bài Thuyet minh đồ án chi tiết máy

Nội dung đồ án bao gồm những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy và hệ thống dẫn động;tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc; thiết kế kếtcấu chi tiế

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học Chi tiết máy là một đồ án chuyên nghành chính của sinh viên nghành cơkhí Việc tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khi là nội dung không thể thiếu trong chươngtrình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức quan trọng cho sinh viên về kếtcấu máy

Nội dung đồ án bao gồm những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy và hệ thống dẫn động;tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc; thiết kế kếtcấu chi tiết máy, vỏ khung và bệ máy; chọn cấp chính xác, lắp ghép và phương pháptrình bày bản vẽ, trong đó cung cấp nhiều số liệu mới về phương pháp tính, về dung sailắp ghép và các số liệu tra cứu khác Thuật ngữ và khí hiệu dùng trong đồ án dựa theotiêu chuẩn nhà nước, phù hợp với thuật ngữ và kí hiệu quốc tế

Khi thiết kế đồ án chi tiết máy chúng ta phải nghiên cứu kỹ những giáo trình như Côngnghệ chế tạo máy, Khoa học vật liệu, Nguyên lý máy, Dung sai lắp ghép, Chi tiết máy,Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Khi thiết kế chúng ta phải sử dụng tài liệu, sổ tay,tiêu chuẩn và khả năng kết hợp so sánh những kiến thức lý thuyết với thực tế sản xuất

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và đặc biệt là thầy giáo Đoàn Yên Thế đã hướngdẫn và cho em nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này Khi thựchiện đồ án trong tính toán còn có nhiều sai sót em xin trân trọng cảm ơn những ý kiến,chỉ dẫn của thầy

PHẦN MỘT : HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG

HỌC 4

BÀI 1 : MỤC ĐÍCH NỘI DUNG YÊU CẦU THIẾT KẾ 4

1.Mục đích 4

2 Nội dung 4

3 Trình tự tính toán thiết kế 4

3.1 Giai đoạn 1 : 4

3.2 Giai đoạn 2 : 4

3.3 Giai đoạn 3 5

3.4 Giai đoạn 4 5

3.5 Giai đoạn 5 5

4 Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế 5

BÀI 2 : ĐỘNG CƠ ĐIỆN - HỘP GIẢM TỐC – TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG 7

1 Động cơ điện 7

1.1 Các loại động cơ điện 7

1.2.Phương pháp chọn động cơ 8

2.Hộp giảm tốc 9

2.1.Xác định tỉ số truyền ut của hệ thống dẫn động 10

2.2.Phân phối tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống ut, cho hộp giảm tốc uh và bộ truyền ngoài un 10

2.3.Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục 10

PHẦN HAI : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN 12

BÀI 1: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC 12

1 Chọn vật liệu 12

2 Xác định ứng suất cho phép [ H ], [ F ] 13

3.Truyền động bánh răng 16

3.1 Tính toán cấp nhanh 16

3.2 Tính toán cấp chậm 22

BÀI 2 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI 32

1 Chọn loại đai 32

2 Xác định các thông số của bộ truyền 32

2.1 Đường kính của bánh đai nhỏ được xác định theo công thức thực nghiệm sau : 32

2.2.Khoảng cách trục được xác định theo công thức sau : 33

2.3.Chiều dài đai được xác định 33

2.4.Góc ôm 1 trên bánh đai nhỏ được tính theo công thức : 33

3 Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai 33

4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 34

PHẦN BA : THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 35

BÀI 1 : THIẾT KẾ TRỤC 35

1 Chọn vật liệu 35

2 Tính thiết kế trục 35

2.1 Xác định các lực tác dụng lên trục 36

2.2 Xác định sơ bộ đường kính trục 37

2.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 38

2.4 Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng nên trục 39

2.5 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục 39

3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 43

BÀI 2 : TÍNH CHỌN THEN 47

1 Chọn kích thước tiết diện then theo đường kính trục 47

2 Kiểm tra then tại tiết diện ghép có bộ truyền 47

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ PHẦN MỘT : HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

BÀI 1 : MỤC ĐÍCH NỘI DUNG YÊU CẦU THIẾT KẾ 1.Mục đích.

