Chương 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC MÁY
2.4: Tính toán động học cho máy
2.4.3 Tính các thông số trên trục
2.4.3.4 Bảng kết quả tính
Bảng 2.2: Kết quả tính toán động học của máy Trục
Thông số Động cơ Trục I Trục II
Tỷ số truyền u I = 5 I = 2
Số vòng quay v/ph 1450 290 145
Công suất kW 1,5 1,42 1,3
Mômen xoắn N.mm 9879 46762 85620
2.4.4 Thiết kế bộ truyền
2.4.4.1 Thiết kế bộ truyền đai thang:
1. chọn loại đai. Giả thiết vận tốc của đai v>5m/s, có thể dùng loại đai A hoặc B (Bảng 5-13). Ta tính theo cả hai phương án và chọn phương án nào có lợi hơn.
Tiết diện đai A B
Kích thước tiết diện đai a x h(mm) 13 x 18 17 x 10.5
Diện tích tiết diện F (mm2) 81 138
2. Định đường kính bánh đai nhỏ. Theo bảng 5-14 lấy
D1, mm 140 200
Kiểm nghiệm vận tốc của đai:
V= 𝜋.1460.𝐷1
60.1000 ≈ 0.0746D1 m/s 10.7 15.3
V<Vmax= (30 ÷ 35) m/s
3. Tính đường kính D2 của bánh lớn
D2 = 5(1-0.02)D1 = 4.9D1 mm 445 636 Lấy theo tiêu chuẩn (bảng 5-15) D2 450 630 Số vòng quay thực n2 của trục bị dẫn :
N2 = (1-0.02).1450 D1
𝐷2 ≈ 1431 D1
𝐷2vg/ph 445 454
N1 sai lệch ít so với yêu cầu
Tỉ số truyền = n1/n2 3.28 3.22
DUT.LRCC
4. Chọn sơ bộ khoảng cách trục A theo bảng 5 – 16
A ≈ D2 mm 450 520
5. Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A
Sơ bộ công thức (5-1) 1880 2637
Lấy L theo tiêu chuẩn (5-12) 1900 2650
Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong 1 giây U=𝑣
𝐿 5.6 5.8
Đều nhỏ hơn Umax = 10
6. xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài
đai đã lấy theo tiêu chuẩn (công thức 5-2) 460 637 Khoảng cách A thỏa mãn điều kiện 5-19
Khoảng cách nhỏ nhất để cần thiết mắc đai
Amin = A-0.015L mm 432 597
Khoảng cách lớn nhất cần thiết để tạo lực căng
A max = A+0.03L mm 517 717
7. Tính góc ôm ∝1[công thúc (5-3)] 142o 142o Góc ôm thỏa mãn điều kiện ∝1≥120o
8. Xác định số đai Z cần thiết. Chọn ứng suất căng ban đầu 𝜎o = 1.2 N/mm2 và theo trị số D1 tra bảng 5-17 tìm được ứng suất có ích cho phép [𝜎p]o N/mm2
Các hệ số 1.7 1.74
Ct (tra bảng 5-6) 0.9 0.9
Ca (tra bảng 5-18) 0.89 0.89
Cv (tra bảng 5-19) 1 0.94
Số đai tính theo công thức (5-22) 4.6 1.9
Lấy số đai Z 2 1
9. Định các kích thước chủ yêu của bánh đai Chiều rộng bánh đai [công thức (5-23)]
B=(Z-1)t+2S 84 45
Đường kính ngoài cùng của bánh đai [công thức (5-24)]
Bánh dẫn
Dn1=D1+2c 147 210
DUT.LRCC
Bánh bị dẫn
Dn1=D1+2c 457 640
Các kích thước t, S và c xem bảng 10-3 10. Tính lực căng ban đầu S0[công thứ (5-25)]
Và lực tác dụng lên trục R [công thức (5-26)]
S0=𝜎0F, N 97 166
R = 3 S0Zsin∝
2 , N 1380 940
Kết luận chọn đai B
2.4.4.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn.
Dữ liệu đầu vào: ubr = 2; T1 = 85620 Nmm; n1 = 145 vg/ph
Vì bộ truyền bánh răng ở đây là bộ truyền kín được bôi trơn tốt nên dạng hỏng chủ yếu là tróc rỗ bề mặt răng. Do đó, ta tiến hành tính toán thiết kế theo ứng suất tiếp xúc.
1. Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn. Chọn thép 40Cr được tôi cải thiện. Theo bảng 6.13 [1] độ rắn của thép 40Cr là HB 180 ÷ 350
Để bộ truyền bánh răng có khả năng chạy mòn tốt thì độ rắn của bánh dẫn H1 và bánh bị dẫn H2 phải theo quan hệ: H1 ≥ H2 + (10 ÷ 15) HB
Do đó, đối với bánh dẫn chọn độ rắn trung bình HB1 = 250, đối với bánh bị dẫn chọn độ rắn trung bình HB2 = 228.
2. Ứng suất uốn cho phép
Tính ứng suất uốn cho phép theo công thức [𝜎]u=𝜎−1
𝑛.𝑘Kn trong đó: 𝜎 − 1 là giới hạn mỏi của vật liệu n Hệ số an toàn
k hệ số tập trung ứng suất Kn hệ số chu kỳ ứng suất uốn Bánh răng nhỏ
Hệ số an toàn của bánh răng nhỏ n=1.5 Hệ số tập trung ứng suất k=1.8
Giới hạn mỏi của thép 𝜎-1=0,42.550 =231 N/mm2 d
DUT.LRCC
[𝜎]u2 =𝜎−1
𝑛.𝑘Kn= 231
1,8.1,8=71.29 N/mm2 3. chọn sơ bộ hệ số tải trọng
K=1.4
4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng = 0.3 5. Chiều dài nón L
L≥ √𝑖2 + 1 . √[ 1,05.106
(1−0,5.Ψ𝐿).𝑖.[𝜎]𝛼]2 𝐾 .𝑁
0.85.Ψ𝐿.𝑛2
3
≥55
6. Tính vận tốc vòng chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng V=𝜋.𝑑𝑡𝑏.𝑛1
60.1000 = 2𝜋𝐿(1−0.5Ψ𝐿)𝑛1
60.1000.√𝑖2+1
= 2.3,24.179,03.(1−0,5.0,3).340,95
60.1000.√2.742+1 = 1.86 (m/s) 7. Tính chính xác hệ số tải trọng K và chiều dài nón L
Hệ số tải trọng K được xác định theo công thức
K = Ktt.Kđ = 1.1,45 = 1,45 khác với dự đoán trên là 1.4 Tính lại chiều dài nón L=Lsb√ 𝐾
𝐾𝑠𝑏
3 = 55√1.45
1.4
3 = 56 mm 8. Xác định modun và số răng
Modun: ms=(0.02….0.03)L (mm) Lấy Ms=0.02L(mm)
= 0.02.181=3 Số răng bánh dẫn Z1= 2𝐿
𝑚𝑠√𝑖2+1 = 2.181
3√22+1=16 lấy Z1 =16 răng Ta có
Z2 = i.Z1=2.16 = 32 lấy Z2 =32 răng Tính chính xác chiều dài nón
L=0,5.ms.√𝑍12+ 𝑍22 = 0.5.3.√162 + 322 = 55 Chiều dài răng
B=ΨL. L
= 0,3.55 = 25 lấy b= 25 Modun trung bình
DUT.LRCC
Mtb=ms.𝐿−0,5𝑏
𝐿 = 2.5mm
9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng Điều kiện F1 =
1 1 1
. . . 85 , 0
. . . . 2
m tm
F F
d m b
Y Y Y K
T
[F1]
F2 =F1.
1 2 F F
Y
Y [F2]
trong đó: mtm modun phap trung bình B chiều rộng vành răng
Dm1 đường kính trung bình của bánh chủ động Y𝜀 hệ số trùng khớp của răng
Y𝛽 hệ số kể đến độ nghiêng của răng YF1 YF2 hệ số dạng răng
KF hệ số tải trọng khi tính về uốn KF = KF KF KFv
KFv = 1 +
F F
m F
K K T
d b
. . 2
. .
1
1
F = F.g0.v.
u u dm( +1)
= 0,016.56.3,5.
93 . 3
) 1 93 , 3 ( 88 ,
70 +
= 29,6.
KFv = 1 +
1 . 25 , 1 . 60480 . 2
88 , 70 . 02 , 41 . 6 ,
29 = 1,57.
KF = 1,25.1.1,57 = 1,96.
F1 =
88 , 70 . 625 , 2 . 02 , 41 . 85 , 0
54 , 3 . 1 . 559 , 0 . 96 , 1 . 60480 .
2 = 72 Mpa.
F2 = 54 , 3
14 , 4 .
72 = 84 Mpa.
F1 = 72 Mpa < [F1] = 288 Mpa.
F2 = 84 Mpa < [F2] = 247 Mpa.
Hai bánh răng thỏa mãn về độ bền uốn
DUT.LRCC
10. Kiểm nghiệm về bánh răng quá tải
khi làm việc bánh răng có thể quá tải, với hệ số quá tải Kqt = Tmax/T = 2,2 Kiểm nghiệm về răng quá tải dựa vào ứng suất tiếp xúc cực đại và ứng suất uốn cực đại
Hmax = H. Kqt [H]Max
H = 470 Mpa.
[H]Max = 2,8.ch = 2,8.580 = 1624 Mpa.
HMax = 470. 2,2 = 697 < [H]Max
FMax = F.Kqt [F]Max
FMax = 84.2,2 = 184,8 Mpa.
[F]Max = 0,8.ch = 0,8.450 = 360 Mpa.
FMax < [F]Max
Bộ truyền thỏa mãn với điều kiện quá tải
Bảng 2.3 Xác định các kích thước hình học
Thông số Kí hiệu Công thức
Chiều dài côn ngoài Re Re = 0,5.mte. Z12 +Z22 = 164,08 Chiều rộng vành răng B b = Kbe.Re = 41,02
Chiều dài côn trung bình Rm Rm = Re – 0,5.b = 143,57 Đường kính vòng chia ngoài de de1 = mte.Z1 = 60
de2 = mte.Z2 = 150 Góc côn chia 1 = arctg (Z1/Z2) = 14,290
2 = 900 - 1 = 75,710 Chiều cao răng ngoài he he = 2.hte.mte + c = 6,6
Víi hte = cos m = 1 c = 0,2.mte = 0,6
Chiều cao đầu răng ngoài hae hae1 = (hte + xn1.cosm).mte= 4,14 Víi xn1 = x1 = 0,38
hae2 = 2.hte.mte - hae1 = 1,86 Chiều cao chân răng ngoài hfe hfe1 = he – hae1 = 2,46
DUT.LRCC
hfe2 = he – hae2 = 4,74 Đường kính đỉnh răng ngoài dae dae1 = de1 + 2.hae1.cos1 = 55
dae2 = de2 + 2.hae2.cos2 = 120 Đường kính đỉnh trung bình dm dm1 = (1 - 0,5.b/Re).de1 = 60
dm2 = (1 - 0,5.b/Re).de2 = 130 Modun vòng trung bình mtm mtm = mte.Rm/Re
= mte.(1 – 0,5.Kbe) = 2,625
Modun pháp trung bình mnm mnm = (mte.Rm/Re).cosm
= {mte – b/(Z1 + Z2)}.cosm = 2,625