Đồ án chi tiết máy

Đồ án môn học Chi tiết máy là một đồ án chuyên nghành chính của sinh viên nghành cơ khí.

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học Chi tiết máy là một đồ án chuyên nghành chính của sinh viên nghành cơ khí Việc tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khi là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức quan trọng cho sinh viên về kết cấu máy.

Nội dung đồ án bao gồm những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy và hệ thống dẫn động; tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc; thiết kế kết cấu chi tiết máy, vỏ khung và bệ máy; chọn cấp chính xác, lắp ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, trong đó cung cấp nhiều số liệu mới về phương pháp tính, về dung sai lắp ghép và các số liệu tra cứu khác Thuật ngữ và khí hiệu dùng trong đồ án dựa theo tiêu chuẩn nhà nước, phù hợp với thuật ngữ và kí hiệu quốc tế.

Khi thiết kế đồ án chi tiết máy chúng ta phải nghiên cứu kỹ những giáo trình như Công nghệ chế tạo máy, Khoa học vật liệu, Nguyên lý máy, Dung sai lắp ghép, Chi tiết máy, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Khi thiết kế chúng ta phải sử dụng tài liệu, sổ tay, tiêu chuẩn và khả năng kết hợp so sánh những kiến thức lý thuyết với thực tế sản xuất.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và đặc biệt là thầy giáo Đoàn Yên Thế

đã hướng dẫn và cho em nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này Khi thực hiện đồ án trong tính toán còn có nhiều sai sót em xin trân trọng cảm ơn những ý kiến, chỉ dẫn của thầy

PHẦN MỘT : HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

ĐỘNG HỌC 4

BÀI 1 : MỤC ĐÍCH NỘI DUNG YÊU CẦU THIẾT KẾ 4

1.Mục đích 4

2 Nội dung 4

3 Trình tự tính toán thiết kế 4

3.1 Giai đoạn 1 : 4

3.2 Giai đoạn 2 : 4

3.3 Giai đoạn 3 5

3.4 Giai đoạn 4 5

3.5 Giai đoạn 5 5

4 Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế 5

BÀI 2 : ĐỘNG CƠ ĐIỆN - HỘP GIẢM TỐC – TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG.7 1 Động cơ điện 7

1.1 Các loại động cơ điện 7

1.2.Phương pháp chọn động cơ 8

2.Hộp giảm tốc 9

2.1.Xác định tỉ số truyền u t của hệ thống dẫn động 9

2.2.Phân phối tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống u t , cho hộp giảm tốc u h và bộ truyền ngoài u n 10

2.3.Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục 10

PHẦN HAI : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN 12

BÀI 1: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC 12

1 Chọn vật liệu 12

2 Xác định ứng suất cho phép [ H ], [ F ] 13

3.Truyền động bánh răng 15

3.1 Tính toán cấp nhanh 15

3.2 Tính toán cấp chậm 22

BÀI 2 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI 31

1 Chọn loại đai 31

2 Xác định các thông số của bộ truyền 31

2.1 Đường kính của bánh đai nhỏ được xác định theo công thức thực nghiệm sau : 31

2.2.Khoảng cách trục được xác định theo công thức sau : 32

2.3.Chiều dài đai được xác định 32

2.4.Góc ôm  1 trên bánh đai nhỏ được tính theo công thức : 32

3 Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai 32

4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 33

PHẦN BA : THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 34

BÀI 1 : THIẾT KẾ TRỤC 34

1 Chọn vật liệu 34

2 Tính thiết kế trục 34

2.1 Xác định các lực tác dụng lên trục 34

2.2 Xác định sơ bộ đường kính trục 38

2.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 39

2.4 Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng nên trục 40

2.5 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục 40

3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 49

BÀI 2 : TÍNH CHỌN THEN 53

1 Chọn kích thước tiết diện then theo đường kính trục 53

2 Kiểm tra then tại tiết diện ghép có bộ truyền 53

PHẦN BỐN : THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC 55

1 Chọn loại ổ lăn 55

2 Chọn cấp chính xác ổ lăn 55

3 Chọn kích thước ổ lăn 55

4 Tính kiểm tra khả năng tải của ổ 56

4.1 Kiểm tra khả năng tải động của ổ 56

4.2 Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ 58

PHẦN NĂM : THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC 59

1 Tính chọn khớp nối 59

1.1 Chọn khớp nối 59

1.2 Kiểm nghiệm về độ bền của vòng đàn hồi và chốt 59

2 Chọn kết cấu hộp giảm tốc 60

2.1 Chọn bề mặt ghép nắp thân 60

2.2 Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp 61

2.3 Các chi tiết liên quan đến vỏ hộp giảm tốc 62

PHẦN SÁU : BÔI TRƠN - LẮP GHÉP - ĐIỀU CHỈNH 66

1 Bôi trơn 66

1.1 Chọn phương pháp bôi trơn 66

1.2 Chọn loại vật liệu bôi trơn 66

1.3 Các chi tiết liên quan 66

2 Xác định và chọn các kiểu lắp 68

3 Thống kê kiểu lắp có trong hộp giảm tốc 69

3.1 Trục I có các kiểu lắp sau : 69

3.2 Trục II có các kiểu lắp sau : 69

3.3 Trục III có các kiểu lắp sau : 70

4 Phương pháp lắp giáp hộp giảm tốc 72

4.1 Cố định ổ trên trục và trong vỏ hộp 72

4.2 Lắp bánh răng, bánh đai, , lên trục 72

4.3 Điều chỉnh bánh răng 72

4.4 Điều chỉnh khe hở các ổ lăn 72

PHẦN MỘT : HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TÍNH

Vận dụng các kiến thức đã học của các môn chi tiết máy, nguyên lý máy, côngnghệ chế tạo, cơ khí đại cương, sức bền vật liệu, hình họa vẽ kỹ thuật thiết kế

ra một bộ phận máy dẫn đến hộp giảm tốc có kích thước hình dạng cụ thể phục

vụ cho hệ thống dẫn động của máy

2 Nội dung

Mỗi sinh viên thiết kế hệ thống dẫn động xích tải, băng tải thùng trộn nguyênliệu … Chủ yếu là thiết kế hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài

Một bản vẽ lắp A0

Một bản vẽ chế tạo một chi tiết điển hình A2 hoặc A3

Một bản thuyết minh dài 60 - 80 trang

3 Trình tự tính toán thiết kế

3.1 Giai đoạn 1 :

Chuẩn bị tài liệu

Nghiên cứu kỹ đầu đề thiết kế

Chuẩn bị các kiến thức tin học phục vụ đồ án môn học

3.2 Giai đoạn 2 :

Tính toán thiết kế xác định các thông số chủ yếu của hệ thống dẫn động

-Xác định công suất cần thiết số vòng quay hợp lý của động cơ điện từ đó chọnđược động cơ điện cụ thể (Thường chọn động cơ 4A)

-Xác định tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống (ut)

Phân phối tỉ số truyền cho từng bộ truyền

Lập bảng công suất mômen xoắn số vòng quay cho từng trục

-Tính trục của hộp giảm tốc

Tính sơ bộ

Tính chính xác

-Tính chọn then để lắp các chi tiết máy quay

-Tính chọn ổ : Chủ yếu là ổ lăn, ổ trượt

-Tính chọn các nối trục (khớp nối)

-Tính chọn thiết kế vỏ hộp giảm tốc (thường là đúc)

-Tính chọn hoặc thiết kế các chi tiết liên quan đến vỏ hộp giảm tốc như bulông,móc vòng, cửa thăm, nút tháo dầu, que thăm dầu, chốt định vị, quạt gió thônghơi

-Tính chọn bôi trơn hộp giảm tốc

Bôi trơn các ổ đỡ (dầu hoặc mỡ)

Bôi trơn các bộ truyền

Phương pháp bôi trơn (Sương mù, dòng bôi trơn, bắn, phun…)

-Điều chỉnh khe hở của ổ lăn và sự ăn khớp của các bộ truyền

-Thể hiện được các mối ghép của các chi tiết

Chọn các kiểu lắp cho các mối ghép

Thông qua các bảng thống kê các mối ghép

-Những vấn đề bảo dưỡng khi dùng hộp giảm tốc như là thống kê các loại dầu

mỡ, thời hạn thay dầu mỡ, thời hạn điều chỉnh ổ lăn, sự ăn khớp của bánh răng,

Hoàn thành thuyết minh

4 Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế

Thực hiện đúng nhiệm vụ của đồ án theo các số liệu yêu cầu thiết kế

Kết cấu về chi tiết máy phải đảm bảo chỉ tiêu làm việc, độ bền, tuổi thọ

và cả độ tin cậy

Đảm bảo kích thước nhỏ gọn, tháo lắp bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện.Vật liệu và phương pháp nhiệt luyện phải được lựa chọn hợp lý (Dễ kiếm, rẻtiền, có trên thị trường)

Chọn dạng công nghệ gia công hợp lý

tiết đã được tiêu chuẩn hóa ví dụ : Ổ lăn, bánh đai.