Củng cố các kiến thức về nguyên lý làm việc, kết cấu và tính toán thiết kế các chi tiết máy

 các chi tiết máy có công dụng chung  đặc trưng về mặt lý thuyết

Vận dụng các kiến thức đã học của các môn chi tiết máy, nguyên lý máy, công nghệ chếtạo, cơ khí đại cương, sức bền vật liệu, hình họa vẽ kỹ thuật thiết kế ra một bộ phận máydẫn đến hộp giảm tốc có kích thước hình dạng cụ thể phục vụ cho hệ thống dẫn động củamáy

2 Nội dung

Mỗi sinh viên thiết kế hệ thống dẫn động xích tải, băng tải thùng trộn nguyên liệu … Chủyếu là thiết kế hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài

Một bản vẽ lắp A0

Một bản vẽ chế tạo một chi tiết điển hình A2 hoặc A3

Một bản thuyết minh dài 60 - 80 trang

3 Trình tự tính toán thiết kế

3.1 Giai đoạn 1 :

Chuẩn bị tài liệu

Nghiên cứu kỹ đầu đề thiết kế

Chuẩn bị các kiến thức tin học phục vụ đồ án môn học

3.2 Giai đoạn 2 :

Tính toán thiết kế xác định các thông số chủ yếu của hệ thống dẫn động

-Xác định công suất cần thiết số vòng quay hợp lý của động cơ điện từ đó chọn đượcđộng cơ điện cụ thể (Thường chọn động cơ 4A)

- Xác định tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống (ut)

Phân phối tỉ số truyền cho từng bộ truyền

Lập bảng công suất mômen xoắn số vòng quay cho từng trục

- Thiết kế bộ truyền

Xác định các kích thước hình học chủ yếu của bộ truyền như khoảng cách trục, đườngkính…

Vẽ theo tỉ lệ 1:1 để tìm ra sự bất hợp lý của hộp giảm tốc suy ra nếu không hợp lý tínhchọn lại

Xác định khoảng cách đặt lực, gối tựa, chiều dài trục

- Tính trục của hộp giảm tốc

Tính sơ bộ

Tính chính xác

- Tính chọn then để lắp các chi tiết máy quay

- Tính chọn ổ : Chủ yếu là ổ lăn, ổ trượt

- Tính chọn các nối trục (khớp nối)

- Tính chọn thiết kế vỏ hộp giảm tốc (thường là đúc)

- Tính chọn hoặc thiết kế các chi tiết liên quan đến vỏ hộp giảm tốc như bulông, mócvòng, cửa thăm, nút tháo dầu, que thăm dầu, chốt định vị, quạt gió thông hơi

- Tính chọn bôi trơn hộp giảm tốc

Bôi trơn các ổ đỡ (dầu hoặc mỡ)

Bôi trơn các bộ truyền

Phương pháp bôi trơn (Sương mù, dòng bôi trơn, bắn, phun…)

- Điều chỉnh khe hở của ổ lăn và sự ăn khớp của các bộ truyền

- Thể hiện được các mối ghép của các chi tiết

Chọn các kiểu lắp cho các mối ghép

Thông qua các bảng thống kê các mối ghép

- Những vấn đề bảo dưỡng khi dùng hộp giảm tốc như là thống kê các loại dầu mỡ, thờihạn thay dầu mỡ, thời hạn điều chỉnh ổ lăn, sự ăn khớp của bánh răng, bộ truyền

Hoàn thành thuyết minh

4 Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế

Thực hiện đúng nhiệm vụ của đồ án theo các số liệu yêu cầu thiết kế

Kết cấu về chi tiết máy phải đảm bảo chỉ tiêu làm việc, độ bền, tuổi thọ và cả độtin cậy

Đảm bảo kích thước nhỏ gọn, tháo lắp bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện

Vật liệu và phương pháp nhiệt luyện phải được lựa chọn hợp lý (Dễ kiếm, rẻ tiền, có trênthị trường)

Chọn dạng công nghệ gia công hợp lý

Vận dụng các tiêu chuẩn ngành, tiêu chuẩn nhà nước để chọn tối đa các chi tiết đã đượctiêu chuẩn hóa ví dụ : Ổ lăn, bánh đai

Lựa chọn có căn cứ hợp lý các kiểu lắp, dung sai, cấp chính xác nhám bề mặt các chi tiết

BÀI 2 : ĐỘNG CƠ ĐIỆN - HỘP GIẢM TỐC – TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG.

1 Động cơ điện

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn đầutiên trong quá trình tính toán thiết kế máy Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc và động

cơ biệt lập, việc chọn đúng loại động cơ có ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn và thiết

kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu rõđặc tính và phạm vi sử dụng của từng loại, đồng thời cần chú ý đến yêu cầu làm việc cụthể của thiết bị cần được dẫn động

1.1 Các loại động cơ điện

1.1.1 Động cơ điện một chiều

Cho phép thay đổi trị số của momen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởiđộng êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, do đó được dùng rộng rãi trong các thiết bị vậnchuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm …

Nhược điểm của chúng là đắt, riêng loại động cơ điện một chiều lại khó kiếm và phải tăngthêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu

1.1.2 Động cơ điện xoay chiều ba pha

a) Động cơ điện xoay chiều ba pha đồng bộ

Động cơ ba pha đồng bộ có vận tốc góc không đổi, không phụ thuộc vào trị số của tảitrọng và thực tế không điều chỉnh được

So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất vàcos hệ số quá tải lớn, nhưng có nhược điểm : Thiết bị tương đối phức tạp, giá thànhtương đối cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ Vì vậy động cơ ba pha đồng

bộ được sử dụng trong những trường hợp hiệu suất động cơ và trị số cos có vai tròquyết định (thí dụ khi yêu cấu công suất động cơ lớn – trên 100kw lại ít phải mở máy vàdừng máy) cũng như khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc

b) Động cơ ba pha không động bộ gồm hai kiểu : Roto dây quấn và roto lồng sóc.Động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn cho phép điều chỉnh vận tốc trong mộtphạm vị nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy nhỏ nhưng hệ số công suất cos thấp,giá thành cao, kích thước lớn và vận hành phức tạp, dùng thích hợp khi cần điều chỉnhtrong phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây truyền công nghệ đã được lắp đặt.Động cơ ba pha không đồng bộ roto lồng sóc có ưu điểm : Kết cấu đơn giản, giá thànhtương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba phakhông cần biến đổi dòng điện Nhược điểm của nó là : Hiệu suất và hệ số công suất thấp

(So với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc (so với động cơ mộtchiều và động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn).

Chú ý : Các hệ thống dẫn động cơ khí thương sử dụng động cơ điện xoay chiều ba phakhông đồng bộ roto lồng sóc vì những ưu điểm của loại động cơ này Để dẫn động cácthiết bị vận chuyển, băng tải, xích tải thùng trộn…

1.2.Phương pháp chọn động cơ

Xác định công suất cần thiết

Xác địng số vòng quay sơ bộ

Dựa vào bảng phụ lục theo điều kiện dẫn đến chọn động cơ hợp lý

1.2.1Xác định công suất cần thiết

Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức



t ct

P

trong đó : Pct – công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

Pt – công suất tính toán (công suất làm việc trên trục máy công tác)

 - hiệu suất của toàn bộ hệ thống

 = 1.2.3… (1-2)

với 1,2,3 là hiệu suất của các bộ truyền và của các cặp ổ trong hệ thống dẫn động,chọn theo bảng 2.3 trang 19 – “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí”

 = K.ol3.br2.đ = 0,99.0,993.0,972.0,96 = 0,868

với : K - hiệu suất nối trục đàn hồi

ol - hiệu suất 1 cặp ổ lăn

br - hiệu suất một cặp bánh răng trong hộp giảm tốc

đ - hiệu suất bộ truyền đai

Theo công thức (1-1) :

868,0

Bảng 2.4 trang 21 - “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí” là bảng tham khảo đểchọn tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ thống dẫn động.

Tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống dẫn động được tính theo công thức sau :

với nlv - số vòng quay của trục máy công tác

Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ nđb = 1500 (vòng/phút)

Theo bảng phụ lục 1.3 với Pct = 9,217kW nđb = 1500 (vòng/phút) dùng động cơ

4A132M4Y3 có Pct = 11kW nđb = 1458 (vòng/phút),  2   1 , 3

T

T T

dn K

Vì động cơ làm việc với tải trọng không đổi nên trong trường hợp này công suất động cơđược xác định theo công suất tính toán gắn với độ dài thời gian làm việc :

Pt = Ptg

2.Hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi vàđuợc dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn và là bộ máy trung gian giữa động

cơ điện và bộ phận làm việc của máy công tác

Tuỳ theo tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc, người ta phân ra : hộp giảm tốc một cấp

và hộp giảm tốc nhiều cấp

Tùy theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra :

- Hộp giảm tốc bánh răng trụ : khai triển, phân đôi, đồng trục

- Hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn - trụ

Tính toán động học hệ thống dẫn động cơ khí được thực hiện theo các bước sau :

n u

trong đó: nđc - số vòng quay động cơ đã chọn( vg/ph )

nlv - số vòng quay của trục máy công tác( vg/ph )

2.2.Phân phối tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống ut, cho hộp giảm tốc uh và bộ truyềnngoài un

Phân phối tỉ số truyền uh cho từng bộ truyền trong hộp giảm tốc :

563 , 45 2

u

n

2.3.Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục

Dựa vào cc Pct và sơ đồ hệ thống dẫn động, có thể tính được công suất, mômen và sốvòng quay trên các trục, phục vụ các bước tính toán thiết kế các bộ truyền, trục và ổ

913 , 638

760 , 8 10 55 , 9

10 55 ,



n p

Tính toán đối với trục 2 ta được :

P2 = P1.ol.br = 8,670.0,99.0,97 = 8,412(kW)

07 , 6

913 , 6381

257 , 105

412 , 8 10 55 , 9

10 55 ,

257 , 1052

32

078 , 8 10 55 , 9

10 55 ,

trong đó : Pct - công suất cần thiết trên trục động cơ

uđ - tỉ số truyền của bộ truyền đai

u1, u2 - tỉ số truyền cấp nhanh và cấp chậm trong hộp giảm tốc hai cấp đ, ol, br - lần lượt là hiệu suất của bộ truyền đai, một cặp ổ lăn và bộtruyền bánh răng tra bảng 2.3 trang 19 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”Kết quả tính toán được ghi thành bảng như sau :

BẢNG 1 : CÔNG SUẤT - TỈ SỐ TRUYỀN - SỐ VÒNG QUAY - MÔMEN

Đây là bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trong quá trình làm việc, răng của bánh răng

có thể bị hỏng ở mặt răng như tróc rỗ, mòn, dính hoặc hỏng ở chân răng như gẫy, trong

đó nguy hiểm nhất là tróc rỗ mặt răng và gãy răng Đó là các phá hỏng mỏi do tác dụnglâu dài của ứng suất tiếp và ứng suất uốn thay đổi có chu kỳ gây nên Ngoài ra răng cóthể bị biến dạng dư, gẫy giòn lớp bề mặt, hoặc phá hỏng tĩnh ở chân răng do quá tải Vìvậy khi thiết kế cần tiến hành tính truyền động bánh răng về độ bền tiếp xúc của mặtrăng làm việc và độ bền uốn của chân răng, sau đó kiểm nghiệm răng về quá tải

Vậy để thiết kế truyền động bánh răng cần tiến hành theo các bước sau đây :

- Chọn vật liệu

- Xác định ứng suất cho phép

- Tính sơ bộ kích thước của một bộ truyền, trên cơ sở đó xác định các yếu tố ảnh hưởngđến khả năng làm việc của bộ truyền rồi tiến hành kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc,

độ bền uốn và về quá tải

- Lập bảng thể hiện thông số kích thước hình học của bộ truyền sau khi thiết kế

Vật liệu làm bánh răng có hai nhóm :

- Nhóm I có độ rắn HB  350, bánh răng được thường hóa tôi cải thiện Nhờ có độ rắnthấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền này có khảnăng chạy mòn

- Nhóm II có độ rắn HB  350, bánh răng được tôi thể tích, tôi bề mặt, thấm cacbon,thấm nitơ… Do đó độ rắn mặt răng cao cho nên phải gia công trước khi nhiệt luyện, bộtruyền này có khả năng chạy mòn kém

Trong đầu thiết kế đã cho tải trọng nhỏ và trung bình, khả năng công nghệ không cao vàcũng không có yêu cầu về kích thước nhỏ gọn do đó vật liệu làm bánh răng nên chọn ưutiên ở nhóm I

Đối với một cặp bánh răng ăn khớp, khi dã chọn vật liệu bánh răng ở nhóm I phải chú ýtới tần số chịu tải cuả răng và khả năng chạy mòn của răng Trong cùng một thời gianlàm việc thì bánh răng nhỏ chịu tải nhiều lần hơn bánh răng lớn vì n1 = u.n2 Để đảm bảosức bền đều của răng và khả năng chạy mòn của bộ truyền nên nhiệt luyện bánh răng lớn

có độ rắn mặt răng thấp hơn bánh răng nhỏ

HB1 = HB2 + ( 10  15 )

