đồ án thiết kế máy bánh răng côn 1 cấp

Cụ thể là tính toán hình dạng, kích thước và khả năng làm việctrong một điều kiện nhất định, về yêu cầu kỹ thuật, kinh tế và các yêu cầu khác đểthiết kế các bộ truyền bánh răng, bộ truyề

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN I 4

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 4

1.1: Giới thiệu tên hộp giảm tốc bánh răng côn bánh răng trụ hai cấp : 4

1.2: Ưu nhược điểm của bộ truyền xích: 4

1.3: Đặc điểm của hộp giảm tốc: 4

1.4: Vấn đề bôi trơn của hệ thống: 4

1.4.1: Bôi trơn phần ổ lăn: 4

1.4.2: Bôi trơn hộp giảm tốc: 5

1.4.3: Bôi trơn bộ truyền xích: 5

PHẦN 2 5

CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 5

2.1: Chọn động cơ điện 5

2.2: Phân phối tỉ số truyền 6

2.3: Tính toán tốc đọ quay trên các trục 7

2.4: Tính công suất trên các trục 7

PHẦN 3 8

THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 8

3.1: Thiết kế bộ truyền xích 8

3.1.1: Chọn loại xích 8

3.1.2: Chọn số răng đĩa xích dẫn (z1) và tính số răng đĩa bị dẫn (z2) 8

3.1.3: Tính bước xích t 9

3.1.4: Định sơ bộ khoảng cách trục A: 9

3.1.5: Tinh số mắt xích X: 9

3.1.6: Xác định khoảng cách trục A: 10

3.1.7: Tính đường kính đĩa xích 10

3.1.8: Tính lực tác dụng Fr 10

3.2: Thiết kế bộ truyền bánh răng 10

3.2.1: Thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng cấp nhanh 11

3.1.2: Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm. 19

CHƯƠNG 4 26

TÍNH TOÁN TRỤC, THEN, Ổ LĂN VÀ THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC .26

4.1 Tính toán thiết kế trục : 26

4.2 Chọn và tính kiểm tra then: 41

4.3.Tính và chọn ổ lăn: 46

4.4 Tính khớp nối 49

4.4.1.Mômen xoắn qua nối trục 50

4.4.2.Theo trị số mômen tính và đường kính trục chọn kích thước nối trục 50

4.4.3 Chọn vật liệu 50

4.4.4 Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng cao su 51

4.4.5 Kiểm nghiệm sức bền uốn của chốt 51

4.5 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc 51

4.5.1 Vỏ hộp 51

4.5.2 Các chi tiết khác 53

4.5.3 Bôi trơn ổ lăn 55

4.5.4 Che kín ổ lăn 56

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

LỜI NÓI ĐẦU

Nhiều thế kỷ qua sự phát triển kinh tế trên thế giới đòi hỏi con người tìm tòinhững công nghệ mới để ứng dụng vào sản xuất Trong đó, cơ khí là ngành quantrọng góp phần cho sự phát triển kinh tế của các nước trên thế giới cũng như ở ViệtNam Ngành cơ khí chế tạo máy đã giúp chúng ta sản xuất ra nhiều chi tiết, bộ phậnmáy móc có hình dạng kích thước cụ thể để thoả mãn trong chừng mực nhất địnhđáp ứng các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật và các yêu cầu khác Vì vậy, chi tiết máy làmôn học quan trọng của ngành cơ khí chế tạo, nên nghiên cứu làm đồ án môn học

này là vấn đề quan trọng và cần thiết đối với mỗi sinh viên.

Đồ án thiết kế máy nhằm giúp cho sinh viên biết vận dụng những kiến thức đã

học, làm quen với cách sử dụng tài liệu để tra bảng và nguyên tắc chọn các thông

số chủ yếu, đồng thời có khả năng kết hợp so sánh những kiến thức trên lý thuyếtvới thực tế sản xuất Cụ thể là tính toán hình dạng, kích thước và khả năng làm việctrong một điều kiện nhất định, về yêu cầu kỹ thuật, kinh tế và các yêu cầu khác đểthiết kế các bộ truyền bánh răng, bộ truyền xích, bộ truyền đai, thiết kế trục, then vàcác bộ phận liên quan của môn học

