4.1.3.3.2. Tính đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm
Tính moment uốn tổng cộng tại các tiết diện.
- Mu(3-2) = = = 633084 (Nmm) Tính moment tương đương tại các tiết diện.
- Mtđ(3-2) = = 182136,8304 (Nmm)
-Mtđ(3-3) = = 1751089,546 (Nmm)
Tính đường kính tại các tiết diện
- d(3-2) - d(3-3) Vậy ta chọn d = 69,01 (mm) = 70,4877 (mm) (3-1) = 75 (mm) ; d(3-2) = 75 (mm) d(3-3) = 75 (mm) ; d(3-4) = 70 (mm)
4.1.4. Chọn và kiểm nghiệm then
Chọn then bằng kiểu I có đầu trịn. Công thức kiểm nghiệm sức bền dập.
= Công thức kiểm nghiệm sức bền cắt.
= Trong các công thức trên:
- Mx: moment xoắn cần truyền (Nmm).
- d: đường kính trục (mm)..
- l: chiều dai then (mm).
- b: chiều rộng then (mm).
- t: biểu thị phần then lắp trong rãnh của trục và rãnh của mayơ (mm). Theo bảng 7-20 và 7-21 [1], lắp với mayo thép, ta có:
= 100 (N/mm2)
= 87 (N/mm2) Tính ở trục I tiết diện (1-1):
Ta có:
Mx = 171489,2192 (Nmm)
l = 0,8.52,5 = 42 (mm) (bằng 0,8 0,9 chiều dài mayơ lấy theo tiêu chuẩn) Từ d = 32 (mm) từ bảng 7-23 [1] ta được:
b = 10 (mm) h = 8 (mm) t = 4,5 (mm)
= = = 56,71 (N/mm2)
Vậy thỏa điều kiện.
= = = 25,52 (N/mm2
) Vậy (thỏa điều kiện)
Bảng 4.2: Tổng hợp các thơng số tính ở các tiết diện
Mặt Trục Cắt I 1-1 1-3 II 2-2 2-3 III 3-2 3-4 Vậy tất cả các then điều thỏa mãn điều kiện.
4.1.5. Tính kiểm nghiệm độ bền trục và tính chính xác trục 4.1.5.1. Kiểm nghiệm trục theo hệ số an tồn
Trong đó:
- Hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng suất pháp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
=
- Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp.
= Trong các công thức trên:
- và : là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng. Có thể lấy gần đúng:
(0,4 0,5 ). (0,2 0,3 ).
- và : là biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện của trục. =
=
- và : là trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp, là thành phần không đổi trong chu kỳ ứng suất.
= =
Do tất cả các trục của hộp giảm tốc đều quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng:
= = = ; =0
= = = 0 Theo bảng 7-3a [1] vì trục có then nên:
W =
W0 =
- và : là hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền mỏi:
= và =
Lấy = 0,1 ; = 0,05 vì thép cacbon trung bình.
- và : là hệ số kích thước xét đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi lấy theo bảng 7-4 [1]
- và : hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn tra bảng từ bảng 7-6 đến bảng 7-13 [1].
- Hệ số tăng bền bề mặt trục = 1 không dùng biện pháp tăng bền.
- [n] = 1,5 2,5 hệ số an tồn cho phép.
Vì thiết kế, trên trục ở mỗi tiết diện có lắp các chi tiết tiết máy đều gắn vào đó 1 then nên có thể tra thơng số W và Wo theo bảng 7-3b [1].
4.1.5.2. Kiểm nghiệm trục khi quá tải đột ngột
Khi quá tải đột ngột trục có thể bị gãy hoặc biến dạng dẻo quá lớn, điều kiện đảm bảo trục làm việc bình thường:
= 0,8
Trong đó:
=
- Mu max: là moment uốn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải.
- Mx max: là momnet xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải.
- : là giới hạn chảy của vật liệu làm trục. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tính cho tiết diện 1-2 với đường kính trục d(1-2) = 35 (mm) lắp với then. Kiểm nghiệm độ bền mỏi:
Theo bảng 7-2 [1] với thép 45 ta có 600 (N/mm2) ta tra được = 63 (N/m2) (0,4 0,5 ). = 0,4.600 = 250 (N/mm2) (0,2 0,3 ) = 0,2.600 = 140 (N/mm2) Ta có: W = 3660 (mm3) và W0 = 7870 (mm3) tra bảng 7-3b [1]; Mu = 105439,133 (Nmm), Mx = 171489,2192 (Nmm) = = = = 28,8085 (N/mm2) = = = 21,7902 (N/mm2) Lấy = 0,1 ; = 0,05 vì thép cacbon trung bình.
Hệ số tăng bền bề mặt trục = 1; không dùng biện pháp tăng bền.
Theo bảng 7-12 [1], áp suất trên bề mặt lắp có độ dơi giữa trục và vịng trong của ổ lăn lắp theo kiểu trung gian cấp 4 (T4) có p > 30 (N/mm2) nên tra theo bảng 7-10
[1] thì ra được = 2,5.
Ta có thể xác định theo cơng thức:
=1+0,6
Thay các trị số tìm được vào cơng thức tính và :
= = = 3,3377
= = = 1,9391
n = = = 1,6767
Hệ số an toàn cho phép [n] lấy bằng 1,5 2,5, Vậy thỏa điều kiện độ bền mỏi. Kiểm nghiệm độ bền tĩnh
Mu max = 105439,133 (Nmm) là moment uốn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải.
Mx max = 171489,2192 (Nmm) là moment xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải.
= 300 (N/mm2) (thép 45 thường hóa) là giới hạn chảy của vật liệu làm trục.
= = 24,5922 (N/mm2)
= = 19,9987 (N/mm2)
= = = 42,4808 (N/mm2)
0,8 = 0,8.300 = 240 (N/mm2) Vậy thỏa điều kiện bền tĩnh.
Tính cho tiết diện 1-3 với đường kính trục d(1-3) = 40 (mm) lắp với ổ lăn. Kiểm nghiệm độ bền mỏi:
Theo bảng 7-2 [1] với thép 45 ta có 600 (N/mm2) ta tra được = 63 (N/m2).
(0,4 0,5 ). = 0,4.600 = 250 (N/mm2) (0,2 0,3 ) = 0,2.600 = 140 (N/mm2)
Ta có: W = 5510 (mm3) và W0 = 11790 (mm3) tra bảng 7-3b [1]; Mu = 257400,6538 (Nmm), Mx = 171489,2192 (Nmm)
= = = = 46,7152 (N/mm2)
= = = 14,5453 (N/mm2) Lấy = 0,1 ; = 0,05 vì thép cacbon trung bình.
Hệ số tăng bền bề mặt trục = 1; không dùng biện pháp tăng bền. Chọn các hệ số , , , :
Theo bảng 7-4 [1] lấy = 0,85; = 0,73
Theo bảng 7-8 [1], tập trung ứng suất thực tế tại rãnh then = 1,63 ; = 1,75
Thay các trị số tìm được vào cơng thức tính nσ và nτ:
= = = 2,6524 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
= = = 3,9330
n = = = 2,1991
Hệ số an toàn cho phép [n] lấy bằng 1,5 2,5, vậy thỏa điều kiện độ bền mỏi. Kiểm nghiệm độ bền tĩnh.
Mu max = 257400,6538 (Nmm) là moment uốn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải.
Mx max = 171489,2192 (Nmm) là moment xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải.
= 300 (N/mm2) (thép 45 thường hóa) là giới hạn chảy của vật liệu làm trục.
= = 13,3976 (N/mm2)
= = = 46,4333 (N/mm2)
0,8 = 0,8.300 = 240 (N/mm2) Vậy thỏa điều kiện bền tĩnh.
Bảng 4.3: Kết quả tính tốn Trục Tiết Diện 1-1 I 1-2 1-3 II 2-2 2-3 3-2 III 3-3 3-4 4.2. Chọn ổ lăn 4.2.1. Chọn ổ cho trục I
Với các số liệu sau:
n = 365 (vòng/phút), tuổi thọ Lh = 12000 (h), đường ngõng trục d = 35 (mm). Tải trọng tác dụng lên các ổ:
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A:
RA = = = 4142,5827 (N)
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B:
RB = = = 1200,3984 (N)
Lực dọc trục: Pa1 = 854,5837 (N)
C = Trong đó:
- Q: tải trọng tương đương (daN).
- n: số vòng quay của ổ (vòng/phút).
- h: thời gian phục vụ (giờ).
Dự kiến chọn ổ bi đỡ chặn vì trục có lực dọc trục.
Đối với ổ đỡ chặn, dưới tác động của lực hướng tâm, trên ổ xuất hiện các lực dọc trục thành phần Si:
Si = Trong đó:
- : góc nghiêng tính tốn của con lăn, trị số cho trong bảng tiêu chuẩn của
ổ bảng 17P [1]. Dự kiến chọn trước góc = 16o (kiểu 36000).
Vì vậy, khi tính tải trọng Q tương đương của ổ đỡ chặn cần kể cả lực dọc trục thành phần Si. Lực dọc trục tác dộng vào ổ bằng tổng đại số các lực dọc trục thành phần Si và ngoại lực dọc trục A.
Q = Trong đó:
- R: tải trọng hướng tâm (tổng phản lực ở gối đỡ) (daN).
- At: tải đại số các lực dọc trục (daN). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- m: hệ số chuyển tải trọng dọc dục về tải trọng hướng tâm m = = 1,3413.
- Kt: hệ số tải trọng động, theo bảng 8-3 [1] Kt = 1,1 .
- Kn: hệ số nhiệt độ, theo bảng 8-4 [1] Kn = 1.
P a1 RA RB S A SB Hinh 4.6: Sơ đồ chọn ổ trục I
Lực dọc trục tác động vào ổ A , B do lực hướng tâm R gây ra :
SA = 1,3.RA.tan = 1,3.4142,5827.tan16o = 1544,2264 (N) SB = 1,3.RB.tan = 1,3.1200,3984.tan16o = 447,4713 (N) Tổng lực chiều dọc trục theo hình 4.6:
At = SA – Pa1 – SB = 1544,2264 - 854,5837 - 447,4713 = 242,1714 (N) Như vậy lực At hướng về gối trục bên phải. Lực dọc trục chỉ tác dụng lên gối B, nên ta tính ổ cho gối B rồi chọn cho gối A tương tự.
Q = (1.1200,3984 + 1,3413.242,1714).1.1,1 = 1677,7452 (N) = 167 (daN) Tra bảng 8-7 [1] giá trị (nh)0,3 = 98 ứng với h = 12000 (giờ) và n = 365 (vòng/phút).
C = 167.98 = 16366
Tra bảng 17P, ứng với d = 35 (mm) lấy ổ cỡ nhẹ có ký hiệu 36207, Cbảng = 33000, đường kính ngồi của ổ D = 72 (mm), chiều rộng ổ B = 17 (mm)
Ổ lăn của gối đỡ A lấy cùng cỡ như trên.
4.2.2. Chọn ổ cho trục II
Với các số liệu sau:
n = 102,8169 (vòng/phút), tuổi thọ Lh = 12000 (h), đường ngõng trục d = 50 (mm).
Tải trọng tác dụng lên các ổ:
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A:
RC = = = 6430,9290 (N)
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B:
RD = = = 6947,2015 (N)
Hệ số khả năng làm việc C của ổ lăn theo cơng thức 8-1 [1]: C =
Trong đó:
- Q: tải trọng tương đương (daN)
- n: số vòng quay của ổ (vòng/phút)
- h: thời gian phục vụ (giờ)
Dự kiến chọn ổ bi đỡ chặn vì trục có lực dọc trục.
Đối với ổ đỡ chặn, dưới tác động của lực hướng tâm, trên ổ xuất hiện các lực dọc trục thành phần Si:
Si = Trong đó:
- : góc nghiêng tính tốn của con lăn, trị số cho trong bảng tiêu chuẩn của
ổ bảng 17P [1]. Dự kiến chọn trước góc = 16o (kiểu 36000).
Vì vậy, khi tính tải trọng Q tương đương của ổ đỡ chặn cần kể cả lực dọc trục thành phần Si. Lực dọc trục tác dộng vào ổ bằng tổng đại số các lực dọc trục thành phần Si và ngoại lực dọc trục A. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Q = Trong đó:
- R: tải trọng hướng tâm (tổng phản lực ở gối đỡ) (daN).
- At: tải đại số các lực dọc trục (daN).
- m: hệ số chuyển tải trọng dọc dục về tải trọng hướng tâm m = = 1,3413.
- Kt: hệ số tải trọng động, theo bảng 8-3 [1] Kt = 1,1 .
- Kn: hệ số nhiệt độ, theo bảng 8-4 [1] Kn = 1.
R
Cy
SC
Lực dọc trục tác động vào ổ C, D do lực hướng tâm R gây ra :
SC = 1,3.RC.tan = 1,3. 6430,9290.tan16o = 2391,2510 (N) SD = 1,3.RD.tan = 1,3. 6947,2015.tan16o = 2589,7014 (N) Tổng lực chiều dọc trục theo hình 4.7:
At = SC – Pa1 – SD = 2391,2510 - 854,5837 - 2589,7014 = -1053,0341 (N) Như vậy lực At hướng về gối trục bên trái. Vì lực hướng tâm ở hai gối trục gần bằng nhau, nên ta chỉ tính đối với gối trục bên trái (ở đấy lực Q lớn hơn) và chọn ổ cho gối trục này, còn gối trục kia lấy ổ cùng loại.
Q = (1.2589,7014 + 1,3413.1053,0341).1.1,1 = 4402,3496 (N) = 440 (daN) Tra bảng 8-7 [1] giá trị (nh)0,3 = 67 ứng với h = 12000 (giờ) và n = 102,8169 (vòng/phút).
C = 440.67 = 29480
Tra bảng 17P, ứng với d = 50 (mm) lấy ổ cỡ nhẹ có ký hiệu 36210, Cbảng = 54000, đường kính ngồi của ổ D = 90 (mm), chiều rộng ổ B = 20 (mm).
4.2.3. Chọn ổ cho trục III
Với các số liệu sau:
n = 32,6145 (vòng/phút), tuổi thọ Lh = 12000 (h), đường ngõng trục d = 75 (mm).
Tải trọng tác dụng lên các ổ:
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ E:
RE = = = 3546,6945 (N)
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ F:
RF = = = 6029,3807 (N)
C = Trong đó:
- Q: tải trọng tương đương (daN)
- n: số vòng quay của ổ (vòng/phút)
- h: thời gian phục vụ (giờ)
Dự kiến chọn ổ bi một dãy vì trục khơng có lực dọc trục chỉ có lực vịng. Tải trọng tương đương đối với ổ bi đỡ một dãy được xác định theo cơng thức 8-2 [1].
Q = Trong đó:
- R: tải trọng hướng tâm (tổng phản lực ở gối đỡ) (daN). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- A: tải trọng dọc trục (daN) ở đây khơng có lực dọc trục nên A = 0.
- m: hệ số chuyển tải trọng dọc dục về tải trọng hướng tâm, theo bảng 8-2 [1] m = 1,5.
- Kt: hệ số tải trọng động, theo bảng 8-3 [1] Kt = 1 .
- Kn: hệ số nhiệt độ, theo bảng 8-4 [1] Kn = 1.
- Kv: hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay, theo bảng 8-3 [1] Kv = 1.
Hinh 4.8: Sơ đồ chọn ổ trục III
Tính theo gối đỡ F vì có lực RF lớn hơn, do đó:
Q = 1.6029,3807.1.1,1 = 6632,3188 (N) = 663 (daN)
Tra bảng 8-7 [1] giá trị (nh)0,3 = 48 ứng với h = 12000 (giờ) và n = 32,6145 (vòng/phút).
Tra bảng 14P, ứng với d = 75 (mm) lấy ổ cỡ trung vừa có ký hiệu 3115, Cbảng = 46000, đường kính ngồi của ổ D = 115 (mm), chiều rộng ổ B = 20 (mm).
Bảng 4.4: Tổng hộp lại các thơng số ổ lăn
Trục Ký hiệu
I 36207
II 36210
III 115
4.3. Tính tốn nối trục
Nối trục được dùng để nối cố định các trục, chỉ khi nào dừng máy, tháo nối trục thì các trục mới rời nhau.
Moment tính tốn của khớp nối được tính theo cơng thức 9-1 [1]:
Trong đó:
- K: là hệ số tải trọng.
- Mx: là moment xoắn của trục III.
- Mt: là moment xoắn tính tốn.
= 2311438,201 (Nmm)
4.3.1. Chon loại nối trục
Hình 4.9: Nối trục vịng đàn hồi
Vật liệu của nối trục vịng đàn hồi có thể chọn gang CH21- 40; vật liệu chế tạo chốt: thép 45 thường hóa.
Nối trục vịng đàn hồi cấu tạo đơn giản, dể chế tạo và giá rẻ.
Dựa vào moment xoắn tính tốn ta có các kích thước chủ yếu của nối trục vòng đàn hồi được tra theo bảng 9-11 trang 234 [1]:
Bảng 4.5: Thông số nối trục đàn hồi (mm)
Mt d (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(Nm)
2311 70
4.3.2. Kiểm nghiệm ứng suất dập của vòng đàn hồi
Điều kiện sức bề dập của vịng đàn hồi tính theo cơng thức 9-22 [1]:
= ≤
Trong đó:
- Z: số chốt.
- D0: đường kính vịng trịn qua tâm các chốt.
- d0: đường kính lổ lắp chốt bộc vịng đàn hồi.
- dc: đường kính chốt (hình 9-13).
- lv: là chiều dài tồn bộ của vịng đàn hồi.
- : ứng suất dập cho phép của vòng cao su lấy = 3 (N/mm2)
= = 2,3792 (N/mm2) ≤ = 3 (N/mm2)
(Thỏa mãn điều kiện)
Điều kiện về sức bền uốn của chốt tính theo cơng thức 9-23[1]:
= ≤
Trong đó:
- lc: chiều dài chốt.
- : ứng suất uốn cho phép của chốt lấy = 80 (N/mm2).
= = 47,2535 N/mm2 ≤ = 80 (N/mm2)
-
CHƯƠNG V
THIẾT KẾ VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ, DUNG SAI
LẮP GHÉP 5.1. Thiết kế vỏ hộp
Bảng 5.1: Thông số vỏ hộp giảm tốc đúc
STT Tên gọi Biểu Thức
1. Chiều dày: Thân hộp,
δ Nắp hộp, δ 1 2. Gân tăng cứng: Chiều dày, e Chiều cao, h Độ dốc 3. Đường kính: Bulơng nền, d1 Bulơng cạnh ổ, d2 Bulơng ghép bích nắp và thân, d3 Vít ghép nắp ổ, d4 Vít ghép nắp cửa thăm, d5 4. Mặt bích ghép nắp và thân: Chiều dày bích thân hộp, S3
Chiều dày bích nắp hộp, S4 Bề rộng bích nắp và thân, K3 5. Kích thước gối trục: Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ = 0,03.A + 3 = 0,03.265 + 3 = 10,9 (mm) lấy = 11 (mm) = 0,9.δ = 9,9 (mm) lấy = 10 (mm) e = (0,8 1) = 8,8 (mm) h < 58 khoảng 2° d1 > 0,04.A + 10 = 20 (mm) d2 = (0,7 0,8)d1 = 16 (mm) d3 = (0,8 0,9)d2 = 14 (mm) d4 = (0,60 ,7)d2 = 12 (mm) d5 = (0,5 0,6)d2 = 8 (mm) S3 = (1,4 1,8)d3 = 22 (mm) S4 = (0,9 1)S3 = 22 (mm) K3 = K2 - (3 5) = 45 (mm) K2=E2+R2+(3 5)=48
STT Tên gọi Biểu Thức (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
K2
Tâm lỗ bulông cạnh ổ: E2 và C (k là khoảng cách từ tâm bulông đến mép lỗ)
Chiều cao h
6. Mặt đế hộp:
Chiều dày: khi khơng có phần lồi S1
Bề rộng mặt đế hộp, K1 và q
7. Khe hở giữa các chi tiết: Giữa bánh răng với thành trong hộp
Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp
Giữa mặt bên các bánh răng với nhau 8. Số lượng bulông nền Z (mm) E2 1,6d2 = 25 (mm) R2 1,3d2 = 20 (mm) C D3/2 = 58 (mm) (trục 1) h xác định theo kết cấu, phụ thuộc tâm lỗ bu lơng và kích thước mặt tựa S1 (1,3 1,5)d1 = 30 (mm) K1 3d1 = 60 (mm) q K1 + 2 = 82 (mm) ( 1 1,2) = 13 (mm) ( 3 5) = 44 (mm) = 11 (mm) Z = (L+ B)/(200 300) = 6 L = 750 và B = 378,5
Bảng 5.2: Kích thước gối trục dính với thân hộp
STT 1. 2. 3. D1 - đường kính trong; 5.2. Các chi tiết phụ 5.2.1. Chốt định vị
Mặt ghép giữa nắp và thân nằm trong mặt phẳng chứa đường tâm các trục, lỗ