Thiết kế hộp giảm tốc đồng trục bánh răng trụ răng thẳng

Nhược điểm chính của hộp giảm tốc đông trục là khả năng chịu tải trọng của cấp nhanh chưadùng hết ; khó bố trí kết cấu chung ; khó bôi trơn bộ phận ổ ở giữa hộp ; khoảng cách giữa các gối đỡ trục trung gian lớn do đó phải tăng đường kính trục .

Đối với nhiều ngành trong trường Đại Học Bách Khoa, sau khi học xong phần lý

thuyếtsinh viên sẽ bước qua giai đoạn thiết kế đồ án môn học Đối với môn học Chi TiếtMáy cũng vậy Thiết kế chi tiết máy là một bước ngoặc cho việc nghiên cứu cơ sở tínhtoán và thiết kế các bộ truyền động cơ Cơ khí cũng như các chi tiết máy Đây là đề tàithiết kế chính xác đầu tiên đối với mỗi sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy Nhiệm vụchung là thiết kế hệ thống dẫn động từ động cơ điện đến cơ cấu chấp hành

Đề tài:”Thiết kế hộp giảm tốc đồng trục bánh răng trụ răng thẳng” có các ưu điểm

là bộ truyền cho phép giảm chiều dài hộp , trọng lượng hộp be

Nhược điểm chính của hộp giảm tốc đông trục là khả năng chịu tải trọng của cấpnhanh chưadùng hết ; khó bố trí kết cấu chung ; khó bôi trơn bộ phận ổ ở giữa hộp ;khoảng cách giữa các gối đỡ trục trung gian lớn do đó phải tăng đường kính trục Khithiết kế đồ án Chi Tiết Máy sinh viên lần đầu tiên bắt tay vào một công việc rất mới mẽcần phải vận dụng nhiều kiến thức và lý thuyết để giải quyết các vấn đề có liên quan đếnthực tế Đồ án này là sản phẩm thiết kế đầu tay, tuy còn mang nặng tính lý thuyếtnhưng có tính chất đào sâu chuyên ngành giúp cho mỗi sinh viên có ý thức sâu sắc vềcông việc cũng như nghiên cứu và tính toán

Trong đồ án vấn đề sai sót là không thể tránh khỏi, kính mong quý thầy cô tận tình

chỉ bảo để giúp em bổ sung những khuyết điểm, những khúc mắc còn tồn tại và có thêmkiến thức để tiếp tục thực hiện các đề tài sau này

Em xin chân thành cảm ơn qúy thầy

Đà Nẵng, ngày 10 tháng 02 năm 2005

Sinh viên thiết kế

Hoàng Minh Thiện

Phần I : CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN & PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

1 Chọn động cơ điện:

Để chon động cơ điện ta tính công suất cần thiết

Gọi Nct : Công suất cần thiết

N : Công suất trên bang tải

 : hiệu suất truyền chung

1000

25 , 1 3500 1000

2 2

1   



Trong đó: 1 = 0,96 - Hiệu suất bộ truyền đai

2 = 0,97 - Hiệu suất bộ truyền bánh răng

3 = 0,99 - Hiệu suất của mỗi cặp ổ lăn

4 = 1 - Hiệu suất khớp nối

  = 0,96.0,972.0,994.1 = 0,868Công suất cần thiết là:

KW N

868 0

375 4









động cơ điện che kín có quạt gió loại AO2-42-4 có : Nđc = 5,5 KW ; nđc = 1450 v p

2.Phân phối tỷ số truyền:

15 1 1000 60

1000 60

Với inh là tỷ số truyền củabộ truyền cấp nhanh

ich là tỷ số truyền của bộ truyền cấp chậm

55 ,

55 ,

1

1 6

55 ,

PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN

A BỘ TRUYỀN NGOÀI ĐAI DẸT

I.Giới thiệu

+Truyền động đai là truyền ma sát giữa đai và bánh đai.Ưu điểm của bộ truyền đai làlàm việc êm không ồn,thích hợp với vận tốc lớn.Đai không làm việc được trong môitrường ẩm ướt

