Đồ án môn học chi tiết mấy thiết kế hệ dẫn động tời kéo

BẢN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG TỜI KÉOPhần III: Truyền động bánh răng I.. Công suất trên trục công tác PctCông suất trên trục công tác: Công su

BẢN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG TỜI KÉO

Phần III: Truyền động bánh răng

I Bộ truyền bánh răng thẳng cấp nhanh 9

II Bộ truyền bánh răng thẳng cấp chậm 19

Phần IV: Tính toán thiết kế trục 28

4 Xác định trị số và chiều của các chi tiết quay tác dụng lên trục

Công suất trên trục công tác Pct

Công suất trên trục công tác:

Công suất yêu cầu của động cơ

β: Hệ số tải trọng tương đương

 : Hiệu suất bộ truyền

2 Phân phối tỷ số truyền:

a Xác định chung:

Mà

b Phân phối tỷ số truyền:

 Theo phương pháp kinh nghiệm:

3 Tính toán các thông số động học :

a Công suất:

b Tốc độ quay:

c Mômen xoắn trên trục:

Mômen xoắn trên trục động cơ:

Mômen xoắn trên trục 1:

Mômen xoắn trên trục 2:

Mômen xoắn trên trục 3:

Mômen xoắn trên trục công tác:

II Tính toán bộ truyền ngoài

1 Chọn tiết diện đai

Theo bảng 13-5/23[TL3] ,từ mômen xoắn trên trục động cơ ta chọn

Đai thang thường tiết diện A

Theo bảng 4-13/59[TL1] và bảng 13-5/23[TL3] ta tra được các thông số đai:

2 Xác định đường kính bánh đai:

Đường kính bánh đai nhỏ:

d1 1,2 d1min = 1,2 90 = 108 mmChọn theo tiêu chuẩn 4.26/67[TL1] d1 = 140Đường kính bánh đai lớn:

Theo công thức 4-2/53[TL1] với hệ số trượt đai ε = 0,01

Như vậy, tỉ số truyền thực tế:

VậyVận tốc đai:

Khoảng cách trục sơ bộ a được chọn theo bảng 4-14/60[TL1] a = d2 1 = 400 mm (do u = 3,01)Chiều dài đai l được xác định theo công thức 4.4/54[TL1]:

Chiều dài tiêu chuẩn được chọn theo bảng 4-13/59[TL1] l = 1600 mm

Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây, theo 4.15/60[TL1]

Khoảng cách trục a theo chiều dài tiêu chuẩn l = 1250 mm được tính theo công thức 4.6/54[TL1]:

Với λ = l – π.(d1 + d2).0,5=1600 – 3,14.(140+400).0,5=752,2

∆ = (d2 - d1).0,5 = (400 – 140).0,5 = 130

Vậy a = 352,1 mmGóc ôm α1 tính thep công thức 4.7/54[TL1]

3 Xác định số đai z

Số đai z được xác định theo công thức 4.16/60[TL1]

Trong đó:

dài đai l0 , tỉ số truyền u=1 và tải trọng tĩnh (Bảng 4.19[TL1])

dây đai (Bảng 4.18[TL1]) (Z’= P1/[P]=2,06)

Lấy z = 3 đaiChiều rộng bánh đai theo 4.17/63[TL1] và bảng 4.21/63[TL1]

(Với đai thang tiết diện A có t = 15, e = 10, h0 = 3,3)

B = (z – 1).t + 2.e = (3 – 1).15 + 2.10 =50 (mm)Đường kính ngoài của bánh đai:

da1 = d1 + 2.h0 = 100 + 2.3,3 = 106,6 (mm)

da2 = d2 + 2.h0 = 315 + 2.3,3 = 321,6 (mm)

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

Lực căng ban đầu được tính theo 4.19/63[TL1]

Trong đó:

Fv Lực căng do lực li tâm sinh ra Fv = 0 khi bộ truyền có khả năng tự điều chỉnh lực

căng Nếu định kỳ điều chỉnh lực căng thì Fv = qm.v2 (qm : Khối lượng 1 mét chiều dài đai tra bảng13.3/22[TL3]) Fv = 0,105 10,592 = 11,8 (N)

Lực tác dụng lên trục được tính theo 4.21/64[TL1]

III THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

Do tốc độ quay và cường độ làm việc nhỏ hơn bánh nhỏ nên chọn độ rắn bánh lớn thấp hơn 10-15 Chọn độ rắn bánh răng nhỏ là HB2 = 230

A Bộ truyền cấp nhanh: Bánh trụ răng thẳng, tỉ số truyền u1=4,2

2 Xác định ứng suất cho phép:

Theo bảng 6-2/94[TL1], với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn 180 350 ta có:

với số chu kì cơ sở

SH , SF là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốnChọn độ rắn bánh răng nhỏ là HB1 = 245

Chọn độ rắn bánh răng lớn là HB2 = 230Vậy:

Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc:

Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn:

(Vì chọn vật liệu là thép)Xác định hệ số tuổi thọ:

;mH,mF:bậc của đường cong mỏi khi thu về tiếp xúc và uốn.

Do chọn độ rắn mặt răng HB<350 nên mH=6;mF=6

Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương

Vì bộ truyền chịu tải trọng thay đổi nhiều bậc nên NHE, NHF được tính theo công thức 7/93[TL1]; 6-8/93[TL1]:

6-;

Tính bánh răng bị động:

NHE2 > NHo2 do đó lấy hệ số tuổi thọ KHL2 = 1; Lấy NHE2 = NHo2

NFE2 > NFo2 do đó lấy hệ số tuổi thọ KFL2 = 1, tương tự KFL1 = 1Tính bánh răng chủ động:

NHE1> NHE2 >NHo1

NFE1> NFE2 > NFo1

Nên lấy hệ số tuổi thọ KHL1 = 1; KFL1 = 1

Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép được tính theo công thức 1/91[TL1] và 2/91[TL1]

6-Trong đó:

( Độ rắn mặt răng HB < 350, ZV=0,85.v0,1)

Ys Hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu đối với tập trung ứng suất.

KFC Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải Bộ truyền quay 1 chiều => KFC = 1

Hlim Ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với chu kỳ cơ sở

Flim Ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sởKhi thiết kế sơ bộ ta lấy ZR.ZV.KxH = 1 và YR.Ys.KxF = 1Vậy ta có

Thay số

Bộ truyền cấp nhanh là bộ truyền bánh trụ răng thẳng nên theo công thức 6-12 ta cóỨng suất quá tải cho phép:

Ứng suất tiếp xúc cho phép

Hệ số kể đến sự phân bố không đềi tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc

Tra bảng 6-7/98[TL1] =>

mmLấy tròn aw = 175 mm

b Xác định các thông số ăn khớp

Theo công thức 6-17[TL1] ta có m=(0,01 0,02).aw = 1,75 3,5

Theo tiêu chuẩn bảng 6-8/99[TL1] chọn m = 3

Chọn sơ bộ góc nghiêng β=10o, do đó cosβ = 0,9848 Theo 6-31/103[TL1]

Hệ số dịch chỉnh của bánh 2 là:

x2= xt-x2 =0,337 - 0,06 =0,277Góc ăn khớp tw tính theo công thức 6-26/101[TL1]

c Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Hệ số kể đến sự trùng khớp của bánh răng Tính theo công thức6-36/105[TL1]

KH Hệ số tải trọng động khi tính về tiếp xúc, được tính theo thức6-39/106[TL1]

Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, trị số

Vận tốc vòng theo 6-40/106[TL1]

với

Theo bảng 6-13/106[TL1] chọn cấp chính xác 9

Theo bảng 6-15/107[TL1] và 6-16/107[TL1]

Vậy

d Kiểm nghiệm độ bền uốn

YR- Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng , chọn yR= 1 ( bánh răng phay )

YxF Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn YxF = 1 do da<400

e Kiểm nghiệm răng về quá tải

Điều kiện về quá tải theo công thức 6-48/110[TL1] và 6-49/110[TL1] với Kqt = Tmax/T = 1,5

1260 MPa

Vậy khả năng quá tải đạt yêu cầu

5 Thông số và kích thước bộ truyền

d2=m.z2/cosβ

66282

mmmm

dw2= dw1.u

66,4283,5

mmmm

da2=d2+2(1+x2- ).m

72,3289,6

mmmmĐường kính đáy răng df df1=d1 - ( 2,5 - 2x1)m

df2=d2 - ( 2,5 - 2x2).m

58,9276,1

mmmm

db2=d2cosα

62,02264,99

mmmm

RăngRăng

mmmmmm

Hệ số trùng khớp ngang 1,7

B Bộ truyền cấp chậm: Bánh trụ răng nghiêng

Tỉ số truyền

2 Xác định ứng suất cho phép:

Theo bảng 6-2/94[TL1], với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn 180 350 ta có:

với số chu kì cơ sở

SH , SF là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốnChọn độ rắn bánh răng nhỏ là HB3 = 260

