5. Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng
5.1.1. Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc
=
28
Trong đó:
-là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng Tra bảng 6.5 trang 96-[1] có:= 274 -là hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc = √ Với: +=acrtg(cos .tg )= 15,91 +=acrtg(tg ∝/ )= 20,83 với ∝= 20 += . . =1,6>1 + Chiều rộng vành răng:= . = 0,3.115 = 34,5 (mm)
-là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng với> 1 ta có:
1 = √ Với là hệ số trùng khớp ngang: 1 1 = 1,88− 3,2( 1+ 2) 1 1 = 1,88 − 3,2. (28 +82) . 16,96 = 1,652 Vậy: 1 = √ 1,652= 0,78
-là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc
= . .
Với:
+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, tra bảng 6.7 trang 98-[1] ta có: = 1,07
29
+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các cặp răng đồng thời ăn khớp. Với bánh răng nghiêng, tra bảng 6.14 trang 107-[1] ta có: α = 1,13 + Đường kính vòng lăn: 1=2. =2.115 = 58,55 +1 2,929+1 (mm) += . 1. 1= .58,55.750=2,3(m/s) 6000060000
+ là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra bảng 6.13 trang 106-[1] với bánh răng trụ răng nghiêng với = 2,3 / được cấp chính xác của bộ truyền:
= 9
Tra phụ lục P2.3 trang 250-[1] với:= 9, răng nghiêng, < 350, = 2,3 / , nội suy tuyến tính ta được: = 1,03
Thay số được:
= 1,07.1,13.1,03 = 1,25
Từ các số liệu tính toán ở trên thay vào công thức ta được:
= 446,34
Ta đi xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:
[ ] =[ ]. . .
Trong đó:
+ Cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là
8 khi đó cần gia công đạt độ nhám = 2,5 … 1,25 nên = 0,95
+Do = 2,3 (m/s) < 5 (m/s) nên= 1
+ Do≤ 700nên= 1
Từ đó ta có:
[ ] = 495,45.1.0,95.1 = 470,68 ( thỏa mãn < [ ] )
30
=
1
2
Trong đó:
-[ 1] = 252và [ 2] = 236,6là ứng suất uốn cho phép.
-là hệ số tải trọng khi tính về uốn:
= . .
Với:
+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên vành răng. Tra bảng 6.7
trang 98-[1] với = 0,624 và sơ đồ bố trí 3 ta được: = 1,17
+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời
ăn khớp, với bánh răng trụ răng nghiêng tra bảng 6.14 trang 107-[1] ta được: = 1,37
+ là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra bảng P2.3 trang 250-[1] với: = 9, răng
nghiêng, < 350, = 2,3 / , Từ đó ta được: = 1,07
Thay số được: = 1,17.1,37.1,07 = 1,72
- là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng =
-là hệ số kể đến độ nghiêng của răng
= 1 −
- 1và 2 là hệ số dạng răng. Tra bảng 6.18 trang 109-[1], với:
1=1/ 3 = 28/( 16,96 )3 = 32 2=2/ 3 = 82/( 16,96 )3 = 93,7
1 = 0; 2 = 0 ta được 1 = 3,8 và 2 = 3,6
31
Thay các số liệu trên vào công thức, ta được: 1= 109,1
2 = 103,35
Ta đi xác định chính xác ứng suất uốn cho phép:
[ ] =[ ]. . .
Trong đó:
+ là hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng ta chọn =
1
+ là hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất
= 1,08 − 0,0695. ln( ) = 1,08 − 0,0695. ln(2) = 1,032
+ là hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn
Do ≤ 700 nên = 0,95
Thay số ta được:
{[ 1] = 247,02
[ 2] = 231,9
5.2. Cặp bánh răng 2 (bộ truyền cấp chậm, cặp bánh răng trụ răng thẳng)
5.2.1. Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc
=
Trong đó:
-là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng Tra bảng 6.5 trang 96-[1] có:= 274
32
-là hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc
= √
Với:
+Do = 0 nên= 0
+ Bánh răng trụ răng thẳng nên= 0
+ Chiều rộng vành răng:= . = 0,3.185 = 55,5
(mm)
-là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng với= 0 ta có:
Vớilà hệ số trùng khớp ngang:
= 1,88 − 3,2 (
Vậy:
-là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc
= . .
