Dane: |
Obliczenia: |
Wyniki: |
n = 960 obr/min
T = 3 z = 2 w = 0,7
N=110 kW u = 4,5
KA = 1,25
n1=960obr/min T1 = 1094,3Nm u = 4,5
KA = 1,25 KVM = 1,496 KHβ = 1,08 KHα = 1,3
ZH = 2,365 ZE = 189,5 Zβ ⋅ZB ⋅Zε = 1 u = 4,5 σHP = 700 MPa KH = 2,625 ψa = 0,3 T2= 4924,2 Nm
ψa = 0,3 a =450 mm
a = 450 mm u = 4,5
KH = 2,625 T1 = 1094,3Nm u = 4,5 a = 450 mm ψa = 0,3 σFP = 350 MPa
λ = 6 ÷ 15
b= 135 mm
m = 10 mm a =450 mm
z1 = 16 zęby z2 = 72 zębów
b2 = 135mm
m = 10 mm
z1 = 16 zęby
z1 = 16 zęby
u = 4,5
αon = 20° β = 10°
ao = 440 mm aw = 450 mm αt = 20° 17'= 0,354 rad
invαtw = 0,0254 invαt = 0,01568 z1 = 16 zęby z2 = 72 zębów
z1 = 16 zęby z2 = 72 zębów m = 10 mm
z1 = 16 zęby z2 = 72 zębów aw = 450 mm
ao = 440 mm m = 10 mm x1+x2 = 1,167
m = 10 mm y = 1 Δy = 0,167 z1 = 16 zęby z2 = 72 zębów x1 = 0,5 x2 =0,667
m = 10 mm y = 1 Δy = 0,167 z1 = 16 zęby z2 = 72zębów x1 = 0,5 x2 = 0,667 Δy=0,167
df1=145mm df2 =708,34 mm da1=186,66mm da2 =750 mm aw = 450 mm
x1 = 0,5 x2 = 0,667 αon = 20° z1 = 16 zęby z2 = 72 zębów
m = 10 mm n1 = 3 n2 = 9 z1 = 16 zęby z2 = 72 zębów x1 = 0,5 x2 = 0,667 αon = 20° invαon = 0,0149
ν = 0,3 E1 = E2 = 2,06⋅10-5 MPa
αtw = 23°29' = 0,409 rad
αt = 20° = 0,349 rad
βb = 10
x1+x2 = 1,167 z1 = 16 zęby z2 = 72 zębów
β = 10o
T1 = 1094,3Nm T2= 4924,2 Nm dt1 = 160 mm dt2 = 720 mm
u = 4,5 KH = 2,625 b1 = 145 mm b2 = 135 mm
ZE = 189,86 ZH = 2,266 Zε = 0,92 Zβ = 0,992 ZB = 1 Ft1 =13678 N Ft2 = 13678 N dt1 = 160 mm dt2 = 720 mm
KHHB = 300 FHHRC = 50 d1 = 160 mm
SHmin = 1,1
Nk = 607,5⋅106 cykli
NHlim = 100⋅106 cykli qH = 9
V = 6,5 m/s
ν50 = 75 ÷ 87 mm2/s ν100 = 12,5 mm2/s
a = 225 mm
Rz1,2 = 2,5 μm
V = 6,5 m/s
FH*HB = 350
σHlim =1323,16 MPa SHmin = 1,1 ZN = 0,818 ZL = 1,086 mm2/s ZR = 1,001 ZX = 1,0 ZV = 0,976 ZW = 1,07
σH1 = 882,844 N/mm2 σH2 = 678,468 N/mm2
T1 = 229,2 Nm
aw = 225 mm
b1 = 72,5 mm
N = 18 kW n = 750 obr/min
d1 = 160 mm
P1 = 3048,9 N l = 108,5 mm
Re = 800 MPa Rm = 1000 MPa X = 4
kgo = 105 MPa ksj = 115 MPa
α = 0,456 Mg = 82,7 Nm Ms = 229,2 Nm
Mgmax = 82,7 Nm
MredI = 229,2 Nm
MredII = 250,225 Nm
MredII = 271,25 Nm
MredIV = 292,275 Nm
MredV = 208,63 Nm
MredVI = 124,99 Nm
MredVII = 41,35 Nm
ksj = 115 MPa
dI = 30 mm dII = 36 mm dIII = 42 mm dIV = 48 mm dV = 40 mm l1 = 23 mm l2 = 8 mm l3 = 70 mm l4 = 8 mm l5 = 23 mm
E = 2,05⋅105 MPa
I = 39,76⋅103 mm4
P = 3048,9 N
E = 2,05⋅105 MPa
I = 39,76⋅103 mm4
P = 3048,9 N
mn = 5 mm
nI = 750 obr/min
E = 2,05⋅105 MPa
ν = 0,3
d = 40 mm
GI = 93,5 N
DI = 160 mm
QI =30,5
Io = 251,33⋅103 mm4
G = 28846,15 MPa
MsI = 229,2 Nm
u = 1,8
P2 = 3048,9 N
kgo = 105 MPa
ksj = 115 MPa
MsII = 412,56 Nm
Mgmax = 82,7 Nm
MredI = 41,35 Nm
MredI = 41,35 Nm
MredII = 177,72 Nm
MredIII = 314,1 Nm MredIV = 450,45 Nm
MredV = 437,8 Nm
MredVI = 425,2 Nm
MredVII = 412,56 Nm
dI = 65 mm dII = 76 mm dIII = dIV = dV 70 mm dVI = 60 mm dVII = 55 mm
l1 = 29 mm l2 = 7 mm l3 = 65 mm l4 = 10 mm l5 = 23 mm
P = 3048,9 N
lredII = 71,6 mm
dmin = 55 mm
lredII = 71,6 mm
lredII = 71,6 mm
I = 449,18⋅103 mm4
P = 3048,9 N
E = 2,05⋅105 MPa
E = 2,05⋅105 MPa
ν = 0,3
d = 55 mm
Io = 898,36⋅103 mm4
lredII = 71,6 mm
QII = 107,162⋅10-3
T = 3 lata z = 3 zmiany w = 0,6 n = 750 obr/min
q = 3
|
Nk = 60⋅n⋅τc gdzie: n - obroty, τc - całkowity czas pracy przekładni:
τc = 2500⋅T⋅z⋅w gdzie: T - lata pracy, z - liczba zmian, w - współczynnik wykorzystania czasu pracy. czyli: Nk = 60⋅960⋅2500⋅3⋅2⋅0,7 = 604,8⋅106 cykli
Czyli mamy do czynienia z przekładnią zamkniętą i czynnikiem decydującym o kryterium zniszczenia przekładni jest zmęczeniowe zniszczenie powierzchni zębów:
T2 = T1⋅u
czyli: T2 = 1094,3*4,5 = 4924,2 Nm
Wytrzymałościowa odległość osi:
gdzie: ZH - wsp. geometrii zarysu, ZE - wsp. sprężystości materiału kół, Zε - wsp. stopnia pokrycia, Zβ - wsp. pochylenia linii zęba, ZB - wsp. zmiany krzywizny powierzchni styku, KH - wsp. obciążenia zewnętrznego, ψa - względna szerokość przekładni odniesiona do odległości osi.
