Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Расчёт зубчатых и червячных передач. Передачи Новикова, глобоидные и червячно-спироидные

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
3.58 Mб
Скачать

 

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

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

1

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

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

Соседние файлы в папке книги