DO AN CH TIẾT MÁY HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG TRỤ THẲNG 2 cấp

DO AN CH TIẾT máy 2 cấp BÁNH RĂNG TRỤ THẲNG, CÙNG VẬT LIỆU, BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT

Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế hộp giảm tốc cho hệ thống dẫn động băng

tải.Hộp giảm tốc sử dụng bánh răng trụ gồm hai cấp nhanh và chậm, đợc thiết kế theo sơ đồ phân đôi trên cấp nhanh Động cơ điện thông qua bộ truyền đai truyền chuyển động lên trục I Và trục III đợc lắp khớp nối để truyền chuyển động qua băng tải Các trục quay nhờ hệ thống ổ lăn đợc tính toán và chọn mua ngoài thị tr- ờng.

Các công thức và bảng để tính toán thiết kế đợc tra trong quyển “Tính Toán Thiết

Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí ” _tập 1,2 của PGS.TS.Trịnh Chất – TS.Lê Văn Uyển và

“Dung sai và lắp ghép” của PGS.TS Ninh Đức Tốn

kW v F

8 , 0 6800 1000

.

kW v

F

+ 21 2 2

ol d br ol

k   



  : tích số các hiệu suất thành phần:

+ k= 1 : hiệu suất của nối trục đàn hồi

+ ol1 = 0,993 : hiệu suất của hai cặp ổ lăn trục 2 và 3

+ br = 0,97 : hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ

+ d= 0,96 : hiệu suất của bộ truyền đai

+ ol2= 0,98 : hiệu suất của cặp ổ lăn trục vào

t

t T

T

1 2

1



 T1: Công suất lớn nhất trong các công suất tác dụng lâu dài trên máy

 Ti : Công suất tác dụng trong thời gian ti

-8

4 7 , 0 8

4 1

2

1

2 1 2

T t

t T

T

 Công suất trên trục của động cơ điện là:

) ( 38 , 5 873

, 0

44 , 5 8631 , 0

2) Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ điện:

 Số vòng quay đồng bộ của động cơ điện đợc tính theo công thức:

c ct

 h d

c u u u

.

8 , 0 60000

, 31 67 , 43

c u u

 Trong đó:

+ u h : tỷ số truyền của hộp giảm tốc

+ u d : tỷ số truyền của đai dẹt

 Ta có:

63 , 32 67 , 43

n

n u

 Chọn sơ bộ u d = 2,24

 Suy ra:

57 , 14 24 , 2

63 , 32

u

u u

 Phân hộp giảm tốc thành 2 cấp với:

 Cấp nhanh : tỷ số truyền u1

 Cấp chậm : tỷ số truyền u2

 Chọn phơng pháp phân phối tỷ số truyền để HGT có khối lợng nhỏ nhất

11 , 4 57

, 14 7332 , 0

7332 ,

0 0 , 6438 0 , 6438

u

55 , 3 11 , 4

57 , 14

TÝnh l¹i:

-24 , 2 55 , 3 11 , 4

63 , 32 2

u

u c d

, 4

16 , 636

78 , 154

 C«ng suÊt t¸c dông lªn trôc III:

) ( 73 , 4 993 , 0 1

7 , 4

1

P

ol k

73 , 4

10 , 5

2

P P

ol d

-) ( 76561 16

, 636

10 , 5 10 55 ,

, 154

91 , 4 10 55 ,

, 43

73 , 4 10 55 ,

42 , 5 10 55 ,

-Phần II

Thiết kế chi tiết các bộ truyền

I Thiết kế bộ truyền ngoài: bộ truyền đai dẹt

Với điều kiện làm việc êm,vận tốc trục động cơ ở mức trung bình (1425 v/ ph) ta chọn loại đai vải cao su Б-800 Đai vải cao su có đặc tính : bền, dẻo,

ít bị ảnh hỏng của độ ẩm và nhiệt độ, đợc dùng khá phổ biến.

 Ta đã chọn tỷ số truyền của bộ truyền đai là :

24 , 2

4 , 6 2 , 5 ( )

4 , 6 2 , 5

01 , 0 1 (

24 , 2 180 ) 1 (

 : hệ số trợt  = 0,01

ud : tỷ số truyền của bộ truyền đai ud = 2,24

 Chọn theo tiêu chuẩn d2 = 400 mm

 Kiểm tra lại số vòng quay thực tế của bánh đai lớn:

84 , 634 400

180 1425 )

01 , 0 1 ( )

1 (

2

1 1



d

d n

400 180 ( 2 ) (

) 1160 4 (

) 180 400 ( 2

) 400 180 ( 14 , 3 1160 2 )

4 (

) (

2

) (

2

2 2

1 2 2 1

mm

a

d d d d a

v dc

60000

1425 180

14 , 3 60000

) 110 8 2480 2480

(

110 2

) 180 400 ( 2

) (

2480 2

) 400 180 ( 14 , 3 3391 2

) (

4

) 8 (

2 2

1 2

2 1

2 2

mm a

d d

d d l

1 2

10 , 1235

57 ) 180 400 ( 180 57 ) (



a

d d



 Diện tích tiết diện đai dẹt đợc tính toán từ chỉ tiêu về khả năng kéo của

đai

 F

d

t K F b

+ Kđ : hệ số tải trọng động+ F : ứng suất có ích cho phép

 Xác định lực vòng :

87 , 403 42

, 13

42 , 5 1000

nhằm hạn chế ứng suất uốn sinh ra trong đai

và tăng tuổi thọ làm việc cho đai Tra bảng 4.8 :

-40 1

max 1

18040

1 

k ; k2  10

Suy ra F0  2 , 5  10  4 , 5 180  2 , 25 (MPa)

 Cα – hệ số kể đến ảnh hởng của góc ôm  1 trên bánh nhỏ đến khả năngkéo của đai :

97 , 0 ) 9 4 0 169 180 ( 003 , 0 1 ) 180 ( 003 , 0

2 , 1 87 , 403

0 0

mm C

C C

K F K

F b

v F

d t F

d t

b

 Với  0  1 , 8MPa ta tính đợc lực căng ban đầu :

) ( 405 50 5 , 4 8 , 1

405 2 ) 2 / sin(

Vật liệu Nhiệt luyện b(MPa) ch(MPa) Độ rắn HBBánh chủ động Thép 45 Tôi cải thiện 850 580 241285Bánh bị động Thép 45 Tôi cải thiện 750 450 192240

, 2 4

, 2

2 30 230 13 , 97 10 30

N HO

6 3

3

3

max 1

1 3

max 2

10 25 , 112 8

4 7 , 0 8

4 1 18000 11 , 4 / 16 , 636 1 60

/

/ 60 60

u n c t

n T

T c

N

 Vì NHE2 > NHO2 nên KHL2 = 1

Suy ra NHE1>NHO1 nên KHL1 = 1

 Theo bảng 6.2, với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn 180 … 350 :

702

lim 0

H H

 Với cấp chậm dùng răng thẳng tính đợc

6 4

, 2 4

, 2

2 30 230 13 , 97 10 30

N HO

6 3

3

3

max 1

1 3

max

10 62 , 31 8

4 7 , 0 8

4 1 18000 55 , 3 / 78 , 154 1 60

/

/ 60 60

u n c t

n T

T c

N

 Vì NHE2 > NHO2 nên KHL2 = 1

Suy ra NHE1>NHO1 nên KHL1 = 1

Do đó HH2  481 , 82 (MPa)

 ứ ng suất uốn cho phép:

 Khi tính sơ bộ lấy YRYSKxF = 1 , ứng suất uốn cho phép F đợc xác địnhtheo công thức (6.2a):

F

o F

- NFO = 4.106 (đối với tất cả các loại thép khi thử uốn)

6 6

6

6

max 1

1 max

2

10 42 , 93 8

4 7 , 0 8

4 1 18000 11 , 4 / 16 , 636 60

/

/ 60 60

T

T t

u n c t

n T

T c

N

F

 (ở đây, mF = 6 vì HB  350, bánh răng có mặt lợn chân răng đợcmài)

Vì NFE2 > NFO nên KFL2 = 1

2 1

1  FE  4 , 11 93 , 42 10  383 , 94 10

FE u N N

1 1 414

) ( 252 75

, 1

1 1 441

 ứ ng suất cho phép khi quá tải:

 Theo công thức (6.13), ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải là:

MPa MPa

MPa MPa

Bộ truyền bánh trụ răng nghiêng (cấp nhanh) :

Momen xoắn trên 1 cặp bánh răng phân đôi :

5 , 38280 2

 Với bánh răng trụ răng nghiêng, dựa vào bảng 6.5: Ka1 = 43 (MPa1/3)

 Giá trị của ba1 : ta chọn ba1 = 0,15

 Từ đó suy ra:

1 0,5 1 ( 1 1) 0,5.0,15.(4,11 1) 0,383

bd ba u

 Vậy theo bảng 6.7, ứng với sơ đồ 3, HB < 350, tra đợc KH1 = 1,047

 Thay vào công thức tính khoảng cách trục ta có:

1 1

3 3

w w

Bộ truyền bánh trụ răng thẳng (cấp chậm) :

Momen xoắn trên trục : T 2 302949 (Nmm)

Số vòng quay của trục : n2 = 154,78(v/ph)

 Theo công thức (6.15a), ta có khoảng cách trục aw2 là:

2 2 3

 Với bánh răng trụ răng nghiêng, dựa vào bảng 6.5: Ka2 = 49,5 (MPa1/3)

 Giá trị của ba2= 0,30,5 (bảng 6.6), ta chọn ba2 = 0,5

 Từ đó suy ra:

2 0,5 2 ( 2 1) 0,5.0,5.(3,55 1) 1,1375

bd ba u

- Vậy theo bảng 6.7, ứng với sơ đồ 7, HB < 350, tra đợc KH2 = 1,037

 Thay vào công thức tính khoảng cách trục ta có:

2 2

3 3

w w

319,89

1,3715 1,3

233, 24

w w

d

Để đảm bảo bôi trơn, ta thay đổi khoảng cách trục của cả 2 bộ truyền, cụ thể:

1 2

150( ) 200( )

w w

241, 29( ) 312,09( ) 312,09

1, 29 1,3

241, 29

w w w w

d d





thỏa mãn điều kiện về bôi trơn

w a z

 Tính lại góc  : .( 1 2) 2.(24 98)

2. w 2.150

m z z a

-0 35,580 35 34 48

H H

M H

d u b

u K T Z Z

1 1

1

1 ( 1 ) 2

 Đờng kính vòng lăn bánh nhỏ :

1 1

b H

 K H : hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

 K H: hệ số tính đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộngvành răng khi tính về tiếp xúc Tra theo bảng 6.7, với bd = 0,383 và sơ đồ

3, ta đợc KH = 1,047

 Vận tốc vòng:

 Với v = 1,95 (m/s), tra bảng 6.13, chọn cấp chính xác 9.

 KH : hệ số tính đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răngkhi tính về tiếp xúc Tra bảng 6.14 với v = 1,95 m/s, CCX 9 : KH = 1,13

 KHv : hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính

về tiếp xúc :

Tra bảng 6.15 H  0 , 002, tra bảng 6.16 g o  73

1 1 1

/ 0,002.73.1,95 150 / 4,08 1,726 1, 726.0,15.150.58,71

2 2.38280,5.1,047.1,13 1,13.1,047.1,00 1,18

H H o w

H w w Hv

H H

H H H HV

g v a u

b d K

c) Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

 Để đảm bảo độ bền uốn, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không đợc vợtquá một giá trị cho phép Theo công thức (6.43) và (6.44):

Trong đó:

38280,5(Nmm)

 

 21

2 1 2

1 1

1 1

1

2

F F

F F F

F w

w

F F

F

Y Y

m b d

Y Y Y K T

 KF: hÖ sè t¶i träng khi tÝnh vÒ uèn:

Fv F F

1 1 1

/ 0,006.73.1,95 150 / 4,08 5,179 5,179.22,5.58,71

2 2.38280,5.1,10.1,37

F F o w

F w w Fv

F F

g v a u

b d K

F F F

T K Y Y Y

d b m MPa

F

F F F

- 2

89,55.3,60

89,06 3,62

Vậy bộ truyền cấp nhanh vừa thiết kế đảm bảo về độ bền uốn

d) Kiểm nghiệm răng về quá tải :

 Theo (6.48) với  max  1 , 4

29,30 ( 1) 3(3,55 1)

w a z

 TÝnh l¹i kho¶ng c¸ch trôc a w2:

1 2 2

z ) ( 2 1

] = 0,5 [0,696 - (103 29) 0,67

132

] = 0,16

vµ hÖ sè dÞch chØnh b¸nh r¨ng 2:

x2 =xt – x1 =0,696 – 0,075 = 0,536Theo (6.27) gãc ¨n khíp

w

z m a



H H

M H

d u b

u K T Z Z

1 2

2

1 ( 1 ) 2

b H

 K H : hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

 K H: hệ số tính đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộngvành răng khi tính về tiếp xúc Tra theo bảng 6.7, với bd = 1,1375 và sơ

 Với v = 0,712 (m/s), tra bảng 6.13, chọn cấp chính xác 9

 KH : hệ số tính đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răngkhi tính về tiếp xúc Tra bảng 6.14 với v = 0,712 m/s, CCX 9 : KH = 1,13

/ 0, 006.73.0,712 200 / 3,55 2,34 2,34.0,5.200.87,91

2 2.302949.1,037.1,13 1,13.1,037.1,029 1, 21

H H o w m

H w w Hv

H H

H H H HV

g v a u

b d K

1 55 , 3 21 , 1 302949

2 868 , 0 71 , 1 274

) 1 ( 2

2

2 1 1

1 1

MPa

d u b

u K T Z Z Z

w w

H H

M H

c) Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

 Để đảm bảo độ bền uốn, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không đợc vợtquá một giá trị cho phép Theo công thức (6.43) và (6.44):

Trong đó:

302949(Nmm)

2 1 2

1 1

1 1

1

2

F F

F F F

F w

w

F F

F

Y Y

m b d

Y Y Y K T

1 1 1

/ 0,016.73.0,712 200 / 3,55 6, 242 6, 242.100.87,91

2 2.302949.1, 07.1,37

F F o w

F w w Fv

F F

g v a u

b d K

F F F

w w

T K Y Y Y

d b m MPa

F

F F F

72,61.3,52

72,08 3,546

Víi m = 3 mm, YS = 1,08 - 0,0965ln(3) = 0,974; YR = 1; KxF = 1 , theo (6.2)

vµ (6.2 a), ta tÝnh l¹i chÝnh x¸c F1 vµ F2 :

Vậy bộ truyền cấp nhanh vừa thiết kế đảm bảo về độ bền uốn.

d) Kiểm nghiệm răng về quá tải:

 Theo (6.48) với max 1 , 4

Vật liệu hay dùng cho thiết kế, chế tạo trục ở các hộp giảm tốc thờng là thép

45 thờng hoá Tra bảng 6.1 về cơ tính của một số vật liệu, ta đợc : b =600(MPa) ; [] = 15 30 MPa

Theo (10.9) đờng kính trục thứ k với k =1 3 : dk =

] [ 2 , 0

5 , 38280 15

2 ,

302949 30

2 ,

1036045 30

2 ,

Khoảng cách lki trên trục thứ k từ gối đỡ 0 đến chi tiết quay thứ i nh sau:

-l12 = -lc12 = 0,5(lm12 + b01) + k3 +hn= 0,5(30 + 17) + 8 + 20= -51,5 mmLấy l12 = 52 mm

l13 = 0,5(lm13 + b01) + k1 +k2 = 0,5(35 + 17) + 10+ 10 = 46 mm

l22 = 0,5(lm22 + b02) + k1 +k2 = 0,5(35 + 23) + 10 + 10 = 49 mm

l23 = l22 + 0,5 (lm22 + lm23)+ k1 = 49 +0,5(35 + 100) + 10 = 126,5 mm Lấy l23 = 127

) ( 403 sin

, 58

5 , 38280 2 2

F

w t

) ( 56 , 717 8133

, 0

1096 , 24 05

, 1304

1

1 2

t r





) ( 82 , 932 4

35 05 ,

1 2

F a  a  t      

) ( 1304 1304

1 1 29

29 1

, 0

1096 , 24 1304

35 0 13

14

F x  x 

) ( 718

14

F y  y  

-) ( 933

, 120 2

29 , 241 2

2

24 22

24

r    w   w      

) ( 44 95 , 43 2

91 , 87 2

) ( 718

24

F y  y 

) ( 933

24

F z   z 

) ( 6842 91

, 87

302949 2

2 ) 1 ( 1 44

44

23 23

23

2 23

2 23

d

T F

cb cq r

r

F

w t

x               

) ( 2724 0

cos

4 3 21 91

, 87

302949 2

44

44 cos

0 2

F z 

) ( 698

12 N

F y  ; F x12  403 (N)

) ( 1304

24 14

24 14

14

F z   z 

) ( 933

24

F z   z  

) ( 6892

23

F x   x  

) ( 0

32

F z  z 

) ( 2724

23

F y   y 

) ( 3215

F x  

Từ sơ đồ phân tích lực fân tích lực , sử dụng phơng trình mômen và phơngtrình hình chiếu

Xét trong mặt z0y :

1

1 )

( 1

k ki z ki y ly

l r F l F

) ( 1 1

1 ) 205 718 49 718 52 698 ( 1 )

(

11 14 13

12 13 14 12

l l F l F l F

) ( 9 , 122 718 718 698 9 , 860 ) ( 11 12 13 14

F ly  ly  y  y  y     

-) ( 5 , 1221 254

1 ) 205 1304 49

1304 52

403 ( 1 )

(

11 14 13

12 13 14

12

l l F l F l F

) ( 5 , 1789 1304

1304 403

5 , 1221 )

1 ) 205 718 49 718 127 2724 ( 1 )

(

21 24 22

23 22 24

23

l l F l F l F

) ( 644

1304 6892

1304 2

24 23 22 21

F lx  lx  x  x  x    

Trôc III :

) ( 1362 2

2724 2

32 30

127 6892 338

3215

.

.

31

32 33

33 32

l

l F l F F

l F l F l

F lx   x  x  lx  x  x   

) ( 23 , 4509 3215

6892 23

, 832 ) ( 31 32 33

F lx  lx  x  x    

KÕt luËn:

) ( 1794 7

, 1793 );

( 5 , 1789 );

( 9 ,

F ly  lx  lt  

) ( 1494 4

, 1494 );

( 5 , 1221 );

( 9 ,

F ly  lx  lt  

) ( 4793 );

( 4750 );

( 4750 );

( 4509 );

( 832 );

Tính mômen uốn tổng Mj và mômen tơng đơng Mtđj tại các tiết diện j theocông thức :

2 2

xj

yj M M

M ; là mômen uốn trong mặt phẳng y0z và x0z tại tiết diện j

M22 = M24 = 258280 Nmm

Mtđ22 = Mtđ24 = 289680Nmm

M23 = 520120 Nmm ; Mtđ23 = 536410 Nmm

M21 = 0 Nmm ; Mtđ21 = 0 NmmTrục III : M30 = 0 Nmm ; Mtđ30 = 0 Nmm

tdj j

-Dựa theo đờng kính các tiết diện trục vừa tính đợc và chiều dài tơng ứng, chú ý

đến cả tính công nghệ (đảm bảo độ chính xác và dễ gia công) và yêu cầu lắpghép (dễ tháo lắp và cố định các chi tiết trên trục) ta chọn đờng kính tiếtdiện trục :

Trục I : d12 = 22 ; d10 = 25 ;

d13 = 28 ; d14 = 28 ; d11 = 25 Trục II : d20 = 30 ; d22 = 36 ;

d23 = 45 ; d24 = 36 ; d21 = 30Trục III : d30 = 65 ; d32 = 70 ;