gdzie: KA - wsp. Przeciążenia, uwzględniając obciążenia dynamiczne powstające poza zazębieniem, KVM - wsp. Nadwyżek dynam. powstających w zazębieniu wg Merita, KHβ - wsp. Uwzględniający rozkład nacisków wzdłuż szerokości zazębienia KHα - wsp. Uwzględniający rozkład nacisków wzdłuż odcinka przyporu, wstępnie dla kół o zębach skośnych przyjmuję KHα = 1,3
zatem:
KHβ = f (ψd), gdzie: ψd - względna szerokość przekładni,
Dla ψd = 0,825 z wykresu [1] odczytuję KHβ ≈ 1,08 KH ≈ KA⋅KVM⋅KHβ⋅KHα
Zatem: KH = 1,25⋅1,496⋅1,08⋅1,3 = 2,625
Przyjmuję wykonanie zębnika ze stali 40H (twardość 400 HB, Rm = 1000 MPa, Re = 800 MPa), natomiast koła zębatego ze stali 45 (twardość 240 HB, Rm = 610 MPa, Re = 360 MPa) Ponadto, wg tab. 3,2dobieram dla materiałów kół: σHP = 700 MPa σFP = 350 MPa
Zatem wytrzymałościowa odległość osi:
Przyjmuję najbliższy normalny rozstaw osi równy aw = 450 mm
b = ψa⋅a = 0,3⋅450 = 135 mm
zatem:
Moduł obliczamy z warunku na zginanie u podstawy zęba:
gdzie: Ft - nominalna siła obwodowa działająca na okręgu podziałowym w przekroju czołowym, YF - współczynnik kształtu zęba,
Mając już wstępnie przyjętą odległość osi, powyższy wzór możemy przekształcić do postaci:
gdzie: KF - wsp. obciążenia zewnętrznego dla zginania, przyjmuję KF = KH = 2,625
zatem:
Z warunków technologii budowy moduł m przekładni przyjmuje się: (z1+z2) = 100 zatem przyznanej odległości osi:
Z warunków eksploatacyjnych przyjmuje się:
Z warunków geometrii konstrukcji przyjmuje się dla
względnej długości zęba
Przyjmuję wartość normalną modułu: m = 10 mm
Przyjmuję całkowitą ilość zębów z1 = 16zęby
z2 = z1⋅u = 16⋅4,5 = 72
Przyjmuję całkowitą ilość zębów z2 = 72 zębów
Szerokość koła z2 wynosi b2 = 135mm, natomiast szerokość zębnika ze względów montażowych przyjmuję: b1 ≈ b2+m = 135+10= 145mm
d1 = m⋅z1 = 10⋅16= 160 mm
d2 = m⋅z2 = 10⋅72= 720 mm
Ponieważ istnieje różnica pomiędzy podstawową (geometryczną) a rzeczywistą odległością osi (ao ≠ aw), wobec tego stosuję przesunięcie (korekcję) uzębienia.
gdzie:
αon = 20°, natomiast β = 10° dla zębów skośnych, czyli:
czyli: invαt = tgαt - αt = tg20°17' - 0,354 = 0,01568
czyli:
zatem: invαtw = tgαtw - αtw = tg23°29' - 0,409 = 0,0254
zatem suma współczynników przesunięcia w płaszczyźnie czołowej wynosi:
Wobec faktu, że wartość współczynników przesunięcia jest Σx>1 przyjmuję wykonanie podziału według przesunięcia x1=0,5 x2=Σx-x1=1,167-0,5=0,667
d1 = m⋅z1 = 16⋅10 = 160 mm d2 = m⋅z2 = 72⋅10= 720 mm
p = π⋅m = π⋅10 = 31,415 mm
da1,2 = m⋅[z1,2 + 2⋅(y + x1,2 - Δy)]
da1=10[16+2⋅(1+0,5-0,167)]=186,66mm
da2=10[72+2⋅(1+0,667-0,167)]=750mm
df1,2 = m⋅[z1,2 - 2⋅(y - x1,2 + 0,25)]
czyli: df1 = 145 mm oraz df2 = 708,34mm
hf1,2 = m⋅(y - x1,2 + 0,25)
czyli: hf1 = 7,5 mm oraz hf2 = 5,83 mm
ha1,2 = m⋅(y + x1,2 - Δy)
czyli: ha1 = 13,33 mm oraz ha2 = 15 mm
czyli:
czyli: n1 = 2,16 , natomiast n2 = 8,345 Zatem przyjmuję n1 = 3 oraz n2 = 9 zębów
W = m⋅cos α⋅[(n1,2 - 0,5)⋅π + z1,2⋅inv α] + 2⋅x1,2⋅m⋅sin α
zatem: W1 = 79,43 mm, natomiast W2 = 265,44 mm
Z warunku na rzeczywiste naprężenia stykowe mamy:
gdzie:
czyli:
ZE - wsp. sprężystości materiału kół:
gdzie: Współczynnik sprężystości materiału kół ν = 0,3 Moduł Younga E1 = E2 = 2,06⋅10-5 MPa czyli:
ZH - wsp. geometrii zarysu:
czyli:
Zε - wsp. stopnia pokrycia:
Dla przyjmuję : Zε =0,823
Zβ - wsp. pochylenia linii zęba:
ZB - wsp. zmiany krzywizny powierzchni styku - dla przełożenia u < 3,5 przyjmuję ZB = 1.
Ft - nominalna siła działająca na okręgu podziałowym w płaszczyźnie czołowej:
czyli mamy:
Zatem mamy:
Dopuszczalne naprężenia na naciski stykowe:
gdzie dla FHHRC = 50 i KHHB = 300 wg [1]:
σoHlim = 17⋅FHHRC + 270 = 17⋅50 + 270 = 1120 MPa
ht = 0,2⋅m = 1 mm
czyli:
Rzeczywisty minimalny współczynnik bezpieczeństwa przyjmuję SHmin = 1,1.
ZN - współczynnik trwałości:
Dla materiału kół przyjmuję wg [1] bazową liczbę cykli NHlim = 100⋅106 cykli. Wykładnik nachylenia krzywej Wöhlera przyjmuję qH = 9.
zatem:
ZL - współczynnik smarowania:
Wg [5] dla prędkości V = 6,5 m/s przyjmuję z [1] olej do przekładni przemysłowych Transol 75, dla którego lepkość kinematyczna ν50 = 75 ÷ 87 mm2/s i ν100 = 12,5 mm2/s, czyli:
ZR - wsp. uwzględniający wpływ chropowatości:
gdzie: Rz1,2 - średnie wartości chropowatości zębów; przyjmuję wykonanie zębów z chropowatością Ra1,2 = 0,63 μm ⇒ Rz1,2 = 2,5 μm, czyli:
ZV - współczynnik prędkości:
ZW - współczynnik wzmocnienia powierzchniowego:
Dla wg [1] (twardość powierzchni zęba koła słabszego - z2) mamy:
ZX - współczynnik wielkości zębów - wg [1] dla modułu m < 10 przyjmuję ZX = 1,0
Czyli dopuszczalne naprężenia na naciski stykowe:
σHP = 1117 MPa
Czyli:
σH1 = 882,844 < σHP = 1117 MPa
σH2 = 678,468 < σHP = 1117 MPa
A zatem warunek jest spełniony.
Założenia:
δ = (0,025⋅aw + 1) δ = (0,025⋅225 + 1) = 6,625 mm
Ale grubość ścianki δ ≥ 8 mm, zatem przyjmuję odległość koła od ścianki δ = 8 mm.
