PBL 1 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG ĐỀ TÀI HỘP GIẢM TỐC KIỂU 2 CẤP CÓ CẤP NHANH PHÂN ĐÔI 2 MỤC LỤC PHẦN 1 THIẾT KẾ 4 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẦU ĐỀ ĐỒ ÁN, CÁC LOẠI HỘP GIẢM TỐC 4 A GIỚ.
THIẾT KẾ
A GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP GIẢM TỐC
Hộp giảm tốc là thiết bị thiết yếu trong các máy móc cơ khí, có chức năng chuyển đổi vận tốc ban đầu thành nhiều vận tốc khác nhau ở đầu ra, tùy thuộc vào công dụng của máy Thiết bị này giúp giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ đến máy móc công tác, tạo thành một tổ hợp biệt lập.
➢ Có nhiều loại hộp giảm tốc và được phân chia theo từng đặc điểm riêng biệt :
❖ Loại truyền động: Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng, hộp giảm tốc bánh răng nón, răng nghiêng, hộp giảm tốc trục vít-bánh răng,…
❖ Số cấp: hộp giảm tốc một cấp, hai cấp hay nhiều cấp
❖ Vị trí tương đối giữa các trục trong không gian: hộp giảm tốc đặt nàm nghiêng, nằm ngang, hay thẳng đứng,…
❖ Đặc điểm của sơ đồ động: hộp giảm tốc triển khai, hộp giảm tốc đồng trục,…
B CÁC LOẠI HỘP GIẢM TỐC
I Hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp:
➢ Hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp gồm 2 loại:
• Hộp giảm tốc bánh răng nón thẳng ( 𝑖 < 3 )
• Hộp giảm tốc bánh răng nghiêng ( 𝑖 ≤ 5 )
Hai loại hộp giảm tốc này dùng để truyền công suất bé hoặc trung bình
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẦU ĐỀ ĐỒ ÁN, CÁC LOẠI HỘP GIẢM TỐC 4 A GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP GIẢM TỐC
CÁC LOẠI HỘP GIẢM TỐC
I Hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp:
➢ Hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp gồm 2 loại:
• Hộp giảm tốc bánh răng nón thẳng ( 𝑖 < 3 )
• Hộp giảm tốc bánh răng nghiêng ( 𝑖 ≤ 5 )
Hai loại hộp giảm tốc này dùng để truyền công suất bé hoặc trung bình
Hình 2.3 Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng Hình 2.4 Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp nằm ngang [1] nón một cấp thẳng đứng [1]
Hiệu suất cao với khả năng truyền tải công suất đa dạng, tuổi thọ dài và hoạt động ổn định, dễ sử dụng Phạm vi công suất, tốc độ và tỷ số truyền rất phong phú.
Hộp giảm tốc nhiều cấp có tải trọng phân bố không đồng đều trên các ổ trục, do đó cần chọn ổ trục theo phản ứng lớn nhất Điều này dẫn đến kích thước và trọng lượng của hộp giảm tốc trở nên khá lớn.
- Khó bôi trơn các bộ phận trong hộp giảm tốc, trọng lượng hộp giảm tốc lớn, trong quá trình làm việc gây ra tiếng ồn
II Hộp giảm tốc bánh răng trụ tròn hai cấp và ba cấp:
1 Hộp giảm tốc đồng trục:
Hình 2.5 Sơ đồ hộp giảm tốc đồng trục [1]
- Bộ truyền cho phép giảm chiều dài của hộp
- Trọng lượng hộp giảm tốc bé
- Chịu tải trọng của cấp nhanh chưa dung hết
- Hạn chế khả năng chọn phương án bố trí kết cấu chung của thiết bị dẫn động
- Khó bôi trơn ổ trục ở giữa hộp
- Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn
Hộp giảm tốc ít được dùng
2 Hộp giảm tốc có cấp phân đôi cấp nhanh:
Hộp giảm tốc có cấp phân đôi cấp nhanh là bộ phận trung gian kết nối động cơ với các chi tiết máy công tác Do động cơ thường có tốc độ quay lớn, trong nhiều trường hợp, tốc độ này không phù hợp với yêu cầu công việc cụ thể Vì vậy, cần thiết phải chế tạo một bộ phận trung gian để giảm tốc độ quay của động cơ, giúp máy móc hoạt động hiệu quả hơn Hộp giảm tốc phân đôi thường được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ.
➢ Hộp giảm tốc có cấp phân đôi cấp nhanh có hai loại:
• Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh:
• Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp chậm:
2.1 Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh: a Cấu tạo
Hộp số có hình dạng như một hình hộp và bên trong chứa các bộ số truyền động, có thể là hình trụ tròn, hình hộp vuông hoặc hình hộp tròn, tùy thuộc vào thương hiệu sản xuất.
Tùy thuộc vào loại hộp giảm tốc, có thể sử dụng trục vít bánh vít, hộp số bánh vít hoặc bánh răng côn để giảm tốc độ của động cơ.
Hộp số giảm tốc 2 cấp sử dụng bánh răng trụ và bánh răng nghiêng cần có cấu tạo bao gồm các cơ cấu như bánh răng nghiêng hoặc bánh răng thẳng Các bánh răng này được lắp ráp ăn khớp với nhau theo một tỷ số truyền động đã được xác định.
Hầu hết các hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp chậm được chế tạo từ các chất liệu chất lượng cao như inox, nhôm, gang, thép và hợp kim nhôm Những chất liệu này không chỉ bảo vệ các bộ truyền động của hộp số khỏi va đập mà còn hạn chế tình trạng ăn mòn và oxi hóa.