Đối với bộ truyền bánh răng có công suất nhỏ và trung bình nên chọn vật liệu là thépcacbon chất lượng tốt Ở đây ta chọn thép 45 Cơ tính vật liệu tra bảng 6.1 trang 92 -

“ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”.



trong đó : ZR - hệ số xét đến độ nhám bề mặt răng

Zv - hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

KxH - hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

YR - hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng

YS - hệ số xét đến ảnh hưởng của hệ số tập trung ứng suất

KxF - hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước của bộ truyền bánh răng (ứngsuất uốn)



trong đó : Hlim0, Flim0, SH, SF là ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn cho phép ứng vớichu kỳ cơ sở, hệ số an toàn tra ở bảng 6.2 trang 94 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫnđộng cơ khí ”.

Theo bảng 6.2 với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180…350 có :

KFC- hệ số kể đến ảnh hưởng của động cơ làm việc một chiều, hai chiều :

KFC = 1 với động cơ một chiều

KFC = 0,7  0,8 với động cơ hai chiều

KHL , KFL - hệ số tuổi thọ về độ bền tiếp xúc và độ bền uốn và được xác định theo các côngthức sau :

m H

HE

HO HL

trong đó : mH, mF - bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn

mH = 6, mF= 6 khi độ rắn mặt răng HB  350 hoặc bánh răng có mài mặt lượn chân răng

mF = 9 khi độ rắn mặt răng HB > 350 và không mài mặt lượn chân răng

NFO - số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFO = 4.106 đối với tất cả các loại thép

NHE, NFE - số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

Khi bộ truyền chịu tải trọng tĩnh

NHE = NFE = 60cnt

trong đó : c - số lần ăn khớp trong một vòng

n - số vòng quay

t - tổng số thời gian làm việc

Suy ra : NHE1 = NFE1 = 60.1.650,893.8.5.300 = 46,864.107



  1 509,091

1,1

414

F

Ứng suất quá tải cho phép :

-Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :

 

.

).

1 (

ba H

H a

w

u

K T u

K a

trong đó : Ka hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng tra ở bảng 6.5 trang 96

-“ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

T1 - mômen xoắn trên trục bánh chủ động, Nmm

[H] - ứng suất tiếp xúc cho phép

u - tỉ số truyền

w

w ba

a

b



 - là hệ số, bw – là chiều rộng vành răng tra ở bảng 6.6 trang 97

-“ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

KH - hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răngkhi tính về tiếp xúc tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơkhí ”.

bd 0,53.ba.u1 0,53.0,3.(6,071) 1,124 do đó theo 6.7 KH

= 1,181

3,0.07,6.8,481

181,1.131000)

107,6.(

5,

)(z1 z2m

5,3

250.2)

1.(

.2

a

Lấy z1= 20

Số răng bánh lớn :

)( 1 2

250).(

5,

Theo bảng 6.10a trang 101 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” tra được

kx = 0,315

1000

141 315 , 0 1000

.5,

z

y z z x x

 x2 = xt – x1 = 0,973 – 0, 154 = 0,819

250.2

20cos.5,3.141

2

cos cos

3.1.3 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thỏa mãn điều kiện sau :

2 1

1

.

1 2

w w

H H

M H

d u b

u K T Z Z

ZH - hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

955 , 21 2 sin

0 cos 2 2

sin

cos 2

Z





trong đó b - góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

Trị số của ZH cũng có thể tra trong bảng 6.12 trang 106 - “ Tính toán thiết kế hệthống dẫn động cơ khí ”

Z - hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, xác định như sau :

4(

12,388,1cos.112,388,1

2 1

3

694,14

250 2 1

2

Với v = 2,371 m/s theo bảng 6.13 trang 106 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơkhí ” dùng cấp chính xác 8

KH - hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

KH = KH.KH.KHv = 1,181.1.1,115 = 1,317

trong đ ó : KHβ - là hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng vànhrăng, tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

KH - là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồngthời ăn khớp, trị số của KH đối với bánh răng nghiêng tra ở bảng 6.14 trang 107 - “ Tínhtoán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”, với bánh răng thẳng KH = 1.

KHv - hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn kớp, trị số KHv tínhtheo công thức sau:

1.181,1.131000

2

922,70.250.3,0.676,61

2

1

w w H

d b K

050 , 6

250 371 , 2 73 006 , 0

a v g

1050,6.317,1.131000

2.877,0.698,1

] [

H

H H







2,9 < 4 thoả mãn độ bền tiếp xúc3.1.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Ứng suất sinh ra tại chân răng phải thoả mãn điều kiện sau :

2

1 1

1 1

w w

F F

F

m d b

Y Y Y K T

F

F F F

Y = 1/ - hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, với  là hệ số trùng khớpngang

Y - hệ số kể đến độ nghiêng của răng, với răng thẳng Y = 1

YF1, YF2 - hệ số dạng răng của bánh 1 và 2, phụ thuộc vào số răng tương đương

và hệ số dịch chỉnh, tra trong bảng 6.18 trang 109 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫnđộng cơ khí ”

KF - hệ số tải trọng khi tính về uốn :

KF = KF.KF.KFv = 1,376.1.1,263 = 1,738

với KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính

về uốn, tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ănkhớp khi tính về uốn, trị số của KF đối với bánh răng nghiêng tra ở bảng 6.14 trang 107 -

“ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”, với bánh răng thẳng KF = 1

KFv - hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn kớp khi tính về uốn, trị số

KFv tính theo công thức sau:

1.376,1.131000

2

922,70.250.3,0.802,171

2

1

w w F

d b K

050 , 6

250

371 , 2 73 016 , 0

F

u

a v g

Thay các giá trị vừa tính được vào (2-8) ta được :

5,3.922,70.250.3,0

89,3.1.590,0.738,1.131000

, 3

47 , 3 136 , 56

1

2 1

F

F F

Y



Từ (3-2) ta có

0 lim

vậy thoả mãn về độ bền uốn

3.1.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Bánh răng khi làm việc có thể bị quá tải, thí dụ lúc mở máy, hãm máy với hệ số quá tải

F2max F2.K qt 50,075.1,365,098MPa[F]2max 360MPa

Bảng các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ

BẢNG 2 : CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ CẤP

NHANH

2 2

.

).

1 (

ba H

H a

w

u

K T u

K a

trong đó : Ka hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng tra ở bảng 6.5 trang 96

-“ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

T2 - mômen xoắn trên trục bánh chủ động, Nmm

[H] - ứng suất tiếp xúc cho phép

u - tỉ số truyền

w

w ba

a

b



 - là hệ số, bw – là chiều rộng vành răng tra ở bảng 6.6 trang 97

-“ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

KH - hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răngkhi tính về tiếp xúc tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơkhí ”.

bd 0,53.ba.u10,53.0,4.(3,291)0,909do đó theo 6.7 KH = 1,061

4,0.29,3.8,481

061,1.763000)

129,3.(

5,

)(z1 z2m

5,3

294.2)

1.(

a

Lấy z1= 39

.2

)( 1 2

tw

z m z z m a

Chọn aw = 295mm

Để đảm bảo khoảng cách trục aw = 295mm ta nên cắt răng có dịch chỉnh và ta tiến hànhnhư sau :

Hệ số dịch tâm : 0,5.(39 128) 0,786

5,3

295).(

5,

Theo bảng 6.10a trang 101 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” tra được

kx = 0,171

1000

167 171 , 0 1000

.5,

z

y z z x x

 x2 = xt – x1 = 0,815 – 0,198 = 0,617

295.2

20cos.5,3.167

2

cos cos

3.1.3 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thỏa mãn điều kiện sau :

2 1

1

.

1 2

w w

H H

M H

d u b

u K T Z Z

0 cos 2 2

sin

cos 2

Z





trong đó b - góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

Trị số của ZH cũng có thể tra trong bảng 6.12 trang 106 - “ Tính toán thiết kế hệthống dẫn động cơ khí ”

Z - hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, xác định như sau :

12,388,1cos.112,388,1

2 1

Vậy 0,862

3

773,14

295 2 1

2

Với v = 0,759 m/s theo bảng 6.13 trang 106 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơkhí ” dùng cấp chính xác 9

KH - hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

KHv - hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn kớp, trị số KHv tínhtheo công thức sau:

032,11.061,1.763000

2

786,137.295.4,0.152,31

2

1

w w H

d b

trong đó : 3 , 152

282 , 3

295 759 , 0 73 006 , 0

H

u

a v g

1282,3.095,1.763000

2.862,0.715,1

] [







không thoả mãn điều kiện bền

tiếp xúc, vậy ta phải chọn lại ba 0,35

bd 0,53.ba.u1 0,53.0,35.(3,291)0,796do đó theo 6.7 KH = 1,05

35,0.29,3.8,481

05,1.763000)

