Hộp giảm tốc

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kỹ thuật cơ khí.

Trang 1

Lời nói đầu

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chơng trình đào tạo kỹ s cơ khí Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên cóthể hệ thống hoá lại các kiến thức của các môm học nh: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kỹ thuật đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không

đổi và đợc dùng để giảm vận tốc góc, tăng mô men xoắn Với chức năng nh vậy ,ngày nay hộp giảm tốc đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí , luyện kim , hoá chất , trong công nghiệp đóng tàu … Trong giới hạn của môn học em đợc giao nhiệm vụ thiết

kế hộp giảm tốc trục vít - bánh vít Trong quá trình làm đồ án đợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn , đặc biệt là thầy Nguyễn Xuân Ngọc , em đã hoàn thành xong đồ án môn học của mình Do đây là lần đầu , với trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót xảy ra , em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy trong bộ môn

Sinh viên

Bùi Hữu Mạnh

Trang 2

= F v

Chọn hiệu suất sơ bộ các bộ truyền và ổ lăn

theo bảng 2.3 [I]/19 * ta chọn hiệu suất các bộ truyền nh sau

Hiệu suất của ổ lăn η1 = 0,99 (bộ truyền đợc che kín )

Hiệu suất bộ truyền bánh răng η2 = 0,96 (bộ truyền đợc che kín )

Hiệu suất bộ truyền trục vít η3 = 0,8 (bộ truyền đợc che kín)

Hiệu suất bộ truyền xích η4= 0,92 (bộ truyền để hở)

⇒ hiệu suất của hệ thống là : η = η14.η2.η3.η4 = 0,994.0,96.0,8.0,92 = 0,67Công suất cần thiết của động cơ là :

2 , 73

67 , 0

895 ,

065 , 0 1000 60

1000 60

II phân phối tỷ số truyền và tính mô mên xoắn trên trục

Tỷ số truyền chung uchung = 349

14 , 4

Ta chọn tỷ số của bộ truyền ngoài : uxích =4,0

do đó tỷ số truyền của hộp giảm tốc là

Trang 3

25 , 87 0 , 4

0 ,

u

u u

Chọn tỷ số truyền bộ truyền trục vít utv = 18,0

do đó tỷ số bộ truyền bánh răng là ubr = 4 , 84

18

25 , 80

• Tốc độ quay của các trục

27 , 80

55 , 16

859 , 1

N

olan xich

=

= η η

N2 = 2 , 14 ( )

99 , 0 96 , 0

04 , 2

N

olan br

=

= η η

N1= 2 , 7 ( )

99 , 0 8 , 0

14 , 2

N

olan tv

=

= η

10 55 ,

1 1

6

Nmm n

T2 = 254603 , 21 ( )

27 , 80

14 , 2 10 55 , 9

10 55 ,

2 2

6

Nmm n

T3 = 1177160 , 12 ( )

55 , 16

04 , 2 10 55 , 9

10 55 ,

3 3

6

Nmm n

859 , 1 10 55 , 9

10 55 ,

4 4

6

Nmm n

Trang 4

III tính bộ truyền ngoài (bộ truyền xích)

Vì vận tốc của xích không lớn nên chọn loại xích con lăn Chọn số răng đĩa xích nhỏ z1 = 21 > 19 răng

04 , 2 02 , 3 19 , 1 71 , 2

Kw k

N k k k R

x

n z

Trang 5

X =

a

t z z t

a z

2 1 2 2

1

) (

25 , 0 2 ] [

5 , 0

π

− +

+ +

1524 14 , 3

1 , 38 ) 21 85 ( 25 , 0 1 , 38

1524 2 ] 85 21 [ 5 ,

2

=

− +

+ +

lấy X =156 mắt

Tính chính xác khoảng cách trục

1 2 2

2 1 2

1 ) ( 0 , 5 ( ) 2 [( )) / ] (

5 , 0 ( 25 ,

1 , 38 /

04 , 2 10 6

.

