Tính toán thiết kế trục nhằm xác định đường kính và chiều dài và các đoạn trục đáp ứng các yêu cầu về độ bền, kết cấu, lắp ghép và công nghệ. Muốn vậy cần biết trị số, phương, chiều và điểm đặt của tải trọng (các lực) tác dụng lên trục, khoảng cách giữa các gối đd đến các chi tiết lắp trên trục. Tính thiết kế trục tiến hành theo các bước sau :
Xác định các lực tác dụng lên trục. Tính sơ bộ đường kính trục.
Định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt tải trọng. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục.
2.1. Xác định các lực tác dụng lên trục.
Các lực chủ yếu tác dụng lên trục là mômen xoắn và các lực tác dụng khi ăn khớp trong bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục vít - bánh vít, lực căng đai, lực căng xích, lực lệch tâm do sự không đồng trục khi lắp hai nửa khớp
SĨNH VIÊN THựC HĨỆN : Lê việt Hùng 39
nối di động. Trọng lượng bản thân trục và trọng lượng các chi tiết lắp trên trục chi được tính đến ở các cơ cấu tải nặng, còn các lực ma sát trong các ổ được bỏ qua.
a.Lực từ các bộ truyền trong hộp giảm tốc.
Như đã biết lực tác dụng khi ăn khớp trong các bộ truyền được chia làm ba phần : lực vòng Ft lực hướng tâm Fr và lực dọc trục Fa.
Ở đây ta chi xét cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng. - Sơ đồ phân tích lực :
Đồ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD : ĐOÀN YÊN THẾ
Đồ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD : ĐOÀN YÊN THẾ
F
SĨNH VIÊN THựC HĨỆN : Lê việt Hùng 41
- Điểm đặt: tại chỗ ăn khớp giữa bề rộng bw. - Phương chiều :
Ft - lực vòng hay lực tiếp tuyến, Ft có phương tiếp tuyến với vòng lăn, có chiều ngược chiều với chiều quay CŨI của bánh chủ động; có chiều cùng chiều với
chiều quay C02 của bánh bị động.
Fr - lực hướng tâm, có phương hướng kính; có chiều hướng vào tâm trục quay.
- Trị số:
27L = 2^77848 =4045iV
dwl 87,935
K, = Fr2=FtlJgatw = 160 l,53iV
trong đó : Ti - mômen xoắn trên trục chủ động dwi - đường kính vòng lăn bánh chủ động a^ - góc ăn khớp
= ^ = 27; _ 2^30157 = 9867JV
148 w3
Frĩ=FrA=Fíĩ.tgatw = 259\,29N
Đồ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD : ĐOÀN YÊN THẾ
Đồ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD : ĐOÀN YÊN THẾ
Đối với bộ truyền đai, lực tác dụng lên trục Fr do lực căng đai tạo lên có Phương hướng tâm
Chiều hướng từ tâm bánh đai lắp trên trục đến tâm bánh đai kia Điểm đặt nằm trên đường tâm trục
- Trị số Fr = 2Fữ sin^j = 1118,183N Hình vẽ Khi sử dụng khớp nối trục di động, do tồn tại sự không đồng tâm của các trục
được nối, tải trọng
phụ sẽ xuất hiện. - Lực hướng tâm Fr = (0,2...0,3)F( 2T = 2-1935690 = 15485 1 Dt 200 => Fr =0,25.15485,52 = 3871,38iV trong đó : Ft - lực vòng trên khớp nối T - mômen xoắn trên trục
Dt - đường kính vòng tròn qua tâm các chốt tra bảng 16-10a trang 69 -" Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 2 "
- Quy ước phương chiều lực khớp nối làm tăng ứhg suất và biến dạng của trục và thường ngược chiều Ft của bánh răng.
c. Sơ đồ động phân tích lực tác dụng lên trục. Hình vẽ
SĨNH VIÊN THựC HĨỆN : Lê việt Hùng 43
2.2.
Xác định sơ bộ đường kính trục.
Đường kính trục được xác định bằng mômen xoắn theo công thức sau :
(3-1) trong đó : T - mômen xoắn
Đường kính trục thứ hai (II) là :
Đường kính trục thứ ba (III) là :
[T] - ứhg suất xoắn cho phép với vật liệu trục là thép [T] = 15...30MPa Chú ý : nếu dùng công thức trên để tính đường kính đầu vào của trục hộp giảm tốc lắp bằng khớp nối với trục động cơ thì đường kính này tối thiểu phải lấy bằng
Đồ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD : ĐOÀN YÊN THẾ
Đồ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD : ĐOÀN YÊN THẾ
Do đó đường kính sơ bộ các trục là : di = 35mm ; Ú2 = 60mm ; d3 = 80mm
2.3. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
Chiều dài trục cũng như khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực phụ thuộc vào sơ đồ động, chiều dài mayơ của các chi tiết quay, chiều rộng ổ, khe hở cần thiết và các yếu tố khác.
Từ đường kính d có thể xác định gần đúng chiều rộng ổ lăn bo theo bảng 10.2 trang 189 - " Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1 "
Với: di = 35mm => boi = 21mm d2 = 60mm => b02 = 31mm d3 = 80mm => b03 =39mm Chiều dài mayơ bánh đai, mayơ bánh răng trụ
được xác định theo công thức sau : lm = (1,2 ... l,5)d (3-2)
Chiều dài mayơ bánh răng 1 trên trục I là :
Imi3 = (1,2 ... l,5)di = 1,5.35 =52,5mm Chiều dài mayơ bánh răng 2 trên trục II là : lm22 = l,5d2 = 1,5.60 = 90mm Chiều dài mayơ bánh răng 3 trên trục II là
SĨNH VIÊN THựC HĨỆN : Lê việt Hùng 45
I|Ĩ112 = l,4)di = 1,4.35 = 49mm vậy chọn Imi2 = 49mm Chiều dài mayơ nửa khớp nối đối với nối vòng đàn hồi là :
Im33 = 2d3 = 2.80 = 160mm vậy chọn lm33 = 160mm Từ kết quả tính toán ở trên và dựa vào các bảng 10.3,10.4 - trang 189,191 - " Tínhtoán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1 " và dựa vào hình vẽ tatính được khoảng cách l|<i trên trục thứ k từ gối đô 0 đến chi tiết quay thứ i như sau :
/22 = 0,5 {lmĩ2 +ồ02)+Ả1 +k2= 0,5(90 + 3l)+10 + 7 = 14,5mm /23 = ỉn + 0,5(ỉm22 +lm 23 )+^ = 74,5 + 0,5(90 +110)+10 = 184,5mm ¡21 = ỉm22 tm2i ^02= 1 3.10 +2.7 + 31 = 215mm Ta có : /13 = ỉ22 = 14,5mm = -u = -í^f + *3 + *. + *« ] = -if + 20 +15 + y ] = -70 mm hl = I23 = 184,5 ww /c = 0,5ồ03 + ỉm33 +k3+hn= 0,5.39 +160 + 20 + 20 = 139,5mm Do đó khoảng cách giCfa các gối
đỡ là :
/n = /21 = /31 = 215mm
2.4.Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng nên trục.
Chọn hệ trục toạ độ oxyz như những hình vẽ, nếu lực hướng theo chiều dương của trục toạ độ thì lấy dấu dương và ngược lại.
Theo trên ta có lực từ bánh đai tác dụng lên trục I hướng theo phương y và bằng :
FyU = 1235,14N
Theo mục 2.1 ở trên ta có trị số và chiều các lực tác dụng nên các trục như sau : - Trục I : FxU = 4045ÌV, Fyl3 = -1601,53iV
- Trục II : Fx22 = -4045N, Fy22 = 1601,53iV, Fx23 = -9867ÌV, Fy23 = -3591,29N
Đồ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD : ĐOÀN YÊN THẾ - Trục III : Fx32 = 9867ÌV, Fy32 = 3591,29N, Fx3ĩ = -3871,38iV
2.5. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục.