đề tài hộp giảm tốc loại thiết kế hộp giảm tốc kiểu 2 cấp nón trụ dẫn động cơ cấu nâng

Hộp số giảm tốc góp phần nâng cao lực tải và hiệu suất vận hành đồng thời tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp.. Giới thiệu về hộp giảm tốcHộp giảm tốc là cơ cấu chuyển động bằng các k

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

––    ––

PBL1:

THIẾT KẾ MÔ PHỎNGHỆ THỐNG DẪN ĐỘNG

NHÓM 21.04CĐỀ TÀI : HỘP GIẢM TỐC LOẠI THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC KIỂU 2

CẤP NÓN TRỤ DẪN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG

Giáo viên hướng dẫn : TS LÊ HOÀI NAM 

TS PHẠM ANH ĐỨC TS TRẦN ĐÌNH SƠN Sinh viên thực hiện : MAI XUÂN HIẾU

Lớp : 21CDT1 (21.04C) Đà Nẵng tháng 2 / 2023

MỤC LỤC

Phần 1 : Thiết kế

 Chương 1: Giới thiệu chung về đầu đề đồ án, các loại hộp giảm tốc………Trang 4 Chương 2: Tính chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền……… Trang 7 Chương 3: Thiết kế các bộ truyền (bộ truyền ngoài, bộ truyền trong)…… Trang 13 Chương 4: Thiết kế trục và tính then……… Trang 29

 Chương 5: Thiết kế gối đỡ trục ……… Trang 58 Chương 6: Tính chọn nối trục ……….Trang 63 Chương 7: Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết máy khác …… Trang 64 Chương 8: Bôi trơn và che kín hộp giảm tốc……… Trang 67Phần 2 Mô phỏng

 Chương 1 : Mô phỏng lực truyền trên bánh răng trong Fusion 360 ………Trang 76 Chương 2 : Mô phỏng lực truyền trên bánh răng trong Fusion 360 … …Trang 99 Chương 3 : Lắp ráp các chi tiết Trang 118

Phần 3 CAD/ CAM/ CNC

LỜI NÓI ĐẦU

Xung quanh chúng ta không hiếm để bắt gặp những thiết bị liên quan đến máy móc , cơ khí Tâm hồn của những thiết bị này là những động cơ hoạt động bên trong và

hộp số giảm tốc là một phần không thể thiếu Hộp số giảm tốc góp phần nâng cao lực tải và hiệu suất vận hành đồng thời tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp Ngoài ra, thiết bị này còn giúp thay đổi tốc độ theo mong muốn của người điều khiển phương tiện

Đồ án thiết kế hộp giảm tốc giúp hiểu rõ hơn về những môn học đã học và cũng cố lại kiến thức để đưa tới một cái nhìn khách quan về sản phẩm Ngoài ra trong lúc làm đồ án sinh viên còn được tìm hiểu thêm về phầm mềm vẽ 3D như Auto Desk Fusion 360 , từ đó sẽ có thêm kiến thức nền về vẽ 3D nhằm phát triển kỹ năng làm việc trong tương lai

Em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Hoài Nam , thầy Phạm Anh Đức , thầy Trần Đình Sơn đã hỗ trợ em trong quá trình làm đồ án

Với kĩ năng trình bày cũng như kiến thức chưa vững em mong nhận được sự góp ý của các thầy để em hoàn thiện đồ án được chỉnh chu hơn về mặt hình thức và kiến thức

PHẦN 1 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỒ ÁN , CÁC LOẠI HỘP GIẢM TỐC

3

1 Giới thiệu về hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc là cơ cấu chuyển động bằng các khớp trực tiếp với tỉ số truyền không đổi Hộp giảm tốc là một trong những sự lựa chọn hàng đầu của người tiêu dùng khi cần kết nối trung gian và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện với các thiết bị dây chuyền khác Chức năng chính của hộp giảm tốc là giảm vận tốc góc, tăng momen xoắn, giảm tốc độ vòng quay, điều chỉnh sao cho phù hợp với yêu cầu đề ra

2 Nguyên lý hoạt động của hộp giảm tốc:

Hiện nay, hộp giảm tốc phổ biến được sử dụng nhiều nhất chính là có 1 hệ bánh răng Hệ này ăn khớp với nhau theo đúng tỷ số và momen quay đã định sẵn để lấy ra số vòng quay mà người sử dụng cần Tuy nhiên, vẫn có 1 số hộp giảm tốc không sử dụnghệ bánh răng thường mà dùng hệ bánh răng vi sai hay hành tinh Hộp giảm tốc được thiết kế loại này thì sẽ được cấu tạo nhỏ gọn, chịu được mức độ làm việc lớn

3 Các loại hộp giảm tốc:

a) Hộp giảm tốc trục vít

Ưu điểm: Bền trong các môi trường chịu được tải nặng, đồng thời có tính năng tự hãmcao với các kiểu lắp đa dạng, tính từ dạng đứng, dạng úp, dạng mặt loa, sau đó ghép 2 hộp số vào

Nhược điểm: Hiệu suất tiêu thụ và cos (j) có giá trị thấp (so với động cơ đồng bộ), thì chúng ta sẽ không điều chỉnh vận tốc được

b) Hộp giảm tốc bánh răng nón - trụ

Ưu điểm: Loại hộp giảm tốc này giải nhiệt tốt, cấu tạo đơn giản.Nhược điểm: Cấu tạo không mấy nhỏ gọn hay nói cách khác là khá to và chiếm diện tích

c) Hộp giảm tốc bánh rang trục vít -trục vít- bánh rang và trục vít2 cấp

Ưu điểm: Vỏ được đúc bằng gang nguyên khối rất chắc chắn Nhược điểm: Cách phân loại size của hộp giảm tốc phải dựa vào chi tiết máy phù hợp

Nhược điểm: Chỉ có một đầu trục vào và một đầu trục ra Khó bôi trơn bộ phận ổ trục ở giữa hộp.Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn nên để đảm bảo trục đủ bền và cứng => Tăng đường kính trục

 Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp nhanh tách đôiƯu điểm:Tải trọng phân bố đều trên các ổ trục Tận dụng hết khả năng của vật liệu chế tạo bánh răng Bánh răng phân bố đối xứng với ổ

Nhược điểm: Chiều rộng của hộp tăng lên một ít, cấu tạo bộ phận ổ phức tạp hơn, số lượng chi tiết và khối lượng gia công tăng

4 Sơ đồ Mindmap:

5 Tìm hiều đề tài được giao : Thiết kế hộp giảm tốc kiểu 2 cấp nón trụ dẫn động

cơ cấu nâng Bánh răng nón có răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng xoắn  Bánh răng trụ có răng thẳng hoặc răng nghiêng

 Tỉ số truyền thông thường i = 8/15 ( nếu dung bánh răng nón răng nghiêng hoặc răng xoắn thì tỉ số truyền i có thể lớn hơn trị số nêu trên )

CHƯƠNG 2 : TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

Ta có số liệu đề bài như sau

- Lực kéo cáp: P = 1740 N - Vận tốc kéo cáp: V = 1,5 m/s - Đường kính tang: D = 290 mm = 0,29 m- Đặc tính tải trọng: Tải trọng thay đổi, rung động nhẹ - Thời gian phục vụ: T = 5,5 năm Một năm làm việc 320 ngày, một ngày làm

việc 21 giờ- Làm việc hai chiều

1 Phương pháp chọn động cơ :

- Tính công suất cần thiết của động cơ- Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ - Dựa vào công suất và số vòng quay đồng bộ kết hợp với các yêu cầu về quá tải,

momen mở máy và phương pháp lắp đặt động cơ để chọn kích thước động cơ phù hợp với yêu cầu thiết kế

2 Xác định công suất động cơ và sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ : 2.1 Momen đẳng trị

M = P R = 1740 0,292 = 252,3 N.mM : Momen trên tang (N.m)

ղ1 : Hiệu suất bộ truyền đai

ղ2 : Hiệu suất cặp ổ lăn

ղ3 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

ղ4 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng côn

7

Theo bảng 2.3 Trị số hiệu suất của các loại ổ truyền và ổ ( Tính toán thiết kê hệ dẫn động cơ khí – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ) ta có

ղ1 = 0,95

ղ2 = 0,994

ղ3 = 0,96

ղ4 = 0,95

Bảng 2.3 Trị số hiệu suất của các loại ổ truyền và ổ

Bộ truyền bánh răng trụBộ truyền bánh răng cônBộ truyền trục vít Tự hãm

Không tự hãm với z1=1

z1=2

z1=1

Bộ truyền xích Bộ truyền bánh ma sátBộ truyền đai

Một cặp ổ lănMột cặp ổ trượt

0,96 – 0,980,95 – 0,970,3 – 0,40,70 – 0,750,75 – 0,820,87 – 0,920,95 – 0,970,90 – 0,960,99 – 0,9950,98 – 0,99

0,93 – 0,950,92 – 0,940,2 – 0,3

0,90 – 0,930,70 – 0,880,95 – 0,96

Chú thích : Trị số hiệu suất của các bộ truyền bánh răng cho trong bảng ứng với cấpchính xác 8 và 9 Khi dung bộ truyền kín với cắp chính xác 6 hoặc 7 thì tang trị số trong bảng lên 1 – 1,5%

2.3 Số vòng quay trục tang quay :

u1 : Tỉ số truyền động bánh rang côn – Hộp giảm tốc côn trụ 2 cấpu2 : Tỉ số truyền động đai đẹt – Thường

Theo bảng 2.4 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ( Tính toán thiết kê hệ dẫn động cơ khí – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ) ta có :

2.6 Số vòng quay sơ bộ của động cơ :

nsb= nlv ut = 98,786 20 = 1975,72 (vòng/ph)

ut : Tỉ số truyền toàn bộ của hệ thống dẫn

nlv: Số v òng quay tr ụctang quay (vòng/ph)

2.7 Công suất cần thiết trên trục động cơ :

Pct = Pđtղ = 2,0810,832 = 2,501 (kW)

Pct:công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

Pt:công suất tính toán trên trục máy công tác (kW)

ղ : hiệu suất truyền động

3 Chọn động cơ : * Điều kiện để chọn động cơ :

Pđc≥ Pctnđb≈ nsbPđc : Công suất động cơ được chọn (kW)

nđb : số vòng quay đồng bộ của động cơ (vòng/ph)

nsb = 1975,72 (vòng/ph) à chọn nđb = 3000 (vòng/ph)

9

Theo bảng 2P II Động cơ điện che kín có quạt gió loại A02 ( AOJI2) – Thiết kế chi tiết máy Nguyễn Trọng Hiệp ta chọn động cơ AO2-41-2

Kiểu động cơ

Công suất kW

Ở tải trọng định mức

MmMđm

MmaxMđm

MminMđm

Khối lượng động cơ ứng với III2 (kg)

Dạng ứng dụng chủ yếuVận

tốc vg/ph

Hiệu suất%AO2-

4.2 Trị số công suất

PI= Pdcղ1ղ2= 4

0,95∗0,994=2,66(kw)

PII= PIղ2ղ4=0,994∗0,954,326 =2,827(kw)

PIII= PIIղ3ղ2= 4,581

0,96∗0,994=2,975(kw)Trong đó :

ղ1 : Hiệu suất bộ truyền đai

ղ2 : Hiệu suất cặp ổ lăn

ղ3 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

ղ4 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng côn

4.3 Số vòng quay của các trục:

ndc=2880(vòng

phút)

n1=ndcid = 2880

4.4 Bảng phân phối tỉ số truyền các trục của động cơ

CHƯƠNG 3THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀNTHIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI ( BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT )

n1: số vòng quay của trục dẫn (vòng/phút)

2.1 Kiểm nghiệm vận tốc đai theo điều kiện

v=60.1000π D1nđc=16,588 m/ s≤(25÷ 30)Thỏa mãn điều kiện

2.2 Đường kính bánh đai lớn

D2=i D1(1−ξ) = 2,5.110.(1-0,01) = 275,25 (mm)Làm tròn D2 = 280 mm

Trong đó ξ : hệ số trượt của đai vải casu (≈ 0,01

Như vậy không cần phải chọn lại D

3 Định khoảng cách trục A và chiều dài đai: 3.1 Xác định chiều dài tối thiểu của đai

Lmin= vu

max = 165875 = 3317,52 mm(Chọnumax=5¿

Lmin : chiều dài tối thiểu của đai

umax : số vòng quay của đai trong 1 phút

Chọn theo bảng 5.2 trang 86 sách TKM Nguyễn Trọng Hiệp

Tỉ số( δD1)max= 140 ( δ chiều dày đai) δ = 2,75 làm tròn 3 ( chiều dày đai )

5.3 Xác định chiều rộng đai B

b≥Pđc.1000

v δ[σp]0CtCαCvCb = 48,186 mmChọn b = 50 mm

[σp]0: ứng suất cho phép của đai ( N

mm2)Ct : hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng

Cα : hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm

Cv : hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc

Cb : hệ số xét đến sự bố trí bộ truyềnChọn ứng suất căng ban đầu σ0=1,8 (N /m m2¿

7 Tính lực căng và lực tác dụng lên trục7.2 Lực căng

 Vì bánh răng chịu tải trọng thay đổi nên

Ntđ=60u∑( Mi

Mmax)1

ni.TiNtđ: số chu kì tương đương

u: số lần ăn khớp của 1 răng khi bánh răng quay 1 vòng

 Số chu kì làm việc của bánh lớn

Vì N1và N2đều lớn hơn số chu kì cơ sở N0nên lấy hệ số KN'=KN' '=1

 Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ

[σ¿¿tx1=¿¿ KN' = 2,6 220 1 = 572 N/mm^2

 Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn

[σ¿¿tx2 =[ σ¿¿Notx KN' = 2,6 190 1 = 494 N/mm^2

2.2 Ứng suất uốn cho phép

 Khi răng làm việc 2 mặt

[σ ]u=σn.K❑−1

σ KN' '

17

σ❑−1 : giới hạn mỏi uốn trong chu kì mạch đối xứng

¿√4,5462+1√3[ 1,05.106

(1−0,5.0,3).4,546 494]2

1,3 22044,78

0,85 0,3 253,39 = 117,74 mmLàm tròn L = 118 mm

ΨL= bLb=¿ 35,4

6 Tính vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

Ktt:Hệ số tập trung tải trọng Kđ:Hệ số tải trọng động

 Tính KttKtt=Kttbảng+1

Kttbảng−¿hệ số tập trung tải trọng khi bộ truyền không chạy mòn

Theo bảng 3-5 trang 47 Nguyễn Trọng Hiệp

dtb 1=d1(1−0,5 bL) = 43,1Suy ra

φd= bdtb = 35,4/43,1 = 0,82144 rad

Theo bảng (3-12) trang 47 tl TK CTM Nguyễn Trọng Hiệp 1998

Suy ra

Kd = 1,35 Tính K

K= Ktt Kđ = 1,35 1,11 = 1,4985

 Tính lại L

L=Lsơbộ3

√ KKsb=118.√3 1,4985

 Số bánh răng

Z1= 2 Lms.√i2+1=¿

2.1243.√4,4562+1 = 17,759

Chọn Z1=¿ 18

Z2=i.Z1 = 80,736Chọn Z2=¿ 81

9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răngTheo bảng 3-5 tài liệu TKM Nguyễn Trọng Hiệp

 Góc mặt nón lăn

tg φ1= 1

i = 0,21996 à φ1 = 0,2165

 Số răng tương đương của bánh nhỏ

Theo công thức (3-38) trang 52 tài liệu TKM Nguyễn Trọng Hiệp

 Số răng tương đương của bánh lớn

Theo công thức 3-38 tài liệu TKM Nguyễn Trọng Hiệp

Ztđ 2= Z2

cosφ2 = 36,56

Theo bảng (3-18) tìm hệ số dạng răng: ( vì không sử dụng dịch sao nên hệ dịch dao

coi như bằng 0 ) Bánh nhỏ: γ1=¿ 0,375 Bánh lớn: γ2=¿ 0,517

 Ứng suất uốn tại chân bánh răng nhỏ

Theo công thức 3-35 tài liệu TKM Nguyễn trọng Hiệp

σu1= 19,1.106 K N1

0,85 γ1 mtb2.Z n.b=38,78 N /mm

2≤[σ]u1

 Ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn

Theo công thức 3-40 tài liệu TKM Nguyễn trọng Hiệp

σu2=σu 1.γ1

γ2 = 26,783 N /mm2

10 Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột

 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Bánh nhỏ:

21

[σ¿¿txqt 1=2,5 [σ¿¿Notx = 2,5 572 = 1430Bánh lớn:

lăn trung bình

dtb 1

205,878Đường kính vòng

φi1

1,323Góc mặt nón đỉnh

răng

φe1

1,37Đường kính vòng

 Đối với bánh nhỏ:

- Lực vòng: P = 2Mx1

d1=¿ 827,547N- Lực hướng tâm: pr 1 = P tgα cosφ 1 = 827,547 tg20° cos0,2165 = 294,17N- Lực dọc trục: pa1=P tgα sin φ = 827,547 tg20° sin0,2165 = 64,7N

 Đối với bánh lớn - Lực vòng: P ¿2 Mx1

d1=¿827,547N- Lực hướng tâm: pr2=¿= P tgα cosφ = 64,7N

a Ứng suất tiếp xúc cho phép

 Vì bánh răng chịu tải trọng thay đổi nên

Ntđ=60u∑( Mi

Mmax)3

ni.TiNtđ: số chu kì tương đương

Mi: momen xoắn

Mmax : momen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng

23

ni : số vòng quay

Ti :tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i

Ti=(1060)∗0,5∗21∗320∗5,5=3080

u: số lần ăn khớp của 1 răng khi bánh răng quay 1 vòng

 Số chu kì làm việc của bánh lớn

Vì N1và N2đều lớn hơn số chu kì cơ sở N0nên lấy hệ số KN'=KN' '=1

 Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ

[σ¿¿tx1=¿¿ KN'=2,6∗220=572N /m m2

 Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn

[σ¿¿tx2 =[ σ¿¿Notx KN'=2,6∗190=494 N /m m2

b Ứng suất uốn cho phép

 Khi răng làm việc 2 mặt

[σ ]u=σ❑−1

n Kσ KN' 'σ❑−1 : giới hạn mỏi uốn trong chu kì mạch đối xứng

 Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ

6 Tính vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

 Tính KttKttbảng:hệ số tập trung tải trọng khi bộ truyền không chạy mòn

25

Chọn Z1=¿ 31

Z2=i.Z1=2,565∗31,229=80,103

Chọn Z2=¿80

9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng

 Số răng tương đương bánh nhỏ: Ztđ 1=Z1=31

 Số răng tương đương bánh nhỏ: Ztđ 2=Z2=80

 Trụ răng thẳng  chọn góc nghiêng β=0°

Theo bảng (3-18) tìm hệ số dạng răng: ( vì không sử dụng dịch sao nên hệ dịch dao

coi như bằng 0 ) Bánh nhỏ: γ1=0,451

Mà [σ]u1=302,4 N mm2

Nên ứng suất tại chân bánh răng nhỏ đã thỏa mãn điều kiện bền

 Ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn

Theo công thức 3-40

σu2=σu1.γ1

γ2=131,9∗0,4510,511 =115,7182 N m m2

10 Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột

 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Định các thông số hình học của bộ truyền

27

Chiều cao đầu rang hd 3 mm

246 mmĐường kính vòng chân

11 Tính lực tác dụng

 Đối với bánh răng nhỏ

P1= 2Mx1d1= 2∗106560,2941

Pr 1 = P1 tgα=2291,6192∗tg(20)=834,08119 N

 Đối với bánh răng lơn

P2= 2Mx2d1= 2∗287591,7028

Cấpnhanh Thép 470 – 1000 116(11)/16(2) 1 – 2,5 Dầu ô tô máy kéo(ROCT 1862- 60)

AK 20 600 480

Cấpchậm Thép 470 – 1000 600 480 80/11 2,5-5 Dầu ô tô máy kéo(ROCT 1862- 60)

Trích hình 7.5 và khảo sát điều kiện ngâm dầu trang 150 tài liệu TKM và CTM

φ2 : góc mặt nón lănàhm = 34,5735 mm

29

Ta chọn vật liệu làm trục là thép 45 thường hóa

 Khoảng cách từ nắp ổ đến mặt cạnh của bánh đai l4 = 15 mm.

31

Theo bảng 14P trang 339 sách TKM Nguyễn Trọng Hiệp ta tra chiều rộng ổ lăn của từng trục theo d vừa tìm được:

 Bol 1=¿ 15 mm Bol 2=¿19 mm Bol 3=¿25 mm

Hình 1 : mô hình hóa hộp giảm tốc

TRỤC I

T1a Các lực tác dụng lên trục

 Lực tác dụng lên trục : Fr = 834,081N  Lực hướng tâm : Fr1 = 264,17 N Lực vòng : Ft1 = 827,547 N Lực dọc trục : Fa1 = 64,706 N

T1b Chiều dài trụcTheo hình 7-4 trang 116 sách TKM Nguyễn Trọng Hiệp xác định các quan hệ kích thước

 Khoảng cách từ bánh đai đến ổ lăn :

Mtđ : momen tương đương `

Β : đường kính trong của trục rỗng , β = d0

d =0

d0 : đường kính trong của trục rỗng ( d0 = 0 vì không có trục rỗng )

[σ] : ứng suất cho phép , tra ở bảng 7-2 /trang 119, ta được [σ]=50 theo bảng 7-2 trang 119 mục [1]

Theo bảng 7-3b trang 122 mục [1]

Chọn d = 30 mm

35

TRỤC II

T2a Các lực tác dụng lên trục

 Lực hướng tâm : Fr2 = 64,706 N Lực vòng : Ft2 = 827,547 N Lực dọc trục : Fa2 = 294,17 N

T2b Chiều dài trụcTheo hình 7-4 trang 116 mục [1]

Mtđ : momen tương đương

Β : đường kính trong của trục rỗng , β = d0

d =0

d0 : đường kính trong của trục rỗng ( d0 = 0 vì không có trục rỗng )

[σ] : ứng suất cho phép , tra ở bảng 7-2 /119, ta được [σ]=50 theo bảng 7-2 mục [1]

 Ở tiết diện m-m :

39

Theo công thức 7-4 trang 117 mục [1]

TRỤC III