ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY hộp giảm tốc bánh răng nón 1 cấp xích + đai ( thuyết minh + bản vẽ )

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY hộp giảm tốc bánh răng nón 1 cấp xích + đai ( thuyết minh + bản vẽ ) Tài liệu bào gồm file thuyết minh (.doc) Bản vẽ hộp giảm tốc, bản vẽ bánh răng và bản vẽ trục

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 Vìthế tầm quan trọng của các hệ thống trục dẫn động cơ khí là rất lớn Hiểu biết lý thuyết

và vận dụng nó trong thực tiễn là một yêu cầu cần thiết đối với một kỹ sư

Để nắm vững lý thuyết và chuẩn bị tốt trong việc trở thành một kỹ sư tương lai

Đồ án môn học thiết kế máy trong ngành cơ khí là một môn học giúp sinh viên ngành

cơ khí làm quen với những kĩ năng thiết kế, tra cứu và sử dụng tài liệu tốt hơn, vậndụng kiến thức đã học vào việc thiết kế một hệ thống cụ thể Ngoài ra, môn học nàycòn giúp sinh viên củng cố kiến thức của các môn học liên quan Vận dụng sáng tạo vàphát huy khả năng làm việc theo nhóm

Trong quá trình thực hiện đồ án môn học này, em luôn được sự hướng dẫn tận

tình của giáo viên hướng dẫn thầy Th.S Nguyễn Hoàng Lĩnh và các thầy bộ môn

trong khoa kỹ thuật công nghệ

Em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này

Sinh viên thực hiện

Chiemsisulath Xaypasong

Chương 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

1.1 HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG NÓN MỘT CẤP.

1.1.1 Giới thiệu về hộp giảm tốc.

Hộp giảm tốc là một thiết bị không thể thiếu đối với các máy móc cơ khí, nó cónhiệm vụ biến đổi một vận tốc ban đầu thành một hay nhiều vận tốc ở đầu ra (tuỳthuộc vào công dụng của máy) tạo thành một tổ hợp biệt lập để giảm số vòng quay vàtruyền công suất từ động cơ đến máy công tác

Có nhiều loại hộp giảm tốc và được phân chia theo từng đặc điểm riêng biệt:

- Loại truyền động: hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng, hộp giảm tốcbánh răng trụ răng nghiêng, răng nón, hộp giảm tốc bánh răng trụ - trụcvít,

- Số cấp: hộp giảm tốc một cấp, hai cấp hay nhiều cấp

- Vị trí tương đối giữa các trục trong không gian: hộp giảm tốc đặt nằmnghiêng, nằm ngang hay thẳng đứng,

- Đặc điểm của sơ đồ động: hộp giảm tốc triển khai, hộp giảm tốc đồng trục,hộp giảm tốc có cấp tách đai

=> Kết luận: Theo nhiệm vụ đồ án được giao là thiết kế hộp giảm tốc bánh răngtrụ 1 cấp

1.1.2 Đặc điểm của hộp giảm tốc.

a Ưu điểm:

Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ phận truyền bánh răng, tạo thành một tổhợp đặc biệt để giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ sang máy công tác.Hiệu suất cao, có khả năng truyền những công suất khác nhau, tuổi thọ lớn hơn, làmviệc chắc chắn và sử dụng đơn giản Phạm vi công suất, vận tốc và tỉ số truyền khárộng

b Nhược điểm:

Đối với hộp giảm tốc nhiều cấp tải trọng phân bố không đồng đều trên các ổ trụcđược chọn theo phản lực lớn nhất, vì vậy kích thước và trọng lượng của hộp giảm tốclớn

Khó bôi trơn các bộ phận trong hộp giảm tốc, trọng lượng hộp giảm tốc lớn, bộtkim loại và bụi bẩn rơi vào chổ ăn khớp giữa các bánh răng làm chóng mòn răng, trongquá trình làm việc gây ra tiếng ồn

1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC BỘ TRUYỀN.

1.2.1 Đặc điểm của bộ truyền bánh răng nón răng thẳng.

a Nguyên lý làm việc.

Truyền động bánh răng gồm bánh răng dẫn, bánh răng bị dẫn Truyền độngbánh răng là phương pháp truyền, chuyển động công suất nhờ sự ăn khớp của các răngtrên các bánh răng

b Ưu nhược điểm của truyền động bánh răng.

