ĐỒ ÁN TRUYỂN ĐỘNG CƠ KHÍ

Phần II: tính toán thiết kế các chi tiết máy 42.2 Thiết kế bộ truyền trục vít, bánh vít 82.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 13... 1 , mm d Trục quay một chiều, ứng suất xoắn

Phần II: tính toán thiết kế các chi tiết máy 4

2.2 Thiết kế bộ truyền trục vít, bánh vít 82.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 13

PHẦN I : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.1 Chọn động cơ:

Công suất trên trục động cơ



 

Trong đó:

 br  0 , 98: Hiệu suất một cặp bánh răng được che kín

 tv  0 , 8: Hiệu suất bộ truyền trục vít (Z1=2)

 x  0 , 95: Hiệu suất bộ truyền xích

 ol  0 , 99: Hiệu suất một cặp ổ lăn

5 , 7

62

u

u u u

155.20 3100( / )

155 62 5 , 2

ph vg n

1.2 Phân phối tỉ số truyền:

49





Ta chọn u tv  20 theo dãy tiêu chẩn

Vậy tỉ số truyền của hộp u h  2 , 5 20  50

Tỉ số truyền của bộ truyền xích:

935 , 2





h

t x

935 , 2 96 ,

Pt = 7,97.1,34.1.0,85/1 = 9,1 kW.

Tra bảng 5.5[1] chọn pc = 38,1

6.Tra bảng 5.8[1] ta có

nth = 500 > 58,7Kiểm nghiệm

mm K

P n z

K P p

x

85 , 0 29 7 , 58 25

34 , 1 97 , 7 600 ].

.[

.

.

0 1 1

p z

60000

7 , 58 45 , 44 25 60000

1 1

97 , 7 1000 1000

45 , 44 25 74 74 25 5 , 0 45

,

0

2

2 2 2

2 1 2 2 1

1 ) 0 , 5 ( ) 2 ( ) (

5 , 0 25

,

0



Z Z Z

Z X

Z Z X

p

Chọn a = 1796 (giảm 0,001…0,002a)

10 Số lần va đập trong 1s

  15 74

, 0 132 15

7 , 58 25 15

1 1

i

11.Kiểm nghiệm xích theo hệ số an toàn

 s F F F k

Q s

v t

p d

mm Z

p d

Z

p

d

33 , 1047 74

sin 45 , 44 sin

65 , 354 25 sin 45 , 44 sin

sin

2 2

1 1

T n v

sb

sb

/ 13

,

6

1296652 1174

10 5 , 4 10

Trục vít dùng thép C45

Ứng suất tiếp xuc cho phép trên bánh vít

v HL b

HE HL

T N

H

HE

i i

i HE

47 , 162 83 , 0 75 , 0 290 9

,

0

10 5 , 13

72

12 7 , 0 60 1 7 , 58 8 2 300 7 60 60

7

4 4

2 4

max 2 2

,

51

10 41 , 90

10

290 08 , 0 170

25

,

0

10 08 , 0

25 , 0

9

6 6

9 6

MPa

N

K

FE b

ch FL

T N

F

HE

i i

i FE

41 ,

39

10 41 , 90

72

12 7 , 0 60 6 , 46 8 2 300 7 60 60

6

9 2

9

max 2 2

q

K T Z

, 162 40

170 10

a

10 56

98 , 236 2 2

250 5

da2 = d2 + 2m = 420 mmĐường kính vòng đáy df1 = d1 – 2,4m = 76 mm

16

1 2

Z arctg





Chiều dài cắt ren trục vít b1 = (c1 + c2z2)m = 134 mm

Trong đó c1 = 11, c2 = 0,06 tra bảng 7.1 [1]

Đường kính lớn nhất bánh vít

daM2≤da2+2,5m = 435 mm Chọn daM2=435 mmChiều rộng bánh vít b2 ≤ 0,75da1 = 90 mm

1174 100 cos

1 1

95 , 0 1 152

40 1

1 1

3 max 2 2 3

60

12 7 , 0 60 1

2 1

2

2 1 1

t T

T t T T T

T m

Vậy: K H K H.K HV  1 , 02 1 , 25  1 , 22

Hiệu suất   11 , 31 1 ,37  0,84

31 , 11

95 , 0

95 ,

  190 , 93 ( ) )

( 2 , 188

10

22 , 1 1296652

250

10 40 40

170

.