Chọn độ rắn bánh răng lớn là HB4 = 245Vậy:

Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc:

Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn:

(Vì chọn vật liệu là thép)Xác định hệ số tuổi thọ:

;mH,mF:bậc của đường cong mỏi khi thu về tiếp xúc và uốn

Do chọn độ rắn mặt răng HB<350 nên mH=6;mF=6

Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương

Vì bộ truyền chịu tải trọng thay đổi nhiều bậc nên NHE, NHF được tính theo công thức 7/93[TL1]; 6-8/93[TL1]:

Tính bánh răng bị động:

NHE4 > NHo4 do đó lấy hệ số tuổi thọ KHL4 = 1; Lấy NHE4 = NHo4

NFE4 > NFo4 do đó lấy hệ số tuổi thọ KFL4 = 1, tương tự KFL4 = 1Tính bánh răng chủ động:

NHE3> NHE4 >NHo3

NFE3> NFE4 > NFo3

Nên lấy hệ số tuổi thọ KHL3 = 1; KFL3 = 1

Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép được tính theo công thức 1/91[TL1] và 2/91[TL1]

6-Trong đó:

( Độ rắn mặt răng HB < 350, ZV=0,85.v0,1)

Ys Hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu đối với tập trung ứng suất

KFC Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải Bộ truyền quay 1 chiều => KFC = 1

Hlim Ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với chu kỳ cơ sở

Flim Ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở

Khi thiết kế sơ bộ ta lấy ZR.ZV.KxH = 1 và YR.Ys.KxF = 1Vậy ta có

Thay số

Bộ truyền cấp nhanh là bộ truyền bánh trụ răng thẳng nên theo công thức 6-12 ta có

Ứng suất quá tải cho phép:

Ứng suất tiếp xúc cho phép

Theo tiêu chuẩn bảng 6-8/99[TL1] chọn m = 3

Chọn sơ bộ góc nghiêng β=10o, do đó cosβ = 0,9848 Theo 6-31/103[TL1]

c Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

d Kiểm nghiệm về độ bền uốn

T1: momen xoắn trên bánh chủ động T3 = 350083,1 N.mm

MPa

Ys - Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đến tập trung ứng suất

Ys = 1,08- 0,0695 ln (m) Với m =3 mm

Thay số Ys=1,08-0,0695.ln 3 = 1,004

YR- Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng , chọn yR= 1 ( bánh răng phay )

YxF Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn YxF = 1 do da<400

e Kiểm nghiệm răng về quá tải

Điều kiện về quá tải theo công thức 6-48/110[TL1] và 6-49/110[TL1] với Kqt = Tmax/T = 1,5

1260 MPa

Vậy khả năng quá tải đạt yêu cầu

5 Thông số và kích thước bộ truyền

d4=m.z4/cosβ

101,87358,11

mmmm

dw4= dw1.u

101,8358,2

mmmm

da4=d4+2(1+x4- ).m

107,87364,11

mmmmĐường kính đáy răng df df3=d3 - ( 2,5 - 2x3)m

df4=d4 - ( 2,5 - 2x4).m

94,37350,61

mmmm

db4=d4cosα

95,73336,51

mmmm

RăngRăng

mmmmmm

Xét điều kiện bôi trơn

IV THIẾT KẾ TRỤC VÀ CHỌN Ổ LĂN

THIẾT KẾ TRỤC

1 Chọn vật liệu:

Vật liệu chế tạo các trục I là thép 45 có σb = 850 MPa

Vật liệu chế tạo các trục II, III là thép 45 có σb = 600 MPa

Mayơ bánh răng 2 và bánh răng 3 trên trục II

lm22 = lm23 = ( 1,2 1,5 ) 50 = 60 75 (mm) Chọn l m22 = l m23 = 70 mm

Mayơ bánh răng 4 và khớp nối trên trục III

lm34 = lm3k = ( 1,2 1,5 ) 70 = 84 105 (mm) Chọn l m34 = l m3k = 85 mm

Chiều rộng các khoảng cách khác được tra trong bảng 10-3/189[TL1]:

Chọn k 1 = 15 Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp

Chọn k 3 = 10 Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

Chọn k 4 = 10 Khoảng cách giữa các chi tiết quay

Chọn h n = 15 Chiều cao nắp ổ cà đầu bulông Xác định chiều dài giữa các ổ:

Trục II:

Trục I:

Trục III:

4 Xác định các lực và sơ đồ đặt lực: Theo công thức 10-1/184[TL1] ta có:

Fd.cosβ= 1223,2.cos45o = 864,9 (N)

Fd.sinβ= 1223,2.sin45o = 864,9 (N)

Chọn Fk= 2000 (N)

Xác định lực tại các ổ lăn dựa vào pt cân bằng lực & mômen tại các gối trục theo phương x và y

5 Xác định chính xác đường kính và chiều dài các đoạn trục

217 148,5

86727,8

340,8

5 Xác định chính xác đường kính và chiều dài các đoạn trục

21768,5

6877,91670,3

1106,6

2565,9

350083,1

73459158536

32298

378901

271178

5 Xác định chính xác đường kính và chiều dài các đoạn trục

C TRỤC III Biểu đồ mômen Trục III

Mx

My T

217 83,5 68,5

2000 3192,51937,2

2650,5 542

2940,7

1670,3 6877,9

80489

218686

167000

436694 1177638

Tại tiết diện 1-1chỗ lắp bánh răng 1:

Lấy theo tiêu chuẩn d 11 = 32

Tại tiết diện 1-2 chỗ lắp ổ lăn 11

Lấy theo tiêu chuẩn d 12 = 25

Tại tiết diện 1-3 chỗ lắp ổ lăn bánh đai:

Lấy theo tiêu chuẩn d 13 = 24

Tại tiết diện 1-0 chỗ lắp ổ lăn 10

Lấy đồng bộ đường kính với ổ lăn 11

d 10 = d 12 = 25

TRỤC II:

Ứng suất cho phép của thép chế tạo trục Tra bảng 10-5[TL1]

Từ biểu đồ momen ta thấy tiết diện 2-1 lắp bánh răng nghiêng và tiết diện 2-2 lắp bánh răng thẳng là tiết diện nguy hiểm Từ biểu đồ mômen ta thấy nếu tiết diện 2-1 đủ bền thì tiết diện 2-2 cũng đủ bền

Tại tiết diện 2-1 lắp bánh răng 3:

Lấy theo tiêu chuẩn d 21 = 48

Tại tiết diện 2-2 lắp bánh răng 2:

Lấy theo tiêu chuẩn d 22 = 48 để cân đối với mặt cắt tiết diện 21

Tại tiết diện 2-0 và 23chỗ lắp ổ lăn:

Lấy đồng bộ đường kính với ổ lăn 20 và 21

d 20 = d 23 =45 TRỤC III:

Ứng suất cho phép của thép chế tạo trục Tra bảng 10-5[TL1]

Từ biểu đồ momen ta thấy tiết diện 30, 31 và tiết diện 32 là các tiết diện nguy hiểm

Tại tiết diện 3-0 lắp khớp nối:

Lấy theo tiêu chuẩn d 30 =55

Tại tiết diện 3-1 lắp ổ lăn 30:

Lấy theo tiêu chuẩn d 31 = 60

Tại tiết diện 3-2 lắp bánh răng 4:

Lấy theo tiêu chuẩn d 32 = 63

Tại tiết diện 3-3 lắp ổ lăn 31:

Lấy đồng bộ d 30 = d 33 = 60

Theo bảng 9-1a/173[TL1], với đường kính chỗ lắp then d = 63 mm, ta có then:

 7 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi yêu cầu nếu hệ số an toàn tại các chi tiết nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau: 10-19/195[TL1]

Trong đó [s]: hệ số an toàn cho phép, thông thường [s] = 1,5…2,5

sσj : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp

sτj: hệ số an toàn chỉ xét riêng đến ứng suất tiếp

Với σ-1 và τ-1: giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng

Với thép 45 có b=600Mpa => σ-1 = 0,436 σb = 0,436.600 = 261,6 MPa

τ-1 = 0,58 σ-1 = 0,58 261,6 = 157,728 Mpa

σaj, σmj: biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp tại tiết diện j

