Проверочный расчет на прочность зубчатых передач на ПЭВМ

Министерство образования Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Автомеханический институт

Механико-технологическое отделение

Кафедра “Резание, станки и инструменты”

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ НА ПЭВМ

Методические Указания

к курсовому проектированию

по дисциплине

"Расчет и конструирование станков"

Специальность 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы»

Тольятти 2005

Составитель ГОМЕЛЬСКИЙ М. В.

Утверждено на заседании кафедры " " 2005 г.

Методические указания содержат порядок подготовки исходных данных для расчета зубчатых передач металлорежущих станков и описание работы с программой на ПЭВМ. Предназначены для студентов, выполняющих курсовое проектирование по дисциплине "Расчет и конструирование станков", а также для работающих над дипломным проектом.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Общий порядок расчета

2. Проектный расчет передач

2.1. Исходные данные для проектного расчета

2.2. Выполнение проектного расчета

3. Проверочный расчет передач на ПЭВМ

3.1. Подготовка исходных данных

3.2. Ввод исходных данных в режиме диалога

3.3. Выполнение проверочного расчета

3.4. Анализ результатов и коррекция исходных данных

3.5 .Ввод исходных данных в табличной форме

Литература

В настоящих методических указаниях приведено описание порядка работы с программой для проверочного расчета зубчатых колес на ПЭВМ.

Программа предназначена для расчета цилиндрических и конических, прямозубых и косозубых, корригированных и некорригированных зубчатых пар.

Одновременно может быть подвергнуто проверочному расчету до пяти пар зубчатых колес.

Перечень использованных обозначений

Таблица 1

1. ОБЩИЙ ПОРЯДОК РАСЧЕТА

1.1. Проектный расчет передач

Проектный расчет передач производится с целью ориентировочного определения модуля. При этом можно не учитывать характерные условия работы и особенности конструкции передач. Полученное в результате расчета значение модуля округляется до ближайшей стандартной величины и затем используется в качестве одного из исходных данных для проверочного расчета. Проектный расчет выполняется вручную.

1.2 Проверочный расчет передач

Проверочный расчет выполняется на ПЭВМ, совместимых с IВМ, в режиме сеанса MSDOS. По окончании расчета компьютер выдает следующие результаты:

- таблица исходных данных;

- величина максимальной окружной скорости рассчитываемой передачи;

- значение действующих и допускаемых изгибных и контактных напряжений.

Эти данные необходимы для оценки возможности использования передачи принятых габаритов в реальном приводе.

Если величина наибольшей окружной скорости превосходит величины, рекомендуемые для данного вида привода, а степень точности слишком высока и достижение ее экономически нецелесообразно, то исходные данные для расчета следует изменить, добиваясь уменьшения габаритов передачи.

Если действующие напряжения любого из двух видов значительно меньше допускаемых, это означает, что передача недогружена и размеры ее неоправданно завышены. Если действующие напряжения превышают допускаемые, то прочность передачи не обеспечена. В том и в другом случае необходимо изменить какие-либо из исходных данных. Например, могут быть изменены размеры передачи (модуль, ширина зубчатого венца), материал зубчатых колес и т. д. Затем измененные исходные данные вновь вводят в компьютер и повторяют проверочный расчет до тех пор, пока действующие напряжения не станут близкими к допускаемым, оставаясь меньше последних. При этом следует иметь в виду, что действующие напряжения изгиба обратно пропорциональны квадрату модуля передачи, а сама величина модуля дискретна. Поэтому изменять модуль целесообразно лишь при значительном несоответствии действующих и допускаемых напряжений. Ширину же зубчатого венца можно назначать любой в пределах допускаемых значений, варьирование этой величиной позволяет добиться достаточно близкого совпадения допускаемых и действующих напряжений.

2. ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ

Перед тем как выполнять проверочный расчет, необходимо выполнить ориентировочный (прикидочный) проектный расчет передачи для того, чтобы получить в качестве исходных данных для проверочного расчета следующие величины:

- модуль передачи;

- ширина зубчатого венца.

