Chương 5: tính toán thiết kế trục 1.. Thông số khớp nối trục đàn hồi: Khớp nối trục đàn hồi truyền công suất từ trục 3 đến tang quay.. Do khớp nối truyền công suất t-ơng đối lớn nên ta
Trang 1Chương 5: tính toán thiết kế trục
1 Thông số khớp nối trục đàn hồi:
Khớp nối trục đàn hồi truyền công suất từ trục 3 đến tang quay
Do khớp nối truyền công suất t-ơng đối lớn nên ta chọn cách nối
trục vòng đàn hồi Tại trục III có mômem xoắn TIII = 667832
(Nmm)
Sơ bộ đ-ờng kính trục ra của hộp giảm tốc :
48,1 60,6 0,2 0,2.(15 30)
sb
T d
Chọn d sb3= 50(mm)
Momen tính toán T t=k.T=1,5.667,832=1001,75(Nm);
Trong đó k là hệ số chế độ làm việc k=1,2 1,5;
Tra bảng 16.10a có các thông số của nối trục
D= 210 nmax=2850
dm=95 B=6
l=110 B1=70
d1=90 l1=40
Z=8 l2=40
Tra bảng 16.10b kích th-ớc cơ bản của vòng đàn hồi:
T=1000
dc=18 d1=M18 D2=25
l=80 l1=42 l2=20
l3=36 h=2
Trang 2+Kiểm tra độ bền của vòng đàn hồi:
2 .
c
k T
Z D d l
Với:dc=18;l3=36;D0=160;Z=8;
2.1,5.667832
2, 4 2 4 ( ) 8.160.18.36
Vậy vòng đàn hồi thoả mãn sức bền dập
+ Kiểm tra độ bền của chốt:
1,5.667832.52
67,8 (60 80)( ) 0,1 0,1.18 160.8
c o
k T l
MPa
d D Z
trong đó l0=l1+l2/2=42+20/2=52(mm);
Vởy chốt thoả mãn sức bền uốn
2.Thiết kế trục
2.1 Chọn vật liệu:
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45, tôi cób= 800 MPa
ứng suất xoắn cho phép [] = 15 30 Mpa
2.2 Xác định sơ bộ đ-ờng kính trục
Theo ct 10.9 đ-ờng kính trục thứ k với k =1 3;
k 3 k
2 , 0
T d
3
1
26457
20,6 25,5 0,2 0,2.(15 30)
sb
T d
bảng 10.2 , ta đ-ợc chiều rộng ổ sơ bộ b0 = 16 mm
3
2
147754
36,6 45, 2 0,2 0,2.(15 30)
sb
T d
bảng 10.2 , ta đ-ợc chiều rộng ổ sơ bộ b0 = 23 mm
Trang 3
3
3
667832
48,1 60,6 0,2 0,2.(15 30)
sb
T d
bảng 10.2 , ta đ-ợc chiều rộng ổ sơ bộ b0 = 27 mm
2.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
Chọn k1 = 10 (mm), k2 = 8 (mm), k3 = 10 (mm), hn = 15 (mm) Với hộp giảm tốc bánh răng trụ phân đôi cấp nhanh:
Với các kí hiệu:
k: số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc
i: số thứ tự của chi tiết trên trục trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền tải
lki: khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ k
lmki: chiều dày mayơ của chi tiết quay thứ i (lắp trên tiết diện i) trên trục k
bki: chiều rộng vành răng thứ i trên trục k
lcki: khoảng côngxôn (khoảng chìa) trên trục thứ k, tính từ chi tiết thứ i ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ
lcki = 0,5.( lmki +b0) + k3 + hn
lc33 = 0,5.(80 + 27) + 10 + 15 = 78,5(mm)
lc12= 0,5.(30 + 16)+10+15 =48(mm)
Chiều dài mayơ nửa khớp nối, đối với hệ thống ta thiết kế là nối
(1,4 2,5).50=70 125(mm).Chọn lm33=80 (mm)
Chiều dài mayơ bánh đai:
lm12=(1,2 1,5).d1=(1,2 1,5).22=26,4 33.Chọn lm12=30(mm)
Trang 4ChiÒu dµi may¬ b¸nh r¨ng trô: lm22 = (1,2 1,5).40 =48 60(mm),
lm23 =(1,2 1,5).40 =48 60 (mm).Chän lm22 = lm23 =50(mm)
ChiÒu dµi ®o¹n c«ngx«n cña trôc I vµ trôc III :
lc33 = 0,5.(80 + 27) + 10 + 15 = 78,5(mm)
lc12= 0,5.(30 + 16)+10+15 =48(mm)
Ta cã:
- Trôc II:
l22 = 0,5.(lm22 + b0) + k1 + k2
= 0,5.(50 + 23) +10+ 8 =54,5 mm
l23 = l22+0,5.(lm22 + lm23) + k1
= 54,5 + 0,5.(50 + 50) + 10 = 104,5 mm
l21 = lm22+lm23+ 3.k1+ 2.k2 + b0=
50 + 50 + 3.10 + 2.8 + 23 = 169(mm)
- Trôc III:
l32 = l23 = 104,5 mm
l31 = l21 = 169 mm
- Trôc I:
l13 = l22 =54,5 mm
l11 = l21 = 169 mm
2.4.TÝnh ®-êng kÝnh trôc:
a Trôc I:
+Lùc t¸c dông lªn trôc:
Ft13=2.T1/dw1=2.26457/35,48=1491,4(N);
Fr13= Ft13.tgtw/cos=1491,4.tg20,7970/0,9583=591,1(N);
Trang 5Fa13= Ft13.tg=1491,4.tg16,590=444,3(N);
Fđ=336,85(N); (đã xác định trong phần tính đai);
+Xác định phản lực tại ổ:
-Trong mặt phẳng (yoz):
0 1 13
0
F F F F
m F l F l F d
Thay số ta có : 0 1
1
591,1 0 591,1.54,5 444,3.35, 48 / 2 169 0
y
F F
F
Giải ra ta có: F 0=447,5(N);Fy1=143,6(N);
-Trong mặt phẳng (xoz):
0 1 13
0
F F F F F
m F l F l F l
Thay số ta có : 0 1
1491, 4 336,85 0 336,85.48 1491, 4.54,5 169 0
x
F F F
Giải ra ta có:Fx0=577,95(N);Fx1=576,6(N);
+Từ các phản lực đã có ta xác định đ-ợc các mômen t-ơng
đ-ơng tại các tiết diện nh- sau:
Mtđ12= 22912(Nmm)
Mtđ10=28043(Nmm)
Mtđ13=75397(Nmm)
Mtđ11=0
Tính đ-ờng kính trục tại tiết diện nguy hiểm(tiết diện d13)
d =
22,4 0,1 0,1.67
td
M
( tra theo bảng 10.5 tttk hdđ =67)
Trang 6Xuất phát từ yêu cầu độ bền ,lắp ghép ,công nghệ, kết cấu ta chọn đ-ờng kính các doạn trục nh- sau:
Đ-ờng kính ngõng trục lắp với ổ lăn: d10=d11= 25(mm);
Đ-ờng kính lắp bánh răng: d13=28(mm);
Đ-ờng kính lắp bánh đai: d12=22(mm);
+Chọn then và tính kiểm nghiệm then trục I:
-Với d13=28(mm) chọn then bằng ,tra bảng 9.1a ta có:
b = 8 (mm), h=7(mm) , t1=4(mm) , t2=2,8(mm).Vì đ-ờng kính chân răng bánh chủ động cấp nhanh d=30,48(mm),do đó khoảng cách từ chân răng đến rãnh then nhỏ hơn 2,5.m = 2,5.2=5(mm).Vậy bánh răng chủ độnh cấp nhanh làm liền trục
- Với d12=22(mm) chọn then bằng ,tra bảng 9.1a ta có:
b = 8 (mm), h=7(mm) , t1=4(mm) , t2=2,8(mm)
- Kiểm nghiệm then tại tiết diện lắp bánh đai:
l1=(0,8 0,9).lm12=(0,8 0,9).30 = 24 27(mm).Chọn
lt=25(mm)
Theo (9.1) :
1
2 2.26457
32( ) ( ) 22.25.(7 4)
d t
T
MPa
d l h t
Theo (9.2) : 2. 2.26457 12( )
22.25.8
c t
T
MPa
d l b
Với đặc tính làm việc êm,dạng lắp cố định tra bảng 9.5 có
d
=150(Mpa) và c=20 30(Mpa).Nh- vậy then làm việc đủ bền
b Trục II:
+Lực tác dụng lên trục:
Trang 7Ft23=2.T2/dw3=2.147754/67,02=4409,3(N);
Fr23= Ft23.tgtw/cos=4409,3.tg20,2950/0,9842=1656,8(N);
Fa13= Ft13.tg=4409,3.tg10,1590=793(N);
Ft22= Ft13=1491,4(N);
Fr22=Fr13=591,1(N);
Fa22=Fa13= 444,3(N);
+Xác định phản lực tại ổ:
-Trong mặt phẳng (yoz):