10 6

N t

n z

R v

phần II : tính toán bộ truyền trong

I tính bộ truyền cấp nhanh ( bộ truyền trục vít- bánh vít )

1 Tính vận tốc sơ bộ

vs=8 , 8 10 3 2 8 , 8 10 3 3 2 , 7 18 1445 2 4 , 10 ( / )

1 1

−

Chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh thiếc bPΟφ 10-1

Trang 6

Chọn vật liệu làm trục vít là thép 45, tôi bề mặt đạt độ rắn HRC 45

1

4 2

2 / ) (

trong đó ni, T2i, số vòng quay trong 1 phút và mô men xoắn trên bánh vít trong chế

độ thứ i ,i = 1,2 , N, N số thứ tự chế độ làm việc , ti số giờ làm việc trong chế độ thứ i ,

T2i là trị số đợc dùng để tính toán , T2 là mô men xoắn lớn nhất trong các trị số

T

1

9 2

2 / ) ( = 60.23000 (19.5 + 0,59.3) = 6,908.106

KFL = 910 6 /N FE = 9 10 6 / 6 , 908 10 6 = 0 , 806

⇒ [σFo] = 0,25.σb + 0,08.σch = 59,6 (MPa)

⇒ [σF] = [σFo] KFL= 59,6 0 806 = 48,08 (MPa)

ứng suất quá tải

Với bánh vít bằng đồng thanh thiếc

[σH]max = 4.σch = 4.120 = 840 (MPa);

[σF]max = 0,8.σch= 0,8.120 = 96(MPa);

Trang 7

] [

170 )

(

q

K K T z

10

3 , 1 1 254603 ]

177 36

170 )

10 36

= +

tính góc vít γ

tg γ = z1/q = 2/10 = 0,2 ⇒ γ = 11018’

từ bảng 11.3 [CTMTI] /198 với góc vít trên ta chọn đợc hệ số ma sát

f = 0,026 và góc ma sát ϕ = 1030’

Trang 8

hiÖu suÊt bé truyÒn η = 0 , 95 ( − ) = 0 , 82

γ

ϕ γ

tg tg

 KiÓm nghiÖm øng suÊt uèn

σF = =

n

Fv F F

m d b

K K Y T

.

4 , 1

2 2

2

17 , 4 8 , 226 56

81 , 1 1 6 1 254603

4 , 1

5 1

max 22

2

i

i i

t T

Trang 9

Chiều dài phần cắt ren của trục vít: b1 = 90 mm

5.Tính nhiệt truyền động trục vít

Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc

[0,7 (1 1000) (01,3 ) ]. ( )

0

1

t t Ktq K

P A

29 3 , 0 ) 25 , 0 1 (

8 7 , 0 [

7 , 2 ).

82 , 0 1 (

m

= +

Trang 10

mH: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về tiếp xúc.

NHO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

3 3

8

3 ) 5 , 0 ( 8

5 1 23000 ).

84 , 4 / 1445 (

1

1 570

= ; [σH]4= 481 , 8MPa

1 , 1

1 530

mF: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về uốn

NFO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFO = 4.106 vì vật liệu là thép 45,

NEE: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng

Trang 11

( ) i ck

m i i i i

6 6

6

8

3 ) 5 , 0 ( 8

5 1 23000 ).

84 , 4 / 1445 (

] [ / ) 1 (

Trang 12

Độ rộng bánh răng bω = ψa aω = 0,3 235 = 70,5 mm

Lấy bω = 60 mm

Hệ số trùng khớp

εβ = Bω sinβ / π.m =60.0,270/ 3,14 2,5 =2,06

4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Yêu cầu cần phải đảm bảo σH ≤ [σH]

σH = ZM ZH Zε 2

3

.

) 1 (

2

ϖ

d u b

u K T

m w

m

;Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;

cos 2

=

) 20 2 sin(

) 77 , 14 cos(

2

. 3 2

vì v < 4 m/s tra bảng 6.13 [I]/106) chọn cấp chính xác 9 ;

Trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời không

Trang 13

0 , 335

84 , 4

235 33 , 0 73 002 , 0

=

m

w o H H

u

a v g

δ ν

12 , 1 03 , 1 254603

2

80 60 335 , 0 1

.

2

1

ν

H H

w w H Hv

K K T

d b

KH = KH β KHV KH α = 1,03.1,006.1,12 ≈ 1,16

Thay số : σH = 275.1,70.0,77 60 4 , 83 ( 80 ) 2

) 1 84 , 4 (

16 , 1 254603

Do σH ≤ [σH ] nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc.

