Đồ án chi tiết máy hộp giảm tốc bánh răng côn đề 3- đại học BKHN

II-THIẾT KỀ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG:Thiết kế truyền đai gồm cỏc bước : - Chọn loại đai, tiết diện đai - Xỏc định cỏc kớch thước và thụng số bộ truyền.. + Công suất trên trục bánh đai chủ độn

I -CHỌN ĐỘNG CƠ

I.1-Chọn kiểu loại động cơ :

I.1.1-Tính toán công suất :

A-Công suất làm việc:

Theo CT (2.11) [ I ]

Plv =

1000

- Hiệu suất của bộ truyền bánh răng : 𝜂br = 0,95

- Hiệu suất truyền của bộ truyền xích : 𝜂x = 0,92

- Hiệu suất của bộ truyền đai : 𝜂đ = 0,95

- Hiệu suất truyền của ổ lăn :

I.1.2-Tính sơ bộ số vòng quay đồng bộ:

A- Số vòng quay làm việc:

Vận tốc quay, v/p

45

Động cơ thỏa mãn các thông số cần thiết

I.2.PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

I.2.1 Tỷ số truyền của hệ dẫn động:

I.2.2.Số vòng quay trên các trục :

Công suất làm việc : Pđc = Pct = 9,56 (KW) )

Công suất trên trục I: PI = Pđc .nđ = 9,56.0,95 = 9,08 (KW))

Công suất trên trục II : PII = PI

= 9,08 0,99 0,95 = 8,54(KW))

=8,54.0,92.0,992

Trục I: TI=9,55.106

I I

(Nmm)

* BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN :

II-THIẾT KỀ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG:

Thiết kế truyền đai gồm cỏc bước :

- Chọn loại đai, tiết diện đai

- Xỏc định cỏc kớch thước và thụng số bộ truyền

- Xỏc định cỏc thụng số của đai theo chỉ tiờu về khả năng kộo của đai và vềtuổi thọ

- Xỏc định lực căng đai và lực tỏc dụng lờn trục

Theo hỡnh dạng tiết diện đai, phõn ra : đai dẹt (tiết diện chữ nhật), đai hỡnh thang(đai hỡnh chờm), đai nhiều chờm (đai hỡnh lược) và đai răng

II 1 Xác định kiểu đai

Các thông số của động cơ và tỉ số truyền của bộ truyền đai:

ndc =960 (vòng/phút) ; Pđộng cơ =P1 = 9,56(KW) ; uđai = 3.15 ;

Chọn loại tiết diện đai hình thang và do không có yêu cầu đặc biệt nào nên ta

chọn loại đai hình thang bình thờng trong bảng 4.13[I] Theo đó, thông số kích

thớc cơ bản của đai đợc cho trong bảng sau:

(đối với loại đai thang thường)

=630/200.(1-0,02)=3,21

Suy ra tỷ số truyền thực tế bằng tỷ số truyền đó chọn

Tra bảng 4.13[II] , ta chọn chiều dài đai tiêu chuẩn là l=2500 (mm)

Sè vßng ch¹y cña ®ai:

+ Công suất trên trục bánh đai chủ động :

Vậy chọn Z = 3 đai

II.4-Xỏc định chiều rộng bỏnh đai

- Chiều rộng của bánh đai đợc xác định theo công thức:

 Fv = 0,178.10,052 = 17,98 (N)

- Xác định lực căng ban đầu:

F0 =

780 .

Bảng thông số của bộ truyền đai

III 2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích

Bớc xích p đợc xác định từ chỉ tiêu về độ bền mòn của bản lề Điều kiện đảmbảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích đợc viết dới dạng:

kO = 1 ( Do gúc nghieng nối tõm 55 0 <60 0 )

Hệ số kể đến ảnh hởng của khoảng cách trục và chiều dài xích:

ka = 1 chọn a = 35p

Hệ số kể đến ảnh hởng của việc điều chỉnh lực căng :

kđc = 1,25(Điều chỉnh bằng 1 trong cỏc đĩa xớch);

p = 38,1(mm) < pmax = 50,8 (mm)  Thỏa món điều kiện

Ta lấy số mắt xích chẵn xc = 128 , tính lại khoảng cách trục theo công thức:

 i = 1,32 < [i] = 20 (Tra bảng 5.9[I] )

Vậy sự va đập của các mắt xích vào các răng trên đĩa xích đảm bảo, khônggây ra hiện tợng gẫy các răng và đứt mắt xích

Fv = q v2 = 5,5 1,172 = 7,53 (N) -Lực căng do nhánh xích bị động sinh ra:

 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc của đĩa xích:

H = 0,47 √k r(F t K d+F vd) E

H] Chọn vật liệu làm đĩa xớch là thộp 45 tụi cải thiện đạt HB321,tra theo

với : E1, E2 lần lợt là mô đun đàn hồi của vật liệu con lăn và răng đĩa xích, lấy E = 2,1 105 Mpa

- Diện tích chiếu của bản lề : A = 395 (mm2) (bảng 5.12)

Dựng thộp 45 tụi cải thiện đạt nhiệt độ rắn HB321 sẽ đạt được ứng suất tiếp xỳc

tự,H2 ≤ [H] ( với cựng vật liệu và nhiệt luyện)

Bảng tổng hợp số liệu về bộ truyền xích.

Khoảng cáchtrục

Thép 45 tôi cải thiệnThép 45 tôi cải thiện

Đường kínhvòng chia

d1

d2

200 mm

630 mmLực tác dụng

Phần III: Tính bánh răng côn răng thẳng

III.1 Chọn vật liệu

Tra bảng 6.1 [1]

Vật liệu Nhiêt luyện Kích thýớc

s,mm

Ðộ rắn Giới hạn bền Giới hạn chảy

K HL , K FL là hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ va chế độ tải trọng của bộ truyền, được xác định theo công thức sau :

+ m H - Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc m H = 6 khi độ rắn mặt răng HB ≤ 350

+N HO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

c - Số lần ăn khớp trong một vòng quay của bánh răng;

n i - Số vòng quay của bánh răng trong một phút;

T i - Mô men xoắn ở chế độ thứ i;

T max - Mô men xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng đang xét;

t i - Tổng số giờ làm việc của bánh răng t i = 20000( giờ).

Ta có: với bánh răng nhỏ (bánh răng 1):

c = 1; n I = 240 v/p.

với bánh răng lớn (bánh răng 2):

+ m F - Bậc của đường cong mỏi khi thử về uốn m F = 6 khi độ rắn mặt răng HB ≤ 350 ;

+ N FO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn;

N FO = 4 đối với tất cả các loại thép;

+ N FE , Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Khi bộ truyền chịu tải trọng thay đổi nhiều bậc theo CT 6.8[I]:

N FE = 60.c. ∑ ( Ti/ Tmax)m Fniti

Trong đó:

c - Số lần ăn khớp trong một vòng quay của bánh răng;

n i - Số vòng quay của bánh răng trong một phút;

T i - Mô men xoắn ở chế độ thứ i;

T max - Mô men xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng đang xét;

t i - Tổng số giờ làm việc của bánh răng t i = 20000( giờ).

Ta có:

với bánh răng nhỏ (bánh răng 1) : c = 1; n I = 240 v/p

với bánh răng lớn (bánh răng 2) : c = 1; n II = 80 v/p

Bánh răng côn răng thẳng

[σ H ] =min([σ H1 ]; [σ H2 ]) = [σ H2 ] =481,82 MPa

Ứng suất cho phép khi quá tải σ

[σ H1 ]max =[σ H2 ]max =2,8.σ ch =2,8.550 =1540 MPa

 [σ H ]max = min ([σ H1 ]; [σ H2 ]) = 1540 Mpa

[ σ F ] max = 0,8 σ ch

[ σ F1 ] max =[ σ F2 ] max = 0,8 σ ch1 =0,8 550 =440 Mpa

III.2 Tính toán bộ truyền bánh răng côn

III.2.1 xác định chiều dài côn ngoài và đường kính chia ngoài d el

H d

T K K







K R = 0,5 K d hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng.

K d = 100MPa 1/3 với bánh răng côn răng thẳng

T 1 mô men xoắn trên trục chủ động

[σ H ] ứng suất tiếp xúc cho phép

+đường kính đỉnh răng ngoài

d ae1 = d e1 + 2.h ae1 cos = 140+ 2.4,32.cos 18,43 0 =148,20 mm

d ae2 = d e2 + 2.h ae2 cos = 420+ 2 2,64.cos 71,57 0 = 421,67 mm,

+Chiều dài côn trung bình

R m = R e -0,5b=235,88-0,5 55,34 =208,21

- Chiều dày răng ngoài:

θ f1 = arc tg h fe1 /R e = arc tg 3,44 / 235,88= 0,84 0

θ f2 = arc tg h fe2 /R e = arc tg 5,12 / 235,88= 1,24 0

σ H =Z M Z H Z ε.

2 1

2 1

Z M là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp

Tra bảng 6.5 trang 96 suy ra Z M = 274 MPa 1/3

Với d m1 là đường kính trung bình của bánh răng côn nhỏ

K H =K Hβ K Hv K Hα =1,2.1,05.1 =1,26

σ H =Z M Z H Z ε

2 1

2 1

.100%=5,87% < 10%

< [ ]’ thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc

III.2.4 Kiểm nghiệm về độ bền uốn

theo CT 6.65 và 6.66(I) trang 116 ta có :

m nm = m tm =3,5 ( do là bánh răng côn răng thẳng)

d m1 đường kính trung bình của bánh chủ động d m1 = 122,5 mm.

Y F1 , Y F2 là hệ số dạng răng

K F là hệ số tải trọng khi tính về uốn

K F =

K F là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên vành răng

Tra bảng 6.21 (I) trang113 ta có =1,30

là hệ số kể để sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp đối với bánh răng côn răng thẳng = 1

III.2.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Theo CT 6.48 trang 110 với K qt = T max /T= 1,4 ta có

Theo 6.49 (I) trang 110 :

= K qt = 246,86.1,4 = 345,6 MPa [ ] max = 440 MPa = K qt = 236,57.1,4 = 331,2 MPa [ ] max = 440 MPa Như vậy độ bền về quá tải của răng được đảm bảo

III.2.6 Xác định lực ăn khớp

Theo CT 10.3 trang 184 cho bộ truyền bánh răng côn :

F t1 = F t2 = 2.T 1 /d m1 = 2.

361308,33 122,5 = 5898,91 N

F r1 = F a2 = F t1 tg cos = 5898,91.tg20 0 cos18°43’=2036,91 N

F a1 = = F t1 tg sin = 5898,91.tg20 0 sin18°43’ = 678,77 N

THÔNG SỐ VÀ KÍCH THƯỚC BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN

Chiều cao đầu răng ngoài (mm)

Ta chọn vật liệu làm trục là thép C45 tôi cải thiện có cơ tính như sau:

II Tính toán thiết kế trục.

1.Xác định đường kính sơ bộ của trục:

Đường kính trục thứ k trong hộp giảm tốc chỉ xác định bằng momen được tính theo công thức 10.9 [I] :

Trong đó:

-[τ] : ứng suất xoắn cho phép, với vật liệu trục là thép 45

[τ]= (15 30) Mpa

ta chọn [τ] suất xoắn cho phép với vật liệu là thép, Mpa với vật liệu thép

= 49,38 mm

Từ đó ta có kết quả như sau:

 Đường kính sơ bộ của trục I

Dựa vào đường kính sơ bộ trục vừa tính toán, ta xác định được gần đúng bề rộng của ổ lăn theo bảng 10.2 [I] như sau:

2.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực.

A.xác định các kích thước liên quan đến bộ truyền

Chiều dài mayơ bánh đai ,đĩa xích,mayơ bánh răng trụ được tính theo công thức Theo CT 10.10 [I]:

Lm (1,2… 1,5)dChiều dài moay ơ của bánh đai bị dẫn là:

= >chọn Lm12= 70 (mm)Chiều dài moay ơ của xích là:

= > chọn Lm23 = 75 (mm)Chiều dài moay ơ bánh răng côn xác định theo công thức 10.12 [I] :

lmik = (1,2…1,4)dik

lm13 = (1,2…1,4).50 = (60 … 70) mm; lấy lm13 = 65 mm;

Chiều dài moay ơ bánh răng côn lớn:

Các khoảng cách khác được chọn trong bảng 10.3 [I] :

hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

B.Xác định chiều dài của các đoạn trục:

Theo bảng 10.4 [I] với trường hợp hộp giảm tốc bánh răng côn và hình 10.10 [I]:

y x

- Lực của bánh đai tác dụng lên trục:

Fdx = FRsin = 1645,96 Sin200 = 562,95 (N)

Tính phản lực tại các gối đỡ (0) và (1):

y như hình vẽ Ta tính toán được các thông số như sau:

+ Phản lực theo phương của trục y:

Mx(0) = Fdy l12 + Fy1 l11 - Fr1.l13 + Fa1 = 0

F(x) = - Fdx + Fx0 + Fx1 - Ft1 = 0

 Fx0 = Fdx – Fx1 + Ft1 = 562,95 – 8416,42 + 5898,91 = - 1954,56N

Vậy lực ngược chiều hình vẽ

4.Tính đường kính của trục tại các tiết diện:

tạo trục I là thép 45, tôi cải thiện, có b ≥ 750 MPa; theo bảng 10 5 [1], ta có trị sốcủa ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo trục là: [] = 50 MPa

Đường kính tại các mặt cắt trên trục được xác định theo CT 10.17[I]

di =

Mtd - Mô men tương đương trên các mặt cắt,

Theo CT10.15[I]; CT10.16[I] ta có:

Mtd =

 Xét các mặt cắt trên trục I:

+ Xét mặt cắt trục tại điểm (2) - điểm có lắp then với bánh đai bị động của bộ truyền:

+ Xét mặt cắt trục tại điểm (0) - điểm có lắp ổ lăn:

+ Xét mặt cắt trục tại điểm (1) - điểm có ở lăn :

(N.mm)

- Momen uốn : Mx1 = Fr1 (l13 – l11) -

95387,17 Nmm

Như vậy để tăng khả năng công nghệ trong quá trình chế tạo trục và đồng bộ

khi chọn d0, d1 Tại d0, d1 chọn kích thước là như nhau

d0= d1 =45 , d2= d3 =40

BIỂU ĐỒ MÔMEN :

Fa1

Fr1

z y

5.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi.

ảnh hưởng về độ bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu trình ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố kích thước, chất lượng bề mặt… Vì vậy sau khi xác định được đường kính trục cần tiến hành kiểm nghiệm trục về

độ bền mỏi có kể đến các yếu tố vừa nêu

các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau đây theo công thức 10.19 [I]:

sj = ≥ [s]

Trong đó :

[s] - hệ số an toàn cho phép, [ s] =(1,5….2,5); lấy [s]=2,5

sj , sj - hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêngứng suất tiếp tại mặt cắt j

 , - hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình tới độ bền

 = 0,1 ;  = 0,05

- Đối với trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng theo CT 10,22 [I]:

mj = 0 ; aj = maxj =

-  aj,  aj,  mj,  mj là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp tại mặt cắt

mà ta đang xét Khi trục quay một chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, theo CT 10.23 [I]:



   



mj aj dj

mj = aj = =

Ta kiểm nghiệm cho mặt cắt tại điểm có lắp ổ lăn (0) và (1)

5.1.Kiểm nghiệm cho mặt cắt (3):

Theo công thức 10.15 [I], ta có:

b là chiều rộng rãnh then bằng: b=14 mm (tính toán phần chọn then)

t1 là chiều sâu của rãnh then:t1= 5,5 mm ( tính toán trong phần chọn then)

T

2

gia công và độ nhẵn bóng bề mặt Theo bảng 10 8 [I] ta có :

Kx = 1,1 , với b = 750 MPa, tiện đạt Ra 2,5…0,63;

