tkmh chi tiết máy thiết kế hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh 2

+  - Hiệu suất truyền động ra tơng đơng với mất mát năng lợng do công suất thay đổi gây nên trong cùng một đơn vị thời gian.. Ch ơng 2.Tính hộp giảm tốc Theo đề bài ta thấy đây là hộp g

Mục lục

Ch

ơng 1 chọn động cơ

1.1 Xác định công suất của động cơ ……… … ……… .1

1.2 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ……… ……… 1

1.3 Chọn động cơ……… ……… 2

1.4 Tính toán động học hệ dẫn động cơ khí……… ……… … 3

Ch ơng 2 Tính hộp giảm tốc 2.1 Tính toán bộ truyền bánh răng……… ……… 5

2.1.1 Chọn vật liệu……… ………… ………, 5

2.1.2 Xác định ứng suất cho phép……… ……… 5

2.1.3 Tính toán bộ truyền cấp nhanh……… …… ………… 6

2.1.4 Tính toán bộ truyền cấp chậm……… …… … … ………… 9

2.2 Tính toán bộ truyền xích……… ……… …… 12

2.2.1 Chọn xích……… …… ……… .12

2.2.2 Xác định thông số của xích và bộ truyền……… …… ……… ………… .12

2.2.3 Kiểm nghiệm xích về độ bền……… … ………… ……… 13

2.2.4 Đờng kính đĩa xích……… ……… ……… 14

2.2.5 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích……… ……… 14

2.2.6 Xác định lực tác dụng lên trục 3……… 15

2.3 Tính toán các trục của hộp giảmtốc……… ……16

2.3.1 Chọn vật liệu……….16

2.3.2 Xác định sơ bộ đờng kính trục……… ……… 16

2.3.3 Khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực……… ……… ……… 16

2.3.4 Trị số, chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục………… …… … .17

2.3.5 Đờng kính và chiều dài các đoạn trục……… … …… .18

2.4 Tính toán và chọn lựa ổ lăn……… … ……… .32

2.4.1.Trục I……… ……… 32

2.4.2.Trục II……… ………… 33

2.4.3.Trục III……… ………… 34

2.5 Vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết khác……… … ……… ……… … 35

2.5.1 Kích thớc vỏ hộp và các chi tiết ghép……….35

2.5.2 Một số kết cấu liên quan đến cấu tạo vỏ hộp……… ……… ……… 36

2.5.3 Kết cấu một số chi tiết khác……… ……… …… 37

2.5.4 Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp……… ……… ……… 38

Ch ơng 1 Chọn động cơ

Để cho việc tìm kiếm và sử dụng đợc đơn giản, ta chọn loại động cơ điện

ba pha là loại động cơ dễ tìm và đợc sử dụng rộng rãi ở trên thị trờng

1.1.Xác định công suất của động cơ:

Công suất trên trục động cơ :



/

t

ct P

P  (công thức2.8) Với:

+ P ct- Công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

+ P t -Công suất tính toán trên trục máy công tác (KW)

+  - Hiệu suất truyền động

ra tơng đơng với mất mát năng lợng do công suất thay đổi gây nên trong cùng một

đơn vị thời gian

Khi đó: Pt =

i

i i

td

t

t p p P

) / (

* 2000

 + Pi : Công suất tác dụng trong thời gian ti

Theo giả thiết có

* 8 , 0 2

* 1 15 ,

41 ,

5 , 1

* 60000

 uh: Tỉ số truyền của hộp giảm tốc

 ux: Tỉ số truyền của bộ truyền xích

Tõ b¶ng 2.4 trang 21, chän:

uh= 16

ux= 2  ut= 16*2 = 32

ct dc n n

P P

T

T T

uh: TØ sè truyÒn cña hép gi¶m tèc

ux: TØ sè truyÒn cña bé truyÒn xÝch

* 2000

* 10

* 55 , 9

* 10

* 55 ,

Nmm n

P T

lv

lv

-Trôc 3:

C«ng suÊt: 3 , 31 ( )

96 , 0

* 99 , 0

15 , 3

*

P

x ol

* 10

* 55 , 9

* 10

* 55 ,

3 3

6

Nmm n

* 99 , 0

31 , 3

* 10

* 55 , 9

* 10

* 55 ,

2 2

6

Nmm n

* 99 , 0

45 , 3

* 10

* 55 , 9

* 10

* 55 ,

1

6

Nmm n

Ch ơng 2.Tính hộp giảm tốc

Theo đề bài ta thấy đây là hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp có sơ đồ phân

đôi ở cấp chậm nên có một số các u điểm đó là:

+ Tải trọng phân bố đều cho các ổ

+Giảm đợc sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng nhờ

các bánh răng đợc bố trí đối xứng với các ổ

+Tại các tiết diện nguy hiểm của trục trung gian (trục 2) mô men xoắn chỉ

tơng ứng với một nửa công suất đợc truyền tới trục

Nhờ các u điềm trên mà hộp giảm tốc loại này nói chung có thể nhẹ hơn so

với các loại hộp giảm tốc khác Tuy nhiên nó lại có nhợc điểm là chiều rộng của

hộp tăng, cấu tạo bộ phận ổ phức tạp hơn, số lợng chi tiết và khối lợng gia công

-ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ

sở, tra theo bảng (6.2) , ta có với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB

0Hlim 2 2HB2 702*23070530MPa; 0Flim 1  1 , 8 * 230  414MPa

-Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc, theo (6.5) ta có:

) (

, 2

u

n c

3

max 1

1 2

3 3

3

* 8 , 0 7

2

* 1 (

* 14600

* 91 , 4

Suy ra NHE1 > NHO1 do đó KHL1 =1

Nh vậy theo 6.1a sơ bộ xác định đợc

3

* 8 , 0 7

2

* 1 (

* 14600

* 91 , 4

2.1.3.Tính toán cấp nhanh ( bộ truyền bánh răng trụ nhiêng)

2.1.3.1.Xác định khoãng cách trục : theo 6.15a

 

 

3

1 2

1 1

*

ba H

H a

w

u

K T u

K a

Trong đó : theo bảng 6.6 chọn ba  0 , 3; với răng nghiêng Ka = 43(bảng 6.5);

* 91 , 4

* 5 , 495

12 , 1 11896

* 1 91 , 4

2.1.3.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Theo 6.33, ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc

* * * 2 * * 1/( * * 2 )

1

H M

H Z Z Z T K u  b u d

Theo bảng 6.5, Z M 274MPa1 / 3

Z H  2 * cos b / sin 2 tw  2 * cos16 , 75/ sin2 * 20 , 607  1 , 7

Theo 6.37,  b w* sin  /(  *m)  0 , 3 * 110 * sin( 17 , 824 ) /( 3 , 14 * 2 )  1 , 733

Với b w  0 , 3 *a w1  0 , 3 * 110  33

Do đó theo 6.38 Z  1 /   1 / 1 , 612  0 , 788

Trong đó theo 6.38b:

612 , 1 ) 824 , 17 cos(

* 83

1 17

1

* 2 , 3 88 , 1 cos

* 1 1

* 2 , 3 88

,

1

2 1

054 , 1 ) 13 , 1 15 , 1 11896

* 2 /(

71 , 35

* 33

* 058 , 6 1 )

*

*

* 2 /(

Xác định ứng suất tiếp cho phép:

Theo 6.13 với v=5,98 m/s <10 m/s; với cấp chính xác động học là 8, chọn

cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám

Ra=2,5 1,25m, do đó ZR= 0,95; với da < 700mm, KxH=1, do đó theo 6.1

va 6.1a :

H  H*Z V *Z R*K xH  495 , 5 * 1 * 0 , 95 1  470 , 7MPa

vậy H H thỏa mãn điều kiện Do đó lấy a w1  110mm

2.1.3.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

2.1.3.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Theo 6.48 với K qt Tmax /T  1 , 4

H1max  H * K qt  362 , 94 * 1 , 4  429 , 44MPaHmax  1260MPa

Theo 6.49:

F1max  F1*K qt  149 , 1 1 , 4  208 , 74MPaF1max  464MPa

F2max  F2*K qt  228 , 33 1 , 4  319 , 66MPaF1max  360MPa

2.1.3.6 Các thông số và kích thớc bộ truyền

Khoảng cách trục a w1  110mm

x d

2 2

*

ba H

H a

w

u

K T u

K a

* 26 , 3

* 5 , 495

06 , 1 56129

* 1 26 , 3

* 5 ,

Theo quan ®iÓm thèng nhÊt ho¸ trong thiÕt kÕ, chän m« ®un tiªu chuÈn

cña b¸nh r¨ng cÊp chËm b»ng m« ®un ë cÊp nhanh m=2

2.1.4.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Theo 6.33, ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc

* * * 2 * *  1  /( * * 2 )

1

H M

1

* 2 , 3 88 ,

* 56129

* 2 /(

82 , 72

* 155

* 3 , 0

* 77 , 6 1 )

*

*

* 2 /(

Xác định ứng suất tiếp cho phép:

Theo 6.13 với v=2,24 m/s <2,5 m/s, Zv=1 với cấp chính xác động học là 8, chọn

cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra=10 40

2 * * *  1 6 , 76 * 46 * 72 , 82 /2 * 56129 1 , 32 1 , 37 1 , 11 /

2.1.4.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Theo 6.48 với K qt Tmax /T  1 , 4

H1max  H * K qt  362 , 94 * 1 , 4  429 , 44MPaHmax  1260MPa

Theo 6.49:

F1max  F1*K qt  150 , 2 1 , 4  210 , 28MPaF1max  464MPa

F2max  F2*K qt  133 , 18 1 , 4  168 , 45MPaF1max  360MPa

Vậy bánh răng thỏa mãn về điều kiện quá tải

y x d

d a1  1 2 * ( 1  1   ) *  70  2 * ( 1  0 , 904  0 , 398 ) * 2  76 , 02

mm m

y x d

d a2  2  2 * ( 1  2   ) *  228  2 * ( 1  2 , 494  0 , 398 ) * 2  240 , 38

Đờng kính đáy răng

d f1 d1  ( 2 , 5  2 *x1) *m 70  ( 2 , 5  2 * 0 , 904 ) * 2  68 , 62mm

d f2 d2  ( 2 , 5  2 *x2) *m 228  ( 2 , 5  2 * 2 , 494 ) * 2  232 , 97mm

01 25

z z

 Kđc : Hệ số kể đến ảnh hởng của việc điều chỉnh lực căng xích

Có thể điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích, do đó có kđc = 1

 kbt : Hệ số kể đến ảnh hởng của điều kiện bôi trơn Với vận tốc xích nhỏ (ứng với bớc xích pmax trong bảng5.5  v < 4 m/s)  theo bảng 5.7 chọn phơng pháp bôi trơn nhỏ giọt (4 10 giọt/phút) Chất lợng bôi trơn tốt, đạt yêu cầu Theo bảng 5.6, giả sử bộ truyền làm việc trong môi trờng có bụi  kbt = 1

 kđ : Hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của tải trọng Do bộ truyền làm việc với tải trọng va đập nhẹ =>chọn kđ = 1,35

 kc : Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền Do mỗi ngày làm việc 2 ca  kc = 1,25

 k = 1*1*1*1*1,35*1,25 = 1,6875

+ P : Công suất cần truyền là công suất trên trục 3 : P3 = 3,31 (kw)

 Công suất tính toán là:

Pt = 3,31*1,6875*0,862*1,111 = 5,349 (kw)

Theo bảng 5.5 với n01=200 (vòng/phút) ta chọn loại xích một dãy có bớc xích

p = 25,4 (mm) thoả mãn điêu kiện bền mòn Pt< [P] =11 (kw)

Đồng thời theo bảng 5.8 với z1 = 29 (răng), n3 = 180 (vòng/phút) p < pmax=50,8(mm)

2

2 1 2 2 1

4 2

4 , 25

* 29 55 2

55 29 4

, 25

1016

* 2

5 , 0 [



z z z

 Khoảng cách trục khi tính toán: a = a* - a = 749,5 -1,5 = 748 (mm)

+Số lần va đập của xích trong 1giây: i = 3

120

* 15

180

* 29

* 15

(Công thức 5.14).+ Theo bảng 5.9 số lần va đập cho phép [i] = 30 Nh vậy có i < [i]

2.2.3 Kiểm nghiệm xích về độ bền:

Điều kiện để xích làm việc đợc an toàn là:

s =

V t

d F F F k

* 29 60000

*

* 3

1

s m n

p z

31 , 3

* 1000

F0 = 9,81k f *q*a (Công thức 5.16)

 a = 0,748(m): Khoảng cách trục

 kf : Hệ số phụ thuộc vào độ võng f của xích và vị trí bộ truyền Do bộ

truyền nằm ngang => kf = 6  F0 = 9,81*6*2,6*0,748= 114,471 (N)

696 , 12 471 , 114 74 , 1497

Theo bảng 5.10 với n3 = 180 (vòng/phút) => hệ số an toàn cho phép là [s]=8,2.

