123352 (Модернизация коробки скоростей станка), страница 3

Окружная сила:

Передаточное число

Коэффициент нагрузки

К_Н = К_Н К_Н К_Нv = 1 1,1 1,04 = 1,14

К_Н = 1 ( колеса прямозубые )

К_Н = 1,1 ( )

К_Нv = 1,04 ( )

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба

У_F = 3,85 ( при Z = 28 )

Коэффициент нагрузки

К_F = К_F К_Fv = 1,07 1,08 = 1,15

К_F = 1,07 ( )

К_Fv = 2К_Hv – 1 = 2 1,04 – 1 = 1,08

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса – сталь 12XH3A цементация с закалкой рабочих поверхностей 56…62 НRС / 30…40 НRС

2.6 Геометрический расчет зубчатых передач

Расчет сводится к определению межосевого расстояния и диаметра делительных окружностей колеса по формуле:

Приводная передача

Группа «а»

Группа «б»

Группа «в»

Постоянная передача

Все результаты сводим в таблицу 1.

Таблица 1

2.7 Предварительный расчет валов коробки скоростей

Валы, их конструкцию, материал оставляем без изменений. как на базовой модели.

Валы проверяем на касательные напряжения кручения по формуле:

М_кр – крутящий момент на рассчитываемом валу.

d_min – наименьший диаметр вала под подшипник.

[_кр] – допускаемое касательное напряжение

для стали 45 [_кр] = 30 МПа

для стали 40Х [_кр] = 47 МПа

Вал I

М_кр = 38,8 Н м

d_min = 20 мм

Назначаем материал вала Сталь 45

Вал II

М_кр = 52,6 Н м

d_min = 20 мм

Назначаем материал вала Сталь 40Х

Вал III

М_кр = 130,5 Н м

d_min = 25 мм

Вал V

Вал пустотелый.

М_кр = 488 Н м

d _min = 70 мм

d _{нар. сред.} = 50 мм

d _{вн. сред.} = 69 мм

2.8 Окончательный расчет вала

Рассчитываем предшпиндельный вал, как наиболее нагруженный. Необходимо определить реакции возникающие в опорах и в местах наименьшего диаметра вала (под подшипники).

M_крIV = 261 Н м

Z₁ = 28 мм, m = 3,5

Z₂ = 64 мм, m = 2,5

Определяем окружные и радиальные усилия возникающие в зацеплении.

Определяем реакции возникающие в опорах в двух плоскостях. Для расчета составляем схему действия всех сил (нагружения вала).

Определяем реакции опор в горизонтальной плоскости

Проверка: -5817+5326+3262-2770=0

Определяем реакции опор в вертикальной плоскости

Проверка: -1314+2482-1520+352=0

Определяем суммарные реакции в опорах

Определяем изгибающий момент в расчетных сечениях

Определяем приведенный момент.

Используем максимальное значение изгибающего момента

Определяем минимальный диаметр вала

n = 1,3 – коэффициент запаса прочности

_-1 = 260 МПа – допускаемое напряжение – сталь 45

Принимаем диаметр вала d = 30 мм, без изменений.

2.9 Проверочный расчет подшипников

Подшипники проверяем на долговечность по их грузоподъемности и эквивалентной нагрузке.

n – частота вращения вала

C – динамическая грузоподъемность (Н)

Р_экв – эквивалентная нагрузка

V = 1,0 – коэффициент учитывающий какое кольцо вращается (вращается внутреннее кольцо).

К = 1…1,2 – коэффициент безопасности (спокойная нагрузка)

К_t = 1,0 – температурный коэффициент ( t = 80C)

Проверяем подшипник роликовый - 306 ГОСТ 8328-75

С = 28100 Н[1] стр 117

Оставляем подшипник как на базовой модели.

2.10 Проверочный расчет шлицевых соединений

Шлицевые соединения проверяются на смятие по формуле:

М_кр – крутящий момент на валу

Z – количество шлицов

D и d – наружный и внутренний диаметр шлицевого соединения

l_min – минимальная длинна шлицевого соединения

[_см] - допускаемое напряжение

[_см] = 60 МПа – сталь сырая, соединение подвижное.

[_см] = 120 МПа – соединение неподвижное.

Вал I

Соединение подвижное

Вал II

Соединение неподвижное

Вал III

Соединение подвижное

Вал IV

Соединение неподвижное

Все расчеты удовлетворяют требованиям.

2.11 Проверочный расчет шпоночных соединений

Так как шпоночные соединения в модернизируемой коробке остались без изменений, то их нужно проверить – ступицу на смятие, а шпонку на срез по формуле:

М_кр – крутящий момент на валу

b – ширина шпонки

h – высота шпонки

d – диаметр под шпонку

l_min – минимальная длинна шпонки или ступицы

[_ср] = 120 МПа – допускаемое напряжение на срез.

[_см] = 150 МПа – допускаемое напряжение на смятие.

Вал I

Шпонка сегментная 14 х 9 х 45 ГОСТ 23360-78

Вал III

Шпонка 10 х 8 х 45 ГОСТ 23360-78

Все расчеты удовлетворяют требованиям.

2.12 Расчет норм точности зубчатого колеса

Рассчитываем нормы точности для:

Z = 28m = 3,5 ммb = 20 ммd = m Z = 98 мм

Определяем длину общей нормали

W = W^I m - мм

W¹ - длина общей нормали при m = 1

W^I = 10,7246 мм

W = 10,7246 3,5 = 37,5 мм

Определяем допуск на радиальное биение

F_r =0,04 мм [1] табл.24

Определяем допуск на колебание длинны общей нормали

V_w= 0,024 мм

Определяем допуск на колебание измерительного межосевого расстояния

F_i^II = 0,058 мм/об. f_i^II = 0,022 мм/зуб[1] табл.24,26

Определяем допуск на направление зуба

F = 0,012 мм [1] табл.29

Определяем верхнее отклонение

A_Wm = 0,065 мм (I слагаемое)[1] табл.31

A_Wm = 0,009 мм (II слагаемое)[1] табл.32

Верхнее отклонение = 0,065 + 0,009 = 0,074 мм

Определяем допуск на среднюю длину общей нормали

T_Wm = 0,048 мм [1] табл.33

Нижнее отклонение = 0,074 + 0,048 = 0,122 мм

Длина общей нормали

3. Технологическая часть

3.1 Описание детали. Анализ технологичности

Колесо зубчатое предназначено для передачи крутящего момента и вращательного движения с одного вала на другой. Применяется в коробках скоростей, подач и редукторах.

Колесо зубчатое представляет собой тело вращения, на поверхности большего диаметра нарезаны 28 зубьев модулем 3,5 мм, степенью точности 7-С, левый торец без ступицы. Центральное отверстие простой формы и имеет 8 шлицев d6 x 32H7 x 38H12 x 6F10. Поверхности зубьев закруглены.. Рабочие поверхности зубьев проходят термическую обработку, закалку ТВЧ до твердости 40...52 HRC, и цементацию 52... 56 HRC.

Материал детали и его свойства

Колесо зубчатое выполняется из материала сталь 12ХН3А ГОСТ 4543-71. Это легированная конструкционная сталь, применяется для деталей средних размеров с твердой износоустойчивой поверхностью при достаточно прочной вязкой сердцевине, работающей при больших скоростях и средних давлениях. Из этой стали рекомендуется изготовлять зубчатые колеса, кулачковые муфты, втулки, плунжеры, копиры, шлицевые валы и т.п.