книги / Расчёт зубчатых и червячных передач. Передачи Новикова, глобоидные и червячно-спироидные
.pdf
|
3 .4 . Р асчет |
зубьев на |
выносливость |
|
|
по н а п р я ж ен и я м |
и зги б а |
||
|
Заполю сное |
зацепление |
||
Как уже |
говорилось раньше, |
нагрузка в эоис контакта рас |
||
пределяется |
неравномерно: |
по длине |
зуба — по эллиптическому |
закону, но высоте — по закону, близкому к линейному (см, рис. 3.13). ГГрн расчете зубьев на выносливость по напряжениям изгиба предполагается, что нагрузка б нормальном сечении зубьев распре
деляется по линейному закону, а эпюра нормальных |
давлений |
предстаоляот собой треугольник (рис. 3.19). Нагрузку |
дей- |
Р и с . 3.19. Нагрузки на зубьях |
шестерни |
(а) л ко л ка |
(6) |
эдполюсюто |
|||
|
|
зацепления р нормальном сеченян. |
|
|
|||
стлующую л нормальном сечении зуба, |
можно разложить па две |
||||||
составляющие: |
нагрузку |
|
направленную перпендикулярно, н |
||||
нагрузку и>Гп направленную параллельно оси |
сныметрик нор |
||||||
мального ссчонил |
зуба. |
Нагрузка |
вызывает |
напряжения |
|||
изгиба, а и>Гг— напряжения |
изгиба |
противоположного знака и |
|||||
сжатия. Подсчёты |
показывают, что напряжения |
от |
и^г не пре |
||||
вышают 5 % по сравнению с напряжениями от |
Поэтому |
||||||
напряжениями |
от |
ш » |
пренебрегают. |
Нагрузка |
м>е1 заменяется |
сосредоточенной с-илоп Рр{х проходящей через центр тяжести эпюры 1м)р{>
Так же, как н в эвольвелтном зацеплении, зуб рассматри вается как консольная балка, за щемлен ная одним конце* н на груженная сосредоточенной силой Яр\ с опасным сеченном
(а, У основания зуба (рис. 3.20). Заменяя схему емл
(рис. 3.20, а) схемой (рис. 3.20, б), пространственную задачу можно свести к плоской. Как следует нэ принятой схемы, в опас-
Т1
ком сечении возникают нормальные напряжения от изгиба, а Также нормальные и касательные напряжения от стесненного кру чения. Ввиду сложности задачи, дополнительные напряжения от стесненного кручения определяются опытным путем [14]. Их илия-
Р,НС. 3.20. Силы, действующие на ауб игсетерии эзполюсного зацепления:
а — фактическая система сил; О — приведения систем» сн.т,
иве на прочность учитывается введением в расчет соответству ющего поправочного коэффициента
где р — угол наклона зуба, град. |
|
|
Опасное сечение зуба так же, как и о эвольвентой |
передаче, |
|
проходит через |
точки соприкосновения профиля зуба |
и вписан |
ного в него профиля балки равного сопротивления. |
|
|
Профиль зуба шестерни в нормальном сечении изображен на |
||
рис. 3 .21 .'Д л я |
произвольно лзятого сечения балки равного со |
противления в системе координат х, ох уравнение прочности при мет вид;
где
При дг=0; лх= 0.
п
Таким образом, балка равного сопротивления имеет вид незаштрихованного параболического тела. Вершина параболы нахо дится в точке приложения силы а ветви касаются профиля зуба в точках т, н, через которые и проходит опасное сечение.
Р'У Практически положение опасного |
сечения находится следующим образом. |
|||
Через точку Е приложения силы |
Г ?1 лровоаится |
прямая Е Т до пересечения |
||
с профилем о*точке 1*. Из точнп |
Т |
под |
прямым |
углом к пряной Е Т прово |
дится прямая Т В до пересечении с осью |
симметрия профиля О О в точке В . |
Из точки Т па |
ось сиимстрии профиля ОО опускается |
перпендикуляр Т С , Та |
кое построение |
лроволргсп для рила точек профиля |
зуба, напрткр. К . т |
и т. л. Опасное сечение будет таким, при которой отрезок ЯС-х, имеет наи меньшее значение, т. е. .т1=л1 и|п.