Ta thấy s > [s] Nh vậybộ truyền xích đảm bảo đủ bền

2.2.4 Đờng kính đĩa xích

Theo công thức 5.17 và bảng 13.4 có:

+ d1 = 234,93

29 sin

4 , 25 sin

4 , 25 sin

* 4 , 25 ]

* 4 , 25 ]

2.2.5 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

ứng suất tiếp xúc H trên mặt răng đĩa xích phải thoả mãn điều kiện:

Đối với đĩa xích 1 :

H1 = 0,47*

d

vd d t r

k A

E F K F k

*

* )

* (

 [H] Công thức 5.18)

Trong đó:

+[H] : ứng suất tiếp xúc cho phép, theo bảng 5.11, có

[H] = (500  600) (MPa) đối với thép tôi cải thiện

+ A : Diện tích chiếu của bản lề xích.Tra bảng 5.12 ta có A = 180 (mm2)

+ kr : Hệ số kể đến ảnh hởng của số răng đĩa xích Với z5 = 29  kr = 0,4

+ E : Môđun đàn hồi của vật liệu, với đĩa xích bằng thép, có E = 2,1*105MPa

+ Ft1=1497,74 (N): Lực vòng

Từ các giá trị trên ta có:

1 180

10

* 1 , 2

* ) 835 , 3 35 , 1 74 , 1497 (

* 4 ,

k A

E F K F k

*

)

* (

 [H]

Trong đó:

+ Vận tốc vòng của đĩa xích 6 là:

vđx2 = 2 , 24 ( / )

60000

96

* 4 , 25

* 55 60000

*

* tan

2

s m n

15 , 3

* 1000

10

* 1 , 2

* ) 045 , 2 35 , 1

* 74 , 1497 (

* 23 ,

k k

T d

11896 3

20

* 2 , 0

56129 3

30

* 2 , 0

2.3.3.khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

Dựa vào đờng kính các trục, sử dụng bảng (10.2) để chọn gần đúng chiều

Chiều dài mayơ nửa khớp nối xác định theo10.13 đối với nối trục vòng đàn hồi:

2.3.4.trị số, chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục

2.3.4.1 Lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng lên trục

ki

ki xki cq cb F

cbki: Vai trò (chủ độnh hay bị động) của bánh răng thứ i trên trục k ;

cqk : Chiều quay của trục thứ k ;

Theo công thức (10.1) ta có:

) ( 360 86

, 16 1188

) ( 472 86

, 16 cos / 82 , 20 1188 cos

/

) ( 1188 667

, 42

5 , 25340 2 2

) ( 212 86

, 16 700

) ( 278 ) 86 , 16 cos(

/ ) 82 , 20 ( 700 cos

/

) ( 700 199

, 28

11896

* 2

* 2

22 32 22

22 32 22

2

' 2 32 22

12 23 12

12 23 12

1

1 23

12

N tg

tg F F

F

N tg

tg F F

F

N d

T F

F

N tg

tg F F

F

N tg

tg F F

F

N d

T F

F

o t

a a

o tw

t r r

w t

t

o t

a a

o tw

t r r

w t

2.3.4.2 Lực từ bộ truyền xích, khớp nối tác dụng lên trục

+ Lực từ khớp nối tác dụng lên trục 1 hớng theo phơng x và có trị số:

Fx13  0 , 3 2 T /1 D t =  0 , 3 2 9872 / 48   123 , 4

Trong đó Dt= 48(mm):Đờng kính vòng tròn qua tâm các chốt của nối

trục vòng đàn hồi (tra bảng 16.10)

+ Lực từ bộ truyền xích tác dụng lên trục 3 là Fr = 1939,305 (N)

Do bộ truyền nằm ngang(đờng nối tâm 2 đĩa xích tạo với trục y 1 góc 900)

268 121

=8935Nmm

 MA=0 M1 + Fr1.121 – K42 FBy.211

) ( 2 , 360 211

121 702 8935 211

.121 F

Mômen xoắn trên trục I, ta có TI=49700 Nmm

Tính mômen uốn tổng M và mômen tơng đơng Mtđ tại các tiết diện trên chiều

dài trục theo (10.15), (10.16)

193071 9700

75 , 0 192316 75

, 0

192316 182105

61831

2 2

2 1 2

2 2

2 2

M

M M M

o td

y x o

Tính đờng kính tại tiết diện này

Theo bảng (10.5), []=63Mpa

3 3

63 1 , 0

193071 ]

M M

Nmm M

M M

C C

tdB

y x B

62705 49700

75 , 0 45600 75

, 0

45600 0

45600

2 2

2 2

2 2 2

62705 ]

[ 1 ,

- Kiểm nhgiệm trục về độ bền mỏi

chỉ xét riêng ứng suất pháp s theo (10.20) và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng

suất tiếp s theo (10.21), cuối cùng tính hệ số an toàn s theo (10.19) ứng với các

tiết diện nguy hiểm

] [

2 2 1 1

s s s

s s s

K s

K s

m a

d

m a

Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối

xứngm=0; a=max=M/W theo (10.22).Vì các trục quay 1chiều ta có ứng suất

xoắn thay đổi theo chu kì mạch động do đó theo (10.23)

0

max

2

14 , 3

192316

32

.

