đồ án thiết kế thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn

Xác định các thông số của bộ truyền xích con lăn.. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép.. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép.. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng.. X

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG HCM KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

-oOo -

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Ngành: Kĩ thuật cơ khí

Đề tài:

“THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN”

GVHD: Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Ngô Duy Thái MSSV: 1912045

TP HỒ CHÍ MINH, ngày 19 tháng 12 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ (ME3139) Học kỳ I / Năm học 2022-2023

Sinh viên thực hiện : Ngô Duy Thái MSSV:1912045 Người hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc Ký tên: Ngày hoàn thành : Ngày bảo vệ:

ĐỀ TÀI

Đề số 13: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN Phương án số: 3

T1= T; T2 = 0,4T

YÊU CẦU :

• 01 thuyết minh

• 01 bản vẽ lắp A0 ; 01 bản vẽ chi tiết theo đúng TCVN

NỘI DUNG THUYẾt MINH

1 Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền cho hệ thống truyền động

2 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:

a Tính toán các bộ truyền ngoài (đai, xích hoặc bánh răng) b Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít) c Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực d Tính toán thiết kế trục và then

MỤC LỤC

Chương 1: Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền 5

1.1 Chọn động cơ 5

1.2 Lập bảng đặc tính kỹ thuật 6

Chương 2: Tính toán bộ truyền xích con lăn 8

2.1 Thông số đầu vào 8

2.2 Xác định các thông số của bộ truyền xích con lăn 8

2.3 Xác định giá trị lực dây xích 10

Chương 3: Tính toán bộ truyền bánh răng côn trụ 11

3.1 Thông số đầu vào 11

3.2 Chọn vật liệu và ứng suất cho phép 11

3.3 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép 12

3.4 Xác định ứng suất uốn cho phép 12

3.5 Xác định các thông số hình học 12

3.6 Xác định các giá trị lực 14

3.7 Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc 14

3.8 Kiểm nghiệm ứng suất uốn 15

Chương 4: Tính toán bộ truyền bánh răng nghiêng 17

4.1 Thông số đầu vào 17

4.2 Chọn vật liệu và ứng suất cho phép 17

4.3 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép 18

4.4 Xác định ứng suất uốn cho phép 18

4.5 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 18

4.6 Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc 20

4.7 Kiểm nghiệm ứng suất uốn 21

4.8 Thông số hình học bộ truyền bánh răng 23

Chương 5: Điều kiện bôi trơn và ngâm dầu, xác định các lực tác dụng 25

5.1 Điều kiện bôi trơn và ngâm dầu 25

5.2 Xác định giá trị các lực tác dụng 25

Chương 6: Phác thảo bố trí kết cấu hộp giảm tốc 27

6.1 Xác định đường kính sơ bộ 27

6.2 Xác định khoảng cách sơ bộ giữa hai ổ trục 29

6.4 Thông số sơ bộ kích thước các đoạn trục 31

6.5 Phác thảo hình chiếu bằng hộp giảm tốc 2 cấp côn trụ 32

6.6 Phác thảo hình chiếu đứng hộp giảm tốc 2 cấp côn trụ 32

Chương 7: Sơ đồ tính toán trục và lựa chọn ổ 33

7.1 Sơ đồ tính toán trục và biểu đồ momen 33

9.3 Bảng dung sai lắp ghép bánh răng và then 54

TÀI LIỆU KHAM KHẢO 56

Chương 1: Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền 1.1 Chọn động cơ

1.1.1 Chọn hiệu suất của hệ thống Hiệu suất truyền động:

η = ηknηbr1ηbr2ηđηol4 = 0,98 × 0,96 × 0,95 × 0,92 × 0,9954 = 0,84 với: ηkn = 0,98: Hiệu suất nối trục đàn hồi

ηbr1 = 0,96: Hiệu suất bộ truyền bánh răng côn ηbr2 = 0,95: Hiệu suất bộ truyền bánh răng nghiêng ηx = 0,96: Hiệu suất bộ truyền xích

