thiết kế hộp giảm tốc côn – trụ hai cấp.

LỜI NĨI ĐẦU Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí nội dung khơng thể thiếu chương trình đào tạo kỹ sư khí Đồ án mơn học Thiết kế sản phẩm với cad mà trước đồ án môn học Chi tiết máy giúp cho sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức môn học như: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kĩ thuật đặc biệt môn học Thiết kế sản phẩm với cad Môn học Chi tiết máy môn khoa học sở nghiên cứu phương pháp tính tốn thiết kế chi tiết máy có cơng dụng chung từ giúp sinh viên có kiến thức cấu tạo, nguyên lý hoạt động phương pháp tính tốn chi tiết máy, làm sở vận dụng vào thiết kế máy, thiết kế đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với cad công việc quan trọng cần thiết Hộp giảm tốc cấu truyền động ăn khớp trực tiếp có tỷ số truyền khơng đổi, dùng để giảm vận tốc góc, tăng mômen xoắn Với chức vậy, ngày hộp giảm tốc sử dụng rộng rộng rãi ngành khí, hóa chất, luyện kim, cơng nghiệp đóng tàu…Trong giới hạn môn học chúng em giao nhiệm vụ thiết kế hộp giảm tốc côn – trụ hai cấp Trong trình làm đồ án, giúp đỡ nhiệt tình thầy mơn, đặc biệt thầy ThS.Nguyễn Hoàng Nghị thầy KS.Lê Văn Nhất, chúng em hoàn thành xong đồ án mơn học Do đồ án khóa học, với trình độ thời gian có hạn nên q trình thiết kế khơng tránh khỏi sai sót xảy nên chúng em mong góp ý thầy môn để chúng em hiểu biết hộp giảm tốc côn – trụ kiến thức thiết kế hộp giảm tốc khác Em xin chân thành cảm ơn ! Nhóm sinh viên thiết kế Nguyễn Văn Hưởng Dương Văn Lâm Đinh Văn Lợi MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 MỤC LỤC Phần I TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ Chọn động điện 1.1 Chọn kiểu, loại động 1.2 Chọn công suất động 1.3 Chọn số vòng quay đồng động 1.4 Chọn động thực tế 1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện tải cho động Phân phối tỉ số truyền 2.1 Tỷ số truyền truyền hộp giảm tốc .8 2.2 Tỷ số truyền truyền hộp giảm tốc Tính tốn thơng số trục 3.1 Tính cơng suất trục 3.2 Tính số vịng quay trục .9 3.3 Tính mômen xoắn trục 3.4 Bảng kết 10 Phần II 10 THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN .10 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN CẤP NHANH .10 1.Chọn vật liệu 10 1.1.Bánh nhỏ .10 1.2 Bánh lớn 11 Xác định ứng suất cho phép 11 Tính truyền bánh răng thẳng : .12 3.1 Xác định chiều dài ngồi theo cơng thức sau : 12 3.2 Xác định thông số ăn khớp .13 3.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc .14 3.4 Kiểm nghiệm độ bền uốn 15 3.5 Kiểm nghiệm tải 17 3.6 Các thơng số kích thước truyền bánh côn 17 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN CẤP CHẬM 18 2.1 Xác định sơ khoảng cách trục: 18 2.2 Xác định thông số ăn khớp: .18 2.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: .18 2.4 Kiểm nghiệm độ bền uốn: 20 2.5 Kiểm nghiệm tải: 21 2.6 Các thông số kích thước truyền: 22 2.7 Kiểm tra điều kiện bôi trơn cho hộp giảm tốc 22 2.8 Kiểm tra điều kiện trạm trục 24 PHẦN III 25 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT NỐI ĐỠ 25 Thiết kế trục .25 1.1 Sơ đồ đặt lực hình vẽ 25 1.2 Tính sơ đường kính trục 25 1.3 Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực .26 Error! Bookmark not defined 1.4 Tải trọng tác dụng lên trục 27 1.5 Tính tốn trục I 28 1.5.1 Tính phản lực 28 1.5.2 Mômen trục 28 1.5.3 Biểu đồ mômen sơ đồ kêt cấu trục 29 1.5.4 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi .30 1.5.5 Tính kiểm nghiệm độ bền tĩnh 32 1.6 Tính tốn trục II 33 1.6.1 Tính phản lực 33 1.6.2.Mômen trục 34 1.6.3 Biểu đồ mômen sơ đồ kêt cấu trục 34 1.6.4 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi: .36 1.6.5 Tính kiểm nghiệm độ bền tĩnh 38 1.7 Tính tốn trục III 38 1.7.1 Tính phản lực 38 1.7.2.Mômen trục 39 1.7.3 Biểu đồ mômen sơ đồ kêt cấu trục: 40 1.7.4 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi .41 1.7.5 Tính kiểm nghiệm độ bền tĩnh 44 Tính chọn ổ lăn 44 2.1 Tính chọn ổ trục đầu vào hộp giảm tốc 44 2.1.1 Tính lực tác dụng lên ổ trục 44 2.1.2 Chọn loại ổ 45 2.1.3 Chọn cấp xác ổ lăn 46 2.1.4 Tính ổ theo khả tải động .46 2.1.5 Kiểm nghiệm theo khả tải tĩnh 47 2.2 Tính chọn ổ trục trung gian hộp giảm tốc 48 2.2.1 Tính lực tác dụng lên ổ 48 2.2.2 Chọn loại ổ lăn 48 2.2.3 Chọn cấp xác ổ lăn .49 2.2.4 Tính kiểm nghiệm khả tải động ổ 49 2.2.5 Tính kiểm nghiệm khả tải tĩnh ổ .50 2.3 Tính chọn ổ trục hộp giảm tốc 50 2.3.1 Tính lực tác dụng lên ổ 50 2.3.2 Chọn loại ổ 52 2.3.3 Chọn cấp xác ổ lăn .52 2.3.4 Tính chọn ổ theo khả tải động 52 2.3.5 Kiểm nghiệm ổ theo khả tải tĩnh 54 Chọn khớp nối 54 3.1 Chọn khớp nối trục vào hộp giảm tốc 55 3.2 Chọn khớp nối trục hộp giảm tốc 55 Tính chọn then 56 4.1 Tính chọn then trục đầu vào hộp giảm tốc 56 4.1.1 Then lắp ghép trục với bánh côn .56 4.1.2 Then lắp ghép trục với khớp nối 57 4.2 Tính chọn then trục trung gian hộp giảm tốc 58 4.2.1 Kiểm tra điều kiện liền trục 58 4.2.2 Chọn then 59 4.2.3 Kiểm nghiệm then .59 4.3.Tính chọn then trục hộp giảm tốc 61 4.3.1 Then lắp ghép trục với bánh trụ nghiêng 61 4.3.2 Then lắp ghép trục với khớp nối 61 PHẦN IV .63 CẤU TẠO VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ LẮP TRONG HỘP 63 Kết cấu vỏ hộp giảm tốc đúc 63 Bảng kích thước gối trục 65 Một số kết cấu khác liên quan đến cấu tạo vỏ hộp 65 3.1 Bulơng vịng .65 3.2 Chốt định vị: .66 3.3 Cửa thăm 66 3.4 Nút thông 67 3.5 Nút tháo dầu .68 3.6 Kiểm tra mức dầu .69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Phần I TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ Chọn động điện 1.1 Chọn kiểu, loại động Với hệ dẫn động băng tải dùng với hộp giảm tốc ta nên sử dụng loại động điện xoay chiều ba pha rơto lồng sóc.vì có ưu điểm sau: Kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dịng điện 1.2 Chọn cơng suất động Công suất động chọn theo điều kiện nhiệt độ nhằm đảm bảo cho nhiệt độ động làm việc không lớn trị số cho phép Để đảm bảo điều kiện cần thoả mãn yêu cầu sau [1]: dc pdm  pdtdc (kW) (1) dc Trong đó: pdm : - Cơng suất định mức động pdtdc : - Công suất đẳng trị trục động Trong trường hợp tải trọng khơng đổi: pdtdc  plvdc (kW) (2) Trong đó: plvdc - Công suất làm việc danh nghĩa trục động plvdv Với:  plvct  (kW) (3) plvct : - Công suất làm việc danh nghĩa trục công tác  : - Hiệu suất chung toàn hệ thống Trong hộp giảm tốc gồm truyền mắc nối tiếp nên: η =η2kn ηol4 ηbrcηbrt (4) Tra bảng 1.1 [1] ta có:  kn = - Trị số hiệu suất khớp nối brt = 0,97 - Trị số hiệu suất truyền bánh trụ  brc = 0,97 - Trị số hiệu suất truyền bánh côn ol = 0,99 - Trị số hiệu suất ổ lăn Hiệu suất chung tồn hệ thống:   12.0,994.0,95.0,96  0,876 Cơng suất làm việc danh nghĩa trục công tác xác định theo cơng thức sau: Plvct  Trong đó: Ft V 1500.1,   2,55 (kW) 103 103 Ft : - Lực vịng xích tải (N) v : - Vận tốc xích tải (m/s) Thay vào (3) ta có: plvdv  2,55  2,911 (kW) 0,876 (5) Như vậy, động cần chọn phải có cơng suất lớn 2,911 dc (kW) Chọn pdt = (kW) 1.3 Chọn số vòng quay đồng động Số vòng quay đồng động xác định theo công thức: n db = Trong đó: 60.f p ndb : - Số vịng quay đồng động điện f : - Tần số dòng điện xoay chiều (Hz) (f = 50Hz) p : - Số đôi cực từ; p = 1;2;3;4;5;6 Trên thực tế, số vòng quay đồng thấp kích thước khn khổ giá thành động tăng (vì số đơi cực từ lớn) Tuy nhiên dùng động có số vịng cao lại u cầu giảm tốc nhiều hơn, tức tỉ số truyền toàn hệ thống tăng, dẫn tới kích thước giá thành truyền tăng lên Do trạm dẫn động băng tải khơng có u cầu đặc biệt nên ta chọn động có p = tương ứng với số vòng quay đồng 1500 (vòng/phút) (tương ứng số vịng quay có kể đến trượt 3% 1450 vịng/phút) Số vịng quay trục cơng tác là: n ct = Trong đó: 60.103 v 60.103 1,7 = »79,2 (vòng/phút) π.D 3,14.410 nct: Số vòng quay trục cơng tác (vịng/phút) D : đường kính tang dẫn băng tải (mm) V : vận tốc vòng băng tải (m/s) Xác định số vòng quay đồng nên dùng cho động cơ: u sb = n db 1450 = »18,31 n ct 79,2 Theo bảng 1.2 [1] ta có : Với hộp giảm tốc cặp bánh côn – trụ, tỷ số truyền nên dùng là:  31,5 Vậy tỷ số truyền sơ hợp lý, ta chọn : ndb = 1500 (vòng/phút) 1.4 Chọn động thực tế Từ (1), (2), (3) (5), Tra bảng P1.1[1] ta chọn động K112M4 với thông số sau: Kiểu K112M4 Công Vận tốc Cos suất quay φ (kW) (vòng/phút) 1445 0,83 Ik Idn Tk Tdn 5,9 Số Khối Tần Điện áp đôi lượng số lưới (V) cực (kg) (Hz) từ 41 50 220/380 P=4 1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện tải cho động 1.5.1 Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ: Khi khởi động, động cần sinh công suất đủ lớn để thắng sức ỳ hệ thống Vì cần kiểm tra điều kiện mở máy cho động Điều kiện mở máy động thoả mãn công thức sau đảm bảo: dc dc pmm  pdm Trong đó: (6) dc pmm : - Cơng suất mở máy động (kW) dc pmm  Với: (kW) Tk p dc  2.3  Tdn dm (kW) (7) Tk : - Mômen khởi động động Tdn : - Mômen danh nghĩa động dc : - Công suất cản ban đầu trục động (kW) pbd dc pbd  kbd plvdc  1, 4.2,911  4,0754 (kW) Từ (7) (8) ta có điều kiện (6) thỏa mãn 1.5.2 Kiểm tra điều kiện tải cho động cơ: (8) Với sơ đồ tải trọng có tính chất khơng đổi quay chiều, nên không cần kiểm tra điều kiện tải cho động Vậy, Động K112M4 thỏa mãn điều kiện đầu Phân phối tỉ số truyền Tỉ số truyền chung toàn hệ thống (u) xác định theo: U  ndc 1445   18, 25 nct 79, Trong đó: ndc: - Số vịng quay động chọn (vòng/phút) nct: - Số vịng quay trục cơng tác (vịng/phút) Với hệ dẫn động gồm truyền mắc nối tiếp nên ta có: U   U1.U với : u1, u2 tỉ số truyền truyền hệ thống 2.1 Tỷ số truyền truyền hộp giảm tốc Ký hiệu: U h : - tỷ số truyền hộp giảm tốc; U ng : - tỷ số truyền truyền hộp; Trong sơ đồ khai triển trạm dẫn động cho đề bài, có hai truyền ngồi hộp khớp nối, ta có: U ng  U kn2  12  Ta có: Uh  U U   U   18, 25 U ng 2.2 Tỷ số truyền truyền hộp giảm tốc Với hộp giảm tốc bánh côn – trụ cấp, để nhận chiều cao hộp giảm tốc nhỏ tính tỉ số truyền truyền bánh cấp chậm U theo công thức sau [1]: U  1, 073  ba 2U h Kbe (1  0,5Kbe )  1, 073 0, 4.18, 25  3, 61 0, 25(1  0,5.0, 25) Trong đó: Kbe  (0, 25  0,3) : - hệ số chiều rộng vành bánh côn  ba  (0,3  0, 4) : - hệ số chiều rộng bánh trụ Tỉ số truyền cho truyền bánh côn trụ cấp nhanh: U1  U h 18, 25   5, 06 U2 3, 61 Kết luận: Tỉ số truyền cho hộp giảm tốc : U h  18, 25 Tỉ số truyền cho truyền bánh côn trụ cấp nhanh: U1  5, 06 Tỉ số truyền truyền bánh khớp chậm: U  3, 61 Tính tốn thông số trục Ký hiệu số tính tốn sau: Chỉ số "dc" ký hiệu trục động cơ, số “I”, “II”, “III”, “ct” ký hiệu trục 1, 2, trục cơng tác 3.1 Tính cơng suất trục Với sơ đồ tải trọng không đổi ta có: - Cơng suất danh nghĩa trục động tính theo cơng thức: pdc  p  dc lv plvct   2,55  2,91 (kW) 0,876 - Công suất danh nghĩa trục I, II, III trục công tác (ct) xác định theo công thức sau: p1  pdc dc  I ol  2,91.1.0,99  2,88 (kW) p2  p1.I  II ol  2,88.0,95.0,99  2, 71 (kW) p3  p2 II  III ol  2, 71.0,96.0,99  2,58 (kW) pct  p3  III ct ol  2,58.1.0,99  2,55 (kW) 3.2 Tính số vịng quay trục n1  ndc  1445 (vòng/phút) - Tốc độ quay trục I: - Tốc độ quay trục II: nII  - Tốc độ quay trục III: nIII  - Tốc độ quay trục công tác: ndc 1445   285, (vòng/phút) u I  II 5, 06 nII u II  III  285,57  79,1 (vòng/phút) 3, 61 nct  n III  79,1 (vòng/phút) 3.3 Tính mơmen xoắn trục Mơ men xoắn trục động xác định theo công thức sau: Tdc  9,55.106 p dc 9,55.106.2,91   19232 (Nmm) ndc 1445 Mô men xoắn trục I: TI  9,55.106 p I 9,55.106.2,88   19034 (Nmm) nI 1445 Mô men xoắn trục II: TII  9,55.106 p II 9,55.106.2, 71   90618 (Nmm) nII 285, Mô men xoắn trục III: 9,55.106 p III 9,55.106.2,58   311492 (Nmm) nIII 79,1 TIII  Mô men xoắn trục công tác: Tct  9,55.106 p ct 9,55.106.2,55   307870 nct 79,1 (Nmm) 3.4 Bảng kết Các kết tính số liệu đầu vào cho phần tính tốn sau này, ta có bảng thống kê kết sau: Bảng kết tính Trục Thơng số Cơng suất (kw) Tỷ số truyền Số vịng quay(v/ph) Mơ men (Nmm) Động I II III Công tác 2.91 2.88 2.71 2.58 2.55 1445 19232 5.06 1445 19034 3.61 285.6 90618 79.1 311492 79.1 307870 Phần II THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN CẤP NHANH 1.Chọn vật liệu 1.1.Bánh nhỏ Theo (6.1) [1] khơng có yêu cầu đặc biệt nên ta chọn bánh nhỏ chế tạo thép 45 cải thiện đạt độ rắn: HB 241…285  b1  850MPa  ch1  580MPa ... khớp nối trục vào hộp giảm tốc 55 3.2 Chọn khớp nối trục hộp giảm tốc 55 Tính chọn then 56 4.1 Tính chọn then trục đầu vào hộp giảm tốc 56 4.1.1 Then lắp ghép trục với... 25 U ng 2.2 Tỷ số truyền truyền hộp giảm tốc Với hộp giảm tốc bánh côn – trụ cấp, để nhận chiều cao hộp giảm tốc nhỏ tính tỉ số truyền truyền bánh cấp chậm U theo công thức sau [1]: U  1, 073... truyền hộp giảm tốc .8 2.2 Tỷ số truyền truyền hộp giảm tốc Tính tốn thơng số trục 3.1 Tính cơng suất trục 3.2 Tính số vịng quay trục .9 3.3 Tính mơmen xoắn trục