Расчет открытых конических передач

Открытые конические передачи в приводе применяют для передачи вращения между пересекающимися валами. Как и для открытых цилиндрических передач для них свойственны малые окружные скорости м/с и сравнительно большие габариты. Колеса выполняют прямозубыми из нормализованных или улучшенных сталей с твердостью поверхности зубьев до 350 НВ.

3.3.1 Проектировочный расчет открытых конических передач, так же, как и расчет открытых цилиндрических передач, ведут по критерию усталостной прочности зубьев при изгибе.

Исходными данными для расчета являются:

­ – вращающий момент на конической шестерне, Н× м;

–передаточное число передачи;

– частота вращения конической шестерни, об/мин.

Рекомендуется следующий порядок действий:

По табл. 3 выбирают материал. Рекомендуемые марки стали: 45, 35Л, 40Л, 40ХЛ и др., допускающие отливку заготовок колес больших диаметров. Твердость шестерни принимают на 20...30 НВ выше твердости колеса.

Назначают число зубьев шестерни = 20...25 и определяют число зубьев колеса . После округления до целого значения находят фактическое (окончательное) значение передаточного числа:

.

Определяют допускаемое напряжение изгиба для зубьев шестерни по приближенной формуле

,

где – предел выносливости зубьев при изгибе, табл. 5.

Находят эквивалент­ные числа зубьев шестерни и колеса по формулам

; ,

где , – углы начальных конусов. Для ортогональной передачи ; . Далее из табл. 11 выбирают коэффициенты формы зуба и .

Вычисляют вспомогательный параметр

,

где коэффициент ширины зубчатого венца относительно внешнего конусного расстояния, как и в случае закрытых передач, обычно принимают равным 0, 285.

В соответствии с наиболее близкой схемой конических передач, приведенных в п. 2.3.2 на рис. 8, выбирают ветвь графика на рис. 9, по которой находят коэффициент концентрации нагрузки , который сам по себе в дальнейшие расчеты не входит, но позволяет определить коэффициент концентрации нагрузки при расчете на усталостную прочность зубьев при изгибе :

.

Находят предварительное значение модуля зацепления в среднем сечении зубьев:

, (24)

где вспомогательный коэффициент = 14; – опытный коэффициент, учитывающий понижение изгибной прочности зубьев конических передач в сравнении с цилиндрическими передачами, обычно принимают = 0, 85; коэффициент ширины зубчатого венца относительно среднего делительного диаметра шестерни находят по формуле

.

Вычисляют внешний модуль зацепления:

.

Полученное значение округляют до ближайшего большего в соответствии с табл. 10.

Уточняют средний модуль по скорректированной величине внешнего модуля зацепления:

.

Значение среднего модуля округлению не подлежит.

3.3.2 Определяют основные размеры конической пары:

- внешнее конусное расстояние

;

- расчетная ширина зубчатого венца колеса

.

Значение округляют до ближайшего из ряда Ra40 нормальных линейных размеров (табл. П3);

- внешние делительные диаметры пары:

; ;

- средние делительные диаметры пары:

; ;

- внешняя высота головки зуба

;

- внешняя высота ножки зуба

;

- внешние (габаритные) диаметры окружностей вершин зубьев

; ;

- окружная скорость передачи

.

По результатам расчетов заполняют табличную форму:

Колесо

, мм

, мм

, мм

, град

, мм

, мм

, мм

, мм

, мм

, м/с

1 (ш)

2 (к)

3.3.3 Определяют силы в зацеплении конической пары:

- окружная сила (на среднем диаметре колес)

;

- радиальная сила на шестерне

;

- осевая сила на шестерне

;

- радиальная сила на колесе

;

- осевая сила на колесе

.

Значения сил в зацеплении заносят в форму:

Колесо	, Н	, Н	, Н
1 (ш)
2 (к)

3.3.4 Проверочный расчет на усталостную прочность при изгибе зубьев начинают с определения уточненных значений допускаемых напряжений изгиба для шестерни и для колеса (см. п. 2.1). Затем находят расчетные напряжения изгиба для зубьев колеса и шестерни:

;

(25)

,

где = 0, 85; коэффициент входит в формулу (24); коэффициент 1 для прямозубых колес; коэффициент зависит от значения коэффициента :

при твердости поверхности зубьев колеса (2) менее 350НВ;

при более высокой твердости.

В свою очередь коэффициент выбирают по табл. 9, принимая степень точности конической передачи, равной 9 при окружной скорости 1, 5 м/с, и равной 8 при 1, 5 4 м/с.

Проводят проверку по условиям:

; .

Допускается перегруз до 5%.

3.3.5 Проводят проверочный расчет на прочность при изгибе максимальной нагрузкой. С этой целью для каждого из колес пары в соответствии с п. 2.2.8 находят максимальные допускаемые напряжения изгиба и . Далее определяют расчетные максимальные напряжения изгиба:

; ,

где коэффициент перегрузки определяют по графику режима работы привода в техническом задании.

Для каждого из колес пары проводят проверку по условию

.

В случае невыполнения условий проверок следует предпринять одну из следующих мер по обеспечению прочности зубьев:

- при прежних размерах зубчатой пары выбрать другой материал с более высокими механическими характеристиками, и, следовательно, с более высокими значениями допускаемых напряжений;

- при прежнем материале пересчитать размеры передачи, выбрав внешний модуль зацепления большего номинала.