2.1. Исходные данные для проектного расчета

Для выполнения ориентировочного проектного расчета необходимы следующие исходные данные:

· - крутящий момент на валу ведущего зубчатого колеса передачи, Нм. Определяется для каждого вала привода с учетом к. п. д. и положения о расчетных цепях;

· - число зубьев ведущего зубчатого колеса передачи;

· - число зубьев ведомого зубчатого колеса передачи (числа зубьев колес передач привода определяются при кинематическом расчете);

· - коэффициент ширины зуба (соотношение ширины рассчитываемого зубчатого венца и модуля передачи). Для цилиндрических передач в приводах станков принимают обычно . При проектном расчете можно принять.

Для конических передач при ориентировочном расчете можно принимать

· материал колес зубчатой пары и ориентировочное значение допускаемых напряжений изгиба , МПа;

· - угол наклона зубьев, град.

Некоторые виды материалов зубчатых передач, на применение которых рассчитана данная методика, приведены в табл. 2. Здесь и даны ориентировочные значения допускаемых напряжений. Значения допускаемых напряжений даны без учета коэффициентов надежности и безопасности, технологии обработки зубьев, режима переменности нагрузки и других показателей.

Материалы зубчатых колес для расчета по данной программе Таблица 2

2
.2 Выполнение проектного расчета

Ориентировочно величина модуля прямозубой цилиндрической зубчатой передачи может быть определена по формуле

, мм

где - коэффициент нагрузки, принимаемый в ориентировочном расчете равным 1,5;

у- коэффициент формы зуба. Может быть принят по данным работы [1]. Для = 16...100, y = 0,105...0,15. При ориентировочном расчете можно принять у=0,12.

Значения остальных величин, входящих в формулу, получены при подготовке исходных данных для проектного расчета.

Полученное значение модуля округляют до ближайшего стандартного значения. Предпочтительно применять модули зубчатого зацепления из 1-го ряда: = 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20. Однако, при необходимости можно использовать стандартные значения модуля из 2-го ряда.

Значения модуля больше 20 используются в станкостроении крайне редко. Значения модуля менее 2 мм в приводах главного движения и подачи металлорежущих станков обычно не используют, поэтому применять m<2 в курсовом проекте не следует.

Для ориентировочной оценки величины модуля прямозубой цилиндрической передачи может быть использована табл. 3.

Приведенные в таблице данные рассчитаны для прямозубой передачи, зубчатые колеса которой изготовлены из стали 12ХН3А, цементированной и закаленной, при коэффициенте ширины зуба = 8 и числе зубьев ведущего колеса =25. Конструктивные особенности передачи и прочие дополнительные факторы не учтены.

Таблица 3

Для конической зубчатой передачи величина модуля может быть ориентировочно определена по формуле

, мм

Полученное значение модуля округляют до ближайшего значения в предпочтительном ряду модулей конических зубчатых колес по табл. 4

Предпочтительный ряд модулей для конических зубчатых колес Таблица 4

3. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ НА ПЭВМ

3.1 Подготовка исходных данных

Программа позволяет выполнять одновременно расчет от одной до пяти различных зубчатых передач.

Для ускорения и облегчения ввода в ПЭВМ исходных данных их рекомендуется подготовить в виде таблицы по форме табл. 5. В таблице показан и пример ее заполнения.

Пример заполнения таблицы исходных данных

Таблица 5

В табл. 5 содержатся следующие исходные данные:

3.1.1. Расчетный момент на валу ведущего зубчатого колеса М, Нм.

Величина его берется из исходных данных для проектного расчета.

3.1.2. Вид передачи.

Программа рассчитывает четыре вида передач:

цилиндрическая прямозубая,

цилиндрическая косозубая,

коническая прямозубая,

коническая с круговым зубом.

3.1.3. Угол наклона зуба . Указывается в градусах и долях градуса через десятичную точку. Величина должна быть округлена до десятых долей. Например, если угол составляет = 200
30/
15//
, то следует вводить значение 20.5. Если колеса прямозубые, в этой графе проставляется нуль.

3.1.4. Модуль "m" указывается тот, который был выбран при проектном ориентировочном расчете.

3.1.5. Величина z1
соответствует числу зубьев ведущего колеса независимо от того, какое колесо имеет больше зубьев (т.е. передача повышающая или понижающая). Принимается из кинематического расчета.

3.1.6. z2
- число зубьев для ведомого колеса пары.

3.1.7. Ширина зуба , ведущего колеса назначается в зависимости от выбранного значения (см. п. 2.1.) и, следовательно,

- для цилиндрических колес

и - для конических колес.

