5.50M

Category:

mechanics

Детали машин и основы конструирования

1.

Детали машин и основы конструирования
г. Томск - 2020

Основные термины и определения
Деталь – изделие изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций
Узел – законченная сборочная единица, состоящая из ряда деталей, имеющих общее
функциональное назначение
Агрегат — сборочная единица, обладающая полной взаимозаменяемостью, возможностью сборки
отдельно от других составных частей изделия.
Конструкция большинства деталей, сборочных единиц, крепежных элементов общего назначения
определена и регламентируется стандартами.
2

3.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗЗадание на РГР. Привод
320ленточного конвейера
1. Электродвигатель
2. Клиноременная передача
3. Редуктор
4. Муфта комбинированная
5. Барабан
6. Натяжное устройство
Вариант
Ft , Н
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
2000 2100 2250 2500 2750 2900 3100 2500 2200 2000
V , м/с
1,25
1,2
1,1
1,0
0,9
0,85
0,8
1,25
1,5
1,3
D , мм
350
325
300
275
250
225
225
350
325
300
3

4.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗЗадание на РГР. Привод
320ленточного конвейера
1. Электродвигатель
2. Муфта упругая
3. Редуктор
4. Плита (рама)
5. Муфта комбинированная
6. Барабан
Вариант
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Ft , Н
3000 2900 2300 3250 2000 4000 3200 2800 3000
2500
V , м/с
0,25
0,45
0,4
0,2
0,4
0,3
0,4
0,3
0,5
0,45
D , мм
225
300
200
180
240
350
275
225
300
200
4

5.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗЗадание на РГР. Привод
320 цепного конвейера
1. Электродвигатель
2. Муфта упругая
3. Редуктор
4. Плита (рама)
5. Муфта комбинированная
6. Звездочка тяговая (t-шаг , z-число зубьев)
Вариант
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Ft,Н
1250 1750 1850 2000 2500 2700 3650 1400 2000
1500
V , м/с
0,95
0,7
0,65
0,6
0,8
0,75
0,9
1,0
0,8
1,2
t , мм
80
125
125
100
100
80
125
80
125
125
5

6.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗМетодика выбора
электродвигателя
320
Для выбора электродвигателя определяют требуемую его мощность и частоту вращения
1. Потребляемая мощность привода (мощность на выходе)
где Ft – окружная сила на барабане ленточного конвейера (по заданию), Н;
ν – скорость движения ленты (по заданию), м/с.
2. Коэффициент полезного действия (КПД) привода
где η1, η2, ηi – ориентировочные величины КПД различных видов механических передач и
отдельных элементов привода
6

7.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗКПД передач и элементов
привода
320
Тип передачи
КПД
Зубчатая (с опорами,
закрытая)
Тип передачи
КПД
Червячная (закрытая) при передаточном числе
- цилиндрическая
0,96…0,98
- свыше 30
0,7…0,8
-коническая
0,95…0,97
- свыше 14 до 30
0,75…0,85
- свыше 8 до 14
0,8…0,9
0,99…0,995
Планетарная (закрытая):
- одноступенчатая
0,9…0,95
Подшипники качения (одна пара)
- двухступенчатая
0,85…0,9
Подшипники скольжения (одна пара):
Ременная (все типы)
0,94…0,96
- жидкостного трения
0,99…0,995
Цепная
0,92…0,95
- полужидкостного трения
0,975…0,985
Муфта соединительная
0,98
7

8.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗМетодика выбора
электродвигателя
320
3. Требуемая мощность электродвигателя
4. Частота вращения приводного (выходного) вала
где Dj – диаметр барабана, мм.
При расчете цепного конвейера число зубьев звездочки выбирается из диапазона 27…31
8

9.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗМетодика выбора
электродвигателя
320
5. Предварительное значение передаточного числа привода
5.1. Минимальное значение передаточного числа привода
где u1(min); u2(min); un(min) – рекомендуемые минимальные величины передаточных чисел для
различных видов механических передач
5.2. Максимальное значение передаточного числа привода
где где u1(max); u2(max); un(max) – рекомендуемые максимальные величины передаточных чисел
для различных видов механических передач
9

10.

Рекомендуемые значения передаточных чисел
для различных видов передач
Вид передачи
Передаточное число
un(min)
un(max)
быстроходная ступень
3,15
5,0
тихоходная ступень
2,5
4,0
шевронная
1,0
5,0
Коническая
1,0
4,0
Червячная
16,0
50,0
Цепная
1,5
3,0
Ременная
2,0
3,0
Зубчатая
цилиндрическая:
10

11.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗМетодика выбора
электродвигателя
320
6. Требуемая частота вращения вала электродвигателя
6.1. Минимальная частота вращения вала электродвигателя
6.2. Максимальная частота вращения вала электродвигателя
Электродвигатель выбирают, исходя из условий, чтобы расчетная мощность на привод составляла не
более 80…90 % от номинальной, а частота вращения была не более частоты вращения ротора в
режиме холостого хода.
Необходимые данные для выбора электродвигателя работы располагаются по URL:
https://аир.com.ua. Вкладка Электродвигатели / Электродвигатели АИР / Каталог
11

12.

Кинематический
расчет
привода.
Общая схема
пневматической
системы
трактора МТЗ320
Уточнение передаточных
чисел
7. Общее передаточное число привода
8. Передаточное число редуктора. Если в схеме привода отсутствует ременная или цепная
передача, то передаточное число редуктора
9. Частота вращения быстроходного вала
Если быстроходный вал редуктора соединен с валом электродвигателя через муфту n nэ = 1 .
Если быстроходный вал редуктора соединен с валом электродвигателя через дополнительную
(в основном, ременную) передачу, частоту вращения быстроходного вала редуктора определяют
по формуле
12

13.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗКинематический
320расчет привода
где uрем – передаточное число ременной передачи
10. Частота вращения приводного вала
Если приводной вал соединен с тихоходным валом редуктора через муфту nв = n2
Если приводной вал соединен с тихоходным валом редуктора через дополнительную
(в основном, цепную) передачу, частоту вращения приводного вала определяют по формуле
где uцеп – передаточное число цепной передачи
13

14.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗКинематический
320расчет привода
11. Угловые скорости валов определяют по формуле
где ni – частота вращения вала, мин–1
12. Мощность на быстроходном валу
Если быстроходный вал редуктора соединен с валом электродвигателя через муфту, то
где ηп – КПД одной пары подшипников качения;
ηм – КПД муфты
14

15.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗКинематический
320расчет привода
13. Мощность на тихоходном валу
где ηп – КПД одной пары подшипников качения;
ηм – КПД муфты
14. Вращающие моменты на валах определяют по формуле
где Рi – мощность на валу, Вт
15

16.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРезультаты кинематического
расчета
320
15. Результаты расчета выносятся в отдельную таблицу, оформляемую в расчетно-пояснительной записке
Передаточное
число
Частота вращения валов
быстроходного тихоходного
n1, мин-1
n2, мин-1
34,1
2850
83,6
Вращающий момент на валах
быстроходного тихоходного
T1, Н∙м
T2, Н∙м
34,6
508,4
16

17.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
18

18.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
16. Выбор числа заходов червяка z1
По ГОСТ 2144–74 допускает выбор числа заходов из значений z1 = 1, 2, 4. Наивысший КПД
передачи при равных условиях обеспечивается при z1 =4 Это значение и рекомендуется
выбирать для силовых червячных передач при передаточных числах u = 8…30. При u = 30…60
рекомендуется принять z1 = 2, а при u > 60 – z1 = 1.
При числе заходов червяка z1 = 1; 2 габариты передачи оказываются несколько меньшими, чем
при z1 = 4, но одновременно с этим падает КПД. Поэтому такие червяки применяются обычно для
маломощных или редко работающих передач, для которых снижение КПД не играет
существенной роли, а также для кинематических передач (указатели угла поворота, делительные устройства и т. д.), в которых однозаходные червяки обеспечивают повышенную, по
сравнению с многозаходными точность установки. Однозаходные червяки применяются и в тех
передачах, в которых надо обеспечить самоторможение.
17. Определение числа зубьев колеса z2 осуществляется по формуле
ред
17

19.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
Наименьшее число зубьев колеса, при котором не подрезаются зубья при нарезке (для
профильного угла α = 20° и высоте головки, равной модулю), равно z2 = 27 Таким образом, даже
при наименьшем передаточном числе u = 8, допускаемом ГОСТ 2144–76, подрезания зубьев при
z1 = 4 не будет.
18. Выбор коэффициента диаметра червяка q осуществляется по графикам таким образом, чтобы
коэффициент деформации червяка θ удовлетворял условию
При этом следует руководствоваться таблицей стандартных значений q по ГОСТ 19672–74
Значения q по ГОСТ 19672-74
18

20.

