Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp nón trụ

Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp nón trụ

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với môn học trong khoa cơ khí nói riêng và trong

trường Đại học Kỹ thuật nói chung, sau khi học xong phần lý thuyết học sinh sẽ bước qua giai đoạn thiết kếđồ án môn học Đối với môn học Chi Tiết Máy cũng

vậy

Thiết kế chi tiết máy là một bước ngoặc cho việc

nghiên cứu cơ sở tính toán và thiết kế các bộ truyền động cơ cơ khí cũng như các chi tiết máy Đây là đề tài thiết kế chính xác đầu tiên đối với mỗi sinh viên ngành

cơ khí chế tạo máy Nhiệm vụ chung là thiết kế hệ thống truyền động từ động cơ điện đến cơ cấu chấp hành

Với đề tài:”Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp nón trụ”

có các đặc điểm :là bộ truyền làm việc tương đối êm, truyền được công suất lớn và tuyền tải trọng lớn kết cấu hộp giảm tốc khá dài vì có thêm trục công xôn Bộ ttruyền này có giá thành tương đối đắt vì khó chế tạo,lắp ghép khó khăn khối lượng kích thước tương đối lớn Tuy nhiên hộp giảm tốc này vẩn được dùng khihộp giảm tốc chịu tải lớn

Trong quá trình thiết kế đồ án Chi Tiết Máy sinh viên lần đầu tiên bắt tay vào một công việc mới mẽ, rèn luyện, vận dụng nhiều kiến thức và lý thuyết để giải quyết các vấn đề có liên quan đến thực tế Đồ án này là sản phẩm thiết kế đầu tay tuy còn mang nặng tính lý thuyết nhưng có tính chất đào sâu chuyên ngành giúp cho mỗi sinh viên có ý thức sâu sắc về công việc cũng như nghiên cứu và tính toán

Trong đồ án vấn đề sai sót là không thể tránh khỏi, kínhmong quý thầy cô tận tình chỉ bảo để giúp em bổ sung những khuyết điểm, những khúc mắc còn tồn tại và có thêm kiến thức để tiếp tục thực hiện các đề tài sau này

Xin chân thành cảm ơn qúy thầy cô

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2009

Sinh viên thiết kế

Lê Phú

Chương I: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ

SỐ TRUYỀN I: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Chọn động cơ điện để dẩn động máy móc hoặc thiết

bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình thiết kế chi tiết máy

Động cơ cần làm việc sao cho có thể lợi dụng được toàn bộ công suất động cơ Khi làm việc nó phải thoả mãn 3 điều kiện:

- Động cơ không phát nóng quá nhiệt cho phép

- Động cơ có khả năng quá tải trong thời gian ngắn.Động cơ có moment mở máy đủ lớn để thắng moment cản ban đầu của phụ tải khi mới khởi động

Do chế độ tải trọng là thay đổi ít và rung động nhẹ

Để chọn động cơ điện ta cần tính công suất cần thiết kế ta dựa vào:

Các số liệu đã cho:

-Tải trọng P = 2350N

-Vận tốc băng tải V = 1.2 m/s

- Đường kính tang D = 615 mm

+Chọn loại động cơ:

Ta chọn loại đông cơ xoay chiều ü ba pha kiểu rô to

ngắn mạch

Uư điểm Kết cấu đơn giản giá thành hạ dể bảo quoản độ tin cậy cao có thể mắc trực tiếp vào lưới điện Nhược điểm: hiệu suất và hệ số công suất thấp không điều chỉnh được vận tốc

+Xác định công suất của động cơ:

Nếu gọi: Nlv _ là công suất làm việc của băngtải

 _ là hiệu suất truyền dộng

Theocông thức: lv=1000PV (K)

truyền

= 1 2  3. 44 5

nón

3

trụ

P = 2350 N ; V=1.2m/s = 1 2  3. 44 5

1000

2 , 1 2350



Công suất cần thiết trên trục động cơ là:

Nct =Nlv/ =2.82/0.885=3.2 kwCăn cứ vào điều kiện đcơ≥Nct

đcơ-≥N ct Trong tiêu chuẩn động cơ điện có nhiều loại thoả mãnđiều kiện này Theo TK CTM bảng 2P ta chọn sơ bộ động cơđiện che kín có quạt gió A02-41-4 có:

Công suất động cơ Nđcơ = 4.0 Kw

Hiệu suất động cơ đcơ = 86%

Khối lượng động cơ m = 55.5 Kg

Động cơ này gọn nhẹ giá thành không đắt lắm và tỷ sốtruyền chung có thể phân phối hợp lý cho các bộ truyềntrong hệ thống dẫn động