ηol = 0,995: Hiệu suất ổ lăn 1.1.2 Tính công suất cần thiết

Công suất làm việc:

Plv = 5.7 (kW) Công suất tính toán:

Ptt = Plv√(T1

T )2

t1+ (T2T )

t1+ t2 = 5.7 × √(TT)2× 50 + (0,7TT )2× 40

50 + 40 = 4.51 (kW) Công suất động cơ cần thiết:

Pct =Pηtt =4.510.84 = 5.37 (kW) 1.1.3 Chọn động cơ điện

Động cơ điện phải có thông số thõa mãn: Pđc ≥ Pct = 5.37 (kW), do đó ta chọn động cơ điện có công suất P = 5.5 kW và ψba34 = 0.315

Tra bảng 3.1 của tài liệu (4), ta chọn: Số vòng

quay vg/ph

Tỉ số truyền chung, uch

Tỉ số HGT 2 cấp, uh

Tỉ số truyền cặp bánh

răng nhanh, u12

Tỉ số truyền cặp bánh

răng chậm, u34

Tỉ số truyền

xích, u56

Dạng động cơ Công suất Số vòng quay TmaxTdn

olηx =

0.995 × 0.96 = 4.75 (kW) PII =ηPIII

olηbr2 =0.995 × 0.954.75 = 5.02 (kW) PI =η PI

olηbr1 =

0.995 × 0.96= 5.26 (kW) Pdc = PI

ηkn =5.26

0.98 = 5.37 (kW) 1.2.2 Tính toán số vòng quay trên các trục

nI = nđc = 960 (vg/ph) nII =unI

12 =9604 = 240 (vg/ph) nIII =unII

34 =2567 = 34.29 (vg/ph) 1.2.3 Tính toán moment xoắn trên các trục

Tđc = 9,55 × 103Pđc

nđc = 9,55 × 103×5.37

960 = 53.38 (Nm) TI = 9,55 × 103PI

nI = 9,55 × 103×5.26

960 = 52.31 (Nm) TII = 9,55 × 103PII

nII = 9,55 × 103×5.02240 = 199.86 (Nm) TIII = 9,55 × 103 PIII

nIII = 9,55 × 103×4.75

34.29 = 1322.41 (Nm) Tlv = 9,55 × 103Pct

nlv = 9,55 × 103×4.53

12 = 3591 (Nm)

1.2.4 Bảng đặc tính Trục

Chương 2: Tính toán bộ truyền xích con lăn 2.1 Thông số đầu vào

PIII = 4.75 kW n5 = 60 vg/ph u56 = 2.86

2.2 Xác định các thông số của bộ truyền xích con lăn

Chọn số răng sơ bộ của đĩa xích dẫn theo công thức: z5 = 29 − 2u56 = 29 − 2 × 2.13 = 24.74 Để xích mòn đều ta chọn z1 = 25 răng

Xác định số răng đĩa xích lớn theo công thức:

z6 = u56z5 = 2.13 × 25 = 53.2 ≤ z2max = 120 Vậy số răng đĩa xích lớn, ta chọn z2 = 53 răng

Xác định lại tỉ số truyền bộ truyền xích: u56 =z5

z6 =53

25= 2.12

K = K0KaKdcKbKrKlv = 1 × 1 × 1 × 1.3 × 1.3 × 1 = 1.69 Trong đó: K0 = 1 – Hệ số ảnh hưởng bố trí xích nằm ngang nhỏ hơn 60 độ

Ka = 1 – Hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục, (30 ÷ 50)pc Kdc = 1 – Hệ số xét đến ảnh hưởng của trục điều chỉnh lực xích

Kb = 1.3 – Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn Kr = 1.3 – Hệ số tải trọng va đập nhẹ

Klv = 1 – Hệ số xét đến chế độ làm việc 1 ca Tính công suất tính toán Pt theo công thức:

Pt =KKzKKnPIII

x =1.69 × 1 × 1.96 × 4.751.7 = 9.24 ≤ [P] = 10.5 Trong đó:

[P] = 10.5 – Công suất cho phép của bộ truyền 1 dãy có pc = 38.1 Kz = 1.19 – Hệ số răng đĩa xích

Kz =zz055 =25z

5 =2525= 1

Kx = 1.7 – Hệ số xét đến số dãy xích x = 2 Kn = 1.46 – Hệ số số vòng quay

Ft =1000Pv III

5 =1000 × 4.750.41 = 11711 N Tính toán kiểm nghiệm bước xích theo công thức

pc = 38.1 ≥ 600√z PIIIK5n5[p0]Kx

= 600 × √3 25 × 25.54 × 35 × 34.75 × 1.69 = 35.73 (TM) Trong đó:

[p0] = 35 Mpa – Áp suất cho phép trong bản lề xích Chọn sơ bộ khoảng cách trục a = 40pc = 40 × 31.75 = 1524 mm Xác định số mắt xích:

X = 2ap

c +z1+ z2 2+ (z22π− z1)2pca

=2 × 127031.75 +25 + 532 + (53 − 252π )2×31.751270 = 119.5 Ta chọn X = 120

Chiều dài xích

L = Xpc = 120 × 38.1 = 4572 (mm) Tính lại khoảng cách trục a theo công thức:

2] = 1534 (mm)

Để xích không chịu lực căng quá lớn, khoảng cách trục a giảm bớt lượng ∆a = 5 mm, do đó a = 1529 mm

Các thông số hình học của bánh dẫn và bánh bị dẫn như sau:

Fv = qmv2 = 11.0 × 0.412 = 1.23 N

F0 = Kfaqmg = 6 × 1.28 × 11.0 × 9.81 = 990 N Trong đó: g = 9.81 m/s2 – Gia tốc trọng trường

Kf = 6 – Hệ số phụ thuộc vào độ võng của xích nằm ngang qm = 11.0 kg – Khối lượng 1 m xích con lăn 2 dãy

Kiểm tra xích theo hệ số an toàn: s = F Q

5+ Fv+ F0 =

11711 + 1.23 + 990 = 20.0 ≥ [s] = 7.5 (TM) Dựa vào Bảng 5.2 của tài liệu (1), ta có:

Q = 254 kN – Tải trọng phá hủy của xích con lăn 2 dãy

[s] = 7.5 – Hệ số an toàn cho phép với pc = 38.1 và n = 49.94 vg/ph Kiểm tra số lần va đập của xích trong một giây theo công thức:

i =4vL =n15X5z5 =4 × 0.414.57 = 0.35 ≤ [i] = 20 (TM) Lực tác dụng lên trục:

Fr = KmFt = 1.15 × 11711 = 13468 N

Trong đó: Km = 1.15 – Hệ số trọng lượng xích nằm ngang

Chương 3: Tính toán bộ truyền bánh răng côn trụ 3.1 Thông số đầu vào

PI = 5.26 kW n1 = 960 vg/ph u12 = 5.0

Lh = 5 × 219 × 1 × 8 = 8760 (h)

3.2 Chọn vật liệu và ứng suất cho phép

Ta chọn vật liệu như sau:

Vật liệu Nhiệt luyện Độ rắn, HB

(MPa) sH σOFlim(MPa) SFBánh dẫn z1 Thép C45 Thường hóa 250 570 1.1 450 1.75 Bánh bị dẫn z2 Thép

C45 Thường hóa 235 540 1.1 423 1.75 Xác định số chu kỳ làm việc cơ sở:

NHO1 = 30HHB2.41 = 30 × 2502.4 = 1.71 × 107 chu kỳ NHO2 = 30HHB2.42 = 30 × 2352.4 = 1.47 × 107 chu kỳ NFO1 = NFO2 = 5 × 106 chu kỳ

Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Đối với bộ truyền làm việc với chế độ tải trọng thay đổi nhiều bậc: NHE1 = 60c ∑ (TTi

= 60 × 1 × [(TT)3× 50 + (0.4TT )3× 40] × 960 × 8760 = 2.65 × 1010 chu kỳ

NHE2 =NHE1

u12 =2.65 × 1010

5.0 = 0.53 × 1010 chu kỳ Trong đó:

c = 1 – Số lần ăn khớp của răng trong mỗi vòng quay của bánh răng mH = 6 – Bậc đường cong mỏi

Tương tự ta có:

NFE = 60c ∑ ( Ti

= 60 × 1 × [(TT)6× 50 + (0.4TT )6× 40] × 960 × 8760 = 2.53 × 1010 chu kỳ

NFE2 =NuFE1

12 =2.53 × 105.0 10 = 0.51 × 1010 chu kỳ Do NHE1 > NHO1; NHE2 > NHO2; NFE1 > NFO1; NFE1 > NFO1 nên KHL1 = KHL2 = KFL1 = KFL2 = 1

3.3 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép sơ bộ được xác định theo công thức: [σH1] = σOHlim10.9KHL1

sH1 =570 × 11.1 = 466 MPa [σH2] = σOHlim20.9Ks HL2

H2 =540 × 11.1 = 442 MPa Ứng suất tiếp xúc cho phép tính toán:

[σH] = Min{[σH1], [σH2]} = Min{[σH1], [σH2]} = 442 MPa

3.4 Xác định ứng suất uốn cho phép

Ứng suất uốn cho phép tính theo công thức sau: [σF1] = σOFlim1KFL1

sF1 =450 × 1

1.75 = 257 MPa [σF2] = σOFlim2KsFL2

F2 =423 × 11.75 = 242 MPa

3.5 Xác định các thông số hình học

Chọn hệ số chiều rộng bành răng ψbe = 0.285 ψbeu12

= 950 × √3 0.85 × (1 − 0.5 × 0.285)70.23 × 1.342× 0.285 × 5.0 × 4422 = 77.42 mm Chiều dài côn ngoài Re xác định sơ bộ theo công thức:

Re ≥ 475√u122+ 1√0.85(1 − 0.5ψTIKHβ

= 475 × √52+ 1√3 0.85 × (1 − 0.5 × 0.285)70.23 × 1.342× 0.285 × 5.0 × 4422 = 197.4 mm Số răng bánh dẫn được xác định theo công thức:

z1 = √(22 − 9 log u12)2+(6.25 − 4 log u12)de12645

Xác định mô đun vòng trung bình mm theo công thức

mm = me(1 − 0.5ψbe) = 4 × (1 − 0.5 × 0.285) = 3.86 Tính toán lại tỷ số truyền

u12 =zz2

1 =8517= 5.0 Kiểm tra sai số tỉ số truyền

∆u = 0 %

Xác định góc mặt côn chia δ1 và δ2 theo công thức: δ1 = arctan (u1

12) = arctan (5.01) = 11°18′

Thông số hình học Kết quả (mm) Đường kính vòng chia ngoài Bánh dẫn de1 76.5

Đường kính vòng chia trung bình Bánh dẫn dm1 65.6

3.6 Xác định các giá trị lực

Tính vận tốc vòng v theo đường kính vòng chia trung bình v1 =πd60000m1n1 =π × 65.6 × 71560000 = 2.46 m/s Dựa vào B6.13 của tài liệu (1), ta chọn cấp chính xác là 9 Xác định giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền theo công thức

Fn1 =cos αFt1 =cos 20°2141 = 2279 N Ft1 =2Td1 103

m1 =2 × 1065.63× 70.23 = 2141 N

Fr1 = Ft1tan α cos δ1 = 2141 × tan 20° × cos 11°18′ = 764 N Fa1 = Ft1tan α sin δ1 = 2141 × tan 20° × sin 11°18′ = 152 N Với bánh bị dẫn, lực tác dụng có hướng ngược lại, do đó:

Fa2 = Fr1 = 765 N Fr2 = Fa1 = 152 N Ft2 = Ft1 = 2279 N

3.7 Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc

Xác định hệ số KH theo công thức, các hệ số được tra trong tài liệu (3): KH = KHβKHVKHα = 1.34 × 1.06 × 1.03 = 1.46 Trong đó:

KHV = 1.06; KFv = 1.11 (B6.5) KHα = 1.13 (B6.11)

KFα = 1

= 420.5 MPa Trong đó:

ZM = 190 MPa1 2⁄ – Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp ZH = 2.49 – Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

𝑍𝐻 = √ 4

sin 2𝛼 = √4

sin 40°= 2.49

Zε = 0.88 – Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng với bánh côn thẳng Zε = √4 − ε3 α = √4 − 1.653 = 0.88

εα = 1.88 − 3.2 (z11+z1

2) = 1.88 − 3.2 × (171 +851) = 1.65 Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định theo công thức:

Kl = 1 – Hệ số xét đến ảnh hưởng điều kiện bôi trơn

KxH = 1.02 - Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng KxH = √1.05 −d10m14 = √1.05 −65.6104 = 1.02

Như vậy σH = 483 MPa < [σH] = 486 MPa, do đó điều kiện bền tiếp xúc được thỏa

3.8 Kiểm nghiệm ứng suất uốn

Xác định số răng zv1 và zv2tương đương theo công thức:

zv1 =cos δz1

1 =cos 11°03′17 = 17.3 zv2 = z2

cos δ2 = 85

cos 78°41′= 444 Hệ số dịch chỉnh đối với bánh răng côn răng thẳng:

xe1 = 2.6u120.14z1−0.67 = 2.6 × 5.00.14 × 17−0.67 = 0.49 Dựa vào bảng 5.12 tài liệu (4), ta chọn x1 = 0.49, x2 = −0.49 Xác định hệ số YF1 và YF2:

YF1 = 3.47 +13.2z

v1 −27.9xz

v1 + 0.092x12= 3.47 +13.2

27.9 × 0.49

17.3 + 0.092 × 0.492 = 3.46 YF2 = 3.47 +13.2

zv2 −27.9x

zv2 + 0.092x22

= 3.47 +13.2444 −27.9 × (−0.49)444 + 0.092 × (−0.49)2 = 5.04 Xác định bánh răng có độ bền cho phép thấp hơn:

YF1 = 257

3.46 = 74.3 [σF2]

KF = 1.68 – Hệ số tải trọng tính

KF = KFvKFβ = 1.11 × 1.51 = 1.68 mm = 3.86 - Mô đun chia trung bình Như vậy, điều kiện uốn được thỏa

Chương 4: Tính toán bộ truyền bánh răng nghiêng 4.1 Thông số đầu vào

PII = 5.26 kW n3 = 143 vg/ph u34 = 5.6

TII = 335.43 Nm

Lh = 5 × 219 × 1 × 8 = 8760 (h)

4.2 Chọn vật liệu và ứng suất cho phép

Ta chọn vật liệu như sau:

Vật liệu Nhiệt luyện Độ rắn, HB

(MPa) sH σOFlim(MPa) SFBánh dẫn z3 Thép C45 Thường hóa 250 570 1.1 450 1.75 Bánh bị dẫn z4 Thép

C45 Thường hóa 220 510 1.1 396 1.75 Xác định số chu kỳ làm việc cơ sở:

NHO3 = 30HHB2.43 = 30 × 2502.4 = 3.83 × 107 chu kỳ NHO4 = 30HHB2.44 = 30 × 2202.4 = 2.64 × 107 chu kỳ NFO3 = NFO4 = 5 × 106 chu kỳ

Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Đối với bộ truyền làm việc với chế độ tải trọng thay đổi nhiều bậc: NHE3 = 60c ∑ (TTi

= 60 × 1 × [(TT)3× 50 + (0.4TT )3× 40] × 143 × 8760 = 395 × 107 chu kỳ

NHE4 =NuHE3

34 =39.5 × 105.6 7 = 70.5 × 107 chu kỳ Trong đó:

c = 1 – Số lần ăn khớp của răng trong mỗi vòng quay của bánh răng mH = 6 – Bậc đường cong mỏi

Tương tự ta có:

NFE = 60c ∑ ( Ti

= 60 × 1 × [(TT)6× 50 + (0.4TT )6× 40] × 143 × 8760 = 377 × 107 chu kỳ

NFE4 =NuFE4

34 =377 × 105.6 7 = 67.3 × 107 chu kỳ Do NHE3 > NHO3; NHE4 > NHO4; NFE3 > NFO3; NFE4 > NFO4 nên KHL3 = KHL3 = KFL4 = KFL4 = 1

4.3 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép sơ bộ được xác định theo công thức: [σH3] = σOHlim30.9Ks HL3

H3 =770 × 11.1 = 630 MPa [σH4] = σOHlim40.9Ks HL3

H4 =670 × 11.1 = 548 MPa Với bánh răng trụ răng nghiêng ta chọn:

[σH] = √0.5([σH3]2+ [σH4]2) = √0.5 × (6302+ 5482) = 590 MPa Giá trị [σH] thỏa điều kiện:

[σH2] = 548 MPa < [σH] = 590 MPa < 1.25[σH2] = 685 MPa

4.4 Xác định ứng suất uốn cho phép

Ứng suất uốn cho phép tính theo công thức sau: [σF3] = σOFlim3KsFL3

F3 =630 × 11.1 = 360 MPa [σF4] = σOFlim4KFL4

sF4 =540 × 11.1 = 309 MPa

4.5 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Xác định hệ số ψbd như sau: ψbd =ψba(u34+ 1)

= 430 × (5.6 + 1)√3 2 × 100.315 × 5903× 335.43 × 1.182× 5.6 = 245 𝑚𝑚 Theo dãy tiêu chuẩn R10, ta chọn aw = 250 𝑚𝑚

Ta chọn mô đun m theo khoảng cách trục aw

m = (0.01 ÷ 0.02)aw = (2.5 ÷ 5.0) 𝑚𝑚 Theo tiêu chuẩn ta chọn m = 3.0

2awcos 8°

m(u34+ 1) ≥ z3 ≥

2awcos 20°m(u34+ 1)2 × 250 × cos 8°

3.0 × (5.6 + 1) = 25.01 ≥ z3 ≥

2 × 250 × cos 20°

3.0 × (5.6 + 1) = 23.73 Ta chọn 𝑧3 = 24 răng

Số răng của bánh bị dẫn là:

z4 = u34z3 = 5.6 × 24 = 134.4 Vậy ta chọn z4 = 134 răng

Tỉ số truyền sau khi chọn bánh răng u34 =zz4

3 =13424 = 5.62 Kiểm tra sai số

∆u = |5.58 − 5.65.6 | = 0.36 % Góc nghiêng răng

β = arccos𝑚(z2a3+ z4)

w = arccos3.0 × (24 + 134)2 × 250 = 18°33′ Đường kính vòng chia của bánh dẫn là:

d3 =cos βz3m =cos 18°33′24 × 3.0 = 76 mm Khoảng cách tâm theo công thức:

a = m(z2 cos β3+ z4)=3.0 × (24 + 134)2 × cos 18°33′ = 250 mm Vận tốc vòng của bánh dẫn là:

v3 =60000πd3n3 =π × 76 × 14360000 = 0.57 m/s Ta chọn cấp chính xác là 9

d3 =2 × 103× 335.43

Fa3 = Fa4 = Ft3tan β = 8833 × tan 18°33′ = 2914 N Fr3 = Fr4 = Ft3tan αcos β𝑛𝑤 = 13876 ×cos 18°33′tan 20 ° = 3048 N Fn3 = Fn4 =cos β cos αFt3 =cos 18°33′ cos 20°13876 = 9915 N

4.6 Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc

Xác định hệ số KH theo công thức, các hệ số được tra trong tài liệu (3): KH = KHβKHVKHα = 1.18 × 1.02 × 1.13 = 1.54 Trong đó:

KHV = 1.02; KFv = 1.04 (B6.5) KHα = 1.13 (B6.11)

KFα = 1 – Hệ số phân bố không đều giữa các bánh răng KHβ = 1.18; KFβ = 1.27 (B6.4[3])

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng bánh răng côn phải thõa mãn điều kiện sau, các hệ số được tra trong bảng của tài liệu (1):

σH = ZHZMZε√𝐹𝑡3KH(𝑢34+ 1)dw3b𝑤3u34

≤ [σH]

= 2.43 × 190 × 0.78√8833 × 1.54 × (5.6 + 1)48.35 × 85 × 5.6

= 489 MPa Trong đó:

ZM = 190MPa1 2⁄ (B6.5) – Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp

ZH = 2.43 (B6.12) – Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc 𝑍𝐻 = √sin 2𝛼4 cos 𝛽

𝑤 = √4 cos 18°33′sin 40° = 2.43

Zε = 0.78 – Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng với bánh răng nghiêng Zε = √ε1

α = √1.661 = 0.78 εα = [1.88 − 3.2 (z1

2)] cos 𝛽

= [1.88 − 3.2 × (241 +1341 )] cos 18°33′ = 1.63 Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định theo công thức:

[σH] = σOHlimKHLZRsZVKlKxH

H = 7701 × 1 × 0.8 × 1 × 1.021.1 = 574 MPa Trong đó:

ZR = 1 – Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

Zv = 0.92 – Hệ số xé đến ảnh hưởng của vận tốc vòng khi HB < 350 Zv = 0.85v32 = 0.85 × 0.572 = 0.8

Kl = 1 – Hệ số xét đến ảnh hưởng điều kiện bôi trơn

KxH = 1.02 - Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng KxH = √1.05 − d1

104 = √1.05 − 76

104 = 1.02

Như vậy σH = 489 MPa < [σH] = 574 MPa, do đó điều kiện bền tiếp xúc được thỏa

4.7 Kiểm nghiệm ứng suất uốn

Số răng tương đương:

zv3 =mcosd32β=3.0 × cos76218°33′= 28.17

zv4 =mcosd42β=3.0 × cos424218°33′= 157.28 Trong B5.9[4], ta chọn hệ số dịch chỉnh x1 = 0.75, x2 = 2.43 Xác định hệ số YF3 và YF4:

YF3 = 3.47 +13.2z

v3 −27.9xz 3

v3 + 0.092x32

= 3.47 +28.1713.2 −27.9 × 0.7528.17 + 0.092 × 0.752 = 3.25 YF4 = 3.47 +13.2z

v4 −27.9xz 4

v4 + 0.092x42

= 3.47 +157.2813.2 −27.9 × 2.43157.28 + 0.092 × 2.432 = 3.67 Xác định bánh răng có độ bền cho phép thấp hơn:

YF3 = 360

3.25 = 110.8 [σF4]

YF4 =3.67309 = 84.3 Vậy ta tính [σF] = [σF4] = 360 MPa

Kiểm nghiệm giá trị ứng suất uốn tại chân răng theo công thức: σF =YFFtKF𝑌𝜀𝑌𝛽

bwmm ≤ [σF]

σF =3.67 × 8833 × 1.32 × 0.61 × 0.5985 × 3.0 = 60.4 MPa < 309 MPa Trong đó:

KF = 1.68 – Hệ số tải trọng tính

KF = KFβKFvKFα = 1.27 × 1.04 × 1.0 = 1.32 Yε = 0.61 - Hệ số xét đến ảnh hưởng trùng ngang

4.8 Thông số hình học bộ truyền bánh răng

Kết quả thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng như sau:

Chiều dài côn ngoài Re 195 Đường kính vòng chia ngoài

Mô đun vòng chia ngoài me 4.5 Bánh dẫn de1 76.5

Thông số Giá trị cho phép Giá trị tính toán Nhận xét

Kết quả thiết kế bộ truyền bánh răng nghiêng như sau:

Vật liệu Thép C45 Đường kính vòng đáy

Thông số kiểm nghiệm

Thông số Giá trị cho phép Giá trị tính toán Nhận xét

Chương 5: Điều kiện bôi trơn và ngâm dầu, xác định các lực tác dụng 5.1 Điều kiện bôi trơn và ngâm dầu

Điều kiện bôi trơn ngâm dầu trong hộp giảm tốc côn – trụ

Mức dầu thấp nhất ngập (0.75 ÷ 2) chiều cao ℎ2 của bánh răng 2

Khoảng cách giữa mức dầu thấp nhất và cao nhất hmax − hmin = 10 … 15 Mức dầu cao nhất không được ngập quá 1/3 bánh kính bánh răng 4

Tổng hợp 3 điều kiện trên thì để đảm bảo điều kiện bôi trơn phải thõa như sau: H = 1

2dae2− 10 − (10 … 15) = (166.5 ÷ 171.5) >1

3da4 = 143.3 Như vậy, hộp giảm tốc côn – trụ thõa mãn điều kiện bôi trơn

Lượng dầu bôi trơn

VM = (0.3 ÷ 0.7)P = (0.3 ÷ 0.7) × 5.26 = (1.58 ÷ 3.68) lít HGT Công suất

Tỉ số truyền

HGT u12 u34 Hệ số ψbe

Hệ số ψba34

Đường kính dae2

Đường kính

Điều kiện

bôi trơn Côn

trụ 5.26 27.9 5.0 5.58 0.285 0.315 383.4 430 Thõa mãn

5.2 Xác định giá trị các lực tác dụng

Lực tác dụng lên trục bộ truyền xích

Fr = KmFt = 1.15 × 11711 = 13468 N Chọn trục đàn hồi có kích thước sau:

Lực tác dụng lên trục từ nối trục vòng đàn hồi

Frk = (0.2 ÷ 0.3)Ft = (0.2 ÷ 0.3) × 1672 = (334 ÷ 502) N Trong đó:

Ft = 1672 – Lực vòng đi qua đường tròn qua các tâm chốt Ft =2 10D 3TI

0 =2 × 10384× 70.23 = 1672 N Ta chọn Frk = 500 N

Bảng giá trị các lực tác dụng

Chương 6: Phác thảo bố trí kết cấu hộp giảm tốc 6.1 Xác định đường kính sơ bộ

6.1.1 Chọn vật liệu và ứng suất xoắn cho phép

Trục Vật liệu Ứng suất uốn cho phép [𝜎] Ứng suất xoắn cho phép [𝜏] Moment xoắn

Xác định đường kính trục sơ bộ: dI = 𝑑1 = 10√π[τ]16TI

= 10√3 π × (20 ÷ 25)16 × 70.23 = (24.28 ÷ 26.15) mm dII = 10√π[τ]16TII

= 10√3 π × (10 ÷ 15)16 × 335.43 = (48.47 ÷ 55.49) mm dIII = 10√π[τ]16TIII

= 10√3 π × (20 ÷ 25)16 × 1775.54 = (70.25 ÷ 76.75) mm Theo tiêu chuẩn ta chọn 𝑑𝐼 = 25 𝑚𝑚; 𝑑𝐼𝐼 = 50 𝑚𝑚; 𝑑𝐼𝐼𝐼 = 70 𝑚𝑚

6.1.2 Xác định sơ bộ kích thước các đoạn trục

Đối với trục I

Xác định đường kính trục sơ bộ: dI = 𝑑1 = 25 mm Chiều dài đoạn lắp nối trục đàn hồi

𝑙1 = (1.0 ÷ 1.5)𝑑1 = (1.0 ÷ 1.5) × 25 = (25 ÷ 37.5) 𝑚𝑚 Ta chọn 𝑙1 = 30 𝑚𝑚

Kính thước lắp vòng chắn dầu với 𝑡 = 3.5 d = d1+ 2t = 25 + 2 × 3.5 = 32 l2 ≈ 0.6d4 = 0.6 × 36 = 21.6 Kính thước lắp bánh răng với 𝑟 = 3.5

𝑑3 = 𝑑4+ 3.2𝑟 = 36 + 3.2 × 3.5 = 47.2 Chọn 𝑑3 = 45 𝑚𝑚

Kích thước vị trí lắp ổ