Đồ án chi tiết máy,Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng

Đồ án chi tiết máy GVHD Hoàng Văn Bạo Đề số BVH 4 40 5 Mụ� c Lụ� c TÀI LIỆU THAM KHẢO 4 Chương 1 Tính động học 5 1 1 Chọn động cơ điện 6 1 1 1 Xác định công suất yêu cầu trên trục động cơ điện 6 1 1 2.

Mục Lục

TÀI LIỆU THAM KHẢO 4

Chương 1: Tính động học 5

1.1 Chọn động cơ điện 6

1.1.1 Xác định công suất yêu cầu trên trục động cơ điện 6

1.1.2 Xác định tốc độ quay đồng bộ của động cơ điện 7

1.1.3 Chọn động cơ điện 8

1.2 Phân phối tỉ số truyền 9

1.3 Tính thông số trên các trục 9

1.3.1 Tỉ số truyền 9

1.3.2 Tính tốc độ quay trên các trục 9

1.3.3 Tính công suất trên các trục 10

1.3.4 Tính momen xoắn trên các trục 10

1.4 Lập bảng các thông số động học 11

CHƯƠNG 2 :Tính thiết kế bộ truyền đai dẹt 12

1 Chọn loại đai 13

2 Xác định các thông số bộ truyền 13

2.1 đường kính bánh đai 13

2.2 Khoảng cách trục 14

2.3 Chiều dài đai 14

2.4 Góc ôm 14

3 Xác định tiết diện đai 14

4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 16

5 Lập bảng kết quả tính toán các thông số của đai dẹt 18

CHƯƠNG 3 :Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng 19

1.1 Chọn vật liệu 20

1.1 Xác định ứng suất cho phép 20

1.2 Tính thiết kế 22

1.2.1 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền 22

1.2.2 Xác định thông số ăn khớp 23

1.2.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 25

1.2.4 Kiểm nghiệm độ bền uốn 28

1.2.5 Kiểm tra về độ bền quá tải 29

1.3 Xác định các thông số, kích thước hình học của bộ truyền 30

1.3.1 Xác định các thông số , các kích thước hình học của bộ truyền 30

1.3.2 Xác định các lực tác dụng lên trục 31

Lập bảng thông số của bộ truyền 32

Chương 4 : TÍNH TRỤC, CHỌN Ổ LĂN 34

4.1.Tính chọn khớp nối 34

Chọn khớp nối 34

4.1.1.Lực tác dụng lên trục 35

4.2.Tính sơ bộ trục 36

4.2.1.Chọn vật liệu chế tạo trục 36

4.2.2.Tính sơ bộ đường kính trục theo momen xoắn 36

4.2.3.Xác định lực từ các chi tiết, bộ truyền tác dụng lên trục 36

4.2.4.Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực 38

4.3.Tính toán thiết kế trục 41

4.3.1.Tính toán thiết kế trục II 41

4.3.2.Vẽ biểu đồ momen 42

4.3.3 Xác định chính xác đường kính các đoạn trên trục I 44

4.3.4.Chọn lại đường kính các đoạn trục: 46

4.3.5.Chọn và kiểm nghiệm then: 46

4.3.6.Kiểm nghiệm trục ( trục II) theo độ bền mỏi 47

4.3.7 Chọn, kiểm nghiệm ổ lăn 54

4.3.8.Tính toán thiết kế trục I 59

CHương 5: KẾT CẤU VỎ HỘP 62

5.1.VỎ HỘP 62

5.1.1Tính kết cấu của vỏ hộp 62

5.1.2 Kết cấu nắp hộp 62

5.2.Một số chi tiết khác: 65

5.2.1 Nắp ổ và cốc lót 65

5.2.2 Bu lông vòng: 65

5.2.3 Chốt định vị 66

5.2.4 Cửa thăm 67

5.2.5 Nút thông hơi 67

5.2.6 Nút tháo dầu 68

5.2.7 Kiểm tra mức dầu 69

5.2.8 Lót ổ lăn 69

5.2.9.Cốc lót 70

5.2.10 Kết cấu bánh răng 71

CHương 6: LẮP GHÉP, BÔI TRƠN VÀ DUNG SAI 72

1.Dung sai lắp ghép và lắp ghép ổ lăn 72

2.Lắp bánh răng lên trục: 72

3.Dung sai mối ghép then 72

4.Bôi trơn hộp giảm tốc 73

5.Lắp ghép giữa nắp với ổ và bạc với trục 74

TÀI LIỆU THÀM KHÀO

1 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1 – Nhà xuất bản giáo dục;

PGS.TS – Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển

2 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 2 – Nhà xuất bản giáo dục;

PGS.TS – Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển

3 Dung sai lắp ghép - Nhà xuất bản giáo dục;

Chương 1: Tính động hộc

Thông số đầu vào :

1 Lực kéo băng tải: F = 1350 N

1.1 Chộn động cơ điện

1.1.1 Xác đinh cộng sụá%t yệụ cá(ụ trện trục động cơ điện

Công suất yêu cầu trên trục động cơ điện: P yc=P lv

❑c (kW) (1.1)Trong đó:

 P yc là công suất yêu cầu trên trục của động cơ

 P lv là công suất trên trục bộ phận máy công tác

 ❑c là hiệu suất chung của toàn hệ thống

1.1.1.1 Tính cộng sụá%t trện trục máy cộng tác

P lv = 1000F v = 1350.0,751000 = 1,01 (kW) (1.2)

 Với F là lực kéo băng tải (N)

 V là vận tốc di chuyển của băng tải (m/s)

1.1.1.2 Xác đinh hiệụ sụá%t chụng cụ,á tộá-n hệ thộ%ng.

❑c = ∏❑i k = ηol2 ηkn ηd ηbr (1.3)

Tra bảng 2.3 trang 19 [ tính toán dẫn động cơ khí tập I – Trịnh Trất ] ta được:

 Hiệu suất của một cặp ổ lăn : η ol=0,99

 Hiệu suất của bộ đai : η d=0,95

 Hiệu suất của bộ truyền bánh răng : η br=0,97

 Hiệu suất của khớp nối: η kn=0,99

Thay số vào (1.3) ta được:

❑c=Π ηi k=ηol2 ηkn ηd ηbr=0,992.0,99 0,95 0,97=0,894

1.1.1.3 Xác định công suất yêu cầu trên trục động cơ

Thay các giá trị của P ct và ❑c vào công thức (1.1)

 Ta được: P yc=P lv

❑c = 0,8941,01 = 1,13 (kW)1.1.2 Xác định tốc độ quay đồng bộ của động cơ điện

Tốc độ quay sơ bộ của động cơ cần có: n sb=n lv u sb (1.4)

Trong đó:

 n sb là tốc độ quay sơ bộ mà động cơ cần có

 n lv là tốc độ quay của trục máy công tác (trục tang)

 u sb là tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống

1.1.2.1 Xác định tốc độ quay của trục bộ phận công tác (trục tang)

 Truyền động bánh răng côn: u br=4 (v/ph)

1.1.2.3 Xác đinh tộ%c độ qụáy sơ bộ cụ,á động cơ cá(n

Thay vào (1.6) ta được : u t=u d u br = 3,5.4 = 14

Thay vào (1.5) ta được:

Bảng 1: Thông số của động cơ điện

Kí hiệu động

cơ

Công suất Pđc (kW)

Số vòng quay nđc (v/ph)

Khối lượng (kg)

T max

T dn

T mm T

Đường kính trục (mm)3K112Mb

8

1.2 Phán phộ%i tí, sộ% trụyệ(n

- Tỉ số truyền chung của hệ thống là : u c=n đc

n lv=

715 53,05=13,48

- Với u c= ∏u i= u d u br

Chọn trước tỉ số truyền của bộ truyền ngoài: u d=3,55

 Tỷ số truyền của bộ truyền trong:

u br=u c

u d=

13,48 3,55 =3,801.3 Tính thộng sộ% trện các trục

Số vòng quay trên trục II:

n II= n I

u br=

201,41 3,80 =53,00(v / p h)

Số vòng quay thực của trục công tác là:

- Xuất phát từ công suất trên trục bộ phận công tác, tiến hành tính công suất cho

các trục phía trước nó theo trình tự Plv => PII => PI => Pđc,t

Công suất trên trục công tác (tính ở trên) là: P lv=1,01(kW )

Công suất trên trục II là :

1.3.4 Tính mộmện xộá5n trện các trục

- Tính momen xoắn trên các trục theo công thức :

T i=9,55 106. P i

n i

Trong đó: Pi ,ni ,Ti tương ứng là công suất, tốc độ quay và mô men xoắn trên trục i

Mômen xoắn thực trên trục động cơ là :

Momen xoắn

T (Nmm)

CHƯƠNG 2 :Tính thiệ%t kệ% bộ trụyệ(n đái dệt

Dữ liệu đầu vào

2.2 Khộá,ng cách trục

a  (1,5…2).( d2 + d1) = (1,5…2).(500+140) = 960…1280

- Chọn a = 1000 theo dãy tiêu chuẩn

2.3 Chiệ(ụ dá-i đái

- Ta lấy l + 100 = 3137,7 theo cách nối đai chọn l = 3150 (mm) theo dãy tiêu chuẩn

- Số lần uốn của đai trong 1s: i = v/l và i  i max = 3…5

3 Xác đinh tiệ%t diện đái

- Diện tích tiết diện đai: A = b. = F[t σ K đ

F]Trong đó: b và  lần lượt là chiều rộng và chiều dày đai

F t là lực vòng: F t = 1000.P1/v = 1000.1,13/5,28 = 214,01

K đ là hệ số tải trọng động, theo bảng 4.8[1]-55 sách hướng dẫn tính toán dẫn động cơ khí tập I – Trịnh Chất ta có số ca làm việc 2 nên K đ=1,2

[σ F]=[σ F]0C α C v C0

¿

+ Trong đó:

K1 và K2 là hệ số phụ thuộc vào ứng suất căng ban đầu σ0 và loại đai

Ta có : do góc nghiêng của bộ truyền β=900 và tự động điều chỉnh khoảng cách trục ⇒σ0 =1,6(Mpa)

δ được chọn theo tỉ số δ/d1 theo bảng 4.8[1]-55 sách hướng dẫn tính toán dẫn động

cơ khí tập I – Trịnh Chất

-> δ t = d1 tỉ số δ/d1 = 140.1/40 =3,5 =>chọn theo bảng 4.1 trang 51 sách hướng dẫn tính toán dẫn động cơ khí tập I – Trịnh Chất ta được: kí hiệu đai là B-800 , không có lớp lót , số lớp 3 Và δ = 3,75

B

sách hướng dẫn tính toán dẫn động cơ khí tập I – Trịnh Chất

với góc nghiêng của bộ truyền β=90 ta được C0 1

do vậy [σ F] = [σ F] 0.C α C v C0 =2,06 0,94 1,03 1 = 1,994 Mpa

- Diện tích tiết diện đai: A = b. = F[t σ K đ

sách hướng dẫn tính toán dẫn động cơ khí tập I – Trịnh Chất

ta được chiều rộng đai b=40(mm)

Chiều rộng bánh đai : tra theo bảng 21.16[2] sách hướng dẫn tính toán dẫn động cơkhí tập II – Trịnh Chất

- ta được B = 50 mm

4 Xác đinh lưc cá=ng bán đá(ụ vá- lưc tác dụng lện trục

- Lực căng ban đầu : F0 =σ0 δ b=1,6.3,75.40=240 N

b và  lần lượt là chiều rộng và chiều dày đai

- Lực tác dụng lên trục:

F r=2 F0 sin( ¿α1 /2)=2.240 sin ( ¿160/2)=473 N¿ ¿

5 Láp bá,ng kệ%t qụá, tính tộán các thộng sộ% cụ,á đái dệt

Vải cao suGang xám

CHƯƠNG 3 :Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng côn

Đơn vị Giá trị Ghi chú

σ[σ ]= Z Z K K

F

σ[σ ]= Y Y K K K

0 Flim

S H là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc

S F là hệ số an toàn khi tính về uốn

o Hlim và o

Flim lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở

Tra bảng Tra bảng 6.2 trang 94 sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập I –Trịnh Chất ta có:

+ NHE và NFE là số chu kì thay đổi ứng suất tương đương :

Mà ta có bộ truyền chịu tải trọng tĩnh

Ứng suất cho phép khi quá tải là :

[H]max = 2,8.ch  [H2]max =2,8.ch2 = 2,8.340 = 952 (MPa)

[F]max = 0,8.ch  [F1]max = 0,8.ch1 =0,8.450 = 360 (MPa)

[F2]max = 0,8.ch2 =0,8.340 = 272 (MPa)

1.2 Tính thiết kế

1.2.1 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền

 Chiều dài côn ngoài là:

2 3 2

R K u 1 T.K / [(1 K )K u[σ ]   

(3)Trong đó:

+ KR : hệ số phụ thuộc vật liệu bánh răng và loại răng,với bộ truyền bánh cônrăng thẳng bằng thép

KR = 0,5.Kd = 0,5 100 = 50 MPa1/3 (do Kd=100 MPa1/3 ) ;

 Chọn số răng z1 sơ bộ là 27

1.2.2.2 Tính đường kính trung bình và modun trung bình

1.2.2.4 Xác định số răng bánh lớn, góc côn chia , hệ số dịch chỉnh

với z1 = 24 ; ut = 3,79 nên ta được: x1 = 0,35⇒x2 = − ¿0,35

1.2.2.5 Xác định một số thông số của bộ truyền bánh răng

 Chiều dài côn ngoài :

 Dường kính vòng chia ngoài :

v i ớ h te = cosβ = cos 0 và x M 1 = 1 theo bảng 6.20

 Đường kính đỉnh răng ngoài: d ae 1 = d e 1+ 2.h ae1.cos δ1

+K H =1 ( do bánh răng côn răng thẳng)

+ K Hv là hệ số kể đến tải trọng động trong vùng ăn khớp:

v H=❑H.g0.v.√d m 1(u t+1)

u t

Với d m 1là đường kính trung bình của bánh côn nhỏ, v theo công thức 6.62 và ❑H, g0

tra bảng 6.15 và 6.16:

 Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp ❑H = 0,006 ;

 Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và 2 g o= 73

 Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc K H=K H α K Hβ K Hv = 1,10.1.1,05 = 1,18

K H α là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp: với răng côn răng thẳng thì K này bằng 1

 v y ậ σ H = 274.1,76.0,873.√2.50261 1,18 √3,79 2 +1

0,85.35,3 632 3,79 = 428,7 (MPa)

ta có σ H = 428,7 < [σ H]cx= 431,81 và 431,81−428,7431,81 =0,72 %<10 % -> chấp nhận

1.2.4 Kiểm nghiệm độ bền uốn

thay tất cả ở trên vào công thức tính ứng suất uốn tại chân răng:

 Y R=1 – hệ số ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng.

 Hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất :

1.2.5 Kiểm tra về độ bền quá tải

Khi làm việc bánh răng có thể bị quá tải với hệ số quá tải :

K qt = T max

T = 1,7 + với T max =là momen xoắn quá tải

+ T là momen xoắn danh nghĩa

Dể tránh biến dạng dư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt, ứng suất tiếp xúc cực đại không được vượt quá một giá trị cho phép, các giá trị đều đã được tính ở trên :

σ Hmax = σ H.√K qt ≤ [σ H]max = 428,7.√1,7 = 558,96 MPa ≤ [σ H]max = 952 MPa

Đồng thời để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh măt lượn chân răng ứng suất uốn cực đại σ Fmax tại mặt lượn chân răng không được vượt quá giá trị cho phép,các giá trị đều đã được tính ở trên:

σ F 1 max = σ F 1.K qt ≤ [σ F 1]max = 64,69.1,7 = 110,436 MPa ≤ [σ F 1]max=360 MPa

σ F 2 max = σ F 2.K qt ≤ [σ F 2]max = 66,05.1,7 = 112,29 MPa ≤ [σ F 2]max=272 MPa

 Thỏa mãn điều kiện bền quá tải

1.3 Xác định các thông số, kích thước hình học của bộ truyền

1.3.1 Xác định các thông số , các kích thước hình học của bộ truyền

 Chiều dài côn ngoài :

v i ớ h te = cosβ = cos 0 và x M 1 = 1 theo bảng 6.20

 Đường kính đỉnh răng ngoài: d ae 1 = d e 1+ 2.h ae1.cos δ1

=72 + 2.4,05.cos 14,77= 79,83(mm)

F r 1 = F t 1.tanα cos δ1 = 1595,59.tan 20 0.cos 140 46, = 561,69 = Fa2

 Lực dọc trục:F a 1¿F t 1.tanα sin δ1 = 1595,59.tan 20 0.sin 140 46,= 147,53

Trong đó: d m 1 là đường kính trung bình của bánh nhỏ

Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú

gVật liệu bánh răng nhỏ Thép C45

ngoài

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục

Chọn khớp nối theo điều kiện:{T t ≤ T kn cf

d t ≤ d kn cf

Trong đó d t- Đường kính trục cần nối

d t=31,29 mm

T t –Mômen xoắn tính toán T t=k T

k -Hệ số chế độ làm việc tra bảng 16.1Tr58 [2] lấy k=1,2

T- Momen xoắn danh nghĩa trên trục: T =T II=183792(N mm)

Các thông số cơ bản của nối trục vòng đàn hồi:

Thông số Kí hiệu Giá trị

Mômen xoắn lớn nhất có thể truyền được T kn cf 250 (N.m)

Đường kính lớn nhất có thể của nối trục d kn cf 32 (mm)

4.2.Tính sơ bộ trục

Vật liệu làm trục chọn là thép 45 tôi cải thiện

4.2.2.Tính sơ bộ đường kính trục theo momen xoắn

 Lực tác dụng lên trục I

 Lực tác dụng lên trục I từ bộ truyền đai : F d = 473 (N)

 Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng côn răng thẳng :

4.2.4.Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực

 Sơ đồ khoảng cách giữa các điểm đặt lực như hình vẽ phác họa kết cấu HGT sau:

 Chọn chiều dài may-ơ và các khoảng cách k1, k2, k3, hn

 Chiều dài may-ơ bánh răng côn:

 Khoảng cách các điểm đặt lực trên các trục

Khoảng công-xôn (khoảng chìa): theo công thức 10.14Tr190[1]

 l13=l11+0,5 b01+k1+k2+0,5 l m13=65+0,5.17+10+10+0,5.35=111(mm)Chọn l13 = 111(mm)

o Trên trục II:

 l c 22=l c24=73(mm)

 l23=0,5 b02+k1+k2+l m 23−0,5 b cosδ2

¿0,5.21+10+10+45−0,5.35 cos ⁡(δ2)=71,04 (mm)Chọn l23 =l24 =71(mm)

l21=2 l22+d m 1=2.71+63,12=205,12(mm)

Chọn l21=205(mm)

4.3.Tính tộán thiệ%t kệ% trục

4.3.1.Tính toán thiết kế trục II

4.3.1.1.Tính phản lực tại các gối tựa

Các lực tác dụng lên trục II có chiều như hình vẽ:

2(1) ( 22 21) 20 21 23 21 23.( ) 0

2(21) 700,16.(73 205) 20.205 1592,55.(205 71) 0

4.3.3 Xác đinh chính xác đươ-ng kính các độán trện trục I

Chọn vật liệu làm trục: thép 45, tôi cải thiện ta có [σ]=¿ 60MPa

Tính chính xác đường kính trục :

Theo công thức 10.15Tr194[1] và 10.16tr194[1] ta có:

 Tại tiết diện 23:

 Trên trục II then được lắp tại bánh răng (vị trí 22) và khớp nối

 Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng côn: d22=38 mm

Chọn then bằng, tra bảng B9.1aTr173[1] ta được: {b=10 mm h=8 mm

t1=5 mm

 Lấy chiều dài then: l t=(0,8 ÷ 0,9) lm

 Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng côn (vị trí 22)

l t 2=(0,8÷ 0,9) l m 23=(0,8 ÷ 0,9) 45=36 ÷ 40,5 mm

Tach n ọ l t 2=40 mm

 Then lắp trên trục vị trí lắp khớp nối: d23=32 mm

Chọn then bằng, tra bảng B9.1aTr173[1] ta được: {b=10 mm h=8 mm

⇒ Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

Kiểm nghiệm độ bền then tại vị trí lắp khớp nối

⇒ Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

4.3.6.1 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:

sj và sj - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xétđến ứng suất tiếp tại tiết diện j :

   là hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền

mỏi ,tra bảng B

10.7 [1]

kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1 ”, lấy Kx = 1, 1

Ky - hệ số tăng bề mặt trục, cho trong bảng 10.9 phụ thuộc vào phương pháp tăngbền bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương pháp tăng bền bềmặt, do đó Ky = 1

εσ và ετ - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục

đến giới hạn mỏi

K σ

và Kτ - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn, trị số của

chúng phụ thuộc vào các loại yếu tố gây tập trung ứng suất

Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp khớp nối:

Ta có:

031837923223

Ta có:

0,920,89

3 3.35

11,86 1,1 1 1,961

ảnh hưởng của rãnh then :

12,44 1,1 1 2,541

12,11 1,1 1 2,211