τaj, τmj: biên độ và trị số trung bình của ứng suất tiếp tại tiết diện j

Đối với trục quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng: do đó aJ tính theo công thức 10-22/196[TL1]

σmj = 0 σaj = σmaxj =

Đối với tiết diện tròn:

Đối với tiết diện có 1 rãnh then:

Đối với tiết diện có 2 rãnh then:

Khi trục quay 1 chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động :

τmj = τaj =

Đối với tiết diện tròn:

Đối với tiết diện có 1 rãnh then:

Đối với tiết diện có 2 rãnh then:

ψσ , ψτ : Hệ số chỉ đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra bảng

10.7 [TL1] ta có

Xác định hệ số an toàn tại các mặt cắt nguy hiểm:

TRỤC I: Mặt cắt 1-1 lắp bánh răng, mặt cắt 1-2 lắp ổ lăn và mặt cắt 1-3 lắp bánh đai

TRỤC II: Mặt cắt 2-1 lắp bánh răng nghiêng

TRỤC III: Mặt cắt 3-0 lắp khớp nối, mặt cắt 3-1 lắp ổ lăn và mặt cắt 3-2 lắp bánh răng

Các ổ lăn được lắp ghép theo k6, lắp bánh răng, bánh đai, nối trục theo k6 kết hợp với lắp then

Kích thước của then, trị số của mômen cản uốn và mômen cản xoắn ứng với tiết diện trục như sau:

2647153410919409153071530718276

58643068244820266365133651342825

81,646,6043,6010,926,7

7,414,117,78,616,116,113,7

Trong đó

Kx hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Các trục được gia công trên máy tiện

Các tiết diện nguy hiểm đạt Ra=2,5 0,63 μm, theo bảng 10-8/197[TL1] Kx=1,06

εσ, ετ Hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi

Theo bảng 10-10/198[TL1] tìm được εσ, ετ

Kσ, Kτ Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn.Theo bảng 10-12/199[TL1]

khi dùng dao phay ngón với σb = 600 => Kσ = 1,76 Kτ = 1,54

Kσ/εσ Trị số với bề mặt trục lắp có độ dôi được tra trong bảng 10-11/198[TL1]

1,92-1,792,022,05-2,08

1,641,641,641,642,032,032,03

2,122,122,122,212,582,582,58

1,981,71,852,082,112,092,14

1,562,73-2,71-9,303,79

10,766,584,828,84,644,695,38

1,542,522,6

4,23,1Kết quả trên cho thấy các tiết diện nguy hiểm trên 3 trục đều đảm bảo an toàn về mỏi

Vì hệ thống các ổ lăn dùng trong hộp giảm tốc nên ta chọn cấp chính xác bình thường(0) và có độ

2 Chọn kích thước ổ lăn

-Ta biết đường kính ngõng trục:

-Tra bảng phụ lục P2-11/256[TL1], với cỡ nhẹ ta chọn được ổ bi đỡ 1 dãy có kí hiệu 205 có:

Q là tải trọng quy ước,KN

L là tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

m là bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, ổ bi: m = 3Tính L :

Gọi Lh là tuổi thọ của ơ tính bằng giờ, suy ra từ CT11.2[1]/211 ta có :

Với L = (10 25) 10 tính trong hộp giảm tốc, chọn Lh =19000(h)n= 480,1(vg/ph) là số vòng quay của trục 1

Xác định tải trọng động quy ước QE

Theo CT 11-3/212[TL1] :

Trong đó:

-V là hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay V=1-Kt là hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, Kt =1(to <100o)-Kd là hệ số kể đến đặc tính tải trọng

Trabảng 11.3, đặc tính làm việc va đập nhẹ : Kd =1-X là hệ số tải trọng hướng tâm

-Y là hệ số tải trọng dọc trụcPhản lực hướng tâm trên các ổ là :

Tải trọng quy ước trên ổ 0 và ổ 1 là:

Ta lấy tải trọng quy ước là tải trọng lớn hơn Q = Q0 = 1455,5(N)

Như vậy ổ lăn đã chọn kí hiệu 205 thỏa mãn khả năng tải động