 Hiệu suất cao ƞ= 0,96÷0,98, thậm chí ƞ= 0,99 cho một cặp bánh răng

 Kích thước bộ truyền tương đối nhỏ gọn, khả năng tải lớn

 Tuổi thọ và độ tin cậy cao

 Làm việc trong phạm vi công suất, tốc độ và tỉ số truyền khá rộng

+ Nhược điểm:

 Không thực hiện được truyền động vô cấp

 Không có khả năng tự bảo vệ an toàn khi quá tải

 Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn

 Đòi hỏi độ chính xác cao trong chế tạo (chế tạo tương đối phức tạp) và lắpráp

 Chịu va đập kém vì độ cứng của bộ truyền khá cao

c Phạm vi sử dụng.

 Tốc độ có thể đạt tới 140 m/s

 Công suất truyền được có thể rất nhỏ (0.1 kW) như trong các dụng cụ đo

và cơ cấu điều khiển, đến khá lớn (300 kW) như trong các máy mỏ, máyxây dựng và làm đường, hoặc rất lớn (100.000 kW) như trong các máyphát điện

 Tỉ số truyền (của 1 cặp bánh răng) có thể từ 1 đến 10 hoặc cao hơn

1.2.2 Truyền động đai.

Hình 1.1: Bộ truyền đai

a Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ truyền đai.

Bộ truyền đai làm việc theo nguyên lý ma sát: công suất từ bánh chủ động (1)truyền cho bánh bị động (2) nhờ vào ma sát sinh ra giữa dây đai (3) và bánh đai (1),(2)

b Ưu nhược điểm của bộ truyền đai.

Ưu điểm:

 Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (<15m)

 Làm việc êm, không gây ồn ào nhờ vào độ dẻo dai nên có thể truyềnđộng với vận tốc lớn

 Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tảitrọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu

 Đề phòng sự quá tải của động cơ nhờ vào sự trượt trơn của đai khi quátải

 Kết cấu và vận hành đơn giản, giá thành rẻ

Nhược điểm:

 Kích thước bộ truyền đai lớn hơn so với cá bộ truyền khác: xích, bánhrang ( lớn hơn khoảng 5 lần so với bộ truyền bánh răng nếu truyền cùngcông suất )

 Tỉ số truyền làm việc thay đổi do hiện tượng trượt đàn hồi giữa đai vàbánh đai (ngoại trừ đai răng)

 Tải trọng tác dụng lên trục và ổ đỡ lớn (thường gấp 2-3 lần so với bộtruyền bánh răng) do phải có lực căng đai ban đầu

 Tuổi thọ thấp khi làm việc với vận tốc cao

c Phạm vi sử dụng.

Bộ truyền đai thường dùng để truyền công suất không quá 40 – 50kW, vận tốc

khoảng 5-30m/s Tỷ số truyền i của đai dẹt thường không quá 5, đối với đai thang

không quá 10

1.2.3 Truyền động xích.

Bộ truyền xích gồm đĩa xích dẫn 1, đĩa bị dẫn 2 và dây xích 3

Nguyên lý làm việc của bộ truyền xích: xích truyền chuyển động và tải trọng từ trụcdẫn I sang trục bị dẫn II nhờ vào sự ăn khớp giữa các mắt xích với răng của đĩa xích.Các trục của bộ truyền xích song song nhau, có thể trong bộ truyền có nhiều bánh xích

bị dẫn Ngoài ra, trong bộ truyền xích có thể có bộ phận căng xích, bộ phận che chắn

và bộ phận bôi trơn

So với bộ truyền đai, bộ truyền xích có các ưu điểm sau:

- Không có hiện tương trượt, hiệu suất cao hơn, có thể làm việc khi có quá tảiđột ngột, không đòi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ đỡ nhỏ

- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu truyền cùng công suất và

số vòng quay

- Bộ truyền xích truyền công suất nhờ vào sự ăn khớp giữa xích và bánhxích, do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai và do

đó có thể truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích bị dẫn

- Có thể truyền chuyển động giữa các trục khá xa nhau (Amax= 8 m)

- Khả năng tải cao hơn đai, hiệu suất truyền động cao hơn, đạt ƞ= 0,96÷0,98

Do sự phân bố của các nhánh xích trên đĩa xích không theo đường tròn, mà theohình đa giác, do đó khi vào khớp và ra khớp, các mắt xích xoay tương đối vớinhau và bản lề xích bị mòn, gây nên tải trọng động phụ, ồn khi làm việc, có tỷ

số truyền tức thời thay đổi vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay đổi, vàphải có bộ phận điều chỉnh xích

Bộ truyền xích dược sử dụng, khi truyền chuyển động và công suất giữa cáctrục song song có khoảng cách trục A≤ 8m Truyền động xích được sử dụngrộng rãi trong máy nông nghiệp và máy vận chuyển (xe đạp, xe máy…), trongmáy công cụ và tay máy công nghiệp v.v , với công suất nhỏ và trung bình(N≤ 110kW), tốc độ xích đến 15 m/s và tỉ số truyền i≤ 8

1.2.4 Các vấn đề bôi trơn của hệ thống

a Bôi trơn bộ phận ổ.

Bôi trơn bộ phận ổ nhằm mục đích giảm các ma sát giữa các chi tiết lăn, chốngmòn, tạo điều kiện thoát nhiệt tốt, bảo vệ bề mặt của chi tiết không bị han gỉ, giảmtiếng ồn và bảo vệ ổ khỏi bụi bám

Việc chọn hợp lí loại dầu và cách bôi trơn sẽ làm tăng tuổi thọ của bộ phận ổ.Khi chọn cách bôi trơn cần chú ý đến điều kiện sau:

- Nhiệt làm việc và đặc điểm của môi trường xung quanh

- Chất bôi trơn thường dùng là dầu hoặc mỡ

Trong thực tế khi vận tốc dưới 4-5m/s đều có thể dùng mỡ hoặc dầu để bôi trơn bộphận ổ Khi vận tốc lớn hơn 5m/s chỉ dùng dầu để bôi trơn, và khi vận tốc càng lớn tachọn độ nhớt càng cao

b Bôi trơn hộp giảm tốc.

Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoát nhiệttốt và đề phòng các thiết bị không bị gỉ, chúng ta cần phải bôi trơn lien tục các bộtruyền trong hộp giảm tốc việc chọn hợp lý dầu, độ nhớt và phương pháp bôi trơn sẽlàm tăng tuổi thọ của các bộ truyền, nâng cao tuổi thọ của hộp giảm tốc

Các phương pháp bôi trơn hộp giảm tốc:

 Bôi trơn lưu động.

 Bôi trơn ngâm dầu

Các loại dầu thường để bôi trơn hộp giảm tốc:

 Dầu công nghiệp

 Dầu tua bin

Vì hộp giảm tốc này có vận tốc nhỏ nên ngâm các bánh răng trong hộp dầu

=> Vậy chọn phương pháp ngâm dầu để bôi trơn hộp giảm tốc

c Bôi trơn bộ truyền xích.

Đây là vấn đề có ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của xích: khi vận tốc v ≤ 4m/s,

sử dụng phương pháp bôi trơn định kỳ; khi vận tốc v ≤ 6m/s, sử dụng phương pháp bôitrơn nhỏ giọt; khi vận tốc v ≥ 6m/s, tốt nhất là bôi trơn liên tục bằng cách ngâm mộtđĩa trong dầu

Chương 2: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN.

Các số liệu cho trước:

P(N)

(Lực tác dụng)

v (m/s)(Vận tốc băng tải)

D(mm)(Đường kínhtang)

t(năm)Thời gian

ca/

ngày

giờ/ca

2.1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN.

Để chọn động cơ điện cần tính công suất cần thiết

Gọi N là công suất trên băng tải

η là hiệu suất chung

Nct là công suất cần thiết thì :

: Hiệu suất của bộ truyền bánh răng nón

: Hiệu suất của một cặp ổ lăn

: Hiệu suất của bộ truyền xích

: Hiệu suất của khớp nối

ct

N N

Trong đó: id: tỉ số truyền của đai.

ix: tỉ số truyền của bộ truyền xích

ibr: tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng nón

I II

II III

2.4 TÍNH CÔNG SUẤT TRÊN CÁC TRỤC.

- Công suất danh nghĩa trên trục I:

t

n

3.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI.

3.1.1 Chọn loại đai.

Vì vận tốc của băng tải thấp và số vòng quay của tang nhỏ nên ta chọn bộ truyềnđai thang đặt liền với động cơ Sở dĩ chọn đai thang vì kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, cóthể làm việc với vận tốc lớn Tra bảng 2  1

322

P

.Ta chọn động cơ A02-52-4 có công suất

Nđc = 10 kW, số vòng quay của động cơ nđc = 1460( v/ph), ta giả thiết vận tốc đai v >5(m/s) Ta dùng đai loại B bảng 5 13 1

Kích thước tiết diện đai a h (mm) 22 13,5

3.1.5 Tính chiều dài L theo khoảng cách sơ bộ A.

Tính sơ bộ theo công thức (5 1 1 )

D D A

Chọn theo tiêu chuẩn, lấy L =4000 (mm) bảng (5 12 1 )

 0,55(250+1000)+13,59442(250+1000)

701  944 2500

Vậy thỏa mãn điều kiện

3.1.7 Tính góc ôm 1và kiểm nghiệm điều kiện.

c  Hệ số ảnh hưởng góc ôm (tra bảng 5 18 1

95



)0,8

1,5919,1.1,84.0,8.0,875.0,868.230

ct

N Z

3.1.10 Tính lực căng ban đầu so và lực tác dụng lên trục R.

- Lực căng ban đầu đối với mỗi đai:

D2=iD1(1-ξ) với đai hình thang ) với đai hình thang

ξ) với đai hình thang =0,02,(mm)

D mm D

Xác định chính xác khoảng cách trục A theo L tiêu chuẩn,

Với tỉ số truyền ix = 3, (tra bảng 6 1053[1]) ta chọn số răng đĩa dẫn Z1= 25 răng và

số răng đĩa bị dẫn là Z2 = ix.Z1 = 3.25 = 75 răng Chọn Z2 = 75 răng

Trong đó: - kđ =1: Tải trọng làm việc ổn định ít va đập

1

25125

+ Tải trọng phá hỏng Q = 100000 (N), khối lượng 1 mét xích q = 5,50 kg

+ Kiểm tra số vòng quay của đĩa xích theo điều kiện (6 9

Vậy thỏa mãn điều kiện

Với [u] = 20, tra bảng (6 7

Z X Z

Z X

t

A        ]

A

2 2

k N

Z t n

Với kt = 1,15: Bộ truyền nằm ngang

Bảng tóm tắt các thông số của bộ truyền xích

Số mắc xích 132

3.3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NÓN.

Trong quá trình làm việc, răng của bánh răng có thể bị hỏng ở mặt răng nhiềuchỗ tróc rỗ , mòn, hoặc hỏng ở chân răng dẫn đến gẫy… trong đó nguy hiểm nhất làtróc rỗ mặt răng và gẫy răng Đó là các pha hỏng mỏi do tác dụng lâu dài của ứng suấttiếp xúc và ứng suất uốn thay đổi có chu kỳ gây nên Ngoài ra răng có thể bị biến dạng

dễ gẫy giòn lớp bề mặt , hoặc phá hỏng tĩnh ở chân răng.Vì vậy khi thiết kế cần tiếnhành tính truyển động bánh răng theo các chỉ tiêu sau :

 Độ bền tiếp xúc

 Kiểm nghiệm răng về độ quá tải

- Yêu cầu: bộ truyền bánh răng nón răng thẳng làm việc 5 năm, ngày làm việc 2 ca,mỗi ca 6 giờ

- Công suất trên trục dẫn NI = 7,364 ( kW), số vòng quay nI = 365 (vg/ph), momenxoắn MI = 192674,5 (N.mm)

- Công suất trên trục bị dẫn NII = 7,07 (kW), số vòng quay nII = 91,71 (vg/ph),momen xoắn MII = 736217,4 (N.mm)

3.3.1 Chọn vật liệu bánh răng và cách nhiệt luyện.

- Do hộp giảm tốc 1 cấp chịu tải trung bình nên chọn vật liệu chế tạo bánh răng

có độ cứng bề mặt răng HB 350

- Đồng thời để tăng khả năng chạy mòn của răng chọn độ rắn của răng nhỏ lớnhơn độ rắn của bánh răng lớn khoảng 25- 50 HB

- Bánh răng nhỏ: thép 45 thường hoá theo bảng

Thông số của thép như sau: theo bảng

Giả thiết đường kính phôi: (100 300  )mm

Giới hạn bền kéo: σbk = 580 (N/mm2)Giới hạn chảy: σch = 290 (N/mm2)

Độ rắn: HB = 170 - 220, chọn HB=220

- Bánh răng lớn thép 35 thường hoá, theo bảng 3 6 1

39



Thông số của thép như sau: theo bảng 3 8 1

40

.Giả thiết đường kính phôi: 300 500 (mm)Giới hạn bền kéo:σbk=480 N/mm2

N



N0 = 107 tra bảng : số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc

- Trường hợp bánh răng chịu tải trọng không thay đổi tính theo:

Ntđ = N = 60.u.n.T

Ntđ : số chu kì tương đương

n : số vòng quay trong một phút của bánh răng

u : là số lần ăn khớp của một răng khi bánh quay được một vòng, u=1.T: tổng số giờ làm việc, ta có:

- Số chu kỳ tương đương bánh răng lớn:

( N/mm2) Vì cả hai N td1và N td2 đều lớn hơn N0 = 107, nên hệ số chu kì củabánh răng: k N' k N'' 1

- Ứng suất tiếp xúc cho phép:

[σtx]1=[σ]N0tx.= 2,6.220.1= 520 (N/mm2).

+ Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng lớn:

[σtx]2=[σ]N0tx = 2,6.190.1= 494 (N/mm2)

3.3.2.2 Ứng suất uốn cho phép.

Vì phôi đúc, thép thường hoá nên lấy hệ số an toàn n=1,8 Hệ số tập trung ứngsuất ở chân răng kσ =1,8

- Giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ đối xứng của thép 45 là:

1,5 .

N u

2 6

3.3.7 Xác định chính xác hệ số tải trọng k và chiều dài nón.

Hệ số tải trọng K được xác định theo công thức 3 19   1

3.3.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng.

Kiểm nghiệm bền uốn của bánh răng theo công thức:

6 2

19,1.10 0,85 .

N : công suất bộ truyền

Z : số răng tương đương

1 1

2

0.253,98

Z tg

y

y

u u

2

1 1

38,18

(N/mm2) < [σ]u2= 100 (N/mm2)

3.3.10 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột.

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải (công thức 3 43   1

Bánh lớn:   uqt2  0,8ch2  0,8.240 192  (N/mm2)

Kiểm nghiệm sức bền uốn (công thức 3 42 1

1 1

67,92(1 0,5 ) 165(1 0,5 ) 140, 25

Đường kính vòng đỉnh De : (mm) 174,7 462,436

1 2 m s 1 15

arctg L

4.1.1 Chọn vật liệu làm trục:

Trục trong hộp giảm tốc chịu tác dụng của lực chuyển động quay giữa các bánhrăng ăn khớp và trục còn chịu đồng thời lực mômem uốn và mômem xoắn nên trục cầnphải đảm bảo độ cứng vững cao, độ bền mỏi, độ ổn định dao động

Từ đó ta chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 thường hóa

Tra bảng 7 2 1

119



ta có:

Độ rắn HB = 200 , Giới hạn bền b  600MP , Giới hạn chảych  340MP

N: Công suất truyền.

n: Số vòng quay trong một phút của trục

  x: Ứng suất xoắn cho phép N/mm2

Chọn d3 = 75 mm

4.1.3.Tải trọng tác dụng lên trục.

Bộ truyền bánh răng:

P1 = P2 = 2747,6 N; Fr1 = Fa2 = 969,9 N; Fa1 = Fr2 = 243,6 N

Bộ truyền đai : Rđ = 1530 N

Bộ truyền xích: Rx = 5584,5 N

4.1.4 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực.

4.1.4.1.Các yếu tố về kích thước của hộp giảm tốc.

Chiều dài moayơ bánh đai:

Chiều rộng ổ lăn: Bo = 21 mm

Chiều cao của nắp và đầu bu lông: l3 = 20 mm

Khoảng cách từ nắp ổ đến mặt cạnh của chi tiết quay ngoài hộp: l4 = 15 mm

Khoảng cách giữa các gối đỡ trục bánh răng nhỏ:

l’= (2,5 3)d1 = ( 2,5… 3)35 = 87,5… 105 mm

Chọn l’ = 90 mm

Khe hở giữa trục và bánh răng: l7 = 20 mm

= 12,  = 1,2 lấy  = 10: khe hở giữa bánh răng và thành trong của hộp

4.1.4.2.Khoảng cách giữa các điểm đặt lực

-Khoảng cách giữa hai ổ lăn: b1= l’ = 90 mm

+Trục II:

-Khoảng cách từ ổ lăn A2 đến điểm đặt lực trên bánh răng nón lớn trên trục II

c2 = Bo/2 + l2 + a + 0,5(De1+dtb1) = 21/2 +10 +10 + 0,5(174,7 + 140,25)  188 mm -Khoảng cách từ điểm đặt lực của bánh răng đến ổ lăn B2:

b2 = Bo/2 + l2 + + ( bbr2 – 0,5.bbr2.cos 2)

= 21/2 + 10 + 12 + ( 67,92 – 0,5.67,92.cos75,9o)  92 mm

-Khoảng cách từ ổ lăn B2 đến bánh xích

a2 = B0/2 + l3 + l4 + bx/2 = 21/2+20+15+30,18/2  61 mm

4.1.4.3 Xác định phản lực tại các gối đỡ, mômen xoắn và đường kính trục

tại các tiết diện nguy hiểm: