Thiết kế hộp giảm tốc một cấp đề 2 inbox để nhận bản vẽ

LỜI MỞ ĐẦU Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là một nội dung không thể thiếu đốivới chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ sở về kết cấu

LỜI MỞ ĐẦU



Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là một nội dung không thể thiếu đốivới chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức

cơ sở về kết cấu máy và các quá trình cơ bản khí thiết kế máy

Trong quá trình học tập môn học Chi tiết máy, chúng em đã được làm quenvới các kiến thức cơ bản của các kết cấu máy, các tính năng cơ bản của các chi tiếtmáy thường gặp Đồ án môn học Chi tiết máy là kết quả đánh giá thực chất nhấtquá trình học tập môn học chi tiết máy, chế tạo phôi, sức bền vật liệu, dung sai…

Với đề tài được giao: “Thiết kế hộp giảm tốc một cấp” em thấy đây là đề rất

hay và gần gũi kiến thức và chuyên nghành của mình Sau khi nhận được đề tàinày cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trong khoa,bạn bè và sự nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành đề tài này Tuy nhiên trongquá trình làm việc mặc dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế và ít kinhnghiệm nên không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy em rất mong sẽ nhận đượcnhững sự đóng góp ý kiến chỉ bảo tận tình, kịp thời của thầy cô và các bạn để đề tàicủa em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

============================================

.

.

.

Trường Đại Học Cụng Nghiệp Hà Nội Ngày 25 thỏng 04 năm 2012 Giảng viờn Phần I : Tính toán số liệu ban đầu

1 Chọn động cơ:

a Xác định công suất công tác

P lv =

1000

32 , 0 12000 1000

.v =

η .

ct

P

Tra bảng 2.3 (trang 19), ta đợc các hiệu suất:

β - hệ số tải trọng

83 , 0 8

8 , 3 78 , 0 2 , 3

2

1

2 1 2

T t T

84 ,

Quy cách động cơ phải thỏa mãn đồng thời các điều kiện :

============================================

Các thông số kĩ thuật của động cơ nh sau :

Cos φ T k /T dn T max /T dn Mômen

vôlăng của rôto

GD 2 , kgm 2

Khối ợng (kg) DK52-6 4,5 950 0,85 1,5 1,8 0,20 104

32 , 0 60000

uh tØ sè truyÒn cña bé truyÒn b¸nh r¨ng

92 , 3 10 55 ,

84 , 3 10 55 ,

PHẦN II :TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

I Tính toán bộ truyền bánh răng trụ nghiêng.

Do không có yêu cầu gì đặc biệt ta chọn vật liệu cho hai bánh răng nh nhau

o F F

S

K

lim

KFL=m F

FE

FO N N

- Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở:

i

T

T c

T

T c

3 1

1 = HF = 60 2 190 ( 4812 , 5 0 , 6667 + 5500 0 , 44 ) = 79 , 74 10

HE N

N

6 3

3 2

1 610

1 , 1

1 530

σ σ

Vậy ứng suất tiếp xúc đảm bảo điều kiện

75 , 1

1 486

1 lim

F FL

o F F

1 414

2 lim

F FL

o F F

S

K

σ

ứng suất quá tải cho phép ,theo (6.10) và (6.11) ,ta có

.

ba br H

H

u

K T

ψ σ

β

Hệ số Ψba = bw/aw; Ψba = 0,35

Thay số ta định đợc khoảng cách trục :

3 , 0 34 , 4 75 , 517

02 , 1 68 , 205073

02 , 1 68 , 205073

60

.

) 1 (

3

2

bd br H

br H

u

u K T

ψ σ

cos 2

+

u m

) 1 34 , 4 (

5 , 2

984 , 0 200 2

) 125 29 (

5 , 2 2

9625 , 0

29 5 , 2 cos

9625 , 0

125 2 cos

mm

b Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xỳc

Áp dụng cụng thức Hezt ta xỏc định được ứng suất tiếp xỳc xuất hiện trờn răng phải thỏa món điều kiện

============================================

σH =

brt w w

br H H

M

u b d

u K T Z Z

Z

.

) 1 (

2

1 2

là thép tra Bảng 6.5 (Trang 96- tài liệu [1])

9625 , 0 2 2

v=3,14.54.190/60000= 0,54 m/s

Do vận tốc bánh dẫn: v = 0,54 m/s < 4 m/s tra Bảng 6.13 (Trang 106- tài liệu [1])

ta được cấp chính xác động học là 9 tra Bảng 6.14 (Trang 107- tài liệu [1]) ta xác

= +

=

53 , 0 34 , 4 / 200 54 , 0 73 002 , 0

.

00 , 1 13 , 1 03 , 1 68 , 205073

2

54 60 54 , 0 1

2

1 1 1

u

a v g

K K T

d b K

o H H

H H Hv

ω

α β

ω ω

δ ν

ν

34 , 4 60 54

) 1 34 , 4 (

193 , 1 68 , 205073

2 94 , 0 62 , 1

Nhận thấy rằng σH < [σH] do đó bánh răng nghiêng ta tính toán đã đáp ứng điều kiện bền do tiếp xúc.

c- Kiểm nghiệm độ bền uốn

Để bảo đảm bánh răng trong quá trình làm việc không bị gãy răng thì ứng suất uốn

Điều kiện bền uốn cho răng:

σF1 =

1

1 1

.

2

w nw

F F

d m b

Y Y Y K

Y

Y

σ

≤ [σF2]

z

(3.59)

2 cos

z

(3.60)

đồng thời ăn khớp, với bánh răng trụ răng nghiêng theo bảng 6 14- tr 107- tài liệu [1]

theo công thức(tương tự khi tính về tiếp xúc):

KFv = 1 +

α

β F F

m F

K K T

d b v

2

1

δF Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp, theo bảng 6 15 tr 107

107 - tài liệu [1], với câp chính xác 9, do mô đun bánh răng ứng với đến 3mm, ta

) 1 34 , 4 (

= 2,75 Thay các kết quả trên vào công thức (3.44), ta tính được:

d KiÓm nghiÖm r¨ng vÒ qu¸ t¶i

øng suÊt qu¸ t¶i cho phÐp :

v× σF1max < [σF1]max ,σF2max < [σF2]max nªn r¨ng tho¶ m·n

KÕt luËn: víi vËt liÖu trªn th× bé truyÒn cÊp chËm tho¶ m·n c¸c yªu cÇu kÜ thuËt.

e Thông số cơ bản của bộ truyền

============================================

- Đường kính đáy răng : df1 = d1–2,5.m = 75 - 2,5.2,5 = 68,75 (mm).

f.Lùc t¸c dông lªn bé truyÒn

Thông số lực ăn khớp của bộ truyền bánh răng nghiêng:

-Lực tác dụng lên bánh răng nghiêng nhỏ

II TÝnh to¸n bé truyÒn ngoµi hép ( Bé truyÒn ®ai thang)

1 Tiết diện đai

13 11

H×nh 2.1 Mặt cắt ngang của đai thang:

2 Tính toán sơ bộ đai

.

v s m n

d

Theo (4.2) tài liệu [1]

850 )

1 (

% 4

% 6 , 3

% 100 5

5 82 , 4

% 100

Theo bảng 4.14 trang 60 tài liệu [1] chọn khoảng cách trục dựa theo tỉ số truyền u

Theo (4.4) tài liệu [1]

Từ khoảng cách trục a đã chọn, ta có chiều dài đai:

mm a

d d d d a

l

3449 850

4

) 180 850 ( ) 850 180 (

5 , 0 850 2

4

) (

) (

5 , 0 2

2

2 1 2 2 1

=

− + + +

=

− + + +

=

π π

l = 3550 mm

Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây

Theo (4.15) tài liệu [1] ghh

max 52 , 2 55 , 3

949 , 8

i l

v

Theo (4.6) trang 54 tài liệu [1]

mm d

d d

d l d

d l

8

) (

8 )]

( 2 [ ) (

1 2

2 1 2 1

Theo (4.7) trang 54 tài liệu [1] , góc ôm bánh đai nhỏ

) (

57 180

d 1

C C C C ] [P

K P z

α

=

Trong đó:

08 , 2 1700

47 , 2

84 , 3 ] [

o

P P

+ Cz: hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai

55 , 1 95 , 0 14 , 1 89 , 0 47 , 2

0 , 1 84 , 3

+ v: vận tốc vòng = 8,949 (m/s)

Theo (4.19) trang 63 tài liệu [1]

v d

z C v

K P

.

.

780 1

α

) ( 75 , 228 41 , 8 2 89 , 0 949 , 8

0 , 1 5 , 4 780

Đường kính bánh đai nhỏĐường kính bánh đai lớnChiều rộng bánh đaiChiều dài đai

Số đaiLực tác dụng lên trục

B, mm

l, mmz

1808503535502853,4

III Thiết kế trục và chọn khớp nối

68 , 205073 2

855093,6 2

============================================

2 , 839176 2

II

= 59 mm : b

02

= 31(mm) d

- Chiều dài moay ơ bánh răng trụ răng nghiêng xác định theo công thức:

Chiều dài moay ơ bánh răng trụ răng nghiêng lớn:

- Chiều dài moay ơ nửa khớp nối (đối với nối trục vòng đàn hồi):

+ Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc

+ Khoảng cách từ mặt cạnh của ổ đến thành trong của hộp:

-Sử dụng các kí hiệu như sau

K: số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc

i:số thứ tự của tiết diện trục ,trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền tải trọng

những vật liệu chủ yếu để chế tạo trục Việc lựa chọn thép hợp kim hay thép cacbon tuy thuộc điều kiện làm việc trục đó có chịu tải trọng lớn hay không Đối với trục của hộp giảm tốc làm việc trong điều kiện chịu tải trọng trung bình thì ta chọn vật liệu làm trục là thép C45 thường hoá có cơ tính như sau

xét

Sơ đồ sơ bộ bộ truyền trong hộp giảm tốc (Hình 1)

Hình 6.1 Khoảng cách giữa các gối đỡ

2 2

⇒ Fa1 = 5468,6 tg15,740 = 1541,3 N

- Lực của bánh đai tác dụng lên trục: Do đường nối tâm của bộ truyền đai làm với

tích thành hai lực:

hình vẽ Ta tính toán được các thông số như sau:

+ Phản lực theo phương của trục y:

ΣMy(D) = Fy12.(l11+l12)+Fy10.l11-Fr1.(l11-l13)-Fa1.dw1/2= 0

Fy10 =

11

12 11 12 13

11 1

1

2

l

l l F l l F

7 , 653 ) 48 96 (

3 , 2016 2

75 3 ,

( chiều với hình vẽ)

ΣF(y) = - Fy12 - Fy10 + Fr1 - Fy11= 0

+ Phản lực theo phương của trục x:

ΣMx(B) = Ft1 l13+ Fx12.l12 - Fx11 l11= 0

⇒Fx11=

11

12 2 13

l

l F l

F t + x

96

68 6 , 548 48 6 , 5468

MPa

Đường kính tại các mặt cắt trên trục được xác định theo công thức:

d = 3

] [

1 ,

+ Xét mặt cắt trục tại điểm A - điểm có lắp then với bánh đai bị động của bộ truyền:

9 , 177597

= 30,4 (mm);

tính được đường kính của trục tại mặt cắt A là:

+ Xét mặt cắt trục tại điểm B - điểm có lắp vòng bi với lỗ của hộp giảm tốc:

- Kích thước của trục tại mặt cắt B: d

B = 3

63 1 , 0

5 ,

186838 = 30,95 (mm) ta chọn

+ Xét mặt cắt trục tại điểm C - điểm có lắp bánh răng nghiêng 1:

75 , 0 ) 2 , 99517 ( ) 2 , 149899

C =3

63 1 , 0

2 ,

252813 = 34,23 (mm);

ta tính được đường kính của trục tại mặt cắt C là:

+ Xét mặt cắt trục tại vị trí lắp ổ lăn D:

============================================

- Mô men uốn MD x = 0;

khi chọn ổ lăn, ta chọn kích thước của ngụng trục tại B và D là như nhau:

z y

Mx

37304,8 N.mm

44451,6 N.mm

99517,2 N.mm 41716,8 N.mm

F a − r −

⇒ Fy20 =

96

) 48 96 (

3 , 2016 2

260 3 ,

.

l

l l F l

[1], ta có trị số của ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo trục là:

Đường kính tại các mặt cắt trên trục được xác định theo công thức (IV -8):

d = 3

] [

1 ,

+ Xét mặt cắt trục tại điểm K - điểm có lắp ổ lăn với vỏ của hộp giảm tốc;

+ Xét mặt cắt trục tại điểm P - điểm có bố trí rãnh then lắp bánh răng nghiêng lớn:

Xét thấy mô men ở mặt cắt phía bên phải của điểm P có giá trị lớn hơn mô men

ở mặt cắt phía bên trái của điểm P, nên ta tính mô men tương đương của mặt cắttrục tại điểm P theo:

) 855093,6 (

75 , 0 ) 3958,56 (

) 148575,36

P == 3

63 1 , 0 755300,67 = 49,31 (mm)

- Do mặt cắt tại P có rãnh then nên đường kính trục cần tăng thêm 4%, theo đó ta tính được đường kính của trục tại mặt cắt P là:

+ Xét mặt cắt trục tại điểm Q - điểm có lắp vòng bi với lỗ của hộp giảm tốc:

khi chọn ổ lăn, ta chọn kích thước của ngõng trục tại K và Q là như nhau:

+ Xét mặt cắt trục tại vị trí lắp khớp nối S:

============================================

- Mô men tương đương trên mặt cắt S:

MS

) 855093,6 (

75 ,

S = 3

63 1 , 0 740532,3 = 48,99 (mm)

tăng thêm 4%, theo đó kích thước của trục tại mặt cắt S là:

y x

hưởng về độ bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu trình ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố kích thước, chất lượng bề mặt… Vì vậy sau khi xác định được đường kính trục cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi có

kể đến các yếu tố vừa nêu

============================================

- Kết cấu của trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau đây:

.

j j

j j

s s

s s

τ σ

τ σ

Trong đó :

[s] - hệ số an toàn cho phép, [ s] =(1,5….2,5); lấy [s]=2

ứng suất tiếp tại mặt cắt j

(V -12)

- σa, τa, σm là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp tại mặt cắt mà

ta đang xét Khi trục quay một chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, do vậy:

τmj = τaj =

2

max j

τ =

Ta kiểm nghiệm cho mặt cắt tại điểm có lắp ổ lăn trên trục I - vị trí điểm B

Từ công thức (IV -12), với:

16

35 14 ,

gia công và độ nhẵn bóng bề mặt Theo bảng 10 8 - tr 197 Tài liệu [1], ta có :

phương pháp gia công tăng bền bề mặt bằng tôi bằng dòng điện tần số cao, ta có:

vật liệu thép các bon có đường kính d = 35 (mm), theo bảng 10 10 - tr 198 - Tài

có rãnh then và gia công bằng dao phay ngón Theo bảng 10 12 - tr 199 - Tài liệu

sσj = = 4,40

Ta kiểm nghiệm cho mặt cắt tại điểm có lắp bánh răng trên trục I - vị trí điểm C:

Từ công thức (IV -12), với:

Theo bảng 10 6 - tr 196 - Tài liệu [1], trục có 1 rãnh then Với đường kính trục là d

= 40 (mm), tra bảng 9 1a - tr 173 - Tài liệu [1], ta có các thông số của then bằng: b

2

) (

-

40 2

) 5 40 ( 5

d P

2

) ( 16

1 1

2 = 2178991.11641,,6925 = 7,68 ============================================

Hệ số Kσdj và Kτdj được xác định theo các công thức sau:

Kσdj =

y

x K K K

1

− +

1

− +

τ

τ

Trong đó:

gia công và độ nhẵn bóng bề mặt Theo bảng 10 8 - tr 197 – Tài liệu [1], ta có :

phương pháp gia công tăng bền bề mặt bằng tôi bằng dòng điện tần số cao, ta có:

vật liệu thép các bon có đường kính d = 40 (mm), theo bảng 10 10 - tr 198 - Tài

có rãnh then và gia công bằng dao phay ngón Theo bảng 10 12 - tr 199 – Tài liệu

Thay các giá trị trên vào (IV -15) và (IV -16), ta được:

Kσdj =

6 , 1

1 06 , 1 85 , 0

76 , 1

− +

= 1,45

Kτdj =

6 , 1

1 06 , 1 78 , 0

54 , 1

− +

= 1,27 Thay các kết quả trên vào công thức (IV -10) và (IV -11), ta tính được:

sσj = = =3,94

Ta kiểm nghiệm cho mặt cắt tại điểm có lắp bánh răng trên trục II - vị trí điểm P

Từ công thức (IV -12), với:

) ( )

Theo bảng 10 6 - tr 196 - Tài liệu [1], trục có 1 rãnh then

Với đường kính trục là d = 60 (mm), tra bảng 9 1a - tr 173 - Tài liệu [1],

d P

2

) ( 16

1 1

============================================

τ

Trong đó:

gia công và độ nhẵn bóng bề mặt Theo bảng 10 8 - tr 197 – Tài liệu [1], ta có :

phương pháp gia công tăng bền bề mặt bằng tôi bằng dòng điện tần số cao, ta có:

vật liệu thép các bon có đường kính d = 40 (mm), theo bảng 10 10 - tr 198 - Tài

có rãnh then và gia công bằng dao phay ngón Theo bảng 10 12 - tr 199 – Tài liệu

Thay các giá trị trên vào (IV -15) và (IV -16), ta được:

Kσdj =

6 , 1

1 06 , 1 85 , 0

76 , 1

− +

= 1,45

Kτdj =

6 , 1

1 06 , 1 78 , 0

54 , 1

− +

= 1,27 Thay các kết quả trên vào công thức (IV -10) và (IV -11), ta tính được:

Như vậy trục I và trục II đảm bảo điều kiện bền mỏi

0 d

T

(V -18)

Tmax = T Kqt

============================================

[σ] = 0,8 σch , với thép 45 thường hóa có: σch = 340 MPa;

Mặt cắt nguy hiểm của trục I là tại vị trí C, với:

τ = 0 , 2 40 3

152 , 287103

Thay vào công thức (IV -16), ta tính được:

Mặt cắt nguy hiểm của trục III là tại vị trí P, với:

3 Tính và chọn then

a Chọn then cho trục I

bảng 9.1a - tr 173 – Tài liệu [1], ta có các kích thước của then như sau:

Từ phần tính toán của trục, ta có chiều dài moay ơ của bánh đai là:

⇒ σd = 302.205073,68.36.(8−5) = 126,59(MPa) <[σ] = 150 (MPa)

Vậy then đảm bảo điều kiện bền dập

-Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then:

τc = d l T b

t

I

.

2

≤ [τc] (VI -2) Thay các giá trị vào công thức ta có:

============================================

τc = 2.30205073,68.36.10 = 37,98 (MPa)

- tr 173 - Tài liệu [1], ta có các kích thước của then như sau:

Từ phần tính toán của trục, ta có chiều dài moay ơ của bánh đai bị dẫn là:

⇒ σd = 522..30855093,6.(10−6) = 28,70 (MPa) <[σ] = 100 (MPa)

Vậy then đảm bảo điều kiện bền dập

-Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then:

τc = d l T b

t

II

.

2

≤ [τc] (VI -2)

Thay các giá trị vào công thức ta có:

τc = 2.52855093,6.30.6 = 19,13 (MPa)

VI -2:Chọn then cho trục I

bảng 9.1a - tr 173 - Tài liệu [1], ta có các kích thước của then như sau:

Từ phần tính toán của trục, ta có chiều dài moay ơ của bánh răng nghiêng nhỏ là:

⇒ σd = 402..12878991.(12,69−5) = 122,19 (MPa) <[σ] = 150 (MPa)

Vậy then đảm bảo điều kiện bền dập

============================================