначают.

На практике обычно выбирают такой модуль, который могут нарезать на имеющемся у предприятия оборудовании с помощью доступных оснастки и инструментов (модульные фрезы, резцы и гребенки).

В случае неудовлетворительных результатов последующих расчетов на прочность зубьев колес можно принимать и другие значения модуля из расширенного стандартного ряда [3] (стр. 51).

2.3.4 Определение угла наклона зуба (для косозубых колес) Для косозубых и шевронных колес угол наклона зубьев определяют по выражению но значение угла наклона не должно превышать 20°.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Для шевронных колес угол наклона зубьев обычно принимают от 25° до 30°.

Затем проверяют коэффициент осевого перекрытия как 2.3.5 Определение числа зубьев у колес Суммарное число зубьев (z1 + z2) передачи с прямыми зубьями определяют по выражению Это число должно быть целым, поэтому его округляют до ближайшего меньшего целого числа.

Число зубьев шестерни равно Его округляют в ближайшую сторону до целого числа. Число зубьев колеса определяют как z2 = z – z1. Оно также должно получиться целым.

Суммарное число зубьев (z1 + z2) передачи с косыми зубьями определяют по выражению Это число должно быть целым, поэтому его округляют до ближайшего меньшего целого числа.

Число зубьев шестерни равно Его округляют в ближайшую сторону до целого числа.

Если число зубьев шестерни оказалось на один – два зуба меньше допустимого (минимально возможное 13), такую передачу можно выполнить, применив высотную коррекцию с целью исключения подрезания ножек зубьев. Смещение исходного контура определяют как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Для зубчатых колес передач с внешним зацеплением обычно принимают х2 = – х1, тогда суммарное смещение будет равно нулю. Для колеса внутреннего зацепления х2 = х1.

Для косозубых колес вместо х1 и х2 нужно подставлять хn1 = х1/cos и хn2 = х2/cos.

Число зубьев колеса внешнего зацепления определяют как z2 = z – z1, для внутреннего зацепления z2 = z + z1. Оно должно получиться целым.

Фактическое передаточное число передачи можно определить как Его вычисляют с точностью до пяти знаков после запятой и используют с такой точностью в расчетах геометрии зубчатых колес.

2.3.6 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость Расчет зубьев на изгибную выносливость является проверочным и выполняется последовательно для зубьев шестерни и колеса. Расчетные напряжения, возникающие в зубе под нагрузкой, не должны быть больше допустимых. Для прямозубых колес условие выглядит как а для косозубых и шевронных колес – где YFi – коэффициент формы зуба шестерни или колеса, который для внешнего зацепления определяют по таблице 2.12 в зависимости от смещения колеса х и эквивалентного числа зубьев зубчатого колеса zvi;

Y – коэффициент угла наклона линии зуба.

Эквивалентное число зубьев колеса рассчитывают как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа а коэффициент угла наклона линии зуба – Таблица 2.12 – Коэффициент формы зуба YF лентное (биэквивалентное) – 0,5 – 0,4 – 0,3 – 0,2 – 0,1 0 +0,1 +0,2 +0,3 +0,4 +0, число зубьев zvi 30 4,6 4,32 4,15 4,06 3,90 3,80 3,70 3,62 3,55 3,47 3, 40 4,12 4,02 3,92 3,84 3,77 3,70 3,64 3,58 3,53 3,48 3, 50 3,97 3,88 3,81 3,76 3,70 3,65 3,61 3,57 3,53 3,49 3, 60 3,85 3,79 3,73 3,70 3,66 3,63 3,59 3,56 3,53 3,50 3, 80 3,73 3,70 3,68 3,66 3,62 3,61 3,58 3,56 3,54 3,52 3, 100 3,68 3,67 3,65 3,62 3,61 3,60 3,58 3,57 3,55 3,53 3, Примечание – Использовать интерполяцию. Например, при zvi = 33 и коэффициенте смещения х = +0,2 из таблицы находят значения диапазона, в котором расположена искомая величина, zvi = 40 – 30 = 10 и 3,58 – 3,62 = -0,04. Затем определяют отклонение от начала диапазона 33 – 30 = 3. Потом находят приращение искомого параметра как 3·(-0,4)/10 = -0,012. Затем получают результат 3,62 + (-0,012) = 3, Если расчетные напряжения, возникающие в зубе под нагрузкой, превысят допустимые более чем на 5 %, то необходимо увеличить межосевое расстояние а и повторить расчеты с п. 2.3.2 (Определение рабочей ширины колеса и шестерни, а также проверка зубьев на контактную прочность). При меньшем отклонении используют высотную коррекцию, принимая (добавляя) смещение х1 = – х2 = 0,1 (для внутреннего зацепления х1 = х2 = 0,1) и повторяют проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость.

Затем производят проверку зубьев на статическую изгибную выносливость по кратковременному пиковому (или пусковому) крутящему моменту двигателя, который был выбран из справочной литературы в п. 1.4 (Выбор приводного электродвигателя) как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Здесь значение [ F max ] определяют по таблице 2.4.

2.3.7 Определение диаметров зубчатых колес Ниже приведены формулы для расчета диаметров косозубых цилиндрических колес без высотной коррекции (или при высотной коррекции х1 + х2 = 0). Для прямозубых расчеты производят по тем же формулам, но cos равен единице, а нормальный модуль соответственно m. Расчеты производят с точностью до пяти знаков после запятой.

Делительный диаметр шестерни определяют как а колеса внешнего зацепления Делительный диаметр колеса внутреннего зацепления находят по формуле Диаметры (мм) окружностей вершин и впадин зубчатых колес при внешнем зацеплении находят как Для внутреннего зацепления эти же размеры находят по формулам Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 2.3.8 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес Ниже приведены расчетные формулы для определения проекций нормальных сил F1 и F2 на соответствующие им оси, возникающих в зацеплении цилиндрических передач (силы указаны условно без индекса, поскольку одинаковы для каждого колеса передачи, но направлены взаимно противоположно) и представленных на рисунке 2.5. Для прямозубой цилиндрической передачи (см. рисунок 2.5 а, в) проекции нормальных сил определяют следующим образом.

а, в – силы, приложенные к зубу в прямозубой передаче б, г – силы, приложенные к зубу в косозубой передаче Окружная сила, Н Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Радиальная сила, Н Для косозубой цилиндрической передачи (см. рисунок 2.5 а, г) силы, возникающие в зацеплении, определяют следующим образом.

Окружная сила, Н Радиальная сила, Н Осевая сила, Н Для шевронной цилиндрической передачи силы, возникающие в зацеплении, определяют следующим образом.

