Материал: Расчет и конструкирование механизмов радиоэлектронных средств. методические указания к выполнению самостоятельной работы. Андреев И.В., Андреев А.И

Где [б_но] = 0.9 _b – допускаемое контактное напряжение при числе циклов перемены напряжений N_н =10⁷;

_b – предел прочности бронзы при растяжении;

С_v- коэффициент износа зубьев колеса зависит от скорости скольжения V_s=4.3·10^-4 (м/с).

К_н1 – коэффициент долговечности равный , если N₂>25·10⁷, то К_н1~0.67.

Таблица 7- Зависимость V_s от С_v

Обычно при полном ресурсе службы t = 20000 ч, n₁~100 об/мин. К_н1~0.76. Допускаемые контактные напряжения для колес из безоловянных бронз, латуней (БрА9ЖЗЛ, ЛП23А6Ж3Мц2) рассчитывают: б_и2=300-25·V_s (для бронзы), и б_и2=275-25·V_s (для латуней), они зависят от скорости V_s

35

. Допускаемые напряжения изгиба при не реверсивной передаче (зубья работают одной стороной) для всех марок бронзы и латуней

(81)

где б_т – предел текучести; , - коэффициент долговечности при расчете на изгиб, N₂ – число циклов нагружения зубьев колеса. Если N₂=10⁶, то К_f1=1.0; при N₂=9·10⁷, К_н1=0.61.

Обычно значение К_н выбирают равному последнему значению. При реверсивной передаче (зубья работают обеими сторонами) – [б_f]=0.8[б_f]₂.

8 Расчет прочности одного из валов механизма

Расчетную схему строят после разработки конструкции валов, размещения на них всех вращающихся деталей и определения размеров валов по длине. Вал рассматривают как балку, лежащую на опорах – подшипниках. Подшипники условно заменяют шарнирными опорами. Центр шарнира при радиальных подшипниках качения считается расположенным на поперечной оси подшипников, для опор скольжения место опирания принимают на расстоянии (d – диаметр внутренний подшипника) от кромки подшипника.

Для опор с радиально-упорными подшипниками расчетный пролет зависит не только от расстояния между опорами и выбранного варианта установки подшипников

. (82)

Изгиб вала, на который насажены зубчатые колеса, ролики или диски в общем случае пространственный. Поэтому расчет ведется в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Силы, действующие в зацеплениях, приводят к геометрической оси вала и проецируют на расчетные

36

плоскости. Полученные проекции представляют расчетные нагрузки. Изгиб будет плоским и расчет ведется в одной плоскости только для валов, на которых насажено одно прямозубое цилиндрическое колесо. При этом строят эпюры изгибающих моментов и поперечных сил для выбранного вала и определяют его опасное сечение. Расчет на прочность проводят по наибольшим кратковременным нагрузкам. Вал рассчитывают на совместное действие изгиба, кручения и сжатия. Для валов механизмов РЭС, несущих незначительные нагрузки, можно ограничиться приближенным расчетом по эквивалентным (приведенным) напряжением, учитывающим по энергетической теории прочности все виды деформаций. Тогда условие прочности вала в опасном сечении имеет вид

, (83)

где б_np – приведенное напряжение, МПа;

б_и – напряжение изгиба, МПа; для пространственного случая вычисления по формуле

. (84)

М_р – расчетный изгибающий момент. Н мм;

W – осевой момент сопротивления сечения вала, мм³;

d – диаметр сечения, мм;

б_с – напряжение сжатия (или растяжения), МПа, вычисляемое по формуле

(85)

- напряжение кручения. МПа, определяемое по формуле

. (86)

T – крутящий момент, Н-мм; W_p – полярный момент сопротивления сечения вала, мм³;

37

[б_и] – допускаемое напряжение изгиба, для углеродистых сталей можно принять [б_и]=40-60 МПа, для легированных сталей – 70-90 МПа, для винипласта 12-15 МПа.

Расчетный изгибающий момент в общем случае пространственного изгиба балки круглого сечения

. (87)

Где М_иу и М_иz – изгибающие моменты в плоскостях 0XY и 0XZ в рассматриваемом сечении; при плоском изгибе значение М_р равно изгибающему моменту в плоскости изгиба. Проверке подлежат те сечения, где М_р достигает наибольшего значения, а также места резкого уменьшения диаметра вала.

Ориентировочно минимальный диаметр вала при его работе только на кручение (изгиб исключают путем понижения допускаемых напряжений) рассчитывают по формуле

, (88)

где Т₁ – расчетное значение крутящего момента на валу; =30-50 МПа – допускаемое напряжение на кручение, для среднеуглеродистых сталей пониженное за счет исключения изгиба.

9 Выбор конструкционных материалов

Материалами валов, осей обычно являются углеродистые и легированные стали, обладающие высокой прочностью. В малонагруженных механизмах валы, не подвергающиеся термообработке, изготавливают из углеродистых сталей 20 (ГОСТ 1050-74) и сталей 45 (ГОСТ 1050-74). Из инструментальных сталей Y81А (ГОСТ 1435-74) и Y10А выполняют небольшие валы и оси, обладающие повышенной вибропрочностью. Валы, подвергающиеся воздействию больших нагрузок, термообрабатывают, поэтому материалами

38

их являются легированные стали 40Х (1051-73), 40ХН, 30ХГСА, 30ХНЗА (4543-71), 12ХНЗА и др. Наиболее распространенными материалами для литых деталей корпуса являются алюминиевые сплавы марок АЛ2, АЛ4, АЛ7, АЛ9 (ГОСТ2635-75), Д16(ГОСТ 47-84) и магниевые сплавы марок МЛ3, МЛ5. Назначение корпусов – защита от механических, климатических и радиационных воздействий и непосредственное крепление передач. Основные ГОСТы материалов даны в /4/. В качестве материала зубчатых колес используются марки сталей 35,45, 20Х, 40ХА, 40ХН. Из сталей по гост 1050-74(марок 20, 35, 45) изготавливают зубчатые и фрикционные колеса, используя тепмообработку в виде нормализации и улучшения. Для сталей 40Х, 40ХН, 35ХМ используют закалку токами высокой частоты по контуру зубьев. Эти стали имеют повышенные механические характеристики. Детали, испытывающие ударные нагрузки, изготавливают из низкоуглеродистых сталей марок 15, 20, 15Х. Их поверхностное упрочнение достигается закалкой или цементизацией (насыщение поверхности углеродом). Различные марки латуней Л59, Л60, ЛК80-3, ЛМцС58 2-2 (ГОСТ 15527-70) используются для изготовления зубчатых колес с ослабленными требованиями по прочности и для составных сборочных колес. Червячные колеса изготавливают из бронза: типа оловянных Бр0110-1, БрОн1, БрОЦСН-7-5-1 (ГОСТ 613-79), но чаще безоловянных типа БрАж9-4 (ГОСТ 13175-78). Червяки, винты делают из стали марок: 40, 45, Y10А, 40Х, 30ХСА, а гайки с целью уменьшения потерь из бронза БрАЖ9-4, БрОПС6-6-3 (ГОСТ 613-79).

10. Графическая часть работы

Основными конструкторскими документами, которые предъявляются как результат курсового проектирования, являются сборный чертеж и рабочие чертежи деталей,

39

выполненные в соответствии с ЕСКД.

Сборочный чертеж кроме изображения сборочной единицы должен содержать:

номинальные размеры посадочных мест с указанием посадок;

основные размеры, характеризующие изделия (габариты, установочные, присоединительные);

техническую характеристику изделия;

технические требования к сборке.

На деталировочном чертеже цилиндрического зубчатого колеса кроме размеров его конструктивных элементов должны быть указаны параметры, характеризующие зубчатый венец: диаметр вершин зубьев, ширина венца, размер фасок (0.5×45°) или радиусы кривизны линий притуплении на кромках зубьев, поверхность боковых поверхностей зубьев. Параметры зацепления указываются в зуборезной таблице в правом верхнем углу чертежа.

Примерное содержание технических требований:

1 НВ 230…250.

2 Неуказанные предельные отклонения размеров Н14,

h14, ±JТ14/2.

3 Неуказанные радиусы округлений R 0.5.

4 Покрытие Хим. Окс.

Рабочий чертеж вала должен содержать данные, определяющие форму и размеры детали, предельные отклонения размеров, допуски формы и расположения поверхностей, параметры шероховатости: указания о материале, термической обработке.

Располагают вал на поле чертежа так, чтобы его ось была параллельна основной надписи. Количество проставленных размеров минимальное, причем их дублирование не допускается. Размеры должны иметь предельные отклонения, которые проставляются после номинального размера (например, 10 h8).

40

Допуски для свободных размеров с относительно низкой точностью указываются в технических требованиях. Допуски на отклонения формы и расположения поверхностей указывают условными обозначениями на чертеже. Общая поверхность для части поверхностей детали указывается в правом верхнем углу поля чертежа с условным знаком в скобках, шероховатость других указывается по заданному допуску (например, ).

Содержание технических требований применительно к конструкции вала следующее:

1 НВ 300…320;

2 Неуказанные предельные отклонения размеров h14? Н14, ±IТ14/2;

3 Радиальное биение поверхности В относительно А, Б не более 0.10;

4 Острые кромки притупить;

5 Покрытые Хим. Окс.

Чертеж листовой штампованной детали корпуса имеет обозначение толщины (например, S 1.2*), этот размер отмечен звездочкой (для справок), размеры проставляются от базы со своими предельными отклонениями (например, для отверстий 4Р12^(+0,12)), для нижней кромки детали (например, 40 b12(-0.5)), расстояние между отверстиями (например, 10±0.2).

Технические требования применительно к конструкции штампованных деталей имеют следующий вид:

1* Размер для справок.

2 Неуказанные предельные отклонения размеров: отверстий – Н14, вала h14, остальных ±JТ14/2.

3 Покрытие Ц9. хр., кроме отверстий.

Чертеж корпусных литых деталей содержит размеры со своими предельными отклонениями, шероховатость необрабатываемых поверхностей должна быть не хуже R_z =80мкм.

Основные технические требования для стальных деталей:

41

1 Отливка 111 группы по ГОСТ 977-75.

2 Изготовление отливки по 111 классу точности по ГОСТ 2009-55.

3 Литейные радиусы 2…4 мм.

4 Термообработка и другие технические требования по ОСТ 11.087.002-76

5 Покрытие: эмаль МЛ, черная IV.Y4 F_покр = 53.4 см², Х – без покрытия.

6 Неуказанные представленные отклонения размеров: Н14, h14, ±IТ14/2.

Отливки из цветных сплавов выполняются согласно ОСТ 11078.005-78. В технических требованиях записывают:

1 Отливка 1 группы по ОСТ 11078.005-78. В зависимости от метода литья стандарт устанавливает следующие классы точности для отливок:

2 Литье под давлением – ЛТ1, ЛТ2, ЛТ3;

3 Литье в кокиль и оболочковые формы – ЛТ5, ЛТ6;

4 Литье в песчаные формы – ЛТ6, ЛТ7.

В технических требованиях записывают, например: Неуказанные предельные отклонения размеров по ЛТ5, ОСТ11.078.005-78.