VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HGT TRỤC VÍT

σ − - Kiểm ngiệm điều kiện bền dập và bền cắt đối với then bằng: Với các tiết dịên trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập và độ bền cắt theo công thức s

VÍ DỤ TÍNH TỐN THIẾT KẾ

HGT TRỤC VÍT

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THANG MÁY

− Hệ thống dẫn động thang máy gồm: 1: Động cơ điện; 2: Bộ truyền đai thang; 3: Hộp giảm tốc trục vít 1 cấp; 4: Nối trục đàn hồi; 5: Tang trống của thang máy

− Số liệu thiết kế:

- Cơng suất trên trục thang máy: P = 2.5 KW

- Số vịng quay trục thang máy: n = 40 vg/ph

- Thời gian làm việc cho đến khi hỏng: Lh = 10000 giờ

- Tải trọng tĩnh

I CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

Số liệu thiết kế: Công suất trên trục công tác Pct = 2,5 kW, số vịng quay trục thang my n lv = 40 vg/ph

Hiệu suất bộ truyền trục vít ηtv = 0,82 Hiệu suất bộ truyền ồ lăn ηol = 0,992) Cơng suất cần thiết của động cơ:

2,5

3, 25

0, 77

ct dc ch

Với cc thơng số vừa chọn, ta thiết lập bảng đặc tính kỹ thuật sau:

II TÍNH TÓAN BỘ THIẾT KẾ CHI TIẾT MY

2.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

- Số liệu ban đầu:

2) Đường kính bánh đai nhỏ d1=1, 2dmin =1, 2.100 120= mm

Theo tiêu chuNn, chọn d1 = 125 mm

3) Vận tốc đai :

1 1 125.1420

1

280

2, 26 (1 ) 125.(1 0, 01)

d u

Theo tiêu chuNn chọn L = 1250 (mm) = 1,25 m

7) Số vòng chạy của đai trong 1 giây :

Giá trị của a nằm trong phạm vi cho phép đã trình bày ở trên

9) Góc ôm đai bánh đai nhỏ :

2 1 1

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của số dây đai CZ, ta chọn sơ bộ bằng 1

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng: Cr =0,85 (tải trọng tĩnh)

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai:

6 6 0

1250

0,95 1700

L

L C L

4

2,51 [ ] . u .L z r v 1,88.0,9236.1,13.0,95.1.0,85.1, 007

P z

P C C C C C Cα

Ta chọn z = 3 đai

11) Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

- Lực căng đai ban đầu:

α α

+

=

−

f t f

F e F

F F f

2 6 121,5 143, 46 1200.9, 294 10 2.2,8.100 6,969

−

13) Tuổi thọ đai xác định theo công thức (4.37):

σσ

Tương ứng với vận tốc trượt v s = 2,3 m/s ta chọn cấp chính xác là 8 (bảng 7.4)

Vì v s≤ 5m/s, ta chọn đồng thanh không thiết BrAlFe9-4 đúc trong khuôn cát với 400

6 6

9 9

Suy ra chọn q = 10 theo tiêu chuNn

4 Chọn sơ bộ η theo công thức (7.11):

16 0,9(1 ) 0,9(1 ) 0,828

170 1

H w

H

T K q

arctg arctg q

Bánh vít

z z

=

10 Tính toán nhiệt theo công thức (7.47):

) 1 (

) 1 (

1000 11

ψ

η

+

− +

=

A K

P t

t

T o

1 1,7

d d d

1) Chọn vật liệu trục vít là thép 40Cr được tôi với độ rắn > 40 HRC sau đó được

mài và đánh bóng ren vít Chọn sơ bộ ứng suất cho phép [ ] 70MPaσ =

- Sau khi có kích thước ta tiến hành kiểm nghiệm độ bền trục:

Khoảng công xôn: l c12= 0,5.(l m12+b o) +k3+h n= 0,5.(50 20) 20 15 70 + + + = mm

4) Vẽ biểu đồ mômen uốn và mômen xoắn:

- Trong mặt phẳng đứng ZY, phương trình cân bằng mômen:

1 284 (284 70) 1.142 0

∑M A M A R BY F dai F R

Suy ra: R BY = − 684, 05N

với 1

1 1

80 4719, 043 188761, 72

5) Kiểm tra điều kiện bền của trục vít

Các biểu đồ mômen thì tại tiết diện nguy hiểm nhất là điểm C

- Mômen uốn tại C: M C = (1697,11.142) 2 + (675, 2.142) 2 = 259362, 03Nmm

- Mômen xoắn tại C: T C = 0

- Mômen tác động : M td =M C = 259362, 03Nmm

- Công thức xác định chính xác đường kính trục tại C

33,34 0,1.[ ]σ 0,1.70

C

M

Chọn theo tiêu chuNn ta có: d C =34mm

- Công thức xác định chính xác đường kính trục tại B (tiết diện lắp ổ lăn bên phải )

M

σ

Chọn theo tiêu chuNn ta có: d A =d B = 25mm

- Công thức xác định chính xác đường kính trục tại D (tiết diện lắp bánh đai bên phải)

Kiểm ngiệm điều kiện bền dập và bền cắt đối với then bằng:

Với các tiết dịên trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép

về độ bền dập và độ bền cắt theo công thức sau:

][)(

2

1

d t

d

t h dl

2

c t

c

b dl

(mm)

Chiều dài làm việc của then lt

(mm)

Mômen T (Nmm) (MPa) σd

τc

(MPa) bxh t1

7) Tính toán, kiểm nghiệm độ bền trục và độ bền mỏi

σb = 1000 Mpa với: σ−1= (0, 4 0,5).σb= 450MPa; τ-1 = 0,22σb = 220 MPa

- Hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung tải trọng: Kσ ,Kτ

Tra bảng 10.8 [3] ta có: Kσ = 1,6

Kτ = 1,4

- Hệ số tăng bền bề mặt:

β = 1,7 tra theo bảng 10.4 tài lịêu [3] ứng với trường hợp phun bi

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình :

chống uốn W

Mômen cản xoắn

Bảng kiểm nghiệm hệ số an toàn s :

(trong đó, [s] hệ số an toàn cho phép nằm trong khoảng 1,5 ÷ 2,5 ; khi [s] = 2,5 ÷ 3

ta không cần kiểm nghiệm trục theo độ cứng)

εσ , ετ là hệ số kích thước tra trong bảng 10.3 [3]

σa , τa là biên độ của ứng suất tính theo:

K

s

σ ψ β ε σ σ

σ σ

a

m

s K

τ τ

σ

τ τ

Khi đó hệ số an toàn kiểm nghiệm cho trục là:

2 2 τ σ

τ σ

s s

s s s

+

=

Kết quả kiểm ngiệm hệ số an toàn cho thấy các đoạn trục đều thoã mãn hệ số an toàn kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi Ngoài ra trục còn đảm bảo về độ cứng Hình dạng trục như sau:

Theo tiêu chuNn ta chọn d = 50 mm ⇒b o =27mm (chiều rộng ổ lăn) [3]

- Khoảng cách giữa các ổ trên trục bánh vít:

- Chiều dài mayơ của bánh vít làl m22 = (1, 2 1,8)d = 80mm

- Khoảng cách từ mặt mút trong bánh vít đến thành trong của hộp bằng khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp bằng k1=k2 = 8mm

- Khoảng cách giữa hai ổ lăn trục bánh vít:

2 Suy ra: R Ay =F r −R BY = 1717, 6 325,11 2042, 71 + = N

- Trong mặt phẳng XZ, phương trình cân bằng mômen:

σ

−

- Kiểm ngiệm điều kiện bền dập và bền cắt đối với then bằng:

Với các tiết dịên trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép

về độ bền dập và độ bền cắt theo công thức sau:

][)(

2

1

d t

d

t h dl

2

c t

c

b dl

(mm)

Mômen

T (Nmm)

σd

(MPa)

τc

(MPa) bxh t1

Trục

bánh vít

5) Tính toán, kiểm nghiệm độ bền trục và độ bền mỏi

Vật liệu trục: thép C45, tôi cải thiện

σb = 850 MPa với: σ-1 = 0,4σb = 340 MPa; τ-1 = 0,223σb = 189,66 MPa

- Hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung tải trọng: Kσ ,Kτ

Tra bảng 10.8 [3] ta có : Kσ = 2,05

Kτ = 1,9

- Hệ số tăng bền bề mặt:

β = 1,7 tra theo bảng 10.4 tài lịêu [3] ứng với trường hợp phun bi

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình:

Bảng kiểm nghiệm hệ số an toàn s:

(trong đó, [s] hệ số an toàn cho phép nằm trong khoảng 1,5 ÷ 2,5 ; khi [s] = 2,5 ÷ 3

ta không cần kiểm nghiệm trục theo độ cứng)

εσ , ετ là hệ số kích thước tra trong bảng 10.3 [3]

σa , τa là biên độ của ứng suất tính theo:

K

s

σ ψ β ε σ σ

σ σ

a

m

s K

τ τ

σ τ

τ τ

τ σ

s s

s s s

+

=

Kết quả kiểm ngiệm hệ số an toàn cho thấy các đoạn trục đều thoã mãn hệ số an toàn kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi Ngoài ra trục còn đảm bảo về độ cứng

1) Tính cho ổ đở bên phải với đường kính d = 25 mm

- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ:

- Thời gian làm việc của ổ: L h = 10000h

- Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:

- Khả năng tải động tính toán: C tt =Q L10 3 =961,16 38410 3 =5729, 21N

- Tra bảng ta được cở ổ như sau:

Ký hiệu ổ d(mm) D(mm) B(mm) r(mm) C(KN) C KN o( )

2) Tính cho hai ổ đũa côn bên trái với d = 25 mm

- Lực hướng tâm tác dụng lên 2 ổ:

- Tải trọng dọc trục do trục vít gây ra: F a=4719,043N

- Chọn góc côn α = 14o Theo bảng 11.3, hệ số tải trọng dọc trục:

Do đó theo bảng 11.3 tra được: X = 0, 4 và Y = 0, 4 cotg 14 o = 1, 6

- Chọn Kσ = 1 do tải trọng tĩnh, Kτ = 1 và V = 1 do vòng trong quay

- Tải trọng động quy ước:

( ) (0, 4.913, 25 1,6.5002,533).1.18369,35

3

47500

326,098369,35

m

r

C L Q

n

II) LỰA CHỌN Ổ CHO TRỤC BÁNH VÍT

- Ta chọn ổ đũa côn với đường kính trong d = 50 mm

- Lực hướng tâm tác dụng lên ổ A:

- Tải trọng dọc trục do bánh vít gây ra: F a = 1350, 4N

- Chọn góc côn α =14o Theo bảng 11.3, hệ số tải trọng dọc trục:

Do S1<S2 và F a =1350, 4N >S2−S1=1058,34 636,69 421,65− = N, do đó tải trọng dọc trục tính toán đối với ổ bên trái:

F

e

F = = > =

Do đó theo bảng 11.3 tra được: X = 0, 4 và Y = 0, 4 cotg 14 o = 1, 6

- Chọn Kσ = 1 do tải trọng tĩnh, Kτ = 1 và V =1 do vòng trong quay

- Tải trọng động quy ước:

3 56000

4326,32 4543,1

m

r

C L Q

Vậy điều kiện bền của chốt được thỏa

2.6 THIẾT KẾ VỎ HỘP:

Chiều dày: -Thân hộp δ

Chiều dày bích thân hộp

Chiều dày bích nắp hộp

Bề rộng bích nắp và thân

18mm 18mm 42mm Đường kính ngoài tâm lỗ trục vít

Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ

Tâm ổ bulông cạnh ổ

125mm 46mm 2

2518

mm mm

δδ

=

=

1

k = 54mm và q = 72mm Khe hở giữa bánh vít với thành trong

2.7 CÁC CHI TIẾT PHỤ:

1) Chốt định vị

2) Cửa thăm

Để kiểm tra xem xét các chi tiết trong hộp giảm tốc khi lắp ghép cũng như khi để

đổ dầu vào, trên đỉnh của hộp giảm tốc ta làm cửa thăm Cửa này được đậy bằng nắp Trên nắp có nút thông hơi.Kích thước được chọn như sau:

4) Que thăm dầu

Do vận tốc của trục vít v=9,924m/s cho nên ta ngâm trục vít trong dầu.Chiều cao mức dầu trong hộp giảm tốc sẽ được iểm tra qua que thăm dầu.Kích thước và hình dáng của ó được thể hiện như sau:

III DUNG SAI LẮP GHÉP:

Dựa vào kết cấu và yêu cầu làm việc , chế độ tải của các chi tiết trong hộp giảm tốc mà ta chọn các kiểu lắp ghép sau:

1) Dung sai và #lắp ghép bánh vít:

Chịu tải vừa, không đổi, va đập nhẹ ta chọn kiểu lắp trung H7/k6

2) Dung sai và lắp ghép ổ lăn:

Khi lắp ghép ổ lăn ta lưu ý:

- Lắp vòng trong lên trục theo hệ thống lỗ,lắp vòng ngoài vào vỏ theo hệ thống trục

- Để các vòng ổ không trơn trượt theo bề mặt trục hoặc lỗ hộp khi làm việc, cần chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi cho các vòng quay

- Đối với các vòng không quay ta sử dung kiểu lắp có độ hở

Chính vì vậy mà khi lắp ổ lăn lên trục ta chọn mối ghép k6, còn khi lắp ổ lăn vào

vỏ thì ta chọn H7

3) Dung sai khi lắp vòng chắn dầu, lót ổ:

Chọn kiểu lắp trung gian H7/js6 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp

4) Dung sai lắp then trên trục:

Theo chiều rộng chọn kiểu lắp trên trục là H9 và kiểu lắp trên bạc là D10

Bảng dung sai lắp ghép bánh vít:

Bảng dung sai lắp ghép ổ lăn:

Bảng dung sai lắp ghép then:

Kích thước

tiết diện then

B x h

Sai lệch giới hạn chiều rộng

hạn trên trục t1

Sai lệch giới hạn trên bạc t2

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQG TPHCM, 2004

[2] Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập chi tiết máy, NXB ĐHQG TPHCM, 2005

[3] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 – 2, NXB Giáo Dục, 2003

[4] Nguyễn Hữu Lộc, Thiết kế cơ khí với AutoCAD Mechanical, NXB TPHCM, 2004 [6] Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật cơ khí, tập 1 -2, NXB Giáo Dục, 2003

[7] Ninh Đức Tốn, Nguyễn Trọng Hùng, Nguyễn Thị CNm Tú, Bài tập kỹ thuật đo, NXB