3.1.8. Ширина зуба ведомого колеса для передач, переключаемых перемещением блоков вдоль оси, выбирается обычно равной :

Для конических передач - также.

Для передач, не переключаемых передвижением вдоль оси, ширина одного из колес может быть выбрана несколько большей , чем другого (на 1…2 мм).

3.1.9. Конструкция (признак переключения) передачи. Здесь указывается один из двух вариантов:

- колеса переключаемые передвижением вдоль оси,

- колеса не переключаются передвижением вдоль оси.

Первый признак указывается для передвижных блоков зубчатых колес.

Второй признак соответствует одиночной передаче, а также передачам, переключаемым с помощью муфт.

3.1.10. Расположение зубчатого колеса на валу.

Возможные варианты:

- колесо расположено приблизительно симметрично относительно опор;

- колесо расположено вблизи одной из опор;

- колесо на консоли.

Оценить расположение зубчатого колеса можно по предварительно разработанной кинематической схеме привода.

3.1.11. Расчетная частота вращения указывается для ведущего зубчатого колеса пары и выбирается из анализа расчетной цепи по графику частот вращения.

3.1.12. Наибольшая частота вращения указывается для ведущего зубчатого колеса пары и выбирается по графику частот вращения.

3.1.13. Время Т работы передачи под нагрузкой берут из задания на проектирование. Если в задании эта величина не указана, можно с некоторым запасом принять Т= 5000час

3.1.14. Коэффициент коррекции ведущего колеса . Принимается , если колесо не корригированное.

В противном случае коэффициент коррекции указывается знаком “-” (минус), если коэффициент отрицательный и без знака, если он положительный.

3.1.15. Коэффициент коррекции ведомого колеса указывается аналогично п. 3.1.14.

3.1.16. Признак связи шестерни и колеса может быть четырех видов:

- не паразитные ни шестерня, ни колесо;

- паразитное ведущее колесо;

- паразитное ведомое колесо;

- паразитные оба колеса.

Этот признак учитывается при расчете в связи с тем, что на паразитном колесе зубья вступают в работу вдвое чаще, чем на колесе обычном, и, следовательно, претерпевают вдвое большее число циклов нагружения.

Наиболее часто реализуется первый вид признака.

3.1.17. Режим нагрузки, если он не указан в задании, может быть выбран из табл. 6.

3.1.18. Характер процесса резания зависит от вида обработки, выполняемой на проектируемом станке, принимается по табл.7.

3.1.19. Вид механической обработки зубьев выбирается в зависимости от ожидаемой окружной скорости в передаче. Если м/с, то можно принимать, что зубья не шлифованы.

Для м/с принимают, что зубья шлифованы.

3.1.20. Материал ведущего и ведомого колеса передачи выбирают чаще всего одинаковыми. Однако программа допускает расчет и для различных материалов колес пары. Различный материал для шестерни и колеса выбирают, если для одного из колес пары по каким-либо соображениям необходима более высокая прочность.

Рекомендации по выбору материала см. в п. 2.1, табл. 2.

3.2 Ввод исходных данных в режиме диалога

Исходные данные вводятся в память компьютера в режиме диалога с использованием подготовленной по п. 3.1 таблицы.

Для осуществления ввода необходимо:

- включить компьютер и принтер;

- если компьютер работает в среде WINDOWS, необходимо перейти в DOS(NORTON или DN) ;

- найти на панелях NORTON каталог ZUB (см. пример в табл. 8), подвести под него курсор и нажатием клавиши "ENTER" вызвать на экран перечень входящих в него файлов: prog1.dat; prog1. exe; prog1. vix; vvod. … (см. пример в табл. 9).

Таблица 8

Таблица 9

Затем необходимо подвести курсор под файл "vvod.exe" и запустить программу ввода. На экране появляется следующий текст, в ответ на запросы которого, исходные данные вводятся в режиме диалога:

1. Ввод исходных данных для проверочного расчета.

2. Корректировка исходных данных.

3. Выход из программы.

Здесь следует ввести номер пункта, по которому должна вестись работа. Например, выбран пункт “Ввод исходных данных для проверочного расчета”. Тогда следует ввести :

1

После этого на экране возникает текст:

1. Все данные вводятся с десятичной точкой