- Hộp giảm tốc thường được làm bằng các chất liệu kim loại cứng b Nguyễn lí hoạt động:
Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh là hệ thống bánh răng được thiết kế để ăn khớp chính xác theo mô men và tỷ số truyền, giúp tạo ra số vòng và vận tốc theo yêu cầu của người sử dụng Thiết bị này có chức năng giảm vận tốc góc và tăng mô men xoắn cho động cơ, hoạt động như một bộ máy trung gian giữa động cơ điện và bộ phận làm việc của máy công tác.
Động cơ thường hoạt động với tốc độ cao, trong khi nhu cầu sử dụng thực tế của con người lại yêu cầu tốc độ đầu ra thấp Do đó, hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh là cần thiết để điều chỉnh số vòng quay, giúp đạt được giá trị tốc độ mong muốn.
2.2 Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp chậm: a Cấu tạo:
Hộp số có dạng hình hộp và chứa các bộ truyền động, tương tự như hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh Hộp số này có thể có hình dạng trụ tròn, hình hộp vuông hoặc hình hộp tròn, tùy thuộc vào thiết kế của từng hãng sản xuất.
Hầu hết các hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh được chế tạo từ các chất liệu bền bỉ như inox, nhôm, gang, thép và hợp kim nhôm Những chất liệu này không chỉ bảo vệ các bộ truyền động khỏi va đập từ bên ngoài mà còn hạn chế sự ăn mòn và oxi hóa, đảm bảo độ bền và hiệu suất của hộp số.
Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi nhanh là một cơ cấu truyền động sử dụng phương pháp ăn khớp trực tiếp, với tỷ số truyền động không đổi, tương tự như hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi nhanh.
➢ Trong quá trình hoạt động, hộp giảm tốc sẽ có hai quá trình cơ bản:
• Khi tiến hành giảm tốc cho động cơ thì bánh răng nhỏ sẽ quay 1 vòng còn bánh răng lớn sẽ quay 3 vòng
• Khi tiến hành tăng tốc cho động cơ, bánh răng lớn sẽ quay 1 vòng, bánh răng nhỏ sẽ quay 3 vòng
Hình 2.6 Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp tách đôi [1]
2.3 Ưu điểm và nhược điểm của hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi nhanh và chậm:
- Bộ truyền động làm việc êm
- Sử dụng hết khả năng của vật liệu chết tạo các bánh răng cấp chậm và cấp nhanh
- Truyền động có được công suất lớn
- Lực dọc trục cũng được triệt tiêu
Kết cấu hộp giảm tốc cũng tương đối đơn giản và dễ chế tạo, dễ bôi trơn
- Các bánh răng và ổ được bố trí đối xứng
Trục sẽ chịu được tải tương đối đồng đều
- Chiều rộng của hộp lớn
- Cấu tạo bộ phận ổ tương đối phức tạp
- Số lượng chi tiết và khối lượng gia công tăng
3 Hộp giảm tốc hai cấp và ba cấp khai triển
Hình 2.7 Sơ đồ hộp giảm tốc Hình 2.8 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp khai triển [1] ba cấp khai triển [1]
- Bánh răng không đối xứng gối tựa
- Các ổ trục theo phản ứng lớn nhất => Trọng lượng hộp giảm tốc tăng
III Hộp giảm tốc bánh răng nón-trụ:
• Bánh răng nón: răng thẳng, răng nghiêng, răng xoắn
- Bánh răng trụ: răng thẳng, răng nghiêng
- Hộp giảm tốc bánh răng nón-trụ hai cấp: ( 𝑖 = 8 ÷ 15 )
- Hộp giảm tốc bánh răng nón-trụ ba cấp: ( 𝑖 = 25 ÷ 75 )
Hình 2.9 Hộp giảm tốc bánh răng nón – trụ Hình 2.10 Hộp giảm tốc bánh răng nón – trụ hai cấp nằm ngang [1] hai cấp thẳng đứng [1]
Hình 2.11 Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng nón-trụ ba cấp [1]
- Dùng để truyền công suất-mô men xoắn từ motor đến trục công tác
- Trục vào vuông góc với trục ra
- Giảm tốc độ, tăng mô men xoắn ở trục ra
IV Hộp giảm tốc trục vít:
➢ Hộp giảm tốc trục vít được chia làm 3 loại chính:
• Hộp giảm tốc trục vít có hệ số truyền trong khoảng 𝑖 = 10 ÷ 70
Hình 2.12 Sơ đồ hộp giảm tốc Hình 2.13 Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít đặt dưới [1] trục vít đặt trên [1]
Hình 2.14 Sơ đồ hộp giảm tốc trục bánh vít đặt đứng trục vít đặt cạnh [1]
- Lớp vở làm bằng gang nên cực kì bền trong các môi trường chịu được tải nặng
- Làm việc êm và không ồn
- Có khả năng tự hãm
- Hiệu suất thấp => ít được dùng để truyền công suất lớn
- Cần phải dùng vật liệu giảm ma sát đắt tiền (đồng thanh) để chế tạo bánh vít
V Hộp giảm tốc bánh răng-trục vít, trục vít- bánh răn và trục vít hai cấp:
- Hộp bánh răng- trục vít ( 𝑖 ≤ 150 )
- Hộp trục vít-bánh răng ( 𝑖 = 50 ÷ 130 )
Để giảm kích thước và độ phức tạp của hộp giảm tốc, tỉ số truyền giữa bánh răng và trục vít được giới hạn trong khoảng 𝑖 = 25 ÷ 80, trong khi đó, hộp giảm tốc trục vít hai cấp có tỉ số truyền từ 𝑖 = 150 ÷ 400.
