PHẦN 4 : Chọn khớp nối, tính trục, then và ổ lăn
4.2. Tính trục I
Chọn vật liệu chế tạo trục.
Vật liệu làm trục chọn là thép 45 tơi cải thiện có σb = 600 MPa, ứng suất xoắn cho phép[τ] = 15 ÷ 30 Mpa.
Theo cơng thức 10.9Tr188 [1], ta có:
Chọn
Chiều rộng ổ lăn trên trục: Tra bảng 10.2Tr189 [1]: với
Sơ đồ phân phối lực chung.
Lực tác dụng lên trục I
Lực tác dụng lên trục I từ đai : = 475,03 (N) 717,57.
717,57.
Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng nghiêng răng thẳng :
Lực vòng:
Lực hướng tâm:
=1213,57(N)
Lực dọc trục:
=924,65(N)
Lực tác dụng lên trục II
1. Lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng nhiêng răng thẳng:
o Lực vòng: =
o Lực hướng tâm: = = 1213,57(N)
o Lực dọc trục: = = 924,65(N)
2. Lực tác dụng lên trục II từ khớp nối Fkn = 664,13 (N)
Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực.
- Khoảng cách từ ổ đỡ 1 tới ổ đỡ 2 : l21 =2.l22, với l22 là khoảng cách từ bánh răng tới ổ đỡ 2 :
trong đó : Các khe hở k1= k2 = 10
- Chiều dài moay-ơ lm2 = (1,4 ÷2,5).d2 = (1,4 ÷2,5).45 = 63÷ 112,5 (mm) Chọn lm2 = 65 (mm)
l22 =
Lấy l22 = 65 (mm)
→ l21 = 2×65 = 130 (mm)
- Khoảng cách từ ổ đỡ 2 tới khớp nối : l2c = + hn + k3 +
trong đó : hn - Chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông hn = 20(mm) ,khe hở k3 = 15(mm), lmc2 = (1,2 ÷1,5).d2 = (1,2÷1,5).45 = 54÷67,5 (mm) Chọn lmc2 = 65 (mm) l2c = Trục 1 : - Khoảng cách từ ổ đỡ 1 đến ổ đỡ 2 : l11 = l21 = 130 (mm)
-Khoảng cách từ ổ đỡ 1 tới bánh răng chủ động : l12 = 12 .l11 = 12 . 130 = 65 (mm)
- Khoảng cách từ bánh đai tới ổ đỡ 1 : l1c =
trong đó : hn - Chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông hn = 20(mm) ,khe hở k3 = 15(mm), lmc1 = (1,2 ÷1,5).d1 = (1,2÷1,5).35 = 42 ÷52,5 (mm). Lấy lmc1 = 50 (mm) l1c = (mm). Lấy l1c = 70,5 (mm) 4.3. Tính tốn phản lực trên trục 4.3.1 Tính phản lực cho trục I - Xác định phản lực trên các gối đỡ
Ta có các phương trình cân bằng lực trên trục I :
ΣFx = - Fd.cos(45°) + Fx10 - Ft1 + Fx11 = 0 ΣFy = Fy10 - Fr1 + Fy11 - Fd.cos(45°) = 0
ΣMx0 = - Fr1.l03 + + Fy11.l01 - Fd.cos(45°).l0c = 0 ΣMy0 = -Fx11.l01 + Fd.cos(45°).l1c + Ft1.l03 = 0
Biểu đồ mô men
Momen tổng, momen uốn tương đương:
Mtd10=0(Nmm)
+Tính đường kính các đoạn trục
Tính đường kính trục tại các tiết diện j theo cơng thức:
trong đó : = 63(Mpa) - ứng suất cho phép của thép 45 chế tạo trục, cho trong bảng 10.5 trang 195 d10=0 d11= d12= d13= +Chọn đường kính các đoạn trục
Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :
{d10= d11=30 (mm) d12=26 (mm) d13= 32 (mm)
4.3.2 Tính chọn then
- Xác định mối ghép then cho trục 1 lắp bánh răng d13= 32 (mm), chọn then
bằng tra bảng 9.1a[1](trang 173) Ta có :
- Chiều rộng then : b = 10 (mm) - Chiều cao then : h = 8 (mm)
- Chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 5 (mm) - Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2 = 3,3 (mm)
- Chiều dài then: lt = (0,8÷0,9).lmc1= (0,8 ÷ 0,9).50 = 40÷45 (mm) Theo dãy tiêu chuẩn chiều dài then ta chọn lt = 40 (mm)
+ Kiểm nghiệm then
Ứng suất dập và ứng suất cắt :
Với bảng B9.5Tr178[1] và Tr174[1] ta có: dạng lắp cố định, vật liệu may-ơ bằng thép và chế độ tải trọng tĩnh làm việc êm.
Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt
- Xác định mối ghép then cho trục lắp bánh đai d12=26 (mm), chọn then bằng
tra bảng 9.1a[1](trang 173)
Ta có :
- Chiều rộng then : b = 8 (mm) - Chiều cao then : h = 7 (mm)
- Chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 4 (mm) - Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2 = 2,8 (mm)
- Chiều dài then: lt = (0,8÷0,9).lmc2= (0,8 ÷ 0,9).65= 52÷58,5 (mm) Theo dãy tiêu chuẩn chiều dài then ta chọn lt = 55 (mm)
+ Kiểm nghiệm then
Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt
4.3.3 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi và tĩnh
Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện :
– Hệ số an toàn cho phép:
– lần lượt là hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp
Ta có:
(CT 10.20Tr195[1]) (CT 10.21Tr195[1])
Với là giới hạn mỏi và mỏi xoắn ứng với chu kỳ đối xứng:
và
– Biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j
– Hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi
Tra bảng B10.7Tr197[1] ta được:
– Hệ số xác định theo công thức:
+ – Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt. Tra bảng B10.8Tr197[1] ta được:
+ – Hệ số tang bề mặt trục, vì khơng gia tăng bền nên ta lấy + – Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi chịu uốn và xoắn
- Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp ổ lăn:
M11=50589,40 (Nmm); T11=113771,68(Nmm); dol=d11=30 (mm) Tra bảng 10.6[1](trang 196) với dol=30 mm
Do tiết diện này nằm ở ổ lăn nên tiết diện bề mặt trục lắp có độ dơi ra.Tra bảng 10.11[1](trang 198) nên ta có :
Vậy trục đảm bảo an toàn về độ bền mỏi và đủ bền.
4.4. Tính tốn phản lực trên trục4.4.1 Tính phản lực cho trục II 4.4.1 Tính phản lực cho trục II
4.4.1.1 Trường hợp 1:
- Xác định phản lực trên các gối đỡ
Ta có các phương trình cân bằng lực trên trục II :
ΣFx = - Fkn + Fx20 + Ft2 - Fx21 = 0 ΣFy = - Fy20 + Fr2 + Fy21 = 0 ΣMx0 = - Fr2.l03 + + Fy21.l01 = 0 ΣMy0 = Fx21.l03 – Fkn.l02 - Ft2.l03 = 0
2 20700,49 98448,8 Fx0 Fx1 l13 Mx Y My Z 0 Ft2 Fy1 153544,75 T 3 Fr2 l20 Fa2 99528,6 1 Fkn Fy0 l03 399950 X 35
+Tính mơ men tương đương
Momen tổng, momen uốn tương đương:
Mtd20= = 360086,33 (Nmm)
+Tính đường kính các đoạn trục
Tính đường kính trục tại các tiết diện j theo cơng thức:
trong đó : = 50(Mpa) - ứng suất cho phép của thép 45 chế tạo trục, cho trong bảng 10.5 trang 195 d20= d21 d22= d23= 4.4.1.2 Trường hợp 2: - Xác định phản lực trên các gối đỡ
Ta có các phương trình cân bằng lực trên trục II :
ΣFx = Fkn - Fx20 + Ft2 - Fx21 = 0 ΣFy = - Fy20 + Fr2 + Fy21 = 0 ΣMx0 = - Fr2.l03 + - Fy21.l01 = 0 ΣMy0 = Fx21.l03 + Fkn.l02 - Ft2.l03 = 0
Fy0 399950 X 20700,49 2 l20 Fx1 Mx Y 0 l30 Z Fy1 l13 My 3 Ft2 55096,15 99528,6 Fr2 Fa2 T 98448,8 1 Fx0 Fkn
+Tính mơ men tương đương
Momen tổng, momen uốn tương đương:
Mtd20= = 360086,33 (Nmm)
+Tính đường kính các đoạn trục
Tính đường kính trục tại các tiết diện j theo cơng thức:
trong đó : = 50(Mpa) - ứng suất cho phép của thép 45 chế tạo trục, cho trong bảng 10.5 trang 195 d20= d21 d22= d23= +Chọn đường kính các đoạn trục
Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :
{d20= d21=45 (mm) d22=42 (mm) d23= 48 (mm)
4.4.2 Tính chọn then
- Xác định mối ghép then cho trục 2 lắp bánh răng d23= 48 (mm), chọn then
bằng tra bảng 9.1a[1](trang 173) Ta có :
- Chiều rộng then : b = 14 (mm) - Chiều cao then : h = 9 (mm)
- Chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 5,5 (mm) - Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2 = 3,8 (mm)
- Chiều dài then: lt = (0,8÷0,9).lmc2= (0,8 ÷ 0,9).65 = 52÷58,5 (mm) Theo dãy tiêu chuẩn chiều dài then ta chọn lt = 56 (mm)
Ứng suất dập và ứng suất cắt :
Với bảng B9.5Tr178[1] và Tr174[1] ta có: dạng lắp cố định, vật liệu may-ơ bằng thép và chế độ tải trọng tĩnh làm việc êm.
Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt
- Xác định mối ghép then cho trục lắp khớp nối d22=42 (mm), chọn then bằng
tra bảng 9.1a[1](trang 173)
Ta có :
- Chiều rộng then : b = 12 (mm) - Chiều cao then : h = 8 (mm)
- Chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 5 (mm) - Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2 = 3,3 (mm)
- Chiều dài then: lt = (0,8÷0,9).lm22= (0,8 ÷ 0,9).80= 64÷72 (mm) Theo dãy tiêu chuẩn chiều dài then ta chọn lt = 70 (mm)
+ Kiểm nghiệm then
Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt
4.4.3 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi và tĩnh
Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện :
– Hệ số an toàn cho phép:
– lần lượt là hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp
Ta có:
(CT 10.20Tr195[1]) (CT 10.21Tr195[1])
Với là giới hạn mỏi và mỏi xoắn ứng với chu kỳ đối xứng:
và
Ta có thép 45, Tơi cải thiện,
– Biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j
– Hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi
Tra bảng B10.7Tr197[1] ta được:
– Hệ số xác định theo công thức:
+ – Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt. Tra bảng B10.8Tr197[1] ta được:
+ – Hệ số tang bề mặt trục, vì khơng gia tăng bền nên ta lấy + – Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi chịu uốn và xoắn
- Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp ổ lăn:
M21=98448,8 (Nmm); T21= 399950 (Nmm); dol=d21=45 (mm) Tra bảng 10.6[1](trang 196) với dol=45 mm
Do tiết diện này nằm ở ổ lăn nên tiết diện bề mặt trục lắp có độ dơi ra.Tra bảng 10.11[1](trang 198) nên ta có :
Vậy trục đảm bảo an toàn về độ bền mỏi và đủ bền.
- Kiểm nghiệm tại vị trí khớp nối:
M22=0 (Nmm); T21= 399950 (Nmm); d22=42 (mm) Tra bảng 10.6[1](trang 196) với dol=42 mm
Do tiết diện này nằm ở ổ lăn nên tiết diện bề mặt trục lắp có độ dơi ra.Tra bảng 10.11[1](trang 198) nên ta có :
Ảnh hưởng của rãnh then : Tra bảng B ta có :
Với mm
Tra bảng B với Mpa
Ta có Vậy ta lấy
Thỏa mãn điều kiện bền.
4.5. Chọn ổ lăn
4.5.1 Tính chọn và kiểm nghiệm ổ lăn trục 1
* Thơng số đầu vào: Đường kính đoạn trục lắp ổ: d = d10 =d11 =25(mm)
4.5.1.1. Chọn ổ lăn trục 1
- Ta có tải trọng hướng tâm tác dụng lên 2 đầu trục: +Vị trí ổ lăn 0: + Vị trí ổ lăn 1: + Lực dọc trục ngoài: Fat=Fa1= 924,65 (N) => Chọn loại ổ lăn là ổ bi đỡ-chặn.
Tra phụ lục 2.12 trang 263, tập 1, với d=25 mm ta được thơng số
Kí hiệu d(mm) D(mm) b(mm) r(mm) r1(mm) C(kN) Co(kN)
46306 30 72 19 2.0 1.0 25,60 18,17
- Chọn cấp chính xác cho ổ là cấp 0. Xét tỉ số => e = 0,36
4.5.1.2. Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn trục 1
Khả năng tải động của ổ Cd được xác định theo CT Cd = Q
Trong đó:
m – bậc của của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m = 3 (ổ bi)
L – tuổi thọ của ổ (triệu vịng quay)
L = 60×n×Lh ×10-6 = 60 . 348,21 . 14000. 10-6 = 292,50 (triệu vòng)
Q – tải trọng động quy ước (KW), xác định theo CT
Q = (XVFr + YFa)ktkd Trong đó:
Fa và Fr – tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục tác dụng lên ổ. V – hệ số kể đến vòng nào quay, V =1 (vòng trong quay)
kt – hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, kt = 1 khi nhiệt độ 150OC kd – hệ số kể đến đặc tính của tải trọng, lấy kd = 1 (theo B)
X ,Y – hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục.
- Xác định lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra ở trên ổ lăn: Fs0 = e . Fr0 = 0,36 . 1436,85 = 517,27 (N)
Fs1 = e . Fr1= 0,36. 2661,70 = 958,21(N)
+ Tổng ngoại lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn [1] và [0]:
Fa10 = Fs11 - Fa1 = 958,21 - 924,65 =33,56 (N) Fa11 = Fs10 + Fa1 = 517,27 + 924,65 = 1441,92(N) + Lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 1 và 0:
Fa0 = Max (Fa10 , Fs10 ) = 517,27 (N) Fa1 = Max (Fa11 , Fs11 ) = 1441,92(N)
Xét tỷ số kết hợp tra bảng B ta có:
Tải trọng động quy ước trên các ổ:
Q11 = (X1 .V.Fr11 + Y1 .Fa11).kt .kđ
= (1.1. + 0.354,66).1.1 =2661,7(N) Q10 = (X0.V.Fr10 + Y0.Fa10).kt.kđ
= (0,45. 1 1436,85 + 1,46517,27).1.1 = 80(N) Vì Q1 > Q0 nên ta chỉ cần kiểm nghiệm cho ổ lăn 1
Q = max (Q0 ,Q1) = 2556,492(N)
Khả năng tải động của ổ lăn:
=.17668,56 < C=25,6 kN(thoả mãn)
Như vậy hai ổ lăn đảm bảo khả năng tải động.
4.5.1.3. Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn trục 1
Theo công thức: 11.18[1]
221 ta có: Qt ≤ C0 trong đó:
Qt:tải trọng tĩnh quy ước kN
Theo công thức (11.19 và 11.20-[1]): Qt=X0.Fr+Y0.Fa
Hoặc Qt=Fr
X0,Y0: là hệ số tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục.Tra bảng (11.6-[1]),ta được:
Tải trọng tĩnh tương đương tác dụng vào từng ổ: Qt0 = X0 . Fr0 + Y0 . Fa0 = 0,5.+ 0,47. 517,27= 961,54 (N) Hoặc Qt0= Fr0 = (N) Lấy Qt0= (N) Qt1 = X0 . Fr1 + Y0 . Fa1 = 0,5 . + 0,47. 1441,92= 2008,55(N) Hoặc Qt1= Fr1 = (N) Lấy Qt1= (N)
Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:
Qt = max( Qt0 , Qt1) = (N) => Qt=2,6617 kN < C0= 17,9 kN (thỏa mãn ) Vậy ổ thỏa mãn điều kiện bền khi chịu tải trọng động và tải trọng tĩnh
4.5.2 Tính chọn và kiểm nghiệm ổ lăn trục 2
4.5.2.1. Chọn ổ lăn trục 2
+Vị trí ổ lăn 0: + Vị trí ổ lăn 1: + Lực dọc trục ngoài: Fat=Fa2= 924,65 (N) => Chọn loại ổ lăn là ổ bi đỡ-chặn.
Tra phụ lục 2.12 trang 263, tập 1, với d=45 mm ta được thơng số
Kí hiệu d(mm) D(mm) b(mm) r(mm) r1(mm) C(kN) Co(kN)
36209 45 85 19 2.0 1.0 32,30 25,0
- Chọn cấp chính xác cho ổ là cấp 0. Xét tỉ số => e = 0,343
4.5.2.2 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn trục 2
Khả năng tải động của ổ Cd được xác định theo CT Cd = Q
Trong đó:
m – bậc của của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m = 3 (ổ bi)
L – tuổi thọ của ổ (triệu vòng quay)
L = 60×n×Lh ×10-6 = 60 . 80.23 . 14000. 10-6 = 67,3 (triệu vòng)
Q – tải trọng động quy ước (KW), xác định theo CT
Q = (XVFr + YFa)ktkd Trong đó:
Fa và Fr – tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục tác dụng lên ổ. V – hệ số kể đến vòng nào quay, V =1 (vòng trong quay)
kt – hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, kt = 1 khi nhiệt độ 150OC kd – hệ số kể đến đặc tính của tải trọng, lấy kd = 1 (theo B)
X ,Y – hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục.
- Xác định lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra ở trên ổ lăn: Fs0 = e . Fr0 = 0,343 . 3905,85 = 1339,70 (N)
Fs1 = e . Fr1= 0,343. 905,48 = 310,58(N)
+ Tổng ngoại lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn [1] và [0]:
Fa20 = Fs21 + Fa2 =310,58 + 924,65 =1235,14 (N)
Fa21 = Fs20 - Fa2 = 1339,70 – 924,65 = 415,05(N)
+ Lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 1 và 0: Fa0 = Max (Fa20 , Fs20 ) = 1339,70 (N) Fa1 = Max (Fa21 , Fs21 ) = 415,05(N)
Xét tỷ số kết hợp tra bảng B ta có:
Tải trọng động quy ước trên các ổ:
Q21 = (X1 .V.Fr21 + Y1 .Fa21).kt .kđ
= (0,45.1. + 1,01.415,05).1.1 =909,33(N) Q20 = (X0.V.Fr20 + Y0.Fa20).kt.kđ
= (1. 1 + 1339,70).1.1 = (N)
Vì Q1 Q0 nên ta chỉ cần kiểm nghiệm cho ổ lăn 2
Q = max (Q0 ,Q1) = 4296,43(N)
Khả năng tải động của ổ lăn:
=.17476,28 < C=32,3 kN(thoả mãn)
Như vậy hai ổ lăn đảm bảo khả năng tải động
4.5.2.3 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn trục 2
Theo công thức: 11.18[1]
221 ta có: Qt ≤ C0 trong đó:
Qt:tải trọng tĩnh quy ước kN
Theo công thức (11.19 và 11.20-[1]): Qt=X0.Fr+Y0.Fa
Hoặc Qt=Fr
X0,Y0: là hệ số tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục.Tra bảng (11.6-[1]),ta được:
Tải trọng tĩnh tương đương tác dụng vào từng ổ: Qt0 = X0 . Fr0 + Y0 . Fa0 = 0,5.+ 0,47. 1235,14= 2533,44 (N) Hoặc Qt0= Fr0 = (N) Lấy Qt0= (N) Qt1 = X0 . Fr1 + Y0 . Fa1 = 0,5 . + 0,47. 415,05= 647,81(N) Hoặc Qt1= Fr1 = (N) Lấy Qt1= (N)
Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:
Qt = max( Qt0 , Qt1) = (N) => Qt=0,905 kN < C0= 17,9 kN (thỏa mãn ) Vậy ổ thỏa mãn điều kiện bền khi chịu tải trọng động và tải trọng tĩnh
PHẦN 5: THIẾT KẾ KẾT CẤU5.1. Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và một số chi tiết 5.1. Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và một số chi tiết
5.1.1 Vỏ hộp giảm tốc
Cơng dụng: Đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận máy,
tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng dầu bôi trơn