Курсовая работа: Проектирование планетарного редуктора Д-27
Особенности расчета сил в многосателлитном дифференциальном механизме обусловлены особым характером распределения нагрузки по нескольким зацеплениям центрального колеса с сателлитами, как правило, неравномерным.
С учетом неравномерности распределения нагрузки максимальное окружное усилие в зацеплении центрального колеса с одним из сателлитов определяется как:
где: крутящий момент, приложенный к центральному i-тому колесу;
диаметр начальной окружности центрального колеса;
коэффициент неравномерности распределения нагрузки по сателлитам;
число сателлитов.
Определим окружные усилия в зубчатых колесах :
3.2 Определение моментов на валах крутящий момент действующий на вал заднего винта
-крутящий момент действующий на вал переднего винта;
Определим распределение мощностей между винтами:
т.е. на передний винт передается мощности:
на задний соответственно
4. Проектирование валов и осей
Вал – деталь, предназначенная для передачи вращающего момента вдоль своей оси и для поддержания вращающихся деталей машин. Он также подвержен действию поперечных сил и изгибающих моментов.
Ведущий вал-рессора передает крутящий момент от ротора двигателя к редуктору. Вал полый, изготовлен из стали 30ХГСА, термообработан (закалка).
Диаметр вала определяется по условию расчета на кручение:
где: крутящий момент на шестерне z1;
полярный момент сопротивления сечения вала;
где: наружный диаметр вала;
Примем ;
допускаемое напряжение кручения. Для стали 30ХГСА .
отсюда
принимается
Внутренний диаметр вала-рессоры:
принимается
Валы винтов служат для передачи крутящего момента на винты. Валы – пустотелые (примем для вала переднего и для заднего вала), передний вал изготовлен из стали 38ХГСА, вал заднего винта – из стали 12Х2Н4А.
Для термообработанной (закалка с охлаждением в масле) стали 38ХГСА:
.
Для термообработанной (закалка ТВЧ) стали 12Х2Н4A
.
Диаметр вала винта определяем по условию расчета на кручение:
где: крутящий момент на валу винта;
Принимаем для того что бы через него свободно мог пройти передний вал.
4.2 Проверочный расчет заднего вала винтовентилятора
Составим расчетную схему. Валы представим как балки на двух опорах: шарнирно-неподвижной и шарнирно-подвижной (роликовый подшипник):
Определим реакции в опорах:
Основными нагрузками, действующими на вал редуктора, являются:
1. Максимальный вращающий момент ;
2.Сила тяги винта F, растягивающая вал. Максимальное значение силы тяги при работе винта на старте определяют из выражения:
где: мощность двигателя, кВт;
КПД винта;
скорость полета самолета.
3. Вес винтовентилятора G , для учета сил инерции умножаем на коэффициент перегрузки силовой установки :
4. Центробежная сила неуравновешенных масс винта Fцб, которой обычно пренебрегают вследствие ее малости по сравнению с другими силами;
5. Гироскопический момент Мг, возникающий при эволюции самолета, когда изменяется направление оси вращения винта.
где: – момент инерции винта;
– угловая скорость вращения вала винта;
– средняя угловая скорость вращения самолета в пространстве;
где: m – масса винта;
r – радиус инерции, который определяем через наибольший радиус лопасти ;
где: коэффициент ε для дуралюминовых лопастей примем ,
где: nг – коэффициент перегрузки. Примем nг = 2;
V – скорость полета при эволюции. Примем V = 70 м/с.
Составим уравнения равновесия моментов относительно точек А и В для заднего вала:
относительно точки А:
относительно точки B:
Определим суммарные изгибающие моменты на заднем валу:
Проверяем статическую прочность вала в опасном сечении.
Расчет на статическую прочность валов производят в целях предупреждения остаточной пластичной деформации в том случае, если вал работает с большими перегрузками (кратковременными).
Эквивалентные напряжения определяем по3-й теории прочности:
где: напряжение изгиба в опасном сечении:
напряжение кручения в опасном сечении:
коэффициент запаса прочности. Примем ;
предел текучести для стали 30ХГСА для переднего вала;
предел текучести для стали 40ХН для заднего вала;
Допускаемое напряжение:
Расчет на выносливость проводят в форме проверки коэффициента запаса прочности по усталости. При совместном действии изгиба и кручения запас усталостной прочности определяют по формуле:
где: коэффициент запаса по нормальным напряжениям (отсутствие кручения);
коэффициент запаса по касательным напряжениям (отсутствие изгиба);
где: и пределы выносливости материала соответственно при изгибе и кручении с симметричным знакопеременным циклом. Для стали 40ХН:
коэффициенты, характеризующие чувствительность материала к асимметрии цикла напряжений: определяем из рекомендаций [4];
амплитудные напряжения;
средние значения напряжений;
суммарные коэффициенты, учитывающие влияние всех факторов на сопротивление усталости при изгибе и кручении:
где: коэффициент асимметрии цикла изменения нормальных напряжений. Для валов вращающихся не относительно векторов нагрузок ;
для валов работающих при нереверсивной нагрузке
где: коэффициенты абсолютных размеров поперечного сечения.
Для заднего ;
коэффициент влияния шероховатости поверхности, при шлифовании
коэффициент влияния упрочнения, вводимый для валов с поверхностным упрочнением ;
эффективные коэффициенты концентрации напряжений. Для вала на котором иметься шлицы , а
условие выполняется.
4.3 Проектирование оси сателлита
Ось – деталь, предназначенная для поддержания вращающихся деталей и не передающая полезного вращающего момента. Она подвержена действию изгибающих моментов.
Составляем расчетную схему оси сателлита:
1) максимальная окружная на водиле.
2) Определяем опорные: из схемы очевидно что опорные реакции будут равны половине с противоположным знаком
3) Определение изгибающего момента
4)Назначаем материал оси : сталь 20Х2Н4А закаленная с охлаждением в масле для которой []=320МПа-при симметричной знакопеременной нагрузке
Коэффициент относительной толщины принимаем равным
Предварительно определяем диаметр оси из расчета на изгиб:
Принимаем
5. Проектирование подшипников
5.1 Расчет роликоподшипника сателлита
На ось устанавливаем на 2 роликовых подшипника 42610 по ГОСТ 8328-75 с короткими цилиндрическими роликами.
Подшипник проверяем по условию:
Основные параметры подшипника:
Наружный диаметр: ;
Внутренний диаметр:
Ширина кольца:;
Статическая грузоподемность: .