Tính toán thiết kế hệ dẫn động cho vít tải có sơ đồ động như hình vẽ

2, Định ứng suất cho phép - Ứng suất tiếp xúc cho phép + Với răng bánh vít làm bằng đồng thanh thiếc có sức bền chống dính cao, có thể định ứng suất tiếp xúc cho phép [б]tx theo bảng 4

Bài 1: Ch ọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

N N

- Chọn: +) Hiệu suất của bộ truyền trục vít-bánh vít ηtv=0,85 ; Z=3

+) Hiệu suất của bộ truyền xích ηx=0,95

+) Hiệu suất ổ lăn ηổ =0,99

Trong đó: nđc : số vòng quay của động cơ điện

Nm : số vòng quay của máy công tác nm = 60 (V/ph)

ic : là tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống

Hiệu suất (%)

AO2-42-4 5,5 1450 88 1,5 2 0,8

2, Phân ph ối tỷ số truyền

*)Tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống được xác định theo công thức (2) :

+) Momen xoắn trên trục 2: Mx2 = 9,55.106.𝑁 2

Bài 2: Tính toán các b ộ truyền

I, B ộ truyền trong hộp giảm tốc ( Bộ truyền trục vít-bánh vít)

1, Ch ọn vật liệu, cách chế tạo và nhiệt luyện

Dựa vào bảng (4.4) [1] trang 71 [1], ta chọn được vật liệu làm trục vít là thép C45, tôi bề mặt có độ rắn HRC= 45÷50 Giả thiết vận tốc trượt trong bộ truyền

V ≥ 5 m/s Chọn vật liệu chế tạo bánh vít là đồng thanh thiếc Бр0ф 10-1 đúc bằng khuôn cát

2, Định ứng suất cho phép

- Ứng suất tiếp xúc cho phép

+) Với răng bánh vít làm bằng đồng thanh thiếc có sức bền chống dính cao, có

thể định ứng suất tiếp xúc cho phép [б]tx theo bảng (4.4) trang 71

3 = 12

6, Ki ểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng

- Vận tốc trượt theo công thức (4-11) trang 74

𝑣𝑡 = 𝑚.𝑛1.√𝑍1+𝑞 2

19100 =

8.1450.√3 2 +8 2

19100 = 5,2 (m/s) > 5(m/s)

- Để tính hiệu suất, theo bảng (4-8) lấy hệ số ma sát f=0,023 do đó ρ = 1º29’

Với Z1 = 3, q=8 theo bảng (4-7) tìm được góc vít 𝜆 = 20º33’

- Hiệu suất được tính theo công thức (4-12)

- Trị số hiệu suất tìm được không chênh lệch nhiều so với dự đoán, do đó không

phải tính lại

7, Ki ểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh vít

- Số răng tương đương của bánh vít được tính theo (4-17)

Ztd = 𝑍2

𝑐𝑜𝑠 3 𝜆 =

36 𝑐𝑜𝑠 3 20º33’ = 43,8 => y =0,49

- Tiến hành kiểm nghiệm ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh vít theo (4-16)

với 𝑓0 là hệ số chiều cao rang thường lấy 𝑓0=1

+) Đường kính vòng chân ren trục vít ( lấy c = 0,2 ) :

- Chiều cao đầu răng : h’ = (𝑓0+ 𝜀 ) m = 1.8 = 8 (mm)

- Chiều cao chân răng : h’’= (𝑓0+ 𝑐0 + 𝜀 )m = ( 1+0,2+0 ) 8 =9,6 (mm)

- Bước ren trục vít : t = 𝜋 m = 3,14 8 = 25,12

- Bước xoắn ốc của ren trục vít : S= t.𝑧1 = 25,12 3= 75,36

- Đường kính ngoài cùng của bánh vít : 𝐷𝑛 = 𝐷𝑒2+ 1,5m = 304 +1,5.8 = 316 (mm)

- Lực vòng P2 trên bánh vít có trị số bằng lực dọc trục Pa1 trên trục vít:

10, Tính toán v ề nhiệt trong bộ truyền trục vít :

- Nhiệt lượng sinh ra trong 1h :

Q = 3600 𝑁1 ( 1- η ) (kJ/h)

Hoặc Q = 860 𝑁1 ( 1- η ) (kcal/h)

- Nhiệt lượng thoát ra qua vách hộp giảm tốc ra ngoài trong 1h :

Q’ = 𝑘𝑡 𝐹𝑡 ( t - 𝑡0 ) Trong đó : 𝑡0 – nhiệt độ môi trường ( lấy 𝑡0 = 25°C )

η – hiệu suất bộ truyền ( η = 0,85)

𝑁1 – công suất bộ truyền trục vít (𝑁1 = 5kw )

Chiều cao chân răng h‘‘=9,6 (mm)

Đường kính vòng chia trục vít dc1=64 (mm) Đường kính vòng đỉnh trục vít De1=80 (mm) Đường kính vòng chân ren trục vít Di1=47,68 (mm) Đường kính vòng chia bánh vít d2=288 (mm) Đường kính vòng đỉnh bánh vít De2=304 (mm) Chiều dài phần có ren của trục vít L=125,92 (mm)

Lực dọc trục trên bánh vít 𝑃𝑎2=1029 (N)

Lực dọc trục trên trục vít 𝑃𝑎1=2487(N)

Lực vòng trên trục vít P1=1029 (N)

Lực vòng trên bánh vít P2=2487(N)

Lực hướng tâm trên trục vít và bánh vít Pr1=Pr2=905,2 (N)

II)B ộ truyền ngoài hộp giảm tốc ( Bộ truyền xích)

- Với ix = 2 tra bảng (6-3) [1] trang 105 ta chọn số răng Z1 của đĩa nhỏ Z1=27

Số răng Z2 của đĩa lớn: Z2=ix Z1= 2.27 = 54 răng

3, Tìm bước xích t

- Để tìm bước xích t, trước hết định hệ số điều kiện sử dụng:

k=kđ.kA.ko.kđc.kb.kc

trong đó: kđ=1,2-tải trọng va đập (hệ số xét đến tính chất của tải trọng)

kA=1-chọn A=(30÷50)t Hệ số xét đến chiều dài xích)

ko=1-góc nghiêng nhỏ hơn 60º (xét đến bố trí bộ truyền)

kđc=1,25 : trục không điều chỉnh được

thước chủ yếu của xích, tải trọng phá hỏng Q = 70.000(N), khối lượng 1 mét xích q

27.120 15.122 = 1,8

- Theo bảng (6-7), số lần va dập cho phép trong 1 giây [u] = 20, thỏa mãn điều

kiện u < [u]

5, Tính đường kính vòng chia của đĩa xích

- Đường kính vòng chia đĩa dẫn:

dc1 = 𝑡

𝑠𝑖𝑛180°𝑍1 =

31,75 𝑠𝑖𝑛180°27 = 273,5 (mm) => lấy 𝑑𝑐1 = 274 (mm)

- Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn:

dc2 = 𝑡

𝑠𝑖𝑛180°𝑍2 =

31,75 𝑠𝑖𝑛180°54 = 546 (mm)

kt – hệ số xét đến tác dụng của trọng lượng xích lên trục

Bài 3: Tính tr ục, then và ổ

I, Thi ết kế trục

1, Ch ọn vật liệu

Trục thường làm bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim Đối với trục làm việc trong những máy móc quan trọng, chịu tải lớn, có thể dùng thép C45 hoặc 40X có nhiệt luyện, ngõng trục thấm than rồi tôi để tăng tính chống mòn

2, Tính s ức bền trục

- Tính sơ bộ đường kính trục:

Theo công thức (7-2) tài liệu [1] trang 114, ta có:

d≥C.√3 𝑁𝑛 (mm) +) Đối với vật liệu trục là thép C45, khi tính toán đường kính đầu trục vào của

hộp giảm tốc và trục truyền chung có thể lấy C = 110÷130, chọn C=120

dsb2 ≥ C.√𝑁𝐼𝐼

𝑛2

3

= 120 √3 4,25120 = 39,4 => chọn dsb2 = 40 (mm)

- Tính gần đúng trục:

+) Tính gần đúng có xét đến tác dụng đồng thời của momen uốn lẫn momen xoắn đến sức bền trục Trị số momen xoắn đã biết, ta cần tìm momen uốn, cần tiến hành như sau:

+) Quan hê kích thước giữa các yếu tố của hộp giảm tốc, theo bảng (7-1), tài liệu 1, trang 118-119, ta có:

thước

Giá tr ị (mm)

a Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết

quay đến thành trong của hộp

Δ Khe hở giữa bánh răng và thành trong

l5 Chiều dài phần moay-ơ lắp với trục l5=(1,2÷1,5)d l5=1,2d

L1 Khoảng cách giữa 2 gối đỡ trục vít L1=0,8.De2 L1=243

L2 Khoảng cách 2 gối đỡ trục bánh vít L2=2(De1+15) L2=180

3, Tính g ần đúng trục vít

a Các kích thước hình học thực nghiệm

- Khoảng cách giữa hai gối đỡ trục vít là: L1 =243 (mm) => khoảng cách từ mặt

phẳng trục bánh vít tới hai gối đỡ bánh vít là: h1 = h2 = 121,5 (mm)

- Các số liệu tính toán: P1= 1029 N, Pa1= 2487 N, Pr1= 905,2 N

h1 = h2 = 121,5 (mm), đường kính vòng tròn chia của trục vít dc1= 64 (mm)

b Tính phản lực trên các gối đỡ:

+) xét phản lực tại A và B do lực vòng P1 gây ra:

)

1 2

B

 RAy = 780

125 0

6 c/t

x

n

.N9,55.10ω

0 

td M

 trục đặc nên hệ số β=0

Biểu đồ momen trục vít

4, Tính g ần đúng trục bánh vít

- Các số liệu tính toán: P2 = 2487 N; Pr2 = 905,2 N ; Pa2 = 1029 N, dc2 = 288 mm

- Khoảng cách giữa hai gối đỡ trục bánh vít : L2= 180 mm

0 

td M

 trục đặc nên  = 0

chọn [] = 50 (N/mm2)

=> d ≥ 40,56

Từ (1), (2) và (3) ta chọn dD = 42 (mm); do=dE=40 mm

Bi ểu đồ momen trục bánh vít

4, Tính chính xác tr ục

a, Đối với trục của trục vít

- Xét tiết diện nguy hiểm nhất là mặt cắt C

+) Trên trục I có lắp trục vít với mối gép then bằng chọn theo TCVN 150-64 có:

b = 8 mm, h = 7 mm , t = 4,0 mm, t1 = 3,1 mm, k = 3,5 mm, theo bảng 7-23 [1] trang 143, đường kính trục là Ф30 mm

l = 0,8L = 0,8 125,92= 101mm, theo bảng 7-23 ta chọn l = 125 mm

+) Đường kính ngõng trục là Ф25 mm Ngõng trục lắp với ổ theo kiểu T3 với

cấp chính xác H có độ nhẵn  7, mặt bên của vai trục có độ nhẵn là  6 Trục vít

lắp trên trục chọn kiểu lắp T3 độ nhẵn trục là  6

Hình 1: Kết cấu cụ thể của trục vít

Theo công thức (7-5) tài liệu 1trang 152 ta có hệ số an toàn cho trục I :

Trong đó là hệ số an toàn khi chỉ xét đến ảnh hưởng của ứng suất pháp được xác định theo công thức sau :

- Vì trục quay nên ứng suất uốn biến đổi theo chu kỳ đối xứng nên theo tài liệu [1]

ta có :

nn

1

k

n

σσ

β

ε

σ

σ σ

- hệ số kích thước theo ứng suất pháp, chọn theo bảng 7-4 [1] ta được  = 0,86

- là hệ số tập trung ứng suất pháp, chọn theo bảng 7-8 [1] ta được

63 ,

- Do trục vít lắp then với trục I theo kiểu lắp T3(lắp trung gian cấp 3) theo bảng

7-11 [1] ta có áp suất tác dụng lên chúng là p = 32 [N/mm2] Theo bảng 7-10 [1] với

σ

1 σ

.σ.β

m a

1

.k

τ

 𝑛𝜏=22

Thay các giá trị vào ta có n= 𝑛𝜏 𝑛 𝜎

√𝑛 𝜎2+𝑛𝜏= 2,2

 Vậy trục đã chọn là đủ bền

b, Đối với trục của bánh vít – trục II :

- Trên trục II có lắp trục vít với mối ghép then bằng chọn theo TCVN 150-64 có: b

= 12 mm, h = 8 mm, t = 5,0 mm, t1 = 3,3mm, k =5mm, l = 0,8.B = 0,8.60= 48 mm theo bảng 7-23 [1] ta chọn được l = 50 mm, đường kính trục là 42 mm và đường kính ngõng trục là 40 mm Ngõng trục lắp với ổ theo kiểu T3 với cấp chính xác tại

đó H có độ nhẵn , mặt bên của vai trục có độ nhẵn

- Theo công thức 7-5- [1] ta có hệ số an toàn cho trục II là:

.nnn

2 2

σ

n

m a

1

k

n

σσ

βε

σ

σ σ

σ

min max

a σ σ

1 σ

.σ.βεk

63 ,

150

= +

1

.k

1

−



150600

.25,0

=





Vậy trục đã chọn là đủ bền

3.3 Ki ểm tra then bằng

- Ta kiểm nghiệm then theo sức bền dập và ứng suất cắt của then đã chọn

- Với then của trục I ta có: Mx = 32930 (N.mm), k = 3,5 mm,

l = 125 mm, d = 30 mm, b = 8 mm

Theo điều kiện bền dập ta có:

- là ứng suất dập cho phép Theo bảng 7-20 [1] ta có ứng suất dập cho phép của mối ghép cố định, tải trọng tĩnh, vật liệu thép C45 là N/mm2

125 5 , 3 30

32930 2

Theo điều kiện bền cắt ta có:

Trong đó là ứng suất cắt cho phép Theo bảng 7-21 [1] ta có

N/mm2

125 8 30

32930 2

d.k.l

2.M

σ

là ứng suất dập cho phép Theo bảng 7-20 [1] ta có ứng suất dập cho phép [N/mm2]

50 5 42

338229

Theo điều kiện bền cắt ta có:

Trong đó là ứng suất cắt cho phép Theo bảng 7-21 [1] ta có

N/mm2

50 14 42

338229

- Ta có: C = Q.(h.n)0,3  Cbảng

Trong đó: C là hệ số khả năng làm việc của ổ

Q là tải trọng tính toán,Q = (kv.R + m.At).kn.kt

h là số giờ làm việc, h = 300.12.10 = 36000 (giờ)

kv hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay, theo bảng 8-5 [1] lấy kv =1

m là hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm tra bảng

- Thay các giá trị vào công thức (8-6) [1] trang 159 ta có:

Q1 = (1.78 + 1.266,7).1.1 = 344,7

Q2 = (1.12,5+266,7)1.1= 279,2

Vì Q1 > Q2 nên ta chọn ổ cho gối đỡ I còn ổ của gối đỡ II lấy cùng kích thước với

ổ của gối đỡ I để tiện cho việc chế tạo và lắp ghép

=> C = Q2.(n.h)0,3 = 344,7.(1450.36000)0,3 = 71243

- Tra bảng 17P [1] trang 346-347 với đường kính d = 25 mm chọn kiểu ổ đũa côn

đỡ chặn ký hiệu 46105 với Cbảng = 70000 thỏa mãn điều kiện làm việc, với  = 120

, D = 62 mm, B = 22,5 mm

+ Trục II : Khoảng cách giữa hai ổ đỡ L2 = 180 mm bố trí ổ đỡ chặn như hình vẽ

- Dự kiến  = 120 Hệ số khả năng làm việc được xác định theo công thức:

C = Qc.(nh)0,3  Cbảng

Trong đó ổ đỡ chặn có tải trọng tương đương: Q = (kv.R + m.At) kn kt Các hệ số kn,kt, kv, m lấy như ở trục I

Theo sơ đồ ta có: At = S1 + Pa2 – S2

S1 = 1,3.Roy.tg = 1,3 127,6 tan120= 33; S2 = 1,3.REy.tg = 1,3.37.tan120= 10(daN)

 At = 128 (daN)

 Q = (1.35+1.128)1.1=163 (daN)

- Tính ổ theo D21 còn ổ B1 lấy theo D1 Chọn h = 36000 (giờ)

 C = Q.(n.h)0,3 = 163.(120.36000)0,3 = 15952

- Tra bảng 18P [1] trang 349 với đường kính d = 42 mm, chọn kiểu ổ bi đỡ chặn ký

hiệu 36208 thỏa mãn điều kiện làm việc Với  = 120, D = 80mm, B = 18 mm

Bài 4 : Tính thân h ộp giảm tốc, chọn kiểu lắp ghép và bôi trơn

4.1 Ch ọn kiểu lắp ghép trục và ổ lăn

- Chọn theo bảng 8-18, 8-19 [1] và dựa vào điều hiện làm việc của ổ là vòng trong quay với chiều quay không đổi nên tải trọng là tuần hoàn với vòng trong và

tải cục bộ với vòng ngoài

- Với ổ bi đỡ chặn chọn hiểu lắp ghép T1ổ với dạng tải tuần hoàn để lắp vào

trục Để lắp vào lỗ chọn kiểu lắp L1ổ vì dạng tải trọng vòng ngoài là cục bộ

4.2 C ố định trục theo phương dọc trục

Ta chọn phương pháp cố định trục theo phương dọc trục bằng nắp ổ và điều

chỉnh khe hở của ổ bằng tấm đệm kim loại giữa nắp và thân hộp giảm tốc Nắp ổ

với thân dùng mối ghép vít vì dễ chế tạo và dễ lắp ghép

4.3 Bôi trơn ổ lăn

- Chọn dầu bôi trơn ổ lắp trên trục vít

+) Vận tốc vòng của trục vít: v1 = 5

1000 60

1450 64 14 , 3 1000 60

120 258 14 , 3 1000 60

.

d c n

(m/s) Do đặc điểm của bộ truyền làm việc trong môi trường bụi bặm, điều kiện bôi trơn không được đảm bảo thường xuyên và vận tốc vòng của bánh vít v2 = 1,8 m/s < 5 m/s nên

ta dùng kiểu bôi trơn mỡ trực tiếp từ nắp ổ - hộp giảm tốc

4.4 Che kín ổ lăn

Do vận tốc trượt vt = 5 m/s và độ bong phần trục nắp ổ là 6 nên ta dùng

phớt để che kín , chắn dầu không thoát ra ngoài qua nắp của trục

4.5 Tính thân h ộp giảm tốc

- Chọn vật liệu: chọn vỏ hộp giảm tốc đúc bằng gang xám

- Số liệu tính toán, khoảng cách trục A = 176 mm theo bảng 10-9 [1] trang

268-269 ta xác định các kích thước các phần tử cấu tạo vỏ hộp ( thân hộp ) sau đây +) Chiều dày thành thân hộp:  = 0,04.A + (2÷3) = 0,04.176 + 2 = 10 mm

+) Chiều dày thành nắp: 1= 0,8. = 0,8.10 = 8 mm

+) Chiều dày mặt đế có phần lồi: P1 = 1,5. = 15 mm

P2 = 2,5. = 25 mm

* Chú ý: Do trong khi sử dụng hộp giảm tốc phải vận chuyển và chịu tải không đều nên cần làm thêm gân chịu lực ở các vi trí đặc biệt để tăng độ bên như: dọc gối

đỡ ổ lăn, đế vỏ hộp…

+) Chiều dày gân của thân: m =  = 10 mm

+) Chiều dày gân của nắp hộp: m1 = 0,8. = 0,8.10= 8 mm

+) Chiều dày mặt bích dưới của thân hộp: b = 1,5. = 15 mm

+) Chiều dày mặt bích của nắp hộp: b1 = 1,5. 1 = 1,5.8 = 12 mm

- Trong quá trình gia công các mặt chuyển tiếp để đảm bảo độ bền không tập trung ứng suất và giảm chi phí gia công ta phải lảm các góc lượn hoặc mặt vát chuyển

tiếp Dựa vào tỷ số b ta làm các góc lượn

- Đường kính các bu lông :

+) Đường kính bu lông nền: dn = 0,036.A + 12 = 0,036.176 + 12 = 18,3mm

- Theo bảng 10-13 [1] trang 277 chọn dn = 16 mm với số lượng là 4

- Nắp hộp và thân hộp được ghép bằng bu lông, các kích thước chỗ ghép  đường kính để ghép mặt bích nắp và thân d = 0,6dn = 0,6.16 = 96 mm Chọn loại M10 với

số lượng là 14

* Chú ý: Cần làm mặt ghép có kich thước đủ để phân bố các bu lông, đai ốc và

khi xiết chặt có thể quay chìa vặn , mặt tỳ của đai ốc và bu lông cần vuông góc với

lỗ lắp bu lông để tăng độ bền cho mối ghép

+) Bu lông để ghép nắp ổ: d3 = dn.0,4 = 16.0,4 = 6,4 mm Chọn loại bu lông M8

với số lượng 24

+) Chiều dài mặt bích K không kể tới chiều dày thân hộp:

K= 1,2.d + (58) + 1,3.d = 2,5.d + (58) Khoảng cách từ mặt ngoài của mặt

bích và để tới tâm các lỗ lắp bu lông: = ( 1,11,2).d

+) Để vận chuyển thân hộp ta dùng lỗ móc có đường kính và chiều dày chọn theo

mối quan hệ : d = S = 3 = 3.10 = 30 mm

- Để quan sát các chi tiết trong hộp giảm tốc và rót dầu vào hộp, trên đỉnh nắp hộp

có làm cửa thăm Cửa thăm đậy lại bằng nắp, kích thước của nắp thăm được chọn

theo bảng 10-12 [1] ta được: B = 150mm; A1 = 250mm ; K = 180mm; R = 15mm

Trên nắp có thể gắn lưới lọc

- Chốt định vị: khi lắp ghép thì giữa nắp và thân hộp giảm tốc cần có chốt định vị

Ngoài ra để thuận lợi cho việc tháo, sửa chữa ta cần có các bu lông nới lỏng

- Trong qua trình làm việc bụi lọt vào hộp giảm tốc nên để cho dầu lắng xuống đáy

hộp không bị khuấy, khe hở giữa đáy hộp bánh trục vít cần chọn

> 5. = 5.10 = 50 mm

- Khoảng cách từ bánh vít tới thành trong hộp giảm tốc:

a = (1,1 1,2) = (1,1 1,2) 10 = 11 ÷ 12  11,5 mm

- Nút tháo dầu: để dầu chảy ra hết cần làm đáy hộp nghiêng 10 ÷ 20 Nút tháo dầu

được chọn theo bảng 10-14 [1], chọn loại có ren M202 với b = 15 mm; m = 9

mm; a = 4mm; f =3 mm; L = 28 mm; e = 2,5 mm; q = 17,8 mm; D1 = 21 mm; D =

30 mm; S = 22 mm; l = 25,4 mm; đặt nghiêng 10

÷ 20, tụt một đoạn 2 mm

- Khi làm việc bộ vít sinh ra nhiều nhiệt, để điều hòa không khí trong và ngoài hộp

người ta làm thêm các gân thoát nhiệt và nút thông hơi hoặc làm mát bằng dòng

nước chảy qua đáy hộp