Đồ án Chi Tiết Máy: Thiết kế hộp giảm tốc 1 cấp bánh trụ răng thẳng

Chương 1: Chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền và mômen xoắn trên các trục động cơ 1.1, Chọn động cơ 1.1.1, Xác định công xuất động cơ Trong đó: Pct là công suất cần thiết trên trục động cơ (kw) Pt: công suất tính toán trên trục máy công tác (kw) Với :Lực kéo băng tải F=11000 N Vận tốc băng tải V=0,35 ms  Pt = 11000.0,35. = 3,85 kw Hiệu suất truyền động: η¬ =η¬đ..ηb¬r. . ηk .ηot Theo bảng 2.3_TTTKHTDĐCK ta có: Hiệu suất bộ truyền đai ηđ = 0,96 Hiệu suất 1 cặp bánh răng ηbr =0,97 ¬Hiệu suất 1 cặp ổ lăn ηol =0,99 Hiệu suất khớp nối ηk =0,99 Hiệu suất 1 cặp ổ trượt ηot =0,995  η = 0,96.0,97.0,99 .0,99.0,995 = 0,9  β = =  β = =0,74  = 5,78 kw

Lớp :CTM2_K12

Môn Học: Đồ án Chi Tiết Máy

Đề tài : Thiết kế hộp giảm tốc 1 cấp bánh trụ răng thẳng

Chương 1: Chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền và mômen xoắn trên các trục động cơ

1.1, Chọn động cơ

1.1.1, Xác định công xuất động cơ

Trong đó:

- P ct là công suất cần thiết trên trục động cơ (kw)

- P t: công suất tính toán trên trục máy công tác (kw)

Với :Lực kéo băng tải F=11000 N

Hiệu suất bộ truyền đai η đ = 0,96

Hiệu suất 1 cặp bánh răng η br = 0,97

Hiệu suất 1 cặp ổ lăn η ol = 0,99

Hiệu suất khớp nối η k = 0,99

Hiệu suất 1 cặp ổ trượt η ot =0,995

U t = U h U n

Trong đó:

- U h: Tỷ số truyền của hộp giảm tốc

- Un: Tỷ số truyền của bộ truyền ngoài

- Theo kết quả tính toán ở trên :

 Công suất cần thiết P ct = 5,78 kw

 Số vòng quay đồng bộ tạm chọn của động cơ:n sb = 978(vg/ph)

 Tải trọng phải thỏa mãn:

Theo phần phụ lục P1.3_TTTKHTDĐCK ta chọn đông cơ:

Tên động cơ Công suất

- Tỷ số truyền của hệ thống dẫn động :

U t = U h. U đ = = = 25,32

- Phân phối tỷ số truyền:

Tỷ số truyền của hộp giảm tốc U h = U br = 4

 Tỷ số truyền của bộ truyền ngoài U n = U đ = 6.33

1.3.Xác định công suất,số vòng quay và mômen xoắn trên các trục của hệ thống dẫn động:

Căn cứ công suất động cơ P = 7,5kw, tỷ số truyền U đ = 4,87 và điều kiện làm việc va đập nhẹ ta chọn

Loại đai là đại vải cao su

2.2,Xác định các thông số bộ truyền

2.2.1,Đường kính bánh đai nhỏ

Theo công thức thực nghiệm ta có : d 1 = (5.2 6.4)

trong đó : mômen xoắn trên trục động cơ Tđc = 43671,35 N.mm

 Nghiệm đai về tuổi thọ :

Với chiều dài của đai L = 5,7m

vận tốc đai v =

 Nghiệm góc ôm α 1:

> .Thỏa mãn điều kiện góc ôm

2.3,Xác định tiết diện đai

 Diện tích tiết diện đai dẹt được xác định từ chỉ tiêu về khả năng kéocủa đai :

Trong đó : là chiều dày của đai.Với đai vải cao su

Theo bảng tra 4.1_TTTKHTDĐCK ta chọn = 5 Lưc vòng Ft = Với vận tốc đai V =

 Ft =

 Theo bảng 4.7_TTTKHTDĐCK ta có :Hệ số tải trọng động kđ = 1,1

 Ứng suất có ích cho phép xác định theo công thức:

Trong đó:

 Ứng suất có ích cho phép xác định bằng thực nghiệm

 Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài là Ứng suất căng ban đầu

Theo bảng 4.9_TTTKHTDĐCK ta chọn : k1 = 2,5; k2 = 10

Theo bảng 4.10_TTTKHTDĐCK Bằng phương pháp nội suy ta có:

 Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm :Theo bảng 4.11_TTTKHTDĐCK Bằng phương pháp nội suy ta có:

 Hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc góc :Theo bảng 4.12_TTTKHTDĐCK với Góc nghiêng đường nối tâm

Theo tiêu chuẩn bảng 21_tập bảng tra chi tiết máy : b =71 (mm)

2.4,Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

 Lực căng ban đầu :

Chọn độ cứng HB = 230

Giới hạn bền (MPa)

Giới hạn chảy (MPa)

3.2,Định ứng suất cho phép

 Ứng suất tiếp xúc cho phép :

+ Tính ứng suất tiếp xúc cho phép với chu kỳ cơ sở :

Theo bảng 6.2_TTTKHTDĐCK ta có:S H =1,1

(MPa)(MPa)

+ Hệ số tuổi thọ xét đến thời hạn phục vụ và chế độ tải trọng của bộ

truyền:

K HL = .Với bậc của đưởng cong mỏi khi thử về tiếp xúc = 6

o Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

o Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

Với lần lượt là số lần ăn khớp trông 1 vòng quay, số vòng quay, mômen xoắn, tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

Nên suy ra K HL = 1Như vậy sơ bộ xác định được :

thỏa mãn

 Ứng suất uốn cho phép:

Theo bảng 6.2_TTTKHTDĐCK ta có:;S F = 1,75

+ Tính ứng suất uốn cho phép với chu kỳ cơ sở :

+ Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải:K FC = 1(vì tải đặt một phía)

+ Hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền:

K FL = .Với bậc của đưởng cong mỏi khi thử về uốn = 6

o Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

o Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương:

Với lần lượt là số lần ăn khớp trông 1 vòng quay, số vòng quay, mômen xoắn, tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

Vì do đó K FL2 = 1.Tương tự thì K FL1 = 1

Như vậy sơ bộ xác định được :

 Ứng suất quá tải chọ phép:

3.3, Xác định thông số cơ bản của bộ truyền

3.3.1Xác định sơ bộ khoảng cách trục:

Trong đó :

 Hệ số phụ thuộc vào vật liệu cặp bánh răng và loại răng:Theo bảng 6.5_TTTKHTDĐCK:

 Mômen xoắn trên trục bánh chủ động :T 1 = 199283,16N.mm

 Ứng suất tiếp xúc cho phép :

 Hệ số xác định theo công thức : Theo bảng 6.6_ TTTKHTDĐCK: chọn

 Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng

vành răng khi tính về tiếp xúc:K Hβ

Theo bảng 6.7_ TTTKHTDĐCK bằng phương pháp nội suy :

+ Xác định số răng bánh lớn: z2 = u.z1 = 21.4 = 84

+ Tổng số răng

+ Tính lại khoảng cách trục

Do đó tỷ số truyền thực tế U tt = U h = 4

2, Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

+ Ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng làm việc:

 Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng :

+ Hệ số kể đến sự trùng khớp dọc của răng :

Với chiều rộng vành răng

+ Hệ số kể đến sự trùng khớp ngang của răng:

 Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ:

Vận tốc vòng Theo bảng 6.13_ TTTKHTDĐCK dùng cấp chính xác 9.

 Hệ số tải trọng kinh tính về tiếp xúc: Với

 Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều

rộng vành răng khi tính về tiếp xúc:K Hβ

+ Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:

 với v = 0,65m/s<5 m/s, suy ra hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng

 Hệ số xét đến độ nhám của bề mặt răng làm việc

với cấp chính xác động học là 9.Chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8 ,khi đó cần gia công đạt độ nhắm

 Với



Do Như vây Bánh răng thỏa mãn điều kiện tiếp xúc

 Tính lại chiều rộng vành răng :

3, Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

+ Ứng suất uốn sinh ra tại chân răng ăn khớp

 Hệ số tải trọng kinh tính về uốn: Với

 Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều

rộng vành răng khi tính về uốn:K Fβ

Theo bảng 6.7_ TTTKHTDĐCK do bằng phương pháp nội

 Hệ số kể đến độ nghiêng của răng, với răng thẳng β = 0

 Hệ số kể đến tải trọng động suất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn:

+ Xác định chính xác ứng suất uốn cho phép:

 Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất:

4, Kiểm nghiệm răng về quá tải:

+ Đồng thời ứng suất tiếp xúc cực đại và ứng suất uốn cực đại phải không vượt quá 1 giá trị cho phép:

Trong đó:

 Ứng suất tiếp xúc cực đại :

 Ứng suất tiếp uốn cực đại :

 Ứng suất tiếp xúc cực đại cho phép :

 Ứng suất tiếp xúc cực đại cho phep :

 Hệ số quá tải



5, Các thông số hình học cơ bản cho bộ truyền:

+ Đường kính vòng chia :

+ Đường kính đỉnh răng :

+ Đường kính đáy răng :

+ Đường kính lăn :

Bảng tổng kết các thông số và kích thước bộ truyền bánh răng:

 lần lượt là mụmen xoắn trờn trục 1 (Nmm), đường kớnh vũng lăn bỏnh 1 (mm),gúc ăn khớp ,gúc

nghiờng của răng

o T 2 : Mụmen xoắn trờn trục 2 N.mm

o D t : Đường kớnh vũng trũn qua tõm cỏc chốt mm

2 Tính sơ bộ đờng kính trục

Theo công thức 10.9:

Víi T: M«men xo¾n

: øng suÊt xo¾n cho phÐp = 15÷30 MPa

a Trôc 1

(mm)Chän d1 = 40 (mm)

b Trôc 2

(mm)Chän d2 = 60 (mm)

Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp

hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quayKhoảng cách từ mặt mút của ổ đến thành trong của hộp

Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

Chiều cao lắp ổ và đầu bulông

 Khoảng cách giũa các điểm đặt lực:

4 Lực tác dụng lên trục từ các gối đỡ - Biểu đồ mômen

* Biểu đồ momen trục 1

= 56 Mpa

Chọn đờng kính tại tiết diện nguy hiểm d1 = 35(mm)

- Momen tơng đơng và đờng kính trục tại bánh đai

- Đờng kính tại vị trí lắp bánh đai:

Chọn đờng kính dk theo tiờu chuẩn = 28 (mm)

- Momen tơng đơng và đờng kính trục tại vị trí lắp ổ lăn

My = 50103 (Nmm) ; Mx= 59713,2 (Nmm); T =199283,16 (Nmm)

=>

- Đờng kính tại vị trí lắp ổ lăn:

Chọn đờng kính d10= d11 = 30 (mm)

* Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Trục làm bằng thép 45 có giới hạn bền kéo b= 600Mpa.giới hạn bền uốn -1=0,436.b = 0,436 600 = 261,6(MPa)

giới hạn mỏi xoắn -1=0,58.-1 = 0,58 261,6 = 151,73(MPa)

Kết cấu trục đợc tiết kế đảm bảo độ bền mỏi nếu hệ số

an toàn tại tiết diện nguy hiểm thoả mãn điều kiện (10.19):

-  , : Hệ số kể đến ảnh hởng của trị số ứng suất trungbình đến độ bền mỏi Theo bảng 10.7(TR.197,TTTKHTDĐCK-T1) với b=600MPa

=> = 0,05, =0

- Kdi , Kdi : Là các hệ số đợc xác định theo các công thức(10.25) & (10.26).

+  ,  – Hệ số kích thớc kể đến ảnh hởng của kíchthớc tại tiết diện đến giới hạn mỏi theo bảng 10.10 đối với thépcacbon

=> = 0,88, = 0,81

K , K ; Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn vàxoắn phụ thuộc vào loại yếu tố gây tập trung ứng suất Trị số K/ , K/ tra theo bảng 10.11(TR.198,TTTKHTDĐCK-T1) đối với bề mặt trục lắp có độdôi Chọn kiểu lắp k6 với b= 600Mpa ,

Biên độ và trị số trung bình của ứng suất tiếp

m1 = a1 = max1/2 = T/2Wo= 199283,16/2.7098,94 =14(MPa)

Hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất pháp đợc xác định:

Hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp đợc xác định:

10,29Vậy hệ số an toàn s đợc xác định:

* Biểu đồ momen trục 2

Mômen tổng uốn và mômen tương đương Mtđkj ứng với các tiết diện.

Đường kính trục

+Kiểm nghiệm độ bền của then:

a Tại tiết diện 2-2

-Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then Chọn lt=(0,8…

Kiểm nghiệm độ bền cắt: công thức (9.2):

b Tại tiết diện 23

-Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then Chọn lt=(0,8…

Kiểm nghiệm độ bền cắt: công thức (9.2):

4.6.Kiểm nghiệm trục ( trục II) theo độ bền mỏi.

và  ; với (trục có một rãnh then) Nên:

Trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu trình mạch động ta

có :

với nên

Với các thông số của then, kích thước trục tại các vị trí nguy hiểm Ta có:

Xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm của trục

Dựa vào biểu đồ mômen uốn và mômen xoắn trên trục I ta thấy các tiết diện nguy hiểm là tiết diện lắp bánh răng 2 và tiết diện lắp ổ lăn 1.Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo độ bền mỏi nếu hế số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm đó thỏa mãn điều kiện sau:

Trong đó: [s] – hệ số an toàn cho ,[s] = 1,5 2,5

s , s - hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trường hợp ứng suất pháp hoặc ứng suất tiếp, được tính theo công thức sau:

;

Trong đó : -1, -1: giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng a, avà

m, m là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diên xét

Chọn lắp ghép: Các ổ lăn lắp trên trục theo k6, lắp bánh răng, đĩa xích, nối trục

then

Lắp căng

Rãnhthen

Lắp căng

Để đảm bảo tính đồng bộ của ổ lăn ta chọn ổ bi đỡ một dãy Vì hệ thống các

ổ lăn trong hộp giảm tốc nên ta chọn cấp chính xác bình thường và độ đảohướng tâm 20 micrô mét, giá thành tương đối 1

Q1 = ( X1.V.Fr1 + Y1.Fa1 ) kt kd =(1.1.1315,5+ 0)=

= 1315,5 N

Tải quy ước Q = max(Q0 , Q1 )= 2299,61 N

5.2.4 Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả năng tải động

Ta có:

Với :

m: bậc của đường cong mỏi, m=3 do tiếp xuc điểm ;

L: Tuổi thọ của ổ bi đỡ Với Lh = 15500 giờ

Tuổi thọ của ổ lăn:

L = Lh.n1.60.10-6 = 15500 316,67 60 10-6 = 294,5 (triệu vòng)

Q = 2299,61 N

Cd = 2299,61 = 15299,69 N= 15,3kN < C = 22 kN

Thoả mãn điều kiện tải động

5.2.5.Kiểm nghiệm theo khả năng tải tĩnh

Theo CT11.18[1]/219 :

Tra bảng 11.6[1]/221, với ổ bi đỡ chăn 1 dãy

X0 = 1 ; Y0 =0Theo CT11.19 và CT11.20 ta có:

Như vậy, ổ bi đỡ chặn có kí hiệu là 306 thoả mãn khả năng tải động và tải tĩnh

I.VỎ HỘP

1.1Tính kết cấu của vỏ hộp

Chỉ tiêu của hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ Chọn vật liệu để

đúc hộp giảm tốc là gang xám có kí hiệu là GX15-32

Chọn bề mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục

1.2 Kết cấu nắp hộp

Dùng phương pháp đúc để chế tạo nắp ổ, vật liệu là GX15-32

Các kích thước của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc :

Chiều dày: Thân hộp, 

Nắp hộp, 1

 = 0,03.a + 3 = 0,03.112 + 3 7 mm > 6mm

1 = 0,9  = 0,9 7=6,3 mm, chọn 1 =7 mmGân tăng cứng: Chiều dày, e

Chiều cao, h

Độ dốc

e =(0,8  1) = 5,6  7, chọn e = 7 mm

h < 5. = 35 mm, chọn h= 30 mmKhoảng 2o

d5 =( 0,5  0,6)d2=( 0,5  0,6)10= 5,0-6,0(mm)Chọn d5 = 5mm và chọn vít M5

S4 = ( 0,9  1) S3 =( 0,9  1)14 = 12,6-14(mm)Chọn S4 = 14mm

K3 = K2 – ( 35 ) mm = 36 – 5 = 31mm

Kích thước gối trục:

Đường kính ngoài và tâm lỗ vít,D3,

K1  3.d1  3.14 = 42 mm

q = K1 + 2 = 42 + 2.7 = 56 mm;

Khe hở giữa các chi tiết:

Giữa bánh răng với thành trong

1 = (3…5)  = (3…5).7 = 21…35 mmChọn 1 = 25 [mm]

2.1.Kết cấu các chi tiết chuyển động

Bảng :Thông số kết cấu bánh răng

2.4.Nút thông hơi

Khi làm việc, nhiệt độ trong hộp tăng lên Để giảm áp suất và điều hòa khôngkhí bên trong và ngoài hộp, người ta dùng nút thông hơi Nút thông hơi thường được lắp trên nắp cửa thăm Tra bảng ta có kích thước nút thông hơi

Sau một thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp, bị bẩn (do bụi bặm

và do hạt mài), hoặc bị biết chất, do đó cần phải thay dầu mới Để thay dầu cũ, ở

2.6.Kiểm tra mức dầu

Để kiểm tra mức dầu trong hộp ta dùng que thăm dầu có kết cấu kích thước như hình vẽ

2.7.Chốt định vị.

Mặt ghép giữa nắp và thân nằm trong mặt phẳng chữa đường tâm các trục

Lỗ trụ lắp ở thân hộp & trên nắp được gia công đồng thời, để đảm bảo vị trí tương đối giữa nắp và thân trước và sau khi gia công cũng như khi lắp ghép, ta dùng 2 chốt định vị, nhờ các chốt định vị khi xiết bulong không làm biến dạng ởvòng ngoài của ổ

2.8.Ống lót và lắp ổ

Ống lót được dùng để đỡ ổ lăn, để thuận tiện khi lắp và điều chỉnh bộ phận ổ đồng thời trái cho ổ khỏi bụi băm, chất bẩn ống lót được làm bằng vật liệu GX15-32 ta chọn kích thước của ống lót như sau

Để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc trên nắp và thân thường lắp thêm

bulong vòng Kích thước bulong vòng được chọn theo khối lượng hộp giảm tốc Với a= 105 mm , hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp, tra bảng ta có Q =40(Kg), ta chọn bulông vòng M8

Ren d

Q(Kg)

III.BÔI TRƠN VÀ ĐIỀU CHỈNH ĂN KHỚP

3.1.Bôi trơn trong hộp giảm tốc

Do bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc đều có nên ta chọn phương pháp bôi trơn ngâm dầu Với vận tốc vòng của bánh răng nghiêng v =

1,6 m/s < 12 m/s tra bảng ta được độ nhớt của dầu 186/16 ứng với

100oC

Tra bảng ta chọn được loại dầu là: AK-15 có độ nhớt là 20

Centistic

3.2.Bôi trơn ngoài hộp

Với bộ truyền ngoài hộp khi làm việc sẽ dính bụi bặm do hộp không được che kín nên ta dùng phương pháp bôi trơn định kì bằng mỡ

Bảng thống kê dành cho bôi trơn

Tên dầu hoặc

mỡ

Thiết bị cần bôitrơn

Lượng dầu hoặc

mỡ

Thời giant hay dầuhoặc mỡDầu ôtô máy

Để lắp bánh răng lên trục ta dùng mối ghép then với bánh lớn và chọn kiểu lắp

là H7/k6 vì nó chịu tải vừa và va đập nhẹ.Để điều chỉnh sự ăn khớp của hộp giảm tốc bánh răng trụ này ta chọn chiều rộng bánh răng nhỏ tăng lên 10% so với chiều rộng bánh răng lớn

IV BẢNG THỐNG KÊ CÁC KIỂU LẮP VÀ DUNG SAI

Tại các tiết diện lắp bánh răng không yêu cầu tháo lắp thường xuyên ta chọn

kiểu lắp H7/k6, tiết diện lắp trục với ổ lăn, khớp nối, đĩa xích được chọn trong bảng sau :

Trục Vị trí lắp Kiểu lắp ES m es m Khe hở

độ dôi

EI m ei m