+Chọn loại đai:

Ta chọn loại đai dẹt vật liệu là vải cao su đây là loaüi có sức bền,tính đàn hồi cao ítchịu ảnh hưởng của độ ẩm nhiệt độ ,vận tổc truyền cao

II.Các bước thiết kế bộ truyền đai

+Giai đoạn 1:Nghiên cứu các yêu cầu của bộ truyền

Ta thiêt kế bộ truyền đai dẹt để dẩn truyền công suất từ động cơ đến trục của hộp giảmtốc, với tỷ số truyền của đai là iđ=2 số vòng quay trục dẩn là ndc = 1450 v/p

Trục bị dẩn là n=725 v/p

T số

Trục

Đai làm việc trong môi trường khô , nhiệt độ trung bình,vận tốc khá lớn.Ta sẻ thiết kế

bộ truyền đai theo hai phương án sau đó chọn một phương án hợp lí nhất

+Giai đoạn II:

Xác định các thông số hinh học của đai

8 ) (

14 , 3 2 ( ) (

14 , 3

1 2

2 2 1 2

1

( CT(5-6)/84/TkCTM)

Với N1-công suất trục dẩn , KW

n1 -số vòng quay trong một phút của trục dẩn bằng số vòng quay của động cơ

1

1450

04 , 5

Kiểm tra vận tốc theo điều kiện :v= ( 25

1000 60

.



n D



) 30

1450 180 14 , 3

1000 60

1450 200 14 , 3

v/p

PA 2: n2 = 400.1450 718v / p

200 99 ,

725

718 725

) 200 400 ( 8 ) 400 200 ( 14 , 3 3795 2 ( ) 400 200 ( 14

+Kiểm tra theo điều kiện góc ôm

PA1:

 180 0  2  1 57 0  150 0

A

D D

 (S1 CT(5-11)T86)

47 , 1281

180 360

200 400

4

) (

) (

2 2

2 1 2 1 2

) 180 360 ( ) 360 180 ( 2 47 , 1281 2

) 200 400 ( ) 400 200 ( 2 75 , 1422

C Xác định tiết diện đai

Chiều đày đai Chiều dày đai chọn theo tỷ số  

0

1000

1000 04 , 5





PA2 b 40mm

95 , 0 97 , 0 8 , 0 25 , 2 5 18 , 15

1000 04 , 5

=1212NGiai đoạn III: qua hai phương án thiết kế ta thấy cả hai phương án đều thoả mản tuynhiên ta phải chọn phương án 1 vì phương án này làm bộ truyền đai có kích thước nhỏgọn Vậy ta đã thiết kế bộ truyền đai với các thông số hình học

B THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC

Trong hộp giảm tốc có hai cặp bánh răng ăn khớp, các hộp đồng trục vàgiống nhau, do đó ta chỉ cần tính cho cấp chậm rồi áp dung vào cho cả cặp cấp nhanh(vì cấp chạm chịu mô men xoắn lớn hơn)

A Bộ truyền cấp chậm

1 chọn vật liệu và cách nhiệt luyện

được cơ tính

Giới hạn chảy : ch = 600 [N/mm2]

Giới hạn chảy : ch = 700 [N/mm2]

2 Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn

+ xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Ta có:  tx=   N0tx.K,

N (S1 CT3-1T38) với

N0 :số chu kỳ cơ sở đường cong mỏi tiếp xúc với N0=107

Ntđ:số chu kỳtương đương

b.Xác định ứng suất uốn cho phép

Khi bánh răng làm việc 1 chiều

1  0 , 4 ,n hệ số an toàn n=1,5 ,K hệ số tập trung ứng suất chân răng lấy K =1,8

K,,hệ số chu kỳ ứng suất uốn K,,=6 0



8 , 1 5 , 1

850 4 , 0 5 , 1

,

1

950 4 , 0

.

