Thuyết minh Đồ Án chi tiết máy tính toán, thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp

1.2 Chọn công suất động cơ Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ nhằm đảm bảo chonhiệt độ của động cơ khi làm việc không lớn hơn trị số cho phép.. Để đảm bảo điềukiện đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG

TRỤ RĂNG NGHIÊNG 1 CẤP

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

Hướng dẫn: ThS PHÙNG DANH SANhóm thực hiện: 4.8 – DH22OTO01, gồm:

1 Nguyễn Quốc Khánh MSSV: 226681

2 Trần Tấn Phát MSSV:225148

3 Cao Gia Huy MSSV:222337

4 Lê Nguyễn Minh Phát MSSV:220819

5 Trần Tiến Đạt MSSV: 221956

Tp Cần Thơ, tháng 6 năm 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG

TRỤ RĂNG NGHIÊNG 1 CẤP

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

Lớp DH22OTO01

Tp Cần Thơ, tháng 6/2024

YÊU CẦU ĐỀ TÀI, HÌNH ẢNH GV CUNG CẤP:

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Nhiệm vụ

Bản vẽ lắp A0Bản vẽ chi tiết bánh răng

Trần Tấn Phát

- Tính toán thiết kế bộ truyền đai

- Tính toán thiết kế trục II, chọn then, dung sai, ổ lăn trục II

- Cấu tạo HGT, bôi trơn HGT

Biểu đồ momen trục IIBiểu đồ momen trục III

NHẬN XÉT CỦA GV HƯỚNG DẪN

I VỀ HÌNH THỨC

………

………

………

………

………

………

………

………

II VỀ NỘI DUNG ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

III KẾT LUẬN Đạt: ………

………

………

………

………

LỜI NÓI ĐẦU

Với nhiều sự nỗ lực và cố gắng của bản thân, đến nay 26/05/2024 củanhóm tôi đã hoàn thành Để hoàn thành được bài đồ án này tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của quý thầy cô, bạn bè, gia đình,… Để tỏlòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn:

Thầy Phùng Danh Sa

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

NHÓM 4.8

1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ 3

2.1 Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc 3 2.2 Tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc 3

2.1.3 Xác định số dây đai z 6 2.1.4 Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 6

2.3.3 Xác dịnh thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng 13

2.3.5 Xác định các lực tác dụng lên bánh răng 15 2.4 Kiểm tra điều kiện bôi trơn cho hộp số giảm tốc 15

3.1.6 Kiểm nghiệm độ bền của then 19

* Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi tại tiết diện C (lắp có độ dôi) 20

* Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi tại tiết diện C (lắp có độ dôi) 25

4.2 Thiết kế các chi tiết phụ (chốt định vị, que thăm dầu,

bu lông vòng, ) 30

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số động cơ

Bảng 1.2 Công suất, tỉ số truyền, số vòng quay, momen xoắn trên từng trục 6

Bảng 2.3 Thông số bộ truyền đai

Bảng 2.4 Thông số bộ truyền xích

Bảng 2.5 Thông số bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Bảng 3.6 Các thông số kích thước của khớp nối vòng đàn hồi

Bảng 3.7 Các thông số kích thước của vòng đàn hồi

Bảng 5.8 Kích thước vỏ hộp giảm tốc

Bảng 5.9 Kích thước nút thông hơi (mm)

Bảng 5.10 Kích thước nút tháo dầu trụ

Bảng 5.11 kích thước bulong vòng (mm)

Bảng 5.12 Kích thước chốt định vị

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 4.1 Chi tiết trục 24

Hình 4.2 Biểu đồ moment trục II 26

Hình 4.3 Kết cấu trục II

Hình 4.4 Chi tiết trục 32

Hình 4.5 Biểu đồ moment trục III 34

Hình 4.6 Kết cấu trục III 35

Hình 5.7 Nút thông hơi 44

Hình 5.8 Nút tháo dầu trụ 46

Hình 5.9 Que thăm dầu 46

Hình 5.10 Bulong vòng và vít nâng 48

Hình 5.11 Chốt định vị 49

Hình 5.12 Vòng phớt 49

PHẦN I

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

1 Tính chọn động cơ điện

1.1 Chọn kiểu loại động cơ

Với hệ dẫn động băng tải dùng với hộp giảm tốc, sử dụng động cơ điện xoaychiều 3 pha roto lồng sóc (ngắn mạch)

1.2 Chọn công suất động cơ

Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ nhằm đảm bảo chonhiệt độ của động cơ khi làm việc không lớn hơn trị số cho phép Để đảm bảo điềukiện đó cần thoả mãn yêu cầu sau:

P dm dc ≥ P dt dc Trong đó: P dm dc: công suất định mức của động cơ

P dt dc: công suất đẳng trị trên trục động cơ, trường hợp tải thayđổi được xác định như sau:

Với: P lv dc: Công suất làm việc danh nghĩa trên trục động cơ

P i ct: công suất phụ tải ở chế độ thứ i trên trục công tác

P lv ct: công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác

t i , t ck: thời gian làm việc ở chế độ thứ i và thời gian cả chu kỳ

1.2.1 Công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác:

Với: η kn : hiệu suất của khớp nối

η x : hiệu suất của bộ truyền xích

η đ : hiệu suất của bộ truyền đai

η brt: hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ

η ol : hiệu suất của ổ lănTheo bảng 2.3 tr.19 giáo trình Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, tađược:

η kn=1 ; η đ = 0,95 ; η brt= 0,96 ; η x= 0,9 ; η ol = 0,99Thay vào công thức được:

+ Tỉ số truyền của hộp giảm tốc: u h=3

Từ các thông số đã tính toán, chọn loại động cơ K mang nhãn hiệu K160M4

có các thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 1.1 Thông số động cơ

Kiểu

động cơ

Côngsuất

Vận tốcquay (vòng/phút)

Hiệusuất (

%)

(mm)

Khốilượng(kg)

1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ

a) Kiểm tra điều kiện mở máy

Điều kiện mở máy:

Vậy động cơ thoả mãn điều kiện mở máy

b) Kiểm tra điều kiện quá tải

Điều kiện quá tải:

Với: - công suất lớn nhất cho phép của động cơ

- công suất định mức của động cơ

- công suất đặt lên trục động cơ khi quá tải

2 Phân phối tỉ số truyền

Tỉ số truyền của hệ thống: u=n dc

n lv= 1450

100 ,5 =14 , 4

2.1 Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc

Theo bảng 2.4 tr.21 [1], chọn u d = 2; u x = 2

2.2 Tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc

u ng=14 , 42.2 =3 , 6

3 Tính toán các thông số trên các trục

3.1 Tính công suất trên các trục

Với sơ đồ tải thay đổi, chọn công suất danh nghĩa là công suất lớn nhất

- Công suất danh nghĩa trên các trục:

P I =P lv dc η kn η ol =11.1 0 , 99=10 ,89(kW )

3.3 Tính mô men xoắn trên các trục

- Mômen xoắn trên các trục:

T I=9 , 55 10

6 P I

n I =9 ,55 106.10 , 89

1450 =71723 , 8(Nmm)

Bảng 1.2 Công suất, tỉ số truyền, số vòng quay,

momen xoắn trên từng trục

PHẦN II.

THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG

2.1 Thiết kế bộ truyền đai

Định khoảng cách trục sơ bộ theo B4.14: asb = 1,2d2 = 378 mm

Tính chiều dài dây đai theo asb:

→ Chọn L = 1600 mm (B 4.13)

+ Nghiệm số lần uốn của đai trong 1 giây: i = v / L = 7,6 < 10

+ Tính a theo L tiêu chuẩn:

+Khoảng cách trục phải thỏa điều kiện: 0,55(d1 + d2) + h < a < 2(d1 + d2)

2.1.4 Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

+ Lực căng ban đầu:

F0=780 P K d

v C a z +F v =200 , 8(N )

+ Lực tác dụng lên trục:

Bảng 2.3 Thông số bộ truyền đai

+Số răng đĩa xích nhỏ: z1 = 29 – 2.ux ≥ 19

Với ux =2, thay số vào có kết quả z1 = 29 – 2.2 = 25 ≥ 19

+Số răng đĩa xích lớn: z2 = ux.z1≤ zmax

Thay vào: z2 = 2.25 = 50 ≤ zmax = 120

P: công suất cần truyền; P = 9,73 kW

[P]: công suất cho phép

Theo bảng 5.5 tr.81 tài liệu [1], với n01 = 200 vg/ph, để P t ≤[P]chọn bộ truyềnxích 1 dãy có bước xích p = 38,1 mm Thoả mãn p < pmax (bảng 5.8 tr.83 tài liệu[1])

kf – hệ số phụ thuộc độ võng f của xích và vị trí bộ truyền; kf =

6 (theo chỉ dẫn tr.85 [1] đối với bộ truyền nằm ngang)

d a 2=625 (mm)

- Đường kính vòng chân:

d f 1 =d1−2 r=304−2.11,2=281 ,6(mm)

d f 2 =d2−2 r=606 ,8−2.11 ,2=584 , 4(mm)Chọn lại: d f 1=282 (mm)

A – diện tích chiếu của bản lề;

Với: kx = 1,15 là hệ số kể đến trọng lượng xích khi bộ truyền nằm ngang

Ft = 3040,6 (N) là lực vòng trên băng tải

Theo bảng 6.1 tr.92 [1], ta chọn như sau:

* Bánh nhỏ: Chọn vật liệu là thép C45 cũng tiến hành tôi cải thiện sau khigia công có các thông số kỹ thuật:

Độ cứng: HB1 = 250Giới hạn bền: σb1 = 850 Mpa

Giới hạn chảy: σch1 = 580 Mpa

* Bánh lớn: Chọn vật liệu là thép C45 cũng tiến hành tôi cải thiện sau khigia công có các thông số kỹ thuật:

Độ cứng: HB2 = 240Giới hạn bền: σb2 = 750 MpaGiới hạn chảy: σch2 = 450 Mpa

2.3.2 Xác định ứng suất cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ H]và ứng suất uốn cho phép [σ F] được xác địnhtheo công thức:

[σ H]=σ H lim¿o

S H Z R Z v K xH K HL¿

[σ F]=σ F lim¿o

S F .Y R Y s K xF K FC K FL¿Trong đó: ZR – hệ số xét đến độ nhám của mặt bánh răng làm việc

ZV – hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

KxH – hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

YR – hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng

YS – hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất

KxF – hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bềnuốn

Trong thiết kế sơ bộ lấy Z R Z v K xH=1 và Y R .Y s K xF=1 do đó hai công thứctrên trở thành:

N FO- số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn;

N FO=4.10 6 đối với tất cả các loại thép;

N HE , N FE- số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Khi bộ truyền chịu tảitrọng tĩnh:

N HE =N FE =N =60.C n i t

C -số lần ăn khớp trong một vòng, C = 1

n i -số vòng quay bánh răng trong một phút

t -tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét

t = 8 năm 260 ngày 2 ca 4 giờ = 16640 giờ

Thay số vào có kết quả:

N HE =N FE =N =60.1.725 16640=723840000(giờ)

=> NHE1 > NHO1 ; NFE1 > NFO1

Tính toán tương tự có kết quả:

NHE2 > NHO2 ; NFE2 > NFO2

Ta lấy N HE =N HO và N FE =N FO khi đó có kết quả K HL=1 và K FL=1 (đườngcong mỏi gần đúng là đường thẳng song song với trục hoành; tức là trênkhoảng này giới hạn mỏi tiếp xúc và giới hạn uốn không thay đổi)

[σ H]=509 , 09 ≤ 1, 25[σ H]min =1 ,25.500=625 MPa (thoả mãn)

* Ứng suất quá tải cho phép

+ Ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép: [σH]max=2,8σch2 = 2,8.450 = 1260(MPa)+ Ứng suất uốn quá tải cho phép: [σF1]max=0,8σch1=0,8.580=464(MPa)

[σF2]max=0,8σch2=0,8.450=360(MPa)

2.3.3 Xác dịnh thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng

* Xác định sơ bộ khoảng cách trục

+T- mômen xoắc trên trục chủ động T = 134885,5

+[σH]- ứng suất tiếp xúc cho phép

+K Hβ- hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răngkhi tính về tiếp xúc

+Ψ ba , Ψ bd- là các hệ số:

Chọn Ψ ba= 0,4

Ψ bd =0 ,53.Ψ ba(u1+1)=0 ,53.0 , 4.(3 , 6+1 )=0 , 98

Dựa vào Ψ bd và độ cứng HB theo bảng 6.7 tr.98 [1], ta được K Hβ =1 , 05

Thay các giá trị vào công thức, ta được:

v=π d w 1 n2

60000 =2 ,3 m/s

Với dw1 = 2aw/(u1+1) = 60,9 (theo bảng 6.11 tr.104 [1])

n2 = 725, số vòng quay bánh chủ độngVới vận tốc này ta chọn cấp chính xác 9

2.3.4 Kiểm nghiệm độ bền của răng

- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Áp dụng công thức Hezt ta xác định được ứng suất tiếp xúc xuất hiệntrên mặt phẳng phải thoả mãn điều kiện:

KH – Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:

- Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

* Ứng suất uốn sinh ra:

KFα = 1,37 ([B6.14], cấp chính xác 9)

KFv = 1,09 (cấp 9)

Tính lại:

Trong đó: YR = 1, YS = 1,08 - 0,0695.ln3 = 1; KxF = 1 (da < 400mm) (Tr.92)

- Kiểm nghiệm răng về quá tải

* Quá tải khi tính về tiếp xúc:

Bảng 2.5 Thông số bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

2.3.5 Xác định các lực tác dụng lên bánh răng

2.4 Kiểm tra điều kiện bôi trơn cho hộp số giảm tốc

Đối với HGT bánh răng trụ 1 cấp, mức dầu tối thiểu cao bằng 2h và khôngthấp hơn 10 mm Mức dầu tối đa cao hơn mức dầu tối thiểu 10 mm

Hmax = da2 / 2 – 2h = 239,5 / 2 – 2.4,5.2 = 102 (mm)

Hmin = Hmax + 10 = 112 (mm)

2.5 Kiểm tra điều kiện chạm trục

Hộp giảm tốc 1 cấp nên không cần kiểm tra điều kiện chạm trục

2.6 Kiểm tra sai số vận tốc

Theo bảng 16-10b [2] có kết quả vòng đàn hồi:

Bảng 3.7 Các thông số kích thước của vòng đàn hồi

* Kiểm nghiệm điều kiện bền của chốt:

Vậy σ u ≤[σ u] nên thoả điều kiện uốn bền Chọn khớp nối vòng đàn hồi có các thông số nêu trên chấp nhận được.

Đối với trục của hộp giảm tốc làm việc trong điều kiện chịu tải trọng trungbình thì ta chọn vật liệu làm trục là thép C45 thường hoá có cơ tính như sau:

; σch = 340 Mpa; với độ cứng là 200 HBỨng suất xoắn cho phép [τ]=12 ÷ 30 Mpa tuỳ thuộc vào vị trí đặt lực ta đangxét

4.1.2 Xác định sơ bộ đường kính trục và khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:

- Đường kính trục sơ bộ được xác định theo công thức:

d ≥3

√ T

0 , 2.[τ]

Trong đó: T – momen xoắn tác dụng lên trục

[τ]=12 ÷ 30 Mpa là ứng suất xoắn cho phép + Đường kính sơ bộ trục II:

- Chiều dài các đoạn trục:

Chiều dài trục cũng như khoảng cách giữa cách gối đỡ và các điểm đặt lựcphụ thuộc vào sơ đồ động, chiều dài mayơ của các chi tiết quay, chiều rộng ổ, khe

hở cần thiết và các yếu tố khác

Từ đường kính d ta có thể xác định gần đúng chiều rộng ổ lăn b0 theo bảng10.2 [1], được:

b01 = 23 mm

hn = 15…20: chiều cao nắp ổ và đầu bulon – Chọn hn =15mm

k1 = 8 15: k/c từ chi tiết quay đến thành trong hộp hoặc k/c giữa cácchi tiết quay – Chọn k1 = 10mm

k2 = 5 15: k/c mặt mút ổ đến thành trong hộp – Chọn k2 = 10mm

k3 = 10 20: k/c từ chi tiết quay đến nắp ổ – Chọn k3 = 10mm

4.1.3 Xác định trị số và chiều các lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục

- Lực tác dụng lên bánh răng trụ là:

F t 1 =F t 2=2.T1

d w 1 =2.134885 , 5

60 , 9 =4429 , 7(N )

4.1.5 Xác định đường kính các đoạn trục

4.1.6 Kiểm nghiệm độ bền của then

- Chọn kích thước then theo đường kính trục Ф40, theo bảng 9.1a [1], được :

b = 12 mm; h = 8 mm; t1 = 5mm; t2 = 3,3 mm;

l = 0,8.lm = 0,8.59 = 47.2 mm

⇒ chọn theo chuẩn: l = 56 mm

- Điều kiện bền dập:

σ d= 2T

d l (h−t1 )=

2.134885 , 5 40.56 (8−5) =40 ,1≤[σ d]=100 MPa

Với [σ d]là ứng suất dập cho phép, theo bảng 9,5 [1], được:

Với: [τ c] là ứng suất bền cắt cho phép, [τ c]=60 90 Mpa

- Chọn kích thước then theo đường kính trục Ф30, theo bảng 9.1a [1], được :

Với [σ d]là ứng suất dập cho phép, theo bảng 9,5 [1], được:

Với: [τ c] là ứng suất bền cắt cho phép, [τ c]=60 90 Mpa

4.1.7 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Khi xác định đường kính trục chưa xét tới một số yếu tố ảnh hưởng đến

độ bên mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kỳ ứng suất, sự tập trung ứngsuất, yếu tố kích thước, chất lượng bề mặt v v Vì vậy sau khi định kết cấu trụccần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bến mỏi có kể đến các yếu tố vừa nêu

* Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi tại tiết diện C (lắp có độ dôi)

Hệ số an toàn:

Trong các công thức trên:

- σ−1và τ−1,: là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng Đối với thép

- σ mvà τ m: là trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp, là thành phần không đổi

trong chu kỳ ứng suất

-ε σvà ε τ: là hệ số kích thước xét đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến

giới hạn mỏi lấy theo bảng 10.10 [1], được:

4.2 Thiết kế trục III

4.2.1 Chọn vật liệu

Vật liệu dùng để chế tạo trục cần có độ bền cao, ít nhạy cảm với sự tập trungứng suất, đễ gia công và có thể nhiệt luyện dễ dàng Cho nên thép cacbon và théphợp kim là những vật liệu chủ yếu để chế tạo trục Việc lựa chọn thép hợp kim haythép cacbon tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc trục đó có chịu tải trọng lớn haykhông

Đối với trục của hộp giảm tốc làm việc trong điều kiện chịu tải trọng trungbình thì ta chọn vật liệu làm trục là thép C45 thường hoá có cơ tính như sau:

; σch = 340 Mpa; với độ cứng là 200 HBỨng suất xoắn cho phép [τ]=12 ÷ 30 Mpa tuỳ thuộc vào vị trí đặt lực ta đangxét

4.2.2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

- Đường kính trục sơ bộ được xác định theo công thức:

d ≥√3 T

0 , 2.[τ]

Trong đó: T – momen xoắn tác dụng lên trục

[τ]=12 ÷ 30 Mpa là ứng suất xoắn cho phép + Đường kính sơ bộ trục III:

- Chiều dài các đoạn trục:

Chiều dài trục cũng như khoảng cách giữa cách gối đỡ và các điểm đặt lựcphụ thuộc vào sơ đồ động, chiều dài mayơ của các chi tiết quay, chiều rộng ổ, khe

hở cần thiết và các yếu tố khác

Từ đường kính d ta có thể xác định gần đúng chiều rộng ổ lăn b0 theo bảng10.2 [1], được:

b02 = 27 mm