Đô án chi tiết máy hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh

thiết kế hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh dành cho sinh viên khối kỹ thuật làm đồ án chi tiết máy tài liệu tham khảo áp dung kiến thức môn chi tiết máy dung sai kỹ thuật đo lường sức bền vật liệu thiết kê hộp giảm tốc bánh răng trụ phân đôi câp nhanh co thê áp dụng cho các đề tài tương tự phân đôi cấp chậm đồng trục

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Nguyễn Trọng Hiệp,Nguyễn Văn Lâm(2007),Thiết kế chi tiếtmáy,NXB Giáo Dục Việt Nam

 Trịnh Chất,Lê Văn Uyển(1999),Tính toán hệ dẫn động cơ khí,tậpI,II,NXB Giáo Dục Việt Nam

 Nguyễn Trọng Hiệp(2009),Chi tiết máy,tập I,II, NXB Giáo Dục ViệtNam

 Ninh Đức Tốn,Nguyễn Thị Xuân Bảy,Giáo trình dung sai lắp ghép và

Kỹ thuật đo, NXB Giáo Dục Việt Nam

 Mục Lục

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CỦA

HỘP GIẢM TỐC PHÂN ĐÔI CẤP NHANH

Chương1: Chọn Động Cơ, Phân Phối Tỉ Số

Truyền Và Mômen Xoắn Trên Các Trục

I Chọn động cơ

1 Ý nghĩa của việc chọn hợp lý động cơ điện

2 Xác định công suất cần thiết của động cơ

3 Mômen

Chương 2:TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI (bộ

truyền đai) Chương 3 Thiết kế bánh răng của hộp giảm

4 Các thông số của bộ truyền

B THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

TRỤ CẤP CHẬM

2 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

3 Các thông số và kích thước bộ truyền

27 30 37 40 40 55 55 56 57 58 58 58 60 62 65

2 chọn ổ trục II

3 chọn ổ cho trục III

II.Khớp nối

CHƯƠNG 6 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc, bôi trơn và điều

chỉnh ăn khớp

I Tính kết cấu của vỏ hộp

II Bôi trơn trong hộp giảm tốc

III Dầu bôi trơn hộp giảm tốc

IV Lắp bánh răng lên trục và điều chỉnh sự ăn

khớp

66 66

68 68 68

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CỦA HỘP GIẢM TỐC PHÂN ĐÔI CẤP NHANH

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

có tỷ số không đổi và được dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn Một loại cơ cấu tương tự nhưng được được dùng

để tăng vận tốc góc và giảm mômen xoắn được gọi là hộp tăng tốc

-Tùy theo tỷ số truyền chung của hộp giảm tốc, người ta phânra: Hộp giảm tốc một cấp và hộp giảm tốc hai cấp

-Tùy theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra: Hộp giảm tốc bánh răng trụ, hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn

- trụ; hộp giảm tốc trục vít, trục vít-bánh răng hoặc bánh

răng- trục vít; hộp giảm tốc bánh răng hành tinh; hộp giảm tốc song và động cơ…Hộp giảm tốc được sử dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí, luyện khí, hóa chất, trong công

-Loại bánh răng trong hộp giảm tốc có thể là: bánh răng

thẳng, nghiêng hoặc chữ V Phần lớn các hộp giảm tốc có công dụng chung dùng răng nghiêng nhờ khả năng tải lớn hơn

và vân tốc làm việc cao hơn so với răng thẳng Bánh răng chữ

V do chế tạo phức tạp nên ít sử dụng hơn, chủ yếu trong

trường hợp tải nặng và không cho phép lực dọc trục lớn tác dụng lên ổ Số cấp của hộp giảm tốc được chọn tùy thuộc vào

tỉ số truyền chung của hộp

-Hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp: Được sử dụng khi tỷ số truyền u 78 (nếu dùng bánh răng trụ răng thẳng thì u 5 )-Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp: Được sử dụng nhiều nhất, tỷ số truyền chung của hộp giảm tốc thường bắng từ 8 đến 40

+ Sơ đồ khai triển: hộp giảm tốc này đơn giản nhất nhưng có nhược điểm các bánh răng bố trí không đối xứng với các ổ, do

đó làm tăng sự phân bố không tải trọng trên chiều dài răng+ Sơ đồ phân đôi: Công suất được phân đôi ở cấp nhanh hoặc cấp chậm

+ Sơ đồ đồng trục: Loại này có đặc điểm là đường tâm của trục vào và trục ra trùng nhau, nhờ đó có thể giảm được chiềudài hộp giảm tốc