Рассмотрим определение напряжения в зубе шестерни. Величина изгибающей силы, которая воспринимается одним
зубом, |
|
|
I тт1Г |
аоооУц, |
(3.25) |
*><= |
(ГФ1.С05 (Же |
|
|
|
<с'еи(т'+")с<и('
(Тггш кгсы , ёю1 в Ш1,
та
Обозначив расстояние от опасного сечения ти до точки прл> ложення силы Р ц через к н используя классическую теорию изгиба, можно записать уравнение прочности следующим образов;
Рр№ш-1Г*#* |
(3.26) |
Д ля того, чтобы учесть различие законов распределения на пряжения в опасном сечении зубе (рис. 3.21)—*линейного, при нятого а классической теории изгиба, н нелинейного, фактиче ского— в левую часть уравнения (3.26) введем коэффициент кон центрации напряжений у основания зуба значение которого зависят от формы и радиусов переходной кривой. Тогда с уче том (3.25) уравнение (3.26) запишем следующим образом:
|
|
|
2<нюг,^Х„Хг |
|
М * |
р |
|
| 327> |
||||
|
|
|
|
|
|
|
“ |
бстар |
гг' |
|
' |
} |
Выразив размеры а и Л через |
шаг р с помощью соотношении |
|||||||||||
а — |
Л= я,р |
п обозначив |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
. |
|
1 |
—У |
|
|
|
|
|
|
|
|
— “ | |
------------Г |
в I |
|
|
|
|||
|
|
|
Оо,Кг |
Уп |
К* |
|
|
|
|
|||
с учетом |
|
р=пт, |
приведем уравнение |
(3.27) |
к |
виду: |
||||||
|
|
|
С06 р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я>°0Г,',1У"<:М? V . - |
ят „Ь „0п |
|
|
(3.28) |
|||||
|
|
|
«и2| |
|
|
|
|
>>1 |
|
|
|
|
Отсюда |
наибольшее местное |
напряжение при |
изгибе |
на |
пере |
|||||||
ходной поверхности зуба со стороны растяжения |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
_ _у |
у |
03С ,67’|р Д ’„ с ( » р . |
|
|
(3.29) |
||||
|
|
|
= I |
ВГ р1---------1------------ |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
2,Ь*т* |
|
|
|
|
||
При /( ,= |
] |
и «0=*1,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
>1п 8 |
|
|
|
|
||
Тогда нэ |
(3.29) |
получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
-4 ,3 \ / |
|
|
|
|
|
|
|
(3.30) |
Г*1<*РР1
Доэаполюсное зацепление
Распределение нагрузки в зоне двух точек контакта показано на рис, 3.16. При расчете зубьев на выносливость по напряже ниям изгиба предполагается, что нагрузка, действующая в двух различных нормальных сечениях, распределяется по линейному
24
закону, а эпюры нормальных давлений представляют собой тре
угольники (рис. 3.22).
Нагрузку и>Рп, действующую в нормальных сечениях, рас кладывают на две составляющие*, нагрузку шЯ|, направленную перпендикулярно, н нагрузку и)Гп направленную параллельно осям симметрии нормальных; сечений зуба. Составляющая
вызывает напряжение изгиба, а составляющая « ^ — напряжение
изгиба противоположного знака и сжатия. Так |
же, как |
и при |
||
расчете ваполюспого зацепления, напряженками |
от |
^ п р е н е б р е |
||
гают, я нагрузку |
заменяют сосредоточенными |
силами |
Ргп н |
|
Рг л , проходящими |
через центры тяжести эпюр |
и>р1, |
|
При определении напряжений зуб рассматривается как кон сольная балка, защемленная одним концом н нагруженная двумя
сосредоточенными |
силами |
ГгП |
и |
РгЛ |
с |
опасным |
сечением |
|||
^ у основания |
зуба (рис. 3.23). Силы Ргп и Ргп при |
|||||||||
ложены в плоскостях |
нормального |
сечения |
/ к II, |
смещенных |
||||||
^ |
|
|
на |
|
|
|
91 |
|
|
|
вдоль образующей ауба |
расстояние с = — |
|
|
|
||||||
Заменяя схему |
сил, |
изображенную на |
Р |
|
а, |
схемой |
||||
рис. 3.23, |
||||||||||
рис. 3.23, б, |
сложную |
пространственную |
задачу можно |
свести |
||||||
к плоской. Как следует нз |
принятой схемы, |
в опасном |
сеченын |
|||||||
возникают нормальные напряжения |
изгиба, а также |
нормальные |
||||||||
н касательные |
напряжения от |
стесненного |
кручения. Влияние |
на прочность зуба дополнительных напряжений от стесненного кручения так же, как и в затюлюскок зацеплении, учитывается введением в расчет поправочного коэффициента К„. Таким обра зом, задача сводится к определению напряжений изгиба от двух
сосредоточенных сил Ггп и Рра, действующих и одном нормальной сечении зуба.
