Коэффициент нагрузки

КПД зубчатых передач.

;

При проектировании определить можно, а определить сложно

;

- потери

- потери в зацеплении

- потери на разбрызгивание

- потери в подшипниках

- потери в зацеплении, зависят от сил трения на поверхности контакта зубьев.

Эти потери зависят от качества поверхности (чем большешероховатость, тем больше потери), от свойства материала, от твердости поверхности (чем вышеHR, тем ниже). Зависят от смазки, зависят от скорости (чем выше v, темвыше). Потери пропорциональны полезной нагрузке.

- зависят от числа зубьев, потери становятся выше с понижением числазубьев, особенно число зубьев шестерни Z₁ (от 17 до 28).

- потери на разбрызгивание и перемешивание смазки (барбатажные потери).

Чем выше вязкость смазки, тем выше, но с другой стороны, чем ниже вязкость, тем выше износ.

Чем выше ширина зубчатого венца, тем выше.

Глубина погружения зубчатого венца в смазку, чем выше уровень смазки, тем выше.

Оказывает влияние v.

- потери в подшипниках. Как правило, применяются подшипники качения шариковые.

Расчет зубьев на прочность ведут по расчетной погонной нагрузке q:, которая представляет собой отношение полезной силы F к суммарной длине контактной линии. В этой формуле входит коэффициент K, который отражает влияние работы зубчатой передачи.

Реальные зацепления отличаются от идеального, поэтому вводят в расчет коэффициенты нагрузки. В общем случае коэффициенты нагрузки это произведение двух коэффициентов:;

Расчетная нагрузка складывается из трех нагрузок:

1. Номинальная расчетная нагрузка (полезная),нагрузка, которая прикладывается к зубу передачи.

2. Дополнительная нагрузка учитывающая неравномерность распределения номинальной нагрузки по длине зуба.

3. Дополнительная нагрузка, учитывающая динамические явления, связанные с точностью изготовления зубчатых колес.

Эти две дополнительные нагрузки учитываются введением в расчет коэффициента нагрузки K:

- коэффициент концентрации нагрузки или неравномерности распределения нагрузки по длине зуба (по ширине зубчатого венца).

- коэффициент динамичности нагрузки, коэффициент внутренней динамики передач.

- при расчете на изгиб

- при расчете на контактную прочность

К_F и К_H – отличаются

1. Коэффициент концентрации нагрузки или неравномерности распределения нагрузки по длине зуба (ширине зубчатого венца). Рис 1

В полюсе зацепления действует F_r, направлена от полюса зацепления к центру колеса. Валы прогнуться, зубчатые колеса повернуться. Линия контакта изменит свое расположение, вследствие чего неравномерность распределения нагрузки.

Также возможна и деформация подшипников их смещение. Погрешности изготовления приводят к тому же эффекту (не параллельность осей)

Валы прогибаются в противоположном направлении под действием сил зацепления.

Если бы система была абсолютно жесткой, то они соприкасались своими концами, нор реальные зубчатые колеса обладают упругостью, деформация зубьев уменьшает влияние перекосов и в большинстве случаев сохраняет их соприкосновение по всей длине, но в этом случае нагрузка перераспределяется в соответствии с деформации отдельных участков зубьев.

,

где q_ср – средний интенсивность нагрузки,

K_B – коэффициент неравномерности распределения нагрузки (или коэффициент концентрации нагрузки характеризует отношение максимальной нагрузки к средней)

При прочих равных условий влияние перекоса зубьев увеличивается с увеличением ширины зубчатого колеса b, поэтому ее ограничивают. Концентрация нагрузки увеличивает контактное напряжение и напряжение изгиба.

При реальных нагрузках появляются радиальные составляющие за счет угла наклона зуба.

Если на вал действует нагрузка, радиальный вал будет иметь прогиб.

Зубчатое колесо меняет свое положение. Если бы колеса были жесткими, контакт имел бы место в точке. Но реальные зубчатые колеса обладают упругостью. Погонная нагрузка за счет деформации поверхности распределится неравномерно.

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки характеризуется отличием удельного давления при касании по линии контакта при деформации.

Основные факторы, влияющие на коэффициент.