Với:
+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng, tra bảng 6.7 trang 98-[1] ta có: = 1,07
+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp. Với bánh răng thẳng, ta có:
α=1
+ Đường kính vòng lăn: 1 =
+= . 1. 1= .94.256,51=1,26(m/s)
6000060000
33
+ là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra bảng 6.13 trang 106-[1] với bánh răng trụ răng thẳng, với = 1,26 / được cấp chính xác của bộ truyền:
= 9
Tra phụ lục P2.3 trang 250-[1] với:= 9, răng thẳng, < 350, = 1,26 / , nội suy tuyến tính được = 1,05
Thay số được:
= 1,07.1.1,05 = 1,12
Từ các số liệu tính toán ở trên thay vào công thức ta được:
= 432,13
Ta đi xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:
[ ] =[ ]. . .
Trong đó:
+ Cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là
8 khi đó cần gia công đạt độ nhám = 2,5 … 1,25 nên = 0,95
+Do = 1,26 (m/s) < 5 (m/s) nên= 1
+ Do≤ 700nên= 1
Từ đó ta có:
[ ] = 500,44.1.0,95.1 = 475,42
5.2.2. Kiểm nghiệm về độ bền uốn:
=
2
Trong đó:
-[ 1] = 252và [ 2] = 236,6là ứng suất uốn cho phép.
-là hệ số tải trọng khi tính về uốn:
= . .
34
Với:
+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng vành răng. Tra bảng 6.7
trang 98-[1] với = 0,625 và sơ đồ bố trí 3 ta được: = 1,17
+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời
ăn khớp, với bánh răng trụ răng thẳng, ta được: = 1
+ là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra phụ lục
P2.3[1] trang 250-[1] với: = 9, răng thẳng, < 350, = 1,26 / , từ đó ta có: =
1,13
Thay số được: = 1,17.1.1,13 = 1,32
- là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng =
- là hệ số kể đến độ nghiêng của răng, với bánh răng trụ răng thẳng, ta có: = 1
- 1và 2 là hệ số dạng răng. Tra bảng 6.18 trang 109-[1], với:
1= 1=47
2= 2=138
1 = 0; 2 = 0 ta được 1 = 3,65 và 2 = 3,6
Thay các số liệu trên vào công thức, ta được: 1= 91,3
2 = 90,05
Ta đi xác định chính xác ứng suất uốn cho phép:
[ ] =[ ]. . .
Trong đó:
+ là hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng ta chọn =
1
35
+ là hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất
= 1,08 − 0,0695. ln( ) = 1,08 − 0,0695. ln(2) = 1,032
+ là hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn
Do≤ 700nên= 0,95 Thay số ta được:
{[ 1] = 260,02 thỏa mãn
[ 2] = 244,1
6. Một số thông số khác của bộ truyền bánh răng
6.1. Cặp bánh răng 1 (bộ truyền cấp nhanh, cặp bánh răng trụ răng nghiêng)
• Đường kính chia: 1 = . 1/ = 2.28/ 16,96 = 58,55 (mm) 2 = . 2/ = 2.82/ 16,96 = 171,45 (mm) • Đường kính đỉnh răng: 1 =1+2(1+1−∆ ) =58,55+2(1+0−0).2 = 62,55 (mm) 2 =2+2(1+2−∆ ) =171,45+2.(1+0−0).2 = 175,45 (mm)
• Đường kính đáy răng:
1 = 1 − (2,5 − 2 1). = 58,55 − (2,5 − 2.0). 2 = 53,55 (mm) 2 = 2 − (2,5 − 2 2). = 171,45 − (2,5 − 2.0). 2 = 166,45 (mm) • Đường kính vòng lăn: 1 = 2. / ( + 1) = 2.115 / (2,929 + 1) = 58,55 (mm) 2 = 1. = 58,55.2,929 = 171,45 (mm) 36
1 • Lực hướng tâm: = = 1 2 • Lực dọc trục : 1= 2 = 1. tan = 2170,52. 16,96 = 661,83
6.2. Cặp bánh răng 2 (bộ truyền cấp chậm, cặp bánh răng trụ răng thẳng)
• Đường kính chia: 1 = . 1 = 2.47 = 94 (mm) 2 = . 2 = 2.138 = 276 (mm) • Đường kính đỉnh răng: 1= 1 + 2(1 +1 − ∆ ) = 94 + 2(1 + 0 − 0). 2 = 98 (mm) 2 = 2 + 2(1 +2 − ∆ ) = 276 + 2. (1 + 0 − 0). 2 = 280 (mm)
• Đường kính đáy răng:
1 = 1 − (2,5 − 2 1) = 94 − (2,5 − 2.0). 2 = 89 (mm) 2 = 2 − (2,5 − 2 2) = 276 − (2,5 − 2.0). 2 = 271 (mm) • Đường kính vòng lăn: 1 = 2. / ( + 1) = 2.185 / (2,936 + 1) = 94 (mm) 2 = 1. = 94.2,936 = 276 (mm) • Lực vòng: = = 1 2 • Lực hướng tâm: 1 = 2 = 1 . tan = 3756,57. 20 = 1367,28 37
7. Sơ đồ kết cấu hai cặp bánh răng.
7.1. Cặp bánh răng 1 (cặp bánh răng nghiêng).
7.2. Cặp bánh răng 2 (cặp bánh răng thẳng).
38
8. Bảng tổng hợp thông số của bộ truyền
8.1. Cặp bánh răng 1 (cặp bánh răng trụ răng nghiêng):Thông số Thông số Vật liệu bánh răng nhỏ,lớn Độ rắn mặt răng nhỏ Độ rắn mặt răng lớn Khoảng cách trục (mm) Số răng Module (mm) Hệ số dịch chỉnh Góc ăn khớp (độ) Chiều rộng vành răng (mm) Đường kính vòng lăn (mm) Đường kính đỉnh răng (mm)
Đường kính đáy răng (mm) Lực vòng (N)
39
8.2. Cặp bánh răng 2 (cặp bánh răng trụ răng thẳng):Thông số Thông số Vật liệu bánh răng nhỏ,lớn Độ rắn mặt răng nhỏ Độ rắn mặt răng lớn Khoảng cách trục (mm) Số răng Module (mm) Hệ số dịch chỉnh Góc ăn khớp (độ) Chiều rộng vành răng (mm) Đường kính vòng lăn (mm) Đường kính đỉnh răng (mm)
Đường kính đáy răng (mm) Lực vòng (N)
Lực hướng tâm (N) Lực dọc trục (N)
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC
1. Tính chọn khớp nối
1.1.Chọn khớp nối
Thông số đầu vào: = 3 = 491978,88 (N.mm)
Sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục≤
Điều kiện: {
Trong đó:
Momen xoắn tính toán: Tt = k. T
3 3
Đường kính trục cần nối: dt= dsb= √0,2.[ ]
Với:
• Tra bảng 16.1 trang 58-[2], hệ số chế độ làm việc: = 1,6
• Momen xoắn danh nghĩa: =3 = 491978,88 (N.mm)
• Ứng suất xoắn cho phép: = 15 ÷ 30 MPa
Vậy
Tt = k. T = 1,6.491978,88 = 787166,21 (Nmm)
{
41
Tra bảng 16.10a trang 68- [2], ta được kích thước cơ bản của nối trục vòng đàn hồi: T
d (N.m)
1000 56
Tra tiếp bảng 16.10b trang 69- [2], ta được kích thước cơ bản của vòng đàn hồi:
T (Nm) dc
1000 18
1.2. Kiểm nghiệm khớp nối
a. Kiểm nghiệm sức bền dập vòng đàn hồi
=
Ứng suất dập cho phép vòng cao su: [ ] = 2 ÷ 4 MPa
=
b. Điều kiện sức bền của chốt
3 0
=
Ứng suất cho phép của chốt: [ ]= 60 ÷ 80 MPa0=1 +
2/ 2 = 42 + 20/2 = 52 (mm) = 1.3. Lực tác dụng lên trục Lực từ khớp nối tác dụng lên trục : = 0,2. Với : = Từ đó ta có : = 0,2.6149,74 = 1229,95 (N) 2. Tính sơ bộ trục 2.1. Chọn vật liệu chế tạo trục Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép C45 có: 42
• Giới hạn bền:= 750 MPa
• Giới hạn chảy: ℎ = 450 MPa
• Ứng suất xoắn cho phép: [ ] = 15 ÷ 30 MPa
2.2. Xác định sơ bộ đường kính trục
3
Đường kính trục được tính theo công thức: ≥ √0,2.[ ]
• Trục 1: (Ứng với [ 1] = 15 MPa) 3 1 ≥ √ →Chọn 1 = 30 mm • Trục 2: (Ứng với [ 2] = 20 MPa) 3 2 ≥ √ →Chọn 2 = 40 mm • Trục 3: (Ứng với [ 3] = 30 MPa) 3 3 ≥ √ →Chọn 3 = 45 mm 01= 19 ( )
Tra bảng 10.2 trang 189-[1] ta được chiều rộng ổ lăn : { 02 = 23 ( )
03 = 25 ( )
43
2.3. Xác định lực từ các chi tiết, bộ truyền tác dụng lên trục (kèm sơ đồ đặt lực chung) lực chung)
Lực từ đai tác dụng lên trục:
= 1176,75 (N)
