CSTKM p4

ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG N PHẦN IV TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ Thông số đầu vào biết - Tỷ số truyền truyền bánh phân phối: ubr = 3,2 - Momen xoắn trục bánh chủ động: T1 = TI = 60310,2(Nmm) - Thời gian phục vụ Lh = 24000 (giờ) Tính tốn truyền bánh bao gồm thông số: - Chọn vật liệu làm bánh - Xác định ứng suất cho phép [σH] [σF] - Tính chọn khoảng cách trục aw (mm) - Xác định thông số bánh Điều kiện làm việc truyền bánh (kiểm nghiệm) - Độ bền tiếp xúc σH ≤ độ bền tiếp xúc cho phép [σH] - Độ bền uốn σF ≤ độ bền uốn cho phép [σF] - Độ bền tải σHmax ≤ [σH]max σFmax ≤ [σF]max I CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÁNH RĂNG Đối với hộp giảm tốc bánh trụ thẳng cấp chịu cơng suất trung bình, nhỏ, ta cần chọn loại vật liệu nhóm I Vật liệu nhóm I loại vật liệu có độ cứng HB ≤ 350, bánh thường hóa tơi cải thiện Nhờ có độ cứng thấp nên cắt xác sau nhiệt luyện, đồng thời truyền có khả chạy mịn Bên cạnh đó, cần ý để tăng khả chạy mòn răng, nên nhiệt luyện bánh bị động đạt độ cứng thấp bánh chủ động từ 10 đến 15 đơn vị: H1≥ H2 + (10…15)HB Theo bảng 6.1 [I] Trang 92, ta chọn: GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 30 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 1.Bánh chủ động (bánh 1) - Thép 45 cải thiện - Độ cứng: HB = (192…240) - Giới hạn bền: σb1 = 750 Mpa - Giới hạn chảy : σch1 = 450 Mpa Chọn độ cứng bánh chủ động : HB1= 240 Bánh bị động (bánh 2) - Thép 45 cải thiện - Độ cứng: HB = (192…240) - Giới hạn bền : σb2 = 750 Mpa - Giới hạn chảy : σch2 = 450 Mpa Chọn độ cứng bánh bị động : HB2= 230 Kích thước Nhãn Nhiệt hiệu luyện S mm , không lớn thép Độ rắn Giới hạn Giới bền σb hạn MPa chảy σch Bánh chủ động Tôi cải 45 Bánh bị động thiện 100 240 750 450 100 230 750 450 Tôi cải 45 thiện II XÁC ĐỊNH ỨNG XUẤT CHO PHÉP Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] ứng suất uốn cho phép [σF] - Từ công thức 6.1 6.2, trang 91[I] ta có cơng thức sau: GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 31 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN [σH] = ZR Zv KxH KHL [σF] = YR Ys KxF KFC KFL - Trong đó: ZR - Hệ số xét đến độ nhám mặt làm việc; Zv - Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng; KxH - Hệ số xét đến ảnh hưởng kích thước bánh răng; YR - Hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám mặt lượn chân răng; Ys - Hệ số xét đến độ nhạy vật liệu tập trung ứng suất; KxF - Hệ số xét đến kích thước bánh ảnh hưởng đến độ bền uốn; - Trong thiết kế sơ bộ, ta lấy: ZRZvKxH = YRYsKxF = ta có : [σH] = [σF] = - Tra bảng 6.2,trang94[I] ta có: SH = 1,1 - Hệ số an tồn tính tiếp xúc SF = 1,75 - Hệ số an tồn tính uốn KFC - Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải, K FC = đặt tải phía (bộ truyền quay chiều) σ σ ứng suất tiếp xúc cho phép ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ sở σ σ = 2.HB + 70 = 1,8.HB Suy : GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 32 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN σ = 2.HB1 + 70 = 2.240 + 70 = 550 (Mpa) σ = 2.HB2 + 70 = 2.230 + 70 = 530 (Mpa) σ = 1,8 HB1 = 1,8 240 = 432 (Mpa) σ = 1,8 HB2 = 1,8 230 = 414 (Mpa) KHL , KFL - Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng thời hạn phục vụ chế độ tải trọng truyền, xác định theo công thức 6.3 6.4, trang 93[I]: Trong đó: - mH , mF - Bậc đường cong mỏi thử tiếp xúc uốn mH = mF = (khi độ cứng mặt HB ≤ 350 ) - NHO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất sở thử tiếp xúc - Từ công thức 6.5, trang 93[I] có: NHO = 30.H Suy ra: NHO1 = 30 2402,4 = 15474914 NHO2 = 30 2302,4 = 13972305 - NFO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất sở thử uốn NFO = NFO1 = NFO2 = 106 = 0,4 107 = const - NHE , NFE - Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Khi truyền chịu tải trọng thay đổi nhiều bậc( tra công thức 6.7 6.8, trang 93[I]: GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 33 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Trong đó: c = - Số lần ăn khớp vòng quay bánh ni - Số vòng quay bánh phút Ti - Mômen xoắn chế độ thứ i Tmax - Mô men xoắn lớn tác dụng lên bánh xét ti - Tổng số làm việc bánh ti = 24000 (giờ) Ta có: Với bánh chủ động (bánh 1): nI = 920,635 (vòng/phút) Với bánh bị động (bánh 2): nII = 287,698 (vòng/phút) ⇒NHE1 = 60.1.920,635.24000.[13++] = 2056210090 NHE2 = 60.1.287,698.24000.[13++] = 642564675,9 NFE1 = 60.1.920,635.24000.[16++] = 1547938250 NFE2 = 60.1.287,698.24000.[16++] = 483729967,4 Như vậy: NHE1> NHO1 , NHE2> NHO2 NFE1> NFO1 , NFE2> NFO2 ⇒ KHL1 = , KHL2 = KFL1 = , KFL2 = Theo cơng thức trên, ta tính được: [σH]1 = = 500 (MPa) [σH]2 = = 482 (MPa) [σF]1 = = 246,85 (MPa) [σF]2 = = 236,6 (MPa) GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 34 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Với truyền bánh trụ thẳng, ứng suất tiếp xúc cho phép giá trị nhỏ hai giá trị [σH1] [σH2] Suy [σH] = ([σH1], [σH2]) = 482 (MPa) Vì [σH] = 482 (Mpa) < 1,25 [σH]=1,25.482=602,5 (Mpa) nên ứng suất tiếp xúc cho phép thỏa mãn - Ứng suất tiếp xúc cho phép tải:[σH]max = 2,8σch [σH1]max = 2,8.450 = 1260 (MPa) [σH2]max = 2,8.450 = 1260 (MPa) - Ứng suất uốn cho phép tải: [σF]max = 0,8σch [σF1]max = 0,8.450 = 360 (MPa) [σF2]max = 0,8.450 = 360 (MPa) III TÍNH TỐN CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ TRUYỀN Xác định khoảng cách trục Từ cơng thức 6.15a, trang 96[I], ta có khoảng cách trục aw : aw = Ka.(u + 1) Trong đó: - Ka = 49,5 MPa1/3 : Hệ số phụ thuộc vật liệu cặp bánh loại (bảng 6.5[I]trang96 ) - TI : Mômen xoắn trục bánh chủ động TI = 60310,2(Nmm) - [σH] : Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] = 482 (MPa) - Tỷ số truyền u = 3,2 - Chọn ψba=0,4 (bảng 6.6,trang97[I]) GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 35 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN - Ta có ψbd = 0,53ψba(u1) = 0,53.0,4.(3,2+1) = 0,89 < ψbd max = 1,6 - Tra bảng 6.7, trang 98[I] truyền ứng với sơ đồ HB≤350 ψbd = 0,89 nên ta chọn KHβ = 1,03 ⇒ aw =49,5.(3,2 + 1) = 123,36 (mm) - Tra tài liệu cuối trang 99, sách “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Tập 1” - Chọn aw = 125 (mm) Xác định thông số ăn khớp 2.1.Xác định modun Từ công thức 6.17, trang 97[I], ta xác định modun theo cơng thức: m = (0,01 ÷ 0,02).aw ⇒ m = (0,01  0,02).125 = (1,25  2,5) mm Chọn : m = (bảng 6.8,trang99[I]) 2.2.Số bánh chủ động Z1= = ⇒ = 29,76 Chọn Z1 = 29 (răng) GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 36 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 2.3.Số bánh bị động Z2= u.Z1= 3,2.29= 92 (răng) ⇒ Chọn Z2 = 92 (răng) Tổng số hai bánh : Zt = Z1+Z2 = 29+92 = 121 (răng) Tỷ số truyền thực tế: Sai lệnh tỷ số truyền : nên thỏa mãn Tính lại khoảng cách trục theo công thức 6.21,trang 99[I] ta được: 2.4.Xác định hệ số dịch chỉnh Hệ số dịch chỉnh : x1 = 0; x2 = Theo công thức 6.22,trang 100[I] ta có hệ số dịch tâm : Suy : Tra bảng 6.10a,trang101[I] ta có: kx = 1,752 Từ cơng thức 6.24, trang 100[I] ta có hệ số giảm đỉnh răng: GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 37 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Xác định đường kính bánh Dựa vào bảng 6.11,trang104[I] ta có: 3.1.Đường kính vịng chia d : d1 = m.Z1 = 2.29 = 58 (mm) d2 = m.Z2 = 2.92 = 184 (mm) 3.2.Đường kính lăn dw : dw1 = = = 60 (mm) dw2 = dw1.u = 60.3,2 = 192 (mm) 3.3.Đường kính đỉnh da: da1 = d1 +2(1 + x1 - Δy)m = 58 + 2.(1 + - 0,21) = 61,16 (mm) da2 = d2 +2(1 + x2 - Δy)m = 184 +2.(1 + - 0,21).2 = 187,16 (mm) 3.4.Đường kính đáy df : df1 = d1 - (2,5 - 2x1).m = 58 - (2,5 - 2.0).2 = 53 (mm) df2 = d2 - (2,5 - 2x2).m = 184 - (2,5 - 2.0).2 = 179 (mm) 3.5.Góc profin gốc : = 20o (theo TCVN 1065-71) 3.6.Góc profin : = arctg( ) = arctg() = 20o 3.7.Góc ăn khớp : = arccos() Khoảng cách trục chia : a = 0,5(d2 + d1) = 0,5(184 + 58) = 121 (mm) ⇒ = arccos() = 3.8.Đường kính sở db: db1 = d1.cos = 58.cos20o = 54,5 (mm) db2 = d2.cos = 184 cos20o = 172,9 (mm) 3.9 Tính bề rộng vành khăn bw: bw = ψba.aw = 0,4.125 = 50 (mm) Do ăn khớp bánh nên ta chọn bề rộng vành khăn hai bánh chênh từ – mm để đảm bảo bánh ăn khớp hoàn tồn bánh cịn lại Do ta chọn bánh chủ động bw1 = 52(mm), chọn bánh bị động GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 38 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN bw2 = 50(mm) 3.10.Hệ số trùng khớp ngang εα : = (theo công thức 6.38b, trang 105[I]) ⇒ = = 1,73 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 4.1.Ứng suất tiếp xúc : Theo công thức 6.33, trang 105[I], ta có ứng suất tiếp xúc mặt làm việc: σH = ZM ZH Zε.≤ [σH] Trong : ZM - Hệ số kể đến tính vật liệu bánh ăn khớp ZM = 274 Mpa1/3 (Theo bảng 6.5, trang 96[I]) ZH - Hệ số kể đến ảnh hưởng bề mặt tiếp xúc ZH = (theo công thức 6.34, trang 105[I]) βb : Góc nghiêng hình trụ sở tg b = cos t tg ( theo công thức 6.35, trang 105[I]) => tg b = cos(20o) tg(0o) = =>b = 0o Vậy ZH = = 1,64 Zε - Hệ số kể đến trùng khớp tính sau : - Hệ số trùng khớp dọc là:  = = = ( theo công thức 6.37, trang 105[I]) - Hệ số trùng khớp ngang: = 1,73 Theo cơng thức 6.36c, trang 105[I]), ta có: ⇨ Z = = = 0,76 GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 39 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KH - Hệ số tải trọng tính tiếp xúc, ta có : KH = KHβ.KHα.KHv ( theo cơng thức 6.39, trang 106[I]) Trong đó: KHβ = 1,03 (đã tính ) - Hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành KHα : Hệ số kể đến phân bố không đồng tải trọng cho đôi đồng thời ăn khớp Với bánh thẳng KHα =1 KHv - Hệ số kể đến tải trọng động xuất vùng ăn khớp Theo công thức 6.41, trang 107[I] ta có: Trong : bw = 50 (mm) : hệ số kể đến ảnh hưởng sai số ăn khớp( tra bảng 6.15) Ta chọn =0,004 : hệ số kể đến ảnh hưởng sai lệch bước ( tra bảng 6.16) Ta chọn = 38 : vận tốc vòng: Suy : = = 2,74 Suy : Vậy KH = KHβ.KHα.KHv = 1,03.1.1,06 = 1,09 Thay giá trị vừa tính vào biểu thức tính σH ta được: GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 40 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN σH = 274.1,64.0,76 = 334,38 (Mpa) Thỏa mãn điều kiện σH = 334,38 (Mpa) [σH] = 482 (Mpa) 4.2.Ứng suất tiếp xúc cho phép: Trong đó: - Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng Zv =0,85.v0,1=0,85.2,890,1 = 0,94 ( Với HB 350) - Hệ số xét đến độ nhám mặt làm việc Ta có Ra = 2,5 1,25 Do ZR = 0,9 - Hệ số xét đến ảnh hưởng kích thước bánh Với da< 700 (mm) chọn KXH=1 Suy : 482.0,94.0,9.1 = 407,7 (Mpa) Thỏa mãn điều kiện 407,7 (Mpa) > σH = 334,38 (Mpa) Vậy = 100 = 100 = 7,9% < 10% Thỏa mãn điều kiện độ bền tiếp xúc Kiểm nghiệm độ bền mỏi uốn 5.1.Điều kiện bền uốn cho Từ công thức 6.43 6.44, trang 108[I] ta có : ≤ [σF1] σF1 = σF2 = ≤ [σF2] Trong đó: TI = 60310,2- Mơ men xoắn bánh chủ động m = mm - Mô đun pháp GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 41 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN = 50 mm - Chiều rộng vành dw1 = 60 mm - Đường kính vịng lăn bánh chủ động Yβ - Hệ số kể đến độ nghiêng răng,ta có : Yβ = YF1, YF2 - Hệ số dạng bánh , ta có : zv1 = zv2 = ⇒ zv1 = = 29 ⇒ zv2 == 92 Theo bảng 18, trang 109[I] ta có: YF1 = 3,9 ; YF2 = 3,6 Yε = = 0,58 - Hệ số kể đến trùng khớp Với εα hệ số trùng khớp ngang εα = 1,73 KF - Hệ số tải trọng tính uốn Với : KF=KFβ.KFα.KFv=1,1.1,37.1,24 = 1,86 ( theo cơng thức 6.45, trang 109[I]) Trong đó: KFβ = 1,1 - Hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành (tra bảng 6.7, trang 98[I]) KFα = 1,37 - Hệ số kể đến phân bố không tải trọng cho đôi đồng thời ăn khớp (tra bảng 6.14, trang 107[I]) KFv - Hệ số kể đến tải trọng động xuất vùng ăn khớp, tính theo cơng thức: Với Tra bảng 6.15 6.16 ta = 0,011 ; = 38 ⇒ = 0,011.38.2,89 = 7,55 ⇒ = + = 1,24 GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 42 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Áp dụng công thức : Suy : σF1 = = 84,58(MPa) < [σF1] = 246,85 (Mpa) ≤ [σF2] Áp dụng công thức : σF2 = Suy : σF2 = (Mpa) < [σF2] = 236,6 (Mpa) Như điều kiện bền mỏi uốn đảm bảo Kiểm nghiệm độ bền tải 6.1.Kiểm nghiệm tải tiếp xúc σHmax = σH ( theo công thức 6.48) = = = 1,4 ⇒ Hmax = 334,38 = 395Mpa < [H1]max = 1260Mpa [H2]max=1260Mpa ( theo công thức 6.48,6.49) Suy thỏa mãn độ bền tải tiếp xúc 6.2.Kiểm nghiệm tải uốn : σFmax = σF.kqt (theo công thức 6.49) σF1max = σF1.kqt = 84,58.1,4 = 118,41 < [σF1]max = 360 Mpa σF2max = σF2.kqt = 78.07.1,4 = 109,29 < [σF2]max = 360 Mpa Vậy đảm bảo độ bền mỏi tiếp xúc độ bền mỏi uốn tải Lực tác dụng truyền bánh trụ thẳng Trên hình vẽ thể lực pháp tuyến Fn nằm mặt phẳng pháp tuyến vng góc với cạnh Lực Fn phân làm hai thành phần vng góc: Lực vịng Ft, lực hướng tâm Fr = + GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 43 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Sơ đồ tác dụng lực lên truyền bánh làm việc - Lực tác dụng lên hai bánh thẳng : Ft1 = Ft2 == = 2010,34 (N) - Lực hướng tâm Fr: Fr1= Fr2 =Ft1 =2010,34 tan24 = 895,06 (N) GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN 44 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN BẢNG THÔNG SỐ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤRĂNG THẲNG STT Thơng số Kí hiệu Giá trị Khoảng cách trục (mm) aw 125 Tỷ số truyền u 3,2 Bề rộng (mm) bw bw1 = 52 bw2 = 50 Mơđun pháp (mm) m Góc nghiêng β Hệ số dịch chỉnh x Số Z Đường kính vịng lăn dw Đường kính vịng chia di 10 Đường kính đỉnh dai 11 Đường kính đáy dfi x1 = x2 = Z1 = 29 Z2 = 92 dw1 = 60 mm dw2 = 192 mm d1 = 58 mm d2 = 184 mm da1 = 61,16 mm da2 = 187,16 mm df1 = 53 mm df2 = 179 mm 12 Góc profin gốc = 20o 13 Góc profin = 20o 14 Góc profin ăn khớp GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN = 24o32’ 45 ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY GVHD: VŨ XUÂN TRƯỜNG SVTH: BÙI TRUNG MẠNH – LỚP: CĐTK16TN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 46