Tính toán thiết kế hệ dẫn động băng tải hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ-Đại học BKHN

Xác định công suất, tốc độ vòng quay và momen xoắn trên các trục.. Xác định các thông số của bộ truyền Cộng thêm từ 100 đến 400mm tùy theo cách nối đai - Số vòng chạy của đai:... Xác địn

Phần 1 : TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ MOMEN XOẮN TRÊN CÁC TRỤC.

1.1 Tính toán chọn động cơ.

1.1.1 Xác định công suất cần thiết.

- Công suất cần thiết: Pct =

5, 44

6,11 0,89

η đ = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền đai

η br = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng

η ol = 0,99 : Hiệu suất một cặp ổ lăn

η ot = 0,99 : Hiệu suất một cặp ổ trượt

η kn = 1 : Hiệu suất khớp nối đàn hồi

1.1.2 Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ.

+ Ubr = 4: Tỷ số truyền bộ truyền động bánh răng.

- Số vòng quay của trục máy công tác:

Vận tốc quay(vòng/phút)

1.2 Xác định công suất, tốc độ vòng quay và momen xoắn trên các trục.

1.2.1 Xác định công suất trên các trục.

- Trục I: PI =

6,31

6, 64 0,96.0,99

I ol

P d

đc đ

I br

Phần 2: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI

2.1 Chọn đai

- Chọn loại đai vải cao su

2.2 Xác định các thông số của bộ truyền

Cộng thêm từ 100 đến 400mm tùy theo cách nối đai

- Số vòng chạy của đai:

2.3 Xác định tiết diện và chiều rộng đai.

- Lực vòng:

F v=1000P1

V =1000.

6,99 12,4=564 ( N )

- Theo bảng (4.8 ) có tỷ số (d δ1)max nên dùng là 1/40 ( đai vải cao su) do đó

C α=0,97: Trị số ảnh hưởng đến góc ôm tra b4.10

C v=1: Trị số ảnh hưởng của vận tốc tra b4.11 10

C o=1: Trị số ảnh hưởng đến vị trí bộ truyền tra b4.12 10

Theo công thức (4.8) ta có bề rộng đai

Theo bảng (4.1) lấy trị số tiêu chuẩn: b = 63 (mm)

2.4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng.

Dựa vào các kết quả tính toán ta có bảng sau

Suy ra NHE1 > NHO1 do đó KHL1 = 1

- SH = 1,1: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc Tra bảng 6.2

⇒ Ứng suất tiếp xúc cho phép:

[σ H]1= 560.1

1,1 =509( MPa )[σ H]2= 530.1

1,1 =482 ( MPa)

Bánh răng trụ răng thẳng nên:

[σ H]❑ =[σ H]2 =482( MPa )

3.2.2 Ứng suất uốn cho phép.

Tương tự NFE1 > NFO1do đó KFL1 = 1

- SF = 1,75: Hệ số an toàn khi tính về uốn Tra bảng 6.2

⇒ Ứng suất tiếp xúc cho phép:

[σ F]1= 441.1

1,75 =252( MPa )[σ F]2= 414.1

1,75 =237 ( MPa)

3.2.3 Ứng suất cho phép khi quá tải.

- Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:

[σ H 1]max=2,8 σ ch 1=2,8.580=1624 ( MPa)

[σ H 2]max=2,8 σch2=2,8.450=1260 ( MPa)

Bánh răng trụ răng thẳng nên:

[σ H]max=[σ H 2]max=1260 ( MPa)

- Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:

[σ F 1]max=0,8 σch 1= 0,8 580 = 464 (MPa)

[σ F 2]max=0,8 σch 2= 0,8 450 = 360 (MPa)

[σ F 1]max=02,8 σch1=0,8.580=464 ( MPa )

[σ F 2]max=0,8 σch2=0,8.450=360 (MPa )

3.3 Tính toán bộ truyền bánh răng.

3.4.1 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền.

- Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng:

+ Đường kính vòng lăn, vòng chia:

3.4.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Theo bảng (6.13) chọn cấp chính xác 9, do đó theo bảng 6.16 go= 73 Theo (6.42)

δH = 0,004: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp Tra bảng 6.15

go = 73: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch các bước răng của bánh 1 và bánh 2 Tra bảng 6.16

Vậy răng thỏa mãn về độ bền tiếp xúc.

Tính lại chiều rộng vành răng:

b w=Ψ ba a w( σ H

[σ H] )2=0,3.211,5(371,5482 )2=37,7

Lấy bω = 38 (mm)

3.4.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Kiểm nghiệm răng về ứng suất uốn

σ F 1=2 T K F .Y ε Y β Y F 1

b w d w m ≤[σ F 1]σ F 2=σ F 1 . Y F 2

Y F 1 ≤[σ F 2]

- KF: Hệ số tải trọng khi tính về uốn: KF = KF.KF.KFV = 1,05 1,37.1,08 = 1,55

+ KFβ = 1,05: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răngkhi tính về uốn Tra bảng 6.7

+ KFα= 1,37: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời

ăn khớp khi tính về uốn Tra bảng 6.14

+ KFV: Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn

K Fv=1+ v F b w d w1

2 T K Fβ K Fα=1+

10,6.38 102 2.210252 1,05.1,37=1,08

v F=δ F g o v √a w

u =0,011.73.1,61√211,53,15 =10,6

δF = 0,011: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp Tra bảng 6.15

go = 73: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch các bước răng của bánh 1 và bánh 2 Tra bảng 6.16

+ YR = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng

+ Ys: Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập chung ứng suất

Ys = 1,08 – 0,0695ln(m) = 1,08 – 0,0695ln3= 1,004

+ KxF: Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn

da ≤ 400 (mm) ⇒ KxF = 1

σ F 1 ≤[σ F 1]σ F 2 ≤[σ F 2]

Vậy răng thỏa mãn độ bền uốn.

3.4.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải.

- Ứng suất tiếp xúc cực đại:

σ Hmax=σ H K qt=371,5.1,45=539 ≤[σ H]max=1260 (Mpa)

⇒ Răng thỏa mãn điều kiện tránh biến dạng dư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt

- Ứng suất uốn cực đại:

⇒ Răng thỏa mãn điều kiện tránh biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng

* Bảng thông số

Các thông số

Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Giới hạn chảy σ ch=340( Mpa)

ứng suất xoắn cho phép [τ]=12 … 20(Mpa)

4.2.2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ.

- Chọn chiều rộng ổ lăn Tra bảng 10.2.

Bảng 4.2.

trịKhoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành

trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết

- Khoảng côngxôn trên trục tính từ chi tiết ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ:

- Lực tác dụng lên trục:

Vị trí đặt lực của bánh răng 3: âm

cq1 = -1: Trục I quay cùng chiều kim đồng hồ

Fy12 = sinα.Fr = sin55.1416 = 1160 (N)

- Lực từ khớp nối tác dụng lên trục II:

Chiều của lực từ khớp nối trục có chiều sao cho mômen uốn tại mặt cắt tiết diện bất kỳ

là lớn nhất, do đó Fx22 ngược chiều với Fx23

4.2.3 Xác định lực tác dụng lên các trục, xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

– Tính mô men xoắn T:

Fl x20 y20

Fl

Fl x21

y21 Fl

50514Nmm

80500Nmm

178992Nmm 631661Nmm

4.2.3.2.2 Tính mô men uốn Mx và My, mô men xoắn T.

– Tính mô men uốn Mx:

4.2.4 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi.

Dựa vào kết cấu trục và biểu đồ mômen ta có các tiết diện cần được kiểm tra

Trục 1: Tiết diện lắp bánh đai 12

Tiết diện ổ lăn 10

Tiết diện lắp bánh răng: 13

Trục 2: Tiết diện lắp bánh răng : 23

Tiết diện ổ lăn 21

Tiết diện lắp khớp nối 22

Chọn lắp ghép: các ổ lăn đươc lắp trên trục theo k6, lắp bánh răng, nối theo k6 kết hợpvới lắp then

Kết cấu trục thiết kế phải thỏa mãn điều kiện:

+ Kσ =1,46 , Kτ = 1,54: Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn Tra

bảng 10.12 (Trục có rãnh then, sử dụng dao phay ngón gia công)

+ εσ , ετ : Hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến

ghới hạn mỏi Tra bảng 10.10 Ta được Bảng 4.3

+ Kx = 1,06: Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Tra bảng 10.8.( Gia công trên máy tiện độ nhám đạt Ra = 2,5…0,63)

+ Ky = 1: Hệ số tăng bền mặt trục Không dùng các biện pháp tăng bền bề mặt

Từ đó ta tính được Kσ dj , Kστ j kết quả trong bảng sau:

* Kiểm nghiệm độ bền của then.

Chọn vật liệu thép 45, chịu tải trọng va đạp nhẹ

- Ta tiến hành kiểm nghiệm độ bền dập và độ bền cắt của then theo công thức:

Theo bảng 9.5 trang 178 với tải trọng va đập nhẹ và dạnh lắp cố định thì:

[σ d]=100 (Mpa) : Ứng suất dập cho phép đối với mối ghép then Tra bảng 9.5

[τ c]=40 (Mpa) Ứng suất cắt cho phép đối với mối ghép then

Sau khi tính toán ta lập được bảng sau:

- σch = 340: giới hạn chảy của vật liệu trục (Mpa)

Từ biểu đồ mô men ta thấy:

+ trục I tiết diện nguy hiểm nhất là 13

+ trục II tiết diện nguy hiểm nhất là 23

τ (Mpa) 18,3 19,6

Vậy trục thỏa mãn điều kiện bền tĩnh

5.1.2 Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ.

- Phản lực tổng tại hai gối đỡ khi tính trục là:

Flt10 = 2430 (N), Flt11 = 2299 (N)Vậy ta tiến hành kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn hơn với: Fr = Flt10 = 2430 (N)

Tải trọng động quy ước Fa = 0 nên:

Vậy khả năng tải của ổ được đảm bảo.

5.1.3 Ki m nghi m kh năng t i tĩnh c a ểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ ệm khả năng tải tĩnh của ổ ả năng tải tĩnh của ổ ả năng tải tĩnh của ổ ủa ổ ổ.

- Tải trọng tĩnh quy ước Fa = 0 nên:

5.2 Tính ổ lăn cho trục II.

5.2.2 Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ.

- Phản lực tổng tại hai gối đỡ khi tính trục là:

Vậy ta tiến hành kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn hơn với: Fr = Fl’t21 = 3284 (N)

Tải trọng động quy ước Fa = 0 nên:

Q = XVF.k.k = 1.1.3284.1.1,3 = 4269 (N)

Vậy khả năng tải của ổ được đảm bảo.

5.2.3 Ki m nghi m kh năng t i tĩnh c a ểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ ệm khả năng tải tĩnh của ổ ả năng tải tĩnh của ổ ả năng tải tĩnh của ổ ủa ổ ổ.

- Tải trọng tĩnh quy ước Fa = 0 nên:

5.4 Kh p n i đàn h i ớp nối đàn hồi ối đàn hồi ồi.

5.4.1 Xác định các thông số của khớp nối

Để truyền mô men xoắn từ trục động cơ sang trục I ta dùng nối trục đàn hồi vì nó có cấu tạo đơn giản dễ chế tạo, giá rẻ

Ta chọn vật liệu làm trục là thép rèn 35 vật liệu làm chốt là thép 45 thường hóa

Để truyền mômen xoắn từ trục có mô men xoắn

T = 631661 N.mm

T = 847 N.m

Ta có đường kính trụcở đầu ra hộp giảm tốc d = 60 mm

Tra bảng 16.10a, 16.10b suy ta có các kích thước cơ bản của trục vòng đàn hồi

Ta thấy trục thỏa mãn điều kiện bền dập của vòng đàn hồi và điều kiện sức bền của chốt

Phần 6: TÍNH TOÁN KẾT CẤU VỎ HỘP, BÔI TRƠN VÀ ĐIỀU CHỈNH ĂN KHỚP.

6.1 Vỏ hộp.

Chỉ tiêu cơ bản của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ, chọn vật liệu phổbiến nhất hay đúc là gang xám, kí hiệu GX 15-32 Chọn bê mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục

Theo bảng

18.1

[2]

Chiều dày: Thân hộp, 

Nắp hộp,  1

 = 0,03a + 3 = 0,03.211,5 + 3 = 9,3 chọn δ = 10 (mm) > 6 (mm)

 1 = 0,9 = 0,9.10 = 9 chọn δ1 = 9 (mm)Gân tăng cứng: Chiều dày, e

Chiều cao, h

Độ dốc

e =  = 10 mm

h  58Khoảng 2o

d3 = (0,80,9)d2 = 11,212,6 (mm) chọn d3 = 12, M12

S4 = (0,91)S3 = 1820 chọn S4 = 20 (mm)

K3 = K2 – (35) = 3941

Chọn K3 = 40 (mm)Kích thước gối trục:

Đường kính ngoài & tâm lỗ vít: D3,

k≥ 1,2d2 = 1,2.14 = 16,8 chọn k =16 (mm)

h: Xác định theo kết cấu, phụ thuộc tâm

lỗ bulông & kích thước mặt tựa

Dd: xác định theo đường kính dao khoét

S1  (1,41,7)d1 = 22,427,2Chọn S1 = 25 (mm)

S2 (11,1)d1 = 1617,6 Chọn S2 = 17 (mm)

K1 = 3d1 =3.16 = 48 (mm)

q ¿K1+2 δ=48+ 2 9 = 66 (mm)

Khe hở giữa các chi tiết:

Giữa bánh răng với thành trong hộp

Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp

Giữa mặt bên các bánh răng với nhau

6.2 Các thông số của một số chi tiết phụ khác.

6.2.1 Nắp quan sát.

Để kiểm tra, quan sát các chi tiết máy trong hộp khi lắp ghép và để đổ dầu vào hộp trênđỉnh hộp, ta làm cửa thăm, có nắp quan sát ; theo bảng 18.5, ta tra ra một số kích thước của nắp quan sát, hình vẽ trang 92[2] :

B= 15; C= 30; D= 15; E= 45; G= 36; H= 32; I= 6 ; K= 4 ; L= 10; M= 8; N= 22; O= 6; P= 32; Q= 18; R= 36; S= 32;

lç

6.2.4 Chốt định vị.

Tra bảng 18.4b ta có hình dạng và kích thước chốt định vị hình côn :

d = 6 (mm), c = 1 (mm), l = 20÷110 (mm)

6.2.5 Que thăm dầu.

6.3 Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp.

– Điều chỉnh ăn khớp trong các bộ truyền :Chọn chiều rộng bánh răng trụ nhỏ giảm 10%

so với chiều rộng bánh răng lớn

– Bôi trơn các bộ truyền trong hộp :

Chọn độ nhớt của dầu ở 500C(1000C) để bôi trơn bánh răng tra bảng 18.11

Với thép 45 tôi cải thiện như ta đã chọn, có vận tốc vòng là 1,12 m/s, tức là thuộc

khoảng [1 – 5], ta dùng chung một loại dầu đặt chung trong HGT nên ta có thể chọn theo bảng với thép  = 470-1000 MPa, độ nhớt Centistoc là 186(11) (hay độ nhớt Engleb

là 16(2))

Tiếp tục tra bảng

18.13[2]

101 , với độ nhớt đã chọn, ta tìm được loại dầu bôi trơn bánh răng: Dầu máy bay MK – 22, với các độ nhớt ở 500C(1000C) là 192(20) Centistoc

– Bôi trơn ổ lăn : Khi ổ lăn được bôi trơn đúng kĩ thuật nó sẽ không bị mài mòn, bởi vì chất bôi trơn sẽ giúp tránh không để các chi tiết kim loại tiếp xúc trực tiếp với nhau Ma sát trong ổ sẽ giảm, khả năng chống mài mòn của ổ tăng lên, khả năng thoát nhiệt tốt hơn, bảo vệ bề mặt không bị han gỉ, đồng thời giảm được tiếng ồn

Về nguyên tắc, tất cả các ổ lăn đều được bôi trơn bằng dầu hoặc mỡ; chât bôi trơn đượcchọn dựa trên nhiệt độ làm việc và số vòng quay của vòng ổ

So với dầu thì mỡ bôi trơn được giữ trong ổ dễ dàng hơn, đồng thời khả năng bảo vệ ổ tránh tác động của tạp chất và độ ẩm Mỡ có thể dùng cho ổ làm việc lâu dài (khoảng 1 năm), độ nhớt ít bị thay đổi khi nhiệt độ thay đổi nhiều Dầu bôi trơn được khuyến khích

áp dụng khi số vòng quay lớn hoặc nhiệt độ làm việc cao, khi cần tỏa nhiệt nhanh hoặc khi các chi tiết khác trong máy được bôi trơn bằng dầu Số vòng quay tới hạn cho từng loại ổ bôi trơn bằng mỡ hay bằng dầu được ghi trong các catalô của ổ lăn

Vì thế ta chọn bôi trơn ổ lăn bằng mỡ, theo bảng 15.15a chọn loại mỡ LGMT2, loại này đặc biệt thích hợp cho các loại ổ cỡ nhỏ và trung bình, ngay cả ở điều kiện làm việc cao hơn, LGMT2 có tính năng chịu nước rất tốt cũng như chống gỉ cao Với các thông

số của mỡ : Dầu làm đặc: lithium soap; Dầu cơ sở: dầu mỏ; nhiệt độ chạy liên tục: -30 đến +1200C; độ nhớt động của dầu cơ sở (tại 400C): 91 (mm2/s); độ đậm đặc: 2 (thanh: NLGI)

Về lượng mỡ tra vào ổ lăn lần đầu : G = 0,005DB (CT tr.46[2])

Trong đó G – lượng mỡ (g),

D,B – đường kính vòng ngoài và chiều rộng ổ lăn, mm

Ổ lăn trên trục vào : G = 0,005.80.17 = 6,8 (g)

Ổ lăn trên trục ra: G = 0,005.75.16 = 5,8(g)

6.4 Bảng kê các kiểu lắp, trị số sai lệch giới hạn và dung sai lắp ghép.

Kiểu lắp ghép: Ta chọn kiểu lắp ghép chung là H7/k6 (dùng cho mối ghép không yêu cầu tháo lắp thường xuyên, tháo không thuận tiện hoặc có thể gây hư hại các chi tiết được ghép; khả năng định tâm của mối ghép cao hơn khi đảm bảo chiều dài mayơ l ≥ (1,2 1,5)d (d - đường kính trục), chẳng hạn lắp bánh răng, vòng trong ổ lăn, đĩa xích lên trục, lắp cốc lót, tang quay; các chi tiết cần đề phòng quay và di trượt), một số kiểu lắp khác phải dùng kiểu lắp lỏng D8/k6 (ví dụ bạc lót với trục)

Bảng kê các kiểu lắp ghép tra theo bảng

5[3]

5[3]

4[3]

Dungsai

+130+15+28

H 6 n6

+160+17+33

50

H 6 n6

+160+17+33

H 7 h6

+3000

-19

80

H 7 h6

+3500

+2

+32+2

Nắp ổ – vỏ hộp 72

H 7 d11

+30

H 7 d11

+300-100

-290

-120-340

k 6

+146+100+21+2

Tài liệu tham khảo:

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, 2 (Trịnh Chất, Lê Văn Uyển)

Chi tiết máy tập 1 (Nguyễn Văn Yến), Chi tiết máy tập 2 (Nguyễn Trọng Hiệp)

Dung sai và lắp ghép (Ninh Đức Tốn)