Lực tác dụng lên bánh răng trụ răng nghiêng:
1 = 2
1 = 2
1 = 2
Lực tác dụng lên bánh răng trụ răng thẳng:
1 = 2 1 = 2 1 = 2 Lực từ khớp nối tác dụng lên trục: = 1229,95 (N) 44
2.4. Xác định sơ bộ khoảng cách giữa các điểm đặt lực và gối đỡ
Theo bảng 10.3 trang 189-[1] ta chọn :
k1 = 8…15 là khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến thành trong của hộp, lấy k1
= 10
k2= 5…15 là khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp, lấy k2 = 10 k3= 10…20 là khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ, lấy k3 = 15 hn = 15…20 là chiều cao nắp ổ và đầu bulông, lấy hn = 20
• Trục II
- Chiều dài moay ơ bánh răng trụ răng nghiêng (bánh lớn):
23 = (1,2 … 1,5). 2 = (1,2 … 1,5).40 = (48 … 60) ( )
→ Chọn 23 = 55 (mm)
- Chiều dài moay ơ bánh răng trụ răng thẳng (bánh nhỏ):
22 = (1,2 … 1,5). 2 = (1,2 … 1,5). 40 = (48 … 60) ( ) → Chọn 22 = 55 (mm) 22 = 0,5. ( 22 + 2) +1 +2 = 0,5. ( 55 + 23) + 10 + 10 = 59 ( )23 =22 + 0,5. ( 22 + 23) +1 = 59 + 0,5. (55 + 55) + 10 = 124 ( )21 = 22 + 23 + 3 1 + 2 2 + 2 = 55 + 55 + 3.10 + 2.10 + 23 = 183 ( ) 45
• Trục I
- Chiều dài moay ơ bánh đai:
12 = (1,2 … 1,5). 1 = (1,2 … 1,5).30 = (36 … 45) ( )
→ Chọn 12 = 43 (mm)
- Chiều dài moay ơ bánh răng trụ răng nghiêng (bánh nhỏ):
13 = (1,2 … 1,5). 1 = (1,2 … 1,5). 30 = (36 … 45) ( ) → Chọn 13 = 43 (mm) 12= 0,5. ( 12 + 1) + 3 + ℎ = 0,5. (43 + 19) + 15 + 20 = 66 ( ) 13= 23 = 124 ( ) 11= 21 = 183 ( ) • Trục III
- Chiều dài moay ơ nửa khớp nối:
33 = (1,4 … 2,5). 3 = (1,4 … 2,5).45 = (63 … 112,5) ( )
→ Chọn 33 = 70 (mm)
- Chiều dài moay ơ bánh răng trụ răng thẳng (bánh lớn):
32 = (1,2 … 1,5). 3 = (1,2 … 1,5). 45 = (54 … 67,5) ( ) → Chọn 32 = 67 (mm) 33= 0,5. ( 33 + 3) + 3 + ℎ = 0,5. (70 + 25) + 15 + 20 = 82,5 ( ) 32= 22 = 59 ( ) 31= 21 = 183 ( ) 46
3. Tính toán thiết kế trục3.1. Tính toán thiết kế trục I 3.1. Tính toán thiết kế trục I 3.1.1. Tính phản lực tại các gối đỡ Σ = 10 − 13 + 11 − đ12 = 0 Σ = 10 − 13 + 11 = 0 Σ ( ) = 13. 13 − 11. 11 + đ12. ( 11 + 12) = 0 Σ ( ) = − . { Σ = 10 − 2170,52 + 11 − 1176,75 = 0 Σ ( ) = 13. 13 − 11. 11 + đ12. ( 11 + 12) = 0 Σ ( ) = −661,83. { 47
3.1.2. Vẽ biểu đồ mômen
3.1.3. Tính mômen tương đương
Momen tổng, momen tương đương được tính theo các công thức sau:
= √ 2 + yj2
đ =√ 2+0,75. 2
48
đ10= 0
đ13= √57363,642 + 34147,122 + 0,75. 63541,972 = 86514,74 ( . )
đ11= √02 + 77666,142 + 0,75. 63541,972 = 95185,17 ( . )
đ12 = √02 + 02 + 0,75.63541,972 = 55028,96 ( . )
3.1.4. Tính đường kính các đoạn trục
Đường kính trục tại tiết diện j được tính theo công thức: 3 đ
= √ 0,1. [ ]
Tra bảng 10.5 trang 195-[1], ta có [ ] = 63 vì vật liệu thiết kế trục là thép C45 với = 750 ≥ 600 và 1 = 30 ( ).
• Tại bánh răng trụ nghiêng (bánh nhỏ):
• Tại ổ lăn:
ô
• Tại bánh đai:
đ
Chọn d theo dãy tiêu chuẩn trang 195-[1] và phải đảm bảo lắp ghép được, ta chọn:
• = 26 ( )
• ô = 25 ( )
• đ = 21 ( )
3.1.5. Chọn và kiểm nghiệm then
a) Xác định mối ghép then cho trục 1 lắp tại bánh răng trụ nghiêng (bánh nhỏ).
- Ta có= 26 ( ) ,chọn then bằng tra bảng 9.1a trang 173-[1] ta được: • Chiều rộng then: = 8 (mm)
• Chiều cao then: ℎ = 7 (mm)
49
• Chiều sâu rãnh then trên trục: 1 = 4 (mm)
• Chiều sâu rãnh then trên lỗ: 2 = 2,8 (mm)
• Chiều dài then:= (0,8 … 0,9). 13 = (0,8 … 0,9). 43
=(34,4 … 38,7) (mm)
Chọn = 36 (mm) (theo dãy tiêu chuẩn trong bảng 9.1a trang 173-[1]). - Kiểm nghiệm then:
• Ứng suất dập:
=
. .(ℎ− 1)≤ [ ], với[ ]làứng suất dập cho phép.
Tra bảng 9.5 trang 178-[1] với dạng lắp cố định, vật liệu may ơ là thép đặc tính tải trọng va đập nhẹ, ta có [ ] = 100 MPa.
=26.2.63536,9136.(7−4) = 45,25 MPa < [ ] = 100 MPa
• Ứng suất cắt:=2
. . ≤ [ ], với [ ] là ứng suất cắt cho phép do va đập
nhẹ nên: [ ] = (40 ÷ 60) MPa.
=2.63536,9126.36.8 = 16,97 < [ ]
b) Xác định mối ghép then cho trục 1 lắp tại bánh đai
- Ta có đ = 21 ( ), chọn then bằng tra bảng 9.1a trang 173-[1] ta được:
• Chiều rộng then: = 6 (mm)
• Chiều cao then: ℎ = 6 (mm)
• Chiều sâu rãnh then trên tấm trục: 1 = 4 (mm)
• Chiều sâu rãnh then trên tấm trục: 2 = 2,8 (mm)
• Chiều dài then:= (0,8 … 0,9). 12 = (0,8 … 0,9). 43
=(34,4 … 38,7) (mm)
Chọn = 36 (mm) (theo dãy tiêu chuẩn trong bảng 9.1a trang 173-[1]). - Kiểm nghiệm then:
• Ứng suất dập:=21.36.(6−3,5)2.63536,91 = 67,23 MPa < [ ] = 100 MPa • Ứng suất cắt: =2.63536,9121.36.6 = 28,01 < [ ]
Vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt.
50
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2
3.1.6. Kiểm nghiệm trục
a) Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi
=
√2+2
Trong đó:
• [ ] là hệ số an toàn cho phép: [ ] = 1,5 ÷ 2,5
• là hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại tiết diện j • là hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j
=
− −1và −1 là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng.
−1 = 0,436. b = 0,436.750 = 327
−1 = 0,58. −1 = 0,58.327 = 189,66
− , , , : biên độ và trị số trung bình ứng suất pháp và ứng suất tiếp