thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ

MỤC LỤC 1.5- Kiểm tra điều kiện mở máy: 6 2- Phân phối tỷ số truyền: 7 2.1 Tỷ số truyền ngoài hộp giảm tốc: 7 2.2 Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc 7 3- Xác định các thông số trên các trục 8 3.1- Tính tốc độ quay của các trục: 8 3.2- Tính công suất trên các trục: 8 3.3- Tính momen xoắn trên các trục: 9 3.4 Bảng số liệu tính toán: 9 Phần II : Thiết kế các chi tiết truyền động 10 1- Bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh 10 1.1- Chọn vật liệu 10 1.2- Xác định ứng suất cho phép 11 1.3- Xác định thông số cơ bản của bộ truyền: 16 1.4- Xác định các thông số ăn khớp: 17 1.5- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc: 19 1.6- Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: 21 1.7- Kiểm nghiệm về quá tải 24 1.8- Các thông số và kích thước bộ truyền 25 2- Bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm 25 2.1- Chọn vật liệu 26 2.2- Xác định ứng suất cho phép 26 2.3. Tính sơ bộ khoảng cách trục 31 2.4. Xác định các thông số ăn khớp 32 2.5- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 33 2.6- Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 35 2.7 Kiểm nghiệm về quá tải: 37 2.8- Các kích thước và thông số bộ truyền 38 3.Kiểm tra điều kiện chạm trục và điều kiện bôi trơn 38 3.1- Điều kiện chạm trục: 38 3.2- Điều kiện bôi trơn: 40 4. Kiểm tra sai số vận tốc : 42 Phần III :Thiết kế các chi tiết đỡ nối 42 1. Thiết kế trục 42 1.1 . Chọn vật liệu : 43 1.2 . Xác định tải trọng tác dụng lên trục: 43 1.3 .Tính đường kính sơ bộ 45 1.4. Tính gần đúng đường kính trục: 49 1.6. Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi: 61 1.7. Kiểm nghiệm trục theo độ bền tĩnh: 70 2. Chọn ổ lăn 72 3.Tính chọn khớp nối 83 3.1.Tính chọn khớp nối cho trục I 84 3.3.Tính chọn khớp nối cho trục III 85 4. Tính chọn then 87 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM VỚI CAD KT-BT-PT06 Phần I: Tính toán động học hệ dẫn động cơ khí 1. Chọn động cơ điện : 1.1 . Chọn kiểu loại động cơ điện : Việc chọn 1 loại động cơ điện dùng cho hộp giảm tốc hiện nay thật là đơn giản song chúng ta cần chọn loại động cơ sao cho phù hợp nhất với hộp giảm tốc của chúng ta , phù hợp với điều kiện sản xuất , điều kiện kinh tế Dưới đây là 1 vài loại động cơ đang có mặt trên thị trường : + Động cơ điện một chiều : loại động cơ này có ưu điểm là có thể thay đổi trị số của mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng , đảm bảo khởi động êm , hãm và đảo chiều dễ dàng nhưng chúng lại có nhược điểm là giá thành đắt , khó kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu , do đó được dùng trong các thiết bị vận chuyển bằng điện , thang máy , máy trục , các thiết bị thí nghiệm + Động cơ điện xoay chiều : bao gồm 2 loại : một pha và ba pha Động cơ một pha có công suất nhỏ do đó chỉ phù hợp cho các dụng cụ gia dình . Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi động cơ ba pha :đồng bộ và không đồng bộ . So với động cơ ba pha không đồng bộ , động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất và cosϕ cao , hệ số tải lớn nhưng có nhược điểm : thiết bị tương đối phức tạp , giá thành cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ , do đó chúng được dùng cho các trường hợp cần công suất lớn (100kw) , khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc . Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu : rôto dây cuốn và rôto ngắn mạch . Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi nhỏ ( khoảng 5%) , có dòng điện mở máy thấp nhưng cosϕ thấp ,giá thành đắt , vận hành phức tạp do đó chỉ dùng thích hợp trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ đã được lắp đặt . Động cơ ba pha không đồng bộ rôto ngắn mạch có ưu diểm là kết cấu đơn giản , giá thành hạ , dễ bảo quản , có thể trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện song hiệu suất và hệ số công suất thấp so với động cơ ba pha đồng bộ , không điều chỉnh được vận tốc . Từ những ưu , nhược điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc của ta và được sự chỉ dẫn của thầy cô , em đã chọn Động cơ ba pha không đồng bộ rôto ngắn mạch 1.2 -Chọn công suất động cơ : Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ nhằm đảm bảo cho nhiệt độ của động cơ khi làm việc không lớn hơn trị số cho phép. Để đảm bảo điều kiện đó cần thoả mãn yêu cầu sau: dc dt dc dm PP ≥ (kW) (1.1) Trong đó: dc dm P - công suất định mức của động cơ; dc dt P - công suất đẳng trị trên trục động cơ, được xác định như sau: Theo đề vì tải trọng không đổi nên: dc lv dc dt PP ≥ Với ( ) kw η p P ct lv dc lv ∑ = +) Với các sơ đồ đề bài cho gồm các bộ truyền mắc nối tiếp: η ∑ = η 1 . η 2 . η 3 (1.5) η 1, η 2, η 3 là hiệu suất các bộ truyền và các cặp ổ lăn trong hệ truyền dẫn. Giá trị của chúng cho trong bảng 1.1. ∑ η = 422 olbrtk .η.ηη Trong đó : η k là hiệu suất khớp nối : η k =1 η brt là hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng: η br =0,98 (nằm trong HGT nên được che kín) η ol là hiệu suất một cặp ổ lăn : η ol =0,995 ∑ η = 422 olbrk ηηη = 1 2 .0,98 2 . 0,995 4 = 0,941 Công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác được xác định theo công thức sau: ( ) kw VF P t ct lv 45,10 10 9,1.5500 10 . 33 === Với : +F t :Lực vòng trên băng tải +V :Vận tốc vòng băng tải Vậy ta có : ( ) kw P P ct lv dc lv 11,11 941,0 45,10 === ∑ η Vậy công suất định mức của động cơ ( ) kwPP dc ct dc dm 11,11 =≥⇒ 1.3-Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ Cần chú ý đén việc chọn hợp lý số vòng quay của động cơ .động cơ có số vòng quay cang lớn thì kich thước, tải trọng, giá thàng động cơ giảm .về mặt này nên chọn động cơ có số vòng quay lớn,tuy nhiên nếu số vong quay càng lớn thì tỉ số truyền động chung càng lớn và kết quả làm tăng khôn khổ,kích thước,giá thàng của các bộ truyền,trục,ổ. Với lý do này nên chọn động cơ có số vòng quay nhỏ.vìvậy phải chọn số vòng quay của động cơ hợp lý.Số vòng quay đồng bộ động cơ (còn gọi là tốc độ từ trường quay theo tiêu chuẩn có các số vòng quay là 3000,1500,1000,750,600 và 500 v/ph +Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: n sb =1500(v/ph) (không kể đến sự trượt) +) Tính số vòng quay của trục công tác: - Với hệ dẫn động băng tải: )/(44,86 420.14,3 9,1.10.6010.60 33 phv D v n ct === π (1.9) Trong đó: D - đường kính tang dẫn của băng tải (mm); v - vận tốc vòng của băng tải (m/s); +Tỉ số truyền của hệ thống :U sb u sb ct db n n = = 35,17 44,86 1500 = Mà tỷ số truyền nên dùng của bộ truyền u ∑ nd = U t-t nd =(8-40) Vậy U sb ∈ U ∑ nd Do đó :Số vòng quay đồng bộ của động cơ n sb =1500(v/ph) 1.4-Chọn động cơ + Động cơ được chọn phải có dc dm P và số vòng quay đồng bộ thoả mãn điều kiện { sbdb dc lv dc dm nn PP ≈ ≥ - Theo bảng P1.2 [1] / ( 235 ) HDĐ ta có: Ký hiệu Công suất P(kw) N(v/ph) cosϕ dn K T T Khối lượng K180M4 15 1450 0,87 1,6 159 1.5- Kiểm tra điều kiện mở máy: Khi khởi động, động cơ cần sinh ra một công suất máy đủ lớn để thắng sức ỳ của hệ thống. Vì vậy cần kiểm tra mở máy của động cơ: . dc cbd dc mm PP ≥ Với dc dmmm dc mm PkP = k mm = dn k T T = 1,6 P mm dc : Công suất mở máy động cơ (KW). P cbd dc =P lv dc . K bd :Công suất cản ban đầu trên trục động cơ (KW). ⇒ dc dmmm dc mm PkP . = =1,6.15=24(KW) P cbd dc =P lv dc . K bd = 11,11.1,6= 17,78 (KW) Ta thấy: . dc cbd dc mm PP ≥ Vậy động cơ ta chọn ở trên hoàn toàn thoả mãn mọi điều kiện của máy. -Theo đề bài vì sơ đồ tảI không đổi nên không cần kiểm tra quá tải cho đông cơ 2- Phân phối tỷ số truyền: 2.1 Tỷ số truyền ngoài hộp giảm tốc: 77,16 44,86 1450 === Σ ct dc n n u n dc : Số vòng quay của động cơ đã chọn. n dc = 1450 (v/ph) n ct : Số vòng quay của trục ct. n ct = 86,44 (v/ph) Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền nối tiếp : h uu = Σ =16,77 u h : Tỷ số truyền của hộp giảm tốc. 2.2 Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc Ta có: u h =u 1 .u 2 -với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển +Tỷ số truyền cấp nhanh u 1 =0,825. == 3 2 3 2 77,16825,0 h u 5,41 +Tỷ số truyền cấp chậm u 2 = = 1 u u h 1,3 41,5 77,16 = 3- Xác định các thông số trên các trục. 3.1- Tính tốc độ quay của các trục: Trục I: n I = )/(1450 1 1450 I phv u n dc dc == − Trục II: n II = 022,268 41,5 1450 1 === − u n u n I III I Trục III: n III = 46,86 1,3 022,268 == −IIIII II u n Với u III = u K = u dc-I =1 : Tỷ số khớp nối 3.2- Tính công suất trên các trục: Chọn công suất danh nghĩa là công suất lớn nhất. - Công suất danh nghĩa trên trục động cơ: )(11,11 KW n P PP ct LV dc LVdc === Σ . - Công suất trên trục I: P I = P Lv dc . )(05,11995,0.1.11,11. KW k OL == ηη - Công suất danh nghĩa trên trục II: P II = P I . )(77,10995,0.98,0.05,11. KW OLbrt == ηη - Công suất danh nghĩa trên trục III: P III = P II . )(5,10995,0.98,0.77,10. KW OLbrt == ηη - Công suất danh nghĩa trên trục IV: P IV = P III . )(45,10995,0.1.5,10. KW OLk == ηη 3.3- Tính momen xoắn trên các trục: Với công thức: T i = i i n P.10.55,9 6 Trên trục động cơ T i = )(1,98793 1450 15.10.55,9 6 Nmm = Trên trục I: T I = )(59,72777 1450 05,11.10.55,9 6 Nmm = Trên trục II: T II = )(21,383750 022,268 77,10.10.55,9 6 Nmm = Trên trục III: T III = )(87,1159784 46,86 5,10.10.55,9 6 Nmm= Trên trục IV: T IV = )(1,1154262 46,86 45,10.10.55,9 6 Nmm= 3.4 Bảng số liệu tính toán: Trục Tỷ số truyền u Công suất P(kw) Số vòng quay n(v/ph) Mômen xoắn T(Nmm) Động cơ 15 1450 98793,1 Trục I 1 TrụcII 5,41 Trục III 3,1 Trục IV 1 10,45 86,46 1154262,1 Phần II : Thiết kế các chi tiết truyền động Thiết kế bộ truyền bánh răng 1- Bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh. Số liệu ban đầu: P I = 11,05 (KW) n 1 = 1450 (v/phut). P II = 10,77 (KW) n 2 = 268,022 (v/phut). 1.1- Chọn vật liệu. Ta thấy hộp giảm tốc ta thiết kế có công suất trung bình. Vì vậy ta chọn vật liệu nhóm I có độ rắn HB ≤ 350. Với loại vật liệu này bánh răng có độ rắn thấp và có thể cắt chính xác sau khi nhiệt luyện. Cặp bánh răng này có khả năng chạy mòn tốt và bánh răng được nhiệt luyện bằng thường hoá hoặc tôi cải thiện. a/- Bánh nhỏ: Dùng thép 45 có tôi cải thiện. Loại bánh răng Nhãn hiệu thép Nhiệt luyện Độ rắn Giới hạn bền b σ Mpa Giới hạn chảy ch σ MPa Nhỏ và nhỏ 45 Tôi cải thiện HB241 285 850 580 σ b = 850 Mpa σ Ch = 580 Mpa [...]... Đối với hộp giảm tốc thông số cơ bản là khoảng cách trục a w, nó được xác định theo công thức (6.15) aw1 = ka(u1 + 1) 3 T1.k Hβ [σ H ] 2 u1.ψ ba (6.15) Trong đó: ka: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng được tra trong bảng (6.5)(1) ka = 43MPa1/3 ( Bảng 6.5). (bánh răng nghiêng với vật liệu thép - thép) (1) T1: Mômen xoắn trên bánh chủ động, Nmm T1 =72777,59 (Nmm) u1: Tỉ số truyền của trục 1... = U Z1 εα 1,6 2- Bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm Số liệu ban đầu: PII = 10,77 ( KW ) n2 = 268,022 ( vòng/phút ) PIII = 10,5 ( KW ) n3 = 86,46 ( vòng/phút ) Đơn vị mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm U2 = 3,1 T2 = 383750,21 (Nmm) 2.1- Chọn vật liệu Chọn vật liệu nhóm II ( HB < 350 ) bánh răng thường hoá hoặc tối cải thiện, bánh răng có khả năng chạy rà tốt a Bánh răng nhỏ ( bánh 3 ) Chọn thép 45 tôi cải... cosβ = 0,984 Số răng bánh 1: Từ công thức 6.18 (1) ta có: 2a w1 cos β Z1 = m( u + 1) 1 Theo công thức (6.19)(1): Với aw = 169(mm) ; cosβ = 0,984 ; m = 2,5 u1 = 5,41 2.169.0,984 Vậy Z1 = 2,5(5,41 + 1) = 20,77 Lấy Z1 =20 (răng) Vậy số bánh răng lớn Z2 là: Theo công thức 6.20 ta có: Z2 = U1.Z1 = 5,41.20 = 108,2 (răng) Lấy Z2 = 108 (răng) Số răng tổng là: Zt = Z1 + Z2 = 20 + 108 = 128 (răng) Tính lại β:... = 1,1 Với bánh nhỏ (bánh 1): Có HB = 280 0 → σ H lim = 2HB + 70 = 2.280 + 70 = 630 ( MPa ) SH = 1,1 KHL = 1 ZR = 1 (chọn độ nhám Ra ) Vậy ứng suất tiếp xúc ở bánh 1 (Bánh nhỏ là) 0 σ H lim 630 [σ H 1 ] = Z R ZV k xH k HL = 1.1.1.1 = 572,73( MPa) sH 1,1 Với bánh lớn (bánh 2): Có HB=200 : 0 → σ H lim = 2HB + 70 = 2.200 + 70 = 470 ( MPa ) SH = 1,1 KHL2 = 1 Vậy ứng suất tiếp xúc ở bánh lớn (bánh 2) là:... theo công thức sau để tính mô đun, sau đó kiểm nghiệm răng về độ bền uốn m = (0,01÷0,02)aw = (0,01÷0,02) 169 = 1,69÷3,38 (Theo công thức 6.17)(1) Theo bảng 6.8 chọn mô đun tiêu chuẩn là m = 2,5 (mm) Xác định số răng, góc nghiêng β và hệ số dịch chỉnh Giữa khoảng cách trục aw, số răng bánh nhỏ nhất Z 1, số răng bánh lớn nhất Z2, góc nghiêng β của răng và mô đun trong bộ truyền ăn khớp ngoài liên hệ với... Ra ) Vậy ứng suất tiếp xúc ở bánh 3 (Bánh nhỏ là) [σ ] H1 0 σ H lim 570 = Z R ZV k xH k HL = 1.1.1.1 = 518,18( MPa ) sH 1,1 Với bánh lớn (bánh 4): Có HB=200 : 0 → σ H lim = 2HB + 70 = 2.200 + 70 = 470 ( MPa ) SH = 1,1 KHL2 = 1 Vậy ứng suất tiếp xúc ở bánh lớn (bánh 4) là: 0 σ H lim 470 [σ H 2 ] = Z R Z V k xH k HL = 1.1.1.1 = 427,27( MPa) sH 1,1 Với cấp nhanh sử dụng bánh răng nghiêng Vậy ứng suất tiếp... (mm) Tra bảng 6.8 lấy tiêu chuẩn bw : Chiều rộng vành răng bw1 = 45,88 mm dw : Đường kính vòng lăn chủ động dw1 = 52,8 Y ε : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng : ( với εα = 1,6) 1 1 = = 0,625 Yε= ε α 1,6 Yβ : Hệ số kể đến độ nghiêng của răng: β0 18,73 =1− = 0,866 Yβ = 1 140 140 YF1 và YF2 : Hệ số dạng răng của bánh 1 và bánh 2 phụ thuộc vào Hệ số răng tương đương : Z 20 1 ZV1 = cos 3 β = (0,947) 3... = 3,1 Vậy khoảng cách trục sơ bộ là: aw2 = 43.(3,1 + 1).3 383750,21 1,05 = 199,74 ( mm ) ( 472,72) 2 3,1.0,4 Lấy aw2 =200 (mm) 2.4 Xác định các thông số ăn khớp Mô dun: m = ( 0,01 ÷ 0,02 ) aw = (0,01 ÷ 0,02 ).200 = 2÷4  m = 2,5 Ta chọn m = 2,5 Mô đun pháp Để lực dọc trên trục có giá trị số nhỏ nhất thì khi thiết kế bộ truyền cấp chậm cũng là bánh răng nghiêng • Xác định số răng, góc nghiêng β và... 45 đã chọn gia công bánh răng thường hoá tôi cải thiện hoặc tôi thể tích ( CT 6.13)(1) - Với bánh nhỏ: [σH1]max = 2,8 σch1 = 2,8.580 = 1624(Mpa) - Với bánh lớn: [σH2]max = 2,8 σch2 = 2,8.340 = 952 (Mpa) Vậy [σH]max= (1624+952)/2=1288(Mpa) ứng suất uốn cho phép khi quá tải: [σF]max = 0,8 σch khi HB ≤ 350 ( CT 6.14) (1) - Với bánh nhỏ: [σF1]max = 0,8 σch1 = 0,8.580 = 464 (Mpa) - Với bánh lớn: [σF2]max... 45 đã chọn gia công bánh răng thường hoá tôi cải thiện hoặc tôi thể tích ( CT 6.13)(1) - Với bánh nhỏ: [σH1]max = 2,8 σch1 = 2,8.580 = 1624(Mpa) - Với bánh lớn: [σH2]max = 2,8 σch2 = 2,8.340 = 952 (Mpa) Vậy [σH]max= (1624+952)/2=1288(Mpa) ứng suất uốn cho phép khi quá tải: [σF]max = 0,8 σch khi HB ≤ 350 ( CT 6.14)(1) - Với bánh nhỏ: [σF1]max = 0,8 σch1 = 0,8.580 = 464 (Mpa) - Với bánh lớn: [σF2]max . cơ 15 1450 98793,1 Trục I 1 TrụcII 5,41 Trục III 3,1 Trục IV 1 10,45 86,46 1154262,1 Phần II : Thiết kế các chi tiết truyền động Thiết kế bộ truyền bánh răng 1- Bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh. Số. : h uu = Σ =16,77 u h : Tỷ số truyền của hộp giảm tốc. 2.2 Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc Ta có: u h =u 1 .u 2 -với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển +Tỷ số truyền cấp. ngoài hộp giảm tốc: 7 2.2 Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc 7 3- Xác định các thông số trên các trục 8 3.1- Tính tốc độ quay của các trục: 8 3.2- Tính công suất trên các trục: