đồ án chi tiết máy - nguyễn văn tới

TÍNH BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC A.Tính toán bộ truyền cấp nhanh bánh trụ răng thẳng.. * Gọi tỉ số truyền sơ bộ của toàn bộ hệ thống là Usb .Theo bảng 2.4tr21, truyền động bá

Trêng §¹i häc C«ng NghiÖp Hµ Néi

ĐỒ ÁN

Chi tiết máy

Nguyễn Văn Tới

MỤC LỤC

PHẦN 1: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG

I CHỌN ĐỘNG CƠ

II PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

III.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ

PHẦN 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

I.TÍNH BỘ TRUYỀN ĐAI

II TÍNH BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC

A.Tính toán bộ truyền cấp nhanh (bánh trụ răng thẳng)

B Tính toán bộ truyền cấp chậm(bánh trụ răng nghiêng)

III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

1 THIẾT KẾ TRỤC

A Xác định đường kính của trục vào của hộp giảm tốc:

B Xác định kết cấu và đường kính trục trung gian:

C Xác định đường kính của trục ra của hộp giảm tốc:

D Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

E Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

2 CHỌN KHỚP NỐI

IV CHỌN Ổ LĂN

1 Chọn ổ lăn cho trục vào của hộp giảm tốc:

2 Chọn ổ lăn cho trục trung gian của hộp giảm tốc

3 Chọn ổ lăn cho trục ra của hộp giảm tốc:

V.THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC, BÔI TRƠN VÀ ĐIỀU CHỈNH ĂN KHỚP

VI.CHỌN CẤP CHÍNH XÁC,LẮP GHÉP,DUNG SAI

PHẦN 1: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG

I.CHỌN ĐỘNG CƠ

Động cơ điện là động là động cơ điện không đồng bộ ba pha vì những

ưu điểm sau:

- Rẻ ,dễ kiếm , dễ sử dụng và phù hợp với lưới điện sản xuất…

- Để đạt hiệu quả kinh tế cao cần chọn động cơ có kích thước và công suất phù hợp

A Xác định công suất cần thiết của động cơ

- Công suất cần thiết Pct :

P ct =  

1000

7 , 0 10000 1000

.v F

7 ( KW ) - Hiệu suất hệ dẫn động  :

-Theo sơ đồ đề bài thì :  = m

ổ lăn k

bánh răng khớp nối.đai.

m : Số cặp ổ lăn (m = 4);

k : Số cặp bánh răng (k = 2),

Tra bảng 2.3 (tr 19), ta được các hiệu suất:

 Hiệu suất làm việc của cặp ổ lăn : ol= 0,99 ( ổ lăn được che kín),

 Hiệu suất làm việc của cặp bánh răng: br= 0,97 (bánh răng được che kín),

 Hiệu suất làm việc của khớp nối : k= 1

 Hiệu suất làm việc của bộ truyền đai : đ = 0,95 (bộ truyền đai để hở)  Hiệu suất làm việcchung của bộ truyền :

7 1

) ( )

1

2 1 2 1

ck

t T

T t

t T T

 Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ là :

Pyc = 7 , 9 ( )

86 , 0

7 97 ,

- Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống Uc

*) Gọi tỉ số truyền sơ bộ của toàn bộ hệ thống là Usb Theo bảng 2.4(tr21), truyền động bánh răng trụ hộp giảm tốc 2 cấp, truyền động đai (bộtruyền ngoài):

usb= uh uđ

Trong đó : uđ là tỉ số truyền sơ bộ của đai dẹt

uh là tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Theo bảng 2.4[1]

- Truyền động bánh răng trụ , HGT bánh răng trụ 2 cấp uh=(8…40)

- Truyển động đai dẹt thường uđ = (2…4)

7 , 0 60000

60000

D: Đường kính tang quay, mm+ Số vòng quay sơ bộ của động cơ nsbđc:

nsbđc = nlv usb = 53,476.26 = 1391 ( v/ph )

Chọn số vòng quay sơ bộ của động cơ là nsb = 1400 ( v/ph)

Quy cách động cơ phải thỏa mãn đồng thời các điều kiện :

T mm mm

Theo bảng phụ lục P1.1 ( trang 237 )

Ta chọn được kiểu động cơ là : 4A132M4Y3

Các thông số kĩ thuật của động cơ như sau :

Pđc = 11(kw); nđc = 1458 (v/ph);  2

dn

K

T T

Kết luận : động cơ 4A132M4Y3 có kích thước phù hợp với yêu cầuthiết kế

II PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

Tỷ số truyền chung :

27 , 265

476 , 53

n

n u

- Theo công thức (3.24)[1] ta có uc = uh.un= uh.uđ

Chọn uđ = 2  uh = 13 , 63

2

265 , 27

1





u u

u c

Vậy : uh = 13,63 ; u1 = 4 ; u2 = 3,41 ; uđ =2

III.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ.

*) Tính công suất, momen và số vòng quay trên các trục.

Tính công suất, mô men, số vòng quay trên các trục (I, II, III) của hệ

7

P

ol k

07 , 7

3

P

br ol

7 , 66 ( )

99 , 0 97 , 0

36 , 7

2

P

br ol

8 , 14 ( )

95 , 0 99 , 0

66 , 7

P P

d ol

25 , 182

36 , 7 10 55 ,

07 , 7 10 55 ,

7 10 55 ,

Công suất P (kw) 8,14 7,66 7,36 7,07 7Momen xoắn T

- Chọn loại đai phù hợp với khả năng làm việc:

Do chế độ làm việc đối với bộ truyền đai là làm việc va đập nhẹ trong 2

ca tương đương với 16 h Cho nên đai phải có độ bền cao, thêm vào đó vẫn

phải bảo đảm yêu cầu về kinh tế là giá thành phải tối thiểu nhất Cho nên ta

lựa chọn loại đai dẹt vải cao su

2 Xác định thông số của bộ truyền

- Chọn đường kính bánh đai nhỏ d1= (5,2…6,4)3

1

T =195,7…240,9Chọn d1 =224 (mm) theo bảng 4.6[1]

d u d

2 224

- Chọn khoảng cách trục và chiều dài đai

mm a

d

d

d d

l

1200 4 / ) 5 , 125 8 2413 2413

(

5 , 125 2 / ) 224 475 ( 2 /

)

(

2413 2

/ ) 475 224 ( 3511 2

/ ) (

2 2

1

2

2 1

) (

57

đai vải cao su

3 Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai

 ; theo bảng 4.1 dùng loại đai Á-800 có lớp lót, trị

số  theo tiêu chuẩn là  =6mm (với số lớp là 4)

- Ưng suất có ích cho phép, theo (4.10) :

bảng 4.1, lấy trị số tiêu chuẩn b = 63mm

Chiều rộng bánh đai B tra bảng 21-6 [2] (trang 164) chọn B = 71 mm

4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục :

Theo (4.12) lưc căng ban đầu Fo = o.b   1 , 8 63 6  680 , 4N

Chiều dài đai l (mm) 3511

Tiết diện đai b x  (mm2) 63 x 6

A.Tính toán bộ truyền cấp nhanh ( bánh trụ răng thẳng )

1.Chọn vật liệu.

- Theo yêu cầu của đề bài thì bộ truyền bánh răng thẳng phải truyền được

công suất tối đa chính là công suất truyền của trục I là 7,66 (kW) cho nên vật liệu làm bánh răng thuộc nhóm I có độ cứng đạt HB  350

với mH = 6 (bậc của đường cong mỏi)

Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở:

, 2 1

10 40 , 1 230 30

10 05 , 2 270 30

N  60   / max 3 / 

C: Số lần ăn khớp trong một vòng quay

Ti , ni, ti : Lần lượt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng số giờ làm việc

ở chế độ i của bánh răng đang xét

7 2

7 3

3

8

1 ) 75 , 0 ( 8

7 1 16000 66 , 7

729

 [H]1 = 554 , 5

1 , 1

1 610

 MPa; [H]2 = 481 , 8

1 , 1

1 530

NFO = 4.106 (xác định cho mọi loại thép)

 /  .

Trong đó: - c là số lần ăn khớp trong một vòng quay Nên ta có c =1

- Ti là mômen xoắn ở chế độ i của bánh răng đang xét

- ni là số vòng quay ở chế độ i của bánh răng đang xét

- ti là tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

- mF là bậc của đường cong mỏi khi thử về uấn ở đây mF = 6

Vậy với bánh răng lớn (lắp với trục II) ta có:

 /  .

7 6

6 8 , 2 10 4 10

8

1 ) 75 , 0 ( 8

7 1 16000 66

486

1 lim

F FL

o F F

414

2 lim

F FL

o F F

Công thức xác định khoảng cách trục aw của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng bằng thép ăn khớp ngoài như sau:

aw = 49,5 (u1 + 1)

 

3

1 2

1

.

