9 CHƯƠNG III THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG .... 11 III.1 Bộ truy n c p nhanh Bềấộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng ..... Tính số răng đĩa lớn Z2=ux... Tính công su t tính toán ấPt =
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN
chọn động cơ điện
Công suất tương đương Pt = 10kw
Hiệu su t của chu trình ấ Ƞ=Ƞxh*br 4 *ol 3 *Ƞkn =0,9 0,99∗ 4 ∗ 0,97 3 ∗ ≈ 1 0,79
xh: hi u su t c a xích hệ ấ ủ ở 0.9
br :hi u suệ ất bánh răng trụ: 0,97
ol :hiệu su t mấ ột cặp ổ lăn: 0,99
0.79≈ 11.66 KW Số vòng quay c n thi t cầ ế ủa động cơ 𝑛𝑠𝑏= 𝑛 × 𝑢𝑙𝑣 𝑡
𝑛 𝑙𝑣 : s vố òng quay tr c công tụ ác 𝑛 𝑙𝑣 = 30 (vg/ph) 𝑢 = 𝑢𝑡 đ× 𝑢ℎ𝑔𝑡
𝑢 =𝑥 2.5 : t s ố truyền b truyền xích ộ 𝑢ℎ𝑔𝑡= 10: t s truy ố ền h p gi m t c 2 c p nón tr (ộ ả ố ấ ụ tra bảng 2.4/T21)
⇒ 𝑛 𝑠𝑏 = 30 × 25 = 750 (vg/ph) Chọn động cơ thoả mản các điều ki n sau ệ
{Pdc ≥ Pct ndc ≈ nsbTra bảng P1.1 trang 234 , ta chọn động cơ: 4A160M8Y3 Động cơ có các thông số kỹ thu t sau: ậ Pdc = ( Kw ) 15 ncd = 730 ( vg/ph ) ta có u = nt 30 (vg/ph) uch = 730
phân phối t s ỷ ố truyền
Ta có : u = uch hgt*uxh
10 ≈ 2.5 Công su t các trấ ục:
P1 =Pct ∗ Ƞ ∗ Ƞ kn = 11.66 * 0,99 * 1 = 11.55 (kw) P2 =P1 ∗ Ƞ ol ∗ Ƞ 2 br = 11.55 0,99 ∗ ∗ 0.97 2 76 (kw) P3 =P2 ∗ Ƞ br ∗ Ƞ ol = 10.76*0,99*0,97 34 (kw) P4 =P3 ∗ Ƞ ol∗ Ƞxh = 10.34*0,99* 0,9 =9.22 (kw) Số vòng quay c a các tr c : ủ ụ n1 = ndc = 730 (vg/ph) n2 = u n 1 d = 3.58 730 ≈ 204 (vg/ph) n3 = u n 2
Momen xo n trên các tr c: ắ ụ
TRỤC TS Động cơ I II III IV
TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH H Ở
Công su t truyấ ền: P = 10.34 kW Số vòng quay tr c d n: n = 73.2 vg/ph ụ ẫ T s truyố ền: u = 2.5
1 Chọn s răng đĩa dẫn theo công thố ức Z1 = 29- 2ux )-2.2.5= 24 Chọn Z1$> 19 răng 2 Tính số răng đĩa lớn
3 Xác định điều kiện s d ng xích theo công th c ử ụ ứ
K = Kr Ka Ko Kđc.Kb.Klv Kr h sệ ố chịu t i trả ọng động cơ chịu va đập nhẹ :1,2 Ka ảnh hưởng kho ng cách tr c a (30÷50)p : 1 ả ụ c
Ko hai tâm đĩa xích hợp với phương ngang 1 góc < 60 o : 1 Kđc ảnh hưởng lực căng xích trục điều chnh được: 1 Kb điều kiện bôi trơn nhỏ giọt :1
Klv : chế độ làm vi c 2 ca 1 ngày :1,25 ệ K=1,2.1,25.1.1.1.1= 1,5
+ ch n xích 2 dãy Kọ x = 2,5 +hệ ố s Kn =n01/n3P/73.09 2.8 +hệ ố s Kz =Z01/Z1%/24=1
4 Tính công su t tính toán ấ Pt =(𝐾 𝑧 𝐾 𝑛 𝐾 𝑃) 𝐾/ 𝑥 =( 1.05 2.8 1.5 10.34 2.5* * * )/ = 18.24 kW
Theo bảng ch n n P v/p (5.5/81 tr nh ch t) ọ 01 ị ấ chọn bước xích pc= 31.75 mm 5 Theo b ng sả ố vòng quay t i h n (5.8/83) ớ ạ ứng bước xích pc= 31.75 là 400 v/p => n< nth
6 Xác định vận t c trung bình ố v = 60000 π d n = n 𝑝 60000 𝑐 𝑍 1 = 73 2∗ ∗ 31 75 24
60000 = 0.93 m/s lực vòng có ích:Ft = 1000.𝑃
0.93 = 11118.28 N lực tác d ng lên tr c:Fụ ụ r=km.Ft = 1.15.11118.28 12787 N với km = 1.15 đường n i tâm h p vố ợ ới đường ngang góc < 40 0 7 Chọn kho ng cách trả ục sơ bộ a = (30 ÷ 50)p c a = 40 31.75 1270= mm Số mắt xích tính teo công th c ứ
Chi u dài xích L= p X = 31.75.134 4254.5 mm ề c Tính chính xác kho ng cách tr c a ả ụ a = 0,25p [X - c 𝑍 1 +𝑍 2
= 1457.66 mm 8 Số lần va đạp trong 1 giây
I = [ ]𝑖.𝑋 𝑍.𝑛 = 24 73 20 134 ∗ 2 ∗ = 1.18 < [𝑖] Theo bảng 5.9/85 với pc = 31.75 chọn [i] = 20 9 Đường kính đĩa xích d1 = 𝑝 π 𝑐𝑍1 = 31 75 24 ∗ π = 242 mm dα1 = d + 0,7p1 c = 242 + 0,7 31.75 264 = mm d2 = 𝑝 𝑐𝑍2 π = 31 75 60 ∗ π = 606mm dα2 = d + 0,7p2 c = 606+ 0,7.31.75 = 628 mm
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
chọn và tính thông số ban đầu c ủa các tr c ụ
- V t li u ch t o tr c là thép C45 tôi c i thiậ ệ ế ạ ụ ả ện
- Ứng su t xoấ ắn cho phép:
[τ]= 15÷ 30 MPa Đối với trục vào c a h p gi m t c l y tr sủ ộ ả ố ấ ị ố nhỏ, trị s l n i vố ớ đố ới trục ra
Tính thi kết ế trục tiến hành theo các bước:
- Tính sơ bộ đường kính trục.
- Xác định khoảng cách gi a các gữ ối đỡ và điểm đặt lực
- Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục
Xác định đường kính sơ bộ trục
TRỤC TS Động cơ I II III IV
T (N.mm) 152539 151100 503716 1349003 3005154 theo công th c 10.9/188 ứ d ≥ 3 √ 0.2∗𝜏 𝑀 𝑡𝑑 mm trục 1 T11100 N.m [𝜏]MPa d1 ≥ 36.93014985 mm chọn d1@ mm trục 2 T2P3716 [𝜏]MPa d2 ≥ 55.16811737 mm chọn d2= 60 mm trục 3 T349003N.m [𝜏]MPa d3 ≥ 76.61207414mm chọn d3 mm do l p n i trắ ố ục vào đầu vào c a tr c dủ ụ ộng cơ nên ta không cần tính toán dường kính trục động cơ điện theo b ng 10.2 trang 189 ch n chi u rả ọ ề ọng ổ lăn b1#mm ; b21mm ; b39mm theo bảng 10.3 trang 189 ch n ọ k1 = 10 ; k2 = 10 ; k3 = 15 ; hn = 20
trục trung gian
sơ đồ tính kho ng cách trả ục
Chiê dài mayer bánh răng nối trục Lm = (1,2 ⟶1,5) d2= (1,2 ⟶ 1,5).60 = 72⟶ 90mm
Chọn lm22 = lm24 = 50 mm , lm23 = 80 = lm31 cho phù h p vợ ới b rề ộng bánh răng )
Ta có k1 = 10 mm k2 = 10 mm xác định các kho ng cách sau ả l22 = 0,5.(lm22 + b ) + k0 1 + k = 0,5(2 50+31)+10 10 65.5mm + Chọn l22 = 70mm l23 = l22 + 0,5.(lm22 + lm23) + k1 = 70 + 0,5( 50+ 80) + 10 = 155 mm
trục ra
Chiều dài mayer bánh răng lm31 = (1,2 ⟶ 1,5).d = (1,2 3 ⟶ 1,5).80 = 96⟶120 mm
Xác định các khoảng cách l32 = l23 = 155 mm l31 = 2l32 = 310 mm lc33 = 0.5(lm33+b3) + k + h =0.5( 3 n 80+39) + 15 + 20 = 94.5 mm lấy lc33= 100 mm
trục vào
sơ đồ khoảng cách trục l12 = l22 = 70 mm l13 = l24 = 240 mm l11 = l21 = 310 mm lm1d=(1.4⟶2.5) d =(1.2 1 ⟶1.5)40 = 56⟶ 100 mm lấy lm1d `mm l1d = 0.5(lm1d+b1) + K3+hn = 0.5(60+23) + 15 + 20 = 76.5 mm lấy l1d = 80mm
tính toán thi t k ế ế ụ tr c
IV.5.1 Trục vào lực vòng
Ftl = 1937 N lực d c tr c ọ ụ Fal 91 N lực hướng tâm Frl0 N v y M = Fậ al al*d191 78/2= 58149 N.mm * các số liệu được tính trong phần bánh răng ta có
CA= 80 mm AD= mm 80 AE= 240 mm AB 10 mm trong mặt ph ng yOz ẳ ∑ 𝑀 𝑎 =0
Ft1*AD + F * AE + F *AC = R *AB t1 dc by
∑ 𝐹 𝑦 = 0 => RAy= 890N trong mặt ph ng xOy ẳ
Fr1*AD +Fr *AE =R *AB 1 Bx
∑ 𝐹𝑥= 0 => RAx= 1937 N tính đường kính tại các đoạn trục với [𝜎]U tại A Mtd =√𝑀𝑥2+ 𝑀 𝑦2 + 0.75𝑇 2 = 132103 N.mm da= 3 √ 0.1[𝜎] 𝑀 𝑡𝑑 = 28.86 mm theo tiêu chu n ch n dẩ ọ a = 30 mm tại C Mtd =√𝑀𝑥2+ 𝑀𝑦2+ 0.75𝑇 2 = 181363.2 N.mm dc= 3 √ 0.1[𝜎] 𝑀 𝑡𝑑 = 32.74 mm theo tiêu chu n ch n dẩ ọ c = 35mm tại D Mtd =√𝑀𝑥2+ 𝑀 𝑦2 + 0.75𝑇 2 = 62300 N.mm dd= 3 √ 0.1[𝜎] 𝑀 𝑡𝑑 = 32.74 mm theo tiêu chu n ch n dẩ ọ d = 30 mm tại B ch n bọ ằng t i A dạ b=da0 mm
IV.5.2 trục trung gian lực vòng Ft2=Ft1= 1937 N lực hướng tâm Fr2= Fr1 = 890 N lực d c tr c ọ ụ Fa2 = Fa1 = 1491 N
2 = 208740 N các số liệu tính ở phần bánh răng Ft3 = 7632 N lực hướng tâm Fr3 = 2778 N AC = 50 mm AD = 155 mm AE = 240 mm AB = 310 mm trong mặt ph ng yOz ẳ
Fr2*AC + F *AE -F * AD -R * AB = 0 r2 r3 by
Ray = 1879 N trong mặt ph ng xOz ẳ
Fr2*AC+ F *AE +F *AD =R *AB t2 t3 bx
Rbx = 2880 N =Rax đường kính tại các đoạn trục là với [𝜎]P tại C và D :M =td √𝑀2 𝑥+ 𝑀𝑦2+ 0.75𝑇 2 = 451664 N.mm dd=dc= 3 √ 0.1[𝜎] 𝑀 𝑡𝑑 = 44.87 mm theo tiêu chu n ch n dẩ ọ d = dc = 45 mm tại E Mtd =√𝑀𝑥2+ 𝑀𝑦2+ 0.75𝑇 2 = 663480 N.mm de= 3 √ 0.1[𝜎] 𝑀 𝑡𝑑 = 51.01 mm theo tiêu chu n ch n dẩ ọ e = 55 mm tại A và B ta ch n d = dọ a b = 45 mm
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 41
IV.5.3 trục ra tải tr ng lên trọ ục Ft3=Ft4v32 N Ftxh = 12787 N lực hướng tâm Fr4 = F = 2778 N r3
AD 5 mm AB = 310 mm AC = 410 mm trong mặt ph ng yOz ẳ
Rbx = 1389 N = R ax trong mặt ph ng xOz ẳ
∑ 𝑀 𝑎 =0 Ft4*AD + F *AC = R *AB txh bx
Ray= 7941 N đường kính tại các đoạn tr c là ụ với [𝜎]= 50 tại B :Mtd =√𝑀𝑥2+ 𝑀𝑦2+ 0.75𝑇 2 = 1732068 N.mm da=db= 3 √ 0.1[𝜎] 𝑀 𝑡𝑑 = 70.24 mm theo tiêu chu n ch n d = dẩ ọ a b= 75mm tại D Mtd =√𝑀𝑥2+ 𝑀 𝑦2 + 0.75𝑇 2 = 1710618 N.mm
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 42 dd= 3 √ 0.1[𝜎] 𝑀 𝑡𝑑 = 69.95mm theo tiêu chu n ch n dẩ ọ d = 70 m
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 43
IV.6 kiểm nghi m tr c theo hệ ụ ệ số an toàn
IV.6.1 v t li u trậ ệ ục thép C45 tôi c i thiả ện 𝜎𝑏0 MPa ta có
IV.6.2 điều ki n ki m tra tr c v a thi t kệ ể ự ừ ế ế ề độ v b n m ề ỏi
Khi xác định đường kính trục theo công th c d=ứ 3 0.1[𝜎] √ 𝑀 𝑡𝑑 ta chưa xét đến 1 số yếu t ảnh hưởng ố đến độ bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi chu kỳ ứng su t, y u tấ ế ố kích thước chất lượng bề mặt , vì vậy sau khi định k t c u c n ti n hành ki m nghi m tr c vế ấ ầ ế ể ệ ụ ề độ ề b n mỏi có kể đến các yếu tố ảnh hưởng vừa nêu k t c u trục vừế ấ a thi t k phải đảm bảo được độ bền mỏi n u h ế ế ế ệ số an toàn đảm bảo được độ bền mỏ ếi n u h s an tiafn t i các ti t diệ ố ạ ế ện thỏa mãn các điều kiện sau (CT10.19/195)
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 44 tra b ng 10.7/197 ta cóc h sả ệ ố xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bèn mỏi
𝜓𝜏= 0.05 𝜓𝜎=0.1 các trục đều quay , ng su t uứ ấ ốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng do đó
𝜎 𝑚𝑗 = 0 vì tr c quay mụ ột chi u ng su t thay d i theo chu kì mề ứ ấ ổ ạch động nên theo CT10.23/196 ta có
IV.6.3 xác định hệ ố s an toàn các ti t di n nguy hi m c a trở ế ệ ể ủ ục theo k t c u và biế ấ ểu đồ moment tr c ta th y các ti t diụ ấ ế ện nguy hi m cể ần được kiểm tra độ bền mỏi trục 1: mặt cát 1-2 lắp bánh răng , mặt cát 1-1 lắp ổ lăn trục 2 : măt cắt 2-2 và 2-1 ( ti t diế ện lắp bánh răng nghiêng và bánh răng thẳng) trục 3 : ti t di n lế ệ ắp bánh răng 3-1 ti t diế ện lăp ổ lăn 3-2
IV.6.4 chọ ắn l p ghép các ổn lăn trên trục k6 , lắp bánh đai, nối trục , bánh răng theo k6 kết hợp lắp then kích thước của then ( bangr.1/173) tr s moment c n u n và moment c n ị ố ả ố ả
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 45 xoắn (công th c trong b ng 10.6/196) ng vứ ả ứ ới các ti t di n nguy hiế ệ ểm trên được tính và ghi lạ trong bảng sau
Tiết diện Đường kính trục b x h 𝑡1 𝑊 j
D3 70 20x12 7.5 29471.61 63128.48 trong đó: bxh :là đường kính và chi u cao c a then1 ề ủ t1 : là chi u sâu r nh then trên trề ả ục
IV.6.5 xác định hệ ố s 𝑲 𝝉𝒅𝒋 và 𝑲 𝝈𝒅𝒋 đối v i ti t di n nguy hi m ớ ế ệ ể ta có công thức xác định 𝐾𝜎𝑑𝑗
𝐾 𝑦 CT10.25/197 ta có công thức xác định 𝐾𝜏𝑑𝑗
Các trục được gia công bằng máy tiện cần đảm bảo độ nhám 2.5 ≤ R ≤ 0.6a → 𝜇𝑚, vì vậy theo bảng 10.8/197 thì hệ số tập trung ứng suất Kx = 1.
1 không dừng phương pháp gia tăng bền bề mặt nên K = 1 y ta dùng phay ngón để gia công rãnh then nên theo b ng 10.12/199 ta có ả 𝐾𝜎=2.01 và 𝐾𝑟=1.88 theo b ng 10.10/198 ta có ả
Tiết di n trục ệ Đường kính 𝜀𝜎 𝜀𝜏
D3 70 0.73 0.71 với 𝜀𝜎 và là h s𝜀𝜏 ệ ố ảnh hưởng của kích thước đến ti t diế ện trục đến gi i h n mớ ạ ỏi phụ thuôc vào vật li u trệ ục và đường kính trục hệ số an toàn t i ti t di n nguy hi m ạ ế ệ ể
[𝑆]=(1.5 2.5): h sô an toàn cho phép → ệ
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 47 kết qu tính toán vả ới c 3 trả ục được nghi vào b ng sau ả chọn kiêu lắm trung gian có độ dôi cho cách thiết bị lắp ổ đối với các ti t di n lế ệ ắp bánh răng bánh đai và nối trục kết quả tính toán đối với ti t diế ện 3 tr c 0 ụ Tiết diện d (mm)
A1 30 2.46 0.85 2.41 2.51 2.06 9.42 2.01 D1 35 2.46 0.85 2.41 2.51 3.44 15.33 3.36 C2 45 2.58 0.81 2.47 2.57 4.35 18.85 3.36 E2 55 2.74 0.76 2.58 2.68 7.5 32.15 4.24 B3 75 2.85 0.73 2.65 2.75 7.5 39.7 0 C3 70 2.85 0.73 2.65 2.75 9.52 12.16 9.26 D3 70 2.85 0.73 2.65 2.75 2.94 12.16 2.86 xét đối với các trục
Mx(N.mm) My(N.mm) Mj(N.mm)
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 48 với Mj=√𝑀𝑋 2+ 𝑀 𝑦2 kiểm nghiệm độ ền tĩnh củ b a trục để đề phòng kh ả năng bị biến dạng d o quá l n ho c phá h ng do tẻ ớ ặ ỏ ải đột ngột c n ti n hnahf ầ ế kiểm nghiệm độ ền tĩnh củ b a trục công th c có d ng ứ ạ
0.2𝑑 3 với Mmax và Tmax là: moment uốn lớn nh t và moment xoấ ắn l n nh t t i ti t diớ ấ ạ ế ện nguy hiểm quá t i (N.mm) ả
𝜎𝑐ℎ: giới hạn chảy cua vật liệu trục (MPa)
D3 36.43 39.33 53.61 dùng số liệu c a tính toán tra theo b ng 10.5/195 thì toàn bừ ả ộ đều đảm bảo đô bền tĩnh kiểm nghi m then ệ kiểm nghiệm điều kiện bền d p và b n cậ ề ắt đố ới then bằng i v với các ti t diế ện tr c dung mụ ối ghép then ta ph i ti n hnahf ki m nghi m mả ế ể ệ ối ghép về độ ề b n dập 𝜎𝑑 và độ bền cắt 𝜏𝑐 ta tra ở CT9.1:9.2/173
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 49
𝑡 ≤[𝜏 𝑐 ] trong đó 𝜎 𝑑 , 𝜏 𝑐 : ứng su t d p và ng su t c t tính toán (N.mm) ấ ậ ứ ấ ắ d: đường kính trục (mm) T: momonet xoắn trên tr c (N.mm) ụ b.h.t : thông s1 ố kích thước then lt chi u dài ph n làm vi c c a then về ầ ệ ủ ới (l =(0.8 m ⟶0.9)l =0.9.1.5=1.35 d m [𝜎 𝑑 ]: ứng su t d p cho phép tra theo b ng 9.5/178 ấ ậ ả [𝜎 𝑑 ]= 150MPa [𝜏 𝑐 ]: ứng suát c t cho phép ắ [𝜏 𝑐 ]`⟶90 (MPa) tính toán theo tiêu chuẩn ta có chi u dai theề n được cho trong bảng Tiết diện Đường kính trục b x h 𝑡 1 T
D3 70 20x12 7.5 1349003 90.64 20.39 vậy tất c mả ối ghép đều đảm b o yêu c u vả ầ ề ề điu ki n b n d p và u n ệ ề ậ ố
TÍNH TOÁN CH ỌN Ổ
tính toán chọn ổ trục vào
chọn t các sừ ố liệu thi t kế ế đã có đường kính tr c dụ A10mm vận tốc 730 vòng /phút Rax = 1937 N
Rbx = 1937 N Ray = 890N Rby = 890 N chọn ổ bi không có l c dự ọc tuổi th : do th i gian làm vi c c a h p gi m t c là l n nên ta chọ ờ ệ ủ ộ ả ố ớ ọn ổ ph i phù hợp ả tuổi th làm vi c cọ ệ ủa ổ
Lh =(10⟶25).10 3 giờ ự d a theo t i trả ọng vì 2 l c d c F và F tri t tiêu l n nhau nên ự ọ a1 a2 ệ ẫ
𝐹 𝑎 𝐹 𝑟 = 0 FrB rA
1 ki m nghi m khể ệ ả năng tải động của ổ theo công th c 11.3/214 ta có ứ Q=(X.V.F + YF ).kr a t.kđ vòng trong quay nên V=1 k =1 vì t 𝜃 X=1;Y=0
Q= 1*2131.68*1.1*1#44.848 N khả năng tải động Cd = Q 𝑚 √𝐿 đối với ổ bi m=3 L: tu i th tính b ng tri u vòng ổ ọ ằ ệ
10 6 = 876 tri u vòng ệQ: tải động quy ước (kN)
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 52
khả năng tải dộng của ổ được đảm b o ả
V.2 tính toán chọn ổ trục trung gian từ các số liệu thi t kế ế đã có đường kính tr c dụ A1= 45 mm vận t c vòng ố 204/phút
Rax = 2880 N Rbx = 2880 N Ray = 1879 N Rby = 1879 N chọn ổ bi không có l c dự ọc có đường kính vòng trong 50 mm tuổi th : do th i gian làm vi c c a h p gi m t c là l n nên ta chọ ờ ệ ủ ộ ả ố ớ ọn ổ ph i phù hợp ả tuổi thị làm vi c cệ ủa ổ Lh =(10⟶25).10 3 giờ ự d a theo t i trả ọng vì 2 l c d c F và F tri t tiêu l n nhau nên ự ọ a1 a2 ệ ẫ
SVTH: Trần Văn Sang Mssv: CO21T-LT1 53 𝐹 𝑎
𝐹 𝑟 = 0 FrA
1 ki m nghi m khể ệ ả năng tải động của ổ theo công th c 11.3/214 ta có ứ Q=(X.V.F + YF ).kr a t.kđ vòng trong quay nên V=1 k =1 vì t 𝜃