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Yêu cầu σF ≤ [σF] ; Theo công thức 6.43

235 33 , 0 73 006 , 0

1 F

δ ν

37 , 1 24 , 1 254603

2

80 60 008 , 1 1

.

2

1

ω ω

ν

F F

FV T K K

d b

Trang 14

6 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Kqt = Tmax/ T = 1,5

σH4 max = σH K qt = 463 1 , 5 = 567 MPa < [σH3]max = 1260 MPa;

σF3max = σF3 Kqt = 118,69 1,4 = 166,17 MPa ;

σF4 max = σF4 Kqt = 113,94 1,4 = 159,52 MPa

vì σF3max < [σF3]max = 464 MPa, σF4max < [σF4]max = 360 MPa

nên răng thoả mãn về điều kiện quá tải

Kết luận : Bộ truyền cấp chậm làm việc an toàn

7.Tính lực tác dụng lên bộ truyền

Ft3 = Ft4 = 2.T2/d3 = 2.254603/80 = 6310 (N)

Fa3 = Fa4 = Ft tgβ = 6310.tg15041’ = 1272 (N)

Fr3 = Fr4 = Ft.tgαt = 6310.tg20045 = 2279 (N)

8.Kiểm tra điều kiện bôi trơn

đểa thoả mãn điều kiện bôi trơn cần thoả mãn công thức sau

phần II.Tính toán trục và chọn ổ lăn

Số liệu cho tr ớc:

♦ Công suất trên trục vào của hộp giảm tốc: N = 3 KW

♦ Số vòng quay n1= 1445 v/ph

Trang 15

17844

25

254603

25

1177160

Trang 16

trong đó lbv là chiều dài may ơ bánh vít lbv = 56 (mm);

lbr là chiều dài may ơ bánh răng lbr = 60 (mm);

Trang 18

II.tÝnh to¸n c¸c trôc

1.TÝnh trôc vµo

Lùc tõ khíp nèi t¸c dông lªn trôc

Fnt= 2.T2.(0,2 ÷ 0,3)/Dnt = 2.17844.0,25/90 = 99 (N) Lùc t¸c dông lªn trôc vÝt (tÝnh phÇn bé truyÒn)

− +

=

= +

.(

2

0

13 12 2

1 1 13 1 1

2 1 1

l l R

d F l F M

R F R Y

y a

r o

y r y

Trang 19

= +

− +

=

∑

0 2

.

0

13 2 13 1 12 1

2 1 1

l F l F l F M

R F R F X

x t

nt o

x t x nt

thay số vào giải hệ trên ta đợc

125410 ]

.[

1 ,

τ σ

s s

+

Trong đó sσ , sτ là hệ số an toàn khi chỉ xét riêng ứng suất uốn và ứng suất xoắn

ta có

m a

k

s

σ ψ σ ε

σ

σ σ

σ

.

1 +

,

m a

k

s

τ ψ τ ε

τ

τ τ

τ

.

1 +

trong đó σ-1 ,τ-1 là giới mỏi uốn và mỏi xoắn trong chu kỳ đối xứng của mẫu nhẵn đờngkính 7 –10 mm ,đợc tính gần đúng theo công thức

Trang 20

σ-1 = (0,4- 0,45).σb = 0,45.600 = 270 (MPa).

τ-1 = ( 0,23 – 0,28) σb = 0,25.600 = 150 (MPa)

σa , τa - biên độ ứng suất uốn và ứng suất xoắn trong tiết diện trục ;σm ,τm - ứng suất uốn

và ứng suất xoắn trung bình

ứng suất uốn đợc coi nh thay đổi theo chu kỳ đối xứng ,do đó

σm = 0, σa = σmax = M/W = 125410/0,1.303 = 40,4

ứng suất xoắn đợc thay đổi theo chu kỳ mạch động (khi trục quay một chiều)

τm = τa = 0,5 τmax = 0,5 T/Wo = 0,5.17844/0,2.303 = 1,65

W,Wo là mô men cản uốn và cản xoắn của tiết diện trục

ψσ, ψτ là hệ số xét đến ảnh hởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

76 1

270

= +

54 , 1

Trang 21

2.TÝnh trôc trung gian

 Lùc t¸c dông lªn bé truyÒn (trong phÇn tÝnh bé truyÒn )Lùc t¸c dông lªn b¸nh vÝt

+

=

= +

.(

2

0

2 2 12 21 3

2 2 21 2 1

2 3 2 1

l R l l F

d F l F M

R F F R Y

y t

a r

o

y t r y

Trang 22

+ +

=

= +

) (

.

