Thuyết minh Đồ Án chi tiết máy tính toán và thiết kế bánh trục vít bánh vít

● Chọn kiểu loại động cơ● Chọn công suất động cơ ─Phân phối tỉ số truyền ● Tỉ số truyền của các bộ phận ngoài hộp giảm sốc ● Tỉ số truyền của các bộ phận ─Tính toán các thông số trên các

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC (CHỌN ĐỘNG CƠ, PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN)

Chọn động cơ

Bảng 1.1 Thông số đầu vào

Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

Lực vòng trên băng tải P N 900

Vận tốc băng tải v m/s 1,5 Đường kính tang D mm 340

Thời gian phục vụ Lh giờ 15500

Số ca làm việc ca ca 2 Đặc tính làm việc Va đập nhẹ

1.1.2 Hiệu suất hệ dẫn động: η = η br η ol

 Trong đó,tra bảng 2.3[1] tr19 ta chọn được:

 Hiệu suất bộ truyền đai :ηđ= 0,96

 Hiệu suất bộ trục vít - bánh vít:ηtv = 0,82

1.1.3 Công suất cần thiết trên trục động cơ

1.1.4 Số vòng quay trên trục công tác: n ct = 60000 π D v =¿ 60000.1,5 π 340 = 84,26 (vg/ph)

1.1.5 Chọn tỉ số truyền sơ bộ u sb = u tv u đ

Theo bảng 2.4Tr21 [1] ta chọn được:

Tỉ số truyền bộ truyền đai: uđ = 2,8

Tỉ số truyền bộ truyền trục vít-bánh vít : utv = 12

Tỉ số truyền sơ bộ

1.1.6 Số vòng quay trên trục động cơ: nsb = nct usb = 84,26.33,6 = 2831,14 (vg/phut)

1.1.7 Chọn động cơ: Động cơ được chọn phải thỏa mãn: nđc ≈ nsb = 2831,14 (vg/ph)

Pđc ≥ Pyc = 1,63 (KW) Chọn số vòng quay đồng bộ nđb = 3000 (vg/ph)

Chọn động cơ điện thỏa mãn điều kiện:

Số vòng quay, n db ≈ n sb

Theo bảng động cơ của Điện cơ Hà Nội:

Pđc = 2,2 KW nđc = 2850 (vg/ph) cosφ = 0,87 ddc = 22 η = 83 % Tk⁄Tdn = 2,0 Tmax⁄Tdn = 2,2 mđc = 20,4 kg

Phân phối tỉ số truyền

1.2.1 Tỉ số truyền của hệ: u c = n n đc ct = 84 2850 , 26 = 33,82 nđc: là số vòng quay của động cơ điện chọn nđc = 2850 (v/ph) nct: là số vòng quay của trục máy công tác nct = 84,26 (v/ph)

1.2.2 Tỉ số truyền của hộp giảm tốc: uh = utv = 12

1.2.3 Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài: u br = u u c br = 33 12 ,82 = 2,82

Tính toán công suất, số vòng quay và momen xoắn trên các trục

• Số vòng quay trên trục động cơ: nđc = 2850 (vg/ph)

• Số vòng quay trên trục 1: n 1 = n đc u đ = n đc

• Số vòng quay trên trục 2: n 2 = n 1 u 1 →2 = n 1 u tv = 1010 , 64

• Số vòng quay trên trục công tác: n ct = n u 2 k = 84 1 ,26 = 84,26 ( vg ph )

1.3.2 Công suất trên các trục:

• Công suất trên trục công tác : P𝑐𝑡= 𝑃yc= 1,63 (kW)

• Công suất trên trục của động cơ:

1.3.3 Mômen xoắn trên các trục

 Mô men xoắn trên trục động cơ:

 Mô men xoắn trên trục I:

 Mô men xoắn trên trục II:

 Mô men xoắn trên trục công tác:

Lập bảng tổng hợp kết quả tính toán động học

Bảng 1.3 Bảng tổng hợp kết quả tính toán động học

Thông số Động cơ Trục 1 Trục 2 Trục công tác u đ = 2,82 u tv = 12 u k = 1

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

Thông số kỹ thuật để thiết kế bộ truyền đai thang

Công suất bộ truyền: P1 = 2,16 kW

Số vòng quay trục dẫn n1 = 2850 (vòng/phút)

Tính toán thiết kế bộ truyền đai

Theo hình ta chọn loại đai A

Theo bảng 4.13 chọn đường kính đai nhỏ theo tiêu chuẩn d1 = 140 mm bp(mm); bo(mm); h=8(mm); yo=2,8(mm); A (mm 2 )

6.10 4 ,36(m/s) Đường kính bánh đai lớn

Chọn ξ = 0.02 d 2 =u 1 × d 1 (1− ξ )=2 , 82 × 140 ( 1−0.02 )86,904 mm Theo bảng 4.26 chọn đường kính tiêu chuẩn, chọn d2 = 400 mm