-Hộp giảm tốc bánh răng trụ ba cấp được sử dụng khi tỷ số truyền

u= 37….250, được bố trí theo sơ đồ khai triển hoăc phân đôi ởcấp trung gian

• Hộp giảm tốc bánh răng côn:

- Hộp giảm tốc bánh răng côn được sử dụng khi cần

truyền momen xoắn và chuyển động quay giữa các trục giao nhau

Chương1: Chọn Động Cơ, Phân Phối Tỉ Số Truyền

Và Mômen Xoắn Trên Các Trục

I Chọn động cơ

1 Ý nghĩa của việc chọn hợp lý động cơ điện

Chọn động cơ điện là công việc đầu tiên và là công việc rất quan trọng trong việc thiết kế hộp giảm tốc, nó có ý nghĩa về hiệu quả và kinh tế Chọn hợp lý động cơ điện thì tận dụng được hết công suất của động cơ và vật liệu chế tạo hộp giảm tốc, từ đó tiết kiệm được nguyên vật liệu và giá thành chế tạo bộ truyền rẻ

2 Xác định công suất cần thiết của động cơ

Công suất cần thiết của động cơ được xác định theo công thức (2.8):

Pct=

P t

η (kW)

Trong đó:

Pct (kW) là công suất cần thiết trên trục động cơ

Pt (kW) là công suất tính toán trên trục máy côngtác

 Là hiệu suất truyền động

Do tải trọng thay đổi nên theo ct 2.12 ta có:

Trong đó: Ptd (kW) là công suất tương đương của động cơ.

P1 (kW) là công suất lớn nhất trong công suất tác dụng lâu dài trên trục máy công tác

Pi (kW) là công suất tác dụng lâu dài trong thờigian (ti)

Mà hiệu suất truyền động () được tính dựa trên hiệu suất các

bộ truyền hệ thống dẫn động theo công thức (2.9):

 = k 4

ol 3

br đ

Tra bảng 2.3 (tr19) ta được các hiệu suất:

k= 0.99 - là hiệu suất bộ truyền khớp nối trục

ol= 0,995 - là hiệu suất các ổ lăn (được che kín)

brt= 0,97 - là hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng (được che kín)

brc= 0,97 - là hiệu suất bộ truyền bánh răng côn (được che kín)

đ = 0,96 là hiệu suất truyền đai (hở)

Suy ra:  = 0,99.0,9954 0,973 0,96 = 0,85

=> Pct = Pt

❑ =4,1760,85 = 4,91 (kW)Vậy công suất trên trục làm việc là: Pct = 4,91(kW)

3 Xác định tốc độ đồng bộ của động cơ

Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống là ut

Theo bảng 2.4 với: + truyền động bánh răng côn trụ 2 cấp Chọn sơ bộ Uh = 20

D= 304 mm: Đường kính tang quay

Số vòng quay sơ bộ của động cơ nsbđc là:

cơ là: 4A112M4Y3

Có các thông số kỹ thuật của động cơ như sau :

Bảng 1.1: các thông số kỹ thuật của động cơ

Tên động

suất (kW)

Vận tốc(v/p)

Cos

dn

T T

max dn

T T

Khối lượng(kg)

Hãng sản xuất

2 Phân phối tỉ số truyền u t của hệ thống dẫn động cho các bộ truyền

- Tỉ số truyền của hệ thống dẫn động được phân phối cho bộ truyền trong hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài (bộ truyền đai)

ut = uh.ud = 50,3(lần)

Chọn ud =2,5  uh = 50,32,5 =20,12; uh = u1.u2 ; u1, u2 - tỉ số truyền cấp nhanh, cấp chậm

Với uh =20,12 = u1.u2, theo tính toán và dựa vào đồ thị sau ta có: u1 = 5,65

Do đó tỉ số truyền của cặp bánh răng trụ cấp chậm là u2 = uh /

3 Mômen

- Trục động cơ: Tdc = 9,55 106.Pdc /ndc = 9,55.106. 5,5

1425 = 36859,65 N.mm

- Trục 1: TI = 9,55 106.PI /nI = 9,55.106.14254,83 = 32369,47 N.mm

- Trục 2: TII = 9,55 106 .PII/nII = 9,55.10 6 252,214,52 = 171151,02 N.mm

- Trục 3: TIII = 9,55 106 PIII/nIII = 9,55.106. 4,37

70,84=589123,37N.mm

- Trục công tác: Tct = 9,55 106 Pct/nct = 9.55.10 6.4,176

28,33 = 1407723,26 N.mm

Ta lập được bảng kết quả tính toán

Bảng 1.2: các số liệu tính toán được về chọn động cơ và phân

phối tí số truyền

Trục

Thông số

Trục động cơ

171151,02

589123,37

1407723,26

Chương 2:TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI (bộ truyền

đ

u z

P C C C C =

5,5.1,1 2.0,92.0,93 1,135 1 = 3.1

Theo bảng 13.5 chọn được 2 loại đai thang B và Y Б.

