РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЗОВНІШНІХ ДИНАМІЧНИХ
НАВАНТАЖЕНЬ НА МІЦНІСТЬ ЗУБЧАСТИХ ПЕРЕДАЧ
РЕДУКТОРІВ ЗАГАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
2.1. Вихідні положення забезпечення міцності циліндричних зубчастих передач
У процесі експлуатації зубчастих передач виникають внутрішні та зовнішні динамічні навантаження, які враховують при розрахунках на міцність зубців, контактну витривалість і витривалість зубців при згині. Згідно з ГОСТ21354-87 контактні напруження визначають із співвідношення
?H = ?HO , (2.1)
де ?HO - контактні напруження у полюсі зачеплення при KH = 1;
KH - коефіцієнт навантаження, який визначають за залежністю
KH = KА KHv KH? KH?; (2.2)
KА - коефіцієнт, який визначає зовнішні динамічні навантаження, що не враховані в циклограмі напружень;
KHv - коефіцієнт, який враховує внутрішні динамічні навантаження;
KH? - коефіцієнт, який враховує нерівномірність розподілення навантаження по довжині контактних ліній;
KH? - коефіцієнт, який враховує розподілення навантаження між зубцями.
Розрахункове місцеве напруження при згині визначають за відомою залежністю
?F = (FtF/bm) KF YFS Y? Y?, (2.3)
де FtF - колова сила на ділильному циліндрі;
b - ширина вінця зубчастої передачі;
m - модуль;
YFS - коефіцієнт, який враховує форму зубця та концентрацію напружень;
Y?, Y? - відповідно коефіцієнти, які враховують нахил і перекриття зубців;
KF - коефіцієнт навантаження, який визначають за залежністю
KF = KA KFv KF? KF?; (2.4)
KA - коефіцієнт, який визначає зовнішні динамічні навантаження, що не враховані в циклограмі напружень;
KFv - коефіцієнт, який враховує внутрішні динамічні навантаження, що виникають в зачеплені до зони резонансу;
KF?, KF? - коефіцієнти, які враховують відповідно нерівномірність розподілення навантаження по довжині контактних ліній та розподілення навантаження між зубцями.
Як бачимо з залежностей (2.2) і (2.4) внутрішні динамічні навантаження враховують за допомогою коефіцієнтів KHv і KFv. Значення коефіцієнтів KHv і KFv визначають в залежності від колової швидкості та ступеня точності зубчастої передачі згідно ГОСТ1643-81. На величину цих коефіцієнтів впливають похибки основного кроку Pb зубців коліс передачі та їх колова швидкість. Для визначення коефіцієнтів KHv і KFv в ГОСТ21354-87 наведені всі необхідні розрахункові залежності.
Зовнішні динамічні навантаження враховують за допомогою коефіцієнта KA, значення якого залежать від величини бокового зазору між зубцями передачі, моменту сил опору, привідного моменту, колової швидкості коліс передачі, жорсткості всіх елементів передачі, кутового пришвидшення при пусках, зупинках та переключеннях передачі. Однак у ГОСТ21354-87 та в технічній довідниковій літературі [30] для розрахунку зубчастих передач на міцність відсутні залежності для визначення коефіцієнта KA. Його значення встановлюють орієнтовно за значеннями, які наведені для деяких машин і механізмів без урахування особливостей конструкції, яку розробляють [20, додаток 4]. Тому ставиться
задача визначити дійсне значення коефіцієнта зовнішніх динамічних навантажень зубців, що уможливить значно підвищити точність розрахунків зубчастих передач на міцність.
При дослідженні зовнішніх динамічних навантажень вихідним положенням є розгляд одноступінчастого редуктора, що набагато спрощує рішення даного питання. В цьому випадку схема ударного навантаження буде представляти чотиримасову систему. Отримані результати можна легко використати при розгляді багатоступінчастих редукторів.
Наступним вихідним положенням при визначенні зовнішніх динамічних навантажень є вибір потужності редукторів загального призначення. Київський редукторний завод випускає циліндричні редуктори загального призначення потужністю від 1,8 до 9,1 кВт з модулями 2...4 мм [84]. Тому для теоретичних досліджень приймаємо редуктори потужністю від 1 до 10 кВт з модулями 2...10 мм. Такі редуктори характеризуються такими параметрами:
боковий зазор між зубцями в передачі ? = 0,00005...0,00035 м;
кількість зубців ведучого колеса z = 20...60;
номінальний момент сил опору Тн = 6...65 ;
передаточні відношення u = 0,5...3;
жорсткість ведучого вала 16000...50000 ;
жорсткість веденого вала 60000...200000 .
Прийнявши всі необхідні вихідні положення, розглянемо зовнішні динамічні навантаження та методику їх визначення.
2.2. Типова структура машин, до яких входять зубчасті передачі, та обґрунтування вибору їх розрахункової схеми
Як відзначалося в 2.1, значення коефіцієнта КА, що враховує зовнішні динамічні навантаження зубчастої передачі, приймають орієнтовно на підставі
вивчення роботи деяких машин, в конструкцію яких входять ці передачі. Цю нечіткість у визначенні значення КАможна пояснити тим, що зубчасті передачі використовуються в машинах різноманітних конструкцій, які працюють в різних умовах і виконують практично всі види робіт. Тому надати чіткі рекомендації для вибору значення КА достатньо складно. Водночас, виходячи з конструктивних особливостей конкретної машини, її призначення та умов експлуатації можна з?ясувати, яким чином впливають характеристики її робочих механізмів і приводів на динамічні навантаження зубчастих передач, які знаходяться між ними.
Типова структура машини з одним приводним двигуном та одним виконавчим механізмом має послідовно пов?язані двигун - передачу - виконавчий механізм (рис.2.1). Тому розрахункова схема такої машини, яка призначена для визначення впливу характеристик приводу та виконавчого механізму, а також
Рис.2.1. Структура типової машини з одним приводом і виконавчим механізмом.
динамічних навантажень зубчастої передачі, повина мати та