II: PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

Hộp giảm tốc gồm bộ truyền ngoài là bộ truyền xích và bộ truyền trong là bộ truền bánh răng nón (cấp nhanh) bánh răng trụ(cấp chậm)

Nên phân phối tỷ số truyền phải đảm bảo cho bộ truyền có kích thươc nhỏ gọn và bôi trơn tốt

+Phân phối tỷ số truyền sao cho việc bôi trơn dể nhất

615 14 , 3

2 , 1 1000 60

1000 60

t

Dn



với Dlà đường kính tang D=615)

8 38 3 37

+ ix : là tỉ số truyền bộ truyền xích

+ inh :tỉ số truyền bộ truyền bánh răng nón cấp

8 38





ng

ung ch

55 ,

55 ,

1

1 6

55 ,

2

2 6

55 ,

3

3 6

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI ( BỘ TRUYỀN XÍCH).

Truyền động xích thuộc truyền động ăn khớp, được sử dụng rộng rãi trong máy công cụ , máy nông nghiệp, máy dệt máy vận chuyển

Xích là một chuổi các mắc xích nối với nhau bằng bản lề Xích truyền chuyển động và tải trọng từ trục

dẫn(trục chủ động) sang trục bị dẩn(trục bị động ) nhờ sự ăn khớp các mắc xích với răng đĩa xích

Ưu nhược điểm của bộ truyền xích

Ưu điểm :

+Có thể truyền chuyển động với khoảng cách lớn mà vẫn đảm bảo tỷ số truyền chính xác.Thông thường

khoảng cách giữa hai trục nên dùng nhỏ hơn 8m

+So với bộ truyền đai thì hiệu suất của bộ truyền xích cao hơn Lực tác dụng lên trục nhỏ vì lực căng ban đầukhông cần lớn;khuôn khổ kích thước nhỏ, gọn hơn khi điều kện làm việc và công suất như nhau

+Có thể cùng một lúc truyền chuyển động cho nhiều trục khác nhau

+Truyền động xích có tiếng ồn

Bộ truyền xích làm việc có thể xuất hiện các đạn hỏng sau đây:

+Mòn bản lề và răng đĩa xích

+con lăn bị mòn,bị rỗ hoặc vỡ

+Các má xích bị đứt vì mỏi

Thiết kế bộ truyền xích gồm ba giai đoạn

Giai đoạn 1:Nghiên cứu các yêu cầu của bộ truyền cần thiết kế:

Bước 2:xác định các thông số lý học(A,D1,D2,X,t)

1) Chọn loại xích

Trong các bộ truyền xích thường dùng xích ống con lăn hoặc xích răng trong đó xích ống con lăn được dùng

nhiều nhất

con lăn ,nó có giá thành rẻ hơn và dễ chế tạo hơn xích răng

2)Tính số răng cuủa đĩa xích

Số răng của đĩa xích càng ít đĩa bị động quay càng

không đều,động năng va đập càng lớn,,xích mòn càng nhanh gây ra tiếng ồn(nếu số răng càng ít góc quay

tương đối của bản lề khi xích vào đĩa và ra khỏi đĩa

càng lớn thì xích sẽ mòn càng nhanh )

Nếu vt<2(m/s) thì ta lấy Z1min=1315

Chọn Z1min=15(răng) do đó Z2=ix.Z1=2,25.15=33,75

34(răng)

3)Định bước xích t:

Bước xích t là thông số cơ bản của bộ truyền xích,xích có bước càng lớn thì khả năng tải càng lớn nhưng tải trọng động va đập,va đập và tiếng ồn càng tăng nhất là khi vận tốc cao

Buqoqcs xichhs t được chọn theo điều kiện hạn chế áp suất sinh ra trong bản lề và số vòng quay trong một phútcủa đĩa xích phải nhỏ hơn số vòng quay giới hạn

Đê øtính bước xích t trước hết định hệ số điều kiện sử dụng

k=kđ.kA.ko.kđckb.kc[SI,B6-6,T105]

Trong đó

kđ-Hệ số xét đến tính chất tải trọng ngoài Vì tải trọng

Chọn đường tâm nối hai đĩa xích làm với đường ngang

xích

Trục không điều chỉnh được củng không có đĩa hoặc con

bôi trơn liên tục(xích nhúng trong dầu hoặc phun liên tục)

ta chọn kb=0,8

Thay số vào ta có k=1,2.1.1,25.0,8.1 ,25=1,5

Công suất tính toán của bộ truyền xích

Nt=N.k.kz.kn [SI,Ct6-7,T106]

N Công suất danh nghĩa N=

1000

48 , 1 4400

Nt=6,512.1,5.1,67.1,095=17,86(kw)

Theo bảng 5-5[SI,B 5-5,T 81] ta có

Nt=17,86<19,3=[Nt] nên ta chọn bước xích

lượng một mét xích q =3,73(kg)

[SI,B6-5,T107]

Số dãy xích con lăn được xác định theo điều kiện

x[N Nt] =1719,86,3 =0,925 ta chọn xích ống con lăn một dãy nên ta lấy x1

4)Định khoảng cách trục A và số mắc xích.