Vì đây là lần đầu tiên học xong phần lý thuyết và được giao nhiệm vụ làm đồ

án chi tiết máy, khi bắt tay vào công việc mới này em đã cố gắng tính toán các vấn

đề một cách cẩn thận, tìm tòi tham khảo tài liệu và được sự hướng dẫn tận tình củathầy Nguyễn Quốc Bảo Tuy nhiên, với kiến thức có hạn và lần đầu tiên thiết kếnên chắc chắn không thể tránh được những sai xót Rất mong được sự quan tâm chỉbảo của quý thầy để em hoàn thành đồ án được tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Quảng ngãi 28 tháng 02 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tăng Huệ

PHẦN I GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 1:GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG.

1.1: Giới thiệu tên hộp giảm tốc bánh răng côn bánh răng trụ hai cấp :

Đúng như tên gọi của nó hộp giảm tốc dùng để giảm chỉ số vòng quay của các trục đâu ra Vì vận tốc quay của động cơ quá lớn trong khi đó chúng ta chỉ cần số vòng quay nhỏ ở đây vận tốc của băng tải ta chỉ cần 0.72 m/s

1.2: Ưu nhược điểm của bộ truyền xích:

* Ưu điểm:

+ Có thể truyền động giữa các trục xa nhau < 8m

+ Có khả năng chịu tải cao hơn bộ truyền đai

+ Hiệu suất truyền động xích cao hơn hiệu suất truyền động đai

+ Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn so với bộ truyền đai vì lực căng ban đầu không lớn

+ Có thể truyền chuyển động và công suất cùng một lúc đến nhiều trục

+ Tỷ số truyền ổn định vì không xảy ra trược

+ Kích thước nhỏ hơn so với bộ truyền đai

* Nhược điểm:

+ Gía thành tương đối cao vì có kết cấu phức tạp

+ Có nhiều tiếng ồn khi làm việc vì có va đập

+ Vận tốc tức thời của đĩa xích và đĩa bị dẫn thay đổi theo thơi gian không ổn định.+ Yêu cầu cần phải bảo dưỡng, bôi trơn thường xuyên và phức tạp hơn so vơi bộ truyền đai

+ Chóng hỏng khi làm việc trong môi trường nhiều bụi bẩn và không được bôi trơnthường xuyên

1.3: Đặc điểm của hộp giảm tốc:

- Đây là hộp giảm tốc hai cấp gồm có cặp bánh răng côn và cặp bánh răng trụ

- Truyền động bánh răng côn dùng để truyền chuyển động giữa các trục giao nhau góc giữa hai trục thường là 900

- Bánh răng trụ răng thẳng dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song nhau ở đây là truyền từ trục 2 sang trục 3 Từ đó truyền chuyển động đến bộ truyền xích và kéo trục tang

1.4: Vấn đề bôi trơn của hệ thống:

1.4.1: Bôi trơn phần ổ lăn:

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

Khi chọn cách bôi trơn cần chú ý đến điều kiện sau:

- Vận tốc vòng ổ quay

- Tải trọng tác động

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

- Chất bôi trơn thường dùng là dầu hoặc mỡ

1.4.2: Bôi trơn hộp giảm tốc:

- Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoát nhiệt tốt và đề phòng các thiết bị không bị gỉ chúng ta cần phải bôi trơn liên tục các

bộ truyền trong hộp giảm tốc Việc chọn hợp lý dầu, độ nhớt và phương pháp bôi trơn sẽ làm tăng tuổi thọ của các bộ truyền, nâng cao tuổi thọ của hộp giảm tốc

- Các phuong 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

1.4.3: 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 theo chu kỳ, khi vận tốc v ≤ 6m/s sử dụng phuong pháp bôi trơn nhỏ giọt, khi v≥ 6m/s tốt nhất là bôi trơn liên tục bằng cách ngâm một đĩa trong dầu

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

Các số liệu cho trước

+ Lực tác dụng : p = 12200 N+ Vận tốc băng tải: V = 0,72 m/s+ Đường kính tang: D = 480 mm+ Thơi gian: t= 5 năm

+ Hiệu suất bánh răng nón:  n 0,97

+ Hiệu suất bánh răng trụ:  t 0,97

+ Hiệu suất của bộ truyền xích: x  0,97

+ Hiệu suất của ổ lăn (ba cặp):  ol 0,99

+ Hiệu suất của khớp nối:  kn 1

- Tính công suất trên băng tải:

Trong đó: Nct là công suất cần thiết trên trục động cơ.