Ky - hệ số tăng bền bề mặt trục, tra bảng 10 9 [1] , ta không dùng phương

y

x K

 ,  - hệ số kể đến ảnh hưởng kích thước mặt cắt trục, đối với trục làm bằng

s3 = = = 6,22 >

[s] = 2,5=> mặt cắt (3) đủ bền

5.2.Kiểm nghiệm cho mặt cắt (1):

Theo công thức 10.15 [I], ta có:

= 407951,16(N.mm) Theo bảng 10.6 [I] ta có:

Trong đó:

pháp gia công và độ nhẵn bóng bề mặt Theo bảng 10 8 [I] ta có :

Kx = 1,1 , với b = 750 MPa, tiện đạt Ra 2,5…0,63;

Ky - hệ số tăng bền bề mặt trục, tra bảng 10 9 [1] , ta không dùng phương

Fa2 Fr2 F

t2

z y x

01

Xác định các lực tác dụng lên trục II

+ Mô men xoắn từ trục động cơ truyền cho trục II, TII = 1019462,50 (Nmm);

+Lực dọc trục : Fa1 = 678,77 (N)

- Lực của bánh đai tác dụng lên trục:

FR từ bánh đai tác dụng lên trục được phân tích thành hai lực: ( FR = Fxich )

Fxx = FRsin = 7664,11 Sin550 = 6278,07 (N)

Tính phản lực tại các gối đỡ (0) và (1):

y như hình vẽ Ta tính toán được các thông số như sau:

+ Phản lực theo phương của trục y: (xét mặt phẳng yoz)

Mx(1) = - Fxy l22 + Fy0 l21 - Fr2.l23 - Fa2 = 0

 Fy0 =

4.Tính đường kính của trục tại các tiết diện:

tạo trục I là thép 45, tôi cải thiện, có b ≥ 750 MPa; theo bảng 10 5 [1], ta có trị sốcủa ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo trục là: [] = 50 MPa

Đường kính tại các mặt cắt trên trục được xác định theo CT 10.17[I]

di =

Mtd - Mô men tương đương trên các mặt cắt,

Theo CT10.15[I]; CT10.16[I] ta có:

- Mô men tương đương trên mặt cắt (2):

+ Xét mặt cắt trục tại điểm (1) - điểm có lắp ổ lăn:

+ Xét mặt cắt trục tại điểm (3) - điểm có lắp bánh răng côn :

- Mô men uốn My3 = Fx0.(l21-l23) = 5735,33.( 266,60-174,50))

- =527650,36 (N.mm)

- Mô men uốn Mx3 = Fy0.(l21-l23)

= 3160,25.(367,50-174,50)

= 290743,00 (N.mm);

Như vậy để tăng khả năng công nghệ trong quá trình chế tạo trục, và đồng

bộ khi chọn ổ lăn, ta chọn kích thước của ngõng trục tại 0 và 1 là như nhau:

d0 = d1=60 (mm)

Vẽ biểu đồ momen:

Fa2 Fr2

Ft2

z

y x

0

1

F yo

Fy1 Fx1

5.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi.

ảnh hưởng về độ bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu trình ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố kích thước, chất lượng bề mặt… Vì vậy sau khi xác định được đường kính trục cần tiến hành kiểm nghiệm trục về

độ bền mỏi có kể đến các yếu tố vừa nêu

các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau đây theo công thức 10.19 [I]:

Trong đó :

[s] - hệ số an toàn cho phép, [ s] =(1,5….2,5); lấy [s]=2,5

sj , sj - hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêngứng suất tiếp tại mặt cắt j

- Đối với trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng theo CT 10,22 [I]:

mj = 0 ; aj = maxj =

-  aj,  aj,  mj,  mj là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp tại mặt cắt

mà ta đang xét Khi trục quay một chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, theo CT 10.23 [I]:

mj = aj = =

Ta kiểm nghiệm cho mặt cắt tại điểm có lắp ổ lăn (0) và (1)

5.1.Kiểm nghiệm cho mặt cắt (1) có lắp ổ lăn:

Theo công thức 10.15 [I], ta có:

T

2