Окружная сила на полушевроне, Н Радиальная сила на полушевроне, Н Осевая сила на полушевроне, Н Осевые силы на полушевронах равны по величине и противоположны по направлению.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 2.3.9 Определение консольных сил На входном и выходном валах редукторов всех типов обычно приложены консольные радиальные (распорные) силы, возникающие под действием сил тяжести шкивов ременных передач, звездочек цепных передач и полумуфт, соединяющих валы редуктора с валами сопряженных с ним узлов и механизмов. В этом случае известны массы указанных деталей и соответственно величины и точки приложения радиальных сил (сил тяжести) на консолях валов.

Если же способ присоединения редуктора не задан как в техническом задании (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование), то их ориентировочные значения вычисляют по следующим формулам.

Консольная сила на входном валу (шестерни), Н а на выходном валу (колеса), Н Точкой приложения консольных сил считают середину выходных концов валов. Направление их назначают по направлению действия силы тяжести насаживаемых деталей.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 3 Расчет конической зубчатой передачи Расчет конической зубчатой передачи производят по несколько упрощенной традиционной методике [3] используя следующие обозначения:

Т – крутящий момент на валу, Н мм;

M – изгибающий момент на валу, Н мм;

Ft – окружная сила в зацеплении, Н;

Fr – радиальная сила в зацеплении, Н;

Fa – осевая сила в зацеплении, Н;

n – частота вращения вала (зубчатого колеса), мин.-1;

v – окружная скорость зубчатого венца, м/с;

u – передаточное число передачи;

d – диаметр зубчатых колес, мм;

m – модуль зубчатых колес, мм;

z – число зубьев шестерни (колеса);

– угол зацепления, град.;

– угол наклона линии зуба шестерни (колеса), град.;

Re – конусное расстояние, мм;

– угол делительного конуса шестерни (колеса), град.;

– нормальное напряжение в материалах, МПа;

0Hlim – предел длительной контактной выносливости, МПа;

0Flim – предел длительной изгибной выносливости, МПа;

x – смещение исходного контура зубчатого зацепления.

Указанная размерность величин должна соблюдаться при вычислениях.

При вышеприведенных обозначениях нижние индексы обозначают следующее:

i – индекс зубчатого колеса в передаче (1 – относящийся к шестерне, 2 – относящийся к колесу);

H – относящийся к контактной прочности;

F – относящийся к изгибной выносливости;

t – окружной или торцовый;

е – относящийся к большой окружности делительного конуса.

3.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес Выбор материалов конических зубчатых колес производят аналогично цилиндрическим (см. п. 2.1, Выбор материалов для изготовления зубчатых колес).

Для изготовления зубчатых колес конических передач применяют те же материалы, что и для цилиндрических передач.

Для объемного и поверхностного упрочнения конических зубчатых колес используют такие же методы, как и для цилиндрических колес.

3.2 Определение допустимых напряжений 3.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки конических зубчатых колес производят аналогично цилиндрическим (см. п. 3.2.1, Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки).

3.2.2 Определение допустимых напряжений Определение допустимых напряжений конических зубчатых колес производят аналогично цилиндрическим (см. п. 2.2.2, Определение допустимых напряжений).

3.2.3 Определение коэффициентов нагрузки Ориентировочное значение окружной скорости (м/с) на среднем диаметре зубчатого венца колеса находят из выражения где Cv – коэффициент, учитывающий влияние разных видов термообработки зубьев шестерни и колеса, определяют из таблицы 3.1.

Таблица 3.1 – Величина коэффициента влияния термообработки Cv, С круговым зубом * У – улучшение; З – закалка объемная; ТВЧ – закалка поверхностная при нагреве ТВЧ; Ц – цементация Далее из таблицы 3.2 выбирают нужную степень точности передачи.

Нагрузку в зацеплении определяют с учетом неравномерности ее распределения между зубьями и по длине зуба, а также с учетом ее ударного приложения. Поэтому определяют коэффициенты нагрузки КН и КF.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где KН и KF – коэффициенты распределения нагрузки по контактной прочности и изгибной выносливости соответственно. Для конических колес в зависимости от степени точности передачи (см. таблицу 3.2) их находят из таблицы 2.7, соответственно;

KН и KF – коэффициенты концентрации нагрузки по контактной прочности и изгибной выносливости соответственно. При изготовлении конических передач обычно выбирают материал для изготовления колес твердостью меньше 350 единиц по Бринелю (НВ2 [ H max ], то увеличивают d e 2, а расчеты повторяют.

3.3.3. Определение числа зубьев зубчатых колес Вначале определяют число зубьев колеса по формуле где K – коэффициент, выбираемый по таблице 3.3.

Затем, зная число зубьев колеса, вычисляют число зубьев шестерни как Полученную величину округляют до ближайшего целого числа, но не менее минимально допустимого по условиям подрезания ножек зубьев. Лучше принять число зубьев шестерни не менее 17, чтобы не использовать выПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа сотную коррекцию зубьев. Если число зубьев шестерни оказалось на одиндва зуба меньше допустимого (минимально возможное 12), такую передачу можно выполнить, применив высотную коррекцию с целью исключения подрезания ножек зубьев, или изменением величины конусного расстояния Re.

Величину относительного смещения в этом случае выбирают по таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Относительное смещение конической шестерни xn зубьев Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. Для зубчатых колес конических передач обычно принимают хn2 = – хn1, тогда суммарное смещение будет равно нулю, при этом толщина зуба шестерни увеличивается, а колеса уменьшается.

Теперь уточняют число зубьев колеса по фактически принятому числу зубьев шестерни как Полученную величину округляют до ближайшего целого числа и определяют фактическое передаточное число передачи. Его вычисляют с точностью до пяти знаков после запятой и используют с такой точностью в расчетах геометрии зубчатых колес.

Передаточное число уточняют по формуле 3.3.4. Определение модуля зубчатых колес На этой стадии расчета находят внешний торцевой модуль (мм) как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа В случае, если в дальнейшем построение зубьев на трехмерных моделях зубчатых колес будет производиться с использованием торцевого модуля (рекомендуется), то должно быть принято его ближайшее значение из стандартного ряда (см. п. 2.3.3, Определение модуля зубчатых колес). Если же построение зубьев на трехмерных моделях зубчатых колес будет производиться с использованием нормального модуля в среднем сечении mnm, то округление mte до стандартного модуля не обязательно.

3.3.5 Выбор угла наклона зуба (для косозубых и с круговым зубом) Угол наклона линии зуба m в середине зубчатого венца конических колес с круговым зубом обычно принимают равным 35° (cos m = 0,81915), хотя иногда применяют и другую величину угла наклона линии зуба (даже нулевой).

3.3.6 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость Расчет зубьев на изгибную выносливость является проверочным и выполняется последовательно для зубьев шестерни и колеса. Расчетные напряжения, возникающие в зубе под нагрузкой, не должны быть больше допустимых.

Для прямозубых и колес с круговым зубом условие выглядит как где YFi – коэффициент формы зуба шестерни или колеса, который для внешнего зацепления определяют по таблице 2.12 в зависимости от коэффициента смещения колеса х и биэквивалентного числа зубьев колеса zvi. Биэквивалентное число зубьев колеса рассчитывают как где i – угол делительного конуса в градусах, вычисляемый для колеса как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа F – коэффициент упрочнения, который определяют по таблице 3.3.

Если расчетные напряжения, возникающие в зубе под нагрузкой, превысят допустимые более чем на 5 %, то необходимо увеличить модуль и повторить расчеты с п. 3.3.4 (Определение модуля зубчатых колес). Можно также использовать более прочный материал или применить другую термообработку ранее выбранного. При меньшем отклонении иногда используют высотную коррекцию (см. таблицу 3.4) чтобы изменить коэффициент формы зуба YFi, назначаемый по таблице 2.8.

Затем производят проверку зубьев на статическую изгибную выносливость по кратковременному пиковому или пусковому крутящему моменту двигателя, который был выбран из справочной литературы в п. 1.4 (Выбор приводного электродвигателя), как Значение [ F max ] i определяют по таблице 2.4.

3.3.7 Определение диаметров и углов зубчатых колес Поскольку диаметр основания делительного конуса колеса уже определен, то теперь вычисляют диаметр делительного конуса основания шестерни (мм) как и уточняют значение внешнего конусного расстояния по выражению Затем определяют число зубьев плоского колеса по формуле Далее вычисляют среднее конусное расстояние (мм) по выражению Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Теперь может быть определен расчетный нормальный модуль (мм) в среднем сечении зуба как В случае, если в дальнейшем построение зубьев на трехмерных моделях зубчатых колес будет производиться с использованием торцевого модуля mte (рекомендуется), то округление нормального модуля в среднем сечении зуба до стандартного значения не нужно. Если же построение зубьев на трехмерных моделях зубчатых колес будет производиться с использованием нормального модуля в среднем сечении mnm, то должно быть принято его ближайшее значение из стандартного ряда (см. п. 2.3.3, Определение модуля зубчатых колес).

Далее выполняют расчеты для определения остальных геометрических размеров колес конической передачи. Для удобства вычислений в расчетах используют нормальный модуль в среднем сечении mnm. Расчеты линейных размеров производят в миллиметрах с точностью до пяти знаков после запятой, а угловых – вычисляют с точностью до градусов, минут и секунд.

Высота головки зуба в расчетном сечении Высота ножки зуба в расчетном сечении Угол ножки зуба Угол головки зуба Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Угол конуса вершин Угол конуса впадин Увеличение высоты головки зуба при переходе от расчетного сечения на внешний торец, определяют как Внешняя высота головки зуба Увеличение высоты ножки зуба при переходе от расчетного сечения на внешний торец Внешняя высота ножки зуба Внешняя высота зуба Диаметр вершин зубьев шестерни и колеса Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Диаметр впадин зубьев шестерни и колеса 3.3.8 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес Ниже приведены расчетные формулы для определения проекций нормальных сил F1 и F2 на соответствующие им оси, возникающих в зацеплении конической передачи и показанных на рисунке 3.2.

Окружная сила на шестерне, Н Осевая сила на шестерне, Н Радиальная сила на шестерне, Н Коэффициенты a и r вычисляют по таблице 3.5.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Окружная сила на колесе, Н Таблица 3.5 – Формулы для расчета коэффициентов a и r Схема Осевая сила на колесе, Н Радиальная сила на колесе, Н Знак «минус» указывает на то, что направления сил противоположны.

Затем определяют консольные силы на выходных концах валов, как это делалось в п. 2.3.9 (Определение консольных сил) для цилиндрической зубчатой передачи.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 4 Расчет червячной передачи Расчет червячной зубчатой передачи производят по слегка упрощенной традиционной методике [3] используя следующие обозначения:

Т – крутящий момент на валу, Н мм;

M – изгибающий момент на валу, Н мм;

Ft – окружная сила в зацеплении, Н;

Fr – радиальная сила в зацеплении, Н;

Fa – осевая сила в зацеплении, Н;

n – частота вращения вала (зубчатого колеса), мин.-1;

vск – скорость скольжения, м/с;

u – передаточное число передачи;

d – диаметр зубчатых колес, мм;

R – радиус скруглений зубчатых колес, мм;

m – модуль зубчатых колес, мм;

q – коэффициент диаметра червяка;

z – число заходов червяка и зубьев колеса;

– угол зацепления, град.;

– угол подъема витка червяка, град.;

p1 – расчетный шаг червяка, мм;

– коэффициент полезного действия;

– приведенный угол трения, град.;

Kт – коэффициент теплоотдачи;

tраб – рабочая температура масло,°С;

– нормальное напряжение в материалах, МПа;

0Hlim – предел длительной контактной выносливости, МПа;

0Flim – предел длительной изгибной выносливости, МПа;

x – смещение исходного контура зубчатого зацепления.

Указанная размерность величин должна соблюдаться при вычислениях.

При вышеприведенных обозначениях нижние индексы обозначают следующее:

i – индекс зубчатого колеса в передаче (1 – относящийся к шестерне, 2 – относящийся к колесу);

H – относящийся к контактной прочности;

F – относящийся к изгибной выносливости;

t – окружной или торцовый;

4.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес Материалы червячных пар должны обладать антифрикционными свойствами, хорошей прирабатываемостью и повышенной теплопроводностью, поскольку вследствие наличия трения скольжения межу ними выделяется большое количество тепла.

Червяки всегда испытывают больше циклов нагружения, чем червячные колеса. Поэтому червяки обычно изготавливают из цементируемых сталей. Для ответственных передач чаще всего применяют сталь марки 18ХГТ2, 12Х2Н4А, 20Х2Н4A, 12ХН3А, 20ХН3А, 30ХН3А с цементированием и закалкой до твердости HRC56 или даже HRC63. После закалки червяки шлифуют и полируют. Для передач, работающих с большими перерывами и редко испытывающих максимальные нагрузки, могут быть использованы червяки, закаленные нагревом ТВЧ до твердости от HRC45 до HRC50. В этом случае применяют стали марок 40Х, 35ХМ, 40ХН.

В качестве материала для изготовления червячного колеса, работающего при интенсивной нагрузке, используют оловянистые бронзы. При менее напряженной эксплуатации и скорости скольжения до 3 м/с могут быть использованы безоловянистые бронзы и латуни. Если передача работает эпизодически со скоростью менее 2 м/с, то могут применяться серые чугуны.

Очень часто с целью экономии дорогих медьсодержащих сплавов зубчатое колесо делают составным, зубчатый венец изготавливают из цветного сплава, а центральную часть колеса ступицу (маточину) – из стали.

Выбор материала червяка в значительной мере зависит от скорости его скольжения по червячному колесу, поэтому вначале определяют примерную величину скорости (м/с) как Затем по таблице 2.3 в зависимости от класса нагрузки или по диаграмме нагружения передачи, заданных в техническом задании на курсовой проект (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование), находят коэффициент эквивалентности (приведения) по контактным нагрузкам KHE.

А с учетом него по таблице 4.1 выбирают группу материалов, подходящую для изготовления червячного колеса.

Таблица 4.1 – Выбор группы материалов для изготовления червячного колеса Скорость скольжения vск более 0,4 от 0,2 до 0,4 от 0,1 до 0,2 менее 0, Желательно применять подчеркнутые марки сплавов, они заложены в справочник материалов КОМПАСа Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Если в техническом задании на проект указана относительная продолжительность включения редуктора (ПВ), то KHE корректируют, умножая его на ПВ. Если же он не задан, то ПВ считают равным единице (безостановочная работа).

Далее переходят к выбору материала колеса. Механические свойства материалов, применяемых для изготовления червячных колес (зубчатых венцов) приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Механические свойства материалов, применяемых для изготовления червячных колес Группа материаСпособ* ла по сопротивотливки Предел проч- Предел текуляемости * Ц – центробежное; К – в кокиль; З – в землю.

** Указан предел прочности на изгиб 4.2 Определение допустимых напряжений 4.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки В червячной передаче всегда лимитирует червячное колесо (поскольку оно изготовлено из менее прочного материала), поэтому режим работы и расчетная нагрузка относятся именно к нему.

Коэффициенты эквивалентности (приведения) режима работы редуктора KНЕ и KFЕ также как и в цилиндрических передачах определяют исходя Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа из класса нагрузки или по диаграмме нагружения передачи, заданных в техническом задании на курсовой проект (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). Они определяются по таблице 2.3 в зависимости от режима термообработки.

Коэффициенты долговечности KНд2 и KFд2 в зависимости от суммарного числа циклов N2 работы червячного колеса передачи (наработка) определяют по формулам где NHG – база контактных напряжений, зависящая от твердости материала, определяемая по формуле По номограмме, приведенной на рисунке 2.1 можно перевести значения твердости из HRC в HB;

NFG – база изгибных напряжений, для червячных передач принимают равной 1 106.

Наработку в течение срока эксплуатации редуктора определяют как где Nр – ресурс работы редуктора, заданный в техническом задании на курсовой проект в часах (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование).

Для безоловянистых бронз, латуней и чугунов (II и III группа материала по сопротивляемости) KНд2 принимают равным единице.

4.2.2 Определение допустимых напряжений Допустимые контактные напряжения [H]2 для червячного колеса передачи находят, используя определяемый по таблице 4.3 коэффициент износа Cv по рекомендациям, приведенным в таблице 4.4.

Приведенные в таблице 4.4 значения соответствуют компоновочной схеме редуктора с нижним расположением червяка, где зона зацепления поПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа стоянно находится в масле. Если это условие не выполняется, то следует умножать полученные по таблице значения на коэффициент 0,85.

Таблица 4.3 – Значения коэффициента износа Cv Скорость скольжения vск Коэффициент износа Cv Таблица 4.4 – Допустимые напряжения материалов червячного колеса Группа IIб 275 – 25vск250 – 25vск Если передача реверсивная, то полученные значения [F]2 умножают на коэффициент реверсивности, равный 0,8.

4.2.3 Определение коэффициентов нагрузки При расчете червячной передачи коэффициенты нагрузки определяются дважды. Вначале при расчете основных параметров передачи, а затем перед проверкой передачи на прочность.

При работе нагрузка, возникающая в зацеплении червячной передачи, неравномерно распределяется по ширине зуба, возникают толчки. Коэффициент нагрузки KHF для червячной передачи используют и при расчете на контактную прочность, и на изгибную выносливость.

где K – коэффициент концентрации нагрузки по контактной прочности и изгибной выносливости. При постоянной нагрузке его принимают равным единице. При переменной нагрузке его предварительное значение определяют как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где K – начальный коэффициент концентрации нагрузки по контактной и изгибной прочности (до приработки зубьев), для одноступенчатого червячного редуктора его принимают в зависимости от заходности червяка (z1) по номограмме на рисунке 4.1. Число заходов червяка выбирают по таблице 4.5;

Kv – коэффициент динамичности, при расчете его предварительное значение принимают равным единице.

Таблица 4.5 – Определение числа заходов червяка (использовать номограмму как на рисунке 2.2) 4.3 Расчет червячной зубчатой передачи На этом этапе выполняют расчет основных параметров зубчатой передачи червячного редуктора, основные геометрические размеры которой представлены на рисунке 4.2. Принятые на рисунке обозначения будут пояснены ниже по ходу расчета передачи.

4.3.1 Определение межосевого расстояния Предварительное значение межосевого расстояния (мм) находят как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Здесь используют предварительное значение коэффициента нагрузки KHF. Допустимые контактные напряжения [H]2 находят по рекомендациям, приведенным в таблице 4.4 для червячного колеса передачи.

4.3.2 Определение числа зубьев червячного колеса Предварительное число зубьев червячного колеса находят из выражения Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 4.3.3 Определение модуля и коэффициента диаметра зубчатых колес Вначале предварительно определяют модуль m в миллиметрах по формуле который округляют до ближайшего значения из стандартного ряда (см.

п. 2.3.3, Определение модуля зубчатых колес). Потом вычисляют коэффициент диаметра как Полученное значение округляют до ближайшего значения из следующего стандартного ряда: 8; 10; 12,5; 14; 16; 20.

Все приведенные значения коэффициента диаметра червяка q разрешено применять при числе витков червяка z1, равном 1, 2 и 4. Значения коэффициента диаметра, равные 18 и 25 допустимо использовать только для однозаводного червяка.

4.3.4 Определение коэффициент смещения исходного контура Коэффициент смещения определяют по формуле Он должен находится в переделах ±1. Если это условие не выполняется, то изменяют а, m, z2, q и добиваются его соблюдения, пересчитывая параметры передачи с п. 4.3.1 (Определение межосевого расстояния). После этого определяют фактическое значение передаточного числа как 4.3.5 Определение диаметров и углов зубчатых колес Далее определяют основные геометрические размеры в миллиметрах и углы в градусах червяка и червячного колеса Делительный диаметр Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Начальный диаметр Диаметр вершин витков Диаметр впадин витков Делительный угол подъема витков Начальный угол подъема витков Расчетный шаг червяка (расстояние между характерными точками соседних витков червяка), мм Ход витка червяка (расстояние между характерными точками соседних витков спирали одного захода), мм Длину нарезаемой части червяка b1 определяют в зависимости от заходности червяка по рекомендациям, приведенным в таблице 4.6.

Длина шлифуемого червяка равна а нешлифуемого b1 = b1.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 4.3.5.2 Червячное колесо Делительный диаметр Таблица 4. смещения х Диаметр вершин зубьев Наибольший диаметр колеса Диаметр впадин Радиус линии головок зубьев колеса, который обязательно проставляют на чертеже, поскольку он должен быть изготовлен на заготовке червячного колеса перед нарезанием зубьев, находят по формуле Радиус линии ножек зубьев колеса. Этот размер не указывают на чертежах, поскольку он образуется автоматически при нарезании фрезой зубьев на колесе, определяют как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Угол подъема витка червяка на начальном цилиндре Ширина венца червячного колеса где а – коэффициент ширины зубчатого венца. Принимают равным 0,355 для одно и двухзаходных червяков, и равным 0,315 для четырехзаходных.

4.3.6 Проверочный расчет зубьев на контактную прочность После расчета основных параметров червячной передачи (межосевого расстояния а, модуля зацепления m, коэффициента диаметра червяка q, числа заходов червяка z1, числа зубьев колеса z2, начального диаметра червяка dw и др.) производят проверочный расчет зубьев на контактную прочность и изгибную выносливость. Для этого определяют уточненный коэффициент KHF, который вычисляют по той же формуле (см. п 4.2.3, Определение коэффициентов нагрузки), подставляя уточненные коэффициенты K и Kv. Они определяются следующим образом.

Коэффициент концентрации нагрузки по контактной и изгибной прочности K при проверочном расчете определяют как где – коэффициент деформации червяка, определяют по таблице 4.7 в зависимости от заходности червяка z1 и коэффициента его диаметра q.

Коэффициент режима Х определяют по таблице 2.3.

Коэффициент динамичности по контактной и изгибной прочности Kv при проверочном расчете определяют в зависимости от окружной скорости колеса по таблице 2.10, как коэффициент KHv для цилиндрических передач, имеющих твердость рабочих поверхностей зубьев колес меньше 350 единиц по Бринеллю (НВ350) и ту же степень точности, т.е. по знаменателю строка «а». Окружную скорость колеса (м/с) вычисляют как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Степень точности передачи также определяют по номограмме, приведенной на рисунке 2.2 в зависимости от окружной скорости колеса.

Затем находят фактическую скорость скольжения (м/с) по формуле По фактической скорости скольжения, пользуясь таблицей 4.3 снова определяют коэффициент Сv, а затем в соответствии с указаниями таблицы 4.4 уточняют значения допустимых напряжений [ Н ]2 и [ F ]2 для материала колеса.

Далее определяют фактическое контактное напряжение как Отклонение напряжения не должно быть больше ±5 % от допустимого Если фактические напряжения меньше допустимых более чем на 10 %, то целесообразно подобрать более дешевый материал для изготовления червячноН го колеса. Если 0,85, то нужно уменьшить межосевое расстояние а из единого ряда размеров и вновь определить Н 2.

Далее проверяют зубья на статическую контактную прочность по формуле Пиковый момент находят исходя из технического задания на курсовой проект (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование) из диаПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа граммы нагрузки привода как Tпик = 0Т н. Значение [ Н max ]2 определяют по таблице 4.4. Если H max 2 > [ H max ]2, то увеличивают а, а расчеты повторяют.

4.3.7 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость Проверку зубьев червячного колеса на изгибную выносливость производят по формуле где YF 2 – коэффициент формы зуба, определяемый в зависимости от эквивалентного числа зубьев по таблице 4.8.

Эквивалентное число зубьев zv Коэффициент формы Y F Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. Эквивалентное число зубьев червячного колеса вычисляют как Далее проверяют зубья червячного колеса на статическую изгибную выносливость как Значение [ F max ]2 определяют по таблице 4.4.

4.3.8 Тепловой расчет червячной передачи Поскольку коэффициент полезного действия червячного редуктора не высок, при его работе выделяется большое количество тепловой энергии, что может привести к перегреву масла и заклиниванию редуктора. Поэтому неПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа обходима проверка величины рабочей температуры смазывающего передачу масла.

Вначале определяют КПД редуктора по формуле где – приведенный угол трения, зависит от материала червячного колеса и скорости скольжения, находят по таблице 4.9.

Затем определяют мощность на червяке как Таблица 4. Скорость скольжения Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. Обычно редукторы не снабжают дополнительными вентиляторами, отводящими тепло от его корпуса струей воздуха. Температура нагрева смазывающего масла (°С) в масляной ванне червячного редуктора без обдува его вентилятором определяют по формуле Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где Kт – коэффициент теплоотдачи, обычно принимают равным от 9 до 17 Вт/(м2 °С) в зависимости от условий охлаждения редуктора (большие значения выбирают при хороших условиях охлаждения);

А – поверхность охлаждения корпуса, м2. Равна поверхности всех стенок и ребер, кроме поверхности дна. На этом этапе ее можно приближенно принять по таблице 4.10 в зависимости от межосевого значения передачи;

– коэффициент, учитывающий отвод тепла от корпуса редуктора в раму или металлическую плиту основания, принимают равным 0,3;

[t ]раб – максимально допустимая рабочая температура нагрева смазывающего передачу масла, при которой оно еще не теряет нужных свойств, обычно принимают равной 95 °С.

Таблица 4. Межосевое расстояние а, мм Поверхность охлаждения А, м Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. 4.3.9 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес Ниже приведены расчетные формулы для определения проекций нормальных сил F1 и F2 на соответствующие и оси, возникающих в зацеплении червячной передачи и представленных на рисунке 4.3.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Окружная сила на червяке, Н Осевая сила на червяке, Н Радиальная сила на червяке, Н Поскольку стандартный угол зацепления равен 20°, поэтому Окружная сила на колесе, Н Осевая сила на колесе, Н Радиальная сила на колесе, Н Знак «минус» указывает на то, что направления сил противоположны.