Зависимость
коэффициента
деформации
от
Общая
схема пневматической
системы
трактора МТЗкоэффициента 320
диаметра червяка
18

21.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
19 Выбор материала червяка
Червяки изготавливают из качественных углеродистых сталей марок 45, 50, 50Г ГОСТ 1050–74 и
легированных – марок 40ХН, 50ХН, 40ХНВА, 35ХМ ГОСТ 4543–71. После предварительной
термообработки осуществляется механическая обработка заготовки, а также нарезка витков.
Окончательная термообработка – это поверхностная закалка с нагревом ТВЧ; при
этом обеспечивается твердость рабочей поверхности витков НRС ≥ 45. Изготавливают червяки и
из цементируемых сталей марок 15Х, 15ХА, 12ХН2А, 12ХН3А ГОСТ 4543–71. После нарезки,
цементации и закалки достигается твердость рабочей поверхности HRC ≥ 55. Чистовая обточка в
настоящее время обеспечивает шероховатость не ниже Rz = 0,63 мкм, что достаточно для
выполнения червячных передач 6-го класса точности. Термообработка в нейтральной среде
существенно не снижает качества рабочей поверхности, так что окончательной механической
обработкой является зачистка и полирование. Червяки с твердостью рабочей поверхности НRС <
45 для силовых передач в настоящее время не применяются.
20. Выбор материала червячного колеса
18

22.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
20. Выбор материала червячного колеса
На рисунке ниже приведена номограмма, позволяющая выбрать материал червячного колеса,
определив при этом ориентировочную скорость скольжения в зацеплении (последовательность
действий показана в “ключе” на верхнем левом квадранте номограммы, пример – в
нижнем правом). При низких скоростях скольжения (vск < 2 м/с) колесо изготавливают из чугуна
(низкая стоимость, но плохая приработка и повышенное трение), при vск < 8…10 м/c
рекомендуется применять сравнительно недорогие безоловянные бронзы (БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-44Л, …), при больших скоростях – оловянные бронзы (БрОФ10-1, БрОНФ, БрОЦС6-6-3,
…), имеющие малое трение и несклонные к заеданию.
18

23.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗНомограмма выбора
320червячного колеса
18

24.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗТиповые режимы320
нагружения машин
21. Определение допускаемых контактных напряжений
По номограмме для выбранного материала зубчатого венца
червячного колеса и ориентировочной скорости скольжения
можно сразу определить допускаемое контактное напряжение
[σH] для чугунов (СЧ10, СЧ15) и безоловянных бронз.
Для оловянных бронз [σH] зависит от требуемой долговечности
передачи
где [σH ] – основное допускаемое контактное напряжение (при
базовом числе циклов нагружения, равном 107);
kHL – коэффициент контактной долговечности
где NHE – эквивалентное число циклов нагружений
18

25.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
Примем
здесь n2 – частота вращения червячного колеса, об/мин;
см – число рабочих смен в сутки; 300 – число рабочих дней в году;
Г – число лет работы передачи;
При любых значениях NHE коэффициент контактной долговечности должен находиться в пределах
0,67 ≤ kHL ≤ 1,15.
22. Определение допускаемых напряжений изгиба. В таблице на следующем слайде приведены
основные допускаемые изгибные напряжения при отнулевом цикле нагружения (для
нереверсивных передач) [σ 0F ] и при симметричном цикле нагружения (для реверсивных
передач) [σ 1F ] , которые обеспечивают изгибную выносливость зубьев при базовом числе
циклов нагружения, равном 106.
18

26.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
Определение допускаемых изгибных напряжений при другом числе циклов нагружения
осуществляется по формулам
где kFL – коэффициент изгибной долговечности,
где NFE – эквивалентное число циклов нагружения, примем NFE = NHE.
При любых значениях NFЕ коэффициент изгибной долговечности должен находиться в пределах
0,54 ≤ kFL ≤ 1,00.
18