Tỷ số truyền thực tế u tt = d 2 d 1 (1−ξ ) = 400

140( 1−0.02 ) =2 , 92 Sai lệch so với giá trị ban đầu

Chọn sơ bộ khoảng cách trục a = d2 = 400 mm

Chiều dài đai theo khoảng cách trục a

Theo bảng 4.13 chọn chiều dài đai tiêu chuẩn L = 1700 mm

Kiểm nghiệm số vòng chạy trong 1 giây i= v

1 , 7 =6 , 09 s −1 < 10, thỏa Tính lại khoảng cách trục a theo chiều dài tiêu chuẩn L = 1700 a = 2 L − π ( d 1 + d 2 )+ √ [ 2 L − π ( d 2 + d 1 ) ] 2 − 8 ( d 2 − d 1 ) 2

Góc ôm đai trên bánh đai nhỏ α 1 0 0 −57 0 d 2 −d 1 a 0 0 −57 0 400 − 140

Các hệ số sử dụng

Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai

C α =1 ,24(1−e −α 1 /110 )=1 ,24 ( 1−e −143,41/110 )=0 , 90 Theo bảng 4.17 hệ số xét tới ảnh hưởng của tỷ số truyền

Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng Cr = 0,7

Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai C L =1 theo bảng 4.16

Theo bảng 4.19 ta chọn [Po] = 2,20 kW khi d1 = 140 mm và v = 10,36 m/s và đai loại A

Hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai Cz = 0,95 theo bảng 4.18

Hệ số tải trọng động Kđ = 1,1 theo bảng 4.7

Số đai được xác định theo công thức: z = P 1 K đ

Chọn số đai z = 2  C z = 0,95 Định các kích thước chủ yếu của đai

B =( z − 1 ) t + 2 e =( 3 − 1 ) × 15 + 2 × 10 = 50 mm Đường kính ngoài d n 1 =d 1 +2 h 0 0+ 2× 3 , 36 , 6 mm d n 2 = d 2 + 2 h 0 = 400 + 2 × 4 ,2 = 406 ,6 mm

Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Lực căng đối với mỗi đai

Lực tác dụng lên trục

2 =¿ 420 , 23 N ¿Bảng thông số bộ truyền đai

Thông số Kí hiệu Giá trị

Loại đai A Đường kính bánh đai nhỏ d1 140 mm Đường kính bánh đai lớn d2 400 mm

Chiều rộng bánh đai b 50 mm

Góc ôm bánh đai nhỏ  1 2,50 rad

Lực tác dụng lên trục F 420 , 23 N

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT, BÁNH VÍT

Momen xoắn lớn nhất trên trục bánh vít T 2 8143 , 84Nmm.

Số vòng quay n 1 10 , 64 vòng/phút.

Tính sơ bộ vận tốc trượt: Theo công thức 7.1[1] v s =4 , 5.10 −5 n 1 √ 3 T 1 =4 , 5.10 −5 1010 ,64 √ 3 188143 , 84=2 , 61 ( m / s )< 5( m/ s )

Tra bảng: 7.2 Ta chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh không thiếc và đồng thau

Sử dụng đồng thanh nhôm sắt БpA Ж 9-4 được đúc bằng khuôn li tâm, với tải trọng trung bình, vật liệu cho trục vít được chọn là thép C45, đảm bảo bề mặt đạt độ rắn HRCE.

Bề mặt ren được mài,đánh bóng.

[ σ ¿¿ ch ]= 200 MPa ¿ Ứng suất tiếp xúc cho phép

Dùng nội suy ta được :[ σ H ] = 186 Mpa

2.Xác định ứng suất cho phép:

Bộ truyền làm việc một chiều:

Trong đó : ni : số vòng quay ti : tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét

T1: momen xoắn trục bánh vit

∑ Ti= L 310 Kngay knam=¿ 5 310 2.5500 gi ờ ¿ Trong đó: L = 5 năm ( số năm làm việc)

KFL = √ 9 10 6 / N FE : theo công thức 7.9

Chu kì thay đổi ứng suất tương đương:

Trong đó : ni : số vòng quay ti : tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét

T2: momen xoắn trục bánh vit

Trong đó L số năm làm việc

Theo công thức 7.6 [1] ta có:

Từ công thức 7.14[1] Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :[ σ H ] max = 2 σ c h = 2.200 = 400 MPa Ứng suất uốn cho phép khi quá tải :[ σ F ] max =0 , 8 σ c h =0 , 8.2000 MPa

4.Tính toán thiết kế bộ truyền: a.Tính toán thiết kế

Với tỉ số truyền { u Z tv 1 = =2 12 → Z 2 = 24 ch ọ n Z 2 = 24

Tính sơ bộ hệ số đường kính trục vít q theo công thức thực nghiệm: q = 0,28*z2 = 0,28*24 = 6,72

Vậy chọn Hệ số đường kính q = 7,1 tra bảng 7.3[1]

Môdun của trục vít là công thức 7.17[1]: m= 2 a w

Thỏa mãn điều kiện dịch chỉnh - 0,7 chọn Theo chiều dài may ơ nửa khớp nối:

Theo công thức 10.12 trang 189[1] có:

Chọn Chiều dài may ơ của xích:

Theo công thức 10.10 trang 189 [1] có:

Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp được chọn là k1 = 10 (trong khoảng 8 ÷ 15) Khoảng cách từ mặt mút của ổ đến thành trong của hộp được chọn là k2 = 15 (trong khoảng 5 ÷ 15) Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ được chọn là k3 = 15 (trong khoảng 10 ÷ 20) Chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông được chọn là hn = 20 (trong khoảng 15 ÷ 20), các giá trị này được lựa chọn theo bảng B10.3Tr189.

Khoảng các các điểm đặt lực trên các trục

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

 Chiều rộng bánh vít bki thứ i trên trục k:

 Khoảng các đặt lực trên trục I:

- Khoảng cách đặt lực trên trục II:

THIẾT KẾ TRỤC, THEN, Ổ LĂN CHO CỤM TRỤC 1

Thiết kế trục

Hình 5.1 Sơ đồ lực tác dựng lên trục 1

5.1.2 Lực tác dụng lên trục I

Lực tác dụng lên bộ truyền trục vít – bánh vít:

 Lực tác dụng lên trục 1 từ bộ truyền đai: Fđ = 420 , 23 (N)

5.1.3 Xác định đường kính trục theo độ bền tĩnh

A Tính phản lực trên các gối đỡ trục

- Biểu đồ Mx (trong mặt phẳng thẳng đứng Oyz)

- Biểu đồ My (trong mặt phẳng nằm ngang Oxz)

Biểu đồ mô men tác dụng lên trục I

Mmomen uốn tổng M 1 và momen tương đương M tđ tại các tiết diện:

Theo công thức 10.15, 10.16, 10.17 trang 194 [1], ta có:

- Tại tiết diện 1: Tại vị trí ổ lăn 1

- Tại tiết diện 2: Tại vị trí trục vít

- Tại tiết diện 3: Tại vị trí ổ lăn 2

- Tiết diện tại 0: Tại vị trí bộ truyền đai

C Ta chọn lại đường kính các đoạn trục: d0 = 20 mm, d1 = 25mm ,d2 = 30 mm, d3= 25mm

5.1.4 Tính toán lựa chọn then

Khi chọn loại then cho các trục trong hộp giảm tốc, cần đảm bảo tính đồng nhất bằng cách sử dụng then bằng trên cùng một trục Theo tiêu chuẩn TCVN 2261-77, thông số của các loại then được xác định dựa trên vị trí và đường kính trục mặt cắt của then.

Rãnh then chiều sâu của rãnh then bán kính góc lượn r hoặp mép vát Sx45 độ trên trục trên lỗ b h t1 t2 max min

- Kiểm nghiệm độ bền then

Chọn số then bằng 1 tại các vị trí lắp răng và bộ truyền ngoài.

Tại tiết diện 2 (tiết diện lắp trục vít)

Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then

Chọn lt=(0,8…0,9).lm13=(0,8…0,9).35 = 28…31,5mm = >chọn lt = 30 mm

Với then làm bằng thép, tải va đập vừa ta chọn được:

Kiểm nghiệm độ bền cắt: công thức (9.2)

Tại tiết diện 0 (tại vị trí bộ truyền đai)

Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then

Chọn lt=(0,8…0,9)lm12=(0,8…0,9).28 = 22,4…25,2 mm => Chọn lt = 24 mm Với then làm bằng thép, tải va đập vừa ta chọn được

- Kiểm nghiệm độ bền cắt: công thức (9.2)

5.1.5 Kiểm nghiệm độ bền cho trục 1 theo hệ số an toàn S

Kiểm nghiện trục về độ bền mỏi

Khi xác định đường kính trục theo công thức (5 -1), cần lưu ý rằng chưa xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của trục như chu trình ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố kích thước và chất lượng bề mặt Do đó, sau khi xác định đường kính, việc kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục là rất quan trọng, bao gồm các yếu tố nêu trên để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả.

Kết cấu trục được thiết kế để đảm bảo độ bền mỏi, với hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm phải thỏa mãn các điều kiện nhất định.

Trong đó: [s] – hệ số an toàn cho, [s] = 2 4 chọn [s]=2

- hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại mặt cắt j.

Với , : giới hạn mỏi và xoắn với chu kì đối xứng, với thép 45 có

Hệ số ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình tới độ bền mỏi được xác định theo bảng 10.7 trang 197 Tài liệu [1], với b = 600 MPa, cho kết quả = 0,05 và = 0 Đối với trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, trong đó và là biên độ cùng trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp tại mặt cắt đang xét Khi trục quay một chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động.

Với Wj , Woj - mô men cản uốn và mô men cản xoắn tại mặt cắt đang xét

Ta kiểm nghiệm cho mặt cắt tại điểm có lắp ổ lăn trên trục 1 vị trí số 3:

Hệ số Kσd2 và Kσd2 được xác định theo các công thức sau:

Kx là hệ số tập trung ứng suất, chịu ảnh hưởng bởi phương pháp gia công và độ nhẵn bóng bề mặt Tham khảo bảng 10.8 trong tài liệu [1] để biết thêm chi tiết.

Kx = 1,20, với σb = 600 MPa, tiện đạt Rz 80…20

Hệ số tăng bề mặt trục Ky, được trình bày trong bảng 10.9, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt và cơ tính vật liệu Trong trường hợp này, chúng ta không áp dụng các phương pháp tăng bền bề mặt.

Hệ số ảnh hưởng đến kích thước mặt cắt trục được áp dụng cho trục làm bằng vật liệu thép carbon với đường kính 25 mm, theo thông tin từ bảng 10.10 trong tài liệu.

Trị số của hệ số tập trung ứng suất thực tế trên bề mặt trục, đặc biệt là đối với trục có rãnh then và được gia công bằng dao phay ngón, được nêu rõ trong bảng 10.12 trang 199 của tài liệu [1].

= 1,76 ; = 1,54Thay các giá trị trên vào (5-8) và (5-9) , ta được

Thay các kết quả trên vào công thức (5-4) và (5-5), ta tính được :

Kiểm nghiệm cho mặt cắt tại điểm có lắp trục vít trên trục 1 vị trí số 2:

Hệ số và được xác định theo các công thức sau:

Kx là hệ số tập trung ứng suất, chịu ảnh hưởng bởi trạng thái bề mặt, phương pháp gia công và độ nhẵn bóng của bề mặt Thông tin chi tiết có thể tham khảo trong bảng 10.8 trang 197 của tài liệu [1].

Kx = 1,20, với σb = 600 MPa, tiện đạt Rz 80…20

Hệ số tăng bề mặt trục Ky, được trình bày trong bảng 10.9, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt và cơ tính của vật liệu Trong trường hợp này, vì không áp dụng các phương pháp tăng bền bề mặt, ta có Ky = 1.

Hệ số ảnh hưởng kích thước mặt cắt trục được xác định cho trục làm bằng vật liệu thép các bon có đường kính 30 mm, theo thông tin trong bảng 10.10 trang 198 của tài liệu.

Trị số của hệ số tập trung ứng suất thực tế trên bề mặt trục, đặc biệt đối với trục có rãnh then và được gia công bằng dao phay ngón, được xác định theo bảng 10.12 trong tài liệu [1] Cụ thể, hệ số này là 1,76 và 1,54.

Thay các giá trị trên vào (5-8) và (5-9) , ta được:

Thay các kết quả trên vào công thức (5-4) và (5-5), ta tính được :

= > vậy trục thoả mãn độ bền mỏi.

Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh là cần thiết để ngăn ngừa biến dạng dẻo quá mức hoặc hư hỏng do quá tải đột ngột khi khởi động máy.

Theo công thức 10.27[1] -200 ta có :

Vậy trục thoả mãn độ bền tĩnh.

Tính toán lựa chọn ổ lăn

5.2.1 Chọn loại ổ lăn Đường kính đoạn trục lắp ổ d = d2 = d0 = 25 mm

Ta có tải trọng hướng tâm tác dụng lên 2 ổ:

Ta có lực dọc trục ngoài (lực dọc tác dụng lên bánh răng côn):

= > chọn loại ổ đũa là ổ đũa côn

Chọn loại ổ lăn sơ bộ là ổ đũa côn cỡ nhẹ tra bảng P2.11[1]-261 ta có:

5.2.2 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn

Sơ đồ lực tác dụng của các ổ lăn trục 1

Khả năng tải động Cd được tính theo công thức: 11.1[1]-213

Trong đó: m: bậc của đường cong mỏi ( đối với ổ đũa côn)

Q – tải trọng động quy ước (KN) được xác định theo công thức 11.3[1]-214

Hệ số V phản ánh vòng quay, với công thức V = 1 kt, trong đó kt là hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ, và kt = 1 Hệ số kd được sử dụng để thể hiện đặc tính tải trọng, đặc biệt là tải trọng tĩnh trong hộp giảm tốc công suất nhỏ, với kd = 1.

Tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 3 là:

Tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 1 là:

Lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 1 là:

Lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 3 là:

X – hệ số tải trọng hướng tâm

Y – hệ số tải trọng dọc trục

Tải trọng quy ước tác dụng vào ổ:

Ta thấy Q2 < Q3 nên ta chỉ cần kiểm nghiệm cho ổ lăn 3

Khả năng tải động của ổ lăn:

= > 2 ổ lăn thoả mãn khả năng tải động.

5.2.3 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn

Tra bảng 11.6 -221 cho ổ đũa côn 1 dãy ta được :

Tải trọng tĩnh tương đương tác dụng vào từng ổ:

Qt3 = X1 Fr3 + Y1 Fa3 = 0,5.467,05 + 0,92.2194,56 = 2252,52 (N) Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:

Qt =max(Qt2, Qt3)= max(504,69; 2252,52) = 2252,52 N < C0 = 17,90 kN

⇒ 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải tĩnh.

THIẾT KẾ TRỤC, THEN, Ổ LĂN CHO CỤM TRỤC 2

Thiết kế trục

Chọn vật liệu là thép CT5 có 𝜎𝑏 = 500(𝑀𝑃𝑎) và ứng suất xoắn cho phép [𝑟] 15 ÷30 (𝑀𝑃𝑎)

6.1.2 Sơ đồ lực tác dụng lên trục (vẽ)

Hình 6.1 Sơ đồ lực tác dụng lên trục II

Lực tác dụng lên trục 2

 Lực tác dụng lên bộ truyền trụ vít - bánh vít:

 Lực tác dụng lên trục từ khớp nối: Fkn = 716 , 74 (N)

+ Biểu đồ momen M x (trong mặt phẳng thẳng đứng Oyz)+ Biểu đồ momen M y (trong mặt phẳng thẳng đứng Oxz)+ Biểu đồ momen xoắn T

Hình 6.2 Sơ đồ tổng kết trục II

6.1.3 Momen uốn tổng M1 và momen tương đương Mtđ tại các tiết diện

Theo công thức 10.15, 10.16, 10.17 trang 194 [1], ta có:

Tại tiết diện 1: Tiết diện ổ lăn

Tại tiết diện 2: Tiết diện bánh vít

Tại tiết diện 3: tiết diện ổ lăn

Tiết diện tại 4: Tiết diện bánh răng trụ

Chọn lại đường kính các đoạn trục

Ta chọn đường kính theo tiêu chuẩn và đàm bảo điều kiện lắp ghép:

Ta chọn được: d1 = 35 (mm) d2 = 40 (mm) d3 = 35 (mm) d4 = 32 (mm)

Tính toán lựa chọn then

Do các trục trong hộp giảm tốc nên ta chọn loại then bằng Để đàm bảo tính công nghệ ta chọn loại then giống nhau trên cùng một trục.

Khi đó, theo TCVN 2261-77 ta có thông số của các loại then được sử dụng như sau :

Tiết diện Đường kính trục

Bán kính góc lượn của rãnh b h t1 t2

6.1.4 Kiểm nghiệm độ bền then a) Tại tiết diện 2 (tiết diện bánh vít)

Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then

Chọn lt=(0,8…0,9).lm23 = (0,8…0,9).60 = 48 …54 mm = >chọn lt = 50 mm

Với then làm bằng thép, tải va đập vừa ta chọn được:

Kiểm nghiệm độ bền cắt: công thức (9.2)

Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện cắt và dập a) Tại tiết diện 4 (tiết diện khớp nối)

Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then

Chọn lt=(0,8…0,9).lm23=(0,8…0,9).80d …72mm = >chọn lt = 68 mm

Với then làm bằng thép, tải va đập vừa ta chọn được:

Kiểm nghiệm độ bền cắt: công thức (9.2)

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

6.1.5 Kiểm nghiệm độ bền cho trục 2 theo hệ số an toàn S

Kiểm nghiện trục về độ bền mỏi

Khi xác định đường kính trục theo công thức (5 -1), cần xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của trục, bao gồm sự thay đổi của chu trình ứng suất và hiện tượng tập trung ứng suất.

Để đảm bảo độ bền mỏi của trục, cần xem xét các yếu tố như ứng suất, kích thước và chất lượng bề mặt sau khi xác định đường kính trục Kết cấu của trục phải được thiết kế sao cho hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm đáp ứng các điều kiện nhất định.

Hệ số an toàn [s] được xác định trong khoảng từ 2 đến 4, với lựa chọn [s] = 2 Các hệ số an toàn này bao gồm sσj, là hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp, và sτj, là hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại mặt cắt j.

Với , : giới hạn mỏi và xoắn với chu kì đối xứng, với thép CT5 có

Hệ số ψσ và ψτ phản ánh ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, với σb = 500 MPa cho ψσ = 0,05 và ψτ = 0 theo bảng 10.7 - tr 197 Tài liệu [1] Đối với trục quay, ứng suất uốn có sự thay đổi theo chu kỳ đối xứng, trong đó σa, τa, σm đại diện cho biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp tại mặt cắt xét Khi trục quay một chiều, ứng suất xoắn cũng thay đổi theo chu kỳ mạch động.

Với Wj , Woj - mô men cản uốn và mô men cản xoắn tại mặt cắt đang xét.

Ta kiểm nghiệm cho mặt cắt tại điểm có lắp ổ lăn trên trục 2 vị trí số 3

Hệ số Kd2 và Kd2 được xác định theo các công thức sau:

Kx là hệ số tập trung ứng suất, phụ thuộc vào trạng thái bề mặt, phương pháp gia công và độ nhẵn bóng Thông tin chi tiết có thể tham khảo trong bảng 10.8 - trang 197 của Tài liệu [1].

Kx = 1,20, với σb = 500 MPa, tiện đạt Rz 80…20

Hệ số tăng bề mặt trục Ky, được trình bày trong bảng 10.9, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt và cơ tính vật liệu Trong trường hợp không áp dụng các phương pháp này, ta có Ky = 1, phản ánh ảnh hưởng của kích thước mặt cắt trục Đối với trục làm bằng vật liệu thép các bon có đường kính d = 35 mm, thông tin này được cung cấp trong bảng 10.10.

Hệ số tập trung ứng suất thực tế trên bề mặt trục, đặc biệt là đối với trục có rãnh then và gia công bằng dao phay ngón, có trị số là 1,51 theo bảng 10.12 - trang 199 trong tài liệu [1] Đồng thời, hệ số này cũng được xác định là 1,2.

Thay các giá trị trên vào (5-8) và (5-9) , ta được

Thay các kết quả trên vào công thức (5-4) và (5-5), ta tính được :

Kiểm nghiệm cho mặt cắt tại điểm có lắp bánh vít trên trục 2 vị trí số 2

Hệ số Kd3 và Kd3 được xác định theo các công thức sau:

Kx là hệ số tập trung ứng suất, chịu ảnh hưởng bởi phương pháp gia công và độ nhẵn bóng của bề mặt Thông tin chi tiết có thể tham khảo trong bảng 10.8, trang 197 của tài liệu [1].

Hệ số tăng bề mặt trục Ky, được trình bày trong bảng 10.9, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt và cơ tính vật liệu Trong trường hợp này, vì không áp dụng các phương pháp tăng bền bề mặt, nên giá trị của Ky được xác định là 1.

Hệ số ảnh hưởng kích thước mặt cắt trục được xác định cho trục làm bằng vật liệu thép các bon có đường kính 40 mm, theo bảng 10.10 trong tài liệu 198.

Trị số của hệ số tập trung ứng suất thực tế trên bề mặt trục, đặc biệt là đối với trục có rãnh then và gia công bằng dao phay ngón, được xác định theo bảng 10.12 - trang 199 trong tài liệu [1] Cụ thể, giá trị hệ số này là 1,76 và 1,54.

Thay các giá trị trên vào (5-8) và (5-9) , ta được:

Thay các kết quả trên vào công thức (5-4) và (5-5), ta tính được :

Trục thỏa mãn độ bền mỏi

Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

Để ngăn ngừa tình trạng biến dạng dẻo quá mức hoặc hư hỏng do quá tải đột ngột khi khởi động máy, việc kiểm nghiệm độ bền tĩnh của trục là rất cần thiết.

Theo công thức 10.27[1]-200 ta có:

Trục thỏa mãn độ bền tĩnh

6.2 Tính toán lựa chọn ổ lăn

6.2.1 Chọn loại ổ lăn Đường kính đoạn trục lắp ổ d = d1 = d3 = 35 mm

Ta có tải trọng hướng tâm tác dụng lên 2 ổ:

Ta có lực dọc trục ngoài (lực dọc tác dụng lên bánh răng côn): d

Chọn loại ổ lăn sơ bộ là ổ đũa côn cỡ nhẹ rộng tra bảng P2.11[1]-261 ta có: Với Tra bảng P2.11[1]-263 với d = 35 mm ta được: ổ đũa côn :

6.2.2 kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn

Khả năng tải động Cd được tính theo công thức: 11.1[1]-213

Trong đó: m – bậc của đường cong mỏi: m = 10/3 (đố𝑖 𝑣ớ𝑖 ổ đũ𝑎 𝑐ô𝑛)

Q – tải trọng động quy ước (KN) được xác định theo công thức 11.3[1]-214

Hệ số V được xác định dựa trên vòng quay, với công thức V = 1 kt, trong đó kt là hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ Hệ số kd phản ánh đặc tính tải trọng, với giá trị kd = 1 cho tải trọng tĩnh và hộp giảm tốc công suất nhỏ.

Tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 1 là:

Tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 3 là:

Lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 1 là:

Fa1 = Max (∑ Fa1; Fs1) = Max(617,52; 209,62) = 617,52 N

Lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 3 là:

X – hệ số tải trọng hướng tâm Y – hệ số tải trọng dọc trục

Tải trọng quy ước tác dụng vào ổ:

Ta thấy Q1 < Q3 nên ta chỉ cần kiểm nghiệm cho ổ lăn 3

Khả năng tải động của ổ lăn

⇒ 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải động

6.2.3 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn

Tra bảng 11.6[1]-221 cho ổ đũa côn 1 dãy ta được:

Tải trọng tĩnh tương đương tác dụng vào từng ổ:

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:

Qt = max(Qt1, Qt3) = max(897,06; 1626,42) = 1626,42 N < C0 = 26,30 KN

⇒ 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải tĩnh.

LỰA CHỌN KẾT CẤU

Vỏ hộp

7.1.1 Tính kết cấu của vỏ hộp

Hộp giảm tốc cần có độ cứng cao và khối lượng nhỏ, vì vậy vật liệu được chọn để đúc là gang xám với ký hiệu GX15-32.

Chọn bề mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục.

Các kích thước của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc :

Nắp hộp, δ1 δ =0,03a + 3 = 0,03.125+ 3 = 8,7 (mm) Chọn δ = 9 (mm) δ1 = 0,9.δ = 0,9 9 = 8,1 (mm) chọn δ1 = 8 (mm)

Gân tăng cứng: Chiều dày, e

Chiều cao, h Độ dốc e = (0,8÷1)δ = 7,2÷ 9 mm Chọn e = 8 (mm) h < 58 mm = 48 khoảng 2 0 Đường kính:

Vít ghép nắp của thăm, d5 d1 > 0,04a + 10 = 0,04.190 + 10 = 17,6(mm). Chọn d1 = 18 (mm) d2 = (0,7÷0,8)d1 = 12,6÷14,4mm Chọn d2 = 14 (mm) d3 = (0,8÷0,9)d2 = 11,2÷12,6 mm Chọn d3 = 12 (mm) d4 = (0,6÷0,7)d2 = 8,4÷9,8 chọn d4 = 9 (mm) d5 = (0,5÷0,6)d2 = 7,0÷8,4 chọn d5 = 8 (mm) Mặt bích ghép nắp và thân:

Chiều dày bích thân hộp, S3 S3 = (1,4÷1,8)d3 = 16,8 ÷25,2 mm chọn S3 20 (mm)

Chiều dày bích nắp hộp, S4

Chiều rộng bích nắp và thân, K3

Kích thước gối trục: Đường kính ngoài và tâm lỗ vít

Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ, K2

Tâm lỗ bulông cạnh ổ, E2 và C

(K là khoảng cách từ tâm bulông đến mép lỗ)

K > 1,2.d2 = 1,2.14 = 16 Phụ thuộc lỗ bulong Mặt đế hộp:

Chiều dày: khi không có phần lồi S1

Bề rộng mặt đế hộp, K1 và q

K1 = 3d1 = 3.18 = 54 (mm), q ≥ K1 + 2δ = 54 + 2.9 = 72 (mm) Khe hở giữa các chi tiết:

Giữa bánh răng với thành trong hộp

Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp Δ ≥ (1÷1,2)δ = (1 1,2).9 = (9÷10,8) chọn Δ = 10 (mm) Δ1 ≥ (3÷5)δ = (3 5).9 = (27÷45)

Giữa mặt bên của các bánh răng với nhau chọn Δ1 = 40 (mm) Δ2 ≥ 9 = 9 chọn Δ2 = 10 (mm)

Một số chi tiết khác

7.2.1 Nắp ổ Đường kính nắp ổ được xác định theo công thức :

Vị trí D(mm) D2(mm) D3(mm) D4(mm) d4(mm) z h

Tên chi tiết: Bu lông vòng

 Chức năng: để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc (khi gia công, khi lắp ghép…) trên nắp và thân thường lắp them bu lông vòng

Tra bảng B18.3bTr89 [2] với a5 mm ta được trọng lượng hộp Q0 Kg

 Thông số bu lông vòng tra bảng B18.3aTr89[2] ta được:

Tên chi tiết: Chốt định vị

Chốt định vị giúp ngăn chặn biến dạng vòng ngoài của ổ khi xiết bu lông, nhờ đó loại bỏ nguyên nhân gây hỏng hóc cho ổ.

 Chọn loại chốt định vị là chốt côn

 Thông số kích thước: B18.4aTr90[2] ta được: d = 6 mm , c = 0 , 6 mm , L = 20 ÷ 160 mm

Tên chi tiết: Cửa thăm

Chức năng của hộp là kiểm tra và quan sát các chi tiết trong quá trình lắp ghép, đồng thời chứa dầu Hộp được thiết kế với cửa thăm ở trên, được đậy bằng nắp và có nút thông hơi để đảm bảo thông gió.

 Thông số kích thước: tra bảng 18.5Tr93[2] ta được

Tên chi tiết: Nút thông hơi

Chức năng của nút thông hơi là giảm áp suất và điều hòa không khí bên trong và bên ngoài hộp khi nhiệt độ tăng lên trong quá trình làm việc.

 Thông số kích thước: tra bảng 18.6Tr93[2] ta được

Tên chi tiết: nút tháo dầu

Sau một thời gian sử dụng, dầu bôi trơn trong hộp có thể bị bẩn do bụi hoặc hư hại, dẫn đến việc cần thay dầu mới Để thực hiện việc thay dầu, người dùng cần tháo dầu cũ thông qua lỗ tháo dầu ở đáy hộp, mà lỗ này thường được bịt kín bằng nút tháo dầu trong quá trình làm việc.

 Thông số kích thước (số lượng 1 chiếc): tra bảng 18.7Tr93[2] ta được

Tên chi tiết: que thăm dầu.

Que thăm dầu là thiết bị quan trọng để kiểm tra mức và chất lượng dầu bôi trơn trong hộp giảm tốc Để đảm bảo quá trình kiểm tra diễn ra thuận lợi, đặc biệt khi máy hoạt động liên tục trong 3 ca, que thăm dầu thường được thiết kế với vỏ bọc bên ngoài nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của sóng dầu.

7.2.8 Lót ổ lăn Ổ lăn làm việc trung bình và bôi trơn bằng mỡ ta chọn làm kín động gián tiếp bằng vòng phớt.

Chức năng của sản phẩm là bảo vệ ổ lăn khỏi bụi bẩn, chất lỏng, hạt cứng và các tạp chất khác, những yếu tố này có thể gây mài mòn và han gỉ cho ổ.

 Thông số kích thước: tra bảng 15.17Tr50[2] ta được

Chi tiết vòng chắn dầu

 Chức năng: vòng chắn dầu quay cùng với trục, ngăn cách mỡ bôi trơn với dầu trong hộp, không cho dầu thoát ra ngoài.

 Thông số kích thước vòng chắn dầu a=6 ÷ 9 ( mm) ,t =2 ÷ 3 ( mm ) , b=2÷ 5( mm )( lấy bằng gờ trục )

Tên chi tiết: Cốc lót

 Chức năng: dùng để đỡ ổ lăn tạo thuận lợi cho việc lắp ghép và điểu chỉnh bộ phận ổ cũng như điều chỉnh ăn khớp của bánh răng côn.

 Vật liệu: gang xám GX15 ÷ 32

Chọn chiều dày cốc lót: δ =9 mm

Chiều dày vai và bích cốc lót: δ 1 =δ 2 = δ =9( mm ) a 60 ° b t

LẮP GHÉP, BÔI TRƠN VÀ DUNG SAI

Dung sai lắp ghép và lắp ghép ổ lăn

 Lắp vòng trong của ổ lên trục theo hệ thống lỗ cơ bản và lắp vòng ngoài vào vỏ theo hệ thống trục cơ bản.

Để đảm bảo các vòng không trượt trên bề mặt trục hoặc lỗ trong quá trình làm việc, cần lựa chọn kiểu lắp trung gian, sử dụng các vòng không quay kết hợp với lắp có độ dôi cho các vòng quay.

 Chọn miền dung sai khi lắp các vòng ổ:

Lắp bánh răng lên trục

Để truyền momen xoắn giữa trục và bánh răng, việc sử dụng then bằng là lựa chọn phổ biến Tuy nhiên, mối ghép then thường không hoàn toàn khớp do rãnh then trên trục có thể thiếu chính xác Để khắc phục vấn đề này, cần cạo then theo đúng rãnh then để đảm bảo lắp đặt chính xác.

 Lắp bánh răng lên trục theo kiểu lắp trung gian:

Bôi trơn hộp giảm tốc

Bôi trơn máy móc có thể được phân chia thành hai phương pháp chính: bôi trơn ngâm dầu và bôi trơn lưu thông Trong trường hợp hộp giảm tốc, với vận tốc của các bánh răng dao động từ 2,93 m/s đến 12 m/s, phương pháp bôi trơn hiệu quả nhất là ngâm dầu.

Với vận tốc vòng của bánh răng v = 2 , 93 ( m / s ) tra bảng 18.11Tr100[2], ta được độ nhớt để bôi trơn là:186 Centistoc ứng với nhiệt độ 50 0 C

Theo bảng 18.13Tr101[2] ta chọn được loại dầu: dầu ôtô máy kéo AK-20

Bôi trơn ổ lăn đúng kỹ thuật giúp giảm ma sát và mài mòn, ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa các chi tiết kim loại.

62 tiếp với nhau, điều đó sẽ bảo vệ được bề mặt và tránh được tiếng ồn Bôi trơn ổ lăn bằng mỡ

Bảng dung sai

Trục Vị trí lắp Kiểu lắp Lỗ Trục

Cốc lót và vành ngoài ổ ϕ 52 H 7 ϕ 52 0

Trục và vòng chắn dầu ϕ 25 D k 6 8 ϕ 25 +0,065 +0,098 ϕ 25 +0,002 +0,015 Đoạn trục lắp đai ϕ 20 k 6 ϕ 20 +0,002 +0,015

Trục và vòng chắn dầu ϕ 35 D k 6 8 ϕ 25 +0 ,08