129,3.(

5,

5,3

306.2)

1.(

a

Lấy z1= 40

Số răng bánh lớn :

z2 = u.z1 = 3,29.40 = 131,600

Lấy z2 = 131

Tổng số răng zt = z1 + z2 = 40 + 131 = 171 do đó tỉ số truyền thực là :

3 , 275

40

1311

.2

)( 1 2

tw

z m z

z m a

300).(

5,

z

y k

Theo bảng 6.10a trang 101 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” tra được

kx = 0,015

1000

171 015 , 0 1000

.5,

z

y z z x x

 x2 = xt – x1 = 0,217 – 0,052 = 0,165

300.2

20cos.5,3.171

2

cos cos

0 cos 2 2

sin

cos 2

12,388,1cos.112,388,1

2 1

3

776,14

300 2 1

2

u a

Vận tốc vòng của bánh nhỏ

60000

257 , 105 351 , 140 14 , 3 60000

2

351,140.300.35,0.24,31

2

1

w w H Hv

K K T

d b

275 , 3

300 773 , 0 73 006 , 0

H

u

a v g

1275,3.081,1.763000

2.861,0.750,1

] [

3.1.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Ứng suất sinh ra tại chân răng phải thoả mãn điều kiện sau :

2

1 1

1 2

w w

F F

F

m d b

Y Y Y K T

F

F F

Y - hệ số kể đến độ nghiêng của răng, với răng thẳng Y = 1

YF1, YF2 - hệ số dạng răng của bánh 1 và 2, phụ thuộc vào số răng tương đương

và hệ số dịch chỉnh, tra trong bảng 6.18 trang 109 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫnđộng cơ khí ”

KF - hệ số tải trọng khi tính về uốn :

KF = KF.KF.KFv = 1,12.1.1,075 = 1,203

với KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính

về uốn, tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ănkhớp khi tính về uốn, trị số của KF đối với bánh răng nghiêng tra ở bảng 6.14 trang 107 -

“ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”, với bánh răng thẳng KF = 1

KFv - hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn kớp khi tính về uốn, trị số

KFv tính theo công thức sau:

1.12,1.763000

2

351,140.300.35,0.641,81

2

1

w w F Fv

K K T

d b K

275 , 3

300 773 , 0 73 016 , 0

F

u

a v g

Thay các giá trị vừa tính được vào (3-8) ta được :

5,3.351,140.105

63,3.1.563,0.203,1.763000

, 3

55 , 3 366 , 84

1

2 1

F

F F F

F2 82,507MPa <  F1  234 , 845MPa

vậy thoả mãn về độ bền uốn

3.1.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Bánh răng khi làm việc có thể bị quá tải, thí dụ lúc mở máy, hãm máy với hệ số quá tải

F2max F2.K qt 82,507.1,3107,259MPa[F]2max 360MPa

Bảng các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ

BẢNG 3 : CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ CẤP

t = arctg(tg/cos) = 200

tw = arccos(acost/aw) = 20,3900

xt = 0,217

 = 1,776

BÀI 2 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI

Truyền động đai được dùng để truyền chuyển động và mômen xoắn giữa các trục xa nhau Đai dược mắc nên hai bánh với lực căng ban đầu Fo, nhờ đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai và nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi

Thiết kế truyền đai gồm các bước :

- Chọn loại đai

- Xác định các kích thước và thông số bộ truyền

- Xác định các thông số của đai theo chỉ tiêu về khả năng kéo của đai và về tuổi thọ.

- Xác định lực căng đai và lực tác dụng lên trục

Theo hình dạng tiết diện đai, phân ra : đai dẹt (tiết diện chữ nhật), đai hình thang (đai hình chêm), đai nhiều chêm (đai hình lược) và đai răng Dưới đây trình bày cách tính toánthiết kế bộ truyền đai phẳng (đai dẹt)

1 Chọn loại đai.

Ở đây ta chọn loại đai vải cao su vì đai vải cao su gồm nhiều lớp vải và cao su có độ bềnmòn cao, đàn hồi tốt, ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm và thường được sử dụng rộng rãi

2 Xác định các thông số của bộ truyền.

2.1 Đường kính của bánh đai nhỏ được xác định theo công thức thực nghiệm sau :

d  5 , 2 6 , 4  3 T  5 , 2 6 , 4  3 60000 ( 203 , 575 250 , 554 ) mm

1

Trong đó T1 = 60000Nmm – mômen xoắn trên trục bánh đai nhỏ

Chọn đường kính d1 theo tiêu chuẩn, d1 = 250mm

60000

1458 250 14 , 3 60000

1 1

263 , 2 282 , 2

u

u u

2.2.Khoảng cách trục được xác định theo công thức sau :

a  (1,5 2).(d1 + d2) = (1,5 2).(250 + 560) = 1215 1620

Lấy as = 1400mm

2.3.Chiều dài đai được xác định

Từ khoảng cách trục as đã chọn

        mm

a

d d d d a

1400 4

250 560 2

560 250 14 , 3 1400 2 4

2 2

2 2

1 2 2



Sau khi tính song, cần cộng thêm từ 100 đến 400mm tuỳ theo cánh nối đai

Số vòng chạy của đai :

088861,

4

067,19

3 Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai.

Lực vòng được xác định theo công thức sau :

217,9.1000

1000 1





trong đó : P1 – công suất trên trục bánh đai nhỏ

40

250 40

5 , 2

1

2



C = 0,962 tra bảng 4.10 trang 57 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

Cv = 0,893 tra bảng 4.11 trang 57 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

Co = 1 tra bảng 4.10 trang 57 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”Chiều rộng bánh đai :

K F b

F

d

25 , 6 933 , 1

1 , 1 173 , 483

Theo bảng 4.1 lấy b = 50mm

Chiều rộng bánh đai : B = 63mm tra bảng 21 – 16 trang 164 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 2 ”

4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.

Với 0 1,8MPa đã chọn khi xác định  F0 ta tính được lực căng ban đầu :

F0 0.b1,8.6,25.50 562,500N

Lực tác dụng lên trục :

Fr F 1118 , 183 N

2 sin

Trục truyền luôn luôn quay, có thể tiếp nhận đồng thời mômen uốn và mômen xoắn Các trục trong hộp giảm tốc, hộp tốc độ là những trục truyền

Chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn các trục là độ bền, ngoài ra là độ cứng và đối với các trục quay nhanh là độ ổn định dao động

Tính toán thiết kế trục bao gồm các bước :

- Chọn vật liệu

- Tính thiết kế trục về độ bền.

- Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

- Trường hợp cần thiết tiến hành kiểm nghiệm trục về độ cứng Đối với trục quay nhanh còn kiểm nghiệm trục về độ ổn định dao động

1 Chọn vật liệu.

Vật liệu làm trục thường chọn thép 45 tôi cải thiện (dùng cho hộp giảm tốc tải trung bình

và không yêu cầu đặc biệt về điều kiện làm việc)

Với tải nặng trục quay nhanh dùng thép hợp kim

Thép 45 tôi cải thiện có S = 100mm, độ rắn HB192 240,b 750MPa,

Tính thiết kế trục tiến hành theo các bước sau :

- Xác định các lực tác dụng lên trục

- Tính sơ bộ đường kính trục

- Định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt tải trọng

- Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

2.1 Xác định các lực tác dụng lên trục

Các lực chủ yếu tác dụng lên trục là mômen xoắn và các lực tác dụng khi ăn khớp trong

bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục vít – bánh vít, lực căng đai, lực căng xích, lực lệch tâm do sự không đồng trục khi lắp hai nửa khớp nối di động Trọng lượng bản thân trục

và trọng lượng các chi tiết lắp trên trục chỉ được tính đến ở các cơ cấu tải nặng, còn các lực ma sát trong các ổ được bỏ qua

a) Lực từ các bộ truyền trong hộp giảm tốc

Như đã biết lực tác dụng khi ăn khớp trong các bộ truyền được chia làm ba phần : lực vòng Ft lực hướng tâm Fr và lực dọc trục Fa

Ở đây ta chỉ xét cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

- Sơ đồ phân tích lực :

Hình vẽ

2 t f

1 t f 1

r f

Fr - lực hướng tâm, có phương hướng kính; có chiều hướng vào tâm trục quay.

- Trị số :

d

T F

F

w t

922 , 70

131000

2 21

1 2

F

w t

351 , 140

763000

2 23

2 4

F r3 F r4 F t3.tgtw 4041,376N

b) Lực tác động từ bộ truyền bên ngoài

Đối với bộ truyền đai, lực tác dụng lên trục Fr do lực căng đai tạo lên có :

- Phương hướng tâm