l = b1 + 2⋅δ + B l = 72,5 + 2⋅8 + 20 = 108,5 mm
Rm = 1000 MPa Re = 800 MPa
Przyjmuję wykonanie obróbki cieplnej:
Przyjmuję współczynnik bezpieczeństwa X = 4, czyli będziemy mieli:
MredIV = 292,275 Nm
Na końcu wału, gdzie wykresy momentów wskazują 0, przyjmuję moment zginający w łożyskach równy:
MredI = 229,2 Nm
MredII = 250,225 Nm
MredII = 271,25 Nm
MredV = 208,63 Nm
MredVI = 124,99 Nm
Ze względu na wykonanie wpustów oraz uwzględniając nieprzewidziane obciążenia, zwiększam otrzymane wyniki o 30%, uzyskując:
dI = 28,145 mm dII = 28,977 mm dIII = 29,77 mm dIV =30,524 mm dV = 27,274 mm dVI = 23,01 mm dVII = 15,9 mm
lredI = 53,57 mm
E = 2,05⋅105 MPa - moduł Younga
ϕdop = (0,25 ÷ 2)°/mb = (0,00436 ÷ 0,0349)rad
zatem: ϕA < ϕdop
f = 1,198⋅10-3 mm
fdop = (0,005 ÷ 0,01) ⋅mn
fdop = (0,005 ÷ 0,01) ⋅5
fdop = (0,025 ÷ 0,05) mm
zatem: f < fdop
1,3nkryt ≤ nI ≤
gdzie:
biegunowy moment bezwładności:
ciężar zębnika: GI = 9,35 kg = 93,5 N
zatem mamy:
QI = 30,499⋅10-6 czyli:
nkryt = 20115,3 obr/min
Czyli wał I przy obrotach 750 obr/min nie jest narażony na pracę przy częstotliwościach rezonansowych.
Siły działające na ten wał są identyczne jak na wał I, inny jest tylko moment skręcający:
MsII = MsI⋅u
MsII = 229,2⋅1,8 = 412,56 Nm
Przyjmuję materiał wału II taki sam jak na wał I, czyli będzie się on charakteryzował takimi samymi własnościami:
MredIV = 450,45 Nm
Na końcu wału, gdzie wykresy momentów wskazują 0, przyjmuję moment zginający w łożyskach równy:
MredI = 41,35 Nm
MredII = 177,72 Nm
MredIII = 314,1 Nm MredIV = 450,45 Nm
MredV = 437,8 Nm
MredVI = 425,2 Nm
MredVII = 412,56 Nm
Z wykresu mamy średnice:
dI = 65 mm dII = 76 mm dIII = dIV = dV 70 mm dVI = 60 mm dVII = 55 mm
odpowiednio na długościach:
l1 = 29 mm l2 = 7 mm l3 = 65 mm l4 = 10 mm l5 = 23 mm
lredII = 71,6 mm
E = 2,05⋅105 MPa - moduł Younga
ϕdop = (0,25 ÷ 2)°/mb = (0,00436 ÷ 0,0349)rad
zatem: ϕA < ϕdop
f = 0,253⋅10-3 mm
fdop = (0,005 ÷ 0,01) ⋅mn
fdop = (0,005 ÷ 0,01) ⋅5
fdop = (0,025 ÷ 0,05) mm
zatem: f < fdop
1,3nkryt ≤ nII ≤
gdzie:
biegunowy moment bezwładności:
ciężar koła zębatego: GII = 16,27 kg = 162,7 N
zatem mamy:
QII = 107,162⋅10-3 czyli:
nkryt = 554962,45 obr/min
Czyli wał II przy obrotach 416,67 obr/min nie jest narażony na pracę przy częstotliwościach rezonansowych.
Lh = ilość lat × ilość zmian × 2500×w gdzie: w - stopień wykorzystania
czyli: Lh = 3⋅3⋅2500⋅0,6 = 13500 h
q = 3 - zakładam zastosowanie łożysk kulkowych
Pmax = V⋅X⋅Ppmax + Y⋅Pwmax
V = 1 - dla nieruchomego wału; Ppmax = 3048,9 N; Pwmax = 0; X =1; Y = 0; czyli: Pmax = 1⋅1⋅3048,9 = 3048,9 N
|
Nk = 604,8⋅106 cykli
T1 = 1094,3Nm
T2= 4924,2 Nm
Zβ ⋅ZB ⋅Zε = 1
ZH = 2,365
ZE = 189,5 ψa = 0,3
KHα = 1,3
V = 7,5m/s
KVM = 1,496
ψd = 0,825
KHβ = 1,08
KH = 2,625
aw = 450 mm
b= 135 mm
d1 =163,36mm
m = 10 mm
uw =4,5
u = 0%
b1 = 145mm
d1 = 160 mm
d2 =720 mm
ao = 440 mm
αt = 20°17' = 0,354 rad invαt = 0,01568
invαtw = 0,0254
x1+x2 = 1,167
x1 = 0,5 x2 = 0,667
d1 = 160 mm d2 = 720 mm
dw1 =163,64mm
dw2 = 736,36 mm
Δy =0,167
da1=186,66mm da2 =750 mm
df1=145mm df2 =708,34 mm
hf1 = 7,5 mm hf2 = 5,83 mm
ha1 = 13,33 mm ha2 =15 mm
cw = 2,5
n1 = 3 n2 = 9
W1=79,43 mm W2=265,44 mm
ZE = 189,86
ZH = 2,266
Zε = 0,992
Zβ = 1
ZB = 1
Ft1 =13678,75N Ft2 =13678,33N
σH1 = 882,844 N/mm2 σH2 = 678,468 N/mm2
σoHlim =1120 MPa
ht = 1 mm
htmin = 0,688 mm
σHlim =1323,16 MPa
ZN = 0,818
ZL = 1,086 mm2/s
ZR = 1,001
ZV = 0,976
ZW = 1,07
ZX = 1,0
σHP = 1117 MPa
δ = 8 mm
l = 108,5 mm
P1 = 3048,9 N
Mgmax = 82,5 Nm
kgo = 105 MPa
ksj = 115 MPa
α = 0,456
MredI = 229,2 Nm
MredII = 250,225 Nm
MredII = 271,25 Nm
MredV = 208,63 Nm
MredVI = 124,99 Nm
dI = 21,65 mm
dII = 22,29 mm
dIII = 22,9 mm
dIV = 23,48 mm
dV = 20,98 mm
dVI = 17,7 mm
dVII = 12,23 mm
dI = 28,145 mm dII = 28,977 mm dIII = 29,77 mm dIV =30,524 mm dV = 27,274 mm dVI = 23,01 mm dVII = 15,9 mm
lredI = 53,57 mm
E = 2,05⋅105 MPa
I = 39,76⋅103 mm4
ϕA = 67,09⋅10-6 rad
ϕdop= (0,00436 ÷ 0,0349)rad
f = 1,198⋅10-3 mm
fdop = (0,025 ÷ 0,05) mm
G = 28846,15 MPa
Io = 251,33⋅103 mm4
QI =30,5
nkryt = 20115,3 obr/min
MsII = 412,56 Nm
P2 = 3048,9 N
α = 0,456
MredIV = 450,45 Nm
MredI = 41,35 Nm
MredI = 41,35 Nm
MredII = 177,72 Nm
MredIII = 314,1 Nm MredIV = 450,45 Nm
MredV = 437,8 Nm
MredVI = 425,2 Nm
MredVII = 412,56 Nm
dI = 15,9 mm
dII = 25,86 mm
dIII = 31,26 mm
dIV = 35,26 mm
dV = 34,9 mm
dVI = 35,3 mm
dVII = 34,24 mm
lredII = 71,6 mm
I = 449,18⋅103 mm4
ϕA = 20,7⋅10-6 rad
ϕdop = (0,00436 ÷ 0,0349)rad
f = 0,253⋅10-3 mm
G = 28846,15 MPa
Io = 898,36⋅103 mm4
GII = 162,7 N
QII = 107,162⋅10-3
nkryt = 554962,45 obr/min
Lh = 13500 h
q = 3
V = 1
Pmax = 3048,9 N
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13
Akademia Górniczo - Hutnicza w Krakowie