Trang 1 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢITRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP.
CHỌN ĐỘNG CƠ PHÂN PHỒI TỶ SỐ TRUYỀN
Xác định công suất trên trục động cơ
- Công suất trên trục công tác: kW
- Công suất trên trục động cơ điện: (1)
- Từ bảng tra 2.3 trang 19 tài liệu [1] ta có:
+Hiệu suất bộ truyền bánh răng côn:
+ Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ:
+ Hiệu suất bộ truyền xích:
Hiệu suất chung của bộ truyền là:
=.1.0,96.0,98.0,95 = 0.86Thay vào (1) ta được: kW
Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ điện
+ : số vòng quay sơ bộ của động cơ + : số vòng quay của trục công tác
= 49 (vòng/phút) + : tỷ số truyền chung của hệ thống dẫn động
Trong đó: (theo bảng 2.4 TL[1])
- Tỉ số truyền bộ truyền xích = 2 (2 ÷ 5)
- Tỉ số truyền bộ hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng nón trụ = 12 (8 ÷ 40)
Chọn động cơ điện thỏa
Theo bảng P1.3 phụ lục trang 236 tài liệu [1] ta chọn động cơ: 4A112M4Y3
Vận tốc quay (vòng/phút) cosφ % T max
PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động:
Tra bảng 2.4 TL[1] theo tiêu chuẩn chọn trước ux = 2
Suy ra tỷ số truyền:
Với u1 là tỷ số truyền của cặp bánh răng côn (cấp nhanh) u2 là tỷ số truyền của cặp bánh răng trụ (cấp chậm)
Ta tính được giá trị
Từ đồ thị h3.21 TL[1] ta chọn được: u1 = 4,1 u2 = 3,5
Xác định công suất, moment và số vòng quay trên các trục :
Công suất trên các trục:
Công suất trên trục công tác:
Công suất trên trục III: P3 Công suất trên trục II: P2 Công suất trên trục I: P1 Công suất trục trên động cơ: Pđc Số vòng quay trên các trục:
Số vòng quay của trục động cơ: nđc = 1425 (vg/ph)
Số vòng quay của trục I: (vg/ph)
Số vòng quay của trục II: 347,56 (vg/ph)
Số vòng quay của trục III: (vg/ph)
Số vòng quay của trục công tác: (vg/ph)
Mômen xoắn trên các trục:
Mômen xoắn trên trục động cơ:
Mômen xoắn trên trục II:
Mômen xoắn trên trục III:
Mômen xoắn trên trục công tác:
Thông số Động cơ Trục 1 Trục 2 Trục 3 Trục công tác Công suất P
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC
Chọn vật liệu bánh răng
Do không có yêu cầu gì đặc biệt nên theo 6.1 TL [1]
Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 241…285
Bánh lớn: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB2…240
Xác định ứng suất cho phép
Theo bảng 6.2 TL [1] với thép tôi cải thiện đạt độ rắn HB0…350 ta có:
Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1 = 245
Chọn độ rắn bánh lớn HB2 = 230
Khi đó: lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở
NHO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn
Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương
Với c=1 là số lần ăn khớp của răng trên mỗi vòng quay
Thời gian làm việc: 5 năm, 1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 tiếng, 1 ngày làm 2 ca ti =5.300.16$000 giờ
Vì NHE1 > NHO1 do đó KHL1 = 1 và NHE2 > NHO2 do đó KHL2 = 1
Như vậy theo công thức 6.1a TL [1], sơ bộ xác định được:
[ [ Với cấp nhanh sử dụng bánh răng côn răng thẳng nên:
Tính ứng suất uốn cho phép
Ta có NFE số chu kì thay đổi ứng suất tương đương
`.1.(1 6 0,7+0,8 6 0,3).1425.24000=1,6.10 9 Theo bảng 6.4 TL [1] ta có mF = 6.
Vì NFE1 > NFO1 do đó KFL1 = 1 và NFE2 > NFO2 do đó KFL2 = 1.
Với bộ truyền quay một chiều nên KFC = 1.
Ứng suất quá tải cho phép theo 6.13 và 6.14 TL [1]:
Tính toán cấp nhanh: Bộ truyền bánh răng côn răng thẳng
+ làhệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng Với truyền động bánh răng côn răng thẳng có:
+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng
+ là hệ số chiều rộng vành răng = 0,3 (đã chọn ở trên)
Trục bánh răng côn lắp trên ổ bi, sơ đồ HB < 350 ta tra được
Suy ra b Xác định các thông số ăn khớp:
Tra bảng 6.22 TL [1] ta được: Z1p = 16
Với HB < 350 ta có số răng côn nhỏ Z1 = 1,6 Z1p =1,6.16 = 25,6
Đường kính trung bình: CT 6.54 TL [1]
Môđun vòng trung bình: CT 6.55 TL [1]
Môđun vòng chia ngoài: CT 6.56 TL [1]
Theo bảng 6.8 TL [1] chọn trị số theo tiêu chuẩn:
Xác định lại môđun trung bình:
Theo bảng 6.2 TL [1], ta chọn hệ số dịch chỉnh: x1 = 0; x2 = 0
Đường kính trung bình bánh nhỏ:
Chiều dài côn ngoài: c Kiểu nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:
Theo bảng 6.5 TL [1]: ZM = 274 Mpa 1/3 hệ số xét đến cơ tính vật liệu bánh răng
Theo bảng 6.12 TL [1], với xt = x1 +x2 = 0
Suy ra: ZH = 1,76 hệ số kể đến hình dạn tiếp xúc
Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:
Hệ số trùng khớp ngang: theo CT 6.6 TL [1]:
Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:
+ hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng vành răng.
+ (bánh răng côn răng thẳng) – hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp.
Vận tốc vòng (theo CT 6.62 TL [1]):
Theo bảng 6.13 TL[1] chọn cấp chính xác là 8
Trong đó theo bảng (6.15) và (6.16) TL[1] có: và
Trong đó b = Kbe.Re = 0,3.137,64= 41,3 mm
Ứng suất tiếp xúc cho phép:
+ v = 3,75 m/s < 5 m/s => Zv = 1hệ số ảnh hưởng của vận tốc vòng; chọn cấp chính xác tiếp xúc 7,
Vậy : đảm bảo độ bền tiếp xúc. d Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
Hệ số tải trọng khi tính về uốn:
Tra bảng 6.21 TL [1]: bánh răng thẳng
Trong đó theo bảng (6.15) và (6.16) TL[1] có: ;
là hệ số kể đến độ nghiêng của răng, với răng thẳng
hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
Hệ số dạng răng: Tra bảng 6.18 TL [1]:
YF1 = 3,86, YF2 = 3,6 Suy ra: 33,27 Mpa < [ MPa
Như vậy độ bền uốn được đảm bảo. e Kiểm nghiệm răng về quá tải:
Đảm bảo điều kiện quá tải f. f Bảng tóm tắt các thông số bánh răng côn:
Chiều dài côn ngoài Re = 137,64 mm
Môđun vòng ngoài mte = 2,5 mm
Chiều dài vành răng b = 41,3 mm
Hệ số dịch chỉnh chiều cao x1 = 0; x2 = 0 Đường kính chia ngoài de1 = 59,71 mm, de2 = 267,5 Đường kính trung bình dm1 = 50,75 mm, dm2 = 227,37 mm Góc chia côn
Chiều cao răng ngoài he = 5,5mm
Chiều cao đầu răng ngoài hae1 = 2,5 mm; hae2 = 2,5 mmChiều cao chân răng ngoài hfe1 = 3 mm; hfe2 = 3 mm Đường kính đỉnh răng ngoài dae1 = 64,4 mm; dae2 = 272,2 mm
Tính toán cấp chậm: Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
a Tính sơ bộ khoảng cách trục:
+ Bảng 6.5, Ka = 49,5 Mpa 1/3 hệ số phụ thuộc vật liệu cặp bánh răng
Xác định các thông số ăn khớp:
Theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, chọn môđun tiêu chuẩn của bánh răng cấp chậm bằng môđun ở cấp nhanh m = 3 mm.
+ Số bánh răng dẫn: z1 Chọn z1 = 26 răng
Tỉ số truyền thực: um b Góc ăn khớp
Suy ra c Khoảng cách trục thực tế: d Các thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng trụ thẳng:
Chiều rộng báng răng: bw = aw = 0,315.176 = 55,44 mm
Đường kính vòng chia: d1 = m.z1 = 3.26 = 78 mm d2 = m.z2 = 3.91 = 273 mm
Đường kính vòng lăn: dw1 = 2aw/(um + 1) = 2.176/(3,5+1) = 78.22 mm dw2 = dw1.u = 78,22.3,5 = 273,77 mm
Đường kính đỉnh răng: da1 = d1 + 2m = 78+2.3 = 84 mm da2 = d2+ 2m = 273+2.3 = 279mm
Đường kính vòng chân răng: df1 = d1 – 2,5m = 78 – 2,5.3 = 70,5 mm df2 = d2 – 2,5m = 273 – 2,5.3 = 265,5 mm
+ Lực hướng tâm: FrT1 = FtT1.tg = 1189,86 N = FrT2
Với = góc ăn khớp. e Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:
+ Bảng 6.5 TL [1]: ZM = 274 MPa 1/3 – Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp.
+ Bảng 6.12 TL [1]: ZH = 1,76 – Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
+ Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:
Với hệ số trùng khớp ngang:
+ Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:
Trong đó: KH = 1 bánh răng thẳng
KH = 1,05Vận tốc vòng bánh răng: (m/s)
Theo bảng 6.13 TL [1] chọn cấp chính xác là 9.
Do đó theo bảng 6.15 và 6.16 TL [1], ta được: và g0 = 73
+ Với cấp chính xác về mức tiếp xúc là 9, khi đó gia công đạt độ nhám Rz = 10 40μm, do đó ZR = 1
Vậy : đảm bảo độ bền tiếp xúc. f Kiểm nghiệm theo độ uốn:
- Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
Zv1 Zv2 Vì sử dụng răng không dịch chỉnh nên hệ số dịch chỉnh x=0.
+ Bảng 6.7 TL [1], sơ đồ 5: KF = 1,045
Theo CT 6.47 TL [1], ta có:
Thay vào CT 6.46 TL [1], ta có:
+ YR =1 hệ số ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng
+ YS = 1,08 - 0,0695ln(m) = 1 – hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất.
+ KxF = 0,95 ( da < 700 mm ) – hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn.
