THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP BÁNH RĂNG CÔN TRỤ

Môn học Cơ sở Thiết kế máy đóng vai trò quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kỹ thuật về cấu tạo ,nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết, các thiết bị phục vụ cho các máy móc ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải. ..Đồ án môn học có sự kết hợp chặt chẽ giữa lí thuyết với thực nghiệm. Lí thuyết tính toán các chi tiết máy được xây dựng trên cơ sở những kiến thức về toán học, vật lí, cơ học lí thuyết, nguyên lý máy, sức bền vật liệu v.v…,được xác minh và hoàn thiện qua thí nghiệm và thực tiễn sản xuất.Đồ án môn học là một trong các đồ án có tầm quan trọng nhất đối với một sinh viên theo học nghành cơ khí. Đồ án giúp cho sinh viên hiểu những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết có công dụng chung ,nhằm bồi dưỡng cho sinh viên khả năng giải quyết những vấn đề tính toán và thiết kế các chi tiết máy ,làm cơ sở để vận dụng vào việc thiết kế máy.Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Cô Vũ Thị Thùy Anh trong bộ môn,đến nay đồ án môn học của chúng em đã hoàn thành. Tuy nhiên do lần đầu làm quen với công việc tính toán thiết kế máy cũng như hiểu biết còn hạn hẹp cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của các môn có liên quan song bài làm của chúng em không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự giúp đỡ nhiều hơn nữa của các thầy cô trong bộ môn để chúng em ngày càng tiến bộ.Chúng em xin chân thành cảm ơn Cô Vũ Thị Thùy Anh đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học Cơ sở Thiết kế máy đóng vai trò quan trọng trong chương trình đào tạo

kỹ sư và cán bộ kỹ thuật về cấu tạo ,nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thiết kếcác chi tiết, các thiết bị phục vụ cho các máy móc ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải

Đồ án môn học có sự kết hợp chặt chẽ giữa lí thuyết với thực nghiệm Lí thuyết tính toán các chi tiết máy được xây dựng trên cơ sở những kiến thức về toán học, vật lí,

cơ học lí thuyết, nguyên lý máy, sức bền vật liệu v.v…,được xác minh và hoàn thiện qua thí nghiệm và thực tiễn sản xuất

Đồ án môn học là một trong các đồ án có tầm quan trọng nhất đối với một sinh viên theo học nghành cơ khí Đồ án giúp cho sinh viên hiểu những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết có công dụng chung ,nhằm bồi dưỡng cho sinh viên khả năng giải quyết những vấn đề tính toán và thiết

kế các chi tiết máy ,làm cơ sở để vận dụng vào việc thiết kế máy

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Cô Vũ Thị Thùy Anh trong bộ

môn,đến nay đồ án môn học của chúng em đã hoàn thành Tuy nhiên do lần đầu làm quenvới công việc tính toán thiết kế máy cũng như hiểu biết còn hạn hẹp cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của các môn có liên quan song bài làm của chúng em không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong nhận được sự giúp đỡ nhiều hơn nữa của các thầy cô trong bộ môn để chúng em ngày càng tiến bộ

Chúng em xin chân thành cảm ơn Cô Vũ Thị Thùy Anh đã giúp đỡ chúng em hoànthành đồ án này !

Một số kí hiệu được sử dụng:

σH Ứng suất tiếp xúc

σF Ứng suất uốn

[σH] Ứng suất tiếp xúc cho phép

[σF] Ứng suất uốn cho phép

σOHlimGiới hạn mỏi tiếp xúc`

σOFlimGiới hạn mỏi uốn

m Môđun bánh răng trụ thẳng

de Đường kính vòng chia ngoài

dm Đường kính vòng chia trung bình

me Môđun vòng chia ngoài

mmMô đun vòng chia trung bình

ReChiều dài côn ngoài

Rm Chiều dài côn trung bình

Phần I

HỘP GIẢM TỐC KHAI TRIỂN BÁNH RĂNG TRU

QUY TRÌNH TÍNH TOÁN CHUNG

1. Chọn vật liệu

2. Xác định Ứng suất tiếp xúc cho phép

3. Xác định Ứng suất uốn cho phép

4. Xác định Ứng suất quá tải cho phép

5. Chọn hệ số chiều rộng vành răng

6. Xác định khoảng cách trục

7. Mođun răng

8. Xác định số răng mỗi bánh, góc nghiêng răng

9. Tính toán lại tỉ số truyền

10.Xác định các thông số hình học của bộ truyền

11.Tính vận tốc vòng ,chọn cấp chính xác

12.Tính lực tác dụng lên bộ truyền

13.Hệ số dạng răng

14.Kiểm nghiệm Ứng suất tiếp xúc

15.Kiểm nghiệm Ứng suất uốn

16.Kiểm nghiệm răng về quá tải

17.Bảng các thông số của bộ truyền

Tính bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc khai triển bánh răng trụ với các số liệu cho như sau:

Số vòng quay động cơ: n1=960 vòng/phút

Thời gian sử dụng: L= 12000h

Tải trọng thay đổi theo bậc: T1=T; T2=0,6T; T3=0,4T

Thời gian: t1=0,3tck; t2=0,3tck; t3=0,4tck

Phân tỉ số truyền: uh= 20 , với λc3 = 1,3

Bỏ qua ma sát trên bộ truyền.

 Xác định mômen xoắn: T1 = 9,55.106 = 9,55.106.5,7/960 =56703Nmm

 Tìm tỉ số truyền cho từng cấp:

u1 : Tỉ số truyền của cặp bánh răng trụ nghiêng (cấp nhanh)

u2 : Tỉ số truyền của cặp bánh răng trụ thẳng (cấp chậm)

Ta có: λc3 = 1  1,3 = 1

 1,3.u15+ 1,3.u14 -400u1- 400.20 = 0

 u1 ~ 5,75

 u2 = uh / u1 = 20/5,75 ~ 3,48

1/ Chọn vật liệu cho bánh dẫn, bánh bị dẫn cho cả 2 cấp

Thép C45 tôi cải thiện

Bánh dẫn: HB1=245; σb1=850Mpa; σch1= 580Mpa

Bánh bị dẫn: HB2=230; σb2=750Mpa; σch2= 450Mpa

2/ Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

-Số chu kì làm việc cơ sở:

NHO1 =30.HB12,4=30.2452,4=16,3.106 chu kì

NHO2 =30.HB22,4 =30.2302,4 =14.106 chu kì

-Vì tải trọng thay đổi theo bậc

=>Số chu kì làm việc tương đương:

NHE1 =60c∑(Ti/Tmax)3 niti

=60.1.960[(T1/T)3t1 +(T2/T)3t2 +(T3/T)3t3]

=60.960[ t1 +(0.8T/T)3t2+(0.5T/T)3t3]

=60.960[0,3+0,83.0,3 +0,53.0,4].12000 =348.106 chu kìNHE2 = NHE1/u1 =348.106/3,48 =100.106 chu kì

Vì NHE1>NHO1; NHE2>NH02

=>KHL1= KHL2=1;

Theo bảng 6.13, giới hạn mỏi tiếp xúc xác định như sau:

• Đối với cấp nhanh, bánh trụ ,răng nghiêng:

Ứng suất tiếp xúc cho phép được tính theo công thức:

[σ H ]= 0,5.([σ H1 ]+ [σ H2 ]) = 495,45 MPa

• Đối với cấp chậm, bánh trụ, răng thẳng

Vì [σH2] <[σH1] => Chọn ứng suất tiếp xúc cho phép:

[σ H ] = 481,8Mpa

3/ Xác định ứng suất uốn cho phép

-Số chu kì làm việc cơ sở:

NFO1 = NFO2 =5.106 chu kì

=>Số chu kì làm việc tương đương:

NFE1=60c.n1∑(Ti/Tmax)6niti

=60.960(0,3+0,86.0,3+0,56.0,4)12000=266.106 chu kì

A – TÍNH BỘ TRUYỀN CẤP NHANH BÁNH RĂNG TRU, RĂNG NGHIÊNG

5/Chọn hệ số chiều rộng vành răng

Do bánh răng nằm đối xứng ở các ổ trục nên ψba=0,3- 0,5 Chọn ψba=0,4

Theo tiêu chuẩn, chọn m=2,5 mm

8/ Xác định số răng mỗi bánh, góc nghiêng răng

Từ điều kiện 8o =< β<=20o

Suy ra:

=<z1=<

Bánh bị dẫn df2=d2-2,5m=256-2,5.2,5=249,75mmChiều rộng vành răng Bánh bị dẫnBánh dẫn bω= b2=aw ψba=150.0,4=60 mmb1=b2+6=60+6=66 mm

11/ Vận tốc vòng,chọn cấp chính xác

v= = = 2,24m/s

Nội suy bảng 6.3, chọn cấp chính xác 9 với vgh = 3 m/s

12/ Tính lực tác dụng lên bộ truyền

- Lực vòng: Fv = Fv1= Fv2= == 2548 N

- Lực pháp tuyến: Fn1 = Fn2 = = = 2835 N

- Lực hướng tâm: Fr1 = Fr2 = Fv.tan 20/cosβ= 970 N

- Lực dọc trục: Fd1= Fd2 = Fv tanβ = 816 N

13/ Hệ số dạng răng

- Đối với bánh dẫn: YF1 = 3,47+13,2/z1= 3,47+13,2/17= 4,24

- Đối với bánh bị dẫn: YF2 = 3,47+13,2/z2= 3,47+13,2/98 = 3,6

Thay các số liệu vừa có vào (1), ta được:

Vì σH= 444,5Mpa<[σH] = 470,7 Mpa => Thỏa mãn điều kiện tiếp xúc

15/ Kiểm tra Ứng suất uốn

Thay vào (2), được:

KF = 1,37.1,13 1,07 =1,656

Từ đó suy ra:

σF1= = 51,4 MPa<[σF1] =220,5 MPa

σF2 = (YF2/YF1) σF1= (3,6/4,24).51,4 = 43,6 MPa <[σF2] = 207 Mpa

Do vậy, độ bền uốn được thỏa mãn

16/ Kiểm nghiệm răng về quá tải

Ta có: Kqt =T max/T =1 ,8

[σH1max] = σH (Kqt)1/2 = 470,7.1,81/2 = 631,5 Mpa < [σHmax] = 1260 Mpa

[σF1max] = σF1 Kqt = 51,4.1,8= 92,5 Mpa < [σF1max] = 464 Mpa

[σF2max] = σF2 Kqt = 43,6.1,8= 78,5 Mpa < [σF1max] = 360 Mpa

BẢNG THÔNG SỐ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRU, RĂNG NGHIÊNG

Số răng bánh nhỏ Z1 = 17

Số răng bánh lớn Z2 = 98

Tỉ số truyền Ubrt = 5,72

Đường kính vòng lăn của bánh răng - Bánh dẫn: dw1 = 44,5(mm)

- Bị dẫn :dw2 = 256(mm)Đường kính đỉnh răng - da1 = 49,5 (mm)

- da2 = 261 (mm)Đường kính chân răng - df1 = 38,25(mm)

B – TÍNH BỘ TRUYỀN CẤP CHẬMBÁNH TRU, RĂNG THẲNG

5/Chọn hệ số chiều rộng vành răng

Do bánh răng nằm đối xứng ở các ổ trục nên ψba=0,3-0,5 Chọn ψba=0,4

Khi đó: ψbd= ψba(u2+1)/2=0,4.(3,48+1)/2=0.89

Tra bảng 6.4, chọn được: KHβ=1,04; KFβ=1,07

6/ Xác định khoảng cách trục

Giả sử bỏ qua ma sát trên răng và tổn thất trên cặp ổ lăn, khi đó:

Momen xoắn T2 = T1.u1t = 56703 5,765 ~ 326893Nmm

8/ Xác định số răng mỗi bánh

Tổng số răng: z1+z2=2aw/m= 2.225/2,5=180răng

Số răng bánh dẫn: z1==180/4,48=40,17răng Chọn z1 = 40 răng

Số răng bánh bị dẫn: z2=180 – 40=140 răng

9/Tính toán lại tỉ số truyền

Bánh bị dẫn df2=d2-2,5m=350-2,5.2,5=343,75mmChiều rộng vành răng Bánh bị dẫnBánh dẫn b2=aw ψba=225.0,4=90 mmb1=b2+6=90+6=96mm

Chọn góc ăn khớp αtω = 20o

11/ Vận tốc vòng,chọn cấp chính xác

v== = 0,87 m/s

Nội suy bảng 6.3, chọn cấp chính xác 9 với vgh = 3 m/s

12/ Tính lực tác dụng lên bộ truyền

- Lực vòng: Fv = Fv1= Fv2= = = 6538 N

- Lực pháp tuyến: Fn1=Fn2= = = 6956 N

- Lực hướng tâm: Fr1= Fr2 = Fv.tan 20=6538 tan20 = 2380 N

13/ Hệ số dạng răng

- Đối với bánh dẫn: YF1 = 3,47+13,2/z1= 3,47+13,2/40 = 3,8

- Đối với bánh bị dẫn: YF2 = 3,47+13,2/z2= 3,47+13,2/140 = 3,56

=> Thỏa mãn điều kiện tiếp xúc.

15/ Kiểm tra Ứng suất uốn

σF2 = (YF2/YF1) σF1 = (3.56/3.8).130 = 122 MPa < [σF2] = 207 MPa

Do vậy, độ bền uốn được thỏa mãn

16/ Kiểm nghiệm răng về quá tải

Ta có: Kqt =T max/T =1 ,8

[σH1max] = σH (Kqt)1/2 = 469,2.1,81/2 = 629,5 Mpa <[σHmax] = 1260 Mpa

[σF1max] = σF1 Kqt = 130.1,8= 234 Mpa <[σF1max] = 464 Mpa

[σF2max] = σF2 Kqt = 122.1,8= 220 Mpa <[σF1max] = 360 Mpa

BẢNGTHÔNG SỐ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRU RĂNG THẲNG

Đường kính vòng lăn của bánh răng - Bánh dẫn: dw1 = 100(mm)

- Bị dẫn :dw2 = 350(mm)

- da2 = 355(mm)Đường kính chân răng - df1 = 93,75(mm)

- df2 = 343,75(mm)

Phần II

THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP BÁNH RĂNG CÔN-TRU(Các sô

liệu của bài toán giông như Phần I)

Xác định tỉ số truyền:

u1 : Tỉ số truyền ở cấp nhanh, bánh răng côn, răng thẳng

u2 : Tỉ số truyền ở cấp chậm, bánh răng trụ, răng thẳng

Phương trình độ bền đều cho hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ 2 cấp:

1/ Chọn vật liệu cho bánh dẫn, bánh bị dẫn cho cả 2 cấp

Thép C45 tôi cải thiện

Bánh dẫn: HB1=245; σb1=850Mpa; σch1= 580Mpa

Bánh bị dẫn: HB2=230; σb2=750Mpa; σch2= 450Mpa

2/ Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

-Số chu kì làm việc cơ sở:

NHO1 =30.HB12,4=30.2452,4=16,3.106 chu kì

NHO2 =30.HB22,4 =30.2302,4 =14.106 chu kì

-Vì tải trọng thay đổi theo bậc

=>Số chu kì làm việc tương đương:

NHE1 =60c∑(Ti/Tmax)3 niti

=60.1.960[(T1/T)3t1 +(T2/T)3t2 +(T3/T)3t3]

=60.960[ t1 +(0.8T/T)3t2+(0.5T/T)3t3]

=60.960[0,3+0,83.0,3 +0,53.0,4].12000 =348.106 chu kìNHE2 = NHE1/u1 =348.106 /4,75 = 73,3.106 chu kì

+ Bánh bị dẫn: [σH2]=σOH2lim= 530.= 481,8 Mpa

• Ứng suất tiếp xúc cho phép áp dụng cho cả 2 cấp:

[σH]=min([σH1], [σH2]) = 481,8 Mpa

3/ Xác định ứng suất uốn cho phép

-Số chu kì làm việc cơ sở:

A - BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG

5/Tính toán sơ bộ Chiều dài côn ngoài R e và Đường kính chia ngoài d e

-Chiều dài côn ngoài

VớiKbe=0,25 => Kbe.u1/(2-Kbe)= 0.25.4,75/(2-0,25)= 0,678

Nội suy bảng 6.18, tìm được KHβ = 1,15

Chiều dài côn ngoài được xác định theo công thức:

-Đường kính trung bình sơ bộ: d’m1 = d’e1/(1-0,5Kbe) = 68/(1-0,5.0,25)= 59,5 mm

-Mô đun trung bình sơ bộ: m’m= d’m1/z1 = 59,5/24 = 2,48 mm

-Mô đun vòng ngoài sơ bộ: m’e = m’m/(1-0,5Kbe) = = 2,83mm

Lấy theo tiêu chuẩn: m e = 3mm

Tính toán lại:

-Mô đun vòng trung bình: m m = m e (1-0,5K be ) = 3.(1- 0,5.0,25) = 2,625 mm

-Đường kính trung bình bánh dẫn: d m1 = z 1. m m=23.2,625 = 60,38 mm

-Đường kính chia ngoài bánh dẫn: d e1 = z 1. m e=23.3 =69 mm

-Đường kính chia ngoài bánh bị dẫn: d e2 = z 2. m e=109.3 =327 mm

-Chiều dài côn ngoài: R e = 0,5.m e (z 1 2 + z 2 2 ) 1/2 = 0,5.3.(232 + 1092) = 167,1 mm

Chọn b=45 mm

-Góc mặt côn chia:

δ1 = arctan(1/u) = arctan(23/109) = 11,915o

δ2 = 90o - δ1 = 78,085o

-Dịch chỉnh: Với z1 =23 , chọn hệ số dịch chỉnh đều: x1 = 0,4; x2 = - 0,4

7/ Kiểm nghiệm bộ truyền răng côn

• Kiểm nghiệm răng theo độ bền tiếp xúc

K Hv =1+ v H b.d m1 /(2T 1 K Hα K Hβ )

= 1+8,7.45.60,38/(2.56703.1.1,15 = 1,18Vậy : KH = 1,15.1,18 =1,357

Thay tất cả các số liệu vừa có vào (5):

 Cặp bánh răng côn thỏa mãn điều kiện tiếp xúc

• Kiểm nghiệm răng theo độ bền uốn

ε β

σ =

(6)

Trong đó:

-Vì răng thẳng: Yβ = 1

-KF = KFβ KFα KFv(7)

Với KFα = 1( vì răng thẳng)

Ta có: Kbe = b/Re = 45/167,1 = 0,269

Suy ra, tỉ số: Kbe.u/(2-Kbe) = 0,269.4,74/(2-0,269) ~ 0,73

Nội suy bảng 6.18, tìm được KFβ = 1,3

σF1 = = 69,62 MPa < [σF1] = 220,5 MPa

σF2 = σF1 YF2/YF1 = 69,62.3,65/3,45 = 73,65 MPa <[σF2] = 207 MPa

Như vậy độ bền uốn được thỏa mãn

• Kiểm nghiệm răng về quá tải

Hệ số quá tải: Kqt = 1,8

σHmax = σH Kqt 1/2 = 447,6.1,81/2=600,52 Mpa <[σH]max=1260 Mpa;

σF1max= σF1.Kqt = 69,62 1,8= 125,32 MPa <[σF1]max=464 Mpa

σ F2max= σ F2.Kqt = 73,65 1,8= 132,57 MPa <[σF2]max=360 Mpa

BẢNG THÔNG SỐ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG

THÔNG SỐ TRỊ SỐ

Đường kính vòng chia ngoài de1= 69; de2= 327 mm

Chiều cao đầu răng ngoài hae1 = 4,19 mm; hae2 = 1,81 mm

Chiều cao chân răng ngoài hfe1 = 2,41 mm; hfe2 = 4,79 mm

Đường kính đỉnh răng ngoài dae1 = 73 mm; dae2 = 327 mm

Khoảng lệch tâm của bánh

răng côn tiếp tuyến

e = 0

Hệ số dịch chỉnh chiều cao X1 = 0,4 ; X2 = - 0,4

B - BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRU RĂNG THẲNG

5/Chọn hệ số chiều rộng vành răng

Do bánh răng nằm đối xứng ở các ổ trục nên ψba=0,3-0,5 Chọn ψba=0,4

Khi đó: ψbd= ψba(u2+1)/2=0,4.(4.21+1)/2=0.896

Từ bảng 6.4, chọn được: KHβ=1,04;KFβ=1,08

6/ Xác định khoảng cách trục

Giả sử bỏ qua ma sát trên răng và tổn thất trên cặp ổ lăn, khi đó:

Momen xoắn T2 = T1.u1t = 56703 4,74 ~ 268772 Nmm

Khoảng cách trục:

aw =50(u+1) = 50.(4,21+1). = 232,94mm

Chọn a w =230mm

7/ Mođun răng

m = ( 0,01 ÷ 0,02 ) aω = 2,3÷ 4,6 (mm)

Theo tiêu chuẩn, chọn m=3 mm

8/ Xác định số răng mỗi bánh

Đường kính vòng chia Bánh dẫn d1 =z1.m=29.3=87 mm

Đường kính đỉnh răng Bánh bị dẫnBánh dẫn da2= d2+2m=366+6=372 mmda1= d1+2m=87+6 =93 mm

Đường kính đáy răng Bánh bị dẫnBánh dẫn df2=d2-2,5m=366 -2,5.3=358,5mmdf1= d1-2,5m=87 -2,5.3=79,5 mmChiều rộng vành răng Bánh bị dẫnBánh dẫn b2=aw ψba=230.0,4=92 mmb1=b2+6=92+6=98mm

- Lực hướng tâm: Fr1= Fr2 = Fv.tan 20=6179 tan20 = 2249 N

14/ Hệ số dạng răng

- Đối với bánh dẫn: YF1 = 3,47+13,2/z1= 3,47+13,2/29 = 3,92

- Đối với bánh bị dẫn: YF2 = 3,47+13,2/z2= 3,47+13,2/122 = 3,58

=> Thỏa mãn điều kiện tiếp xúc

16/ Kiểm tra Ứng suất uốn

σF1= 2YF1.T2.KFβ.KFV/(d1.bωm)(9)

σF2 = (YF2/YF1) σF1 = (3.58/3.92).105,2= 96,07 MPa < [σF2] = 207 MPa

Do vậy, độ bền uốn được thỏa mãn

BẢNG THÔNG SỐ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRU RĂNG THẲNG

THÔNG SỐ TRỊ SỐ

Số răng bánh nhỏ Z1 = 29

Số răng bánh lớn Z2 = 122

Tỉ số truyền Ubrt = 4,2

Đường kính vòng lăn của bánh răng - Bánh dẫn: dw1 = 87(mm)

- Bị dẫn :dw2 = 366(mm)

- da2 = 372(mm)Đường kính chân răng - df1 = 79,5(mm)

- df2 = 358,5(mm)

PHẦN III–PHỤ LỤC

BẢNG CÁC THÔNG SỐ NỘI SUY