0 1 23 22
0
F F F F F
m F l F l F d F d F l
Thay số ta có
1
1658,8 1491, 4 0
591,1.54,5 444,3.204,54 / 2 793.67, 02 / 2 1656,8.104,5 169 0
y
F F
F
Giải ra ta có: F0=-668,3(N);Fy1=407,7(N);Chiều của Fy0 ngựơc lại
-Trong mặt phẳng (xoz):
0 1 23 22
0
F F F F F
m F l F l F l
Thay số ta có : 0 1
1491, 4 4409,3 0 4409,3.104,5 1491, 4.54,5 169 0
x
F F F
Giải ra ta có:Fx0=577,95(N);Fx1=576,6(N);
+Từ các phản lực đã có ta xác định đ-ợc các mômen t-ơng
đ-ơng tại các tiết diện nh- sau:
Mtđ22 =155135(Nmm)
Trang 8Mtđ23 =179147(Nmm)
Mtđ20= Mtđ21=0
Tính đ-ờng kính trục tại tiết diện nguy hiểm(tiết diện d13)
d =
29,9 30( ) 0,1 0,1.67
td
M
mm
( tra theo bảng 10.5 tttk hdđ =67)
Xuất phát từ yêu cầu độ bền ,lắp ghép ,công nghệ, kết cấu ta chọn đ-ờng kính các doạn trục nh- sau:
Đ-ờng kính ngõng trục lắp với ổ lăn: d10=d11= 40(mm)
Đ-ờng kính lắp bánh răng: d13=42(mm)
+Chọn then và tính kiểm nghiệm then trục II:
-Với d23= 42 chọn then bằng theo bảng 9.1a có
b = 12(mm),h=8(mm), t1=5(mm) t2=3,3(mm)
- Kiểm nghiệm then tại tiết diện lắp bánh răng:
l1=(0,8 0,9).lm23 =(0,8 0,9)50=40 45 (mm) chọn lt=44(mm) Theo (9.1) :
1
2 2.147754
53( ) ( ) 42.44.(8 5)
d t
T
MPa
d l h t
Theo (9.2) : 2. 2.147154 20( )
42.44.8
c t
T
MPa
d l b
l1=(0,8 0,9).lm22=(0,8 0,9).40=32 36(mm) chọn lt=32(mm)
Theo (9.1) :
1
2 2.147754
73,3( ) ( ) 42.32.(8 5)
d t
T
MPa
d l h t
Theo (9.2) : 2. 2.147754 27( )
42.32.8
c t
T
MPa
d l b
Trang 9Với đặc tính làm việc êm,dạng lắp cố định tra bảng 9.5 có
d =150(Mpa) và c =20 30(Mpa).Nh- vậy then làm việc đủ
+Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:
Kết cấu trục thiết kế phải thoả mãn: s s s2. 2 s
s s
Trong đó : s - hệ số an toàn cho phép s =2,5 3
s ,s:hệ số an toàn chỉ xét riêng cho tr-ờng hợp ứng suất pháp hoặc tiếp tại tiết diện, đ-ợc tính theo công thức:
1 ;
. a . m
s
k
s k. a 1 . m;
Trong đó : 1, 1:giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu ki đôí xứng
Chọn vật liệu là thép 45 :1 0,436 b 0,436.850 370,6( MPa);
1 0,58 1 0,58.730,6 215(MPa);
a, ,a m, m:là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp tại tiết diện đang xét
Hệ số ảnh h-ởng của ứng suất trung bình,tra bảng 10.7: 0,1; 0,05
Trục không đ-ợc tăng bền : 1
Trang 10Trục quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối
u
M W
W: mômen cản uốn ,tính theo công thức trong bảng 10.6:
Với trục có một rãnh then:W= 23 1 2 1 2
2
d b t d t
d
Ưng suất xoắn đ-ợc coi nh- thay đổi theo chu kì mạch động ( khi trục quay một chiều):a m max/ 2 T W2/ 02
W0 :mômen cản xoắn , tính theo công thức trong bảng 10.6:
Với trục có một rãnh then:W0= 23 1 2 1 2
2
d b t d t
d
Kiểm nghiệm trục tại hai tiết diện nguy hiểm 2-2 và 2-3 trục bị yếu do có rãnh then
+ứng suất uốn : a1 M u1/W u1