В дальнейшем предполагается, |
что |
Р^П=РП2=РГ11 а нерав |
||||||||
номерность распределения' нагрузки |
между |
точками! |
контакта |
|||||||
|
учитывается |
введенииI |
коэф |
|||||||
|
фициента Ке . Опасное сече |
|||||||||
|
ние |
зуба |
так |
же, |
как |
и |
в |
|||
|
заполюсном зацеплении, |
про |
||||||||
|
ходит через точки соприкосно |
|||||||||
|
венин профиля зуба и впи |
|||||||||
|
санного в него профиля бал |
|||||||||
|
ки |
|
ровного |
|
сопротивления. |
|||||
|
Изобразим профиль |
зуба |
в |
|||||||
|
нормальном |
сечении |
(рис. |
|||||||
|
3.24). В системе координат х |
|||||||||
|
ах для произвольновзятых |
|||||||||
|
сечений 0 < * < / / |
балки |
рап |
|||||||
|
ного |
сопротивления |
уравне |
|||||||
|
ния |
прочности |
примут пид: |
|
||||||
|
|
|
Г |
V - |
Ь„а 2 |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
'и“Х |
|
|
|
|||
|
|
|
г с.л — |
|
|
" о |
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
6 СОЬ Р |
|
|
|
||
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<12я=Кх\ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ьфбц |
|
|
|
||
Рис. 3.23. Силв, леЯствующненв зуб |
При Х=0 0^=0. |
|
|
|
|
|||||
цозапалюсного зацепления: |
|
|
|
|
||||||
в — фяктмесн1Я сдосм»с1м| 6 —приведен- |
|
УраИНСНИС ПРОЧНОСТИ бЗЛ- |
||||||||
"ля м,сте“л снл- |
кп |
|
рапного |
|
сонротивленкя |
|||||
для произвольно взятого сечения |
х> Н имеет опд |
|
|
|
|
|
где
П р |Ц ( = у аж= 0.
Таким образом, балка равного сопротивления имеет вид нс- , эаштрнховашюго параболического тела. Профиль этого тела очер чен двумя квадратичными параболами. Вершина одной [из них
находится о точке Е,, д другой— окалывается смещенной отно
сительно Ел на величину — .
Ветви парабол пересекаются при
* * - * * ( * - ■ ! ■ ) .
Р и с. 3.24. К расчету шестерил дозаполюсного ЭВЦСплени ив выносливость но напряжениям изгиба.
Отсюда координаты точек их пересечения
х - Н , й ; = ± у /к н .
Опасное сечение зуба проходит через точки ш, п касания его профиля с параболой
Для определения положения этих точек используется тот же практический прием, что и при соответствующей расчете запоя нх> ного зацепления.
П
- Рассмотрим определение напряжений в опасной сечешш зуба. Величина нагибающей силы в одной точке контакта
200014,
Гг\-
*>е.[(т-ч"')+рг1- н*)] “*•
{Ти? в кгс-м, |
а мм, |
11 |
20007\
* Ь г* <ЗЭ |)
'Св‘»<''*квР
По аналогии с за-
полюсным зацеплением уравнение прочности зуба можно записать следующим образом:
Приняв |
|
( Р п А + Г г М КаКт= Г ог1. |
|
(3.32) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2000Г.. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
си Ц |
|
|
|
и |
введя |
обозначение ^ |
^ |
= / 1, |
уравнение |
(3,32) |
можно привести |
|||||||
сначала |
к виду 2Рр^К аКг=\Рор1, а |
затем к |
виду |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
<ОООГа/ЖпКт* ■ Ъло» д |
|
|
(3.33) |
||||||
|
|
|
|
|
|
С05 р/Св |
^ |
с СОБ Р |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Выразив |
размеры |
о |
и Л через |
шаг рп с помощью соотношении |
||||||||||
3=01Рп* |
Л = а 1рл |
и |
|
|
|
а? |
| |
|
| |
|
учетом |
|||
обозначив — — = - — , - — =Ув в С |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ЬОДг |
*р1 |
*И вр |
|
|||
^0-1= |
|
п‘; рл =1ипп, приведем |
уравнение |
(3.33) |
к виду |
|
||||||||
|
|
сш р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4МЮГК„с<иР |
|
|
|
|
, |
. |
(3.34) |
||||
|
|
|
--------— ■Г . - |
|
|
|
|
У |
||||||
|
|
|
|
|
ЛГп?1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Отсюда наибольшее местное напряжение |
при |
изгибе на переход |
||||||||||||
ной поверхности зуба |
со стороны |
растяжения |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
тд |
I/ |
1273*2Г- -Дц соз Р . |
|
|
(3.35) |
||||
|
|
|
<*П*=Уш УР1 —5------ ^ |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
«I*.дй |
|
|
|
|
||
Пр» |
к , =2 |
51П р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Из |
(3.35) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
т п=6,83 |
|
|
|
|
|
|
|
(З.ЗС) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
г&П>1 |
|
|
|
|
3 |
(3.32), |
(3,33), (3.35), |
(3.36) Т ^ — расчетный |
крутящий |
момент |
|||||||||
на |
шестерке, кг»см; |
арг |
и <*/у1 — соответственно |
расчетное и до |
ге
пускаемое-напряжение, кгс/мм1; м л — модуль, мм; Ьш— рабочая ширина колеса, мм; Уи — коэффициент, которым учитывается сум марное число точек контакта нар зубьев, одновременно находя щихся в зацеплении, и неравномерность распределения нагрузки
между этими точками |
[ К* « |
= 0,8, |
51п ; |
Дг |
|
/^ —коэффициент формы зуба. **
Вобщем случае, при любом профиле
|
|
V |
_ ДМГг |
|
|
|
|
|
||
является фуикинеП |
числа зубь |
|
|
|
|
|||||
ев |
эквивалентного |
колеса |
гв. |
|
ы |
-и |
Л |
|||
При этом а4= — , оа —— |
ол- |
Ряс. 3.25. |
Коэффициенты форы» |
|||||||
|
|
|
Ра |
Рп |
|
|||||
ределяется |
ранее |
рассмотрен |
зуба шестерни Уп |
и' тодеса Уг* |
||||||
эаполюенего |
зацепления и формы |
|||||||||
ный! |
графическим |
построением. |
||||||||
эуба У>дозалолюскогозацепления. |
||||||||||
С этой целью для заданного чис |
|
|
|
|
||||||
ла, зубьев г в масштабе вычерчивается профиль зуба |
л для |
пего оп |
||||||||
ределяется а! и |
при *1=Х|т|п |
(см. рис. |
3.21 и |
3.24)' |
Графи |
|||||
ки |
у-*у(?Х |
построенные поданным, полученным подобным обра |
||||||||
зом (рис. 3.2-5), аппроксимируются методом |
наименьших |
квадра |
||||||||
тов. |
Тогда коэффициент формы |
зуба; |
|
|
|
|||||
|
а) |
в заполюсиом зацеплении для шестерни |
|
|
||||||
|
|
|
|
У „ =7,76-1- |
17,93 |
|
|
13.37) |
||
|
|
|
|
2.Э1 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
длл колеса |
|
|
22,94 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
/ „ . = 5,97+ - |
|
|
(3.38) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
й7Т- 3 .8 4
I)в доэалолюсиом зацеплении (для шестерни к колеса)
/ ,, - 4 ,6 9 + - |
10,36 |
(3.39) |
г]|0в — 2,2!
В формулы (3 .3 7 )... (3.39) подставляется эквивалентное число зубьев
СЮ5*Р
Расчетная нагрузка в зависимостях (3.29), (3.30),, (3.35), (3.36) выражена черев расчетный крутящий момент на шестерне
т»
который |
определяется так же, как |
в контактной задаче |
(си. 3.23}, |
т. е. |
|
(3.40)
Допускаемое напряжение изгиба
(3.41)
где аритъ — базовый предел выносливости зубьев по напряжениям: изгиба; 5 ^ — коэффициент безопасности; К?с—• коэффициент, ко торым учитывается влияние двустороннего приложения нагрузки; /О*. — коэффициент долговечности.
Физический смысл и значение величин, входящих в (3.40; 3.41), с достаточной степенью точности могут быть приняты такими же, как к в эвольвентой передаче (см. [13, гл. 5)}.
Расчет зубъев па прочность при воздействии пнкопой (макси мальной) нагрузки производится аналогично соответствующему
расчету для эвольвентлых |
передач но формулам (5.20), (5.27) |
|
(си. [18|). |
|
|
3.5. |
Порядок расчета |
|
П роект ны й расист закры т ой |
передачи |
|
1) Определение общего |
передаточного |
числа |
где /ц л ла — частота* вращения соответственно первого ведущего
ипоследнего ведомого зубчатых колес;
2)определение числа ступеней (см. [18, табл. 2.3)), распреде ление общих передаточных чисел между отдельными ступенями (сы. [18, табл. 2.4 . . . 2.6]);
3)выбор магерналои (см. [18, табл. 3.1));
4)расчет ступеней.
Расчет |
можно вести, начиная |
либо с |
быстроходной, |
либо |
||
с тихоходной ступени. Обычно в цилиндрических |
передачах |
всех |
||||
типов, за |
исключением |
соосной, |
принято |
этот |
расчет начинать |
|
с быстроходной ступени, |
в соосной — с тихоходной ступени. Рас |
чет первой ступени (быстроходной млн тихоходной) рекомендуется вести в такой последовательности;
а) определение межосевого расстояния аа ступени (зависимости (3.16), (3.18), (3.20), (3,22)). При этом параметрами ?1 п р. зада ются. Полученное межосевое расстояние пю округляется до бли жайшего стандартного значения, указанного в |18, табл. 2.1];
б) проверка зубьев на выносливость по контактным напряже-
80