Nyc là công suất yêu cầu

sơ bộ động cơ điện che kín quạt gió A02-52-4 có

+ Công suất động cơ: 10 kw

+ Số vòng quay động cơ: ndc = 1460 vòng/phút

+ Hiệu suất động cơ:  dc 0,89

+ Khối lượng động cơ: mdc = 107 kg

+ Có giá thành không đắt lắm, kích thước nhỏ gọn, Dễ sử dụng và có tỉ số truyền có thể phù hợp với hệ thống dẫn động

2.2: Phân phối tỉ số truyền

- Tính số vòng quay trục tang:

ntg 60.1000 60.1000.0,72

28,66 3.14.480

v D

- Phân phối tỉ số truyền:

ich = ih.ix = ibn.ibc.ix

Trong đó: ich tỉ số truyền chung của toàn hệ thống

ih tỉ số truyền của hộp giảm tốc

ibn tỉ số truyền của bánh nhanh (bánh nón)

ibc tỉ số truyền của bánh răng chậm (bánh trụ)

ix tỉ số truyền của bộ truyền xích

- Tỉ số truyền là đặc trưng, Là tiêu chí kĩ thuật có ảnh hưởng đến kích thước, Chất lượng của bộ truyền cơ khí Việc phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc được dựa theo nguyên tắc:

+ Kích thước và trọng lượng của hộp giảm tốc là nhỏ nhất.

+ Điều kiện bôi trơn là tốt nhất

+ Trong hộp giảm tốc có cặp bánh răng côn răng thẳng và cặp bánh răng trụ răng thẳng để hai cặp bánh răng này được ngâm dầu như nhau thì đường kính phải gần bằng nhau

Khi đó: ibc = 1 4

0, 25 0, 25

h h

dc I II

I II III

2.4: Tính công suất trên các trục.

- Công suất danh nghĩa của trục động cơ:

dc

N M

I

N M

II

N M

III

N M

n

Bảng hệ thống các số liệu tính được:

3.1: Thiết kế bộ truyền xích.

3.1.1: Chọn loại xích.

- Xích có 3 loại: xích ống, Xích con lăn và xích răng

+ Xích ống đơn giản, Giá thành hạ và khối lượng giảm vì không dùng con lăn, Nhưng cũng vì thế mà bản lề mòn nhanh, Vì vậy chỉ dùng trong các bộ truyền không quan trọng và có tải trọng nhỏ

+ Xích con lăn giống như xích ống chỉ khác phía ngoày ống lắp thêm con lăng, Nhờ đó có thể thay thế ma sát trượt giữa ống và răng đĩa Kết quả độ bền mòn của xích con lăn cao hơn xích ống, Chế tạo nó không phức tạp bằng xích răng, Do đó xích con lăn đươc sử dụng khá rông rãi Nó dùng thích hợp khi vậntốc làm việc dưới 10 đến 15 m/s Ưu tiên sử dụng xích một dãy nếu tải trọng quá lớn thì có thể dùng xích 2,3,4 dãy

+ Xích răng ưu điểm khả năng tải khá lớn, Làm việc êm, Nhưng chế tạo phức tạp nên giá thành cao hơn xích con lăn do vậy chỉ nên sử dụng xích răng trên 10 đến 15 m/s

- Chính vì vậy đối với bộ truyền động này thì ta chỉ chọn bộ truyền xích con lăn

1 dãy ( xích ống - con lăn) là phù hợp nhất

3.1.2: Chọn số răng đĩa xích dẫn (z 1 ) và tính số răng đĩa bị dẫn (z 2 ).

Ta có: Z1 = 29 - 2.ix = 29 - 2.4,5 = 20 > 17 = Z1min Thỏa mãn điều kiện

với n01 = 200 vg/ph chọn được xích ống con lăn 1 dãy có :

t = 44,45mm, diện tích bản lề F= 394,3 mm2, có công suất cho phép là

[N] = 45,5 kW Với loại xích này theo 6 1[1]

3.1.4: Định sơ bộ khoảng cách trục A:

A = ( 3050)t ta chọn A = 40t =40.44,45 = 1778 mm

sin sin

21

t d

sin sin

95

t d

21.128,98.44, 45

3.2: Thiết kế bộ truyền bánh răng.