10 05 , 1 1

n

N K i

i A

2 6

Trong công thức trên:

N = 4,6 [KW] - Công suất trên trục dẫn

2 , 4 1000 60

227 142 2 1 1000 60

.

Tra bảng 3-14 ta được: Kđ = 1,1

 K = 1,22.1,1 = 1,342Sai số K =  K - K sb = 1,342 - 1,3 = 0,042 , sai số là 3,13% < 5%

Lấy A = 142 mm

8 Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng

+ Mô đun được chọn theo khoảng cách trục A

2

142 2 ) 1 (

9 Kiểm nghiệm ứng suất bền uốn của răng:

eKiểm nghiệm sức bền uốn của răng.

u =

b n Z m y

N k

n .

10 1 , 19

6 , 4 342 , 1 10 1 , 19

,

0

42 , 4 342 , 1 10 1

 u2 < []u2

Vậy bộ truyền thoả mãn điều kiện bền uốn

g.Các thông số hình học của bộ truyền:

De1 = d1 + 2.mn =68 + 2.2 = 72 mm

De2 = d2 + 2.mn = 218+ 2.2 = 222mm+ Đường kính vòng chân răng:

B.thiết kế bộ truyền cấp nhanh.

1 Chọn vật liệu và cách nhiệt luyện+ Bánh nhỏ: Thép 40XH , Tôi

cải thiện Tra bảng 6-1 (TTTKHTDĐCK) được cơ tính

Giới hạn chảy : ch = 600 [N/mm2]

Độ cứng : HB = 300

Giới hạn chảy : ch = 700 [N/mm2]

2 Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn

a) Ứïng suất tiếp xúc cho phép

+ xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

+ xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Ta có:  tx=   N0tx.K,

N (S1 CT3-1T38) với

N0 :số chu kỳ cơ sở đường cong mỏi tiếp xúc với N0=107

Ntđ:số chu kỳtương đương

b.Xác định ứng suất uốn cho phép

Khi bánh răng làm việc 1 chiều

1  0 , 4 ,n hệ số an toàn n=1,5 ,K hệ số tập trung ứng suất chân răng lấy K =1,8

K,,hệ số chu kỳ ứng suất uốn K,,=6 0

td

N

N

(S1CT3-7 T44)

N0 :số chu kỳ cơ sở đường cong mỏi tiếp xúc với N0=107

Ntđ:số chu kỳtương đương

8 , 1 5 , 1

850 4 , 0 5 , 1

,

1

950 4 , 0

2 , 4 1000 60

725 142 2 1 1000 60

.

8 Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng

+ Mô đun được chọn theo khoảng cách trục A

2

142 2 ) 1 (

vơi bánh răng lớn ta lấy b2= 56mm

9 Kiểm nghiệm ứng suất bền uốn của răng:

u =

b n Z m

y

N k

n .

10 1 ,

19

2

6

<[]u1 N/mm2

với bánh nho íta có,n = 725 v/p N=4,79kw,b=64

Để tính y ta tính Ztd vì bánh răng trụ răng thẳng nên do đó ta có y1=0,451

với bánh lớn có n=277 v/p ; y2=0,517(S1B3-18T52)

N= 4,6 ; b=65

 u1 = 41 , 8

64 725 34 2 451 , 0

79 , 4 3 , 1 10 1 , 19

,

0

6 , 4 3 , 1 10 1 , 19

Vậy bộ truyền thoả mãn điều kiện bền uốn

g.Các thông số hình học của bộ truyền:

De1 = d1 + 2.mn =68 + 2.2 = 72 mm

De2 = d2 + 2.mn = 218+ 2.2 = 222mm+ Đường kính vòng chân răng:

P 2.

P1 = 1856

68

86 , 63095 2

218

23 , 193524

Phần III: THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN

d  3 ,

Trong đó: d - đường kính trục

N - Công suất truyền [KW]

N - số vòng quay trong một phút của trục

Để tính kích thước chiều dài của trục chọn các kích thước sau:

+ Khoảng cách từ mặt bên của chi tiết quay đến thành trong của hộp giảm tốc

a = 10 [mm];

+ Khoảng cách giữa hai đầu trục I và III: C = 10 [mm]

+ Khoảng cách từ mặt bên của chi tiết quay đến thành trong của hộp giảm tốc

l2 = 10 [mm]

+ Chiều dày của các phần mayơ lắp với trục được tính theo chiều dày của đĩaxích hoặc nối trục đàn hồi

* Tính các giá trị khác:

mm

b a l

B

2

57 10 10 2

19 2 2

1 2

2 2

1 1

b d a

B

2

57 10 8 2

B

2

63 8 10 2

19 2 2

19 2

2



Sơ đồ phân tích lực

l P R

l l R l P m

I I

I r By

I I By I r Ay

8 , 293 5

, 55 5 , 53 2

2 3 , 53 590

2 2

0

2 1

1 1

2 1 1

1

l P R

l l R l P m

I I

I Bx

I I Bx I Ax

8 , 782 5 , 55 5 , 53

5 , 53 1595

0

2 1

1 1

2 1 1

1

Tính đường kính trục ở tiết diện chịu tải lớn n-n:

Mô men tương đương

M M

8 , 62965 1

,





3 2 1 2

3 2 3 3

.

0

.

II II II

II II r II r Dy

II II II Dy II

II r II r Cy

l l l

l l P l P R

l l l R l

l P l P m

5 , 55 5 , 58

) , 139 5 , 58 ( 590 5 , 58 1620

l l l R l

l P l P m

II II II

II II II

D

II II II Dx II

ii II

Cx

9 , 215 5

, 55 139 5 , 58

) 139 5 , 58 ( 1595 5

, 58 4451

0

.

3 2 1

2 1 2 3 3

3 2 1 2

3 2 3 3

Tính mô men uốn ở tiết diện nguy hiểm

ux uy

Ở tiết diện i-i: M ui i 311535 2 573 , 3 2 31140N.mm

3





Mô men tương đương Mtđ: Mtâ  M u2  0 , 75M2x

Ở tiết diện e-e: M e e 227140 2 0 , 75 174552 , 77 2 259351N.mm







 tâ

d e e 3 37 , 45

48 1 , 0

48 1 , 0

2 2

l P R

l l R l

P m

III III

III r Fy

III III Fy III

r Ey

824 5

56 5 , 58

5 , 58 1620

0

2 1

2 4

2 1 2

4

 

l l

l P l

P R

l P l

l R l

P m

III III

III k III Fx

III k III III Fx III

Ex

2414 5

, 56 5 , 58

4 , 8112 5 , 61 5 , 58 4451

0

.

2 1

3 2

41

3 2

1 2

4

Tính mô men uốn ở tiết diện nguy hiểm:

Ở tiết diện n-n: M unn P K.l III3  8112 , 2 59 , 5N.mm

ux uy

48 1 , 0

48 1 , 0

57 , 242322

c) Tính chính xác trục (Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn)

Hệ số an toàn được tính theo công thức

 n n n

n n





2 2

 và  - hệ số kích thước: xét ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đếngiới hạn mỏi ( tra bảng 7-4).

k và k - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn va xoắn[n] - hệ số an toàn cho phép: trong điều kiện làm việc bình thường lấy [n] = 2

vì trục III là trục chịu tải lớn nhất nên ta chỉ tính chính xác cho trục III

* tai tiếp diện m-m d=45

63 , 1 k

5 , 1 k

3 3

3 3

7 , 502966

150

n

n n

9 , 19 69 , 5

2 2









II Kết cấu trục

Hình dáng cấu tạo trục được xác định bởi:

+ Vị trí và số lượng các chi tiết lắp trên nó

+ Các kiểu lắp và phương pháp cố định các pảt trên trục

+ Kết cấu, loại và kích thước của ổ trục+ Công nghệ chế tạo trục

Bán kính góc lượng của phần trục mang chi tiết máy

Ta lập bảng:

Đường kínhtrục

Bán kính góclượng

Bán kính góc lượng của phần trục không mang chi tiết máy

R D dTra bảng 7-16 (TKCTM - Nxb GD) chọn được R = 2,5 [mm]

Độ vát của các phần trục (không dùng cho chi tiết cắt ren), tra bảng 7-17

45o a

 Bảng các giá trị chọn:

Đường kínhtrục

M x

2

=

* Điều kiện bền dấp trên mặt tiếp xúc giữa trục và then

l k d

M x

2

=

* Điều kiện bền cắt của then

l b d

M x

2

=

d : Đường kính trục, lấy ở các vị trí lắp bánh răng

l : Chiều dài then: l = lm

b : Chiều rộng then

k và t: Phần then lắp trong rãnh của và trong rãnh của mayơ

l, b, K, t: tra bảng 7-2a

d, c : ứng suất dập và cắt thực tế[]d, []c: ứng suất dập và cắt cho phép, bảng 7-20, 7-21

36608 2

.

2







l k d

36608 2

2







l b d

77 , 174552

2

2







l k d

77 , 174552

2

2







l b d

M x

c

144549

2

2







l k d

144549

2

2







l b d

7 , 502966

2

2







l k d

7 , 502966

2

2







l b d

120 24

2 , 4 34

7 , 502966

2

2







l k d

7 , 502966

2

2







l b d

Như vậy tất cả các then đều đảm bảo điều kiện bền dập và cắt

Phần IV: THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC

Kn = 1 : Nhiệt độ làm việc dưới 100o C

KV = 1 : khi vòng trong của ổ quay

Mặt khác có :

5 825 1

, 296 13

,

2 2

, 215 1

,

2 2

Kn = 1 : Nhiệt độ làm việc dưới 100o C

KV = 1 : khi vòng trong của ổ quay

Mặt khác có :

5 , 3365 9

, 3071 8

,

2 2

, 215 1

,

2 2

Kn = 1 : Nhiệt độ làm việc dưới 100o C

KV = 1 : khi vòng trong của ổ quay

Mặt khác có :

35 , 7139 6708

2444 2 2 2

824 2 2 2

III Chọn kiểu lắp và cấu tạo hổ lắp ổ

+ Lắp ô lăn vào trục theo hệ lỗ, kiểu T2ô

+ Lắp ô lăn vào vỏ theo hệ trục, kiểu L1ô

+ Đối với vòng quay, chọn kiểu lắp bằng độ dôi để các mặt o trượt theo bề mặtcủa trục

IV Ống lót và nắp ổ.

* Ống lót được chế tạo bằng gang GX15-32

Có hai loại nắp ổ: Nắp ổ kín và nắp ổ thủng để trục nắp xuyên qua

L3ô Kết cấu được trình trong hình vẽ

+ Bề mặt tiếp xúc của nắp với đầu mút kẹp chặt cần được gia công đạt độ nhẵn  3 + Kích thước chổ lắp nắp tra bảng 10-10b

- Các tâm lỗ nắp lấy cách mép lỗ một khoảng bằng (0,8 1)d3; d3- đường kính vít.

- Đường kính ngoài của mặt bích: Db = D +  = D + 4,4d3

- Chiều dài bích nắp ổ lấy bằng (0,7  0,8) chiều dài vỏ hộp

- Trị số d3 và số bu lông lấy theo bảng 10-10b được M8, M10, số bu lông là 6

Điều chỉnh độ dôi của ổ bằng vít

VI.Bôi trơn ổ lăn

Bộ phận ổ lăn được bôi trơn bằng mỡ, vì vận tốc bộ truyền bé nên dầu không thể bắntoé lên trên được

quay < 1500 vg/ph chọn mỡ T

Lượng mỡ cho vào lần đầu trong bộ phận ổ theo qui định:

+ Số vòng quay nhỏ và trung bình, mỡ lấp đầu dưới 2/3 thể tích rỗng của bộ phận ổ.+ Vòng quay lớn: Dưới 1/3  2/3 thể tích trên

Ta dùng nối trục vòng đàn hồi làm nối trục.

Vật liệu: Nối trục là gang GX21-40, chốt là thép 45, thường hoá

Khớp nối trục được tính toán theo mô men tĩnh

lv = 28 [mm], đường kính ngoài 27 [mm]

* Kiểm tra điều kiện bền dập của vòng đàn hồi

c v o

x

M K

.

2

47060 3 , 1 2

c x

l M K

1 , 0

.

[]d = 70 [N/mm2]

58 , 23 14

78 4 1 , 0

33 47060 3 , 1

3 



d

Như vậy khớp đàn hồi đã đảm bảo về độ bền

Phần VI: THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC CHI TIẾT MÁY, BÔI TRƠN

& LẮP HỘI GIẢM TỐC.

I Cấu tạo bánh răng

Bánh răng được dùng trong hộp giảm tốc là bánh răng trụ răng thẳng

Phôi được chế tạo từ phương pháp đúc, vật liệu bằng gang Kết cấu như hình vẽ

III Cấu tạo vỏ máy

Vỏ máy được đúc bang gang xám Những nơi cần yêu cầu về độ cứng thì làm thêmgân chịu lực

+ Chiều dày thành thân hộp (vỏ máy)

phần không có phần lồi: p = 2,35. = 2,35.8 = 18,5[mm]

* Kích thước nút tháo dầu:

Nút tháo dầu dùng để xả dầu khi cần

hơi lõm xuống

* Chân đế: Mặt chân đế không làm phẳng mà làm hai dẫy lồi song song

thân hộp khi lắp

Đường kính chốt: d = 5[mm]

* Cửa thăm: Để quan sát các chi tiết máy trong hộp và rót dầu vào hộp thì trên nắphộp ta làm cửa thăm (hình vẽ)

* Bu lông vòng: Để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc người ta dùng bu lôngvòng trên nắp Kích thước bu lông vòng chọn theo khôi lượng hộp giảm tốc.

Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục

* Mắt dầu: kiểm tra mức dầu trong hộp giảm tốc

* Tính toán và chọn dầu bôi trơn hộp giảm tốc:

Mục đích của việc bôi trơn các chi tiết máy là để bảo vệ bề mặt các chi tiết máykhông bị rỉ, giảm ma sát, hao mòn, thoát nhiệt, lọc bụi bẩn, giảm tiếng ồn, dao động.Khả năng làm việc và tuổi thọ của máy phụ thuộc nhiều vào việc chọn vật liệu bôitrơn và lót kín

1) Vật liệu bôi trơn

Vật liệu bôi trơn là dầu khoáng và mỡ, khi chọn dầu cần tính đến nhiệt độ đôngđặc, nhiệt độ bôi trơn

2) Bôi trơn bộ truyền bánh răng

Bộ truyền bánh răng được bôi trơn bằng phương pháp ngâm dầu

Chiều sâu ngâm dầu ở bánh răng cấp chậm khoảng 1/3 bán kính bánh răng lớn,bánh răng nhỏ được bôi trơn nhờ bánh răng lớn vung toé lên

Dung lượng bôi trơn phải lấy đủ lớn để đảm bảo bôi trơn tốt

Nhiệt độ dầu bôi trơn < 90oC

Chọn loại dầu bôi trơn:

Vật liệu bánh răng là thépThường hoá, vận tốc vòng 1  2,5

Tra bảng 10-17 và 10-20 ta chọn được dầu MC-14

Trong hộp giảm tốc có dùng vòng chắn để ngăn cách dầu trong hộp và mỡ trong ổ

Phần VII: CHỌN KIỂU LẮP VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP

Hệ thống lắp ghép: Có 3 loại mối ghép