tính toán thiết kế hộp giảm tốc

Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu.. Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

GVHD: Đặng Văn Ánh

LỜI NÓI ĐẦU:

Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại.

Vì vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hoá đất nước Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các hệ thống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư cơ khí.

Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói nó đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu.

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Nguyên

lý máy, Sức bền vật liệu, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật cơ khí , và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế cơ khí Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn,…Thêm vào đó, trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ AutoCad, điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí.

Em chân thành cảm ơn thầy Đặng Văn Ánh đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.

Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến từ thầy cô và các bạn.

Đề 39: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC.

Các số liệu:

1 Công suất trục đầu ra (trục làm việc) N = 5kw

2 Số vòng quay trục đầu ra (trục làm việc) n = 85 (vòng/phút)

3 Thời gian làm việc: 6000 giờ

4 Sơ đồ bố trí hộp số và tải trọng như hình vẽ:

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp.HCM, tháng 12 năm 2011

MỤC LỤC:

Phần I: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỶ SỐ TRUYỀN 5

I.1 Sơ đồ bố trí máy 5

I.2 Chọn động cơ 5

I.3 Phân phối tỷ số truyền 7

I.3.1 Số vòng quay trục 1,2,3 8

I.3.2 Công suất trên các trục 1,2,3 8

Phần II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP SỐ 10

Phần III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 13

III.1 Thiết kế b truyền bánh răng trụ răng thẳng ộ 13

III.1.1 Chọn v t li u ậ ệ 13

III.1.2 Ứng suất tiếp xúc cho phép 13

III.1.3 Ứng suất uốn cho phép 14

III.2 Xác định khoảng cách trục A 15

III.3 Tính vận tốc v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng 15

III.4 Định chính xác hệ số tải trọng K 16

III.5 Xác định modun, số răng và chiều rộng bánh răng 16

III.6 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng 17

III.7 Kiểm tra sức bền bánh răng khi chịu quá tải đ t ng t ộ ộ 17

III.8 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền 18

III.9 Xác định khoảng cách trục A 19

III.10 Tính vận tốc v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng 20

III.11 Định chính xác hệ số tải trọng K 20

III.12 Xác định modun, số răng, của răng và chiều rộng bánh răng 21

III.13 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng 21

III.14 Kiểm tra sức bền bánh răng khi chịu quá tải đ t ng t ộ ộ 22

III.15 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền 22

Phần IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 25

IV.1 Chọn vật liệu làm trục 25

IV.2 Tính sức bền trục 25

IV.2.1 tính sơ bộ trục 25

IV.2.2 Tính gần đúng trục 26

IV.2.3 Tính then của trục 38

Phần V: TÍNH TOÁN, CHỌN Ổ LĂN 41

V.1 Chọn Ổ Lăn: 41

V.2 Bôi trơn ổ lăn: 44

V.3 Che kín ổ lăn: 45

Phần VI: CẤU TẠO VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ (TIÊU CHUẨN) KHÁC .46

VI.1 Vỏ h p: ộ 46

VI.2 Que thăm dầu: 48

VI.3 Nút tháo dầu: 48

VI.4 Nút thông hơi: 49

VI.5 Chốt định vị: 49

VI.6 Vòng chắn dầu: 50

VI.7 Nắp quan sát: 50

Phần VII: Bôi trơn trong hộp giảm tốc: 52

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỶ SỐ TRUYỀN

I Sơ đồ bố trí máy

1) Chọn động cơ

Ta chọn động cơ điện xoay chiều không đồng bộ roto lồng sóc

Ưu điểm:

 Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, làm việc tin cậy

 Có thể mắc trực tiếp vào mạng điện xoay chiều

 Giá thành tương đối thấp

 Không cần điều chỉnh vận tốc

 Sử dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí

a) Xác định công suất động cơ

Gọi:

N đm: là công suất định mức của động cơ

N lv: là công suất làm việc

η: là hiệu suất chung

Ta có:

N đm ≥ N lv

η

Trong đó: η=η1.η22 η33.η4

Tra bảng 2.1 trang 27 tài liệu môn (TKCTM) ta có:

η1=0,95: hiệu suất bộ truyền đai

η2=0,97: hiệu suất bộ truyền bánh răng

η3=0,99: hiệu suất cặp ổ lăn

η4=1: hiệu suất khớp nối

 Hiệu suất chung:

nsb: số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ

nlv: số vòng quay trên trục đầu ra

im: tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống dẫn động

ta có: im= inhs.ihs

Tra bảng 2.2 trang 32 (TKCTM)

inhs=2: tỉ số truyền của bộ truyền đai ngoài hộp số

ihs =8: tỉ số truyền trung bình của hộp giảm tốc

 im=2.8=16

nsb=16.85=1360 (v/p)

c) chọn động cơ thỏa mãn điều kiện:

iđ=2: tỉ số truyền của bộ truyền đai ngoài hộp số

ih: tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp số

b) Công suất trên các trục 1,2,3

Công suất trên trục động cơ: Nđc = 7,5 (kw)

Trục 1: T1=9,55.106 N1

n1 =9,55 10

6 7,054

730 =92281,781 (N.mm)Trục 2: T2=9,55.106N2

n2 = 9,55.10

6 6,774 227,41 =284471,66 (N.mm)Trục 3: T3=N3.9,55 106N3

n3 = 9,55 10

6 6,505 84,86 =732061,63 (N.mm)Bảng thông số tính được:

Theo bảng 5.13 trang 93 (TKCTM) với Nđc = 7,5 (kw)

Ta chọn được 2 loại đai A và Ƃ như sau:

1 -kích thước tiết diện đai (a x h)(mm)

bảng 5.11 trang 92(TKCTM)

-diện tích tiết diện F (mm2)

13 x 8

81 17 x 10,5138

2 -Đường kính bánh đai nhỏ D1 = 1,2.Dmin

với Dmin theo bảng 5.14 trang

93(TKCTM) (mm)

- Kiểm nghiệm vận tốc của đai

D2 theo tiêu chuẩn (mm)-Số vòng quay thực n’

1 trục của trục1:

n1' =n đc .(1−0,02) D1

D2 (v/p) -Tỉ số truyền thực tế:= n đc

392

400

715,42,0412%

1922,833

19008,042

Chọn ứng suất căng ban đầu σ0=1,2

(N/mm2) và theo trị số đai D1 tra bảng

1,740,90,950,942,5433

9 Định các kích thước chủ yếu của bánh

đai:

- Chiều rộng bánh đai: (công

thức:5.23 trang 96)

B = (Z – 1).t + 2.S (mm)Tra bảng 10.3(trang 257) ta có:

h0

100

3,510

65512,5

- Đường kính ngoài cùng của đai

(công thức:5-24)+ Bánh dẫn :D n1 =D1+2h0 (mm)

+ Bánh dẫn : D n2 =D2+2h0 (mm)

16

147287

20

210410

10

-Lực căng ban đầu SO:

S O =σ O F (N)-Lực tác dụng lên R:

R=3.S O .Z sin α1

2 (N)

97,21718,035

165,61456,87

Kết luận:

Chọn phương án dùng bộ truyền đai loại A vì khuôn khổ nhỏ và gọn hơn

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

I) Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

1) Chọn vật liệu

Do hộp giảm tốc 2 cấp chịu tải trọng trung bình nên chọn vật liệu làm bánh răng có

độ rắn bề mặt răng HB<350 Đồng thời để tăng khả năng chạy mòn của răng chọn

độ rắn bánh răng nhỏ lớn hơn đọ rắn bánh răng lớn khoảng 25-50HB

Chọn vật liệu làm bánh răng nhỏ thép 45thường hóa và bánh răng lớn thép 35 thường hóa ( theo bảng 3.6 trang 39(TKCTM))

Cơ tính của 2 loại thép này:

Giới hạn bền kéo σ bk

Giói hạn chảy σ ch

2) Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép

Bánh răng chịu tải trọng thay đổi

Số chu kì làm việc tương đương của bánh răng:

N tđ =60.u.(∑ T i

T max) 2niti

Trong đó:

u: số lần ăn khớp của 1 răng khi bánh răng quay 1 vòng

n: số vòng quay trong 1 phút của bánh răng

Bánh răng quay 1 vòng: u=1

T max: moment xoắn lớn nhất

ti: Thời gian làm việc tính bằng giờ

T i: moment xoắn làm việc trong chế độ thứ i

 số chu kì làm việc của bánh răng nhỏ:

b) ứng suất uốn cho phép.

Vì là phôi rèn, thép thường hóa nên ta lấy hệ số an toàn n=1,5 và hệ số tập trung ứng suất ở chân răng

4) Tính vận tốc v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng.

- Vận tốc vòng của bánh răng ăn khớp ngoài:

Theo bảng 3.13 trang 48(TKCTM) tìm được hệ số tải trọng động Kđ = 1,45

Hệ số tải trọng K được tính theo công thức: K = Ktt.Kđ = 1.1,45=1,45

Thực tế bộ truyền này chịu tải trọng thay đổi nên :

K tt=K tt bang+1

2

Ta có:

b=Ψ A A=0,4.154=49(mm)

Số răng bánh lớn: Z2 = i.Z1 = 3,21.29 ¿ 93,09 (răng)

7) Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng

Kiểm ứng suất uốn sinh ra trong chân rang theo công thức:

σ u=19,1.106 K N

y m n2.Z n1.b1≤[σ] u

Trong đó:

Mn là môđun pháp của bánh răng thẳng

Y,z,n1 là hệ số dạng răng, số rang và số vòng quay trục 1

Thỏa điều kiện

Ứng suất uốn cho phép khi quá tải

[σ]uqt =0,8 σ ch=0,8.260=208(N mm2)

Công thức kiểm nghiệm:

Bảng thông số bộ truyền bánh răng cấp nhanh

12)Tính vận tốc v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

- Vận tốc vòng của bánh răng ăn khớp ngoài:

Theo bảng 3.13 trang 48(TKCTM) tìm được hệ số tải trọng động Kđ = 1,45

Hệ số tải trọng K được tính theo công thức: K = Ktt.Kđ = 1.1,45=1,45

Thực tế bộ truyền này chịu tải trọng thay đổi nên :

Số răng bánh dẫn (bánh nhỏ): Z1= 2 A

m n (i+1)=2,5.(2,68+1)2.178 =38.69(răng)Chọn Z1= 39 răng

Số răng bánh lớn: Z2 = i.Z1 = 2,68.39 ¿ 104,52 (răng)

15)Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng

Kiểm ứng suất uốn sinh ra trong chân răng theo công thức:

σ u1=19,1.106 K N

y.m n2 Z.n1.b1≤ [σ ] u

Trong đó:

Mn là môđun pháp của bánh răng thẳng

Y,z,n1 là hệ số dạng răng, số rang và số vòng quay trục 1

16)Kiểm tra sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:

[σ ] txqt =2,5.[σ ] notx

Bánh răng nhỏ:

Thỏa điều kiện

Ứng suất uốn cho phép khi quá tải

1) Chọn vật liệu làm trục.

Vật liệu làm trục phải có độ bền cao,ít tập trung ứng suất, có thể nhiệt luyện và dễ gia công

Thép cacbon hoặc thép hợp kim là những loại chủ yếu để chế tạo trục

Vì hộp giảm tốc chịu tải trọng trung bình nên ta chọn loại thép 45 thường hóa Chọn thép C45 thường hóa (tra bảng 7.2 trang 119) ta có

N: công suất truyền của trục

n: số vòng quay trong 1 phút của trục

Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng, trong ba trị số d1, d2,d3 ở trên ta có thể lấy trị

số d2 = 40 mm để chọn ổ bi đỡ cỡ trung bình Tra bảng 148 trang 339(TKCTM) ta

có được chiều rộng ổ đỡ B = 23 (mm)

b) Tính gần đúng trục

Để tính các kích thước, chiều dài trục, tham khảo bảng 7.1 trang 118 (TKCTM) ta chọn:

 Khe hở giữa các bánh răng c = 10 (mm)

 Khe hở giữa bánh răng và thành trong của hộp ∆=10(mm)

Pt4

Pr4

z x

y

I

II

III

895,77

Mux 92281,781

Nên d1−1≥√3 158988,895

0,1.50 =31,681 (mm)Chọn d1-1=35 mm

Đường kính trục ở tiết diện 2-2:

M tđ=√2M u(2−2)2 +0,75 M x2 =√2122432,045 2 +0,75 92281,781 2 =146207,219 (N.mm)

Nên d2−2≥√3 146209,219

0,1.50 =30,808 (mm)Chọn d2-2= 35 mm

Trục 2:

+ +

21654,97 26017,3

2844,26

108,77

926,62

175732,66 183454,77

0,1.50 =39,05 (mm)Chọn d2-2=40 mm

 Trục 3:

n σ: hệ số an toàn chỉ tính riêng ứng suất pháp

n τ: hệ số an toàn chỉ tính riêng ứng suất tiếp

Vì trục quay nên ứng suất pháp(uốn) biến đổi theo chu kì đối xứng:

τ a,τ m là biên độ và trị số trung bình ứng suất tiếp, vậy:

trì số k σ

ε σ tại chỗ lắp bằng đọ dôi giữa trục và các chi tiết khác Ta chọn áp suất sinh

ra trên bề mặt ghép ≥ 30 N/mm2

tỷ số:k σ

ε σ=1,63

0,82=1,988 ; k τ

ε τ= 1,5 0,7=2,143

tập trung ứng suất do lắp căng,với kiểu lắp T3, áp suất trên bề mặt lấy =30 N/mm2

Chọn then bằng Kích thước mặt cắt của then và rãnh then:

chiều dài then l = 0,8.lm với (lm = (1,5 ÷ 1,5).d)

chiều dài mayo lm = 1,5.35 = 52,5 (mm)

chiều dài then l = 0,8.52,5 = 42

chọn chiều dài then l = 45 (mm)

Kiểm nghiệm về sức bền dập theo công thức (7.11):

b Đối với trục II:

Ta chọn hai then cùng kích thước, d=45mm, tra bảng 7.23 trang 143, chọn:b=14; h=9; t=5; t1=4,1; k=5

đường kính trục d = 45 (mm)

chiều dài then l = 0,8.lm với (lm = (1,5 ÷ 1,5).d)

chiều dài mayo lm = 1,5.45 = 67,5 (mm)

chiều dài then l = 0,8.67,5 = 54

chọn chiều dài then l = 56 (mm)

Kiểm nghiệm về sức bền dập theo công thức 7.11:

c Đối với trục III:

Đường kính chỗ lắp then d = 52 (mm) tra bảng 7.23 trang 143

b = 16; h = 10; t = 5; t1 = 5,1; k = 6,2

đường kính trục d = 55 (mm)

chiều dài then l = 56 mm

Kiểm nghiệm về sức bền dập theo công thức 7.11:

σ d=2 M x

d k l ≤[σ d] (N/mm2)

Tất cả đều thỏa mãn điều kiện.

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, CHỌN Ổ LĂN

m= 1,5 ( bảng 8.2 )

Kt= 1 tải trọng tĩnh ( bảng 8.3 )

Kn= 1 nhiệt độ làm việc dưới 1000 ( bảng 8.4 )

Kv= 1 vòng trong của ổ quay ( bảng 8-5 )

Ø72

Ø30

19 2x45°

Kn= 1 nhiệt độ làm việc dưới 1000 ( bảng 8.4 )

Kv= 1 vòng trong của ổ quay ( bảng 8.5 )

Ø40

23 2,5x45°

Sơ đồ chọn ổ cho trục III:

Kn= 1 nhiệt độ làm việc dưới 1000 ( bảng 8.4 )

Kv= 1 vòng trong của ổ quay ( bảng 8.5 ) n= 84,86 vg/ph

Cố định trục theo phương dọc trục:

Để cố định trục theo phương dọc trục có thể dùng lắp ổ và điều chỉnh khe hở của ổ bằng các tấm đệm kim loai giữa nắp ổ và than hộp giảm tốc Nắp ổ lắp với hộp giảm tốc bằng vít, loại nắp này dễ chế tao và dễ lắp ghép

B Bôi trơn ổ lăn:

Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mỡ, vì vận tóc bộ truyền bánh rang thấp, không thể dung phương pháp bắn tóe để hắt dầu trong hộp vào bôi trơn bộ phận ổ

Theo bảng 8.28 trang 198, có thể dùng mỡ loại T ứng với nhiệt độ làm việc từ 60

CHƯƠNG 6: CẤU TẠO VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ (TIÊU CHUẨN) KHÁC

1) Vỏ hộp:

Vỏ hộp giảm tốc có nhiệm vụ bảo đảm vị trí tương đối giữa các chi tiết và các bộphận máy tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng dàu bôitrơn và bảo vệ các chi tiết ,tránh bụi

Chỉ tiêu của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ Chọn vật liệu đểđúc hộp giảm tốc là gang xám có kí hiệu GX 15-32

Chọn bề mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục để việc lắp ghép các chi tiết thuậntiện

Mặt đáy hộp giảm tốc nghiêng về phía lỗ thoát dầu với độ dốc khỏang 10

Theo bảng 10.9 trang 268 ta tính được kích thước các phần tử cấu tạo vỏ hộp

- Chiều dày thành thân hộp:

- Chiều dày gân ở nắp hộp :

m1= (0,85 ÷ 1) δ1=7,65÷9 mm

chọn m1=8 mm

- Đường kính bulông nền :

- Theo bảng 10.13 trang 277 chọn M20, chọn dn=16 mm, l = 27 mm và số bulong bằng 6

M12

Que thăm dầu: trang 289 (TKCTM).

-Dùng kiểm tra mức dầu trong hộp giảm tốc

Nút tháo dầu:

-Dùng để tháo dầu cũ không còn đảm bảo chất lượng

-tra bảng 10.14 trang 278 (TKCTM) ta chọn nút tháo dầu như hình vẽ:

Ø16 Ø26

Nút thông hơi: tra bảng 10.16 trang 279 (TKCTM) ta chọn kích thước nút thông hơi:

Vòng chắn dầu: theo trang 203 (TKCTM) ta chọn vòng chắn dầu như sau:

-Có tác dụng không cho dầu tiếp xúc với mỡ bôi trơn các ổ lăn

Nắp quan sát: theo bảng 10.12 trang 277 (TKCTM) ta chọn nắp quan sát như sau:

Bôi trơn trong hộp giảm tốc:

- Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoátnhiệt tốt và đề phòng các chi tiết bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộtruyền trong hộp giảm tốc

- Vì vận tốc nhỏ nên ta chọn bôi trơn ngâm dầu bằng cách ngâm bánh răngtrong dầu chứa ở hộp

- Bánh răng có vận tốc nhỏ lấy chiều sâu ngâm dầu khoảng 1/6 bán kính bánhrăng loại cấp nhanh, còn đối với bánh răng cấp chậm dưới 1/3 bán kính

Theo bảng 10.20 trang 286 chọn nhãn hiệu dầu AK20

- Mức dầu trong hộp giảm tốc được kiểm tra bằng các thiết bị chỉ dầu

Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai:

Tại các tiết diện lắp bánh răng không yêu cầu tháo lắp thường xuyên ta chọn kiểu lắp H7/k6, tiết diện lắp trục với ổ lăn, khớp nối, đĩa xích được cho trong bảng sau:

125