Các trục của hộp giảm tốc quay với chiều không thay đổi, ứng suất uốn thay

đổi theo chu kì đối xứng Do đó

j

j j aj

oj

j j aj

mj

W

T

2 2

-Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục III:

Dựa vào kết cấu và biểu đồ momen tơng ứng có thể thấy tiết diện nguy hiểmcần kiểm tra độ bền là :

Trục I : tiết diện 12 ; 10 ; 13

Trục II : tiết diện 22 ; 23

Trục III : tiết diện 32 ; 31 ; 33

Kích th ớc then , mômen cản uốn và mômen cản xoắn ứng với các tiết diện trục

- Không sử dụng phơng pháp hoá bền cho trục -> Ky = 1

- Tra bảng 10.12 , áp dụng trong trờng hợp sử dụng dao phay ngón,vật liệu có

-Kết quả tính toán hệ số an toàn đối với các tiết diện của 3 trục

Tiết diện d l m l t b x h t 1 T (N.mm) d (MPa) c

Kết luận : [s] = 1,5 2,5 nên cả 3 trục đảm đều đảm bảo an toàn

Ta tiến hành kiểm tra mối ghép then bằng về độ bền dập theo (9.1) và độ bền cắt theo (9.2) Kết qủa tính toán thu đợc nh sau :

Kết quả tính kiểm nghiệm độ bền then đối với các tiết diện của 3 trục

Tiết diện d l m l t b x h t 1

T (N.mm) d (MPa) c

Trên cơ sở đặc điểm làm việc của ổ ta chọn sơ bộ loại ổ:

ổ bi đỡ 1 dãy cỡ nhẹ kí hiệu 205 (theo GOST 8338 – 75) có :

Đờng kính vòng trong : d = 25 mm

Đờng kính vòng ngoài : D = 52 mm

Khả năng tải tĩnh : C o = 7,09 kN

b Chọn cấp chính xác cho ổ lăn:

Chọn cấp chính xác bình thờng (cấp chính xác 0).

c Kiểm tra khả năng chịu tải của ổ

Khả năng tải động của ổ đợc tính theo công thức :

m

d Q L

C 

trong đó : Q – tải trọng động quy ớc , kN

L – tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

m – bậc của đờng cong mỏi khi thử ổ lăn, m = 3 đối với ổ bi.

05 , 687 10

16 , 636 60 18000 10

60

6 6

0 794 , 1 1 1 ( ).

.

.

ở đây :

- F r và F a là tải trọng hớng tâm và tải trọng dọc trục (kN)

- V : hệ số kể đến vòng quay Vì vòng trong quay nên V = 1;

- k t : hệ số kể đến ảnh hởng của nhiệt độ Lấy k t = 1 với nhiệt độ làm việc  < 105 0

- k đ : hệ số kể đến đặc tính tải trọng Tra theo bảng 11.3 với HGT công suất nhỏ, tải trọng tĩnh, không va đập.

- X : hệ số tải trọng hớng tâm

- Y : hệ số tải trọng dọc trục.

Vì F a = 0 -> e = 0 => X = 1, Y = 0

) ( 83 , 15 05 , 687 794 ,

b Chọn cấp chính xác cho ổ lăn:

Chọn cấp chính xác bình thờng (cấp chính xác 0).

c Kiểm tra khả năng chịu tải của ổ

 Khả năng tải động của ổ đợc tính theo công thức :

m

d Q L

C 

trong đó : Q – tải trọng động quy ớc , kN

L – tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

m – bậc của đờng cong mỏi khi thử ổ lăn, m = 10/3 đối với ổ bi.

16 , 167 10

78 , 154 60 18000 10

60

6 6

V

- F r : tải trọng hớng tâm (kN)

- V : hệ số kể đến vòng quay Vì vòng trong quay nên V = 1;

- k t : hệ số kể đến ảnh hởng của nhiệt độ Lấy k t = 1 với nhiệt độ làm việc  < 105 0

- k đ : hệ số kể đến đặc tính tải trọng Tra theo bảng 11.3 với HGT công suất nhỏ, tải trọng tĩnh, không va đập.

)(26,2216,167.793,

 Kiểm tra khả năng tải tĩnh :