2 170

3

2

3 2

MPa MPa

q

K T a

q z z

H

H

w H

Vậy độ bền tiếp xúc thỏa

Số răng tương đương

47 , 56 39 , 7 cos

56 cos 3 3 0

( 91 , 7 10

90 400

22 , 1 50 , 1 12196652

2 , 1

A K

P t

3 , 0 1 (

89 , 1 15

) 84 , 0 1 (

06 , 10 1000 30 ) 1 (

.

) 1 (

1000

1

1 0

Số chu kỳ làm việc cơ sở:

7 4

, 2 4

, 2 1

1  30 HB  30 350  1 , 71 10

7 4

, 2 4

, 2 2

2  30 HB  30 340  1 , 1 , 55 10

6 2

6 6

6

max 1

2 9

3 3

2

1 9

3 3

3

max 1

10 96 , 3

8 2 300 7 72

12 7 , 0 72

60 1 2890 1 60

.

60

10 83 , 1

8 2 300 7 72

12 6 , 0 72

60 1 1156 1 60

10 59 , 4

8 2 300 7 72

12 6 , 0 72

60 1 2890 1 60

.

60

FO

i i

i FE

HO HE

HO

i i

i HE

N

t n T

T c

N

N N

N

t n T

T c

6 6

2

10 58 , 1

8 2 300 7 72

12 6 , 0 72

60 1 1156 1 60

) ( 630 350 8 , 1

8 , 1

) ( 750 70 340 2

) ( 770 70 350 2 70

2

2

lim

1 1

lim

2

lim

1 1

lim

MPa

MPa HB

MPa

MPa HB

Khi tôi cải thiện: s H  1 , 1 ; s F  1 , 75

Ứng suất tiếp xúc cho phép:

 

  1 613 64 ( )

1 , 1

9 , 0 750

) ( 630 1 1 , 1

9 , 0 770

9 , 0

2

1 1

lim 1

MPa

MPa K

s

H

HL H

OH H

Ứng suất cho phép tính toán: H  H2 613 , 64 (MPa)

Ứng suất uốn cho phép:

 

  1 349 , 71 ( )

75 , 1 612

) ( 360 1 75 , 1

630

2

1 1 lim 1

MPa

MPa K

s

F

FL F

OF F

Bánh răng nằm công xôn nên ba  0  , 2 0 , 25

Theo tiêu chuẩn chọn: ba  0 , 2 (va đập nhẹ)

Khi đó:

35 , 0 2

) 1 5 , 2 (

2 , 0 2

) 1 (

ch H

360 450 8 , 0

8

,

0

1260 450

8 , 2 8

1

.

1

ba H

H a

w

u

K T u

K a

02 , 1 33742 1

2

m

a z

Số răng bánh dẫn: 28 , 57

1 2 1

% 4 ,

da2 = d2 + 2m = 146 mmĐường kính vòng đáy df1 = d1 – 2,5m = 53 mm

df2 = d2 – 2,5m = 137 mm Chiều rộng vành răng b2 = ψbaa = 20 mm

b1 = b2 + 4 = 24 mmVận tốc vòng

) / ( 91 , 8 60000

2935 58 60000

. 1 1

s m n

 H

w w

H H

M H

d u b

u K T Z Z

) 1 ( 2

Trong đó ZM = 275 MPa hệ số xét đến cơ tính vật liệu

ZH hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

764 , 1 40 sin

KL = 1 hệ số xét đến điều kiện bôi trơn

KxH = 1Hệ số xét đến ảnh hưởng kích thước răng

Hệ số dạng răng:

29

2 , 13 47 , 3 2 , 13 47 , 3

71 , 349

Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn

Ứng suất uốn tính toán:

m b d

K K T

F

.

2

1 1

1 1 1

Y B

X D

z x

4 , 1 8 , 1 1164 93 ,

20 ( 1

F rbr  tbr    

Lực nối trục:

) ( 321

214 63

33742 2 ).

3 , 0

2 , 0 ( 2 ).

3 , 0

2 , 0 (

Chọn vật liệu cho trục là thép C45 tôi cải thiện (cùng vật liệu với bánh răng 1) với các thông số như sau:

) ( 226 )

( 383

) ( 324 )

( 540 )

( 785

1

MPa MPa

20 2 , 0

33742

2 ,

2

l

l        (khoảng cách 2 ổ lăn)Trong đó:

) ( 24

1

l   (kết quả tính bộ truyền bánh răng)

) (

15 mm

x 

) (

40 mm

w  (bảng 10.2 [2])

Ta chọn:

) ( 50

) ( 94

mm f

mm l





(theo bảng 10.2 [2], f không nhỏ hơn 40…55 mm)

Vẽ biểu đồ mômen uốn và xoắn:

23420 60

79 40 467 60 40 80

388 79 467

1 1

N X

N X

F F

X

F F X X

D B

nt tbr

D

nt tbr D B

Trong mặt phẳng yz:

Vì F rbr1 nằm đối xứng với 2 ổ nên:

) ( 212 2

424 2

F Y

D

Mômen tương đương tại các vị trí:

0

) ( 15344 10740

75 , 0 11720 3400

75 , 0

) ( 10439 10740

75 , 0 4740

75 , 0

) ( 9301

75 , 0

75 , 0

2 2

2 2

1 2

2

2 2

2 1 2

2

2 2

C

tđ

y x

M M M

Nmm T

M M M

Nmm T

1 , 0

) ( 34 , 17 50 1 , 0

10439

1 , 0

) ( 68 , 16 50 1 , 0

9301

1 , 0

3 3

3 3

3 3

mm

M d

mm

M d

mm

M d

C tđ C

B tđ B

A tđ A

) ( 28

) ( 25

) ( 20

mm d

mm d

mm d

mm d

Kiểm tra trục theo độ bền mỏi:

Dựa và biểu đồ mômen ta thấy tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí C.Mômen uốn tại C: 2 2 3400 2 11720 2 12203 ( )

Nmm M



Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động:

0

) ( 52 , 4 2700

12203 max

1 , 0

1

,

mm d

Trục quay một chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động:

) ( 1 5400 2

10740

T C m

1 4 , 1

226

.

) ( 7 , 49 0 1 , 0 1 91 , 0

52 , 4 55 , 1

383

.

1

1

MPa K

s

MPa K

s

m a

m a

, 46 139 7 , 49

139 7 , 49

2 2 2

s s s









Vậy điều kiện bền mỏi của trục được thỏa

Do: s s  3nên không cần kiểm tra độ cứng

2.4.2 Tính toán trục 2:

Phân tích lực tác dụng:

Mômen xoắn trên trục 2: T 2 81834 (Nmm)

Mômen xoắn trên trục 3: T 3 1296652 (Nmm)

Và các thành phần lực:

) ( 2360 20

6483 20

.

) ( 6483 200

1296652

2 2

) ( 1637 100

81834 2 2

) ( 506 20

1164 20

.

) ( 1164 142

81834 2 2

3

2

2 2

2

2 2

N tg

tg F F

N d

T F

N d

T F

N tg

tg F F

N d

T F

atv rtv

bv atv

tv ttv

tbr rbr

l  aM  ( khoảng cách giữa 2 ổ lăn)

) (

112748 147

644 40 452 147 40 294

192 644 452

2 2

N X

N X

F F

X

F F X X

H F

ttv tbr

H

ttv tbr H F

Trong mặt phẳng yz:

120 3

) ( 364

353 514 40

165 2

80

3 853 147

.

140 2

40 2

.

1 47

4 0 147

294

2

N Y

N Y

F d

F F

F M

F Y

F F

Y Y

H F

rb r tv

a tv

rt v

rb r rtv

H

rb r rtv

H F

Vẽ biểu đồ mômen:

) ( 186925 25775

75 , 0 56301 176841

) ( 29474 25775

75 , 0 18080 6600

) ( 22322 25775

75 , 0

75 , 0

2 2

2

2 2

2

2 2

2 2

G tđ

F tđ

y x

E tđ

M

Nmm M

Nmm M

Nmm T

M M M

1 , 0

) ( 35 , 25 63 1 , 0

29474

1 , 0

) ( 41 , 22 63 1 , 0

22322

1 , 0

3 3

3 3

3 3

mm

M d

mm

M d

mm

M d

G tđ G

F tđ F

E tđ E

) ( 76

) ( 50

) ( 40

mm d

mm d

mm d

mm d

H G

F E









Kiểm tra trục theo độ bền mỏi:

Dựa và biểu đồ mômen ta thấy tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí G.Mômen uốn tại G: 2 2 176841 2 56301 2 185587 ( )

Nmm M



Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động:

0

) ( 8 , 14 12500

185587 max

1 , 0

1

,

mm d

Trục quay một chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động:

) ( 52 , 0 25000 2

25775

T G m

52 , 0 4 , 1

226

.

) ( 2 , 15 0 1 , 0 1 91 , 0

8 , 14 55 , 1

383

.

1

1

MPa K

s

MPa K

s

m a

m a

, 15 8 , 267 2 , 15

8 , 267 2 , 15

2 2

s s s









Vậy điều kiện bền mỏi của trục được thỏa

Do: s s  3nên không cần kiểm tra độ cứng

2.4.3 Tính toán trục 3:

Phân tích lực tác dụng lên trục:

) ( 1402

) ( 644

) ( 3853 250

1396652

2

2 3

N F

N F

F

N F

F

N d

T F

rx

rtv rbv

ttv abv

bv tbv

481652

2 ,

2

l

l        (khoảng cách 2 ổ lăn)Trong đó: l2  1 , 3 b bv  1 , 3 60  80 (mm)

(kết quả tính bộ truyền bánh răng)

) (

10 mm

x 

) (

60 mm

w  (bảng 10.2 [1])

Ta chọn:

) (

(theo bảng 10.2 [2], f không nhỏ hơn 80…115 mm)

Vẽ biểu đồ mômen uốn và mômen xoắn:

788760 80

3853 250 4388 80 250 160

535 4388 3853

N X

N X

F F

X

F F X X

K I

tbv rx

K

rx tbv K I

1 98

) (

12 04

3 166 0 2

250

64 4 80

.

1 40 2

2

8 0

8 0

1 60

14 02

N Y

N Y

d F

F M

F Y

F Y

Y

K I

b v

a bv rbv

rb v K

rb v K

I

Vẽ biểu đồ mômen:

Mômen tương đương tại các vị trí:

) ( 417123 481652

75 , 0

) ( 574416 481652

75 , 0 394920

) ( 553978 481652

75 , 0 351600 96320

) ( 0 75 , 0

2

2 2

2 2

2

2 3 2

2

Nmm M

Nmm M

Nmm M

Nmm T

M M M

L tđ

K tđ

J tđ

y x

I tđ

1 , 0

) ( 82 , 63 63 1 , 0

574416

1 , 0

) ( 22 , 61 63 1 , 0

553978

1 , 0

3 3

3 3

3 3

mm

M d

mm

M d

mm

M d

L tđ L

K tđ K

J tđ J

) ( 60

) ( 64

) ( 60

mm d

mm d

mm d

mm d

L K J I









Kiểm tra trục theo độ bền mỏi:

Dựa và biểu đồ mômen ta thấy tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí K.Mômen uốn tại K: 2 2 394920 2 394920 ( )

Nmm M



Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động:

0

) ( 27 14619

394920 max

) ( 14619 55

2

) 5 , 5 55 (

5 , 5 14 32

55

2

) (

32

mm d

t d t b d W

481652

T K m



Với mômen cản xoắn:

) ( 30952 55

2

) 5 , 5 55 (

5 , 5 14 16

55

2

) (

16

d

t d t b d W

K

K K

8 , 7 4 , 1

226

.

) ( 33 , 8 0 1 , 0 1 91 , 0

27 55 , 1

383

.

1

1

MPa K

s

MPa K

s

m a

m a

, 7 85 , 17 33 , 8

85 , 17 33 , 8

2 2

s s s









Vậy điều kiện bền mỏi của trục được thỏa

Do: s s  3nên không cần kiểm tra độ cứng

Kiểm tra độ bền then:

+ Tại A chọn then bằng với các kích thước như sau:

) ( 22 )

( 4 )

( 7 )

.(

.

2

1

t h l d

T

d A

d A

  20 ( ) )

( 65 , 15 7 22 28

33742 2

.

2 1

MPa MPa

b l d

T

c A

c A

+ Tại E chọn then bằng với các kích thước như sau:

) ( 18 )

( 5 )

( 8 )

.(

.

2

1

t h l d

T

d E

d E

) ( 9 , 18 12 18 40

81834 2

.

2 2

MPa MPa

b l d

T

c E

c E

+ Tại K chọn then bằng với các kích thước như sau:

) ( 110 )

( 7 )

( 11 )

2 )

.(

.

2

1

t h l d

T

d K

d K

  20 ( ) )

( 46 , 18 18 110 64

1296652

2

.

2 3

MPa MPa

b l d

T

c K

c K

+Tại L chọn then bằng với các kích thước như sau:

) ( 120 )

( 7 )

( 11 )

(

b

Ứng suất dập:

481652

2 )

.(

.

2

1

t h l d

T

d L

d L

) ( 1 , 18 18 120 56

1096652

2

.

2 3

MPa MPa

b l d

T

c L

c L

; 1

;

K t

Do không có lực dọc trục nên: X=1 và Y=0

Tải trọng động quy ước:

) ( 5 , 396 1 3 , 1 ).

0 305 1 1 ( ).

.