- Truyền động bánh răng dùng để truyền động giữa các trục, Thông thường có kèm theo sự thay đổi về trị số và chiều của vận tốc hoặc momen

- Tùy theo vị trí tương đối giữa các trục, Phân ra truyền động bánh răng trụ, (răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ v) Vấn đề truyền động giữa các trục song song;truyền động bánh răng côn ( răng thăng, răng nghiêng, răng cung tròn) Để truyền chuyển động giữa các trục giao nhau; Truyền động bánh răng trụ chéo hoặc bánh răng côn chéo đẻ truyền chuyển động giữa các trục chéo nhau

- Trong hộp giảm tốc hai cấp này gồm có bánh răng côn răng thẳng và bánh băng trụ răng thẳng

- Trong quá trình làm việc, răng của bánh răng có thẻ bị hỏng ở các mặt như tróc rỗ, mòn, dính hoặc hỏng ở chân răng như gảy, trong đó nguy hiểm nhất là tróc

rỗ măt răng và gảy răng

3.2.1: Thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng cấp nhanh.

1.Chọn vật liệu chế tạo bánh côn và cách nhiệt luyện:    1

40

8 3

38

1 3

  Nox: ứng suất tiếp xúc cho phép phụ thuộc vào độ cứng Brinen HB của vật liệu

N

mm )

Ta có: ' 6 0

td N

N : Số chu kỳ tương đương

Nếu tải trọng không thay đổi :

Số chu kỳ N td N  60 u.n.T    1

42

3 3

Với n - Số vòng quay trên một phút của bánh răng:

u - Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng: u  1

 b)-Ứng suất uốn cho phép:

+ Khi răng làm việc một mặt răng chịu ứng suất thay đổi mạch động

u

" 1

+ Đối với bánh răng nhỏ

, 0

4 , 206 480 43 , 0 43

, 0

8 , 1 5 , 1

1 4 , 249 5 , 1

' ) 6 , 1 4 , 1

(

]

K n

  = 0,3L: Chiều dài nón

b: Chiều rộng răng

5- Xác định chiều dài nón L:

Bộ truyền bánh răng nón răng thẳng.

   3

2

2 6

2

85 0 5

0 1

10 05 1 1

n

K i

i

L

L tx

n 2 - Số vòng quay trên một phút của bánh bị dẫn (vòng /phút)

N - Công suất của bộ truyền (KW)

  tx- ứng suất tiếp xúc cho phép(N/mm 2 )

2 6

2

2 138,76.(1 0,5.0,3).1460

6,01( / ) 60.1000 2.83 1

 Vận tốc này có thể chọn cấp chính xác 6    1

46

11 3

7- Định chính xác hệ số tải trọng k và chiều dài nón L

a) Hệ số tải trọng

K K tt.K d    1

47

19 3

Vậy hệ số tải trọng K =1.1,2=1,2

Khác so với dự đoán ở trên là 1,4

b) Tính lại chiều dài nón:

5 3

Tính chiều dài răng:

9.- Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

Góc mặt nón lăn theo bánh lớn:

i z

z

1

2 2

1 1

1

29 31 cos 0,95

td

Z Z



52

38 3

Số răng tương đương của bánh lớn:

2 2

2

83 252 cos 0,33

td

Z Z

Bánh nhỏ: y1 = 0,447 Bánh lớn: y2 = 0,510Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ:

 u

tb

u

Znb ym

KN



6 1

85 , 0

10 1 , 19

   1

51

35 3

10.- Kiểm nghiệm sức bền răng khi chịu quá tải đột ngột

Ứng suất tiếp xúc cho phép quá tải

Bánh răng thép có độ rắn bề mặt HB 350

  txqt  2,5.  Notx    1

53

43 3

Bánh nhỏ:  uqt1 0,8. ch1 0,8.290 232 N2

Ứng suất bền tiếp xúc.

 tx tx

bn

KN i

i b

85 0

) 1 ( ) 5 0 (

10 05

.

