Đồ án thiết kế hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh

PhÇn 1 TÝNH TO¸N HÖ DÉN §éNG Tr­êng § H B¸ch Khoa Hµ Néi Bé m«n C¬ së ThiÕt kÕ m¸y Lêi nãi ®Çu Chi tiÕt m¸y lµ m«n khoa häc nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ c¸c chi tiÕt m¸y cã c«ng dô.

Lời nói đầu

Chi tiết máy là môn khoa học nghiên cứu các phơng pháptính toán và thiết kế các chi tiết máy có công dụng chung.Môn học Chi tiết máy có nhiệm vụ trình bày những kiếnthức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý cũng nh phơng pháp tínhtoán các chi tiết máy có công dụng chung, nhằm bồi dỡng chosinh viên khả năng giải quyết những vấn đề tính toán vàthiết kế các chi tiết máy, làm cơ sở để vận dụng vào việcthiết kế máy Đối với các ngành cơ khí, chi tiết máy là môn kỹthuật cơ sở cuối cùng, là khâu nối giữa phần bồi dỡng nhữngchi thức về khoa học kỹ thuật cơ bản với phần bồi dỡng kiếnthức chuyên môn

Trong nội dung một đồ án môn học, đợc sự chỉ bảo hớngdẫn tận tình của thầy giáo Trịnh Chất, em đã hoàn thànhbản thiết kế Hệ dẫn động băng tải với hộp giảm tốc phân

đôi cấp nhanh Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế nên emkhông tránh khỏi sai sót.Em rất mong tiếp tục đợc sự chỉ bảo,góp ý của thầy cô và các bạn

Nhân đây, em cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đối vớithầy giáo Trịnh Chất và các thầy giáo trong bộ môn Cơ sởThiết kế máy đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Hà Nội tháng 12năm 2003

Sin

h viên

Nguyễn Mạnh Linh

Phần 1 Chọn động cơ và phân phối tỷ số

truyền

1 Chọn động cơ

a\.Xác định công suất cần thiết của động cơ

Theo công thức (2.8),(2.10) và (2.11) [TKHDD - I] ta có côngsuất cần thiết Pct :

Theo công thức (2.16) (TKHTDD- I) ta có số vòng quaycủa trục máy công tác là nlv :

Theo bảng phụ lục P1.3 Phụ lục với Pct = 10,97 kW Tachọn đợc kiểu động cơ là : K160 M4

Các thông số kĩ thuật của động cơ nh sau :

; ;

Kết luận: Động cơ K160 M4 có kích thớc phù hợp với yêucầu thiết kế

3/.Xác định công xuất, momen và số vòng quay trên các trục.

Tính công suất, mô men, số vòng quay trên các trục (I, II,III, IV) của hệ dẫn động.

kW ; nIII= nII /uII= 295,32/ 3,26 = 90,59 vg/ph

TI = 9,55 106 N.mm

TII = 9,55 106 N.mm

TIII = 9,55 106 N.mm Kết quả tính toán đợc ta ghi thành bảng sau

PhÇn 2 ThiÕt kÕ bé truyÒn

A.ThiÕt kÕ bé truyÒn ngoµi

Ta ®i thiÕt kÕ bé truyÒn xÝch víi c¸c th«ng sè kü thuËt nhsau:

: HÖ sè sè r¨ng

: HÖ sè sèvßng quay

Theo (5.4) [TKHDD - I] ta cã:

k=ko ka k®c kbt k® kc

ko=1 : Hệ số kể đến sự ảnh hởng của bộ truyền Đờngnối hai tâm đĩa xích so với đờng nằm ngang < 60o

ka=1 : Khoảng cách trục a=(3050)p

điều kiện bền mòn:

Nt<[N]

Ta có khoảng cách trục a= 40p = 40.44,45 = 1778 mmTheo công thức (5.12)[TKHDD - I] , ta có số mắt xích:

X=2a/p + 0,5(z1+z2) + (z2-z1)2p/(42a) = 2.1778/44,45 + 0,5(25 + 79) + (79 -25)2.44,45/(421778)

= 133,85 mắt

Lấy số mắt xích chẵn là X = 134

Theo công thức (5.13)[TKHDD - I] , ta tính lại khoảngcách trục a là:

F0 = 9,81.kF.q.a =9,81.2.7,5.1,776=261,34 NFv=qv2=7,5.1,682 =21,17 N

VËy cã: s =172,4.1000/(1,2.8398,8+261,34+21,17)=16,64.Theo b¶ng (5.10) [TKHDD - I] ta cã: [s]=9,3

VËy xÝch tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn

1.Chọn vật liệu.

Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241 

285 có:

b1 = 850 MPa ;ch 1 = 580 MPa Chọn HB1 = 250 (HB) Bánh lớn : Thép 45, tôi cải thiện đạt đọ rắn MB 192 240có:

b2 = 750 Mpa ;ch 2 = 450 MPa Chọn HB2 = 240 (HB)

2 Xác định ứng suất cho phép.

Chọn sơ bộ ZRZVKxH = 1 

SH : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc SH =1,1

: ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở;

= 2.HB + 70   H lim1 = 570 MPa;   H lim2 = 550 MPa;

KHL= với mH = 6

mH: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về tiếp xúc

NHO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc NHO = 30 H

HHB : độ rắn Brinen

NHE: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng

C: Số lần ăn khớp trong một vòng quay

Ti , ni, ti : Lần lợt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng sốgiờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

mF: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về uốn

NFO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFO = 4 vì vật liệu là thép 45,

NEE: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng

c : Số lần ăn khớp trong một vòng quay

Ti , ni, ti : Lần lợt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

Với: T1: Mômen xoắn trên trục bánh chủ động, N.mm ;

Ka : hệ số phụ thuộc vào loại răng ;

[H]=500 MPa Thay số ta định đợc khoảng cách trục :

Chọn aw1 = 130 mm

4 Xác định các thông số ăn khớp

 Môđun : m

m = (0,01  0,02).aw1 = (0,01  0,02).130 = 1,3  2,6 Chọn m = 2,5,

*Số răng

Số răng bánh nhỏ: Z1 = 2 aw1/ (m(u1 +1)) = 2.130/2,5(4,91+1) = 17

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Yêu cầu cần phải đảm bảo

H [H] , H = ZM ZH Z ;

Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vậtliệu;

- ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếpxúc;

V× v < 4 m/s tra b¶ng (6.13) [TKHDD - I]chän cÊp chÝnh x¸c 9, tra b¶ng(6.16) [TKHDD - I] chän go=73

Tra b¶ng (6.14) [TKHDD - I] víi b¸nh trô r¨ng nghiªng, vËntèc vßng nhá h¬n 5 m/s ta cã;KH = 1,16

= 1, víi da< 700mm  KxH = 1

[H] = 500.1.1.1 = 500 MPa , H [H]

Kiểm tra thừa bền:

Răng thoả mãn về độ bền tiếp xúc

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Yêu cầu F [F] ; F = 2.(T1/2)KFYYYF1/( bwdw1.m)

Tính các thông số :

Theo bảng (6.7) [TKHDD - I] ta có KF = 1,32 ;

Do bánh răng nghiêng nên tra bảng (6.14) [TKHDD - I] KF =1,37;

Với ZV1 = 19, ZV2 = 93 tra bảng (6.18 ) thì YF1= 4,08,YF2= 3,60;

ứng suất uốn :

F1 = 2.(71526/2).1,99 .0,66.0,89.4,08/ (39.44,2.2,5) =79,15 MPa;

F2 = F1 YF2 / YF1 = 79,15.3,60/ 4,08 = 69,84 MPa;

Tính ứng suất uốn cho phép :

Chọn sơ bộ YRYSKxH = 1 

SF : Hệ số an toàn khi tính về uốn SF =1,75

: ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở;

mF: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về uốn

NFO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFO = 4 vì vật liệu là thép 45,

NEE: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng

C: Số lần ăn khớp trong một vòng quay

Ti , ni, ti : Lần lợt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng sốgiờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

Ta có : NFE2 > NFO2 => KHL2 = 1

[F1] = 504.1.1 / 1,75 = 288 MPa,

[F2] = 432.1.1 / 1,75 = 246,85 MPa,

Ta thấy độ bền uốn đợc thoả mãn vì F1 < [F1] ,F2 < [F2];

7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

ứng suất quá tải cho phép : [H]max = 2,8 ch2 = 2,8 450 =

vì F1max < [F1]max ,F2max < [F2]max nên răng thoả mãn

Kết luận: với vật liệu trên thì bộ truyền cấp nhanh thoả

mãn các yêu cầu kĩ thuật

Thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh :

- Đờng kính chia : d1 = m Z1 = 2,5.17 = 42,5mm

d2 = m.Z2 =2,5 83 =207,5 mm;

- Đờng kính đỉnh răng : da1 = d1 + 2.( 1+x1-y )m = 47,5mm;

da2 = d2 + 2 ( 1+x2-y )m =212,5 mm,

- Đờng kính đáy răng : df1 = d1 - ( 2,5 - 2.x1 ) m = 36,25mm,

df2 = d2 - ( 2,5 - 2.x2 ) m =206,25 mm,

- Đờng kính cơ sở : db1 = d1 cos  =42,5 cos 20 = 39,94mm;

db2 = d2 cos  = 212,5 cos 20 =199,68 mm

b2 = 750 Mpa ;ch 2 = 450 MPa Chọn HB2 = 280 (HB)

2 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép.

Chọn sơ bộ ZRZVKxH = 1 

SH : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc SH =1,1.

: ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở;

= 2.HB + 70   H lim1 = 640 MPa;   H lim2 = 630 MPa;

KHL= với mH = 6

mH: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về tiếp xúc

NHO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc NHO = 30 H

Thay số ta đợc : aw2= 49,5.(3,26+1) =175,14 mm

Chọn khoảng cách trục: aw2 = 175 mm

4 Xác định các thông số ăn khớp

 Môđun : m = (0,01  0,02) aw2 = (0,01  0,02).175 =1,75  3,50

Chọn môđun pháp m = 2,5

* Tính số răng của bánh răng:

Z1 = 2 aw2 / (m(u2+1)) = 2.175/ 2,5(3,26+1) = 32,86(răng)

Chọn Z1 = 32 răng, lúc đó có:

Z2 = u2 Z1 = 3,26.32 = 104,42 Lấy Z2 = 104 (răng)

Do đó tỉ số truyền thực là: um2 = 104/32 =3,25

Theo (6.27)[TKHDD - I] ta có góc ăn khớp:

costw = (Z1+Z2)m.cos/(2aw)=(32+104).2,5.cos(200)/(2.175)=0,9128

Do vậy tw = 24,10

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Yêu cầu cần phải đảm bảo H [H] ,

Thay số : H = 274.1,638.0,866 =511,37 MPa

Tính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép : [H] = [H].ZRZVKxH

Với v =0,597 m/s  ZV = 1 (vì v < 5m/s ) , Cấp chính xác

động học là 9, chọn mức chính xác tiếp xúc là 9 Khi đócần gia công đạt độ nhám là Ra = 10 40 m Do đó ZR =0,95, với da< 700mm  KxH = 1

[H] = 572,72.1.0,95.1 = 544,08 MPa

Mặt khác

Do H [H] nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Yêu cầu F [F] ; F = 2.T2.KFYYYF1/( bwdw3.m)

F2 = F1 YF2 / YF1 = 106,78.3,60/ 3,75 = 102,52 MPa;

Tính ứng suất uốn cho phép :

;

Chọn sơ bộ YRYSKxH = 1 

SF : Hệ số an toàn khi tính về uốn SF =1,75

: ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở;

mF: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về uốn

NFO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

ứng suất quá tải cho phép : [H]max = 2,8 ch2 = 2,8 450 =

vì F1max < [F1]max ,F2max < [F2]max nên răng thoả mãn

Kết luận: với vật liệu trên thì bộ truyền cấp chậm thoả

mãn các yêu cầu kĩ thuật

Thông số cơ bản của bộ truyền cấp chậm :

- Đờng kính chia : d3 = m Z3/ cos=2,5.32/1= 80 mm,

d4 = m.Z4/ cos  =2,5 104 /1 =260mm;

- Đờng kính đỉnh răng : da3 = d3 + 2.m = 80 + 2 2,5 =85mm,

da4 = d4 + 2.m =260 + 2.2,5=265 mm,

- Đờng kính đáy răng :

df3 = d3 - 2,5.m = 80 - 2,5 2,5 = 73,75 mm, df4 = d4 - 2,5.m = 260- 2,5 2,5 = 253,75 mm,

- §êng kÝnh c¬ së : db3 = d3 cos  = 80.cos 200 = 75,18mm,

db4 = d4 cos  = 260.cos 20 =244,32 mm

- Gãc pr«fin r¨ng b»ng gãc ¨n khíp :

t = tw = arctg(tg/cos) = arctg(tg200/1)=200

8.KiÓm tra ®iÒu kiÖn b«i tr¬n cña hép gi¶m tèc:

§iÒu kiÖn b«i tr¬n:

-d2: §êng kÝnh chia cña b¸nh bÞ dÉn cña bé truyÒn cÊpnhanh

-d4: §êng kÝnh chia cña b¸nh bÞ dÉn cña bé truyÒn cÊp chËm d4 =260 mm; d2 =207,5 mm

 c = ; 1,1  c  1,3

VËy bé truyÒn tho¶ m·n ®iÒu kiÖn b«i tr¬n

PhÇn 3 TÝnh trôc vµ chän æ

I/tÝnh s¬ bé trôc hép gi¶m tèc

VËy ta cã c¸c th«ng sè trªn trôc nh sau

l22 = 0,5.(lm22 + b2) + k1 + k2 = 0,5.(60 + 25) + 10+8= 60

mm

l23 = l22 + 0,5(lm22+ b2)+k1=60 + 0,5(60 + 25) +10 =112mm

l24 = 2l23 -l22 = 2.112- 60 =164 mm

l21=2l23 =224 mm

l32=l23=112 mm;

l31=l21=224mm;

Tra bảng (16.10a) ta chọn D0 = 180 mm.

 Lực tác dụng khi ăn khớp trong các bộ truyền đợc chialàm ba thành phần:

Ft1=Ft2 =1612 NFa1=Fa2 =460 N Ph¬ng tr×nh theo ph¬ng x lµ:

 Fx = 0  Rx1 + Rx2 + FK – Ft1 - Ft2  Rx1 + Rx2 = Ft1+ Ft2 - FK = 2.1612- 200

myA= 0  Fr1.60 + Fr2.164 –Ry2.224 =0  Ry2 =

Đoạn 1: 0 z  63

M1y=-F K z = -200.z  M1y Nmm

Đoạn 2: 63 z  123

M2y= -FK z - Rx1.(z-63) =-200.z – 1356(z- 63)

Tơng tự, ta có phơng trình Momen đối với trục x nh sau:

Mx= Ry1 z + Fa1.21,25 - Fr1( z - 60 ) - Fa1.21,25 + Fr2( z - 164)

0 z  60

60 z  164

164  z 224

Thay số vào ta có giá trị mô men tại từng đoạn là:

Momen uốn tổng Mj và Momen tơng đơng Mtd tại cácthiết diện j trên chiều dài trục đợc tính theo công thức:

Trong đó:

Mxj và Myj là momen uốn trong mặt phẳng xoz và yoz tạitiết diện j

Vậy có đờng kính trục tại các thiết diện j là:

Tra bảng (10.5) [TKHDD - I] với thép chế tạo trục là C45 ta

có [ ] = 63 Vậy lần lợt ta có các đờng kính trục:

=21 mm

=22 mm

=23 mm

=26 mmXuất phát từ yêu cầu chuẩn hoá ta chọn các đờng kínhtrục nh sau:

d10= 20 mm; d11 = 25mm; d12 = 28 mm; d13 =28 mm; d14

=25 mm

*Kiểm nghiệm hệ số an toàn về mỏi của trục 1:

Nhận thấy có 2 tiết diện nguy hiểm là tiết diện qua 1-2

và qua 1-3

Tại tiết diện qua 1-2 ta có:

+Mô men uốn toàn phần:

Nmm+Mô men xoắn: T = 71256 (N.m)

Vậy mô men cản uốn và cản xoắn là:

Giới hạn mỏi uốn:  -1 = 256,2(MPa)

Giới hạn mỏi xoắn:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTMII], đối với rãnh then của trục có giới hạn bền  b  700 Mpa Ta

Vậy có hệ số an toàn xét riêng ứng suất uốn:

Mặt khác ở đây do a = m = 0,5 max= 0,5.11,26 = 5,63Mpa nên hệ số an toàn xét riêng ứng suất xoắn là:

Vậy theo (15.3) [CTM II] ta có hệ số an toàn tại B là:

Do S >[S] = (1,5 2,5) nên trục thoả mãn điều kiệnuốn, xoắn tại tiết diện 1-2

*Tại tiết diện qua 1-3 ta nhận thấy rằng:

+Mô men uốn toàn phần:

+Mô men xoắn: T = 71256 (N.mm)

 = 0,1.d3 = 0,1.283 = 2195,2 (mm3)

0 = 2. = 2.2195,2 = 4390,4 (mm3)

Trục làm bằng thép C45 nên ta có:

Giới hạn mỏi uốn:  -1 = 256,2(MPa)

Giới hạn mỏi xoắn:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTMII], đối với rãnh then của trục có giới hạn bền  b  700 Mpa Ta

Vậy có hệ số an toàn xét riêng ứng suất uốn:

MÆt kh¸c ë ®©y do a = m = 0,5 max= 0,5.26,64 = 13,32Mpa nªn hÖ sè an toµn xÐt riªng øng suÊt xo¾n lµ:

VËy theo (15.3) [CTM II] ta cã hÖ sè an toµn t¹i B lµ:

Do S >[S] = (1,5 2,5) nªn trôc tho¶ m·n ®iÒu kiÖnuèn, xo¾n t¹i tiÕt diÖn 1-3

Trôc II

C¸c gi¸ trÞ biÕt tríc:

Fr2=Fr1 = 634 N

Ft1=Ft2 =1612 N

Fr3= 2893 N

Ft3=7948 NPh¬ng tr×nh theo ph¬ng x lµ:

 Fx = 0  Rx1 + Rx2 - Ft3 – Ft1 - Ft2

 Rx1 + Rx2 = Ft1+ Ft2 + Ft3 = 2.1612 +7948 =11172(N)

 Ry1 = 1625 – 812,5 = 812,5 N

VËy theo c«ng thøc v¹n n¨ng ta cã ph¬ng tr×nh Momen:

§èi víi trôc x:

Mx=Ry1.z – Fr1.(z-60) + 47725 - Fr3 ( z - 112)+ 47725 + Fr2( z

- 164)

0 z  60

60 z  112

 M2x=

§o¹n 3: 112  z  164

M3x= Ry1.z – Fr1.(z-60) + 47725 - Fr3 ( z - 112) = -1446,5.z + 333701

Thay sè vµo ta cã gi¸ trÞ m« men t¹i tõng ®o¹n lµ:

§o¹n 1: 0 z  60

M1y=Rx1.z  M1y=

§o¹n 2: 60 z  112

M2y = Rx1.z - Ft1.(z-60) =3974.z 96720

 M2y=

§o¹n 3: 112  z  164

M3y= Rx1.z -Ft1.(z-60) - Ft3 ( z - 112) = -3974.z + 986896

Momen uốn tổng Mj và Momen tơng đơng Mtd tại cácthiết diện j trên chiều dài trục đợc tính theo công thức:

Trong đó:

Mxj và Myj là momen uốn trong mặt phẳng xoz và yoz tạitiết diện j.

Vậy có đờng kính trục tại các thiết diện j là:

Tra bảng (10.5) [TKHDD - I] với thép chế tạo trục là C45 ta

có [ ] = 63 Vậy lần lợt ta có các đờng kính trục:

=0 mm

=36 mm

=50 mm

=41 mmXuất phát từ yêu cầu chuẩn hoá ta chọn các đờng kínhtrục nh sau:

d20= 40 mm; d21 = 45mm; d22 = 50 mm; d23 =45 mm; d24

=40 mm

*Kiểm nghiệm hệ số an toàn về mỏi của trục 2:

Nhận thấy có 2 tiết diện nguy hiểm là tiết diện qua 2-2

và qua 2-3

Tại tiết diện qua 2-2 ta có:

+Mô men uốn toàn phần:

Nmm+Mô men xoắn: T = 2.327256 = 654512 (N.mm)

Vậy mô men cản uốn và cản xoắn là:

Giới hạn mỏi uốn:  -1 = 256,2(MPa)

Giới hạn mỏi xoắn:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTMII], đối với rãnh then của trục có giới hạn bền  b  700 Mpa Ta

Coi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng, bỏqua ứng suất kéo hoặc nén gây ra, ta có a = u = 22,01MPa; m = 0

Vậy có hệ số an toàn xét riêng ứng suất uốn:

Mặt khác ở đây do a = m = 0,5 max= 0,5.22,01 =11Mpa nên hệ số an toàn xét riêng ứng suất xoắn là:

Vậy theo (15.3) [CTM II] ta có hệ số an toàn tại B là:

Do S >[S] = (1,5 2,5) nên trục thoả mãn điều kiệnuốn, xoắn tại tiết diện 2-2

*Tại tiết diện qua 2-3 ta nhận thấy rằng:

+Mô men uốn toàn phần:

+Mô men xoắn: T = 327256 (N.mm)

 = 0,1.d3 = 0,1.453 = 9112,5 (mm3)

0 = 2. = 2.2195,2 = 18225 (mm3)