1. Неравномерное распределение нагрузки зависит от расположения зубчатого колеса на валу по отношению к опорам.

b) Колесо расположено по середине и нет других нагрузок, а следовательно, нет угла поворота сечения при деформации. Неравномерность нагрузки минимальная (лучший вариант).

c) Зубчатое колесо расположено ближе к одной из опор. При прогибе вала зубчатое колесо изменит свое положение, неравномерность нагрузки увеличивается по сравнению с пунктом а.

d) Консольное расположение зубчатого колеса. Угол поворота сечения больше, чем в пункте b и еще больше неравномерность распределения нагрузки. От расположения колеса на валу по отношению к опорам существенно зависит.

2. Жесткость вала. Чем выше жесткость, тем меньше прогиб и тем меньше угол поворота сечения и неравномерность нагрузки.

3. Состояние подшипниковых опор (точность, степень износа, конструкция самого подшипникового узла). Неравномерность распределение приводит к неравномерной прирабатываемости зубчатых колес в процессе работы.

Зубчатые колеса прирабатываются. Полная приработка колес возможна только при постоянной нагрузке.

Для оценки коэффициента зубчатые колеса делят на 2 группы:

1. Прирабатывающиеся колеса – это колеса с твердостью единиц и скоростью v<15м/с.

2. Неприрабатывающиеся колеса

,

v>15м/с.

Приработка уменьшает неравномерность распределения нагрузки. Коэффициент нагрузки для неприрабатываемых колес.

Значения коэффициента приведены в справочниках. Выбор осуществляется по значениям твердости, расположению колеса на валу по отношению к опорам, по ширине зубчатого венца.

Для прирабатывающихся колес определяют по зависимости:

;

x – коэффициент режима работы по стандартам их 6. Этот коэффициент учитывает влияние режима работы передачи на прирабатываемость колес.

Рекомендации.

Для уменьшения концентрации нагрузки при высокой твердости зубьев и при высоких окружных скоростях рекомендуется применять относительно не широкие колеса или придавать зубьям бочкообразную форму путем дополнительной обработки, или применять колеса со срезанными углами для уменьшения опасности выламывания углов зубьев.

При конструировании передачи необходимо учитывать все факторы, влияющий на величину концентрации нагрузки и е применять валов с малой жесткостью.

Расчет величины коэффициента связан с определением угла перекоса.Должен учитывать не только деформацию валов, опор и самих колес, но также ошибки монтажа и приработки зубьев.

выбираем по справочнику из опыта эксплуатации.

Коэффициент динамичности нагрузки.

Этот коэффициент характеризует внутренние динамические нагрузки, связанные с пересопряжением зубьев (вход и выход из зацепления).

Внешние динамические нагрузки не учитывает.

При равномерном вращении шестерни, колесо, как правило, будет вращаться неравномерно из - за:

- погрешности изготовления (неточность изготовления основного шага)

- погрешности сборки

- упругих деформаций под нагрузкой.

Эти ошибки приводит к появлению дополнительных динамических нагрузок на зубьях, вибраций и шума.

Основное влияние на K_V оказывают ошибки основных шагов колеса. По характеру распределения этих ошибок различают два вида ударов:

1. Кромочный удар. Основной шаг ведомого колеса больше основного шага ведущего. Происходит преждевременный вход в зацепление и вершина кромки входящего зуба ударяет по предыдущему входящему колесу.

2. Срединный удар- когда основной шаг ведомого колеса меньше основного шага ведущего. Происходит запаздывание выхода из зацепления зубьев. И кромка выходящего из зацепления зуба ударяет.

Чтобы уменьшить динамические внутренне нагрузки:

1. Увеличение точности изготовления колес приводит к уменьшению внутренней динамики, но с другой стороны, повышается цена.

2. Один из технологических приемов – фланкирование зубьев колес – срезание вершин зубьев (срезание кромок).

3. Кроме точности на внутреннюю динамику влияет скорость зубчатых колес, чем выше v, тем больше энергия тем сильнее удар, тем больше динамическая нагрузка.

4. Масса колеса. Чем больше масса колеса, тем сильнее удар в следствии динамические нагрузки. Чем больше масса, выше скорость и меньше точность, больше сила удара.

К_V – разработаны находятся по справочнику.

Дата добавления: 2014-01-20