1120 ≥ a ≥ 321

13 Tính chiều dài đai L mm công

thức 13.4

2455(chọn a=500

1583(chọn a=330

31 Lực tác dụng lên trục

Fr = 2F0sin (/2) (N) 1171 557.54

Kết luận : Dựa vào lực tác dụng mà đai tác dụng lên

trục và kích thước bánh đai ta chọn được đai YБ phù hợp với yêu cầu.

Chương 3 Thiết kế bánh răng của hộp giảm tốc A.thiết kế bộ truyền cấp nhanh

- Các thông số đầu vào

Do hộp giảm tốc ta đang thiết kế có công suất trung bình ,

nên chon vật liệu nhóm I có đông cứng HB<350 để chế tạp

bánh răng

Đồng thời để tang khả năng chạy mòn của răng , nên nhiệt

luyện bánh răng lớn đạt độ rắn thấp hơn bánh răng lớn đạt độrắn bánh răng nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị độ cứng H1≥ H2+(10÷ 15

)HB❑

Dựa vào bảng 6.1( sách hệ dẫn động cơ khí ) cơ tính của một

số vật liệu chế tạo bánh răng , ta có bảng sau

Giới hạn chảy

bánh lớn

a :ứng xuất tiếp xúc cho phép

chọn đọ rắn bánh răng chủ động (bánh nhỏ) HB1=240HB, bánhrăng chủ động (bánh lớn) HB2=215HBN khí đó

-Z R : Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ nhám mặt răng

-Z V:hệ số kể tới ảnh hưởng của vân tốc vòng

-K xH : hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

Vậy ứng xuất tiếp xúc : theo(10.65)(sách chi tiết máy)

[σ H] = σ Hlim0 ¿ K HL

S H ¿.Z R Z V K xH

[σ H]1=550.11,1 1 = 500MPa

[σ H]2 = 500.11,1 1 = 454,5MPa

Với hộp giảm tốc cấp nhanh dung răng nghiêng và tính ra N HE

đều lớn hơn N HO nên K HL=1 do đó :

=>[σ H] = [σ H]1+[σ H]2

2 = 4477.25MPa

b:ứng xuất uấn cho phép

- Theo (6.7) (sách tính tk hệ dẫn động cơ khí): số chu kì tương đương

- N FE = 60C∑( T i

T max ⁡¿¿ ¿

6.n i.t i

¿

- Từ đó :

- Do đó theo (6.2a) (sách tính toán thiết kế hệ dẫn động

cơ khí) với bộ truyền quay một chiều K FC=1 ta đươc ;

u1: tỉ số truyền của cặp bánh răng

K a= 43 tra bảng 6.5 (sách tính toán tk hệ dẫn động cơ khí ) với bánh răng nghiêng

Ta có :

T1 = 16184,52

u1= 5,65Chọn ψ ba= 0,3: [σ H¿= 454,5MPaTheo (6.16) (sách tính toán tk hệ dẫn đọng cơ khí)

ψ bd= 0,53ψ ba.(u1+1) = 0.53.0,3.(5,65+1) = 1,06

K Hβ ta tra bảng 6.7(sách tính toán tk hệ dẫn đọng cơ khí) theo

sơ đồ 3

=>K Hβ= 1,05Thay số vào công thức xác định được khoảng hai trục là

a w = 43(5,65+1)3

√454,516184,52.1,052.5,65.0,3=124,03Chọn sơ bộ a w=130

b Xác định các thông số ăn khớp

+ Theo (6.17)[1]: m = (0,01÷0,02)aw1 = (0,01÷0,02).130 = (1,3÷2,6) (mm)

+ Theo bảng 6.8[1]chọn m«®un theo tiªu chuÈn m

= 2(mm)

- Bánh răng nghiêng HGTphân đôi β=30÷40

3 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng tru răng nghiêng

a Kiểm Nghiệm độ bền tiếp xúc:

Theo ct(6.33)[1] Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thỏa mãn:

+ ZM – hệ số kể đến cơ tính của vật liệu của các bánh răng ăn khớp

Tra bảng 6.5[1], ta được ZM = 274 (MPa)1/3

+ ZH – hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

Theo ct(6.34)[1] th×: ZH= √2 cos β b

sin 2α tw

Ở đây:

* βb – góc nghiêng của răng trên hình trụ

 = 1,55 + Zε – hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

⇒ Zε = 0,8485 theo bang 6.11[1] ban kinh vong lan la :

dw1 =

ut1+1 =

2.130 5.65+1

= 40(mm) theo ct(6.40)[1] Vận tốc vòng:

* KHv – là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiệntrong vùng ăn khớp

Theo ct(6.41)[1]: KHv = 1+

υ H bw1.dw112.T1' KHββ KHβα Với υ H = δH

go v √a w

ut1

Trong đó:

- v = 3,072 m/s

- go – hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng 1 và 2

Tra bảng 6.16[1], với m < 3,35, cấp chínhxác 9 ⇒ go = 73

- δH – hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số

ăn khớp

Tra bảng 6.15[1]: δH = 0,002

⇒ υ H = 0,002.73.3,072

1305,4 = 2,2

⇒ KHv = 1+

2,2.39.40,6252.27096,9.1,15.1,16 = 1,048

Ứng suất uốn sinh ra tại chân răng tính theo công thức (6.43)[1]:

Với εα – hệ số trùng khớp ngang

εα = 1,389 ⇒ Yε = 1/1,389= 0,72+ Yβ – hệ số kể đến độ nghiêng của răng

Yβ = 1 – β/140 = 1 – 33,02/140 = 0,764+ YF1, YF2 – hệ số dạng răng của bánh 1 và 2, phụ thuộc vào zv1, zv2

zv1 = z1/cos3β = 17/ cos3 33,020 = 28,84

zv2 = z2/cos3β = 92/ cos3 33,020 = 156,1 Tra bảng 6.18[1] ta được: YF1 = 3,8 ; YF2 = 3,06+ KF – hệ số tải trọng khi tính về uốn

KFv = 1+

F w w1

1 FβF1 Fα

υ b d2.T K K Với υ F = δF go v

- δF – hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số

ăn khớp

Tra bảng 6.15[1], δF = 0,006

⇒ υ = 0,006.73.3,072

1305,41 = 6,602

⇒ KFv = 1+

6,602.39.40,6252.27096,9.1,32.1,4 = 1,104

⇒ σF2 = σF1

YF2

YF1 = 72,93

3,063,8 = 58,73(MPa)+ Tính chính xác [σF1], [σF2]

theo ct(6.2)[1] ta cã:

[σF] = σ°Flim.YR.YS.KxF.KFC.KFL/SF=[σF] YR.YS.KxF

* YS = 1,08 – 0,0695ln(m) = 1,08 – 0,0695ln(2) = 1,032

* KxF = 1 ứng với da < 400mm

⇒ [σF1]` =252 1.1,032.1 = 260,064 (MPa)[σF2]` = 236,6 1 1,032 1 =244,17 (Mpa)

Dễ dàng thấy [σF1] > σF1 và [σF2] > σF2 ⇒ Thỏa mãn điều kiện uốn

c Kiểm nghiệm răng về quá tải

+ Hệ số quá tải Kqt = Tmax/T = 1,5+ theo ct(6.48)[1]:

⇒ Thỏa mãn điều kiện về quá tải

d Các thông số và kích thước bộ truyền:

Khoảng cách trục aw1 = 130 mm

Chiều rộng vành răng bw1 = 0,3.130=39 mm

Tỉ số truyền ut1 = 5,4Góc nghiêng của răng β = 33,02°

Số răng z1 = 17 z2 = 92

HÖ sè dịch chỉnh x1 = 0 x2 = 0theo công thức trong bảng 6.11 ta có:

d2 =

mz 2

cos β =

2.1080,985 = 219,4 mmĐường kính đỉnh răng

da1 = d1 + 2(1+x1+ Δ y)m = 40,6 + 2.2 = 45,6 mm

da2 = d2 + 2(1+x1+ Δ y)m = 219,4 + 2.2 = 223,4 mm

Đường kính đáy răng

df1 = d1 – (2,5–2x1)m = 40,6 – 2,5.2 = 35,6 mm

df2 = d2 – (2,5–2x1)m = 219,4 - 2,5.2 =214,4 mm

4 Các thông số của bộ truyền

Thông số bánh răng

Bánh chủ động

Bánh bị động

Modun mn 2 mm

Số răng Z 16 93Khoảng cách trục

răng

da1 =46,5mm da2=223,4mm

đường kính đáy răng

d f 1=35,6 mm df 2=223,4mm

Dường kính chia d1=40,6 mm d2=219,4mm

B THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ CẤP CHẬM

Để đảm bảo tính thống nhất ta chọn vật liệu như bánh

răng phân đôi cấp nhanh: thép 45 tôi cải thiện

NHE4 > NHO4 nên KHL4 = 1

Theo bảng 6.2 (sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí),

σ Hlim0 : Giới hạn bền mỏi tiếp xúc

σ Flim0 : Giới hạn bền mỏi uốn của răng

Chọn sơ bộ ZR.Zv.K xH = 1, trong đó:

- ZR Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ nhám mặt răng;

- ZV Hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc vòng;

K xH Hệ số kể đến ảnh hưởng của kích

thước bánh răng; Vậy Ứng suất tiếp xúc:

theo (10.65) (sách chi tiết máy)

[σ H]cđ ¿σ0Hlim K HL

S H .ZR.Zv.K xH

 [σ H]3 = 550.11,1 1 = 500MPa

 [σ H]4 = 500.11,1 1 = 454,5 MPa

Với hộp giảm tốc cấp nhanh dùng răng nghiêng và

tính ra N HE đều lớn hơn N HO nên K HL = 1 Do đó:

[σ H] = min([σ H]3,[σ H]4) = 3,51.107

b,ứng suất uốn cho phép:

Theo (6.7) (sách Tính toán tk hệ dẫn động cơ khí): Số chu kỳ tương đương:

NFE2 = 60.1.16000 114,292,65 (16 .2,68 + 0,666.4,2

8 ) = 32356334,48

Do đó theo (6.2a) (sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động

cơ khí) với bộ truyền quay một chiều KFC = 1 ta được:

[σ F 3]= 432.1.1/1,75 = 246,8 MPa

[σ F 4]= 387.1.1/1,75 = 221,14 MPa

Ứng suất quá tải cho phép: theo (6.13) và (6.14) (sách

Trong đó: dấu +khi ăn khớp ngoài, -khi ăn khớp trong

Trong đó: T : là momen xoắn trên trục bánh chủ động (bánh nhỏ);

Ka : hệ số phụ thuộc vật liệu cặp bánh răng và loại rang

Ψ ba= bW/aW : là hệ số chiều rộng bánh răng (bảng 6.6 sách Tínhtoán tk hệ dẫn )

K Hβ : hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng vành răng khi tính tiếp xúc

U 1 : tỉ số truyền của cặp bánh răng

Ka =49,5 Tra bảng 6.5 (sách Tính toán tk hệ dẫn động cơ khí) với bánh răng thẳng;

Ta có:

T2 =171151,02 ( N.mm)

+ Chiều rộng bỏnh răng bw2 = ψba aw2 = 0,3.195 = 58,5 mm

*Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xỳc:

Ứng suất tiếp xỳc xuất hiện trờn mặt răng của bộ truyền phải thỏa món:

Theo ct(6.33)[1] ta cú:

σ H= ¿Z M Z H Z ε

√2 T2K H(u t 2+ 1)

(b w2 u t2 d w 122 ) ¿ ≤ [σH]Trong đú:

+ ZM – hệ số kể đến cơ tớnh của vật liệu của cỏc bỏnh răng ăn khớp

Tra bảng 6.5[1], ta được ZM = 274 (MPa)1/3

+ ZH – hệ số kể đến hỡnh dạng bề mặt tiếp xỳc

ZH= √2 cos β b

sin 2α tw =

2sin(2.20,98 ) = 1,73+ Với răng thẳng thỡ βb = 0 ⇒ ε β = 0

⇒ Hệ số kể đến sự trựng khớp của răng đợc tính theo ct(6.36a)[1]:



= 0,865

= 82,97 (mm) +theo ct(6.40)[1] vận tốc vòng:

v=

π dw12n2

60000 (m/s)

⇒ v = π 82,79 252.2160000 = 1,16(m/s) Theo bảng 6.13[1], chọn cấp chính xác 9

+ KH – hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc tÝnh theo ct(6.39)[1]:

KH = KHβ KHα KHv

* KHβ – hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, tra bảng 6.7[1], ứngvới sơ đồ 7 ⇒ KHβ = 1,02

* KHα – hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp, tra bảng

6.14[1]:

⇒ KHα = 1,13

* KHv – là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiệntrong vùng ăn khớp

tính theo ct(6.41)[1]:

KHv = 1+

υ H b w dw22.T2 KHββ KHβα Với υ H = δ

H

go v √aw2

ut2