Tính cặp bánh răng imin của nhóm II(20/52)
a, Chọn vật liệu.
Bánh răng nhỏ : thép 35X có cơ tínhnhư sau:
b = 750 N/mm2 , ch = 500 N/mm2 , HB = 220. (giả thiết đường kính phôi dưới 100 mm).
Bánh răng lớn : thép 55 thường hóa có cơ tínhnhư sau b = 640 N/mm2 , ch = 320 N/mm2 , HB = 210. ( giả thiết đường kính phôi 100 300 mm).
b, Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.
- Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Số chu kỳ tương đương của bánh lớn.
Nta2 = N = 60u.n2.T (3-3/V42)
n, u, T là số vòng quay, số lần ăn khớp của 1 bánh răng trong 1 vòng, thời gian làm việc của máy.
u = 1 số lần ăn khớp khi răng quay 1 vòng. T = 310 10 8 =24800 (h)
n2 =188(v/p)
Số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ : Ntđ1 = Ntđ2
Ntđ1> N0
Do đó hệ số chu kỳ ứng suất kN’ của hai bánh răng đều là 1. Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn :
[]tx2 = 2,6.220 = 572 N/mm2.
Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ : []tx1 = 2,6.210 = 546 N/mm2.
Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là []tx2 = 546 N/mm2. Ứng suất uốn cho phép:
[]u = kn N
-1 là giới hạn mỏi trong mỗi chu kỳ đối xứng với thép 45 : -1 = 0,43.750 =322,5 N/mm2. với thép 35 : -1 = 0,43.640 =275,2 N/mm2. n là hệ số an toàn , n = 1,5
k là hệ số tập trung ứng suất uốn chân răng: k=1,2 . Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ :
[]u1 = N/mm2.
Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn : []u2 = N/mm2.
c, Xác định moduyl của bánh răng.
Ta có công thức tính sức bền tiếp xúc với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng: . (bảng 3-10/V-45) k là hệ số tải trọng , k = 1,3 1,5 chọn k = 1,3 A là hệ số chiều rộng bánh răng , chọn A =0,45.
n2 là tốc độ vòng quay của bánh răng bị động, n2 = 188 (v/ph) N là công suất của bộ truyền : N = 6,01 KW
i= 50/20 = 2,5
[]tx = []tx2 = 546 N/mm2.
Chọn m = 3,5 (mm).
d, Các thông số hình học của bộ truyền.
Moduyl pháp mn = m = 3,5 Số răng Z1 = 20 , Z2 = 50. Đường kính vòng chia: . Khoảng cách trục A =(70+175)/2 = 122,5 (mm). Chiều rộng bánh răng b = 20 (mm). Đường kính vòng đỉnh: de1 = d1 +2m = 70+23,5 = 77 (mm) de2 = d2 + 2m = 175+23,5 = 182 (mm) Đường kính vòng chân: .
Ztđ1 = Z1 = 20 , Ztđ2 = Z2 = 50 Kiểm nghiệm theo công thức :
Với y là hệ số dạng răng tra bảng: (3-18/V-52) y1 = 0,392
y2 = 0,49
k là hệ số tải trọng : k = 1,3 m là moduyl bánh răng : m =3,5 b là bề rộng bánh răng : b = 20(mm) Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh nhỏ :
(N/mm2).
[] = 179,6 (N/mm2)
Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh lớn : []u2= (N/mm2).
[] = 152,9 (N/mm2).
3.2.4 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ trong hộp tốc độ
Tính cặp bánh răng imin của nhóm II(18/72) Ta có các số liệu ban đầu như sau:
Công suất truyền động 1,7 KW Tốc độ vòng quay n = 1440 (v/ph),
Yêu cầu làm việc trong10 năm,làm việc1 ca / 1 ngày,1 ngày giờ, 1 năm làm việc 310 ngày .
a, Chọn vật liệu.
Bánh răng nhỏ : thép 40XH có cơ tính như sau
b = 1000 N/mm2 , ch = 800 N/mm2 , HB = 250. Bánh răng lớn : thép 40X có cơ tính như sau
b = 780 N/mm2 , ch = 500 N/mm2 , HB = 230.
b, Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.
Số chu kỳ tương đương của bánh lớn. Ntđ2 = N=60.u.n2.T
n, u, T là số vòng quay, số lần ăn khớp của 1 bánh răng trong 1 vòng, thời gian làm việc của máy.
u = 1 số lần ăn khớp khi răng quay 1 vòng. T = 310 10 8 =24800 (h)
Ntđ2 = 60.78,5.24800 = 117.107
Số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ : Ntđ1= Ntđ2.i(i>1)
Ntđ1> N0
Do đó hệ số chu kỳ ứng suất kN’ của hai bánh răng đều là 1. Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn :
[]tx2 = 2,6.230 = 598 N/mm2.
Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ : []tx1 = 2,6.250 = 600 N/mm2.
Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là []tx2 = 598 N/mm2. Ứng suất uốn cho phép:
.
-1 là giới hạn mỏi trong mỗi chu kỳ đối xứng với thép 40XH : -1 = 0,45.1000 =450 N/mm2. với thép 40X : -1 = 0,45.780 =350 N/mm2. n là hệ số an toàn : n = 1,5
k là hệ số tập trung ứng suất uốn chân răng: k=1,2 . Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ :
N/mm2.
Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn : N/mm2.
Ta có công thức tính sức bền tiếp xúc với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
k là hệ số tải trọng , k = 1,3 1,5
A là hệ số chiều rộng bánh răng , chọn A =0,4.
n2 là tốc độ vòng quay của bánh răng bị động, n2 = 78,5 (v/ph) N là công suất của bộ truyền : N = 5,76 KW
i= 72/18 = 4
[]tx = []tx2 = 598 N/mm2.
Chọn m = 4 (mm).
d, Các thông số hình học của bộ truyền.
Moduyl pháp mn = m = 4. Số răng Z1 = 18 , Z2 = 72. Đường kính vòng chia: . Khoảng cách trục A =(72+288)/2 = 180 (mm). Chiều rộng bánh răng b = 30 (mm). Đường kính vòng đỉnh: Đường kính vòng chân: .
e, Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng.
Ztđ1 = Z1 = 18 , Ztđ2 = Z2 = 72 Kiểm nghiệm theo công thức :
Với y là hệ số dạng răng tra bảng: y1 = 0,392 y2 = 0,511 k là hệ số tải trọng : k = 1,3 m là moduyl bánh răng : m =4 b là bề rộng bánh răng : b = 30(mm) Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh nhỏ :
(N/mm2).
[] = 375 (N/mm2)
Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh lớn : (N/mm2). [] = 292 (N/mm2). 3.2.5 Tính trục III trong hộp tốc độ a, Sơ đồ tính toán. l1 = 0,5l + f1 + f + 1,5b l2 = 5f + 7b l3 = 0,5l + f + f1 + 1,5b f = 3mm : khe hở để bảo vệ.
f1 : khoảng hở ch phép giữa mép ổ với bánh răng: f1 = 5 (mm). l : chiều dài ổ : l = 16 mm : n-n A RAX RAY m-m Pr1 P1 P2 Pr2 RBX RBY B
b : chiều rộng bánh răng :b = 20 (mm). l1 = 46 (mm). l2 = 155 (mm). l3 = 46 (mm). b, Tính gần đúng trục. Xác định lực tác dụng lên trục: Xét tại mặt cắt n-n Pr1 = P.tgαn = 2386.tg20⁰ = 868 N Xét tại mặt cắt m-m. Pr1 = P.tgαn = 5129.tg20⁰ = 1867 N - Xác định phản lực tại các gối: 86646 – 1868.(46+155) – RBy.(46+155+46) = 0 RBy = - 1359 (N). Ta có : RAy + Pr1 - Pr2 - RBy = 0 RAy = RBy + Pr2 - Pr1 RAy = -1359 + 1868 - 866 (N) RAy = - 375 (N) RBy = 3729 (N). Ta có : RAx + P1 - P2 + RBx = 0 RAy = P2 - P1- RBy = 5129 - 2386 - 3729 = -986 (N)
Tính moment uốn tại các tiết diện nguy hiểm: Tại n-n: Muy= RAy.46 = -375 .46 = -16422 (N.mm). Mux= RAx.46 = -986.46 = -45356 (N.mm). Tại m-m: Muy= RBy.46 = 1359.46 = 62514 (N.mm). Mux= RBx.46 = 3729.46 = 171534 (N.mm).
Moment xoắn của trục:
Tính đường kính tại các tiết diện nguy hiểm: Với : Mtđ = d - Tại n-n: Mutđ = Tại m-m: Mutđ Chọn thép làm trục là thép 45 tôi có b 850(N/mm2), -1 340(N/mm2) Chọn đường kính d cho cả trục là 32mm. Với [] tra bảng (7-2/V-119): [] = 80 (N/mm2) .
c, Tính chính xác trục.
Vì chọn đường kính cả trục theo đường kính tại tiết diện nguy hiểm nhất nên ta chỉ kiểm tra lại các trục tại vị trí nguy hiểm nhất đó là tại m-m.
Tương tự tính trục ở phần tính trục chạy dao ta có: -1= 0,45.b = 0,45. 850 = 382,5 (N/mm2)
-1= 0,25.b = 0,25.850 = 212,5 (N/mm2) Tra bảng (7-3b) với đường kính trục 32mm :
W = 2730 (mm3)
W0 = 5910 (mm3)
Bộ truyền làm việc một chiều:
Chọn hệ số tăng bền : = 1 (không tăng bền). Chọn các hệ số : (bảng 7-4/V-123) = 0,86 = 0,75 Tra bảng (7-8/V-127) ta có: K = 1,92 K= 1,9
n : hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp.
n : hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp.
Vì tính chính xác trục tại tiết diện lớn nhất (n-n) chọn trục có tiết diện là 32mm là hơp lý. Không cần kiểm tra tại tiết diện (m-m).
179750 Mx 171534 45356 Mux 45356 62514 Muy n-n A RAY m-m RBY Pr2 Pr1 P1 RAX RBX P2
d, Tính chọn ổ lăn.
- Sơ đồ trục
Ổ không chịu lực dọc trục mà chỉ chịu lực hướng tâm nên : RA = RB = Tính chọn ổ cho trục tại B: Qtđ = RB =3969 N = 397 daN . Ta có : C = Qtđ.(n.h)0,3 C = 397.( 333.104)0,3= 35936
Dựa vào bảng (14P /V-339) .Chọn ổ bi đỡ một dãy loại 306 có : d = 30 mm ; D = 72 mm ;B = 19 mm ;Cbảng = 40.000
3.3. Tính toán hộp chạy dao
3.3.1 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ hộp trong chạy dao
Tính cặp bánh răng imin của nhóm II(18/40)
Truyền động bánh răng được dùng trong rất nhiều trong các ngành chế tạo máy vì nó có các ưu điểm nổi bật như : kích thước nhỏ, khả năng tải lớn, hiệu suất cao, tỷ số truyền không thay đổi làm việc chắn chắn và bền lâu.
Để thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, ta có các số liệu ban đầu như sau:
Công suất truyền động 1,7 KW, Tốc độ vòng quay n = 1420 (v/ph),
Yêu cầu làm việc trong 10 năm, làm việc 1 ca / 1 ngày, 1 ngày 8 giờ, 1 năm làm việc 310 ngày .
a, Chọn vật liệu.
Bánh răng nhỏ : thép 45 thường hóa có cơ tínhnhư sau
RA
A B
b = 600 N/mm2 , ch = 300 N/mm2 , HB = 200. (phôi rèn, giả thiết đường kính phôi dưới 100 mm). Bánh răng lớn : thép 40 thường hóa có cơ tínhnhư sau
b = 540 N/mm2 , ch = 270 N/mm2 , HB = 190. (phôi rèn, giả thiết đường kính phôi 100 300 mm).
b, Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.
Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Số chu kỳ tương đương của bánh lớn. Ntđ2 = N = 60.u.n2.T
n, u, T là số vòng quay, số lần ăn khớp của 1 bánh răng trong 1 vòng, thời gian làm việc của máy.
u = 1 số lần ăn khớp khi răng quay 1 vòng. n2 = 220 (v/p)
T = 310 10 8 =24800 (h) Ntđ2 .
Số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ : Ntđ1 = Ntđ2 .i
Ntđ1> N0
Do đó hệ số chu kỳ ứng suất kN’ , kN” của hai bánh răng đều là 1. Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn :
[]tx2 = 2,6.190 = 494 N/mm2.
Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ : []tx1 = 2,6.200 = 520 N/mm2.
Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là []tx2 = 494 N/mm2. Ứng suất uốn cho phép:
.
-1 là giới hạn mỏi trong mỗi chu kỳ đối xứng với thép 45 : -1 = 0,43.600 =258 N/mm2.
với thép 35 : -1 = 0,43.500 =215 N/mm2. n là hệ số an toàn , n = 1,5
K là hệ số tập trung ứng suất uốn chân răng :đối với thép K = 1,2 Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ :
N/mm2.
Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn : N/mm2.
c, Xác định moduyl của bánh răng.
Ta có công thức tính sức bền tiếp xúc với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng: . k là hệ số tải trọng , k = 1,3 1,5 A là hệ số chiều rộng bánh răng , chọn A =0,4.
n2 là tốc độ vòng quay của bánh răng bị động, n2 = 220 (v/ph) N là công suất của bộ truyền : N = 1,35 KW
i= 40/18 = 2,2
[]tx = []tx2 = 494 N/mm2.
Chọn m = 3 (mm).
d, Các thông số hình học của bộ truyền.
Moduyl pháp mn = m = 3. Số răng Z1 = 18 , Z2 = 40. Đường kính vòng chia: . Khoảng cách trục A =(54+120)/2 = 87 (mm). Chiều rộng bánh răng b = 20 (mm).
Đường kính vòng đỉnh:
Đường kính vòng chân:
.
e, Kiểm ngiệm sức bền uốn của răng.
Ztđ1 = Z1 = 18 , Ztđ2 = Z2 = 40 Kiểm nghiệm theo công thức :
Với y là hệ số dạng răng tra bảng: y1 = 0,367 y2 = 0,472 k là hệ số tải trọng : k = 1,3 m là moduyl bánh răng : m =3 b là bề rộng bánh răng : b = 20(mm) Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh nhỏ :
(N/mm2). [] = 143,3 (N/mm2) Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh lớn :
(N/mm2). [] = 129 (N/mm2).
3.3.2 Tính toán thiết kế trục IV. a, Sơ đồ trục. a, Sơ đồ trục. 79 P1 Pr1 n-n Pr2 P2 m-m l1 l2 RBX RBY RAY RAX
Xác định sơ bộ chiều dài trục l1 = 0,5l + f1 + 0,5b l2 = 5f + f2 + f3 + 6b l3 = 0,5l + 3f + f1 + 3,5b f = 0,5 : khe hở để bảo vệ.
f1 : khe hở giữa ổ với bánh răng: f1 = 10 (mm). l : chiều dài ổ : l = 1,25d : d = 35 l = 44 (mm). b : chiều rộng bánh răng :b = 20 (mm). f2 : bề rộng để lắp cần gạt : f2 = 25 (mm). f3 : chiều dài li hợp: f3 = 2d = 2.35 = 70 (mm). l1 = 0,5.44 + 10 + 0,5.20 = 42 (mm). l2 = 5.5 + 25 + 70 + 6.20 = 240 (mm). l3 = 0,5.44 + 3.5 + 10 + 3,5.20 = 115 (mm). b, Tính gần đúng trục . - Xác định lực tác dụng lên trục: RBy = 638 (N). Ta có : P1.42 - P2. 282 - RBx.397 = 0
RBx = - 651 (N)
RBx có chiều ngược lại so với hình vẽ. Ta có:
-RAx + P1 - P2 - RBy = 0 RAx = 5204 - 1692 + 651 = 4164 (N)
- Tính moment uốn tại các tiết diện nguy hiểm: Tại n-n: Muy= RAy.42 = 1872.42 = 78624 (N.mm). Mux= RAx.42 = 4164.42 = 174888 (N.mm). Tại m-m: Muy= RBy.115 = 638.115 = 73370 (N.mm). Mux= RBx.115 = 651.115 = 74865 (N.mm).
Moment xoắn của trục:
Tính đường kính tại các tiết diện nguy hiểm:
Với :
Tại n-n:
Tại m-m:
Chọn dn-n= 30mm ; dm-m= 27mm .
Với [] tra bảng (7-2/V-119) : [] = 80 (N/mm2)
c, Tính chính xác trục.
(Tại tiết diện n-n).
Hệ số an toàn tính theo công thức :
Trong đó :
n : hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp.
n : hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp.
Trong đó :
+ -1, -1 : là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng có thể lấy gần đúng. -1=(0,40,5)b = 0,45.b = 450 (N/mm2) -1=(0,20,3)b = 0,25.b = 250 (N/mm2) Với trục làm thép 40X tôi có b= 1000 (N/mm2) -1= 0,45.1000 = 450 (N/mm2) -1= 0,25.1000 = 250 (N/mm2)
+ a, b : là biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện của trụ. + Vì trục quay 1 chiều nên ứng suất tiếp biến đổi theo chu kỳ mạch động. Có: b = 1000 (N/mm2)
-1 = 250 (N/mm2)
Tra bảng (7-3b) ta có: W = 2320 (mm3) W0 = 49700 (mm3)
Với
Chọn hệ số tăng bền : = 1 (không tăng bền). Chọn các hệ số : (bảng 7-4/V-123) = 0,68 = 0,75 Tra bảng (7-8/V-127) ta có: K = 2 K= 2,1
Hệ số an toàn thường lấy (1,52,5) thỏa mãn.
Vì tính chính xác trục tại tiết diện lớn nhất (n-n) chọn trục có tiết diện là 30mm. Không cần kiểm tra tại tiết diện (m-m).
d, Tính chọn ổ lăn. - Sơ đồ trục RA A B RB 7481 5 7862 4 10146 9 Mx 17488 8 Mux Muy 7337 0 Pr1 n-n m-m RAY RAX RBX RBY P1 Pr2 P2
Ổ không chịu lực dọc trục mà chỉ chịu lực hướng tâm nên : RA = RB = Tính chọn ổ cho trục tại A: Qtđ = RA=4565 N = 457 daN . Ta có : C = Qtđ.(n.h)0,3 C = 457.( 220.104)0,3=36529