Để thiết kế bộ truyền trục vít-bánh vít ta mở chương trình Inventor vào môi trường lắp ráp Standard(mm).iam trên thanh Design ta chọn Worm-
Gear.
3.1. Bộ truyền trục vít-bánh vít (1) trong hộp giảm tốc:
Bộ truyền trục vít trong hộp giảm tốc là bộ truyền trục vít Acsimet được thiết kế với tỉ số truyền i=30, công suất trên trục vít N=1.05 Kw, số vòng quay n= 700 vòng/phút, yêu cầu bộ truyền làm việc trong 5 năm, mỗi năm 350 ngày.
Ta mở chương trình Inventor vào hộp thoại thiết kế trục vít
Hộp thoại thiết kế trục vít hiện lên, ta nhập thông số và tính toán:
Design:
Số đầu mối trục vít Chiều dài trục vít
Module của bộ truyền
Bề rộng bánh vít Số răng bánh vít
Calculation:
Sau khi tính toán thành công ta được kết quả sau:
Các thông số của bộ truyền trục vít-bánh vít(Common Parameters):
Gear Ratio i 30.0000 ul
Module m 4.000 mm
Axial Module mx 4.020 mm Helix Angle γ 5.7392 deg Pressure Angle α 20.0000 deg Worm Diameter Factor q 10.0000 ul Center Distance aw 81.109 mm Axis Circular Pitch px 12.6297 mm Circular Pitch pn 12.5664 mm Base Circular Pitch pb 11.861 mm
Lead pz 12.630 mm
Worm Length b1 80.000 mm Worm gear Width b2 35.000 mm Axial Pressure Angle αx 20.0927 deg Base Helix Angle βb 5.3920 deg Contact Ratio ε 2.2270 ul Transverse Contact Ratio ε 1.9485 ul
Tính toán Công suất, số vòng quay và , mômen của bộ truyền Chọn vật liệu cho bộ truyền
Overlap Ratio εβ 0.2785 ul Limit Deviation of Shaft Angle Fβ 0.0090 mm Guaranteed Backlash jnmin 0.054 mm Limit Deviation of Center Distance fa 0.032 mm
Thông số trục vít và bánh vít(Gears):
Worm Worm gear Type of model Component Component Number of Threads z 1.000 ul Number of Teeth z 30.000 ul Unit Correction x 0.0000 ul 0.2018 ul Pitch Diameter d 40.000 mm 120.605 mm Outside Diameter da 48.000 mm 130.219 mm Root Diameter df 30.400 mm 112.619 mm Outside Diameter dae 134.219 mm Base Circle Diameter db 37.566 mm 113.264 mm Work Pitch Diameter dw 41.614 mm 120.605 mm Worm gear Chamfer Angle δ 46.82 deg Addendum a* 1.0000 ul 1.0000 ul Clearance c* 0.2000 ul 0.2000 ul Root Fillet rf* 0.3000 ul 0.3000 ul Tooth Thickness s 6.283 mm 6.871 mm Axial Tooth Thickness sx 6.315 mm 6.905 mm Limit Circumferential Run-out Fr 0.0130 mm 0.0280 mm Limit Deviation of Axial Pitch fpt 0.0090 mm 0.0130 mm Limit Deviation of Basic Pitch fpb 0.0085 mm 0.0120 mm Virtual Number of Teeth zv 30.456 ul Min. Recommended Correction xmin -1.312 ul
Công suất, lực trên trục vít-bánh vít(Loads):
Worm Worm gear Power P 1.050 kW 0.698 kW Speed n 700.00 rpm 23.33 rpm Torque T 14.324 N m 285.516 N m Efficiency η 0.664 ul Radial Force Fr 1673.218 N Tangential Force Ft 688.417 N 4734.753 N Axial Force Fa 4734.753 N 688.417 N Normal Force Fn 5063.040 N Circumferential Speed v 1.466 mps 0.147 mps Slide Speed vk 1.473 mps
Vật liệu chế tạo trục vít-bánh vít (Material):
Worm Worm gear Hardened
Steel brass CuZn35AlFe3 Ultimate Tensile
Strength Su 600 MPa
Yield Strength Sy 350 MPa Modulus of Elasticity E 206000 MPa 103000 MPa Poisson's Ratio μ 0.300 ul 0.350 ul Bending Fatigue
Strength Sn 195.0 MPa
Contact Fatigue Strength Kw 1.4 MPa Bending Fatigue Limit σFlim 240.0 MPa Contact Fatigue Limit σHlim 195.0 MPa Hardness in Tooth Side VHV 140 ul Base Number of Load
Cycles in Bending NFlim 250000000 ul Base Number of Load
Cycles in Contact NHlim 250000000 ul W?hler Curve Exponent
for Bending qF 9.000 ul W?hler Curve Exponent
for Contact qH 8.000 ul Max. Slide Speed v 4.000 mps
Tính toán độ bền của trục vít ( Strength Calculation ):
Các hệ số của phụ tải ( Factors of Additional Load):
Overload Factor Ko 1.200 ul Dynamic Factor Kv 1.007 ul Lewis Form Factor y 0.125 ul
Kết quả (Results):
Dynamic Load Fd 5723.353 N Surface-fatigue Limiting Load Fw 5999.388 N Bending-fatigue Limiting Load Fs 10720.685 N Lost Power Pz 0.384 kW Max. Dissipated Heat Q 0.263 kW Check Calculation Positive
3.3. Bộ Truyền Trục Vít-Bánh Vít (2 ) Nối Tay Quay:
Bộ truyền trục vít (2) được dùng truyền chuyển động từ tay quay đến thùng trộn, với tác dụng làm nghiêng thùng
để tiện cho việc lấy sản phẩm trộn. bộ truyền được thiết kế với các thông số sau: Tỉ số truyền i2=35, trục vít một đầu mối.
Để thiết kế bộ truyền trục vít (2) ta thực hiện tương tự các bước như thiết kế trục vít (1)
Hộp thoại thiết kế trục vít hiện lên, ta nhập thông số và tính toán:
Sau khi tính toán thành công ta được kết quả sau:
Các thông số của bộ truyền trục vít-bánh vít(Common Parameters):
Gear Ratio i 35.0000 ul
Pressure Angle α 19.9154 deg Worm Diameter Factor q 10.4000 ul Center Distance aw 59.000 mm Axis Circular Pitch px 7.8540 mm Circular Pitch pn 7.8179 mm Base Circular Pitch pb 7.380 mm
Lead pz 7.854 mm
Worm Length b1 50.000 mm Worm gear Width b2 22.000 mm Axial Pressure Angle αx 20.0000 deg Base Helix Angle βb 5.1629 deg Contact Ratio ε 2.7187 ul Transverse Contact Ratio εα 2.4494 ul Overlap Ratio εβ 0.2693 ul Limit Deviation of Shaft Angle Fβ 0.0090 mm Guaranteed Backlash jnmin 0.046 mm Limit Deviation of Center Distance fa 0.028 mm
Thông số trục vít và bánh vít(Gears):
Worm Worm gear Type of model Component Component Number of Threads z 1.000 ul Number of Teeth z 35.000 ul Unit Correction x 0.0000 ul 0.9000 ul Pitch Diameter d 26.000 mm 87.500 mm Outside Diameter da 31.000 mm 97.000 mm Root Diameter df 20.000 mm 86.000 mm Outside Diameter dae 99.500 mm Base Circle Diameter db 24.432 mm 82.223 mm Work Pitch Diameter dw 30.500 mm 87.500 mm Worm gear Chamfer Angle δ 45.21 deg Addendum a* 1.0000 ul 1.0000 ul Clearance c* 0.2000 ul 0.2000 ul Root Fillet rf* 0.3000 ul 0.3000 ul
Axial Tooth Thickness sx 3.927 mm 5.565 mm Limit Circumferential Run-out Fr 0.0120 mm 0.0250 mm Limit Deviation of Axial Pitch fpt 0.0075 mm 0.0100 mm Limit Deviation of Basic Pitch fpb 0.0070 mm 0.0095 mm Virtual Number of Teeth zv 35.487 ul Min. Recommended Correction xmin -1.694 ul
Công suất trục vít-bánh vít(Loads):
Worm Worm gear Power P 0.027 kW 0.014 kW Speed n 120.00 rpm 3.43 rpm Torque T 2.149 N m 37.600 N m Efficiency η 0.500 ul Radial Force Fr 269.100 N Tangential Force Ft 140.891 N 859.437 N Axial Force Fa 859.437 N 140.891 N Normal Force Fn 907.852 N Circumferential Speed v 0.163 mps 0.016 mps Slide Speed vk 0.164 mps
Vật liệu chế tạo trục vít-bánh vít (Material):
Worm Worm gear Hardened brass
Yield Strength Sy 80 MPa Modulus of Elasticity E 206000 MPa 78000 MPa Poisson's Ratio μ 0.300 ul 0.350 ul Bending Fatigue Strength Sn 130.0 MPa Contact Fatigue Strength Kw 0.6 MPa Bending Fatigue Limit σFlim 100.0 MPa Contact Fatigue Limit σHlim 130.0 MPa Hardness in Tooth Side VHV 45 ul Base Number of Load
Cycles in Bending NFlim 250000000 ul Base Number of Load
Cycles in Contact NHlim 250000000 ul W?hler Curve Exponent
for Bending qF 9.000 ul
W?hler Curve Exponent
for Contact qH 8.000 ul
Max. Slide Speed vmax 4.000 mps
Tính toán độ bền của trục vít ( Strength Calculation ):
Các hệ số của phụ tải ( Factors of Additional Load):
Overload Factor Ko 1.200 ul Dynamic Factor Kv 1.001 ul Lewis Form Factor y 0.125 ul
Kết quả (Results):
Dynamic Load Fd 1032.134 N Surface-fatigue Limiting Load Fw 1171.055 N Bending-fatigue Limiting Load Fs 2807.798 N Lost Power Pz 0.014 kW Max. Dissipated Heat Q 0.083 kW Check Calculation Positive
Thông số kích thước chiều dài, đường kính… của từng đoạn trục 4. Thiết kế tính toán trục: 4.1.Thiết Kế Trục 1:
Trục 1 nối bánh vít trong hộp giảm tốc với trục gắn cánh tay trộn, để thiết kế trục 1 ta mở chương trình Inventor vào môi trường lắp ráp
standard(mm).iam trên thanh Design ta chọn Shaft.
Hộp thoại thiết kế trục vít hiện lên, ta nhập thông số và tính toán:
Design: Calculation: Cơ tính vật liệu Lực, momen tác dụng lên trục
Biểu đồ đặt lực lên trục
Sau khi tính toán thành công ta được kết quả sau:
vật liệu trục:
Material Steel
Modulus of Elasticity E 206000 MPa Modulus of Rigidity G 80000 MPa Density ρ 7860 kg/m^3
Đặt tính trục khi tính toán:
Include
Yes Density ρ 7860 kg/m^3 Yes Shear Displacement Ratio β 1.188 ul
Number of Divisions 1000 ul Mode of reduced stress HMH
Kết quả tính toán của trục:
Length L 152.000 mm Mass Mass 1.745 kg Maximal Bending Stress σB 11.043 MPa Maximal Shear Stress τS 2.158 MPa Maximal Torsional Stress τ 0.000 MPa Maximal Tension Stress σT 0.548 MPa Maximal Reduced Stress σred 11.560 MPa Maximal Deflection fmax 3.749 microm Angle of Twist φ 0.00 deg
Các biểu đồ của trục:
Biểu đồ thể hiện lực cắt
Biểu đồ moment uốn
Biểu đồ chuyển vị góc
Biểu đồ ứng suất uốn
Biểu đồ ứng suất cắt
Biểu đồ ứng suất tương đương
4.2.Thiết kế trục 2:
Trục 2 nối bánh vít của tay quay với thùng trộn, để thiết kế trục 2 ta làm tương tự như thiết kế trục 1.
Hộp thoại thiết kế trục vít-bánh vít hiện lên, ta nhập thông số và tính toán:
Sau khi tính toán thành công ta được kết quả sau:
vật liệu trục:
Material Steel
Modulus of Elasticity E 206000 MPa Modulus of Rigidity G 80000 MPa Density ρ 7860 kg/m^3
Đặt tính trục khi tính toán:
Include
Yes Density ρ 7860 kg/m^3 Yes Shear Displacement Ratio β 1.188 ul
Number of Divisions 1000 ul Mode of reduced stress HMH
Kết quả tính toán của trục:
Length L 131.500 mm Mass Mass 0.764 kg Maximal Bending Stress σB 6.146 MPa Maximal Shear Stress τS 1.826 MPa Maximal Torsional Stress τ 0.000 MPa Maximal Tension Stress σT 0.265 MPa Maximal Reduced Stress σred 6.447 MPa Maximal Deflection fmax 2.669 microm Angle of Twist φ 0.00 deg
Các biểu đồ của trục:
Biểu đồ thể hiện lực cắt
Biểu đồ moment uốn
Biểu đồ biếng dạng
Biểu đồ ứng suất tương đương
4.3. Tính lực tác dụng lên trục vít 1:
Trục vít 1 được dùng trong hộp giảm tốc, để tính lực tác dụng lên trục ta vào môi trường Standard(mm).ipt vào thanh Environments chọn Stress
Analysis và sau đó chọn biểu tượng Create Simulation.
Thiết lập ràng buộc với Pin constraint:
Pin Constraint:1
Selected Face(s)
Pin Constraint:2
Selected Face(s)
Gán lực lên trục với lệnh Force
Force:1
Constraint Type Pin Constraint Fix Radial Direction Yes
Fix Axial Direction Yes Fix Tangential Direction No
Constraint Type Pin Constraint Fix Radial Direction Yes
Fix Axial Direction Yes Fix Tangential Direction No
Load Type Force Magnitude 1030.228 N Vector X 344.208 N Vector Y 971.026 N Vector Z 0.000 N
Force:2
Force:3
Force:4
Load Type Force Magnitude 5067.971 N Vector X -688.417 N Vector Y -1673.218 N Vector Z 4734.000 N Load Type Force Magnitude 467.297 N Vector X 344.208 N Vector Y 316.049 N Vector Z 0.000 N
Load Type Force Magnitude 386.143 N Vector X 0.000 N Vector Y 386.143 N Vector Z 0.000 N
Sau quá trình đặt lực và tính toán ta nhấp vào biểu tượng Simulate.
Ta được kết quả sau:
Vật liệu:
Material Steel, Mild Density 7.86 g/cm^3 Mass 1.59431 kg Area 35923.4 mm^2 Volume 202838 mm^3 Center of Gravity x=-18.4897 mm y=0.00319193 mm z=-0.0197427 mm
Vật Liệu Material(s)
Name Steel, Mild
Mass Density 7.86 g/cm^3 Yield Strength 207 MPa General
Ultimate Tensile Strength 345 MPa Young's Modulus 220 GPa Poisson's Ratio 0.275 ul Stress
Shear Modulus 86.2745 GPa Expansion Coefficient 0.000012 ul/c Thermal Conductivity 56 W/( m K ) Stress Thermal
Specific Heat 460 J/( kg c ) Part Name(s) Worm
Results
Reaction Force and Moment on Constraints
Reaction Force Reaction Moment Constraint
Name Magnitude Component
(X,Y,Z) Magnitude Component (X,Y,Z) 0 N 1.47017 N m 898.686 N -0.586048 N m Frictionless Constraint:1 900.078 N 50.0476 N 21.0772 N m -21.0177 N m 0 N 1.17641 N m -306.564 N 0.248426 N m Frictionless Constraint:2 306.564 N 0 N 1.36738 N m 0.651211 N m -248.166 N 0.183475 N m -383.591 N -0.123292 N m Pin Constraint:1 456.899 N -5.32792 N 0.231919 N m -0.0701609 N m 253.386 N -1.12416 N m -209.237 N -160.192 N m Pin Constraint:2 4794.61 N -4783.34 N 202.049 N m -123.131 N m
Result Summary
Name Minimum Maximum
Volume 202841 mm^3
Mass 1.59433 kg
Von Mises Stress 0.0124488 MPa 139.737 MPa 1st Principal Stress -52.2415 MPa 169.726 MPa 3rd Principal Stress -180.271 MPa 42.6365 MPa Displacement 0.0182223 mm 0.575938 mm Safety Factor 1.91379 ul 15 ul
Biểu đồ chỉ thị thang mầu ứng suất tổng hợp
Figures
Biểu đồ chỉ thị thang màu chuyển vị ( thanh đảm bảo điều kiện
cứng)
Displacement
Biểu đồ chỉ thị thang màu hệ số an toàn của thanh ( thanh đảm
bảo điều kiện bền)
5. Thiết kế và tính toán then:
Để thiết kế then ta mở chương trình Inventor vào File/New chọn môi trường lắp ráp Assemply(mm).iam. trong môi trường Assemply ta chọn
Design chọn biểu tượng Key. Khi đó hộp thoại tính toán hiện lên, ta nhặp thông số và tính toán:
Design:
5.1. Thiết kế then trục 1( trục gắn bánh vít hộp giảm tốc):
Tương tự phần thiết kế then ở trên. Ta nhập các thông số tính toán với công suất P=0.698 Kw, số vóng quay n=23.33 v/p, đường kính trục d=50 mm
Chọn then theo tiêu ISO 2491A.
Thông số:
Sau khi tính tính toán thành công ta được kết quả sau:
Giá trị của tải:
Power P 0.698 kW Speed n 23.330 rpm Torque T 285.701 N m Giá trị của trục: Shaft Diameter d 50.00000 mm Hollow Shaft Inner
Diameter dh 0.000 mm
Giá trị của then:
Key Width b 14.000 mm Key Height h 6.000 mm Key Length l 36.000 mm Functional Length lf 22.000 mm Key Chamfer s 0.400 mm Key Radius R 0.160 mm
Đặt tính khi ghép:
Number of Keys N 1.000 ul Application Factor Ka 1.000 ul Fatigue-Life Factor Kf 1.000 ul Wear-Life Factor Kw 1.000 ul Load Distribution Factor Km 1.000 ul Desired Safety Sv 1.000 ul
Kết quả tính toán:
Min. Functional Key Length lmin 17.867 mm Min. Shaft Diameter dmin 16.172 mm Strength Check Positive
Then:
Calculated Pressure pc 199.791 MPa Safety S 1.231 ul
5.2. Thiết kế then trục 2 ( trục gắn bánh vít tay quay và thùng trộn):
Tương tự ta nhập các thông số tính toán với công suất P=0.014 Kw, số vóng quay n=3.43 v/p, đường kính trục d=26 mm.
Thông số:
Chọn then theo tiêu ISO 2491A với kích thước:
Sau khi tính tính toán thành công ta được kết quả sau:
Giá trị của tải:
Power P 0.014 kW Speed n 3.430 rpm Torque T 38.977 N m
Giá trị của trục:
Shaft Diameter d 26.00000 mm Hollow Shaft Inner Diameter dh 0.000 mm
Giá trị của then: Key Width b 8.000 mm Key Height h 5.000 mm Key Length l 20.000 mm Functional Length lf 12.000 mm Key Chamfer s 0.400 mm Key Radius R 0.160 mm Đặt tính khi ghép: Number of Keys N 1.000 ul Application Factor Ka 1.000 ul Fatigue-Life Factor Kf 1.000 ul Wear-Life Factor Kw 1.000 ul Load Distribution Factor Km 1.000 ul Desired Safety Sv 1.000 ul
Kết quả tính toán:
Min. Functional Key Length lmin 5.804 mm Min. Shaft Diameter dmin 8.325 mm Strength Check Positive
Then:
Calculated Pressure pc 118.977 MPa Safety S 2.068 ul
6. Thiết kế và tính toán ổ lăn:
Để thiết kế then ta mở chương trình Inventor vào File/New chọn môi trường lắp ráp Assemply(mm).iam. trong môi trường Assemply ta chọn
Design chọn biểu tượng Bearing. Khi đó hộp thoại thiết kế và tính toán hiện lên:
Thiết kế:
6.1. Ổ lăn trên trục của cánh quay:
Ổ lăn được chọn theo tiêu chuẩn JIS B 1522
Sau khi tính toán thành công ta được kết quả sau:
Giá trị của tải:
Sau khi tính toán thành công ta được kết quả sau:
Giá trị của tải:
Bearing radial load Fr 1673 N Bearing axial load Fa 0 N
Speed n 23 rpm
Thông số ổ lăn:
Designation JIS B 1522 (7005 25 x 47 x 12)
Bearing inside diameter d 25.000 mm Bearing outside diameter D 47.000 mm Bearing width B 12.000 mm Nominal contact angle of the
bearing α 20 deg
Basic dynamic load rating C 14000 N Basic static load rating C0 9200 N
Dynamic radial load Factor X 0.60 ul / 0.60 ul Dynamic axial load Factor Y 0.50 ul / 0.50 ul Limit value of Fa/Fr e 0.40 ul
Static radial load Factor X0 0.60 ul Static axial load Factor Y0 0.50 ul Limiting speed lubrication
grease nLim1 0 rpm Limiting speed lubrication oil nLim2 0 rpm
Thời gian làm việc:
Calculation Method ANSI/AFBMA 9-1990 (ISO 281-1990)
Required rating life Lreq 14000 hr Required reliability Rreq 90 ul Life adjustment factor for
special bearing properties a2 1.00 ul