Tính số mắc xích theo công thức

1

2 Z

Z 

)2 A t Định sơ bộ khoảng cách trục A

A=40.t=40.31,75=1270(mm)

thay số vào ta có

X=40+15 234+(234 .3,141515 )2=99,5, Để tiện cho việc lắp ghép ta lấy X=100

Kiểm nghiệm số lần va đập trong một giây

u=

X

n Z

15

. 1

1 =1515.182.100,5 =1,825<25=[u].Thoã mãn về số lần va đập trong một giây

Tính chính xác khoảng cách trục A theo số mắc xích đã chọn

2 2 1 2

1

2

Z Z 8 2

Z Z X 2

Z Z X 4

t

A

14 , 3 2 15 34 8 2

34 15 100 2

34 15 100 4 75 ,

Để đảm bảo độ võng bình thường tránh cho xích bị

căng quá, giảm khoảng cách trục một khoảng A = 0,003A

= 0,003.1160,995=3,483(mm)

Cuối cùng là lấy A = 1160.995-3,483=1157,5(mm)

5 Tính đường kính của đĩa xích :

 Đường kính vòng chia của đĩa xích dẫn :

) ( 5 , 183 15

180

75 , 31 180

1

Sin Z

180

75 , 31 180

2

Sin Z

Sin t

.6 Tính lực tác dụng lên trục :

n t Z

N k 10 6 P k

, 182 75 , 31 15

36 , 7 15 , 1 10 6

.

10 6

.

7 7

N n

t Z

N k P

+Khoảng cách trục A=1157,5(mm)

+Đường kính vòng chia

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG

PHẦN 1: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NÓN

I Giới thiệu :

Thiêt kế bộ truyền bánh răng gồm bộ truyền banh răngcấp nhanh (bánh răng nón) và bộ truyền û bánh răng răngcấp chậm (bánh răng trụ)

Bộ truyền bánh răng nón dùng truyền mômen xoắn cho hai trục vuông góc với nhau

Tryền động bánh răng yêu cầu chính xác hơn các bô

truyền khác ,có độ bền cao va khả năng tải lớn.Đối với bộ truyền bấnh răng nón trụ có nhược điểm là khó chế tạo lắp ghép ,kích thước hộp giảm tốc lớn không gian bố trí rộng

II.Thiết kế bộ truyền cấp nhanh

+Chọn vật liệu chế tạo bánh răng

Bánh lớn ta chọn vật liệu chế tạo bánh răng lớn là thép 35 thường hoá đường kính phôi

(100300) Bánh răng nhỏ là thép 45 thường hoá

Theo (S1 B3-8 T40) với thép45 có 580 2

Ta thiết kế bộ truyêìn bánh răng nonï với tỷ số truyền

1.Xác định thông sốhình học của bộ truyền

a.xác định chiều dài nón L

L

  

3

2 2

2 6 2

85 , 0 5

, 0 1

10 05 , 1 1

n

kN i

i

L tx

i n T M

M

.

3

N1= 320.5,5.18.60.1460.[ 0,5.13 + 0,83.0,5] = 22.8.108 > No = 107 N2= 1  9 , 12 10 8

) 6 , 1 4 , 1

d

Ntđ= Ntđ=60u    i i

mã

i n T M

) 6 , 1 4 , 1



  1 128 , 8 2

8 , 1 5 , 1

580 4 , 0 ) 5 , 1 (

1

500 4 , 0 )

Chọn sơ bộ hệ số tập trung tải trọng : k = 1,4

+Chọn hệ số chiều rộng bánh răng nón:

10 05 , 1 1

5

,

2 6

1460 3 , 0 5 , 0 1 132 14 , 3 2 1

1000 60

5 , 0 1 2

2 2

m/s (S1CT

3-18T46)

theo(S1 B3-11T46)có cấp chế tạo chinh xác=7

c.Định chính xác hệ số tải trọng k và kích thước L:

theo(S B3-14T48)Kđ=1 Ktt= 1 , 11

2

1 22 , 1





4 , 1

11 , 1 4 , 1

, 1

11 , 1 132

Vậy ta có chiều dài nón L=122mm

d.Xác định mođun và số răng:

Ta có môđun:

ms = 0 , 02  0 , 03L0 , 02  0 , 03122  2 , 55  3 , 825  Chọn ms =3mm

1 5 , 2 3

122 2 1

1

,

19

51 35 3 1 1 2

6

bn z ym

KN

u tđ

Xác định ztđ

+ Góc mặt nón lăn bánh nhỏ:

1

5 , 2

1 1

+ Góc mặt nón lăn bánh lớn:

y2=0,517

+ Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ:

  133 , 3 67

, 35 37 1460 2 , 32 54 , 2 451 0 85 , 0

524 , 7 11 , 1 10 1 , 19

1 2

6

37 584 37 , 203 54 , 2 517 0 85 , 0

15 7 11 , 1 10 1 , 19

mm N

3 2 6

85 , 0

1 5

, 0

10 05 , 1

n b

N K i

i b L

15 , 7 11 , 1 1 5 2 5 , 2 37 5 , 0 121

10 05 ,

3 2 6

525 , 7 11 , 1 1 5 2 5 , 2 37 5 , 0 121

10 05 ,

3 2 6

g.Các thông số hình học của bộ truyền:

+ Chiều dài bánh răng: b = 37 mm

+ Chiều dài nón: L = 122 mm

De1 = ms (Z1 + 2cos1) = 3 (30 + 2.cos21048,) = 96 mm

De2 = ms (Z2 + 2cos2) = 3 (75 + 2.cos68022,) = 227 mm

+ Đường kính vòng lăn trung bình:

121

37 5 , 0 1 90

37 5 , 0 1 225 5

, 0

2.Tiïnh lực tác dụng:

- Đối với bánh nón nhỏ:

2 , 76

33 , 49712 2 2

21 sin 20 48 , 1304

xác định được các thông số hình học g

Các thông số hình học của bộ truyền:

+ Chiều dài bánh răng: b = 37 mm

+ Chiều dài nón: L = 122 mm

+ Góc ăn khớp:  20o

+ Góc mặt nón lăn: 1 = 21o48, 2 = 68o22,

+ Đường kính vòng lăn (vòng chia): d1=90 mm,d2=225mm

PHẦNII:.Thiêt kế bộ truyền bánh răng trụ răng

thẳng

Ta chọn vật liệu chế tạo ta chọn vật liệu thép

45thường hoá cho cả hai bánh răng

Theo (S1 B3-8 T40) với thép45 có 580 2

Vơi trục II có NII=7,15kw,NII=6,78kw ,tỷ số truyền i=3,2

Mô men xoắn trên trục II Mx2=116922,1Nmm ,trục III

A

N k i

Ta lần lượt xác định các thông sô úK ,   tx,A

Ta chọn hệ số tải trọng K=1,4 hệ số chiều rộng bánh

Với n2=182,5 N2==6.87kw

+xác định ứng suất tiếp

i n T M

M

.

3

N1= 320.5,5.18.60.584.[ 0,5.13 + 0,83.0,5] = 16,7.108 > No = 107 N2= 1  5 , 21 10 8

) 6 , 1 4 ,

) 6 , 1 4 , 1



  1 137 , 48 2

8 , 1 5 , 1

580 4 , 0 ) 6 , 1 (

1

580 4 , 0 )

Thay vào công thức xác định khoảng cách trục tacó:

4 , 0 5 , 182

87 , 6 4 , 1 2 , 3 520

10 05 , 1 1

2

,

3 3

2 6

584 161 14 , 3 2 1 1000 60

D e d

D o

c.Định chính xác hệ số tải trọng k và chiều rộng bánh

% 8 , 4 4

, 1

332 , 1 4 , 1

do đó ta giử nguyên khoảng cách trụcA

d.Xác định lại chiều rộng bánh răng, số răng và môđun

3

161 2 ) 1 (

vơi bánh răng lớn ta lấy b=64mm

eKiểm nghiệm sức bền uốn của răng

:

5 , 1 8 , 66 105 27 3 451 , 0

6 , 2 3 , 1 10 1 , 19

.

10 1 , 19

2

6 2

6





b n Z m y

N k

với bánh nhỏta có,n=584v/p,N=7,15Để tính y ta tính Ztd vìbánh răng trụ răng thẳng nên ztđ==z do đó ta có

y1=0,429 ,y2=0,487

với bánh lớn có n=128,5 N=6,87kw ,b=64 ,Z=83

68 584 26 2 , 3 429 , 0

15 , 7 332 , 1 10 1 , 19

87 , 6 332 , 1 10 1 , 19

Vậy bộ truyền thoả mãn điều kiện bền uốn

g.Các thông số hình học của bộ truyền:

+ Số răng: Z1 = 26 ; Z2 = 83

+ Khoảng cách trục: A = 161 mm

+ Đường kính vòng chia (vòng lăn):

d1 = mn.Z1 3.26 78 mm

d2 = m n.z2  249mm+ Đường kính vòng đỉnh:

De1 = d1 + 2.mn =78 + 2.3 = 84 mm

De2 = d2 + 2.mn = 249 + 2.3 = 255 mm+ Đường kính vòng chân răng:

63 , 359496

2

2





:

+ :Lực hướng tâm Pr = P.tg   2887 , 54 tg20  1051N

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN

1: THIẾT KẾ TRỤC

I.Giới thiệu chung

Trục là một chi tiết dùng để đỡ hoặc truyền chuyển động và mô men xoắn

Tư các chi tiết lắp trên nó đén các chi tiết khác

Vơi hộp giảm tốc ta thiết kế trục truyền để đở các chi tiết quay và truyền mô men xoắn như bánh răng

nón ,bánh răng trụ

Theo (S1 B3-8 T40) với thép45 có 580 2

mm

N

ch 

Ta thiết kế 3 trục với cac số liệu sau :

Ta có đường kính trục động cơ là d=38mm nên ta chọn

87 , 6

3.Tính gần đúng trục

Theo sơ đồ của hộp giảm tốc ta chọn các kích thươc cơ bản sau

(tham khảo S1B7-1T118)

+khe hở giửa bánh răng và thành trong hộp   1 , 2  với là chiều dày thành hộp

lấy  =10mm   1 , 2 10  12mm

+khoảng cách giưủa mặt cạnh bánh răng đến thành trong của hộp ta lấy a=10

+ khoảng cách giửa các gối đỡ của bánh răng nón nhỏ

+khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp lấy

+chiều rộng bánh răng nón b=37mm

+ Các lực tác dụng:

2 2 , 492515 2

0





kết cấu trục 1Xác định phản lựcRAy,RAx ,Rby,RBx

MBy=-RAya2-Pr1.a3+Pa1.dtb1/2=0 RAy=

N a

a P

d

a

1 , 241 70

5 , 53 441 2

2 , 76 36 , 176

2

.

2

3 1

a

a a P a

70

120 965 5 , 53 76 , 1304







Tính gần đúng trục ta lấy tại tiết diện m-m

Ta thấy trục chịu uốn xoắn đồng thời

Ta tính gần đúng theo công thức

; 1

M d

1 )

2 , 0

2 , 49215 (

3 ) 1 , 0

27 , 71816 1

) 2 , 0 (

3 )

3 2 2

d

d d

d

M d

Sơ đồ mômen trục1

b b

dtb Pa b b

b

83 , 482 5

, 53 5 , 62 69

2

6 , 190 441 5 , 3653 , 176 ) 5 , 53 5 , 62 ( 1051 2

Pr )

(

Pr

3 2 1

2 2 3 2 3

b P b b

P

24 , 1433 5

, 53 5 , 62 69

5 , 53 78 , 1304 )

5 , 53 5 , 62 ( 54 , 2887 )

(

3 2 1

3 2 3 2

(chiều của lực ngược chiều với giả thiết)

Xác định mômen uốn tại mặt cắt nguy hiểm

Ï Mu(2-2)= 2

ux MM= 39830 , 75 2  7999 , 32 2  40626 , 1Nmm

+Tính gần đúng trục ta tính tại mặt cắt 1-1

Ta tính gần đúng theo công thức

1 , 116922 (

3 ) 1 , 0

16 , 107625 1

) 2 , 0 (

3 )

3 2 2

d

d d

M d

theo kết cấu trục ta chọn chổ lắp bánh răng d=50m m,chổ lắp ổ bi d=45mm

3.Tính trục3:

Trục 3 là trục ra của hộp giảm tốc trên đầu ra cuả trụcmang bánh xích so với ba trục thì trục thứ 3 chịu tải trọng lớn

ta thiết kế trục 3 vơi các số liệu mô men xoắn

công suất N=6,78kw số vòng quay n=182,5

Ta tính khoảng cách a3 ,b3 ,c3

c c

c c c P c

42 , 4892 131

67

) 131 67 93 ( 3802 131

1051 )

(

3 2

1 2 3 3

67

5 , 3093 )

(

3 2

chiều giả thiết)

Xác định momen tại các mặt cắt

; 1

M d

63 , 359498 (

3 ) 1 , 0

353586 1

) 2 , 0 (

3 )

1

,

2 2

3 2 2

d d

d

M d

td