0

2 2

3 3 22

21 3 21 2 1

2 3 2 1

l R

d F l l F l F M

R F F R X

x a

r t

o

x r t x

Thay số vào và giải hệ trên ta đợc nghiệm

 Giá trị mô men tơng đơng tại tiết diện 1 và 2

Mô men tại tiết diện 1

320990 ]

.[

1 ,

τ σ

s s

+

ta có

m a

k

s

σ ψ σ ε

σ

σ σ

σ

.

1 +

,

m a

k

s

τ ψ τ ε

τ

τ τ

τ

.

1 +

trong đó σ-1 ,τ-1 là giới mỏi uốn và mỏi xoắn trong chu kỳ đối xứng của mẫu nhẵn đờngkính 7 –10 mm ,đợc tính gần đúng theo công thức

σ = (0,4- 0,45).σ = 0,45.600 = 270 (MPa)

Trang 23

τ-1 = ( 0,23 – 0,28) σb = 0,25.600 = 150 (MPa).

σm = 0, σa = σmax = M/W = 320990/0,1.403 = 50,1

τm = τa = 0,5 τmax = 0,5 T/Wo = 0,5.256403/0,2.403 = 9,9

76 1

270

= +

54 , 1

Trang 24

=

− +

0

3 32

31 2 31 4 1

2 4

1

l F l l R l F M

R F F R Y

y y

t o

y y t y

Giải hệ trên ta đợc Ry1 = 4881 (N), Ry2 = 5267 (N);

Chiếu lên phơng x ta có

Trang 25

− +

−

=

− + +

) (

.

0

3

4 4 32

31 2 31 4 1

2 4

1

l F

d F l l R l F M

R F F R X

x a

x r

o

x x r x

Thay số vào và giải hệ trên ta đợc nghiêm

Giá trị mô men tơng đơng tại tiết diện 1 và 2

Mô men tại tiết diện 1

1019450 ]

.[

1 ,

τ σ

s s

+

ta có

m a

k

s

σ ψ σ ε

σ

σ σ

σ

.

1 +

,

m a

k

s

τ ψ τ ε

τ

τ τ

τ

.

1 +

Trang 26

σm = 0, σa = σmax = M/W = 1019450/0,1.603 = 47

τm = τa = 0,5 τmax = 0,5 T/Wo = 0,5.1177160/0,2.603 = 13,6

76 1

270

= +

54 , 1

Trang 27

III chän æ l¨n cho hép gi¶m tèc

Trang 28

Dựa vào đờng kính ngõng trục d = 35 mm,

tra bảng P2.11[I]/261 chọn loại ổ bi đỡ cỡ nhẹ

tra bảng 11.4 ta có X= 0,4 , Y = X.cotang α = 0,4 cotang 13,880 = 1,62

Theo công thức 11.3 ta có tải trọng quy ớc trên ổ 0 và ổ 1 nh sau

Q = (X.V.Fr+ Y.Fa).kt kđ

trongđó là hệ số kể đến ảnh hởng của nhiệt độ ,lấy kt = 1 khi nhiệt độ θ = 1250

kđ = 1,3 tra trong bảng 11.3 ứng với trờng hợp va đập vừa

V hệ số kể đến vòng nào quay , lấy V = 1 ứng với vòng trong quay

Y hệ số tải trọng dọc trục

X hệ số tải trọng hớng tâm

Với ổ 0 ta có Qo = (X.V.Fr0+ Y.Fa0).kt.kđ = (2949.1,3 ) = 3837,7(N);

Với ổ 1 ta có Q1 = (X.V.Fr0+ Y.Fa0).kt.kđ = (0,4.5584+1,62.2765).1,3 = 8726(N);

ta thấy Q1> Q0 do đó ta kiểm tra với ổ 1

Theo công thức 11.1 ta có khả năng tải động của ổ

Cd = Q.L0,3 = Q.(60.n.10-6.Lh)0,3

trong đó : n là số vòng quay của ổ trong vòng 1 phút

Lh là thời gian làm việc của ổ

Trang 29

kđ = 1,3 tra trong bảng 11.3 [I]/215ứng với trờng hợp va đập vừa

Với ổ 0 ta có Qo = (X.V.Fr0+ Y.Fa0).kt.kđ = (0,4.5661+1,70.4974).1,3 = 13997(N);

Với ổ 1 ta có Q1 = (X.V.Fr0+ Y.Fa0).kt.kđ = (1.3889.1,3 = 5055(N);

ta thấy Q1< Q0 do đó ta kiểm tra với ổ 0

Theo công thức 11.1 ta có khả năng tải động của ổ

Cd = Q.L0,3 = Q.(60.n.10-6.Lh)0,3

Q là tải trọng quy ớc

thay số vào ta có Cd = 13,99.(60.16,4.23000.10-6)0,3 = 35,66 (kN) < 72,2;

ta thấy Cd < C bảng do đó ta chọn ổ nh trên là thoả mãn điều kiện làm việc

ký hiệu ổ 7212

3.Tính và chọn ổ lăn cho trục vào

Do kết cấu của trục và điều kiện làm việc ta chọn hai loại ổ lăn khác nhau cho hai đầutrục ổ đũa côn một dãy và ổ bi đỡ một dãy

Trang 30

Chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ nhẹ với thông số nh sau

Trang 31

ta có Fao’/V.Fro = 2315,4/246,6 = 9,389 > e Tra bảng 11.4[I]/215 ta có X =0,67

Y = 0,67.cotangα = 0,67.cotang 9,080 = 4,16

Theo công thức 11.3 ta có tải trọng quy ớc trên ổ 0 nh sau

Q = (X.V.Fr+ Y.Fa).kt kđ

kđ = 1,3 tra trong bảng 11.3 [I]/215ứng với trờng hợp va đập vừa

Với ổ 0 ta có Qo=(X.V.Fr0+Y.Fa0).kt.kđ=(0,67.346,6+4,16.2315,4)1,3 = 12821,4(N); Theo công thức 11.1 ta có khả năng tải động của ổ

Cd = Q.L0,3 = Q.(60.n.10-6.Lh)0,3

Q là tải trọng quy ớc

thay số vào ta có Cd = 12,821.(60.1445.23000.10-6)0,3 = 11,72 (kN) < 19,9(kN);

ta thấy Cd < C bảng do đó ta chọn ổ nh trên là thoả mãn điều kiện làm việc

IV.Kiểm nghiệm then trên các trục

 Then trên trục vào

theo bảng 9.1a ta chọn then b.h = 10.8 ;chiều dài l = 36 mm ,t1 = 5 mm,t2 = 3,3 mm

Điều kiện bền đập và bền cắt tính theo công thức 9.1,9.2[I]/173

σd = 2.T/[d.lt.(h-t1)] ≤ [σd]; τc = 2.T/(d.lt b) ≤ [ τ c ]

trong đó σd , τc là ứng suất đập và ứng suất cắt tính toán

[σd] , [τc] là ứng suất dập cho phép và ứng suất cắt cho phép

T là mô men xoắn trên trục

[σd] tra trong bảng 9.5 [I]/178 ta có [σd] = 50 (MPa);

[τc] = 30 (MPa) ứng với trờng hợp va đập nhẹ

thay số vào công thức trên ta có

σd = 2.17844/(30.36.(10 – 3,3)) = 4,9 (MPa) ≤ [σd]

τc = 2.17844/(30.36.10) = 3,3 (MPa) ≤ [τc]

Nh vậy then đảm bảo đủ bền

 Then trên trục trung gian

theo bảng 9.1a ta chọn then b.h = 12.8 ;chiều dài l = 50 mm ,t1 = 5 mm,t2 = 3,3 mm

Điều kiện bền đập và bền cắt tính theo công thức 9.1,9.2[I]/173

σd = 2.T/[d.lt.(h-t1)] ≤ [σd]; τc = 2.T/(d.lt b) ≤ [ τ c ]

trong đó σd , τc là ứng suất đập và ứng suất cắt tính toán

[σd] , [τc] là ứng suất dập cho phép và ứng suất cắt cho phép

T là mô men xoắn trên trục

[σd] tra trong bảng 9.5 [I]/178 ta có [σd] = 50 (MPa);

Tiêu đề	Hộp giảm tốc
Tác giả	Bùi Hữu Mạnh
Người hướng dẫn	Thầy Nguyễn Xuân Ngọc
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	432 KB