Hình 2.15 Sơ đồ hộp giảm tốc bánh Hình 2.16 Sơ đồ hộp giảm tốc răng – trục vít [1] trục vít- bánh răng [1]
Hình 2.17 Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít hai cấp [1]
VI Hộp giảm tốc bánh răng côn:
Hình 2.18 Bản vẽ hệ thống truyền động với hộp giảm tốc bánh răng côn 1 cấp[3]
- Lực momen mạnh mẽ, tải được nặng, truyền động êm nhờ bánh răng xoắn ốc, độ bền từ 5 tới 10 năm
- Có thể chế tạo được 2 trục ra vận hành 2 cỗ máy cùng lúc
- Giá thường cao hơn hộp giảm tốc loại thường
- Hàng có sẵn mới 100% trên thị trường thường là hiếm khi đủ tỉ số truyền
Trộn xi măng, cán tôn thép, nghiền gỗ, giấy và đất sét để sản xuất gạch, cùng với việc sử dụng băng tải gầu tải và vít tải trong quy trình vận chuyển Ngoài ra, nghiền nhựa để tái chế, ép mỏng vật liệu, và khai thác than, cát cũng là những hoạt động quan trọng Sản xuất thuốc dược liệu, khoan lòng biển để lấy dầu khí, uốn tre và gỗ để làm mỹ nghệ, cùng với máy vắt nước trái cây, đều góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp.
VII Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh
Hình 2.19 Bản vẽ hộp giảm tốc bánh răng hành tinh size 42[4]
Hình 2.20 Bản vẽ hộp giảm tốc bánh răng hành tinh sizse 110 [4]
- Kết nối được với động cơ điện, động cơ thủy lực
Hộp số hành tinh nổi bật với giá thành phải chăng và độ bền vượt trội, thường được sử dụng trong các thiết bị như máy cấp phôi tự động, máy khắc CNC, máy sản xuất và đóng gói, cũng như máy khắc tia laser.
- Giải nhiệt kém do không gian bên trong của nó khá hẹp
- Dùng để phân hủy các chuyển động, thường được sử dụng trong bộ điều khiển của ô tô
- Dùng để truyền động làm giảm tốc với tỷ lệ truyền cực lớn
- Dùng để truyền tải điện năng cao với cấu trúc nhỏ vô cùng gọn nên rất thích hợp sử dụng trong các máy bay
CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ
4 Đặc tính tải trọng: Tải trọng thay đổi, rung động nhẹ
5 Thời gian phục vụ: T = 4,5 năm
Một năm làm việc 290 ngày, một ngày làm việc giờ
TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ
Lấy số liệu từ bảng 2-1 trang 27 TL TKCTM Nguyễn Trọng Hiệp 1999:
Bảng 2-1 Các trị số hiệu suất
Bộ truyền bánh răng trụ thẳng (kín): 𝜂br = 0,97 (3 cặp bánh răn)
Bộ truyền ổ lăn: 𝜂ol = 0,9925 (4 ổ lăn)
3 Công suất cần thiết của động cơ:
Tra bảng 2P trang [321-323] đối với động cơ không đồng bộ ba pha TL TKCTM Nguyễn Trọng Hiệp 1999:
Chọn động cơ sao cho: Ndc.𝜂dc > Nct (4.0,86 > 3,3136374)
Công suất Vận tốc (vg/Ph) Hiệu suất η (%) Mm/Mđm
Dựa vào điều kiện mở máy, nên chọn công suất động cơ điện có tên: AO2-41-4 với:
- Số vòng quay động cơ điện: ndc = 1450 (vòng/phút)
TÍNH PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
Tỷ số truyền động chung: i = n dc n t
Trong đó: nt là số vòng quay của tang nt = 60.1000.V π.D = 60.1000.0,95 π.320 = 56,6989485 (vòng/phút) i = 1450
Tỷ số truyền của bộ truyền đai được ký hiệu là id, trong khi tỷ số truyền của bộ truyền bánh trụ răng nghiêng cấp nhanh là ibn, và tỷ số truyền của bộ truyền bánh trụ răng thẳng cấp chậm được ký hiệu là ibt.
5 = 5,1147333 ih là tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp
Để bôi trơn hiệu quả các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu, ta cần chọn tỷ số truyền in trong khoảng (1,2 ÷ 1,3)ic Từ đó, ta có ih = in.ic = 1,2ic, dẫn đến kết luận rằng ic = √ih.
Thông số trục Động cơ I II III i 25.573667 5 2.4774341 2.06453 n (vòng/phút) 1450 290 117.05659 56.6989
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN (BỘ TRUYỀN NGOÀI, BỘ TRUYỀN TRONG)
I Thiết kế bộ truyền đai thang:
1 Chọn loại và tiết diện đai thang:
• Số vòng quay bánh dẫn: n dc = 1450 (vòng/phút)
Giả sử vận tốc của đai v > 5 m/s, ta có thể dùng loại đai thang loại A:
• Kích thước tiết diện đại a × h(mm) (bảng 5-11): 13 × 8
• Diện tích tiết diện F (mm 2 ): 81
2 Định đường kính bánh đai nhỏ:
Theo bảng 5-14 ta lấy D 1 = 150mm
Kiểm nghiệm vận tốc của đai: v = π.D 1 1460
3 Tính đường kính D 2 của bánh lớn:
Với ξ là hệ số trượt của đai hình thang: ξ ≈ 0,02
Lấy theo tiêu chuẩn (bảng 5-12): D2 = 735 mm
Số vòng quay thực n1 của trục bị dẫn:
Sai số về vòng quay Δn = n I −n 1 n I = 290−290
4 Chọn sơ bộ khoảng cách trục A
Dựa vào bảng 5-16 ta có thể chọn sơ bộ khoảng cách trục A
Vì i = 5 nên ta chọn A = 0,9 D 2 = 0,9.735 = 661,5 mm
5 Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A
6 Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai L
• Khoảng cách A thỏa mãn điều kiện :
• Khoảng cách nhỏ nhất, cần thiết mắc đai
• Khoảng cách lớn nhất, cần thiết để tạo lực bằng
8 Xác định số đai Z cần thiết
• Chọn ứng suất căng bằng ban đầu σ 0 = 1,2 N/mm 2
• Bằng cách tra bảng (5-17) theo trị số D1 ứng suất cho phép
• Số đai tính theo công thức
Ct = 0,9 là hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng (bảng 5-6)
Cv = 1 là hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc (bảng 5-19)
Cα = 0.95 là hệ số xét đến ảnh hưởng đến góc ôm (bảng 5-18)
9 Định các kích thước chủ yếu của bánh đai
• Trong đó kích thước rãnh của đai thang :
• Đường kính ngoài cùng của bánh đai công thức 5-24
10 Lực căng ban đầu 𝐒 𝐨 (công thức 5-25) và lực tác dụng lên trục R
II Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh
1 Các loại vật liệu làm bánh răng
• Bánh nhỏ: thép 45 thường hóa : σ b = 600 N/mm 2 , σ ch = 300 N/mm 2 , HB = 200, phôi rèn (giả thiết đường kính phôi dưới 100mm)
• Bánh lớn : thép 35 thường hóa: σ b = 500 N/mm 2 , σ ch = 260 N/mm 2 , HB = 170, phôi rèn (giả thiết đường kính phôi 100mm – 300mm)
2 Định ứng suất cho phép a Ứng suất tiếp xúc cho phép
- Số chu kì làm việc của bánh lớn :
- Số chu kì làm việc của bánh nhỏ:
N 1 = i II N 2 = 2,47743.25,53 10 7 = 63,25 10 7 Vậy số chu kì làm việc tương đương của bánh nhỏ và bánh lớn đều lớn hơn N 0
• Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:
• Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:
[σ] tx1 = [σ] Notx1 k N1 = 1.2,6.200 = 520 N/mm 2 Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là [σ] tx2 = 442 N/mm 2 b Ứng suất uốn cho phép
- Số chu kì làm việc của bánh lớn :
Số chu kì làm việc tương đương của bánh nhỏ :
Giới hạn mỏi uốn của thép 45 và 35 lần lượt là σ −1 = 0,42.600 = 252 N/mm 2 , σ −2 = 0,42.500 = 210 N/mm 2
• Ứng suất uốn cho phép:
Với hệ số an toàn n = 1,5 và k σ = 1,8 là hệ số tập trung ứng suất ở chân răng
3 Sơ bộ chọn hệ số tải trọng
4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng ψ = b
Trong đó: A, b lần lượt là khoảng cách trục và chiều dài răng
Với θ = 1,25 là hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải tính theo sức bên tiếp xúc của banh răng nghiêng so với bánh răng thẳng
6 Vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng
Chọn cấp chính xác là 9
7 Định chính xác hệ số tải trọng K
Chiều rộng của bánh răng nhỏ b = ψ A A = 0,4.160 = 64 mm Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ : d 1 = 2 A (i II ± 1)= 2.160
Hệ số tập trung trong thực tế : k tt = k ttbang +1
Theo bảng ( 3-14) với độ rắn mặt răng nhỏ hơn 350HB và cấp chính xác 9 ta có thể chọn được hệ số tải trọng động k d = 1,1
K = k tt k d = 1,1.1,1 = 1,21 Vậy hệ số tải trọng thức tế ít khác so với dự đoán (K = 1,3) nên không cần tính lại
8 Xác định môđun, số răng và góc nghiêng của răng m n = (0,01 ÷ 0,02)A = (1,6 ÷ 3,2 ) Chọn mn = 2
• Với bánh răng nghiêng, số răng được tính theo công thức:
- Số răng bánh nhỏ: z 1 = 2 A cos β m n (i II ± 1)= 2.150.0,97
- Tính chính xác góc nghiêng β cos β =(z 2 + z 1 )m n
Chiều rộng bánh răng b thỏa điều kiện b = 60 >2,5m n sin β = 2,5.2 sin 11 0 6′= 25,94
9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng
- Lấy θ” = 1,5 là hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải
• Kiểm nghiệm ứng suất uốn
- Đối với bánh nhỏ: σ u 1 = 19,1 × 10 6 KN y 𝑚 𝑛 2 𝑍 1 𝑛 𝐼 b θ”= 19,1 × 10 6 1,3.3,79135
10 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn
• Ứng suất tiếp xúc cho phép:
• Ứng suất uốn cho phép :
• Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc: σ tx =1,05 × 10 6
Ứng suất tiếp xúc quá tải nhỏ hơn trị số cho phép đối với bánh lớn và bánh nhỏ
• Kiểm nghiệm độ bền uốn:
11 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền
Góc nghiêng β β = 11 0 6′ Đường kính vòng chia (vòng lăn) d 1 = m n Z 1 cos β = 2.42
Chiều rộng bánh răng b = 64 mm Đường kính vòng đỉnh răng D e1 = d 1 + 2m n = 95,719745 mm
D e2 = d 2 + 2m n = 232,28025 mm Đường kính vòng chân răng D i1 = d 1 − 2m n − 2.0,25m n = 86,719745 mm
12 Tính lực tác dụng lên trục
III Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm:
1 Chọn vật liệu làm bánh răn:
• Bánh nhỏ: thép 45 thường hóa : σ b = 600 N/mm 2 , σ ch = 300 N/mm 2 , HB = 200, phôi rèn ( giả thiết đường kính phôi 100mm – 300mm )
• Bánh lớn : thép 35 thường hóa: σ b = 500 N/mm 2 , σ ch = 260 N/mm 2 , HB = 170, phôi rèn ( giả thiết đường kính phôi dưới 100mm )
2 Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi cho phép: a Ứng suất tiếp xúc cho phép :
- Số chu kì làm việc của bánh lớn :
- Số chu kì làm việc của bánh lớn :
Vậy số chu kì làm việc tương đương của bánh nhỏ và bánh lớn đều lớn hơn N 0
• Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:
• Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:
[σ] tx1 = [σ] Notx1 k N1 = 1.2,6.200 = 520 N/mm 2 Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là [σ] tx2 = 442 N/mm 2
28 b Ứng suất uốn cho phép :
- Số chu kì làm việc của bánh lớn :
Số chu kì làm việc tương đương của bánh nhỏ :
Giới hạn mỏi uốn của thép 45 và thép 35 lần lượt là σ −1 = 0,42.600 = 252 N/mm 2 và σ −1 = 0,42.500 = 210 N/mm 2
• Ứng suất uốn cho phép:
Với hệ số an toàn n = 1,5 và k σ = 1,8 là hệ số tập trung ứng suất ở chân răng
3 Sơ bộ hệ thống tải trọng K:
Có thể chọn sơ bộ K = 1,3
4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: ψ A = b
A = 0,4 Trong đó : b,A lần lượt là chiều dài răng, khoảng cách trục
Với θ = 1,25 là hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải tính theo sức bên tiếp xúc của banh răng nghiêng so với bánh răng thẳng
6 Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
Vận tốc vòng : v = 2πAn II
7 Định chính xác hệ số tải K :
• Chiều rộng của bánh răng nhỏ b = ψ A A = 0,4.198 = 79,2 mm => b = 80 mm
• Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ : d 1 = 2 A (i III ± 1)= 2.198
Hệ số tập trung trong thực tế : k tt = k ttbang +1
2 = 1,085 Theo bảng ( 3-14) với độ rắn mặt răng nhỏ hơn 350HB và cấp chính xác 9 ta có thể chọn được hệ số tải trọng động k d = 1,1
K = k tt k d = 1,1.1,1 = 1,21 Vậy hệ số tải trọng thức tế ít khác so với dự đoán (K = 1,3) nên không cần tính lại
8 Xác định môđun, số răng và chiều rộng bánh răng:
• Với bánh răng nghiêng, số răng được tính theo công thức:
9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
• Hệ số răng tương đương :
• Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ :
• Ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn : σ u 2 = σ u 1 y 1 y 2 = 49,80312.0,476
10 Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải tột ngột:
• Ứng suất tiếp xúc cho phép:
• Ứng suất uốn cho phép :
• Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc: σ tx =1,05 × 10 6
Ứng suất tiếp xúc quá tải nhỏ hơn trị số cho phép đối với bánh lớn và bánh nhỏ
• Kiểm nghiệm độ bên uốn:
- Bánh nhỏ: σ uqt1 = 1,8σ u 1 = 1,8.49,80312 = 89,6456216 N/mm 2 < [σ] uqt1
- Bánh lớn: σ uqt2 = 1,8σ u 2 = 1,8 45,8535524 = 82,5363944 N/mm 2 < [σ] uqt2
11 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:
Góc ăn khớp α = 20 0 Đường kính vòng chia d 1 = m n Z 1 = 3.44 = 132 mm d 2 = m n Z 2 = 3.91 = 273 mm Khoảng cách trục
Chiều rộng bánh răng b = 80 mm Đường kính vòng đỉnh D e3 = d 1 + 2m n = 138 mm
D e4 = d 2 + 2m n = 279 mm Đường kính vòng chân D i1 = d 1 − 2m n − 2.0,25m n = 124,5 mm
12 Tính lực tác dụng lên trục :
IV Kiểm tra điều kiện bôi trơn
Hình 3 Mức dầu thấp nhất và cao nhất của HGT 2 cấp nhanh phân đôi
- Đường kính bánh răng lớn cấp nhanh:
- Modun bánh răng cấp nhanh: m n = 2 mm
- Đường kính bánh răng lớn cấp chậm:
- Modun bánh răng cấp chậm: m n = 3 mm
- Khi bánh bị dẫn cấp nhanh được ngâm trong dầu thì chiều cao thấp nhất ngâm trong dầu thỏa điều kiện : h 2 ≥ 10 mm h 2 = 2,25 m n = 2,25.2 = 4,5 mm
- Độ cao mức dầu thấp nhất lấy từ trục x: h 1 Chọn l then = 30mm Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7-11) σ d =2M x dkl ≤ [σ] d N/mm 2
|σ| d = 100 N/mm 2 (bảng 7-20)[1] ứng suất mối ghép cố định, tải trọng tĩnh, vật liệu thép) σ d = 2 M x d k l = 2 124853
26 3,5 30= 91,47 N/mm 2 < [σ] d Kiểm nghiệm sức bền cắt theo công thức (7-12) [1] τ c =2M x dbl ≤ [τ] c Với b = 8 , |τ| c = 87 N/mm 2 (bảng 7-21) [1]; các thông số như trên τ c = σ d = 2 M x d b l=2 124853
+ Để truyền momen và chuyển động từ trục đến bánh răng hoặc ngược lại ta dùng then
+ Đối với trục I có d 13 = d 14 = 36 mm, tra bảng (7 − 23)[1] chọn then có: b = 10; h = 8; t = 4,5; k = 4,2
• Chiều dài mayo lăp với trục: l mayo = 1,4.d 13 = 1,4 36 = 50,4mm
• Chiều dài then: l then = 0,8 l m = 0,8 50,4 = 40,32 mm=> Chọn l then = 42mm Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7-11) σ d =2M x dkl ≤ [σ] d N/mm 2
|σ| d = 100 N/mm 2 (bảng 7-20)[1] ứng suất mối ghép cố định, tải trọng tĩnh, vật liệu thép) σ d = 2 M x d k l = 2 124853
36 4,2 42= 39,32 N/mm 2 < [σ] d Kiểm nghiệm sức bền cắt theo công thức (7-12) [1] τ c =2M x dbl ≤ [τ] c Với b = 10 , |τ| c = 87 N/mm 2 (bảng 7-21) [1]; các thông số như trên τ c = σ d = 2 M x d b l=2 124853
• Đối với trục II: Ở tiết diện (g – g) và (i - i):
+ Để truyền momen và chuyển động từ trục đến bánh răng hoặc ngược lại ta dùng then
+ Đối với trục I có d 22 = d 24 = 45 mm, tra bảng (7 − 23)[1] chọn then có: b = 14; h = 9; t = 5; k = 5
• Chiều dài mayo lăp với trục: l mayo = 1,4.d 22 = 1,4 45 = 63 mm
• Chiều dài then: l then = 0,8 l m = 0,8 63 = 50,4 mm => Chọn l then = 52mm Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7-11) σ d =2M x dkl ≤ [σ] d N/mm 2
|σ| d = 100 N/mm 2 (bảng 7-20)[1] ứng suất mối ghép cố định, tải trọng tĩnh, vật liệu thép) σ d = 2 M x d k l = 2 288852
Kiểm nghiệm sức bền cắt theo công thức (7-12) [1] τ c =2M x dbl ≤ [τ] c Với b = 14 , |τ| c = 87 N/mm 2 (bảng 7-21) [1]; các thông số như trên τ c = σ d = 2 M x d b l =2 124853
+ Để truyền momen và chuyển động từ trục đến bánh răng hoặc ngược lại ta dùng then
+ Đối với trục I có d 23 = 52 mm, tra bảng (7 − 23)[1] chọn then có: b = 16; h = 10; t = 5; k = 6,2
• Chiều dài mayo lăp với trục: l mayo = 1,4.d 23 = 1,4 52 = 72,8 mm
• Chiều dài then: l then = 0,8 l m = 0,8 72,8 = 58,24 mm=> Chọn l then = 60mm Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7-11) σ d =2M x dkl ≤ [σ] d N/mm 2
|σ| d = 100 N/mm 2 (bảng 7-20)[1] ứng suất mối ghép cố định, tải trọng tĩnh, vật liệu thép) σ d = 2 M x d k l = 2 124853
52 6,2 60 = 29,865 N/mm 2 < [σ] d Kiểm nghiệm sức bền cắt theo công thức (7-12) [1] τ c =2M x dbl ≤ [τ] c Với b = 16 , |τ| c = 87 N/mm 2 (bảng 7-21) [1]; các thông số như trên τ c = σ d = 2 M x d b l=2 124853
• Đối với trục III: Ở tiết diện (l – l):
+ Để truyền momen và chuyển động từ trục đến bánh răng hoặc ngược lại ta dùng then
+ Đối với trục I có d 32 = 52 mm, tra bảng (7 − 23)[1] chọn then có: b = 16; h = 10; t = 5; k = 6,2
• Chiều dài mayo lăp với trục: l mayo = 1,4.d 32 = 1,4 52 = 72,8 mm
• Chiều dài then: l then = 0,8 l m = 0,8 72,8 = 58,24 mm=> Chọn l then = 60mm Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7-11) σ d =2M x dkl ≤ [σ] d N/mm 2
|σ| d = 100 N/mm 2 (bảng 7-20)[1] ứng suất mối ghép cố định, tải trọng tĩnh, vật liệu thép) σ d = 2 M x d k l = 2 574114
52 6,2 60= 59,36 N/mm 2 < [σ] d Kiểm nghiệm sức bền cắt theo công thức (7-12) [1] τ c =2M x dbl ≤ [τ] c Với b = 16 , |τ| c = 87 N/mm 2 (bảng 7-21) [1]; các thông số như trên τ c = σ d = 2 M x d b l=2 574114
+ Để truyền momen và chuyển động từ trục đến bánh răng hoặc ngược lại ta dùng then
+ Đối với trục I có d 33 = 48 mm, tra bảng (7 − 23)[1] chọn then có: b = 14; h = 9; t = 5; k = 5
• Chiều dài mayo lăp với trục: l mayo = 1,4.d 33 = 1,4 48 = 67,2 mm
• Chiều dài then: l then = 0,8 l m = 0,8 67,2 = 53,76 mm=> Chọn l then = 54mm Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7-11) σ d =2M x dkl ≤ [σ] d N/mm 2
|σ| d = 100 N/mm 2 (bảng 7-20)[1] ứng suất mối ghép cố định, tải trọng tĩnh, vật liệu thép)
48 5 54 = 88,6 N/mm 2 < [σ] d Kiểm nghiệm sức bền cắt theo công thức (7-12) [1] τ c =2M x dbl ≤ [τ] c Với b = 14 , |τ| c = 87 N/mm 2 (bảng 7-21) [1]; các thông số như trên τ c = σ d = 2 M x d b l=2 574114
THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC
Chọn ổ lăn
Trụ̣c I vồ trục II cú lực dọc trục tỏc dụng nờn ta chọn ổ bi đỡ chặn, cũn đối với trục III, ta chọn ổ bi đỡ
Dự kiến chọn trước góc 𝛽 = 16 ∘ (kiểu 32000 ):
Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức:
𝐶 = 𝑄(𝑛ℎ) 0,3 < 𝐶 bảng Với: n = 290 vòng/phút h = 23490 giờ
𝑆 2 = 1,3 ⋅ 𝐹 𝑙11 ⋅ tan 𝛽 = 1,3 ⋅ 3031,5 ⋅ tan(16°) = 1130 N Tổng lực chiều trục:
Vì A t < 0, chúng ta chỉ xem xét lực tác động lên gối bên trái, nơi lực Q lớn hơn Do đó, cần chọn ổ cho gối trục này, trong khi gối trục còn lại sẽ được sử dụng cùng loại.
𝐶 = 𝑄(𝑛ℎ) 0,3 = 290,75 (110 ) 0,3 = 31982,34 𝑁 Tra bảng 17𝑃, ứng với d 10 = 30 mm lấy ổ có ký hiệu 36306
C bảng = 41000 ; đường kính ngoài D = 72 mm; chiều rộng B = 19 mm
Dự kiến chọn trước góc 𝛽 = 16 ∘ (kiểu 32000 ):
Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức:
𝐶 = 𝑄(𝑛ℎ) 0,3 < 𝐶 bảng Với: n = 117,06 vòng/phút h = 23490 giờ
𝑆 2 = 1,3 ⋅ 𝐹 𝑙21 ⋅ tan 𝛽 = 1,3 ⋅ 4916,14 ⋅ tan(16°) = 1832,6 N Tổng lực chiều trục:
Tính cho gối đỡ trục bên trái
𝐶 = 𝑄(𝑛ℎ) 0,3 = 491,614 (83,2 ) 0,3 = 40902,27 𝑁 Tra bảng 17𝑃, ứng với d 20 = 30 mm lấy ổ có ký hiệu 36306
C bảng = 41000 ; đường kính ngoài D = 72 mm; chiều rộng B = 19 mm
• Đối với trục III n = 56,7 vòng/phút h = 23490 giờ
Vì tại trục 3 không có lực dọc trục nên A = 0 daN
Tính cho gối đỡ trục bên trái vì có lực 𝐹 𝑙 lớn hơn
𝐶 = 𝑄(𝑛ℎ) 0,3 = 295,855 67,6 = 19999,8 N Tra bảng 17P, ứng với 𝑑 30 = 50 mm lấy ổ có ký hiệu 36310
C bảng = 60000; đường kính ngoài D = 110 mm; chiều rộng B = 27 mm
Chọn kiểu lắp ổ lăn
• Lắp ổ lăn và trục theo hệ lỗ và vỏ hộp theo hệ trục
• Sai lệch cho phép vòng trong của ổ lăn là âm, sai lệch cho phép trên lỗ theo hệ lỗ là dương
• Chọn kiểu lắp bằng độ dôi để các vòng ổ không thể trượt theo bề mặt trục
1 Cố định trục theo phương dọc trục
Để cố định trục theo phương dọc, chúng ta sử dụng nắp ổ và điều chỉnh khe hở giữa ổ và nắp bằng các tấm đệm kim loại gọi là lá căn Nắp ổ được lắp với hộp giảm tốc bằng vít, giúp dễ dàng chế tạo và lắp ghép.
- Để che kín các đầu trục nhô ra, tránh sự xâm nhập của môi trường và ổ và ngăn mỡ chảy ra ngoài ta dùng loại vòng phớt
Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mỡ do vận tốc truyền bánh răng thấp, không thể sử dụng phương pháp bắn tóe để dẫn dầu vào bôi trơn các bộ phận ổ Theo bảng (8-28), mỡ loại “T” phù hợp với nhiệt độ từ 60 đến 100 ∘ C và vận tốc dưới mức quy định.
- Lượng mỡ dưới 2/3 chỗ rỗng của bộ phận ổ Để mỡ không chảy ra ngoài và năn không cho dầu rơi vào bộ phận ổ, nên làm vòng chắn dầu
KHỚP NỐI
Momen xoắn trên nối trục:
- 𝑘: 1,2 ÷ 1,5 - hệ số tải trọng động (bảng 9-1)[1]
• Để dễ chế tạo và phù hợp với Momen xoắn trên trục Chọn nối trục là nối trục đàn hồi
Hình 3.9 Cấu tạo của nối trục đàn hồi
- Nối trục vòng đàn hồi cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và giá rẻ, do đó được dùng khá rộng rãi
- Vật liệu làm nối trục: thép rèn C35
- Vật liệu chế tạo chốt: thép C45 thường hóa
- Vật liệu vòng đàn hồi: cao su
❖ Các kích thước chủ yếu của nối trục đàn hồi, mm (bảng 9-11)[1] ta có: d D do l c dc lc Ren Z dngoài lv nmax
• Đường kính vòng tròn qua tâm các chốt Do:
• Kiểm nghiệm độ bền vòng đàn hồi:
[𝜎] 𝑑 - ứng suất dập cho phép của vòng đàn hồi cao su, có thể lấy:
• Kiểm nghiệm về sức bền uốn của chốt:
[𝜎] 𝑢 - ứng suất uốn cho phép của chốt, có thể lấy:
TÍNH TOÁN VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ
Chọn vỏ hộp bằng vật liệu gang và gia công qua phương pháp đúc, với mặt ghép giữa nắp và thân được thiết kế là mặt phẳng đi qua đường tâm của các trục, giúp việc lắp ghép trở nên dễ dàng hơn.
Vỏ hộp đúc có nhiệm vụ quan trọng trong việc duy trì vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận máy, đồng thời tiếp nhận tải trọng từ các chi tiết lắp đặt Nó cũng đóng vai trò chứa dầu bôi trơn và bảo vệ các chi tiết máy khỏi bụi bẩn.
• Chi tiêu cơ bản của hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ
1 Chiều dày thành thân hộp
𝛿 = 0,025.A + 3 = 0,025.202,5 + 3 = 8,0625 mm, không được nhỏ hơn 8 mm Chọn 𝛿 mm
2 Chiều dày thành nắp hộp
𝛿 1 = 0,02.A + 3 = 0,02 202,5 + 3 = 7,05 mm, không được nhỏ hơn 8,5mm Chọn 𝛿 1 =8 mm
3 Chiều dày mặt bích dưới của thân hộp b = 1,5 𝛿 = 1,5 10 = 15 mm
4 Chiều dày mặt bích trên của nắp hộp b1 =1,5 𝛿 1 = 1,5 8 = 12 mm
5 Chiều dày mặt đế của hộp không có phần lồi p = 2,35.δ = 2,35.10 = 23,5mm
6 Chiều dày gân ở thân hộp m =(0,85 ÷ 1).δ = 1.10 = 10 mm
7 Chiều dày gân ở nắp hộp m1 =(0,85 ÷ 1).δ1 = 1 8 = 8 mm
80 dn = 0,036.A+ 12 Theo tiêu chuẩn, chọn theo bảng ( 10-13)[1]
10 Bulông ghép mặt bích nắp và thân d2 = (0,5 ÷ 0,6)dn = 0,6 16 = 9,6
12 Bulông ghép nắp cửa thăm d4= (0,3 ÷ 0,4).dn = 0,4 16 = 7
13 Khoảng cách C1 từ mặt ngoài của vỏ hộp đến tâm bulông nền và khoảng cách C2 từ tâm bulông nền đến mặt ngoài của đế
Chiều rộng mặt bích: K = C1 + C2 = 24,2 + 20,8 = 45 mm
14 Khoảng cách C1 từ mặt ngoài của vỏ hộp đến tâm bulông cạnh ổ và khoảng cách
C2 từ tâm bulông cạnh ổ đến mặt ngoài của mặt bích
Chiều rộng mặt bích: K = C1 + C2 = 18,44 + 14,56 = 33 mm
Khoảng cách C1 được xác định từ mặt ngoài của vỏ hộp đến tâm bulông ghép mặt bích của nắp và thân, trong khi khoảng cách C2 là khoảng cách từ tâm bulông ghép mặt bích của nắp và thân đến mặt ngoài của mặt bích.
Chiều rộng mặt bích: K = C1 + C2 = 16,52 + 12,48 = 29 mm
16 Số lượng bu lông nền
L – Chiều dài hộp, sơ bộ lấy bằng 800;
B – Chiều rộng hộp, sơ bộ lấy bằng 400;
Để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc, cần lắp thêm bu lông vòng trên nắp và thân Kích thước bu lông vòng được lựa chọn dựa trên trọng lượng của hộp giảm tốc.
- Với A = 202,5 ; theo bảng 10-11b[1] xác định sơ bộ trọng lượng hộp 540 kg
Hình 4.0 Kích thước bu lông vòng[7]
Tra bảng 10-14, xác định bulông tháo dầu M16 với kích thước cụ thể như sau:
Hình 4.1 Kích thước nút tháo dầu[7] d b m a f L e q D0 D S l
Hình 4.2 Hình dạng và kích thước chốt định vị côn[1]
- Chốt định vị hình côn được lựa chọn để định vị trí của nắp hộp và thân hộp khi lắp ghép
Tra bảng 10-10c[1], chọn kích thước chốt định vị phù hợp với kích thước mặt bích như sau: d 8 c 1,2 l 36
Để kiểm tra và quan sát chi tiết máy trong hộp, cũng như đổ dầu vào hộp, cần có cửa thăm trên đỉnh hộp Cửa thăm được đậy bằng nắp, trên nắp có nút thông hơi Kích thước của cửa thăm được lựa chọn theo bảng 10-12.
Hình 4.3 Kết cấu cửa thăm và nút thông hơi có ren[7]
150 100 190 140 175 - 120 23 M8x22 4 Đường kính lỗ tại vị trí lắp với nút thông hơi: d = 48 mm
Khi làm việc, các bộ truyền trong hộp giảm tốc tạo ra ma sát, dẫn đến tăng nhiệt độ bên trong Để giảm áp suất và điều hòa không khí trong và ngoài vỏ hộp, nút thông hơi được sử dụng Nút thông hơi thường được lắp đặt trên nắp cửa thăm hoặc ở vị trí cao nhất của nắp hộp.
Hình 4.4 Hình dạng và kích thước nút thông hơi có ren[7]