27.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗОсновные допускаемые
320изгибные напряжения
18

28.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
Для всех бронз ограничивается интенсивность изнашивания активных поверхностей зубьев
червячного колеса. У оловянистых бронз это учитывается. Коэффициентом cv, зависящим от
скорости скольжения у безоловянистых бронз непосредственно величиной скорости скольжения,
входящей в выражение для допускаемых контактных напряжений.
При проектировочном расчете скорость скольжения неизвестна. Поэтому, ожидаемую скорость
скольжения рекомендуется определять по эмпирической зависимости
где n1 –частота вращения червяка, мин-1;
T2– крутящий момент на червячном колесе, Н·м.
18

29.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
23. Выбор степени точности изготовления червячных передач. Из двенадцати степеней точности,
устанавливаемых ГОСТ 3675–76, в практике применяются только четыре: 9-я – для vск ≤ 1м/с; 8-я
– для vск ≤ 7,5 м/с; 7-я – для vск = 1,5…12 м/с; 6-я – для vск = 3…25 м/с. Наиболее приемлемыми
являются 7-я и 6-я степени точности.
24. Определение коэффициента нагрузки k
здесь kβ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине
контактных линий; он определяется характером изменения нагрузки и деформацией червяка
где Θ – коэффициент деформации червяка;
р – коэффициент, определяемый характером изменения нагрузки за время эксплуатации передачи.
При строго постоянной нагрузке р = 1 и kβ = 1 за счет полной приработки сопряженных поверхностей
витков червяка и зубьев червячного колеса;
18

30.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
kv – коэффициент динамичности нагрузки (зависит от точности изготовления передачи, скорости
скольжения и определяется по таблице ниже).
25. Определение межосевого расстояния производиться по допускаемым контактным напряжениям
18

31.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
26. Определение модуля зацепления
По найденной величине m следует выбрать из таблице, приведенной ниже ближайшее большее
стандартное значение модуля.
Во всех дальнейших расчетах следует принимать только выбранный стандартный модуль.
18

32.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
27. Уточнение межосевого расстояния в соответствии со стандартным модулем
Желательно, чтобы найденное значение aw совпадало с одним из стандартных, приведенных в
таблице ниже.
18

33.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
В учебных проектах допускается также совпадение aw с одним из размеров ряда Ra40 ГОСТ 6636–
69: 105, 110, 120, 130, 150, 170, 190, 210, 220, 240, 260, 300, 320, 340, 360, 380, 420, 480. Выписка из
ГОСТ 6636-69 приводится ниже.
Если при выбранных стандартных значениях aw, q и m выполняется равенство в пункте 27, то эти
параметры можно считать окончательными и смещения инструмента при нарезке зубьев
червячного колеса не требуется.
В случае, если равенство не выполняется, можно достичь необходимого совпадения изменением
числа зубьев колеса, выразив z2 из формулы так, чтобы передаточное число в передаче
отклонялось от исходного не более, чем на 5%. Если и этот способ не обеспечивает полного
совпадения, прибегают к нарезке колеса со смещением инструмента.
28. Коэффициент смещения находится по формуле
где aw – стандартное межосевое расстояние.
Коэффициент смещения следует ограничить пределами –1 ≤ x ≤ 1
18

34.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
29. Определение основных геометрических параметров передачи:
а) делительные диаметры для:
– червяка d1 = q m;
– колеса d2 = z2 m;
б) начальные диаметры для:
– червяка dw1= d1 + 2xm;
– колеса dw2 = d2.
Здесь сразу же следует сделать проверку, и если
совпадает с принятым cтандартным aw, то это будет свидетельствовать о правильности
вычислений;
18

35.

Общая схема пневматической системы трактора МТЗРасчет червячной
передачи
320
в) диаметры вершин для:
– витков червяка da1 = d1+ 2m;
– зубьев колеса da2 = d2 + 2m + 2xm;
г) диаметры впадин для:
– витков червяка df1 = d1 – 2,4 m;
– зубьев колеса df2 = d2 – 2,4 m + 2xm.
При нарезке колеса без смещения инструмента x = 0
Все диаметры в пунктах (а, б, в, г) определяются с точностью до 0,01 мм.
18