Затем определяют консольные силы на выходных концах валов, как это делалось в п. 2.3.9 (Определение консольных сил) для цилиндрической зубчатой передачи.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 5 Построение трехмерных моделей зубчатых колес В настоящих методических указаниях все примеры и комментарии по построению трехмерных моделей, графических и текстовых документов в среде КОМПАСа сделаны для стандартной (заводской) настройки интерфейса машиностроительного профиля в стиле Microsoft® Office 2003.

Существует несколько общих для всех электронных моделей правил (как для деталей, так и сборочных единиц), которые необходимо выполнять во избежание потери информации и накопления неточностей в документах.

Прежде всего, на USB устройстве флеш-памяти рекомендуется создать новую папку с названием, включающим личные данные студента – «Фамилия, группа, тип редуктора, вариант», в которую будут сохраняться все файлы, связанные с выполнением курсового проекта, как это показано на рисунке 5.1 (имя папки в заголовке окна).

Ни в коем случае нельзя забывать сохранять файлы под узнаваемыми в последствии именами, например, «Шестерня», «Колесо», «Вал тихоходный», «Крышка проходная», «Редуктор» и всегда в одну и ту же папку.

Как на стадии построения трехмерной модели детали, так и впоследствии при ее редактировании нужно обязательно заполнить ячейки панели свойств файла детали. Для этого нужно навести курсор в дереве построения на его верхнюю строчку, и нажать правую кнопку мышки. Появится подменю, в котором следует выбрать строчку «Свойства» и нажать левую кнопку мышки (см. рисунок 5.1).

В нижней части экрана монитора, как это показано на рисунке 5.2, появится панель «Свойства», где обязательно заполняют ячейку «Наименование» присваивая детали состоящее из одного-двух слов имя (лучше такое же, как и имя файла).

По возможности на этой стадии заполняют «Обозначение», Но перед выпуском чертежей в печать оно обязательно должно быть проверено и заполнено в соответствии со спецификацией к сборочной единице, в которой деталь будет участвовать как составная часть. Тоже касается сборок, за исключением выбора материала, поскольку он выбирается для каждой детали в отдельности. Для этого открывают закладку «Параметры МЦХ», как это показано на рисунке 5.3, и выбирают «Материал», из которого деталь должна изготавливаться. По умолчанию программа предлагает заложить в качестве Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа материала «Сталь 10 ГОСТ 1050-88» и если не изменить его, то именно этот материал будет в последствии передан в чертеж детали. Чтобы сохранить выбранные параметры нужно нажать на кнопку «Создать объект»

на панели «Свойства детали».

Часто изображения основных плоскостей и осей мешают восприятию изображения трехмерной модели и их скрывают при помощи команды «Вид Скрыть». Можно даже «Скрыть все вспомогательные объекты».

Чтобы понимать приведенное ниже описание процедур работы в КОМПАСе, студент должен параллельно пробовать выполнять их на компьютере в работающей программе.

5.1 Построение зубчатых колес цилиндрической передачи Завершив расчет зубчатой передачи, переходят к построению электронных моделей зубчатых колес, которые выполняют в библиотеке КОМПАС-SHAFT 2D, используя в качестве исходных данных результаты некоторых промежуточных расчетов, сделанных ранее.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Для начала построения создают новый файл КОМПАСа в формате «Чертеж» или «Фрагмент» и сохраняют его под узнаваемым в последствии именем, например, «Шестерня», или «Колесо», в зависимости от того, с какой детали зубчатого зацепления начинают построения. Потом в меню «Менеджер библиотек» открывают библиотеку «Расчет и построение» и КОМПАС-SHAFT 2D, а затем команду «Построение модели». В выпавшем меню нажимают кнопку «Новая модель», а в новом подменю «Выбор типа отрисовки» выбирают, например, «В полуразрезе»

и нажимают курсором «ОК», как это показано на рисунке 5.4.

Курсором вида «крест» + привязываются к началу координат на экране монитора, нажимая левую кнопку мышки. При этом вновь открывается меню КОМПАС-SHAFT 2D, где в верхнем окне «Внешний контур» появилось дерево построения модели. Выбирают именно верхнее окно, поскольку в проектируем редукторе используются только колеса внешнего зацепления.

Нажимают на кнопку «Элементы механических передач» и выбирают в выпавшем подменю тип зубчатой передачи, которую требуется поПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа строить в курсовом проекте, например, «Шестерню цилиндрической зубчатой передачи». Это видно на рисунке 5.5. После этого выпадает новое подменю расчета соответствующей передачи. На этом этапе, как показано на рисунке 5.6, есть возможность задать фаски и галтели торцов зубчатых колес передачи, затем нажать на кнопку «Запуск расчета». Появляется новое подменю, в котором можно выбрать последовательность расчета из предложенных программой вариантов, – «Геометрический расчет», «Расчет на прочность» и «Расчет на долговечность».

Начинают с геометрического расчета, кнопки других расчетов пока недоступны. Далее выпадает подменю «Вариант расчета» с выбором «По межосевому расстоянию», «По коэффициентам смещения», «По диаметрам вершин колес». Можно выбирать любой вид расчета, например, «По коэффициентам смещения», который предлагается программой по умолчанию, как это видно на рисунке 5.7. Остальные способы обычно применяются при расчете специальных и многоступенчатых редукторов, когда конструктору нужно «вписать» редуктор в конкретные компоновочные разПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа меры узла или агрегата машины или использовать готовые колеса, уже применяющиеся в выпускаемых предприятием машинах, но можно выбрать и их.

Нажав на кнопку «По коэффициентам смещения», открывают «Страницу 1» расчета и заполняют доступные для ввода исходной информации ячейки в соответствии с рисунком 5.8. В некоторых из них, например, «2. Модуль, мм» есть кнопка, открывающая список стандартных значений, из которого можно выбрать подходящее. Другие, например, «Коэффициент смещения исходного контура» имеют кнопку встроенного калькулятора, нажав на которую пользователь запускает расчет этой величины, которая затем предлагается как рекомендуемая, хотя можно ввести любую другую.

Если на первой странице введено достаточно информации, становится доступной к открыванию «Страница 2», на которой по умолчанию приведены степень точности изготовления зубчатых колес «7-С» и диаметры вершин зубьев. Эти параметры можно изменить, в случае необходимости, а затем нажать на кнопку «Расчет» в виде калькулятора.

