Thiết kế hộp giảm tốc 2 cấp kiểu đồng trục với các dữ liệu ban đầu như sau

Thiết kế hộp giảm tốc 2 cấp kiểu đồng trục với các dữ liệu ban đầu như sau

Trường Đại học Giao thông vận tải CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Thành phố Hồ Chí Minh Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN CSTKCK – KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ THƯ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MÃ SỐ : [10-45-76-TN]

THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ

ĐỀ SỐ II.07: Thiết kế hộp giảm tốc 2 cấp kiểu đồng trục với các dữ liệu ban đầu như sau:

+ Sơ đồ gia tải như hình vẽ

+ Tùy chọn bộ truyền đai hoặc bộ truyền xích ở đầu vào hoặc đầu ra của hộp giảm tốc

+ Các thông số ban đầu của hệ:

+ Yêu cầu sai số vòng quay trục công tác ≤ 5%

Sơ đồ gia tải.

Mã số sinh viên : ……… Ngành…Kỹ thuật giao thông

Ngày giao đề : ……tháng …… năm …… Ngày nộp đồ án:… tháng …… năm ………

Ghi chú : Khi cần sửa đổi số liệu phải có ý kiến của giáo viên hướng dẫn, tiến trình làm đồ án cần thực hiện ngay sau khi được giao Sau mỗi 4 tuần sẽ có 1 lần kiểm tra tiến độ, nếu 1 trong 2 lần kiểm tra sinh viên không kịp tiến độ sẽ không được dự bảo vệ đồ án.

Tp Hồ Chí Minh, ngày ……… tháng ………… năm …

Công suất trục

công tác Số vòng quay trụccông tác (vg/ph) Số năm làmviệc

Chế độ làm việc: Quay 1 chiều, làm việc 2 ca, tải va

đập nhẹ (1năm làm việc 300 ngày,1ca làm việc 8

giờ) Các thông số khác sinh viên tự lựa chọn cho

phù hợp

Phần 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:

Thiết kế hệ thống truyền động máy khuấy bột nhão đãm bảo yêu cầu công suất trên trục cánh khuấy là 13kW, số vòng quay trên trục công tác là 107 vòng/phút, thời gian làm việc 8 năm, quay một chiều, làm việc hai ca, tải trọng va đập nhẹ (một năm làm việc 300 ngày, một ca làm việc 8 giờ), sơ đồ gia tải như hình trên

Trong đó: T1 = T, T2 = 0,8T

Công suất trục công tác:

Công suất động cơ: η

ct dc

ct P P

kW P

=

= 13

Hiệu suất của bộ truyền xích:

95,0

=

ol

η

Hiệu suất tổng:

2

3 ol br

đη ηη

η =

⇒

(Với 3 cặp ổ lăn và 2 cặp bánh răng)

85 , 0 96 , 0 99 , 0 95 , 0

=

Với các tỷ số truyền trên ta chọn động cơ AO2-62-2 có số vòng quay 2890 vòng/phút

1.2.PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN:

01 , 27

=

=

h u

Tỷ số truyền cặp bánh răng:

67,32

1 =u = u h =

u

do hộp giãm tốc đồng trụcChọn

67,32

Theo các thông số vừa chọn ta lập bảng đặc tính kỹ thuật sau:

BẢNG ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

Ta thiết kế bộ truyền đai dẹt để dẫn truyền công suất từ động cơ đến trục của hộp giảm tốc, với

tỷ số truyền của đai là iđ=2 số vòng quay trục dẫn là nđc = 2890 v/p; trục bị dẫn là n1 = 1445 v/p

8 ) (

14 , 3 2 ( ) (

2 2 1 2

N

3 1 1

[Công thức (5-6)]

D1 = (1100 ÷1300)

mm

227 192

2890

3 , 15

Với N1: công suất trục dẫn, kW

n1: số vòng quay trong một phút của trục dẫn bằng số vòng quay của động cơ

Theo bảng (5-1) Lấy theo tiêu chuẩn D1 = 200mm

Kiểm tra vận tốc vòng

301000

.60

2890.200.14,31000.60

1 1

=

=

n D

π

s m

Sai số về số vòng quay so với yêu cầu:

100.1445

n

∆

nằm trong phạm vi cho phép (3 ÷ 5)%, do đó không cần chọn lại đường kính D2

2.1.3 Xác định chiều dài đai

Chiều dài tối thiệu

Tính góc ôm theo công thức (5-3)

Kiểm nghiệm điều kiện (5-11)

Vậy thỏa mãn điều kiện

2.1.4 Định tiết diện đai:

Chiều dày đaiδ

Theo tiêu chuẩn ta chọn

Lấy ứng suất căng ban đầu ,

Theo bảng 5-4 chọn chiều rộng đai loại A có b = 85mm

2.1.5 Định chiều rộng B của bánh đai:

Dựa vào chiều rộng b của đai, theo bảng 5-10 ta chọn được chiều rộng của bánh đai B = 100

2.2 THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP CHẬM:

2.2.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:

Chọn vật liệu chế tạo bánh răng nhỏ: thép 50 thường hóa, phôi rèn, giã thiết đường kính phôi dưới 100mm

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

n: Số vòng quay trong một phút của bánh răng

[σ]tx2 = [σ]Notx2 k’N = 2.6.210.1 = 546 N/mm2Trong đó [σ]Notx: là ứng suất tiếp xúc cho phép [N/mm2]khi bánh răng làm việc lâu dài, phụ thuộc vào độ rắn HB lấy trong bảng 3.9 (trang 43).

2.2.3 Ứng suất uốn cho phép.

Để xác định ứng suất uốn cho phép, lấy hệ số an toàn n = 1,5, hệ số tập trung ứng suất ở chân răng kσ = 1,8 (vì vật liệu làm bánh răng là thép thường hóa, phôi rèn.)

Giới hạn mỏi của thép 50 thường hóa là:

σ-1 = (0,4 – 0,45)σbk , chọn σ-1 = 0,42 σbk = 0,42.620 = 260,4 N/mm2Giới hạn mỏi của thép 45 thường hóa:

2.2.6 Tính vận tốc vòng V của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

Dựa vào vận tốc vòng và loại bánh răng tra bảng 3-11 (trang 46) chọn cấp chính xác của bánh răng bằng 9

K =1.1,4 = 1,4

K không khác nhiều với k chọn sơ bộ nên không cần tính lại khoảng cách trục A

2.2.8 Xác định modun, số răng, chiều rộng bánh răng và góc nghiêng của răng.

Modun được chọn theo khoảng cách trục A

Chiều rộng bánh răng nhỏ:

b = ψA A + 5 = 80 mmChiều rộng bánh răng thỏa điều kiện

2.2.9 Kiểm nghiệm bền sức uốn bánh răng

Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Tính số răng tương đương theo công thức (3-37)

Bánh nhỏ:

Bánh lớn:

Hệ số dạng răng

Hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải khi tính theo sức bền uốn của bánh răng nghiêng so với bánh răng thẳng θ”, thường lấy θ” = (1,4 – 1,6)

Chọn θ” = 1,5

Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh răng nhỏ:

Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh răng lớn:

2.2.10 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chiệu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn.

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:

Kiểm nghiệm bền ứng suất uốn:

Chiều cao răng h = 2,25mn = 2,25.3 = 6,75

Chiều cao đầu răng hd = mn =3

De1 = dc2 + 2mn = 330 + 2.3 = 336 mmĐường kính vòng chân răng:

Bánh nhỏ:

Di1 = dc1 - 2mn = 90 - 2.3 = 84 mmBánh lớn:

Di2 = dc2 + 2mn = 330 - 2.3 = 324 mm

2.2.12 Tính lực tác dụng lên trục:

Lực vòng:

2.3 THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP NHANH:

Do hộp giảm tốc đồng trục nên các thông số hình học của bánh răng cấp nhah cơ bản giống với bánh răng cấp chậm:

Chiều cao răng h = 2,25mn = 2,25.3 = 6,75

Chiều cao đầu răng hd = mn =3

Độ hở hướng tâm c = 0,25mn = 0,25.3 = 0,75

Đường kính vòng chia (vòng lăn)

Bánh nhỏ:

Bánh lớn:

Đường kính vòng đỉnh răng:

Bánh nhỏ:

De1 = dc1 + 2mn = 90 + 2.3 = 86 mmBánh lớn:

De1 = dc2 + 2mn = 330 + 2.3 = 336 mmĐường kính vòng chân răng:

Bánh nhỏ:

Di1 = dc1 - 2mn = 90 - 2.3 = 84 mmBánh lớn:

Di2 = dc2 + 2mn = 330 - 2.3 = 324 mm

Chọn hệ số chiều rộng bánh răng ψA = 0,3

Chiều rộng bánh răng lớn:

b = ψA .A = 0,3.210 = 63 mmChọn b = 65 mm

Chiều rộng bánh răng nhỏ:

b = ψA .A + 5 = 70 mmChiều rộng bánh răng thỏa điều kiện

2.3.1Tính vận tốc vòng V của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

Dựa vào vận tốc vòng và loại bánh răng tra bảng 3-11 (trang 46) chọn cấp chính xác của bánh răng bằng 8

2.3.2 Kiểm nghiệm bền sức uốn bánh răng

Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Tính số răng tương đương theo công thức (3-37)

Bánh nhỏ:

Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh răng nhỏ:

Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh răng lớn:

2.3.3 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chiệu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn.

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:

Kiểm nghiệm bền ứng suất uốn:

Tính sơ bộ đường kính trục theo công thức (7-2)

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

= 39mm để chọn loại ổ bi cở trung bình, tra bảng 14P ta có được chiều rộng ổ B = 23

Khoảng cách từ cạnh ổ lăn đến thành trong của hộp l2 = 5mmChiều rộng bánh răng cấp nhanh b = 70mm

Chiều rộng bánh răng cấp chậm b = 85mm

Chiều cao của nắp và đầu bulon l3 = 20mmKhoảng cách từ nắp đến mặt cạnh của chi tiết quay ngoài hộp l4 =20mmChiều dày của vai trục = 5mm

Chiều rộng bánh đai 100mmTổng hợp các kích thước phần tử ở trên ta tìm được chiều dài các đoanạ trục cần thiết và khoảng cách giữa các gối đở, a = 67mm, b = 184mm, c = 74 mm, l = 97mm

Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các bánh răng

Trục I:

d P l R R

a a R a P

d P l R m

r a

đ By

By r

a đ

Ay

167972

67

67.7962

90.44997

.20652

0

2

1

1

1 1

1

1

1 1

=+

−

−

=+

−+

−

=

∑

RAy = Rđ - Pr1 + RBy = 2065 -796+1679 = 2948 N

( ) (a a ) ( ) N

a P R

a a R a P m

Bx

Bx Ax

1032 72

67

67 2140

0

1

1

1

1

= +

= +

=

⇒

= +

−

=

∑

RAx = P1 - RBx = 2140-1032 = 1108 NTính momen uốn ở những tiết diện nguy hiểm

Ở tiết diện n-n :

Mu n-n = l.Rđ = 97 2065 = 200305 Nmm

Ở tiết diện m-m :

Tính đường kính trục ở hai tiết diện n-n và m-m theo công thức (7-3)

Đường kính trục ở tiết diện n-n :

N.mm

(bảng 7-2)

Đường kính trục ở tiết diện m-m :

Đường kính trục ở tiết diện n-n lấy bằng 35mm(ngõng trục lắp ổ) và đường kính ở tiết diện m-mlấy bằng 40 mm, lớn hơn giá trị tính được vì có rãnh then

Trục II:

RCy = Pr2 + Pr3 – RDy = 756+2780-2302 = 1234N

RCx = P3 - RDx - P2 = 7473-5352-2034 = 87N

Tính momen uốn tổng cộng :

Đường kính trục tại tiết diện e-e :

Đường kính trục tại tiết diện i-i :

Ở hai đoạn trục này đều có làm rãnh then để cố định bánh răng theo phương tiếp tuyến, vì vậyđường kính trục lấy lớn hơn so với tính toán một ít : de-e =45mm, di-i= 50mm, đường kính lắp ổlăn d = 40mm Những trị số chọn trên phù hợp với tiêu chuẩn

Trục III :

Ở đây: lực P4 = 7020N c = 74mm

Pa4 = 1474N

Tính phản lực ở các gối trục:

Momen uốn tại tiết diện chịu tải lớn nhất :

Tính đường kính trục tại tiết diện chịu tải lớn nhất :

Momen tương đương :

Tra bảng 7-2 chọn

, lấy d = 65mm

Vì trên trục có rảnh then nên đừong kính trục lấy tăng lên so với tính toán

Đường kính ngỏng trục d =60mm, đường kính đầu trục ra d = 55mm

Bộ truyền làm việc một chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kỳ mạch động

Giới hạn mỏi uốn và xoắn :

(trục bắng thép 45 có σb = 600N/mm2)

W = 10650mm3 (bảng 7-3b)

Mu = 431143Nmm

Thay các giá trị tìm được vào công thức tính nσ và nτ :

Hệ số an toàn cho phép [n] thường lấy bằng (1,5 : 2,5)

3.3 Tính then

Để cố định bánh răng theo phương tiếp tuyến, nói một cách khác là để truyền mômen từtrục đến bánh răng hoặc ngược lại ta dùng then Theo đường kính trục I để lắp rảnh then là40mm, tra bảng 7-23 chọn then có b = 12, h = 8, t = 4,5 ; t1 = 3,6 ; k = 4,4 (đường kính chânrăng di1 = 84mm, đường kúnh trục là 40 mm, nên bánh răng không cần làm liền trục) chiều dàithen 0,8lm (lm : chiều dài mayơ)

Kiển nghiệm về sức bền dập theo công thức (7-11)

d = 40mm

k = 4,4mm

l = 56mm[σ]d = 150N/mm2 (bảng 7-20 ứng suất mối ghép cố định, tải trọng tĩnh, vật liệu thépCT6)

Kiểm nghiệm về sức bền cắt theo công thức (7-12)

Ở đây b = 12mm ; [τ]c = 120N/mm2 (bảng 7-21) ; các thông số khác như trên :

Đối với trục II có thể chọn hai then cùng kích thước Tra bảng 7-23 chọn b =16 ; h = 10 ;

t = 5 ; t1 = 5,1 ; k =6,2 ; chiều dài then ở chổ lắp bánh răng dẫn l3 = 64mm, ở chổ lắp bánh răng

bị dẫn l2 = 52mm

Đối với trục III chọn then b= 18 ; h = 11 ; t = 5,5 ; t1 = 5,6 ; k = 6,8 ; l4 = 68mm

Việc kiểm nghiệm sức bền tương tự như trục I

Phần 4 : Thiết kê gối đở trục

4.1 : Chọn ổ lăn

Trục I, II, III có lực dọc trục tác dụng nên ta chọn ổ bi đở chặn

Sơ đồ chọn ổ trục I

Dự kiến chọn trước góc β = 16o (kiểu 3600)

Hệ số khã năng làm việc được tính theo công thức (8.1)

Ở đây: n= 1445 vg/ph

h = 24000 giờ, bằng thời gian làm việc của máy

Q = (KV.R + M.At)KnKt, công thức (8-6)

Hệ số m = 1,5 (bảng 8-2)

Kt = 1 tải trọng va đập nhẹ (bảng 8-3)

Kn = 1 nhiệt độ làm việc dưới 100oc (bảng 8-4)

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

Tổng lực dọc trục:

At = SA – PA1 – SB = 1902-449-1372 = 81NNhư vậy lực At hướng về gối trục bên phải.vậy ta tính đối với gối trục B và chọn ổ cho gối trục này, còn gối trục kia lấy ổ cùng loại

QB = (1.1971 + 1,5.81).1.1 = 2092N hoặc bằng 209,2daN

C = 342,5 (1445:24000)0.3Tra bảng 8-7 cho (1445:24000)0.3 ≈ 178

C = 209,2.178 = 37237Tra bảng 17P, ứng với d = 35 lấy ổ có ký hiệu 36307, Cbảng = 41000, đường kính ngoài của ổ D = 80 mm, chiều rộng B = 21mm

Sơ đồ chọn ổ cho trục II

Cũng dung công thức (8-1) và (8-6) như trên, ở đây n = 393 vg/ph

Tổng lực dọc trục:

At = SC + PA2 – PA3 – SD = 930+427-1569-2285 = - 2497NNhư vậy lực At hướng về gối trục bên trái.vậy ta tính đối với gối trục C và chọn ổ cho gối trục này, còn gối trục kia lấy ổ cùng loại

QC = (1.1337 + 1,5.2497).1.1 = 5083N hoặc bằng 508,3daN

C = 508,3 (393:24000)0.3Tra bảng 8-7 cho (393:24000)0.3 ≈ 117

C = 508,3.117 = 59476Tra bảng 17P, ứng với d = 40 lấy ổ có ký hiệu 36308, Cbảng = 60000, đường kính ngoài của ổ D = 90 mm, chiều rộng B = 23mm

Sơ đồ chọn ổ cho trục III

Cũng dung công thức (8-1) và (8-6) như trên, ở đây n = 107 vg/ph

Tổng lực dọc trục:

At = SE + PA4 – SF = 2374+1474-3248 = 600NNhư vậy lực At hướng về gối trục bên phải.vậy ta tính đối với gối trục F và chọn ổ cho gối trục này, còn gối trục kia lấy ổ cùng loại

QF = (1.4666 + 1,5.600).1.1 = 5566N hoặc bằng 556,6daN

C = 556,6 (107:24000)0.3Tra bảng 8-7 cho (107:24000)0.3 ≈ 83,2

C = 556,6.83,2 = 46309

Tra bảng 18P, ứng với d = 60 lấy ổ có ký hiệu 36212, Cbảng = 76000, đường kính ngoài của ổ D = 110 mm, chiều rộng B = 22mm.

1.4: Bôi trơn ổ lăn

Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mở, vì vận tốc bộ truyền bánh rang thấp, không thể dung phương pháp bắn tung tóe để hắt dầu trong hộp giãm tốc bôi trơn bộ phận ổ Có thể dung mở loại T ứng với nhiệt độ làm việc từ 60oc đến 100oc, và vận tốc dưới 1500 vg/ph (Bảng 8-28)

Lượng mở chứa 2/3 chổ rỗng bộ phận ổ Để mở không chảy ra ngoài và ngăn không cho dầu rơi vào bộ phận ổ ta làm vòng chắn dầu

4.5: Che kín ổ lăn:

Để che kín các đầu trục ra, tránh xâm nhập của bụi bẩn và tạp chất vào ổ, củng như ngăn

mở chảy ra ngoài ta dung loại vòng phớt Kích thước theo bảng 8-29

Phần 5: CẤU TẠO VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC

Vỏ hộp

Chọn vỏ hộp đúc, mặt ghép giữa nắp và thân là mặt phẳng đi qua đường làm các trục để

để lắp ghép được dể dàng

Bảng 10-9 cho phép ta tính được kích thước các phần tử cấu tạo vỏ hộp sau đây:

Chiều dày thành thân hộp

δ = 0.025A + 3 =0.025.210 + 3 ≈ 9mmChiều dày thành nắp hộp

δ1 = 0.02A + 3 =0.02.210 + 3 ≈ 8mmChọn δ1 = 8,5mm (vì đối với hộp giãm tốc 2 cấp δ1 ≥ 8,5mm)Chiều dày mặt bích dưới của thân hộp

b = 1,5 δ = 1,5.9 ≈ 14mmChiều dày mặt bích trên của nắp

b1 = 1,5 δ1 = 13mmChiều dày đế hộp không có phần lồi

P = 2,35 δ = 2,35.9 = 22mmChiều dày gân ở thân hộp

m = (0.85:1) δ = 8mmChiều dày gân ở nắp hộp

m1 = (0.85:1) δ1 = 7mmĐường kính boulon nền

dn = 0,036.A + 12 = 0,036.210 + 12 ≈ 20mmĐường kính các boulon khác :

Trong đó L : chiều dài hộp, lấy sơ bộ bằng 800mm

B : chiều rộng hộp, lấy sơ bộ bằng 400mm

- Cửa thăm: cửa thăm cóa tác dụng kiểm tra quan sát chi tiết máy trong hộp giãm tốc khi lắp ghépvà đổ dầu vào trong hộp, được bố trí trên đỉnh hộp Cửa thăm được đậy bằng nắp Trên nắp có lắp them nút thông hơi

- Nút thông hơi: có tác dụng làm giãm áp suất, điều hòa không khí bên trong và bên ngoài hộp giãm tốc, do khi làm việc nhiệt độ bên trong hộp giãm tốc tăng lên.Nút thông hơi đựợc lắp trên nắp cửa thăm

- Nút tháo dầu: có tác dụng để xã dầu củ vì sau một thời gian làm việc thì dầu bôi trơn bịnhiểm bẩn và mất dần tác dụng nên cần được xã bỏ và thay mới

- Que thăm dầu : dùng

Phần 6: Bôi trơn hộp giãm tốc:

Do vận tốc nhỏ nên chọn phương pháp ngâm các bánh răng trong hộp dầu

Theo bảng 10-17, chọn độ nhớt của dầu bôi trơn bánh răng ở 50oc là 80centistoc hoặc 11

độ Engle và theo bảng 10-20 chọn loại dầu AK-20