12 7 , 0 72

60 1 5 , 396 72

12 7 , 0 72

60 1

L

L Q Q

i

i i

5917 10

2935 8 2 300 7 60 10

60

) ( 183 0 305 6 , 0

0

0 0

0

N F

Q

N F

Y F X Q

rD

a rD

Vậy khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo

2.5.2 Tính toán chọn ổ lăn cho trục 2:

Chọn ổ bi đỡ tại vị trí F và ổ đũa côn tại vị trí H

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ tại vị trí F ( dF =50 mm):

)(411364

; 1

;

K t

Do không chịu lực dọc trục nên: X=1 và Y=0

Tải trọng động quy ước:

) ( 3 , 534 1 3 , 1 ) 0 411 1 1 ( ).

.

12 7 , 0 72

60 1 3 , 534 72

12 7 , 0 72

60 1

L

L Q Q

i

i i

2367 10

1174 8 2 300 7 60 10

60

) ( 6 , 246 0 411 6 , 0

0

0 0

0

N F

Q

N F

Y F X Q

rF

a rF

Vậy khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ tại vị trí H:

)(5,12621023

5 , 1262 374 , 0 83 , 0 5 , 0

83 , 0 5 , 0

N

F F e

; 1

, 3 5 , 1262

Nên tra bảng 11.3 [2]:

6 , 1 14 cot 4 , 0 4

,

 Y g X

Tải trọng động quy ước:

) ( 2 , 8750 1

3 , 1 ) 4049 6 , 1 5 , 1262 4 , 0 5 , 0 ( ).

5 , 0

Do tải trọng thay đổi theo bậc nên:

) ( 7 , 7490 89

44 6 , 0 89

45 1 2 ,

3 3

10 3

1174 8 2 300 7 60 10

7

60

, 665 7 , 7490

3 10

3

kN N

L Q

) ( 1522 4049

22 , 0 5 , 1262 5 , 0

0

0 0

0

N F

Q

N F

Y F X Q

rH

a rH

Vậy khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo

Sau 1 năm ta thay mới ổ tại vị trí H

2.5.3 Tính toán chọn ổ lăn cho trục 3 (d = 50 mm):

Chọn ổ đũa côn do có lực dọc trục và đảm bảo cố định chính xác vị trí

trục và chi tiết quay

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ tại vị trí I:

)(45571204

374 , 0 83 , 0

83 , 0

) ( 6 , 1414 4557

374 , 0 83 , 0

83 , 0 1

2

N F

e S

N F

e S

; 2

1 S F F  N 

Nên:

) ( 6 , 2175 644

6 , 1531

) ( 6 , 1531 1

1

N F

S F

N S

F

a aI

; 1

, 0 4557

6 , 2175

Nên tra bảng 11.3 [2]:

6 , 1 14 cot 4 , 0 4

, 1 ).

6 , 2175 6 , 1 4557 4 , 0 ( 1 3 , 1 ).

6 , 1 4 , 0

Do tải trọng thay đổi theo bậc nên:

) ( 5 , 5902 89

44 6 , 0 89

45 1

6895 10

3 3 10 3

6 , 58 2 300 7 60 10

60

6

Khả năng tải động tính toán:

) ( 37 , 56 3

, 1198 5 , 5902

3 10

3

kN L

) ( 4193 6

, 2175 88 , 0 4557 5 , 0

0

0 0

0

N F

Q

N F

Y F X Q

rI

aI rI

Chọn bề mặt ghép nắp với thân đi qua trục bánh vít để dễ lắp bánh vít

2.6.2 Các kích thước cơ bản của vỏ hộp:

Kết cấu như trên bản vẽ lắp, với các kích thước cơ bản:

+ Chiều dày thân và nắp hộp: 10mm

+ Chiều dày gân tăng cứng: 10mm

+ Đường kính lỗ gối trục:

+ Lỗ gối trục phải của trục vít có đường kính 114mm ( lớn hơn đường kính đỉnh trục vít datv = 100 mm để lắp trục vít ), sử dụng ống lót

để dễ điều chỉnh 2 ổ đũa côn)

+ Các lỗ gối còn lại chọn theo đường kính vòng ngoài của ổ

Độ hở lớn nhất (m)

BÁNH RĂNG BÁNH VÍT

14  36H7/

38  55H7/

Ổ BI ĐỠ MỘT DÃY (THEO GOST 8338-75)

Ổ ĐŨA CÔN ( THEO GOST 333-71)

-THEN(Lắp lên moay-ơ)

-TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM, 2004

2 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Thiết kế Hệ thống dẫn động cơ khí, tập 1 và 2, Nhà xuất bản Giáo dục.

3 Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập Chi tiết máy, Nhà xuất bản Đại học Quố gia TP.HCM, 2003