Файл: Лабораторная работа 1 Расчет шестеренной клети Работу Бызов Евгений Сергеевич Группа 3МТб011оп20.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 41
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерно-технический институт
Кафедра металлургии, машиностроения
и технологического оборудования.
Лабораторная работа №1
Расчет шестеренной клети
Работу выполнил: Бызов Евгений Сергеевич
Группа 3МТб-01-1оп-20
Проверил: Румянцев Вадим Владимирович
Оценка в баллах: ______
ЧГУ, 2022-2023 уч. г.
Цель работы: ознакомиться с методикой расчета шестеренной клети на прочность и опрокидывание.
Теоретические сведения
Шестеренные клети входят в состав главных линий многих прокатных станов, за исключением станов, имеющих индивидуальный привод валков от двух двигателей. Назначение шестеренной клети – разделение крутящего момента и передача вращения валкам стана через шпиндельные соединения.
Шестерни шестеренных клетей изготавливаются как одно целое с валом, поэтому их часто называют шестеренными валками. Основными параметрами шестеренных валков являются: диаметр начальной окружности шестерни d0, диаметр шейки d, ширина шестерни b (также называемая длиной бочки шестеренного валка), число зубьев z, нормальный модуль зуба mн, угол наклона зубьев β. Изготавливаются шестеренные валки из сталей 45, 40ХН, 60Х2МФ. Характеристиками зубчатого зацепления шестеренных валков служат: максимальный момент, передаваемый зубчатым зацеплением Мзац, межосевое расстояние А, передаточное число і.
Рис. 1. Схема к расчету шестеренного валка
Исходные данные:
Межосевое расстояние А = 99,55 мм;
Количество зубьев z = 25;
Диаметр начально окружности шестерни d0 = 99,55 мм;
Диаметр шейки d = 64,35 мм;
Ширина шестерни b = 80,35 мм;
Угол наклона зубьев β = 0◦;
Передаточное число i = 1;
Максимальный момент, передаваемый зубчатым зацеплением Мзац = 470 Н∙м;
Высота шестеренной клети H = 257,55 мм;
Толщина боковой стенки a = 168,95 мм;
Толщина фронтальной стенки h = 158,3 мм;
Ширина полой части клети aвн = 130,3 мм;
Толщина полой части клети hвн = 89,55 мм;
Ход работы:
При расчете зубчатого зацепления в качестве расчетной нагрузки выступает максимальный передаваемый им крутящий момент:
где k1 – коэффициент ширины шестерни, k2 – коэффициент концентрации напряжений, k3 - коэффициент качества изготовления зацепления.
Контактное напряжение сдвига в поверхностном слое зубьев шестерни определяют по формуле
где к - выражено в МПа; A и b – выражено в мм;Mрасч – выражено в Нмм.
Напряжение изгиба у основания зуба шестерни:
где ш – выражено в МПа; Mрасч – выражено в Нмм; mн – нормальный модуль зуба и b – выражено в мм; – коэффициент концентрации напряжений у основания зуба; y– коэффициент формы зуба.
Полученные напряжения сравнивают с допускаемыми для конкретных марок сталей:
[к] 2т
[ш] 0,45т
Для материала шестеренных валков можно принять т =
= 450 МПа.
Расчет шестеренного валка на прочность заключается в расчете на изгиб и кручение шейки в месте перехода ее в бочку валка.
Каждую шейку шестеренного валка изгибает усилие, равное
где Pт - усилие, действующее в зубьях шестеренного валка в торцевом сечении.
Данное усилие определяют по формуле
где Xт – максимальное окружное усилие в зацеплении, т – угол зацепления в торцевом сечении.
Значение Xт определяют из максимального момента, передаваемого зубчатым зацеплением:
Угол зацепления в торцевом сечении определяют по следующей зависимости:
где – профильный угол эвольвенты в торцевом сечении, = 20.
Максимальное напряжение изгиба - в сечении I – I(см. рис. 1):
где l – длина шейки шестеренного валка; d – диаметр шейки.
Кроме напряжений изгиба, в шейках шестеренных валков возникают напряжения кручения, максимальное из которых действует в шейке со стороны двигателя:
Результирующее напряжение
сравнивают с допускаемым, которое для материала шестеренных валков равно [] 130...150 МПа.
Расчет шестеренной клети на опрокидывание проводят по максимальному опрокидывающему моменту, действующему на шестеренную клеть в случае поломки нижнего шпинделя:
Данный момент стремится оторвать шестеренную клеть от фундамента, т.е. растягивает фундаментные болты. Усилие, действующее на один фундаментный болт:
где n – число фундаментных болтов с одной стороны шестеренной клети; с – расстояние между болтами, установленными с разных сторон шестеренной клети; G – вес шестеренной клети, рассчитанный по формуле
где g – ускорение свободного падения, М – масса шестеренной клети.
где Vк – объем чугунного кожуха клети, Vв – объем шестеренного валка, Vш – объем шейки шестеренного валка.
Напряжения растяжения в фундаментном болте определяют по формуле
где dб – диаметр болта.
Полученное напряжение сравнивают с допускаемым, которое для болтов из стали марки Ст.2 или Ст.3 составляет [р] = 70...
80 МПа.
Вывод:
В ходе работы с помощью штангенциркуля удалось измерить геометрические параметры шестеренной клети лабораторного прокатного стана, необходимые для следующих видов проверочных расчетов:
-
Расчет зубчатого зацепления: контактное напряжение сдвига в поверхностном слое зубьев шестерни σк и напряжение изгиба у основания зуба шестерни σш, равные
и 
соответственно. Оба параметра не превышают допустимые нагрузки σк <[σк] (637,4 МПа <900 МПа), σш<[σш] (158,87 МПа <202,5 МПа). -
Расчет шестеренного валка на прочность: результирующее напряжение σрез, включающее в себя максимальное напряжение изгиба σ и напряжения кручения τ. Полученное значение σрез = 31,1 МПа не превышает допустимое [σ] (31,1 МПа <150 МПа). -
Расчет шестеренной клети на опрокидывание: напряжения в фундаментном болте σр = 24,65 МПа, рассчитанным при максимальном опрокидывающем моменте, также не превышают допустимые пределы. σр<[σр] (24,65 МПа <80 МПа)
Шестеренная клеть лабораторного прокатного стана полностью выдерживает все нагрузки при работе в нормальном режиме.80>150>900>