ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC TRỤC VÍT BÁNH VÍT

Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hoá lại các kiến thức của các môm học nh: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kỹ thuật ...

Lời nói đầu

–()–

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chơng trình đào tạo kỹ s cơ khí Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hoá lại các kiến thức của các môm học nh: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kỹ thuật đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ

số truyền không đổi và đợc dùng để giảm vận tốc góc, tăng mô men xoắn Với chức năng nh vậy ,ngày nay hộp giảm tốc đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí , luyện kim, hoá chất , trong công nghiệp

đóng tàu Trong giới hạn của môn học em đợc giao nhiệm vụ thiết kế hộp giảm tốc trục vít - bánh vít Trong quá trình làm đồ án đợc sự giúp

đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Lê Văn Uyển,

em đã hoàn thành xong đồ án môn học của mình Do đây là lần đầu, với trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót xảy ra , em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy trong bộ môn

Sinh viên Phạm Văn Toàn

Phụ lục:

Trang

Phần I Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền 3

1 Chọn động cơ 3

2 Phân phối tỷ số truyền 3

3 Tính các thông số trên các trục và lập bảng

5

Phần II Tính toán thiết kế chi tiết máy 7

I Thiết kế bộ truyền: 7

1 Thiết kế hộp giảm tốc 7

1.1 Thiết kế bộ truyền bánh trụ răng thẳng 7

1.2 Thiết kế bộ truyền trục vít , bánh vít 15

2 Thiết kế bộ truyền xích 22

3 Chọn khớp nối 26

II Tính trục-ổ lăn: 27

A Tính trục- then 27

1 Chọn vật liệu 27

2 Xác định lực tác dụng lên trục 27

3 Tính thiết kế trục 28

4 Tính chính xác trục theo hệ số an toàn 31

B Tính chọn ổ lăn 43

1 Tính chọn ổ lăn cho trục I 43

2 Tính chọn ổ lăn cho trục II 44

3 Tính chọn ổ lăn cho trục III 47

Phần III : Thiết kế kết cấu (vỏ hộp giảm tốc,các chi tiết,bôi trơn điều chỉnh ăn khớp và lắp ghép )

50 1 Kết cấu vỏ hộp giảm tốc, bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 50

2 Kết cấu chi tiết 51

3 Một số kết cấu khác 53

4 Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai

54

phần I : chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

1 chọn động cơ:

1.1 Xác định công suất đặt trên trục động cơ :

i i k

i i

t

t T

T t

t T

T t

t T

T t

t P

1

2 1 2 1 1 2

1

2 1 1

2 1

) ( ) (

) (

D



(Với D là đờng kính tang: D =360 mm )

+ Ux: Tỉ số truyền của bộ truyền xích, chọn Ux = 2,0

Tra bảng 2.4[I] - trang 21,ta chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng - trục vít: Uh = 55

 n'db= 15,92 2 55 =1751(vòng/phút).

Chọn tốc độ đồng bộ của động cơ điện : nđb = 1500 (vòng/phút).1.3 Chọn động cơ:

Động cơ điện phải thoả mãn các yêu cầu:

dc yc

P P ; nđb  n'db; K yc

dn

T K

+Khối lợng của động cơ : M = 94 (kg)

n U n

Chọn tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng là : U1 = 2,40

 tỷ số truyền bộ truyền trục vít : 2

c x

C«ng suÊt trªn trôc 1: P1=

br ol

 TÝnh m« men xo¾n trªn c¸c trôc: ¸p dông c«ng thøc :

M«men xo¾n trªn trôc 1: T1 =9,55.106 1

M«men xo¾n trªn trôc 2: T2 =9,55.106 2

2

P

n = 9,55.106.

6, 21 604,17 =98160 (N.mm)

M«men xo¾n trªn trôc 3: T3 =9,55.106 3

3

P

n = 9,55.106.

4,93 36,62=1285677 (N.mm)

M«men xo¾n trªn trôc c«ng t¸c: Tct =9,55.106 ct

ct

P

n = 9,55.106.

4,5 15,92=

2,40 =16,50U2 Ux = 2,30

P

phÇn II :tÝnh to¸n thiÕt kÕ chi tiÕt m¸y.

a.Chän vËt liÖu chÕ t¹o b¸nh r¨ng:

Dùa theo quan ®iÓm thèng nhÊt ho¸ trong thiÕt kÕ ta chän vËt liÖu chÕt¹o b¸nh r¨ng gièng vËt liÖu chÕ t¹o trôc vÝt, Theo b¶ng 6.1[I]- trang 92,

T c

1

3 max

) ( 60

 NHE1 = U1 NHE2 > NHo1=1,79.107  Hệ số tuổi thọ: KHL1 = 1

Vậy, sơ bộ xác định ứng suất tiếp xúc cho phép,theo công thức trang 93 ta có:

T

T c

1

6 max 2

2 ) (

60

 NFE1 = U1 NFE2 > 4.106 = NFEo  KFL1 = 1

Đối với bộ truyền quay một chiều  KFC = 1

Vậy, sơ bộ xác định ứng suất tiếp xúc cho phép, theo 6.2a[I]-trang93 :[F] = o

Flim KFC

F

FL

S K

1 1

] [

)

1 (

ba H

H a

w

U

K T U

K a

Tra bảng 6.6[I] - trang 97,ta có đối với cặp bánh răng phân bố đối xứng

so với các ổ trong hộp giảm tốc ta chọn : ba = 0,4

Theo công thức 6.16[I] – trang97: bd = 0,53.ba (U1 +1) = 0,53.0,4.( 2,40 +1) = 0,7208

Tra bảng 6.7[I] - trang 98,chọn K H ứng với sơ đồ 5 ( bánh răng phân

03 , 1 05 , 1

500 2, 40.0, 4

w

a   = 95,80 (mm)  Chọn aw = 95(mm)

 Xác định các thông số ăn khớp :

mô đun : m = ( 0,01  0,02 ).aw = ( 0,01  0,02 ).95 = 0,95 1,9(mm)

Tra bảng 6.8[I] - trang 99 ,ta chọn mô đun tiêu chuẩn m = 1,5 (mm).

Số răng bánh nhỏ : 1

1

37, 25 ( 1) 1,5(2, 40 1)

w

a Z

Z Z

Góc ăn khớp : ( ) cos( ) (37 89).1,5.cos(20) 0,9347

t tw

w

Z m Cos

* kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

áp dụng công thức 6.33[I]-trang 105, tính ứng suất tiếp xúc xuất hiệntrên mặt răng của bộ truyền:

H = ZM ZH Z 1 12

1 1

2 .( 1)

ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu của các bánh răng ănkhớp, Tra bảng 6.5[I] - trang 96 ,ta có ZM = 274 (Mpa)1/3

a d

w w H Hv

K K T

d b K

.

2

1

o H

  ,(theo công thức 6.42[I]-trang107)

Tra bảng 6.15[I] - trang 107 ,ta có hệ số kể đến ảnh hởng của sai số ănkhớp đối với răng thẳng không vát đầu răng ( HB  350 )  H =0,006

+ K H: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi

lim

.ZR Zv KxH KHL = [H ] ZR Zv KxH KHLTrong đó:

 Zv: Hệ số kể đến ảnh hởng của vận tốc vòng ,Với vận tốc trênbánh1 : v = 4,24 (m/s) <5 (m/s)  Zv = 1

 ZR:Hệ số kể đến độ nhám của mặt răng làm việc,Với cấp chínhxác động học là 8, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi

* Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

ứng suất uốn sinh ra tại chân răng các bánh răng theo công thức6.43[I]-trang108:

Dùng phơng pháp nội suy:

Với x1=0,1 30 : 3,70

40 : 3,63

F F

Với x2=0,2366

3,58 3,54

80 : 3,54 0,0634 3,5527

0,3 0,1 3,58 3,55

KF là hệ số tải trọng khi tính về uốn : KF = KF KFv KF

+ KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộngvành răng khi tính về uốn.Tra theo bd dựa vào bảng6.7[I]-trang98:Chọn sơ đồ phân bố bánh răng theo sơ đồ 5 ta có :

+ KF : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng

đồng thời ăn khớp khi tính về uốn, với bộ truyền bánh răng thẳng 

w w F Fv

K K T

d b K

.

2

1

3,556 94,38 91,92

 Bộ truyền bánh răng làm việc đủ điều kiện bền tiếp xúc

* Kiểm nghiệm răng về quá tải:

ứng suất tiếp xúc cực đại và ứng suất uốn cực đại trên răng phải thoảmãn:

Hmax = H. K qt  [H ] max

Fmax = H.Kqt  [F ] max (Theo 6.48[I] và 6.49[I]-trang110)

Trong đó: Kqt là hệ số quá tải: Kqt =

Vậy Hmax = 559 (MPa) < 1260 (MPa) = [H ] max

F1max = 141,57 (MPa) < 464 (MPa) = [F1 ] max

F2max = 137,88 (MPa) < 360 (MPa) = [F2 ] max

 Bộ truyền bánh răng làm việc an toàn khi quá tải lúc mở máy

Đờng kính chia d1 = 55,5 (mm) ; d2 = 133,5(mm)

Đờng kính đỉnh răng da1 = 58,78 (mm) ; da2 = 137,19(mm)

Đờng kính đáy răng df1 = 52,05 (mm) ; df2 = 130,46(mm)

Góc ăn khớp  tw 21,81 0

1.2 Thiết kế bộ truyền trục vít , bánh vít :

sb

 = 4,5.10 604,17 1285677  5 3 =2,96 (m/s)

Với V sb=2,96 (m/s) < 5 (m/s)  dùng đồng thanh không thiếc để chế

tạo bánh vít, cụ thể là đồng thanh_ nhôm_ sắt_nicken : БpAжH 10-4-4

, chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép 45 tôi bề mặt đạt độ rắn 45 50HRC, ren thân khai sau khi cắt ren đợc mài

b Tính các ứng suất cho phép:

+ ứng suất tiếp xúc cho phép [H]:

Tra bảng 7.1[I]-trang 146, với bánh vít bằng БpAжH 10-4-4 dùng

khuôn kim loại hoặc đúc li tâm : b = 600 (MPa),

+ ứng suất uốn cho phép [F]:

ứng suất uốn cho phép đợc xác định theo 7.6[I]-trang 148:

T

n t T



2

9 2

10

0,741 14,84.10

2

2

170

7.3[I]-trang150,Chän theo tiªu chuÈn q = 8

VËy, Kho¶ng c¸ch trôc s¬ bé:

2

2 2

] [

170 )

(

q

K K T z

q

z

H w

*Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc:

ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng bánh vít phải thoả mãn:

3

2

170

*Vận tốc trợt thực tính theo công thức 7.20[I]-trang151 :

w

w t

n d v



 cos 60000

. 1 1

Lấy ở bảng1: n1=nII=604,17 (vòng/ phút)

Với dw1: đờng kính vòng lăn trục vít: dw1 = ( q + 2x ).m =( 8 - 2.0,5).10

Khi vt = 2 (m/s)   = 3,15

Khi vt = 2,5 (m/s)   = 2,87

 Khi vt = 2,30 (m/s) sử dụng phơng pháp nội suy ta có :

t

T t k

* Kiểm nghiệm độ bền uốn:

ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh vít phải thoả mãn điều kiện: F = 2

2 2

1, 4 .

7.26[I]-Tra bảng 7.9[I]-trang1515,ta có các thông số của bộ truyền trục vít –bánh vít :

+ Chiều rộng bánh vít :Z1 = 2  b2  0,75.da1

Với da1: đờng kính vòng đỉnh, da1 = m.( q + 2 ) = 10.( 8 +2 ) = 100(mm)  b2  0,75.100 = 75 (mm)

 chọn b2 = 75 (mm)  32 3 0

33

37,12 cos ( ) cos (15,94 )

v

w

Z Z

* Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải:

ứng xuất tiếp xúc cực đại Hmax và ứng xuất uốn cực đại Fmax trên răngbánh vít phải thoả mãn: Hmax =H K qt  [Hmax]

Vậy bộ truyền trục vít - bánh vít làm việc an toàn khi quá tải lúc mở máy.

Đờng kính ngoài bánh vít : daM2 = 355 (mm);

Đờng kính đáy : df1 = 56 (mm); df2 = 296 (mm)Góc ôm :  = 52o8’

* Kiểm tra điều kiện kết cấu:

Điều kiện kết cấu thoả mãn khi: aw2 > aw1 + 1

g.Tính nhiệt truyền động trục vít , bánh vít:

Theo công thức 7.32[I]-trang157,Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộpgiảm tốc (không dùng quạt gió ) :

) ] ).([

1 (

.

) 1 ( 1000

0

1

t t K

P A

+  là hệ số kể đến sự giảm nhiệt sinh ra trong một đơn vị thời gian

do tải trọng giảm so với tải trọng danh nghĩa :

Z    Sai số tỉ số truyền : U =

2,30 2, 28

.100 0,87% 2,30

Với n01 là số vòng quay đĩa xích dẫn làm việc trong điều kiện thí nghiệm( bộ truyền nằm ngang, khoảng cách trục : a = ( 30 … 50 )p có thể

điều chỉnh lực căng xích, bộ truyền chịu tải trọng tĩnh, làm việc một ca

và đợc bôi trơn bằng phơng pháp nhỏ giọt) Dựa vào bảng 5.5[I]-trang81:

chọn n01 = 50 (vòng/phút)

 kn = 01

1

50 1,365 36,62

n

k = ko ka kđc kbt kđ kc

Tra bảng 5.6[I]-trang 82,ta có:

+ko là hệ số kể đến ảnh hởng của vị trí bộ truyền , vì bộ truyền nằmngang  ko = 1

+ka là hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài dây xích, chọn a =40p  ka = 1

+kđc là hệ số kể đến ảnh hởng của việc điều chỉnh lực căng dây xíchbằng một trong các đĩa xích  kđc = 1

+kbt là hệ số kể đến ảnh hởng của bôi trơn, tra bảng 5.6[I]& trang 82 , với môi trờng làm việc có bụi, bôi trơn đạt yêu cầu  kbt =1,3

bảng5.7[I]-+kđ là hệ số kể đến tải trọng động, đối với tải trọng va đập nhẹ  kđ =1,3

+kc là hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền xích, với bộ truyềnlàm việc 2 ca  kc = 1,25

Vậy: k = 1.1.1.1,3.1,3.1,25 = 2,1125

 Pt = 4,93.2,1125.1.1,365 = 14,22 (KW)

Tra bảng 5.5[I]-trang 81, tìm đợc trị số công suất cho phép :

[P0]=14,7 (KW) >Pt ứng với bớc xích p = 44,45 (mm)

Để giảm va đập và đờng kính các đĩa xích ta giảm bớc xích p bằngcách dùng xích 2 dãy  kd = 1,7

khi đó công suất bộ truyền là : Pd = 14, 22 8,36

1,7

t d

số mắt xích đợc xác định theo công thức 5.12[I]-trang 85:

a

p Z Z Z Z

p

a

x

4

) (

2

2

2

2 1 2 2 1

2.1524 25 57 (57 25) 38,1

121,65 38,1 2 4.3,14 1524

,với P = 4,93 (KW),

e Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

áp dụng công thức 5.18[I]-trang87, ứng suất tiếp xúc trên mặt răng đĩa xích:

d vd d t r H

k A

E F K F K

).

( 47 ,

A là diện tích chiếu của mặt tựa bản lề, tra bảng 5.12[I]-trang87 , với p=38,1, xích 2 dãy A = 672 (mm2).



5 2,1.10

a Chọn khớp nối là nối trục vòng đàn hồi

Đặc điểm của khớp loại này là cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ thay thế, làm việc bình thờng khi độ lệch tâm từ 0,2  0,6 mm,độ lệch góc

2

3 0

d c

d

l d D Z

T k

Vậy, điều kiện bền dập thoả mãn

c Kiểm nghiệm điều kiện bền uốn:

Điều kiện sức bền của chốt:  u

c u

D d

l T k



0 3

0 1 , 0

.

Trong đó: l l l 41 , 5mm

2

15 34 2

2 1

0      [ ]  u  60 80  MPa  1,5.49397.41,53 31,13 

ứng suất xoắn cho phép [] = 15 30 (MPa)

Giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng:

-1 =0,436b =0,436.600=261,6 (MPa)1

Hình 1: SƠ Đồ LựC HộP GIảM TốC2.2 Xác định giá trị các lực tác dụng lên trục:

I w

Fa3 = Ft4 =

3

2 2.1285677

7792 330

dc

T

 Fk=0,3.1097,7=329,31 (N)

Phơng chiều của Fk đợc chọn ngựơc chiều với lực vòng Ft1 vì khi đó trục

I chịu uốn lớn nhất

Lực từ xích tác dụng vào trục III : Fx=Fr=9775 (N) có điểm đặt tại tâm trục và chiều hớng vào tâm đĩa xích bị dẫn

T d



Với k = 1,2,3 là số thứ tự của các trục trong hộp giảm tốc

Tra bảng 10.2[I]-trang 189 , chọn bề rộng ổ lăn bo = 23 (mm)

Ta có đờng kính trục động cơ:dđc = 38 (mm)

+ lij là chiều dài của đoạn trục j trên trục thứ i (i=1;2;3)

+ lmik là chiều dài mayơ của chi tiết quay thứ k trên trục i

- Tra bảng 10.3[I]-trang 189, ta chọn khoảng cách các khe hở:

K1=12(mm) ; k2=10 (mm); k3=16 (mm); hn=18 (mm)

 Xác định chiều dài các đoạn trục trên trục I:

HìNH 2: SƠ Đồ TíNH KHOảNG CáCH TRÊN TRụC i

lm12= (1,4 2,5).d1 = (1,4 2,5).30 = 4275 (mm)  chọn lm12 = 50 (mm)

lm13 = (1,2 1,5).d1= (1,21,5).30 = 3645  chọn lm13= 42 (mm)

 l12 = 0,5( lm12 + bo ) + k3 + hn = 0,5(50 +23)+16+18=70,5 (mm)Lấy l12=70 (mm)

l13 = 0,5( lm13 + b0 ) + k1 +k2 =0,5(42+23)+12+10=54,5(mm) lấy l13=55(mm)

HìNH 3: SƠ Đồ TíNH KHOảNG CáCH TRÊN TRụC II

*Xác định chiều dài các đoạn trục trên trục III:

HìNH 4: SƠ Đồ TíNH KHOảNG CáCH TRÊN TRụC IIi

lm32=(1,21,8).d3=(1,21,8).60=72108 (mm)

chọn lm32=100 (mm)

lc33=0,5(lm33+b0)+k3+hn=0,5(90+23)+16+18=90,5 (mm)

chọn lc33=90 (mm)

 Biểu đồ mômen trên trục (hình vẽ trang 29).

Chọn đờng kính trục tại các tiết diện có lắp chi tiết: Dựa vào đờng kính sơ bộ d1=30 (mm) chọn đờng kính tại các tiết diện trên trục nh sau:

*Chọn then và tiến hành kiểm nghiệm then:

Dựa vào bảng 9.1[I]-trang173, chọn loại then bằng đầu tròn, ứng suất dập và ứng suất cắt trên then phải thoả mãn:

) (

.

2

1

t h

T

d l b

  [c]Trong đó : T: mô men xoắn trên tiết diện lắp then,

d : đờng kính trục tại tiết diện lắp then,

lt: chiều dài then : lt=(0,80,9)lm và đợc chọn theo dãy tiêu

chuẩn

h là chiều cao then

t1 là chiều sâu rãnh then trên trục.

Các thông số của then và kết quả tính ghi trong bảng :

c(MPa)

Tra bảng 9.5 [I] ,với tải trọng va đập nhẹ then làm bằng thép thì :[d ] = 100 (MPa); [c ] = 40  60 (MPa)

Nh vậy, d< [d] ; c< [c]  các then làm việc đủ bền.

Ta có kết cấu trục I nh hình vẽ trang 33

R 10y

HìNH 5: Biểu đồ momen và kết cấu trụcI:

4.2 Tính cho trục II:

Xác định lực tác dụng trên trục II:

Lấy tổng mô men đối với tiết diện 0 và 1 ta có:

 Biểu đồ mômen trên trục (hình vẽ trang 31)

*chọn đờng kính các đoạn trục tai các tiết diện có lắp chi tiết:

Dựa vào đờng kính sơ bộ d2=35 (mm)  chọn:

d22 =36 (mm)

d20 =d21 =40 (mm) theo tiêu chuẩn

d23 =df1=56 (mm) (df1 là đờng kính chân ren trục vít)

*Chọn kiểu lắp ghép :

Tiết diện 22 : lắp bánh răng, kiểu lắp k6 kết hợp với lắp then

Tiết diện 23 : là phần cắt ren trục vít

Tiết diện 20 và 21:lắp ổ lăn

*Chọn then và kiểm nghiệm then:

Ta chọn loại then bằng đầu tròn có các thông số và giá trị ứng suất