Đảm bảo điều kiện uốn. g Kiểm nghiệm răng về quá tải
Kqt = 1 h Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
Khoảng cách trục aw = 176 mm
Chiều rộng vành răng bw = 55,44mm
Hệ số dịch chỉnh x1 = 0; x2 = 0 Đường kính vòng chia d1 = 78 mm; d2 = 273 mm Đường kính đỉnh răng da1 = 84 mm; da2 = 279 mm Đường kính đáy răng df1 = 70,5 mm; df2 = 265,5 mm Đường kính vòng lăn dw1 = 78,22 mm; dw2 = 273,77 mm
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH
Chọn loại xích
Do điều kiện làm việc chịu tải va đập nhẹ và theo đề yêu cầu nên xích ống con lăn.
Xác định các thông số của xích và bộ truyền
Ứng với tỷ số truyền ux= 2 chọn sơ bộ số răng đĩa xích nhỏ Z1& Do đó số răng đĩa lớn
- Theo CT 5.3 TL [1], công suất tính toán:
Trong đó: với Z1 = 26, kz Với n01 = 50 vg/ph
Theo CT 5.4 và bảng 5.6 TL[1]: k = k 0 k a k đc k đ k c k bt
Trong đó: k0 = 1 - hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền,ứng với đường tâm các đĩa xích làm với phương ngang 1 góc < 40 0 ka = 1 - hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích_với a = (30 50)p. kđc = 1 - hệ ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích ( trục điều chỉnh = 1 trong các đĩa xích). kđ = 1,3 - hệ số tải trọng động ứng với tải va đập nhẹ. kc = 1,25 - hệ số kể đến chế dộ làm việc của bộ truyền (làm việc 2 ca). kbt = 0,8 hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn (môi trường không có bụi, chất lượng bôi trơn I_bảng 5.7[1]).
Theo bảng 5.5 TL[1], với n01P vg/ph, chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích p = 25,4 mm thỏa mãn điều kiện bền mòn
Pt < [p] = 3,2 kW Đồng thời theo bảng 5.8 TL [1], p < pmax
Tính toán các thông số của bộ truyền xích
Chọn khoảng cách trục sơ bộ a = (30÷50)p = 40.25,4 = 1016 mm
Số mắt xích: theo CT 5.12 TL [1]:
Lấy mắt xích chẵn ta chọn: X = 120 mắt xích.
Ta tính lại khoảng cách trục theo CT 5.13 TL [1]
Do đó khoảng cách trục a = 1020 mm
Kiểm nghiệm số lần va đập của xích trong 1 giây
Với [i] = 30 số lần va đập cho phép của xích trong một giây, bảng 5.9 TL[1].
Kiểm nghiệm xích về độ bền
Theo bảng 5.2 TL[1], tải trọng phá hỏng Q = 56700 N; khối lượng 1 mét xích q=2,6 kg.
kđ = 1,7 – tải trọng mở máy bằng 2 lần tải trọng danh nghĩa.
Lực căng do lực ly tâm sinh ra:
Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra:
Fo = 9,81.kf.q.a = 9,81.6.2,6.1020 = 156096,72 N Với kf – hệ số phụ thuộc vào độ võng của xích, khi xích nằm ngang kf =6
Theo bảng 5.10 TL [1] với nP vg/ph nên [s] = 7
Vậy s < [s] bộ truyền xích đảm bảo đủ bền.
Đường kính đĩa xích
Theo CT (5.17) TL[1] và bảng 13.4:
Với: 0,5025.15,88+0,05 = 8,03 mm (xem bảng 5.2 TL [1])
Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc đĩa xích
Trong đó: Z1 = 26 => kr = 0,41 - hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích.
A = 180 mm 2 - bảng 5.12 TL [1] - diện tích chiếu của bản lề. kd = 1 (xích 1 dãy)- hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các dãy. kđ = 1,3 bảng 5.6 TL[1] - hệ số tải trọng động.
Lực va đập trên tải 1 xích (m=1)
Như vậy dùng thép 20X thấm cacbon đạt độ rắn HRC60 sẽ đạt được ứng suất tiếp xúc cho phép [ MPa => , đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa 1.
Tương tự Z2 = 52 => kr = 0,24 => MPa < [, đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa 2.
3.1 Xác định lực tác dụng lên trục:
Trong đó : kx – hệ số kể đến trọng lượng của xích, kx=1,15 đối với bộ truyền nằm ngang hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 40 0
Xác định lực tác dụng lên trục
Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 thường hóa có b = 600 MPa, độ rắn HB = (170 217), ứng suất xoắn cho phép [] = 15 30 MPa, lấy trị số nhỏ đối với trục vào, trị số lớn đối với trục ra của hộp giảm tốc.
4.2 Xác định dường kính trục:
Theo CT 10.9, đường kính trục thứ k:
- Trục I: T1 = 32704,56 N.mm mm chọn d1 = 20 mm
- Trục II: T2 = 127494,53 N.mm mm chọn d2 = 30 mm
- Trục III: T3 = 432779,46 N.mm mm chọn d3 = 45 mm
4.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:
Theo bảng 10.2 TL[1] ta xác định chiều rộng ổ lăn: d1 = 20 mm => b01 = 15 mm d2 = 30 mm => b02 = 19 mm d3 = 45 mm => b03 = 25 mm
Theo bảng 10.3 TL [1] ta có các thông số sau:
- Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay: k1 = 10
- Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp: k2 = 6
- Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp hộp: k3 = 15
- Chiều cao nắp ổ và đầu bulông: hn = 18
Chiều dài mayơ bánh răng côn nhỏ:
Im13 = (1,2 1,4)d1 = (24 28) mmChọn Im13 = 26 mm
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC
Chọn vật liệu
Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 thường hóa có b = 600 MPa, độ rắn HB = (170 217), ứng suất xoắn cho phép [] = 15 30 MPa, lấy trị số nhỏ đối với trục vào, trị số lớn đối với trục ra của hộp giảm tốc.
Xác định dường kính trục
Theo CT 10.9, đường kính trục thứ k:
- Trục I: T1 = 32704,56 N.mm mm chọn d1 = 20 mm
- Trục II: T2 = 127494,53 N.mm mm chọn d2 = 30 mm
- Trục III: T3 = 432779,46 N.mm mm chọn d3 = 45 mm
Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
Theo bảng 10.2 TL[1] ta xác định chiều rộng ổ lăn: d1 = 20 mm => b01 = 15 mm d2 = 30 mm => b02 = 19 mm d3 = 45 mm => b03 = 25 mm
Theo bảng 10.3 TL [1] ta có các thông số sau:
- Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay: k1 = 10
- Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp: k2 = 6
- Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp hộp: k3 = 15
- Chiều cao nắp ổ và đầu bulông: hn = 18
Chiều dài mayơ bánh răng côn nhỏ:
Im13 = (1,2 1,4)d1 = (24 28) mmChọn Im13 = 26 mm
Chiều dài mayơ bánh răng côn lớn:
Im23 = (1,2 1,4)d2 = (36 42) mm Chọn Im23 = 40 mm
Chiều dài mayơ bánh răng trụ răng thẳng nhỏ:
Im22 = (1,2 1,5)d2 = (36 45) mm Chọn Im22 = 44 mm
Chiều dài mayơ bánh răng trụ răng thẳng lớn:
Im32 = (1,2 1,5)d3 = (54 67,5) mm Chọn Im32 = 60 mm
Chiều dài mayơ khớp nối:
Imkn = Im12 = (1,4 2,5)d1 = (28 50) mm Chọn Imkn = 50 mm
Chiều dài mayơ đĩa xích:
Imx = Im33 = (1,2 1,5)d3 = (54 67,5) mm Chọn Imx = 60 mm
Khoảng cách giữa hai ổ lăn trên trục thứ II:
Với: Ic33 = 0,5(Im33 + b03) + k3 + hn = 0,5(60 + 25) + 15 + 18 = 75.5 mm
Trị số các lực chi tiết quay tác dụng lên trục
a Xác định các lực tác dụng:
Lực tác dụng lên trục bánh răng côn răng thẳng:
N N Trong đó: dm1 là đường kính trung bình của bánh nhỏ : là góc ăn khớp là gốc côn chia bánh nhỏ
Lực tác dụng lên trục bánh răng thẳng:
N Trong đó: dw1 là đường kính vòng lăn của báng răng trụ 1 là góc ăn khớp
Lực từ khớp nối tác dụng lên trục:
Với: N – lực vòng trên khớp nối
Trong đó: Dt là đường kính vòng tròn qua tâm các chốt (nối trục vòng đàn hồi).
Tra bảng 16.10 [TL2] : Dt = 90,38 mm.
Lực tác dụng từ bộ truyền xích:
Frx = 7015 N b Xác định các phản lực và đường kính tại các đoạn trục:
Momen do lực dọc trục Fa1 gây ra:
Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momen:
Momen do lực dọc trục Fa2 gây ra:
Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momen: l22 l23 l21
Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momen:
Xác định đường kính tại các tiết diện trục:
Trong đó: [ ] – trị số ứng suất cho phép , theo bảng 10.5 TL[1]:
+ Trục I: [ ] = 63 MPa + Trục II: [ ] = 63 MPa + Trục III: [ ] = 53,25
Tính momen uốn tổng M j và momen tương đương M tdj tại các tiết diện j:
Momen uốn tổng: CT 10.15 TL [1]
Momen tương đương: CT 10.16 TL [1]
(N.mm) Đường kính tiết diện (mm) Đường kính tiêu chuẩn
Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi
Giới hạn mỏi uốn: -1 = 0,436 b = 0,436.600 = 261,6 N/mm 2
Giới hạn mỏi xoắn -1 = 0,58 -1 = 0,58.261,6 = 151,7 N/mm 2
Theo bảng 10.7 = 0,05; = 0 a Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các mặt cắt nguy hiểm đều thỏa mãn điều kiện sau:
[s]: Hệ số an toàn cho phép, thông thường [s] = 1,5…2,5
: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp, hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j.
Tất cả các trục đều quay làm việc theo 1 chiều nên ứng suất pháp (uốn) thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó:
mj = 0; aj = max = Mj/Wj theo CT 10.22 TL [1]
Tất cả các trục đều quay 1 chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) thay đổi theo chu kỳ mạch động: Theo CT 10.23 TL [1] b Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục:
Ta tiến hành kiểm nghiệm trục tại các tiết diện nguy hiểm, đây là các tiết diện cần phải kiểm tra về độ bền mỏi:
- Trên trục I: các tiết diện 10 (lắp khớp nối); 11,12 (lắp ổ lăn); 13 (lắp bánh răng côn nhỏ);
- Trên trục II: các tiết diện 22 (lắp bánh răng thẳng); 21 (lắp bánh răng côn);
- Trên trục III: các tiết diện 32 (lắp bánh răng thẳng); 31 (lắp ổ lăn); c Chọn lắp ghép: các ổ lăn lắp lên trục theo k6, lắp bánh răng,đĩa xích, nối trục theo k6 kết hợp với lắp then.
Công thức tính momen cảm uốn Wj và momen xoắn Woj : bảng 10.6 TL[1]:
Kích thước của then (bảng 9.1 TL[1]), trị số của momen cản uốn và momen cản xoắn ( bảng 10.6) ứng với các tiết diện trục ta tính được như sau:
Tiết diện Đường kính trục bh t1 Wj (mm 3 ) Woj (mm 3 )
11647,62 23018,9 25655,09 d Xác định các hệ số Kdj dj và Kdj đối với các tiết diện nguy hiểm 3 trục theo CT (10.25) và (10.26) TL[1]:
- Các trục được gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra = 2,5… 0,63 μm, do đó theo bảng 10.8 [TL1], hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx 1,06.
- Không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó hệ số tăng bền Ky = 1
- Theo bảng 10.12 TL[1], khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then ứng với vật liệu có σb = 600 MPa là Kσ = 1,76, Kτ = 1,54.
- Theo bảng 10.10 TL[1] tra hệ số kích thước và ứng với đường kính của tiết diện nguy hiểm, từ đó xác định được tỉ số K/ và K/ tại rãnh then trên các tiết diện này Theo bảng 10.11 TL[1], ứng với kiểu lắp đã chọn, σb = 600 MPa và đường kính của tiết diện nguy hiển tra được tỉ số K/ và K/ do lắp căng tại các tiết diện này, trên cơ sở đó dùng giá trị lớn hơn trong hai giá trị của K/ để tính Kd và giá trị lớn hơn trong hai giá trị của
Tiết diện d (mm) Tỉ số do Tỉ số do
Rãnh then Lắp căng Rãnh then Lắp căng
Hệ số an toàn của 3 trục:
Như vậy các tiết diện nguy hiểm trên cả 3 trục đều đảm bảo an toàn về độ bền mỏi.
Tính kiểm nghiệm độ bền của then đối với các tiết diện của 3 trục
Điều kiện bền dập và điều kiện cắt: CT (9.1) và (9.2) TL[1] với [ = 150 MPa (bảng 9.5 TL [1]) với = 60 90 MPa - ứng suất cắt
Với lt = (0,8 ÷ 0,9)lm (lm – chiều dài mayơ)
+ Tại đĩa xích l = (0,80,9).60 = (4854) =>Chọn l = 50 mm
+ Tại bánh răng côn nhỏ: l = (0,80,9).26 = (23,4) =>Chọn l = 22 mm
+ Tại bánh răng côn lớn: l = (0,80,9).40 = (3236) =>Chọn l = 35 mm
+ Tại bánh răng trụ nhỏ: l = (0,8,9).44 = (35,239,6) =>Chọn l = 36 mm
+ Tại bánh răng trụ lớn: l = (0,80,9).60 = (4854) =>Chọn l = 50 mm
+ Tại khớp nối: l = (0,80,9).50 = (4045) =>Chọn l = 40 mm
Vị trí d (mm) lt bxh t1
Bánh răng trụ lớn 52 50 16x10 6 83,23 20,81 Đĩa xích 40 50 12x8 5 144,26 36,06
Ta thấy và nên tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt.
TÍNH TOÁN CHỌN Ổ LĂN
Trên trục 1
+ Lực hướng tâm tại gối A:
+ Lực hướn tâm tại gối B:
Vì trục lắp bánh răng côn nên cần nâng cao độ cứng với d = 20 mm, ta chọn ổ đũa côn cỡ trung. Theo bảng P2.11 TL [1] ta có các thông số:
Kí hiệu: 7304 d = 20 mm; C = 25 kN; C0 = 16,6 kN; 11,17 0
Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:
Lực dọc trục do lực hướng tâm tác dụng lên ổ sinh ra: Fs = 0,83.e.Fr
Theo bảng 11.4 TL [1], e = 1,5.tantan11,17 0 = 0,3
Lực dọc tác dụng lên ổ thứ i:
Vì tải trọng tĩnh nên kđ = 1, vòng trong quay nên V = 1, kt = 1 (t 0 < 100 0 )
Tra bảng 11.4 TL [1] ta được: X0 = 1; Y0 = 0
Tra bảng 11.4 TL [1] ta được: X1 = 0,4; Y1 = 0,4cotg = 0,4.cotg11,17 0 = 2,02
Ta thấy Q0 > Q1 nên chọn Q0 để tính toán cho 2 ổ, Q0 = 2216,73 N
Thời hạn, tính bằng triệu vòng quay:
Khả năng tải động tính toán:
CT 11.1 TL [1]: Cd= Q với m = 10/3 đối với ổ đũa.
= 2216,73 N = 21,85 kN < C0 = 25 kN Vậy ổ đảm bảo khả năng tải động.
Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh
Theo bảng 11.6 TL [1], với ổ đũa côn X0 = 0,5, Y0 = 0,22.cotg = 0,22.cotg11,17 0 = 1,11
Như vậy Qt = Fr0 = 2216,73 N = 2,22 kN < C0 = 16,6 kN
Trên trục 2
Sơ đồ bố trí tải trọng như sau:
Lực dọc trục: Fat = Fa2 = 458,21 N
Vì trục lắp bánh răng côn nên cần nâng cao độ cứng với d = 20 mm, ta chọn ổ đũa côn cỡ trung. Theo bảng P2.11 TL [1] ta có các thông số:
Kí hiệu: 7304 d = 20 mm; C = 25 kN; C0 = 16,6 kN; 11,17 0
Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:
Lực dọc trục do lực hướng tâm tác dụng lên ổ sinh ra: Fs = 0,83.e.Fr
Lực dọc trục tác dụng vào ổ thứ i:
Vì < Fs0 nên Fa0 = Fs0 = 827,58 N
Vì > Fs1 nên Fa1 = Fs1 = 369,34 N
Vì tải trọng tĩnh nên kđ = 1, vòng trong quay nên V = 1, kt = 1 (t 0 < 100 0 )
Tra bảng 11.4 TL [1]: ta có X0 = 1; Y0 = 0
Tra bảng 11.4 TL [1]: ta có X0 = 1; Y0 = 0
Ta thấy Q0 > Q1 nên chọn Q0 để tính toán cho 2 ổ, Q0 = 3323,63 N
Thời hạn, tính bằng triệu vòng quay:
Khả năng tải động tính toán:
CT 11.1 TL [1]: Cd = Q với m = 10/3 đối với ổ đũa.
= 3323,63 N = 21,44 kN < C % kN Vậy ổ đảm bảo khả năng tải động.
Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh
Theo bảng 11.6 TL [1], với ổ đũa côn X0 = 0,5, Y0 = 0,22.cotg = 0,22.cotg11,17 0 = 1,11
Như vậy Qt = Fr0 = 3323,63 N = 3,32 kN < C0 16,6 kN
Kí hiệu d, mm D, mm D1, mm d1, mm B, mm C1, mm T, mm r, mm r1, mm α, mm C, kN C0, kN
Trên trục 3
Sơ đồ bố trí tải trọng:
Vì Fr1 > Fr0 nên ta tính toán chọn ổ B.
Do không có lực dọc trục nên X = 1; Y = 0 (bảng 11.4 TL[1])
Vì tải trọng tĩnh nên kđ = 1, vòng trong quay nên V = 1, kt = 1 (t 0 < 100 0 )
Thời hạn, tính bằng triệu vòng quay:
Khả năng tải động tính toán: CT 11.1 TL [1]
Cd = QE với m = 3 đối với ổ bi.
Cd = 9625,73 N P,34 kN Theo bảng 2.7 ta chọn ổ bi đỡ 1 dãy cỡ nặng 410 với C = 68,5 kN, C0 = 53 kN
Kí hiệu ổ d,mm D,mm B,m m Đường kính bi, mm C,kN C0,kN
CHỌN KHỚP NỐI
Trong nối trục đàn hồi, hai nửa gối trục nối với nhau bằng bộ phận đàn hồi Nhờ có bộ phận đàn hồi cho nên nối trục đàn hồi có khả năng: giảm va đập và chấn động, đề phòng cộng hưởng do dao động xoắn gây ra và bù lại độ lệch trục Nối trục vòng đàn hồi có cấu tạo đơn giản dễ chế tạo, dễ thay thế Nó dùng để truyền momen xoắn nhỏ và trung bình Có thể làm việc với độ lệch tâm 0,2 ÷ 0,6 (mm)
Momen xoắn tính toán: Tt = k.T
+ T: momen xoắn trên trục vào của hộp giảm tốc.
T = T1 = 32704,56 N.mm = 32,7 N.m + k: hệ số chế độ làm việc, phụ thuộc vào loại máy công tác
Tra bảng 16.1 TL [2], máy công tác là xích tải, k = 2
Dựa vào Tt = 65,4 N.m tra bảng 16.10a, ta chọn kích thước của nối trục vòng đàn hồi: d = 20 mm D = 100 mm dm = 36 mm L = 104 mm l = 50 mm d1 = 36 mm
D0 = 71 mm Z = 6 nmax W00 v/ph B = 4 mm B1 = 28 mm l1= 21 mm
Hình vẽ của nối trục vòng đàn hồi: Hình 16.6 TL[2]:
Kích thước cơ bản của vòng đàn hồi: dc = 10 mm d1 = M8 D2 = 15 mm l = 42 mm l1 = 20 mm l2 = 10 mm l3 = 15 mm h = 1,5 mm Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi:
Trong đó: MPa_ứng suất dập cho phép của vòng cao su
=> Đảm bảo sức bền dập của vòng đàn hồi. Điều kiện sức bền của chốt:
[ MPa_ứng suất cho phép của chốt
=> Đảm bảo sức bền của chốt.
THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT CỦA HỘP GIẢM TỐC
Kết cấu vỏ hộp giảm tốc
- Vỏ hộp giảm tốc đúc có thể có nhiều dạng khác nhau, xong chúng đều có chung nhiệm vụ: bảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng dầu bôi trơn bảo vệ các chi tiết máy tránh bụi bặm.
- Thành phần bao gồm: thành hộp, nẹp hoặc gân, mặt bích, gối đỡ…
- Chi tiết cơ bản: độ cứng cao, khối lượng nhỏ.
- Vật liệu làm vỏ phổ biến nhất: gang xám GX15-32
- Phương pháp gia công: đúc
- Mặt đáy về phía lỗ tháo dầu với độ dốc 2% và ngay tại chỗ tháo dầu lõm xuống.
Chọn bề mặt lắp ghép
- Bề mặt ghép của vỏ hộp thường đi qua đường tâm các trục, nhờ đó việc lắp ghép các chi tiết sẽ thuận tiện hơn Sau khi lắp ghép trên các trục các chi tiết như bánh răng, ổ… sau đó từng trục sẽ được đặt vào vỏ hộp.
- Bề mặt ghép thường chọn song song với mặt đế Tuy nhiên có thể chọn bề mặt không song song với mặt đế nếu nhờ đó có thể giảm được trọng lượng và kích thước của hộp giảm tốc cũng như tạo điều kiện bôi trơn tốt cho các cặp bánh răng bằng phương pháp ngâm dầu.
Xác định các kích thước của vỏ hộp
- Hình dạng của nắp và thân chủ yếu được xác định bởi số lượng và kích thước của bánh răng, vị trí mặt ghép và sự phân bố của các trục trong hộp, đồng thời còn phụ thuộc vào chỉ tiêu kinh tế, độ bền, độ cứng.
- Nhìn chung, vỏ hộp do các mặt trụ và mặt phẳng tạo thành Mặt phẳng thuận tiện khi làm khuôn mẫu nhưng làm tăng khuôn khổ, kích thước và trọng lượng vỏ hộp.
Dựa vào hình 18.2 và bảng 18.1, ta xác định các kích thước như sau:
- Chiều dày thân hộp: mm mm > 6 mm
- Chiều dày nắp hộp: mm lấy mm
- Chiều dày e: mm => chọn e = 7 mm
- Chiều cao h: h < 58 mm, chọn h = 55 mm
- Bu lông nền, d1 d1 > 0,04a + 10 = 0,04.150,765 + 10 = 16,03 mm => chọn d1 = 18 mm
- Bu lông cạnh ổ, d2 d2 = (0,70,8)d1 = (0,70,8).18 = 12,614,4 mm => chọn d2 = 14 mm
- Bu lông ghép bích nắp và thân, d3 d3 = (0,80,9)d2 = (0,80,9).14 = 11,212,6 mm => chọn d3 = 12 mm
- Vít ghép nắp ổ, d4 d4 = (0,60,7)d3 = (0,60,7).12 = 7,28,4 mm => chọn d4 = 8 mm
- Vít ghép nắp cửa thăm, d5 d5 = (0,50,6)d4 = (0,50,6).8 = 44,8 mm => chọn d5 = 4 mm
Mặt bích ghép nắp và thân:
- Chiều dày bích thân hộp, S3 mm => chọn S3 = 21 mm
- Chiều dày bích nắp hộp, S4 mm => chọn S4 = 20 mm
- Bệ rộng bích và thân, K3 mm
- Đường kính ngoài và tâm lỗ vít: D3, D2 xác định theo kích thước lắp ổ:
Trục I: D = 17 mm, mm mm => chọn D2 = 32 mm
Trục II: D = 20 mm, mm mm => chọn D2 = 35 mm
Trục III: D = 50 mm, mm mm => chọn D2 = 60 mm
- Bề rộng mặt ghép bu lông cạnh ổ: K2 mm
- Tâm lỗ bu lông cạnh ổ: E2 (k là khoảng cách từ tâm bu lông đến mép lỗ) mm (không kể chiều dày thành hộp)
Và mm chọn R2 = 18 mm mm chọn k = 16 mm
- Chiều cao h: h xác định theo kết cấu, phụ thuộc vào tâm lỗ bu lông kích thước mặt tựa
+ Khi không có phần lồi S1 mm => chọn S1 = 26 mm
+ Khi có phần lồi: Dd, S1 và S2
Dd xác định đường kính dao khoét mm => chọn S1 = 30 mm mm => chọn S2 = 19 mm
- Bề rộng mặt đế hộp, K1 và q: mm mm => chọn q = 69 mm
Khe hở giữa các chi tiết:
- Giữa bánh răng và thành hộp: mm => chọn 8 mm
- Giữa đỉnh bánh răng lớn là đáy hộp: mm => chọn = 36 mm
- Giữa mặt bên các bánh răng với nhau: mm
Số lượng bu lông nền Z: mm mm
Với L, B: chiều dài và rộng của hộp.
Các chi tiết của hộp giảm tốc
a Bu lông vòng hoặc vòng móc: Để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc (khi gia công, khi lắp ghép…) trên nắp và thân thường lắp thêm bulông vòng hoặc vòng móc.
Theo bảng 18.3b ta có khối lượng gần đúng của hộp giảm tốc là:
Với Re = 125,53 mm, aw = 176 mm => Q = 258 kg
Theo bảng 18.3a ta có kết quả kích thước bulông vòng như sau:
Chốt định vị
Để đảm bảo vị trí tương đối của nắp và thân trước và sau khi gia công cũng như khi lắp ghép dùng hai chốt định vị Nhờ có chốt định vị, khi xiết bulông không làm biến dạng vòng ngoài của ổ, do đó loại trừ được một trong các nguyên nhân làm ổ chóng bị hỏng Ta chọn chốt định vị hình côn cỡ kích thước sau: d = 6 mm; c = 1 mm; l = mm
Cửa thăm dầu
Để đổ dầu vào hộp và quan sát các chi tiết trong hộp khi lắp ghép cần có cửa thăm Theo bảng 18.5 ta chọn cửa thăm có các kích thước như sau:
Nút thông hơi
Khi làm việc nhiệt độ trong hộp tăng lên, để giảm áp suất và điều hòa không khí trong và ngoài hộp nên ta dùng nút thông hơi Kích thước nút thông hơi chọn theo bảng 18.6
Nút tháo dầu
Sau một thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn (do bụi bặm và do bụi mài), hoặc bị biến chất, do đó cần phải thay dầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có lỗ tháo dầu Lúc làm việc lỗ được bịt kín bằng nút tháo dầu Kết cấu và kích thước của nút tháo dầu:
Chọn que thăm dầu và bôn trơn
Khi vận tốc bánh răng v < 12 m/s, thì bánh răng được ngâm trong dầu Chiều cao mức dầu trong hộp được kiểm tra qua thiết bị chỉ dầu.
Ta có que thăm dầu:
BÔI TRƠN, ĐIỀU CHỈNH ĂN KHỚP VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP
Bôi trơn
8.1.1 Bôi trơn các bộ truyền trong hộp:
Trong phần thiết kế bánh răng, điều kiện bôi trơn đã được thỏa mãn vì vậy ta chọn phương pháp bôi trơn bằng dầu Để kiểm tra mức dầu trong hộp, đảm bảo tốt công việc bôi trơn cho bộ truyền của hộp giảm tốc với vận tốc 1…2,5 (m/s) Theo bảng 18.11 (sách 2) dùng dầu nhớt ở t0 50° (100°) C có độ nhớt 186 Theo bảng 18.13 với dầu AK15 Độ nhớt ≥ 135 Khối lượng riêng ở 20°C là 0,886…0,926 (g/cm 3 ).
Khi ổ được bôi trơn đúng kỹ thuật, nó sẽ không bị mài mòn bởi vì chất bôi trơn sẽ giúp tránh không để các chi tiết kim loại trực tiếp tiếp xúc với nhau Ma sát trong ổ sẽ giảm, khả năng chống mòn của ổ tăng lên, khả năng thoát nhiệt tốt hơn, bảo vệ bề mặt không bị han gỉ, đồng thời giảm được tiếng ồn Ta sử dụng mỡ bôi trơn bởi vì so với dầu thì mỡ được giữ trong ổ dễ dàng hơn, đồng thời có khả năng bảo vệ ổ tránh tác động của tạp chất và độ ẩm Mỡ có thể dùng cho ổ làm việc lâu dài (khoảng 1 năm), độ nhớt ít bị thay đổi khi nhiệt độ thay đổi nhiều Theo bảng 15.15a ( sách 1) ta chọn loại mỡ có ký hiệu LGMT2 do hãng SKF sản xuất Mỡ tra vào ổ chiếm 1/2 thể tích của bộ phận ổ.
Điều chính ăn khớp bánh răng
Sai số về chế tạo các chi tiết theo kích thước chiều dài và sai số về lắp ghép làm cho vị trí bánh răng trên trục không chính xác Trong hộp giảm tốc bánh răng trụ, để bù vào sai số đó thường lấy chiều rộng bánh răng nhỏ tăng lên 10% so với chiều rộng bánh răng lớn.
Dung sai lắp ghép
Ổ lăn lắp trên trục theo hệ thống lỗ, lắp có độ dôi, lắp theo kiểu k6 Lắp bánh răng, bánh đai và nối trục theo hệ thống lỗ, mối ghép có độ dôi theo kiểu k6.
Lắp ghép giữa trục bánh răng với ổ bi: H7/k6
Lắp ghép giữa thân bánh răng với trục: H7/k6
Lắp ghép giữa khớp nối với trục: H7/k6
Lắp ghép giữa vòng chắn mỡ với trục: K7/h6
Lắp ghép giữa nắp ổ và vỏ hộp: H7/k6
Lắp ghép giữa vòng ngoài ổ lăn: H7
Lắp ghép giữa mặt bích với vỏ hộp: H7/d11
Mối ghép then: Then cố định trên trục theo kiểu lắp ghép có độ dôi, thường lắp theo hệ thống lỗ với sai lệch của then là k6.
Dung sai và lắp ghép mối then
Bộ truyền làm việc với chế độ tải thay đổi, chịu va đập nhẹ nên chọn kiểu lắp then bình thường.
Sai lệch giới hạn của chiều rộng và chiều sâu rãnh then (Bảng 20.6 trang125)
Sai lệch giới hạn của chiều rộng rãnh then
Chiều sâu rãnh then Trên trục, t1 Trên bạc, t2
JS9 t1 Sai lệch giới hạn t2 Sai lệch giới hạn