Me3139 đồ án trục vít bánh răng

Đồ án thiết kế hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng - trục vít. Bánh răng trụ cấp nhanh và trục vít cấp chậm với trục vít nằm dưới.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

2

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 LỜI CÁM ƠN 3

CHƯƠNG 2 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN - PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 4

2.1 Tính chọn công suất động cơ điện 4

2.2 Phân phối tỉ số truyền 5

2.3 Bảng thông số 6

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 7

3.1 Tính toán các bộ truyền xích ngoài 7

3.2.4 Kiểm nghiệm điều kiện bôi trơn ngâm dầu 27

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TRỤC - THEN - Ổ LĂN - NỐI TRỤC 30

4.1 Tính toán thiết kế trục và then 30

4.1.1 Chọn vật liệu 30

4.1.2 Xác định sơ bộ đường kính trục 30

4.1.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 30

4.1.4 Tính toán trục 32

4.1.5 Chọn và kiểm nghiệm then 39

4.1.6 Tính toán và kiểm nghiệm độ bền trục 39

4.2 Chọn ổ lăn và nối trục 42

4.2.1 Ổ lăn 42

4.2.2 Nối trục 47

CHƯƠNG 5 THÂN MÁY, BULONG VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC 48

5.1 Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp 48

5.2 Các chi tiết khác 49

CHƯƠNG 6 DUNG SAI LẮP GHÉP 53

CHƯƠNG 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

3

CHƯƠNG 1 LỜI CÁM ƠN

Trong nền kinh tế hiện nay ngành công nghiệp phát triển mạnh Công nghiệp hóa hiện đại hóa nền kính tế Trong đó ngành cơ khí được xem là ngành chủ lực của nền công nghiệp

Đối với sinh viên ngành cơ khí sau khi ra trường được trang bi đầy đủ kiến thức để góp phần xây dựng nền kinh tế nước nhà ngày càng phát triển mạnh Nhất là ngành công nghiệp, trong xu thế công nghiệp hóa hiện đại hóa như hiện nay

Đối với em là sinh viên khoa cơ khí trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đang học tập tại trường Được sự tận tình chỉ bảo của các thầy cô đã cung cấp cho em rất nhiều kiến thức nền tảng để giúp ích cho tương lai bản thân cũng như mong muốn có thể góp phần vào nền công nghiệp của nước nhà

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy Thân Trọng Khánh Đạt, người đã hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và luôn sẵn lòng giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

Em hiểu rằng đồ án còn nhiều hạn chế cũng về nhiều mặt và rất mong nhận được sự góp ý chỉ bảo của quý thầy cô bảo vệ và thầy Thân Trọng Khánh Đạt để đồ án được hoàn thiện hơn

Trân trọng

4

CHƯƠNG 2 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN - PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 2.1 Tính chọn công suất động cơ điện

Chọn động cơ xoay chiều, ba pha, không đồng bộ kiểu ngắn mạch

1.1.1 Công suất tương đương của động cơ

ux =2,5 Tỉ số hộp giảm tốc: uhgt =51

2.2 Phân phối tỉ số truyền

Tỉ số truyền thực sau khi chọn động cơ

6 Pđc =

Tỉ số truyền ukn = 1 u1 = 2,235 u2 = 23 ux = 2,5 Số vòng quay

8  Tính công suất tính toán

 Tra bảng 5.5 [1], ta chọn Bước xích:  mm

 Thỏa điều kiện biên    kW

 Theo bảng 5.5 [1], ta chọn số vòng quay tới hạn tương ứng bước xích 38,1mm là  , nên điều kiện  được thỏa

h Kiểm nghiệm bộ truyền xích

: Lực căng do trọng trường nhánh xích bị động (N)

  

11

 ) là bán kính đáy  Lực tác dụng lên trục:

 Thời gian phục vụ: L = 5 năm

 Quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 348 ngày/năm, 2 ca/ngày, 8 tiếng/ca  Cặp bánh răng cấp nhanh ( bánh răng trụ):

 Công suất trên bánh dẫn:  kW

 Tỷ số truyền: 

 Số vòng quay trục dẫn:  Momen xoắn T trên trục dẫn: 

 Cặp bánh răng cấp chậm (trục vít):

 Tỷ số truyền: 

 Công suất trên trục dẫn:  Số vòng quay trục dẫn:  Momen xoắn T trên trục dẫn:  Công suất trên bánh dẫn:  Số vòng quay trên bánh dẫn: 

12  Momen xoắn T trên bánh dẫn: 

3.2.2 Truyền động bánh răng a Chọn vật liệu

 Do công suất của 2 bánh răng nhỏ, và không có yêu cầu gì đặc biệt và theo thông nhất trong thiết kế, thuận tiện trong việc gia công chế tạo do đó chọn vật liệu nhóm 1 có độ rắn HB  350 Ở đây, ta chọn vật liệu theo công thức sau

 Cụ thể ta chọn là thép 45, tôi cải thiện

+ Bánh răng nhỏ ( bánh chủ động ) với 241 285: Giới hạn bền:   

Giới hạn chảy:   

Chọn độ rắn 

+ Bánh răng lớn ( bánh bị động ) với 192 240 Giới hạn bền:   

Giới hạn chảy:   

Chọn độ rắn 

b Tính toán thông số và kiểm định

 Xác định sơ bộ ứng suất cho phép  Tuổi thọ   giờ  Ứng suất tiếp xúc cho phép



Với: : Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc

Với:  (HB<350) : Bậc đường cong mỏi khi thử về uốn

  : Hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng Tra bảng 6.7[1] theo

 Chọn khoảng cách trục  Xác định thông số ăn khớp

 Xác định modun

 Chọn m = 1,23 (tra bảng 6.8[1])  Số răng của bánh răng

16 Bánh bị động:

 Chọn = 90 răng

 Do   nên không cần dịch chỉnh  Khoảng cách trục chia

răng ăn khớp Tra bảng 6.5[1] (Mpa1/3)

: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

 Chọn cấp chính xác bằng 7 theo bảng 6,13[1]  Tra bảng 6.14[1] ta được trị số  

: Hệ số tải trọng khi tính về uốn

19

   : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

  : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng đối với uốn, tra bảng 6.7[1] theo hệ số 

 Bánh bị động thỏa mãn điều kiện uốn

 Tướng ứng với vận tốc trượt, ta chọn cấp chính xác 8

 Với bánh vít chọn đồng thanh thiếc Br SnP10-1 với phương pháp đúc khuôn

 Với trục vít là thép C45 có độ cứng > 45HRC được tôi và mặt ren được mài và đánh bóng

b Tính toán thông số và kiểm định

 Xác định ứng suất sơ bộ cho phép

 Ứng suất tiếp xúc cho phép

   

Với:   : Ứng suất uốn cho phép ứng với chu kì, phụ thuộc vào số

chiều quay (MPa)

: Hệ số tuổi thọ Tính  

23 Tính

Với: : Hệ số tuổi thọ Hệ số

24

 Theo bảng 7.4[1], ta chọn q = 12,5  Chọn sơ bộ 

Vậy, ta có sơ bộ khoảng cách trục là

Vậy ta chọn  mm  Xác định modun dọc của trục vít

26  Module pháp

 : Công suất trên trục vít (kW)  : Hệ số tỏa nhiệt (W/m2oC)   : Hệ số kể đến sự thất thoát nhiệt

8 Chiều dài phần ren cắt trục vít 

28

 Để giảm mất mát công suất vì ma sát , giảm mài mòn răng , đảm bảo thoát nhiệt tốt và đề phòng các chi tiết máy bị han rỉ , cần phải bôi trơn liên tục trong

các bộ truyền hộp giảm tốc thì phải thỏa điều kiện:

 Phần ngâm dầu tối thiểu không thấp hơn chân răng và không được vượt quá

1/3 đường kính vòng đỉnh răng

 Phần ngâm dầu dưới trục vít tối thiểu ngập chân ren trục vít

 Thỏa mãn điều kiện bôi trơn ngâm dầu

 Đối với hộp giảm tốc trục vít - bánh răng ta chọn cách ngâm các chi tiết trong dầu và chọn loại dầu ô tô máy kéo AK - 20

29 Hmin

Hmax

 Ứng suất xoắn cho phép     

4.1.2 Xác định sơ bộ đường kính trục

Momen xoắn trên các trục  Trục I:  Trục II:  Trục III: 

4.1.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

 Tra bảng 10.2[1], ta chọn sơ bộ đường kính trục và bề rộng ổ lăn theo tiêu chuẩn

31  Mayơ bánh răng trụ 1 trục I:

 Chiều rộng các khoảng khác được tra trong bảng 10.3[1]:

 Chọn  : Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp

 Chọn  : Khoảng cách tự mặt mút ổ đến thành trọng của hộp  Chọn  : Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ  Chọn  : Chiều cao nắp ổ và đầu bulông

𝐹𝑡3ሬሬሬሬሬሬሬԦ

Momen ương đương tại tiết diện j:   

Đường kính trục tại tiết diện j:

ሬሬሬሬሬሬሬሬԦ

34 𝐹𝑘

ሬሬሬሬሬሬሬሬԦ

Momen ương đương tại tiết diện j:   

Đường kính trục tại tiết diện j:

𝑅𝐵𝑦ሬሬሬሬሬሬሬሬԦ

36 𝑅𝐴𝑦

𝑅𝐵𝑦ሬሬሬሬሬሬሬሬԦ

37

c Tính toán trục III `

Momen ương đương tại tiết diện j:   

Đường kính trục tại tiết diện j:

𝐹𝑥ሬሬሬሬԦ

ሬሬሬሬሬሬሬሬԦ

39

4.1.5 Chọn và kiểm nghiệm then

 Dựa vào bảng 9.1a[1] chọn kích thước then (b x h) theo tiết diện trục  Chọn chiều dài then lt theo tiêu chuẩn   

 Các tiết diện trục dung mối ghép then, cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập và độ bền cắt

 Vậy then đáp ứng điều kiện bền

4.1.6 Tính toán và kiểm nghiệm độ bền trục a Kiểm nghiệm độ bền mỏi

 Biên dộ và giá trị trung bình của ứng suất:

 Do các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng

 Trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chi kì mạch động:

Trong đó Wj và W0j là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục, xác định theo bảng 10.6[1] với:

40

 Hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm của trục

Dựa theo kết câu trục và biểu đồ momen tương ứng, có thể thấy các tiết diện sau đây là tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra về độ bền mỏi:

 Trục I: Tiết diện lắp nối trục 1C, lắp ổ lăn 1A, lắp bánh răng 1D  Trục II: Tiết diện lắp bánh răng 2C, lắp ổ lăn 2A và trục vít 2D  Trục III: Tiết diện lắp bánh vít 3C, lắp ổ lăn 3B và lắp xích 3D

  ;   

  ; 

Tiết diện D

Tỷ số   Tỷ số  

Rãnh then

Lắp căng

Rãnh then

Lắp căng

Kết quả cho thấy rằng cả 3 trục đều thỏa mãn hệ số an toàn về điều kiện bền mỏi và điều kiện bền tĩnh

42

4.2 Chọn ổ lăn và nối trục 4.2.1 Ổ lăn

a Trục I

 Số vòng quay: 2922 vg/ph  Thời gian làm việc:  Đường kính trong ổ lăn 

 Lực hướng tâm tông hợp tại A và B khi tính trục là:

 Vậy ta tính theo ổ B

 Do không có lực dọc trục ta chọn ổ đỡ với đường kính trong d = 30mm

 Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ  Chọn hệ số , ,

  ( Hộp giảm tốc)

 ( ổ bi có vòng trong quay)  (nhiệt độ <100)

D, mm

B, mm

r,

mm

Đường kính bi, mm

C, kN Co, kN

43  Vòng quay tới hạn của ổ

 Lực hướng tâm tông hợp tại A và B khi tính trục là:

 Do có lực dọc trục nên ta chọn ổ đũa côn, chọn cỡ trung tại B: Kí

d1, mm

b,

mm

C1,mm T,mm r,mm r1, mm

 C,

kN

Co, kN 7309 45 100 83,5 70,5 25 22 27,25 2,5 0,8 10,83 76,1 69,3

 Chọn ổ bi đỡ 2 dãy cỡ đặc biệt nhẹ, vừa tại A

 Chọn hệ số X, Y

( Với hệ số đường cong mỏi m = 3 ứng với ổ bi đỡ )

 Thỏa mãn điều kiện tải động Vậy điệu kiện tải tĩnh cũng được thỏa mãn - Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ tại B

 Do ta chỉ tiến hành kiểm nghiệm cho 1 ổ đũa côn

 Chọn hệ số e

 Chọn hệ số X, Y

Chọn V = 1 ứng với vòng trong quay

Lực dọc trục tác động vào ổ A, B do lực hướng tâm Fr gây ra:

 Lực hướng tâm tông hợp tại A và B khi tính trục là:

d1, mm

b,

mm

C1,mm T,mm r,mm r1, mm

 C,

kN

Co, kN 7612 65 120 99 91,5 31 27 32,75 2,5 0,8 13,83 109 98,9

 Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ  Chọn hệ số e

46  Chọn hệ số X, Y

Chọn V = 1 ứng với vòng trong quay

Lực dọc trục tác động vào ổ A, B do lực hướng tâm Fr gây ra:

Thỏa điều kiện      

- Điều kiện sức bền của chốt

Thỏa điều kiện       

 Khoảng cách a = 230mm

Chiều dày: Thân hộp, 

Chiều dày bích thân hộp, S3

Đường kính ngoài và tâm lỗ vít D3, D2

Chiều dày: khi không có phần lồi S1

L Khe hở giữa các chi tiết

Giữa bánh răng với thành hộp

Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp Giữa mặt bên của bánh răng với nhau

  (1  1,2) 

1  (3  5) 

  

 = 12 1 = 40  = 10

49  Kích thước gối trục

Đường kính ngoài và tâm lỗ vít D2 và D3 Chọn theo bảng 18.2[2]

Để kiểm tra, quan sát các chi tiết máy trong hộp lắp ghép và để đổ dầu vào hộp,trên đỉnh hộp có làm cửa thăm.Cửa thăm được đậy bằng nắp.Trên nắp có lắp thêm nút thông hơi.Kích thước cửa thăm có thể chọn theo bảng 18.5[2] hoặc chọn theo kích thước nắp hộp

150 100 190 140 165 120 12 M8 x 22 4

50 - Que thăm dầu

Vì hệ thông làm việc 3 ca nên để kiểm tra mức dầu ta dùng que thăm dầu có ống bao bên ngoài với hình dáng và kích thước như sau:

Chiều dài que thăm bằng 80 mm và nghiêng 35 độ đối với vị trí mặt cắt A-A,

bằng 150 mm và nghiêng 30 độ đối với vị trí hình chiếu cạnh của hộp giảm tốc

- Nút tháo dầu

Sau một thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn (do bụi bặm và do hạt 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

51 - Vít tách nắp và thân hộp

Có tác dụng tách nắp và thân hộp giảm tốc, vít M14x2 - Vòng chặn mặt đầu loại 1 vít

52 - Đai ốc hãm

- Cốt lót

Đường kính lỗ gối trục B bé hơn so với đường kính ngoài trục vít, do đó để

thuận thiện lắp trục vào hộp ta cần thêm cốt lót sao cho D’>da1

b

53

CHƯƠNG 6 DUNG SAI LẮP GHÉP

Căn cứ vào điều kiện làm việc của chi tiết ta chọn cách lắp có dung sai phù hợp  Lắp ghép ổ lăn:

Do vòng trong chịu tải tuần hoàn, vì vậy ta chọn lắp trung gian k6 để vòng trong của ổ không trượt dọc trục làm việc làm cho vòng trong mòn đều trong quá trình làm việc Vòng ngoài của ổ lăn không quay nên chịu tải cục bộ, ta lắp theo hệ thống lỗ Để ổ có thể di chuển dọc trục khi nhiệt đô tăng trong quá trình làm việc, ta chọn kiểu lắp trung gian H7  Lắp ghép bánh răng, bánh vít:

Bánh răng chịu tải trung bình, va đập nhẹ, không yêu cầu tháo lắp thường xuyên, tháo lắp không thuận tiện, cần cố định thêm mối ghép then chọn H7/k6

Bánh vít chịu tải trọng va đập và chấn động, có yêu cầu về độ đồng tâm cao nên chọn H7/n6 để lắp lên trục Thân bánh vít và vành bánh vít cần được cố định chặt với nhau bằng vít nên ta chọn H7/p6

 Lắp ghép ống lót , nắp ổ, thân hộp và nắp điều chỉnh:

Chi tiết cần di chuyển dọc, không quay, mối ghép được cố định khi làm việc, nhưng các chi tiết dễ dàng dịch chuyển với nhau khi điều chỉnh nên ta chọn H7/h6 với ống lót, nắp ổ và H8/h7 với nắp điều chỉnh, thân hộp

 Lắp vòng chắn dầu, bạc lót, bánh tạt dầu và vòng phớt: Để dễ dàng cho tháo lắp, ta chọn kiểu lắp trung gian H7/js6

 Lắp chốt định vị: Để đảm bảo độ đồng tâm và không bị sút, ta chọn kiểu lắp chặt P7/h6  Lắp ghép then:

Theo chiều rộng, chọn kiểu lắp trên trục là P9/h9 và kiểu lắp trên bạc là Js9/h9 Theo chiều cao h, sai lệch giới hạn kích thước then: h11

Theo chiều dài l, sai lệch giới hạn kích thước then: h14

CHƯƠNG 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập một Nhà xuất bản giáo dục, 2003

[2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập hai Nhà xuất bản giáo dục, 2003

[3] Nguyễn Hữu Lộc Giáo trình cơ sở thiết kế máy Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2018

[4] Ninh Đức Tốn Dung Sai và Lắp ghép Nhà xuất bản Giáo Dục