После этого в окне «Ход расчета» появится сообщение о том, что контролируемые параметры зацепления находятся в норме (как это видно из Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа рисунка 5.9), или о том, что отдельные из них не соответствуют требованиям, предъявляемым к конкретному зацеплению, и они должны быть изменены. В этом случае необходимо вернуться на «Страницу 1» расчета и изменить некоторые исходные данные.

Затем нажимают на кнопку «Просмотр результатов расчета», а в появившемся окне «Результаты расчета» – на кнопку «Сохранить» и на кнопку «Печать», как это видно на рисунке 5.10. Получают распечатанную на бумаге таблицу с исходными данными и результатами расчета зубчатой передачи, которую затем подшивают в Приложение А пояснительной записки к курсовому проекту. Далее результаты всех компьютерных расчетов также должны быть отпечатаны на бумаге и подшиты в соответствующий раздел приложений пояснительной записки.

После успешного завершения геометрического расчета нажимают на кнопку «Возвтат в главное меню» и приступают к следующему этапу расчетов «Расчет на прочность». При этом снова открывается «Страница 1» подменю «Расчет на прочность при действии максимальной нагрузки», в котором заполняются ячейки исходных данных.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Рядом с ячейками параметров 1 и 2 имеются дополнительные кнопки, нажатие на которые открывает дополнительные подменю, в которых пользователь может выбрать нужную расчетную схему редуктора (для цилиндрического одноступенчатого редуктора это шестая схема). Материалы, из которых будут изготавливаться зубчатые колеса, – нужно выбрать те же материалы, которые уже закладывались в расчеты в п. 2.1 (Выбор материала зубчатых колес и определение допустимых напряжений). Нажатие на кнопку в графе «2. Материал зубчатых колес» открывает меню с сокращенным перечнем свойств материалов. Для получения развернутого перечня свойств в нем следует нажать на кнопку «Вывести отчет о материале» (некоторые значения могут отличаться от принятых ранее при расчете зубчатой передачи в п. 2.1, Выбор материала зубчатых колес и определение допустимых напряжений), но это допустимо. Если нужной марки стали (или другого материала) нет в предлагаемом программой перечне, то в графе «2. Материал зубчатых колес» указывают нужную марку, а в графах 3 и 4 вручную вводят ее допускаемые напряжения по контакту и изгибу, взятые из других источников. Далее вводят «Расчетную нагрузку», в качестве которой используют крутящий момент в зацеплении, и «Число оборотов на ведущем валу», а Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа затем нажимают на кнопку «Расчет», которая, при правильном вводе исходных данных, становится доступной. Проверяют результаты расчета и следят за тем, чтобы коэффициенты запаса прочности по контактным напряжениям и напряжениям изгиба (последние строчки соответствующих блоков таблицы результатов) были больше единицы. Печатают на бумаге результаты и подшивают в пояснительную записку к курсовому проекту.

Затем вновь возвращаются в главное меню с помощью кнопки и приступают к последнему виду расчетов «Расчет на долговечность». Открывается «Страница 1» подменю, в которой по результатам проведенных расчетов уже заполнены почти все ячейки кроме ячейки «Базовый ресурс и его размерность». Если в задании на курсовой проект содержатся особые требования по составу и качеству нагрузки, а также реверсивности работы редуктора, то они должны быть отражены в ячейках параметров с восьмого по одиннадцатый. Далее нажимают кнопку «Режим нагружения», расположенную рядом с кнопкой «Страница 1» и на кнопку «Добавить режим». Вводят исходную нагрузку в ячейки «Контакт» и «Изгиб» (крутящий Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа момент, передаваемый зацеплением), «Частоту вращения шестерни» и «Число циклов» нагружений за весь срок службы редуктора.

Затем нажимают на кнопку «Расчет», проверяют и печатают результаты расчета, которые потом подшивают в пояснительную записку к курсовому проекту.

Чтобы завершить расчеты, возвращаются в главное меню, нажимая кнопку (здесь можно заново пересчитать параметры зубчатого зацепления, если полученные результаты недостаточно хороши) и закрыть его. Появляется новое подменю «Выбор объекта построения», в котором можно выбрать построение шестерни или колеса, как это видно из рисунка 5.11.

Нажатие кнопки «ОК» делает активным меню «Цилиндрическая шестерня с внешними зубьями», в котором можно откорректировать некоторые параметры, а также включить опцию простановки размеров на чертеже. Для начала построения чертежа нажимают кнопку. В уже открытом файле изображается чертеж шестерни с условным изображением зубьев как того требует ЕСКД, а в окне меню КОМПАС-SHAFT 2D условное изображение зубчатого колеса (как видно в рисунке 5.12). Если «наступить» на него и «кликПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа нуть» правой кнопкой мышки, то появится контекстное меню возможных действий с моделью, в том числе и редактирование, которое выполняется в том же порядке, что и описанные выше расчет и построение. Полученный двухмерный чертеж шестерни можно будет использовать в дальнейшем для составления рабочего чертежа шестерни.

Чтобы теперь построить трехмерную модель рассчитанного выше зубчатого колеса нужно в меню КОМПАС-SHAFT 2D нажать на кнопку «Дополнительные построения», а затем выбрать в подменю такую же кнопку «Генерация твердотельной модели» и КОМПАС построит в отдельном окне трехмерную модель шестерни, которая в меню «Окно»

КОМПАСа будет называться «Деталь без имени1». Чтобы посмотреть результат трехмерных построений нужно нажать на кнопку «Обновить, показать, перестроить», а затем в подменю выбрать строчку «Активировать курсор», открыть через меню «Окно» эту деталь и «Сохранить как»

под именем, которое впоследствии можно будет найти в папке с файлами курсового проекта, например, «Шестерня», как это показано на рисунке 5.13. Темно-серый цвет, задаваемый КОМПАСом по умолчанию для всех Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа создаваемых деталей, можно сменить на другой прямо сейчас или позже.

Лучше это делать сразу же еще до первого сохранения файла детали под выбранным именем. Кнопка «Цвет» находится в меню панели «Свойства» рядом с выше описанным «Наименованием» (см. рисунок 5.2).

Завершить построение шестерни можно, нажав на кнопку «Сохранить модель и выйти», но перед этим выйти из режима «Активировать курсор» нажав на кнопку «Прервать команду» в левом нижнем углу экрана монитора.

Для построения зубчатого колеса передачи требуется повторить все действия, которые были сделаны для построения шестерни. Снова в меню КОМПАС-SHAFT 2D нужно нажать на кнопку «Элементы механических передач», выбрать «Шестерню цилиндрической передачи», а затем вводить в ячейки расчетов те же значения, что и при расчете шестерни (естественно кроме материала, из которого она будет изготовлена). Чтобы не ошибиться, нужно использовать напечатанные таблицы исходных данных и результатов расчета шестерни.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Выполнив построение чертежа колеса можно нажать на кнопку «Дополнительные элементы ступеней» и построить на зубчатом колесе либо «Кольцевые пазы», либо «Кольцевые отверстия» (для одевания на вал или снижения веса), которые можно отредактировать в КОМПАС-SHAFT 2D до момента построения трехмерной модели.

Открыв через некоторое время файл чертежа или фрагмент, в котором с помощью КОМПАС-SHAFT 2D построены изображения зубчатых колес, можно снова активизировать для редактирования меню КОМПАСSHAFT 2D дважды «кликнув» по любой основной линии изображения детали.

Если в качестве файла, на котором строилось зубчатое колесо, был выбран файл типа «Чертеж», то, нажав кнопку «Дополнительные элементы ступени», можно построить еще и «Таблицу параметров» зацепления, которую обязательно приводят в правом верхнем углу (под обозначением неуказанной шероховатости) рабочего чертежа детали (как это показано на рисунке 5.14). Там же можно «заказать» построение «Профиля зубьПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа ев», который также должен присутствовать на рабочем чертеже любого зубчатого колеса, а также «Полный профиль зубьев».

Если в передаче использованы шевронные колеса, то сначала следует построить половину зубчатого колеса (как косозубое цилиндрическое колесо), а затем пристроить к нему вторую половину, воспользовавшись операцией «Зеркально отразить тело». Естественно, если используются колеса, нарезаемые червячной фрезой, то перед зеркальным построением необходимо добавить у одного из торцов уже построенного полуколеса половину канавки для выхода червячной фрезы (промежуточной цилиндрической ступени, разделяющей полушевроны колеса). Величину канавки для выхода червячной фрезы при нарезании шевронных колес следует брать из [4] (т. 1, стр. 492). На рисунке 5.15 эта операция предпоследняя и выполнена она по «Эскизу:4» в «Дереве Модели».

Для крепления зубчатых колес на валах чаще всего используют шпоночное соединение. Для построения шпоночных пазов на трехмерных моделях зубчатых колес открывают библиотеку КОМПАС-SHAFT 3D, затем папку «Разъемные соединения» и «Шпоночный паз». В открывшейся Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 78 внутренний». Далее, следуя подсказкам КОМПАСа, указывают указывают грань (ближайшую к пазу) и цилиндрическую поверхность, на которой будет построен шпоночный паз, и либо соглашаются с предложенным программой вариантом шпоночного паза, либо корректируют его, как это показано на рисунке 5.16, и нажимают «Применить». Программа построит шпоночный паз. Тип примененной шпонки должен выбрать конструктор.

Аналогично можно построить треугольные или эвольвентные шлицы, если такой способ крепления зубчатых колес на валах будет оправдан, например, подвижностью колеса относительно вала (в многоступенчатых коробках передач).

Как на стадии построения трехмерной модели детали, так и впоследствии при ее редактировании нужно обязательно заполнить ячейки панели свойств файла детали. Для этого нужно навести курсор в дереве построения на его самую верхнюю строчку, и нажать правую кнопку мышки. Появится подменю, в котором следует выбрать строчку «Свойства» и нажать левую кнопку мишки. В нижней части экрана монитора появится панель «СвойстПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа ва», (см. рисунки 5.1, 5.2 и 5.3) в которой выбирают материал для изготовления детали. Обязательно заполняют ячейку «Наименование» присваивая детали состоящее из одного-двух слов имя (лучше такое же, как и имя файла). По возможности на этой стадии заполняют «Обозначение», Но перед выпуском чертежей в печать оно обязательно должно быть проверено и заполнено в соответствии со спецификацией к сборочной единице, в которой деталь будет участвовать как составная часть.

При построении цилиндрических зубчатых колес следует соблюдать рекомендации по геометрическим размерам их основных элементов, которые приведены в таблице 5.1.

Шестерни обычно делают шире колес на величину от 3 до 7 мм для компенсации возможных неточностей при сборке и регулировке зацепления и подшипников. Если расстояние между впадиной зуба шестерни и шпоночным пазом меньше 2,05m, то шестерню делают не насадной, а заодно с валом. Такая деталь называется вал-шестерня и она часто встречается в редукторах различных типов.

Построить цилиндрические зубчатые колеса внешнего зацепления можно, используя также модуль КОМПАС-SHAFT 3D из той же библиотеки Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа «Расчет и построение». Для этого нужно войти в папку «Механические передачи», выбрать «Шестерня цилиндрическая с внешними зубьями»

и запустить модуль двойным щелчком.

Таблица 5.1 – Размеры элементов зубчатых колес Длина ступицы lcт = (1,6...1,5)d в, но не Толщина обода = ( 2,5...4)m** Диаметр окружности Do = 0,5(d o + d ст ) центров в диске Фаски на наружном c f = (0,5...0,7)mn, с округдиаметре da, угол фаски лением до стандартного принимают 20 или 45° значения *dв – диаметр вала; **mn – модуль нормальный; ***dа – диаметр окружности выступов зубьев В нижней части экрана монитора появляется «Панель свойств» с готовым примером параметров построения зубчатого колеса, как это видно на рисунке 5.17. Для создания нового колеса их нужно, конечно же, сменить. На закладке «Параметры» в разделе «Тип зацепления» активна кнопка «Внешнее зацепление», но это можно изменить, нажав на кнопку «Внутреннее зацепление» для сателлитов планетарных передач (но эта функция пока не работает корректно). Нажатие на кнопку «Сменить элемент» меняет шестерню на колесо и наоборот. Эту операцию удобно выполнять при редактировании уже построенного зубчатого колеса. Нажатие на кнопку «Параметы«» открывает табличку со значениями основных параметров готового к построению зубчатого колеса. В разделе «Фаски» можно установить размеры фаски или ее отсутствие. Нажатие на кнопку «Изображение«» открывает двумерный эскиз зубчатого колеса. На закладке «Позиционирование» указаны плоскость начала построения модели, которую указывают в дереве построения или на уже построенной ступени, например, вала, который должен превратиться в вал-шестерню. Точка начала построения (которую можно назначить), направление построения зубчатого колеса и угол поворота ступени относительно начала координат. Последнюю функцию удобно использовать, когда отсутствует совпадение зубьев и впадин смежных деталей при создании файла сборки зубчатого зацепления.