1    1

45

15 3

M - momen xoắn quá tải

M- momen xoắn danh nghĩa

Ta có:txqt  tx. K qt     txqt    1

53

41 3

=227,6 2 321,88 N mm 2   2

1105

2 N mm txqt 

Ứng suất uốn lớn nhất sinh ra do quá tải:

 uqt

qt u

     

 1 53

42 3

11 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

1 2 0.5 s

5 3

Z2

2983

23 3

5 3

1 2

1

Z tg

2 2 1

 



 

1 37

5 3

5 3

Góc chân răng 1 2

1.25m s arctg

5 3

s m arctg L

5 3

Chiều cao răng h 2 , 25 m s 6,75

 



 

1 37

5 3

Chiều cao chân răng h f  1 , 25 m s 3,75

Lực dọc trục: P r1 P a2  204,11N

3.1.2: Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm.

1 Chọn vật liệu chế tạo bánh trụ và cách nhiệt luyện:

    1

38

1 3

  Nox: ứng suất tiếp xúc cho phép phụ thuộc vào độ cứng Brinen HB của vật liệu

  Nox =2,6HB;  0=10 7 ( 2

N

mm ) Bánh răng nhỏ:  Notx1= 2,6.200 = 520 ( 2

N

mm )Bánh răng lớn:  Notx2=2,6.170 = 442 ( 2

N

mm )

Ta có: ' 6 0

td N

N : Số chu kỳ tương đương

Nếu tải trọng không thay đổi :

Số chu kỳ N td N  60 u.n.T    1

42

3 3

Với; n - Số vòng quay trên một phút của bánh răng:

u - Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng: u  1

 b)-Ứng suất uốn cho phép:

+ Khi răng làm việc một mặt răng chịu ứng suất thay đổi mạch động

u

" 1

, 0

Giới hạn mỏi của thép 35:

4 , 206 480 43 , 0 43

, 0

8 , 1 5 , 1

1 4 , 249 5 , 1

' ) 6 , 1 4 , 1

(

]

K n

8 , 1 5 , 1

1 4 , 206

5 , 1

"

)

6 , 1 4

, 1 ( ]

K n

3

1.05 10 1

A tx

19 3

9.kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

Ta có: bánh răng trụ răng thăng thì Ztd = Z, Z là số răng thực.

Ztd1 = 23

Ztd2 = 92

Hệ số dạng răng :   0 theo bảng    1

52 18 3

35 3

40 3

10.kiểm nghiệm sức bền răng khi chịu quá tải đột ngột.

Ứng suất tiếp xúc cho phép quá tải

43 3

txqt 

Ứng suất uốn cho phép khi quá tải

Bánh răng thép có độ rắn bề mặt HB 350

  uqt  0 , 8 ch   

 1 53

2

1 1,05.10

2

4 1 1, 4.8,87

1, 05.10

427,85 1105 / 224,57.4 89,83.128,98

M momen xoắn quá tải.

M momen xoắn danh nghĩa.

Ta có:txqt  tx. K qt     txqt    1

53

41 3

42 3

11.Các thông số hình học của bánh răng:

23 3

 

3 2 1 36



Độ hở hướng tâm c0, 25m n

1

 

3 2 1 36

n c

m Z d





2 2 cos

n c

m Z d





92 368

 

3 2 1 36

3

1 2

2 2 2.9,55.10 9,14

3678,12 92.515,9

4

2 3

2 2 2.9,55.10 8,87

3569,33 368.128,98

4.1 Tính toán thiết kế trục :

1 Chọn vật liệu :

Với hộp giảm tốc chịu tải trọng va đập vừa Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 cóError: Reference source not found600MPa,tôi cải thiện Ứng suất xoắncho phépError: Reference source not found   12 20MPa

Với:Error: Reference source not found2 = 35 mm

Với:Error: Reference source not found3 = 50 mm

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

khe hở giữa trục và bánh răng l7 =20mm, bề rộng bánh răng cấp chậm

b=39,56 Khe hở giữa bánh răng và thành trong của hộp D = 12 mm

2

b B a l

l    

Trong đó:

l2: Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp, l2=10 mm

a: Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp, a=10 mm

= 39,562 cos 70032’ +10 + 89,83

2 = 61,5 mm Kích thước: c =

1684,14 68 49

2897,71 68

Tính momen uốn tại tiết diện nguy hiểm:

Tại tiết diện n-n:

My = 1

1 2

tb a

tb a

0,1.

t

M d





Tại tiết diện n-n: