Với thép C45 thường hóa có: = 600 MPab -1 = 0,45b = 0,45.600 = 270 MPa
τ-1 = 0,25b = 0,25.600 = 150 MPa
Hệ số ảnh hưởng của trị số trung bình đến độ bền mỏi: đối với thép cacbon mềm
σ = 0,05; = 0τ
Để thỏa điều kiện độ bền mỏi, hệ số an toàn phải thỏa: Chọn [s] = 3, ta không cần kiểm nghiệm trục theo độ cứng.
sσ : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp. Theo công thức 11.15 [1]:
sτ : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện J. Theo công thức 11. 16 [1]: Với – hệ số tăng bền bề mặt: = 1 (không dùng các biện pháp tăng bền bề mặt)� �
Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất tiếp thay đổi theo chu kỳ đối xứng. Do đó theo công thức 11.18 [1]:
trong đó: momen uốn tổng M =
W – momen cản xoắn
Vì trục 1 quay 1 chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động. Do đó theo công thức 11.19 tài liệu [1]:
Giới hạn bền σ = 600 MPa, trục có rãnh then → Hệ số K = 1,75, K = 1,5b σ τ
Kích thước then bằng, trị số momen cản uốn và momen cản xoắn ứng với tiết diện như sau:
Tiết diện Đường kính trục (mm) b×h t1 W (mm3) W0 (mm )3 dA 40 12×8 5 2730,00 5940,00 dB 50 - - 6283,19 12566,37 dC 60 - - 21205,75 42411,50 dF 90 25×14 9 63368,16 134937,57 dG 90 25×14 9 63368,16 134937,57
dK 90 25×14 9 63368,16 134937,57
dL 90 - - 63368,16 134937,57
dM 100 28×16 10 86834,77 185009,54
Bảng kết quả tính toán hệ số an toàn đối với các tiết diện nguy hiểm:
Đường kính d, mm εσ ετ σa τa sσ sτ s Trục 1 dA = 40 0,88 0,81 0 10,39 - 7,80 - dB = 50 0,88 0,81 16,13 4,91 8,42 16,50 7,50 dC = 60 0,81 0,76 32,39 1,46 3,90 52,05 3,89 Trục 2 d = 90F 0,73 0,72 21,34 7,9 5,28 9,11 4,57 dG = 90 0,73 0,72 16,32 7,9 6,90 9,11 5,50 Trục 3 d = 90K 0,73 0,72 0 13,03 - 5,45 - dL = 90 0,73 0,72 10,45 10,59 9,47 6,61 5,13 dM = 100 0,70 0,70 19,06 11,24 5,67 6,23 4,19
Vậy tất cả các tiết diện nguy hiểm trên các trục đều thỏa độ bền mỏi.
5) Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh
Để đề phòng khả năng biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng do quá tải đột ngột (chẳng hạn khi mở máy), cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh.
Trục 1: Trong đó: [σ] ≈ 0,8σ ch= 0,8.340 = 272 MPa Trục 2: Trong đó: [σ] ≈ 0,8σch = 0,8.340 = 272 MPa Trục 3: Trong đó: [σ] ≈ 0,8σch = 0,8.340 = 272 MPa
Vậy tất cả các trục đều thỏa độ bền tĩnh.
6) Kiểm nghiệm độ bền của then
Với các chi tiết dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm độ bền dập và độ bền cắt. Kiểm nghiệm then theo độ bền dập:
Với l là chiều dài làm việc của then: l ll ≈ 0,8lm
Kiểm nghiệm then độ bền cắt:
Kết quả tính toán được thể hiện dưới bảng sau:
Đường kính (mm) Then (mm) Chiều dài then l (mm) Chiều dài làm việc then ll (mm) Momen T (Nm) σd (MPa) τc ( MPa) b×h t2 dA 40 12×8 3,3 30 24 123,48 77,95 33,55 dF 90 25×14 5,4 80 55 2133,85 159,66 34,49 dG 90 25×14 5,4 90 65 2133,85 159,66 34,49 dK 90 28×16 6,4 95 81 4158,87 178,28 43,78 dM 100 28×16 6,4 100 72 4158,87 144,41 33,01
Đối với then bằng làm bằng thép C45 lắp trên trục hộp giảm tốc làm việc với tốc độ trung bình, va đập nhẹ, ta có: [σ ] = 130 ÷ 180 MPa và [τ ] = 90 MPa.d c
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN Ổ LĂN
1) Tính toán và lựa chọn ổ lăn cho trục 1
Thông số cho trước:
Số vòng quay: n = 29,76 vg/ph
Đường kính vòng trong: tại tiết diện lắp ổ lăn d = d = 50 mm B D Thời gian làm việc: L = 5.290.1.8 = 11600 giờh
1.1) Chọn sơ bộ loại ổ
Vì tải trọng lực dọc trục F tương đối lớn a Fa/Fr=9483,78/2916,73 = 3,25 > 0,7 nên ta sử dụng hai ổ đũa côn cỡ trung cho gối đỡ tại B và ổ bi đỡ cho gối đỡ tại D.
Với kết cấu trục 1 và đường kính trục d = 40 mm, chọn ổ đũa côn tại B và ổ bi đỡ cỡ nhẹ tại D có kích thước như sau:
Ký hiệu Kích thước (mm) (kN)C (kN)C0 e Y Y0 d D T B c r r1 731 0 50 110 29,25 29 23 3 1 100 75,5 0,31 1,94 1,06 Ký hiệu ổ d (mm) D (mm) B (mm) r (mm) C (kN) Co (kN) 210 50 90 20 2 27,5 20,2
1.2) Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ: Tải trọng tác dụng lên ổ:
Lực dọc trục F = 9483,78 Na Lực hướng tâm
Tại B:
Do ta sử dụng ổ đũa côn nên trong ổ xuất hiện lực dọc trục phụ do lực hướng tâm F tác dụng r lên ổ sinh ra:
S0 = S = 0,83e.F1 rB = 0,83.0,31.2811,59 = 723,42 N Lực tác dụng lên ổ, chọn sơ đồ bố trí kiểu O
→ Fa0 = S – F1 a = 723,42 – 9483,78 = – 8760,36 N Fa1 = S + F0 a = 723,42 + 9483,78 = 10207,20 N Fa0 < S nên ta chọn F = S = 723,42 N0 a0 0
Kσ – Hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng: K = 1,2σ
Kt – Hệ số xét đến ảnh hưởng nhiệt độ ( C): K = 1 (nhiệt độ < 1000 C).
t 0
V – Hệ số xét đến vòng nào quay: V = 1 (vòng trong quay).
Tuổi thọ tính bằng triệu vòng: Tải trọng quy đổi tác động lên ổ:
Do sử dụng ổ kép: C = 1,71.100 = 171 kN Khả năng tải động của ổ:
Vậy ổ thỏa điều kiện tải động. Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ:
Vậy khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo. Tại D:
Lực dọc trục F coi như bằng 0a
Kσ – Hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng: K = 1,2σ
Kt – Hệ số xét đến ảnh hưởng nhiệt độ ( C): K = 1 (nhiệt độ < 1000 C).
t 0
V – Hệ số xét đến vòng nào quay: V = 1 (vòng trong quay). X = 1; Y = 0
Tải trọng quy đổi tác động lên ổ: Khả năng tải động của ổ:
Vậy ổ thỏa điều kiện tải động. Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ:
Vậy khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo.
2) Tính toán và lựa chọn ổ lăn cho trục 2
Thông số cho trước:
Số vòng quay: n = 29,76 vg/ph
Đường kính vòng trong: tại tiết diện lắp ổ lăn d = d = 80 mm B D Thời gian làm việc: L = 5.290.1.8 = 11600 giờh
2.1) Chọn sơ bộ loại ổ:
Lực dọc trục tổng: Fa = F + Fa2 a3 = 5541,76 – 2198,22 = 3343,54 N
Vì tải trọng lực dọc trục F tương đối lớn Fa a/Fr = 3343,54/14034,44 = 0,238 < 0,3 nên ta chọn ổ đũa côn cỡ nhẹ cho gối đỡ tại E và H
Với kết cấu trục 2 và đường kính trục d = 80 mm, chọn ổ đũa côn có kích thước như sau:
Ký hiệu Kích thước (mm) C (kN) C0 (kN) e Y Y0 d D T B c r r1 721 6 80 140 28,2 5 26 22 3 1 112 95,2 0,42 1,43 0,78
Tải trọng tác dụng lên ổ: Lực dọc trục F = 3343,54 Na Lực hướng tâm
Do ta sử dụng ổ đũa côn nên trong ổ xuất hiện lực dọc trục phụ do lực hướng tâm F tác dụng r lên ổ sinh ra:
S0 = 0,83e.FrE = 0,83.0,42.13945,53 = 4861,41 N
S1 = 0,83e.FrH = 0,83.0,42.12713,42 = 4431,90 N Lực tác dụng lên ổ E và H, chọn sơ đồ bố trí kiểu O
→ F = S – Fa0 1 a = 4431,90 – 3343,54 = 1088,36 N Fa1 = S + F0 a = 4861,41 + 3343,54 = 8204,95 N Kσ – Hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng: K = 1,2σ
Kt – Hệ số xét đến ảnh hưởng nhiệt độ ( C): K = 1 (nhiệt độ < 1000 C).
t 0
V – Hệ số xét đến vòng nào quay: V = 1 (vòng trong quay).
Fa/(VFrE) = 0.239 < e = 0,42 → X = 1 ; Y = 0
Fa/(VFrH) = 0,263 < e = 0,42 → X = 1 ; Y = 0 Tuổi thọ tính bằng triệu vòng:
Tải trọng quy đổi tác động lên ổ:
Khả năng tải động của ổ:
Vậy ổ thỏa điều kiện tải động. Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ:
Vậy khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo.
3) Tính toán và lựa chọn ổ lăn cho trục 3
Thông số cho trước:
Số vòng quay: n = 14,88 vg/ph
Đường kính vòng trong: tại tiết diện lắp ổ lăn d = d = 100 mm L N Thời gian làm việc: L = 5.290.1.8 = 11600 giờh
3.1) Chọn sơ bộ loại ổ:
Ta chọn ổ đũa côn cỡ trung cho gối đỡ tại L và N.
Với kết cấu trục 3 và đường kính trục d = 100 mm, chọn ổ đũa côn cỡ nhẹ có kích thước như sau:
Ký
hiệu Kích thước (mm) (kN)C (kN)C0 e Y Y
d D T B c r r1
721 8
90 160 32,5 31 26 3 1 158 125 0,38 1,56 0,86
3.2) Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ: Tải trọng tác dụng lên ổ:
Lực dọc trục F = 5541,76 Na Lực hướng tâm
Do ta sử dụng ổ đũa côn nên trong ổ xuất hiện lực dọc trục phụ do lực hướng tâm Fr tác dụng lên ổ sinh ra:
S0 = 0,83e.FrL = 0,83.0,38.8753,75 = 2760,93 N
S1 = 0,83e.FrN = 0,83.0,38.8452,43 = 2665,90 N Lực tác dụng lên ổ L và N, chọn sơ đồ bố trí kiểu O
→ F = S – Fa0 1 a = 2665,90 – 5541,76 = –2875,86 N
F = S + Fa1 0 a = 2760,93 + 5541,76 = 8302,69 N Fa0 < S nên ta chọn F = S = 2760,93 N0 a0 0
Kσ – Hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng: K = 1,2σ
Kt – Hệ số xét đến ảnh hưởng nhiệt độ ( C): K = 1 (nhiệt độ < 1000 C).
t 0
V – Hệ số xét đến vòng nào quay: V = 1 (vòng trong quay).
Fa/(VFrL) = 0,633 > e = 0,4 → X = 0,4 ; Y = 1,56
Fa/(VFrN) = 0,746 > e = 0,4 → X = 0,4 ; Y = 1,56 Tuổi thọ tính bằng triệu vòng:
Tải trọng quy đổi tác động lên ổ:
Khả năng tải động của ổ:
Vậy ổ thỏa điều kiện tải động. Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ:
4) Tính toán nối trục
Ta chọn khớp nối trục vòng đàn hồi. Momen xoắn tính toán:
Tk = k.T = 1,5.4158,87 = 6238,3 Nmm Với: T: momen xoắn trục động cơ (Nmm) k = 1.5 (hệ số làm việc)
Chọn nối trục có thông số kích thước như sau:
T(Nm) d(mm ) D l 1(mm) l2(mm) L1(mm) L2(mm) Z 4000 95 320 170 130 350 270 10 Kích thước khác: (mm) dc D0 dm d1 l1 l2 l0 lc c 38 300 220 M30 40 90 72 84 10
Chọn vật liệu thép 45, có ứng suất [ = 70 MPa, ứng suất đập giữa chốt và ống với [= 3 MPa Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi:
→ Thỏa điều kiện.
Điều kiện sức bền của chốt: → Thỏa điều kiện.
CHƯƠNG 7
THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC 1) Thiết kế vỏ hộp giảm tốc
Chiều dày và các kích thước của vỏ hộp được trình bày ở bảng 8.1:
Bảng 8.1: Kích thước hộp giảm tốc
STT Thông số Kí hiệu Gía trị
1 Chiều dày thân hộp 14 mm
2 Chiều dày nắp hộp 1 14 mm
3 Chiều dày gân hộp 3 14 mm
4 Chiều dày mặt bích thân hộp s1 24 mm
5 Chiều dày mặt bích thân hộp s2 24 mm
6 Chiều dày mặt bích đáy hộp q 34,9 mm
7 Chiều rộng mặt bích - Mặt bích đáy vỏ hộp giảm tốc - Mặt bích giữa nắp và thân HGT S1 S2 S3 87mm 73mm 65mm
8 Khe hở nhỏ nhất giữa mặt trong đỉnh
bánh răng và thân hộp c1(c2) 18 mm
9 Vị trí bu long xiết d tại vị trí các mặt 1 bích C1 C2 C3 35 mm 24 mm 26 mm
10 Khoảng cách Y từ mặt đáy thân hộp
đến mặt ngoài bánh răng trục vít, bánh vít
Y > 72 mm
11 Chiều dày nắp và thân HGT tại vị trí
nắp ổ H1 96 mm
12 Chiều dày gân: - Bên trong
- Bên ngoài
14 mm 14 mm
13 Chiều cao gân hg 70 mm
2)
Các chi tiết khác
2.1) Chốt định vị
Khi lắp hộp giảm tốc, khi xiết bu long ghép giữa nắp và thân hộp giảm tốc có sự dịch chuyển giữa nắp và thân hộp giảm tốc, gây nên biến dạng vòng ngoài ổ (có độ cứng nhỏ do có khe hở giữa vòng ngoài, vòng trong và các con lăn). Ngoài ra, sau khi đúc thì mặt đầu tại vị trí lắp nắp ổ cần phải gia công tinh. Khi đó cần phải sử dụng các chốt định vị cố định vị trí tương đối giữa nắp và thân HGT và rất cần thiết khi gia công các lỗ lắp bu lông. Ta dùng hai chốt định vị hình côn.
d (mm) c (mm) l (mm)
10 1 55
2.2) Nắp cửa thăm
Cửa thăm được dùng để kiểm tra việc lắp ráp và quan sát bên trong hộp giảm tốc khi vận hành. Để thuận tiện quan sát ta bố trí chúng ở mặt trên vỏ hộp giảm tốc và cho phép đổ dầu bôi trơn vào hộp. Cửa thăm có dạng hình chữ nhật rất hiếm khi hình tròn.Trên nắp có thể lắp thêm nút thông hơi.
Kích thước của nắp quan sát được ghi trong bảng sau:
A B A1 B1 C K R Kích thước vít Số vít
150 100 190 140 175 200 12 M10x20 4
STT
1 Đường kính bu lông nền d1 24
2 Đường kính bu lông ghép thân và
nắp hộp tại vị trí đỡ ổ d2 22
3 Đường kính bu lông ghép thân và
nắp hộp tại mặt bích d3 18
4 Đường kính vít xiết nắp ổ d4 10
2.3) Nút thông hơi
Khi làm việc trong thời giam dài, do ma sát khi làm việc giữa các bề mặt tiếp xúc và do khuấy dầu, nhiệt độ trong dầu và không khí nóng lên và khi áp suất đo bên trong hộp giảm tốc tăng lên. Điều này dẫn đến xì dầu bôi trơn tại vị trí tiếp giáp giữa phớt dầu và mặt ghép. Để tránh hiện tượng đó người ta lắp nút thông hơi trên nắp thăm dầu hoặc mặt bên vỏ hộp giảm tốc.
2.4) Nút tháo dầu
Khi làm việc dầu bị bẩn do các mạt kim loại sinh ra trong quá trình làm việc bị mài mòn. Tính bôi trơn giảm đi, do đó cần thường xuyên thay dầu. Vì lý do đó ta cần sử dụng các lỗ tháo dầu. Vị trí lỗ tháo dầu nằm ở mặt bên phía dưới của hộp giảm tốc.
Nút tháo dầu có kích thước như trong bảng:
d1 D D1 L l b s t d2 D2 D2
2.5) Que thăm dầu
Để kiểm tra mức dầu nên sử dụng que thăm dầu không có ống bao ngoài. Que thăm dầu đặt nghiêng góc 45 so với phương thẳng đứng.
Kích thước que thăm dầu:
d d1 d2 d D1 L1 l l1 b
M16x1,
5 6 7 24 16 40 16 8 4
2.6) Vòng chắn dầu
Để ngăn cách mở trong bộ phận ổ với dầu trong hộp ta dùng vòng chắn dầu. Vòng chắn dầu có các rãnh vòng ngăn không cho dầu rơi vào ổ nhờ vào lực ly tâm và rãnh vòng.
2.7) Phớt chắn dầu:
Với vận tốc trung bình, ta sử dụng phớt chắn dầu hướng tâm bằng cao su có lõi thép. Kích thước phớt chắn dầu được trình bày ở bảng sau:
d trục D B
Trục I 45 70 10
3) Dung sai lắp ghép
Căn cứ vào yêu cầu làm việc của các chi tiết, ta lựa chọn các kiểu lắp ghép sau: 3.1) Lắp ghép ổ lăn
Vòng trong của ổ lăn chịu tải trọng tuần hoàn, ta lắp ghép theo hệ thống trục với kiểu lắp trung gian để vòng ổ không trượt trên bề mặt trục khi làm việc. Do đó, ta chọn mối lắp k6, lắp trung gian có độ dôi.
Vòng ngoài của ổ lăn không quay nên chịu tải cục bộ, ta lắp theo hệ thống lỗ. Để ổ có thể di chuyển dọc trục khi nhiệt dộ tăng trong quá trình làm việc, ta chọn kiểu lắp trung gian H7.
3.2) Lắp ghép bánh răng lên trục
Bánh răng lắp trên trục chịu tải trọng thay đổi, yêu cầu có độ đồng tâm cao, cần tránh trường hợp quay và trượt, ta chọn kiểu lắp H7/k6 .
3.3) Lắp ghép bánh vít lên trục
Bánh vít tương tự như bánh răng, lắp trên trục chịu tải trọng thay đổi, yêu cầu có độ đồng tâm cao, cần tránh trường hợp quay và trượt, ta chọn kiểu lắp H7/n6.
3.4) Lắp ghép then