.

ba H

H u

K T

Thay số vào công thức xác định được khoảng cách giữa 2 trục aw:

aw = 49,5.(4+1) 177 , 85

3 , 0 4 8 , 481

03 , 1 100347

* Tính số răng của bánh răng: trên bánh nhỏ và bánh lớn lần lượt là Z1và

Z2 ta có :

  2 , 5 4 1 28,96

182 2 1

2

Yêu cầu cần phải đảm bảo H  [H]

H = ZM ZH Z

1

2 1

1 1

)1.(

2

w w

H

d u b

u K

;Trong đó: T1=100347 Nmm;

1 1

. 1 1

w w H K K T

d b

1

1

2

u a v

15 , 1 100347

= 357,6 MPa Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép với v = 2,78 (m/s) < 5 (m/s) Zv = 1 với cấp chính xác động học là 9 chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8 Khi đó cần gia công đạt độ nhám là Ra = 2,5 1,25 m Do đó

ZR = 0,95, với da< 700mm  KxH = 1

 [H] = [H] ZRZVKxH

[H] = 481,8.1.0,95.1 = 457,71 MPa

Do H  [H] nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Theo 6.43 ta có:

F 1 = T b K d Y Y m Y

w w

F B F

.

.

2

1 1

1

Như vậy F 1< [F 1] ; F 2< [F 2] nên răng thoả mãn độ bền uốn

7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Ứng suất quá tải cho phép :

vì F1max < [F1]max ,F2max < [F2]max nên răng thoả mãn

Kết luận: Vậy cặp bánh răng ta đã tính toán được ở trên hoàn toàn đảm bảo được rằng bộ truyền cấp nhanh làm an toàn

 Thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh (bánh răng thẳng) :

- Đường kính lăn : dw1 = 2.aw1 / (u1 + 1) = 2.182 / 5 = 72,8mm,

B.Tính toán bộ truyền cấp chậm ( bánh trụ răng nghiêng )

1.Chọn vật liệu Tương tự như đối với cặp bánh răng thẳng ta chọn vật liệu

mH: Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc

NHO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

NHO = 30 H2 , 4

HB ; HHB : độ rắn Brinen

7 4

, 2

1  30 270  1 , 87 10

HO

N

7 4

, 2

N  60   / 3 / 

maxc: Số lần ăn khớp trong một vòng quay

Ti , ni, ti : Lần lượt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng số giờ làm việc

ở chế độ i của bánh răng đang xét

7 1 16000 25 , 182 1

U N N

HL 1

HO 2

HE

1 2 HE 1

  441 , 8

1 , 1

1 486

1 lim

H HL

o H H

414

2 lim

H HL

o H H

NFO = 4.106 (xác định cho mọi loại thép)

 /  .

Trong đó: - c là số lần ăn khớp trong một vòng quay Nên ta có c =1

- Ti là mômen xoắn ở chế độ i của bánh răng đang xét

- ni là số vòng quay ở chế độ i của bánh răng đang xét

- ti là tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

- mF là bậc của đường cong mỏi khi thử về uấn ở đây mF = 6

Vậy với bánh răng lớn (lắp với trục II) ta có:

 i  i

N 2  60 2  / max 6.

6 2

7 6

6 2 , 1 10 4 10

8

1 ) 75 , 0 ( 8

7 1 16000 36 ,

7

25 , 182

486

1 lim

F FL

o F F

414

2 lim

F FL

o F F

S

K



Ứng suất quá tải cho phép:

ba H

H

u

K T







Với: T’

2 : Mômen xoắn trên trục bánh chủ động( trục 2), N.mm ;

Ka : hệ số phụ thuộc vào loại răng ; Ka = 43 (bảng 6.5)

12 , 1 192834

Chọn aw1 = 202 mm

4 Xác định các thông số ăn khớp

 Môđun : m = (0,01  0,02) aw2 = 2,02  4,04 Chọn m = 2,5

* Số răng trên bánh nhỏ và bánh lớn lần lượt là Z1 và Z2:

Đối với hộp giảm tốc phân đôi có sử dụng bánh răng nghiêng thì góc nghiêng của mỗi bánh răng là  = 30  40o Vậy chọn sơ bộ  = 35o  cos

 = 0,8191 khi đó ta có:

  2 , 5 3 , 41 1 30,01

8191 , 0 202 2 1

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Yêu cầu cần phải đảm bảo điều kiện H  [H] = 409,1 (MPa)

Do H = ZM ZH Z

1

2 2

2 2

'

.

) 1 (

2

w w

H

d u b

u K

8 , 32 cos 2 2





, trong đó t = tw = arctg(tg/cos) = arctg(tg20/cos35,2)  24,0 (không dịch chỉnh bánh răng)

. 1 1

w w H K K T

d b

1

1

2

u a v

28 , 1 192834

= 372,9 MPa Tính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép : [H] = [H] ZRZVKxH

Với v = 0, 84 m/s  ZV = 1 (vì v < 5m/s ), Với cấp chính xác động học là

9, chọn mức chính xác tiếp xúc là 8 Khi đó cần gia công đạt độ nhám là

Ra = 2,5 1,25 m Do đó ZR = 0,95 với da< 700mm  KxH = 1

mà [H] = 409,1.1.0,95.1 = 388,65MPa

Do đó H  [H] nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Theo 6.43 ta có:

F 1 =

m d b

Y Y Y K T

w w

F B F

2

1 1

1

2 '



Yêu cầu F1  [F1] ; F2  [F2]

Như vậy F 1< [F 1] ; F 2< [F 2] nên răng thoả mãn độ bền uốn.

7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Ứng suất quá tải cho phép :

vì F1max < [F1]max ,F2max < [F2]max nên thoả mãn quá tải

Kết luận: Vậy cặp bánh răng ta đã tính toán được ở trên hoàn toàn đảmbảo được rằng bộ truyền cấp chậm làm việc an toàn

 Thông số cơ bản của bộ truyền cấp chậm : 

III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 1.Thiết kế trục

a Chọn vật liệu: Đối với trục của hộp giảm tốc làm việc trong điều kiện chịu tải trọng trung bình thì ta chọn vật liệu là thép C45 thường hoá có cơ tính như sau

b= 600 Mpa; ch= 340 Mpa; Với độ cứng là 200 HB

Ứng suất xoắn cho phép [] = 12  30 MPa tuỳ thuộc vào vị trí đặt lực

0 

k k

12

) ( 100347

1

MPa

m N T

12 2 , 0

20

) ( 192834

' 2

MPa

m N T

 => 36 , 4

20 2 , 0

30

) ( 1262594

3

MPa

m N T

 => 59 , 5

30 2 , 0

Chiều dài mayơ bánh đai, răng, nối trục :

lm12 = lm13 = (1,2 1,5 ).d1= (1,2 1,5 ).35 = 42…52,5(mm) Chọn lm12 = 45 (mm) lm13= 50 mm

lm32 =lm33=lm34= (1,4  2,5).d3 = (1,4  2,5).65 = 91  162,25 mm

Chọn lm33=100mm; lm32=lm34= 120 mm.

Khoảng côngxôn (khoảng chìa) để lắp bánh đai trên trục vào là:

lc12 = 0,5.(bo1 + lm12 ) + k3 + hn = 0,5(21 + 45) + 15 + 20 = 68 mm Khoảng côngxôn để lắp nối trục đàn hồi trên trục ra là:

lc33 = 0,5.(bo3 + lm33 ) + k3 + hn = 0,5( 33+130 ) + 15 + 20 = 116,5 mm.Khoảng cách trên các trục :

e Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục:

* Tính các lực tác dụng lên trục: Lực do đai , lực tác dụng lên

bánh răng, Lực do khớp nối

Tải trọng tác dụng lên trục chủ yếu là các mô men và các lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng khi ăn khớp ;

Các thành phần lực trong thiết kế được biểu diễn như hình vẽ phần trên

- Lực tác dụng của đai lên trục Fr12 = 1353,7 (N)

Fy12 = Fr12 cos 0o = 1353,7 (N) Do góc nghiêng của bộ truyền đai là 00

- Lực tác dụng của khớp nối: FK = (0,2  0,3).2TIII/Dt ,

Tra bảng 16.10 a[2] với TIII = 1262594 ta chọn D0 = 200mm

200

1262594

2 ).

3 , 0

2 , 0 (

100347

2 2

Cos

tg F

(N) = Fr2

+) Cặp bánh răng nghiêng :

Ft3 = 4406 , 1

53 , 87

192834

2 ω

2

3

2 '

56 , 24 1 , 4406 β

α ω

o t

Cos

tg F

(N) = Fr4 ;

Fa3 =Ft3.tg=4406,1.tg(37,2o )= 3344,4 ( N ) = Fa4;

A.Xác định đường kính của trục vào của hộp giảm tốc:

a-Các lực tác dụng lên trục và biểu đồ mômen

Tính các phản lực R (chỉ số chỉ thứ tự đầu ổ, trục, phương) và vẽ biểu

đồ mômen

Chiếu các lực theo trục oy :

00

00

11 11 13

1 12

11 1

F l

F m

F F

F F F

y r

y A

y r

y y yx

N

N

F F

F F

l F l

l F F

y r

y y

r y

y

6 , 1118

5 , 932 264

132 6 , 1167 68

7 , 1353

11 1

10

11

13 1 12

00

11 11 13

1

11 1

F F F

F

x t

A

x t

x x

N

N

F F F

l l

F F

X t

X

t X

35 , 1409 35

, 1409 7

, 2818

35 , 1409 264

132 7 , 2818

11 1

10 11

13 1 11

,123084

6,920516

,92051

0332

200

)200.(

20068

)68.(

z z

,186034

0332

200

)200.(

20068

)68.(

Theo công thức (10.15),(10.16),(10.17)[1] ta tính được momen uốn tổng

cộng, momen tương đương , đường kính tại các tiết diện trên trục là

- Tại chỗ lắp bánh đai (tiết diện 12)

T M

td

td

24

1,0

)(86903100347

.75,0

75,0

12

2 2

1 12

chọn theo tiêu chuẩn d12 = 25mm

- Tại chỗ lắp ổ lăn

 

 

  0 , 1 63 27,2( )

4 , 126592

1

,

0

4 , 126592 100347

75 , 0 6 , 92051 75

, 0

6 , 92051 0

6 , 92051 10

3

3 10

10

2 2

2 1

2 10 10

2 2

2 10 10

mm

Nmm

Nmm y

M

d

T M

M

M M

M

td td

chọn theo đường kính tiêu chuẩn của ổ lăn d10 = 30 mm

- Tại chỗ lắp bánh răng (tiết diện 13)

 

 

Nmm Nmm

M

d

T M

M

M M

M

td td

y x

6,3363

.1,0

6,239396

1

,

0

6,239396100347

.75,03,22306675

,0

3,223066186034,2

123084,8

3

3 13

13

2 2

2 1

2 13 13

2 2

2 13

2 13 13

chọn theo đường kính tiêu chuẩn của bánh răng d13 = 34 mm

Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau

c- Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

Kết cấu trục thiết kế phải thỏa mãn điều kiện

Khi cần tăng cứng thì [s] =2,5…3 (không cần kiểm tra độ bền cứng của trục )

s,s -Hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trường hợp ứng suất pháp hoặcứng suất tiếp, được tính theo công thức (10.20),(10.21)[1]

8 , 57 7 , 3858

3 , 223066

7 , 3858 32

34 32

.

13

3 3

3 13 13

3 13

16

34.16

m a

j

T T

   

Ta có T1=100347 Nmm

m a 6 , 5MPa

3 , 7717 2

13

11,46 0,88 1,06 1

1,721

x

d

y

K K K

13

13

11,54 0,81 1,06 1

1,961

x

d

y

K K K

6 , 261

728 , 151

38 , 12 63 , 2

.

2 2

2

s s

s s

B Xác định kết cấu và đường kính trục trung gian:

1 , 5832

, 262709

221367 221367

4 , 262709 117228

0

264 205

5 , 43 )

205 (

205 132

) 132 (

132 60

5 43 )

60 (

60 0

z z

z z

4 , 448202 4

, 448202

347928 347928

0

264 205

) 205 (

205 132

) 132 (

132 60

) 60 (

60 0

z z

z z

Theo công thức (10.15),(10.16),(10.17)[1] ta tính được mômen uốn tổng

cộng, mômen tương đương , đường kính tại các tiết diện trên trục là

M

d

T M

M

M M

M

td td

x

37 , 45 50

1 , 0

6 , 466860

1 ,

0

6 , 466860 192834

75 , 0 3 , 435970 '

75 , 0

3 , 435970 347928

4 , 262709 22

3

3 22

22

2 2

2 2

2 22 22

2 2

2 2

22 22