DSCN0561

5. Obliczenia wytrzymałościowe projektowe i sprawdzające

5.1. Założenia metodyczne

W trakcie projektowania maszyn posługujemy się modelem matematycznym obmyślanego obiektu. W początkowej Fazie projektowaniu tworzymy zwykle upro-szczone modele, opisane za pomocą malej liczby parametrów, i możemy wstępnie wyobrazić sobie obraz przyszłej konstrukcji. Pozwoli to nam ocenić, czy projektowany obiekt będzie mógł spełnić stawiane wymagania i czy warto kontynuować dalsze, szczegółowe działaniu projektowe, rozwijając konstrukcję według przyjętej koncepcji. Czasem zajdzie potrzeba zmiany koncepcji, u nawet zweryfikowania i zmiany założeń wstępnych.

Matematyczny model przekładni zębatej w szczegółowej Fazie projektowania opisany jest dużą liczbą parametrów, a wiele z nich jest wzajemnie związanych różnymi zależnościami i uwarunkowaniami. Tak uwikłany model jest uciążliwy i trudny do operatywnego wykorzystania, dlatego we wstępnej Fazie projektowej pomija się wiele mniej znaczących parametrów i wprowadza się szereg uproszczeń. Modele szczegółowe stosujemy dopiero przy końcowej weryfikacji konstrukcji, w obliczeniach sprawdzających.

Niektóre zmienne występujące w matematycznym opisie przekładni mogą przybierać wartości narzucone założeniami (wynikającymi z warunków eksploatacji. technologii itp.), inne będą dobierane przez konstruktora jako zmienne decyzyjne pozostające w jego dyspozycji. Na ogól nie udaje się uzyskać dobrej konstrukcji w jednym prostym postępowaniu projektowo-konstrukcyjnym i dopiero przez kolejne przybliżenia i powtórzenia przynajmniej niektórych zabiegów i operacji projektowych dochodzi się do konstrukcji spełniającej założone wymagania.

Jak na ogół w każdym projektowaniu maszyn, tak i tutaj wyróżnimy wstępne obliczenia projektowe, towarzyszące projektowaniu wstępnemu, oraz obliczenia sprawdzające przy szczegółowym i ostatecznym opracowywaniu konstrukcji.

5.2. Wstępne obliczenia projektowe

W projektowaniu wstępnym nie wnikamy w szczegóły konstrukcyjne i przyjmujemy uproszczone modele obmyślanej przekładni, opisując ją kilkoma podsta^ wowymi parametrami. Inne parametry, dotyczące szczegółowych cech konstrukcyj-

nych (np. chropowatości powierzchni zębów, efektu wyporu hydrodynamicznego itp.) pomijamy lub ujmujemy w przybliżeniu jednym, zastępczym współczynnikiem, integrującym ich wpływ na konstrukcję. W ten uproszczony sposób dochodzimy do wstępnego określenia kształtów i wymiarów, które dalej, w fazie projektowania szczegółowego, podlegają uściśleniu i dokładnemu opracowaniu konstrukcyjnemu.

Za pomocą jednego stopnia przełożeń (jednej pary kół zębatych) możemy reulizowuć tylko ograniczoną wartość przełożenia prędkości obrotowej. Do dużych przełożeń korzystniej będzie ze względów technicznych i ekonomicznych zastosować przekładnię dwu- lub trzystopniową o przełożeniu całkowitym równym iloczynowi przełożeń częściowych, tj. przełożeń poszczególnych stopni. Zalecane wartości przełożeń podano w tabl. S.l.

Tablica 5.1. Zalecane przełożenia przekładni zębatych

A. Przekładnie walcowe z zazębieniem zewnętrznym

Przekładnia:	zwykle	możliwe	wyjątkowe
jcdnosiopniowc	u < 6	<8	do 18
dwustopniowa	u OS	<4S	do 60
trzystopniowa	us; ISO	< 200	do 300

B. Przekładnie stożkowo-walcowe

Przełożenie całkowite u =	7.1	8	10	12.6	16
Przełożenie stopnia stożkowego	2	2	2,5	3.15	4
Przełożenie stopnia walcowego	3,55	4	4	4	4

W przypadku przekładni stożkowo-walcowych stopień stożkowy umieszczamy na początku, po stronie szybkobieżnej, i dajemy na nim przełożenie u, < 3, wyjątkowo do 5. Jest to podyktowane tym, że koszt przekładni stożkowej jest około trzykrotnie większy od kosztu przekładni walcowej o zbliżonym przełożeniu i ciężarze.

Przez różny podział przełożeń na poszczególne stopnie można wpływać na kształt, wielkość i ciężar całej przekładni wielostopniowej ([40], [43]). Często dążymy do minimalizacji objętości przekładni i w takim przypadku możemy dobierać przełożenia częściowe według zaleceń przedstawionych na rys. S.ł.

Po dobraniu przełożeń częściowych przystępujemy do wstępnego wyznaczenia parametrów i wymiarów kół zębatych w poszczególnych stopniach.

W analizie wytrzymałościowej przeprowadzonej w rozdz. 3 doszliśmy do wniosku, że wielkość kół, a konkretnie iloczyn bd\ wyznaczający pole gabarytowego obrysu zębnika, wynika z warunku wytrzymałości zębów na naciski (naprężenia stykowe), wielkość zaś zębów, a konkretnie moduł zazębienia, wynika z warunku wytrzymałości zębów na złamanie. To spostrzeżenie sugeruje niejako ogólny tok postępowania w projektowaniu przekładni zębatej, a mianowicie należy najpierw