3 3

d

M W

49700 16

16 2

2

2 3

3 0

d

T W

T

o a

Xác định các hệ số Kd, Kd đối với các tiết diện nguy hiểm theo công thức

(10.25), (10.26)

y x

d

y x

d

K K

K K

K K

K K

/ 1

/ 1

Các trục đợc gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra=2,5 0,63m, do đó theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề

mặt Kx=1,06

Không dùng các biện pháp tăng bền bề mặt, do đó hệ số tăng bền Ky=1

Theo bảng 10,12, khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then

ứng với vật liệu có b=600MPa là K=1,76, K=1,54 Theo bảng 10.10 tra hệ số

kích thớc ,  ứng với đờng kính của tiết diện nguy hiểm:

54 , 1

23 , 2 1 / 1 06 , 1 81 , 0

76 , 1

5 , 13 568 , 7

5 , 13 0 22 , 11 96 , 1 152

568 , 7 0 05 , 0 5 , 15 23 , 2

6 , 261

2 2

2 2 1 1

s

s s s

K s

K s

m a

d

m a

49700 2

,

0

2 , 71 20 1 , 0

max

3 3

F F

211

1865 121 60 5684 181

5684 211

121 60 181

F F

M M

211

60 181 121

3 3 2

Tính mômen uốn tổng M và mômen tơng đơng Mtđ tại các tiết diện trên chiều

dài trục : []=63MPa

+Tại mặt cắt O1

Nmm T

M M

Nmm M

M M

o td

y x o

7 , 432023 238750

75 , 0 7 , 379332 75

, 0

7 , 379332 242400

291780

2 2

2 2

2 2

2 2

7 , 432023 ]

[ 1 ,

3

+Tại mặt cắt O2

Nmm M

Nmm M

td

O

318728 238750

75 , 0 242562

242562 19953

241740

2 2

2 2

318728 ]

[ 1 ,

3

 Lấy d tại các tiết diện lắp ổ lăn ,bánh răng theo tiêu chuẩn ta có:

Đờng kính lắp ổ lăn: dc=dd=25mm, Đờng kính lắp bánh răng: d01=d02=30mm

-Tính kiểm nghiệm độ bền của then

Với các tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiềm nghiệm mối ghép

then về độ bền dập theo (9.1) và độ bền cắt theo (9.2)

] [ 2

] [ ) (

2

1

c t c

d t

d

b dl T

t h dl T

Tại tiết diện 01,02 có T=238750Nmm, b=10,d=30 mm, bh 10  8 t1=5mm, vì

nắp 2 bánh răng có chiều rộng khác nhau nên ta xét cho chiều rộng của bánh

nhỏ hơn b2=36=lm: lt=(0,8 0,9)lm=28,8…32,4 lấy lt=30

MPa b

dl

T

MPa t

h dl

238750

2 2

5 , 97 ) 5 8 ( 30 30

238750

2 ) (

Theo bảng 9.5, tải va đập nhẹ [d]=100MPa, [c]=40 60MPa vậy các mối ghép

đạt yêu cầu

- Kiểm nhgiệm trục về độ bền mỏi

chỉ xét riêng ứng suất pháp s theo (10.20) và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng

suất tiếp s theo (10.21), cuối cùng tính hệ số an toàn s theo (10.19) ứng với các

tiết diện nguy hiểm

] [

2 2 1 1

s s s

s s s

K s

K s

m a

d

m a

Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối

xứngm=0; a=max=M/W theo (10.22).Vì các trục quay 1chiều ta có ứng suất

xoắn thay đổi theo chu kì mạch động do đó theo (10.23)

0

max

2

7 , 432032

32

.

3 3

d

M W

14 , 3

238750

16

16 2

2

2 3

3 0

d

T W

T a

Các trục đợc gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra=2,5 0,63m, do đó theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề

mặt Kx=1,06

Không dùng các biện pháp tăng bền bề mặt, do đó hệ số tăng bền Ky=1

Theo bảng 10,12, khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then

ứng với vật liệu có b=600MPa là K=1,76, K=1,54 Theo bảng 10.10 tra hệ số

kích thớc ,  ứng với đờng kính của tiết diện nguy hiểm:

54 , 1

3 , 2 1 / 1 06 , 1 78 , 0

76 , 1