Lựa chọn có căn cứ hợp lý các kiểu lắp, dung sai, cấp chính xác nhám bề mặt

các chi tiết

BÀI 2 : ĐỘNG CƠ ĐIỆN - HỘP GIẢM TỐC – TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN

ĐỘNG.

1 Động cơ điện

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giaiđoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy Trong trường hợp dùnghộp giảm tốc và động cơ biệt lập, việc chọn đúng loại động cơ có ảnh hưởng rấtnhiều đến việc lựa chọn và thiết kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoàihộp Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi sử dụng củatừng loại, đồng thời cần chú ý đến yêu cầu làm việc cụ thể của thiết bị cầnđược dẫn động

1.1 Các loại động cơ điện

1.1.1 Động cơ điện một chiều

Cho phép thay đổi trị số của momen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảmbảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, do đó được dùng rộng rãi trongcác thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thínghiệm …

Nhược điểm của chúng là đắt, riêng loại động cơ điện một chiều lại khó kiếm vàphải tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu

1.1.2 Động cơ điện xoay chiều ba pha.

a) Động cơ điện xoay chiều ba pha đồng bộ

Động cơ ba pha đồng bộ có vận tốc góc không đổi, không phụ thuộc vào trị sốcủa tải trọng và thực tế không điều chỉnh được

So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểmhiệu suất và cos hệ số quá tải lớn, nhưng có nhược điểm : Thiết bị tương đốiphức tạp, giá thành tương đối cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ

Vì vậy động cơ ba pha đồng bộ được sử dụng trong những trường hợp hiệu suấtđộng cơ và trị số cos có vai trò quyết định (thí dụ khi yêu cấu công suất động

cơ lớn – trên 100kw lại ít phải mở máy và dừng máy) cũng như khi cần đảmbảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc

b) Động cơ ba pha không động bộ gồm hai kiểu : Roto dây quấn và roto lồngsóc

Động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn cho phép điều chỉnh vận tốctrong một phạm vị nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy nhỏ nhưng hệ sốcông suất cos thấp, giá thành cao, kích thước lớn và vận hành phức tạp, dùngthích hợp khi cần điều chỉnh trong phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp củadây truyền công nghệ đã được lắp đặt

thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lướiđiện ba pha không cần biến đổi dòng điện Nhược điểm của nó là : Hiệu suất và

hệ số công suất thấp (So với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh đượcvận tốc (so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ roto dâyquấn)

Chú ý : Các hệ thống dẫn động cơ khí thương sử dụng động cơ điện xoay chiều

ba pha không đồng bộ roto lồng sóc vì những ưu điểm của loại động cơ này Đểdẫn động các thiết bị vận chuyển, băng tải, xích tải thùng trộn…

1.2.Phương pháp chọn động cơ

Xác định công suất cần thiết

Xác địng số vòng quay sơ bộ

Dựa vào bảng phụ lục theo điều kiện dẫn đến chọn động cơ hợp lý

1.2.1Xác định công suất cần thiết

Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức

(1-1)

trong đó : Pct – công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

Pt – công suất tính toán (công suất làm việc trên trục máy công tác)

 - hiệu suất của toàn bộ hệ thống

 = 1.2.3… (1-2)

với 1,2,3 là hiệu suất của các bộ truyền và của các cặp ổ trong hệ thống dẫnđộng, chọn theo bảng 2.3 trang 19 – “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơkhí”

 = K.ol3.br2.đ = 0,99.0,993.0,972.0,96 = 0,868

với : K - hiệu suất nối trục đàn hồi

ol - hiệu suất 1 cặp ổ lăn

br - hiệu suất một cặp bánh răng trong hộp giảm tốc

đ - hiệu suất bộ truyền đai

nđb lớn Nhưng nđb cao thì việc giảm tốc khó, tức là phải sử dụng hệ thống dẫnđộng với tỉ số truyền lớn hơn, kết quả là kích thước và giá thành các bộ truyềntăng lên(nên thường chọn động cơ có nđb  1500vòng/phút)

Bảng 2.4 trang 21 - “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí” là bảngtham khảo để chọn tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ thống dẫn động

Tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống dẫn động được tính theo công thức sau :

với nlv - số vòng quay của trục máy công tác

Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ nđb = 1500 (vòng/phút)

Theo bảng phụ lục 1.3 với Pct = 9,217kW nđb = 1500 (vòng/phút) dùng động cơ4A132M4Y3 có Pct = 11kW nđb = 1458 (vòng/phút),

Vì động cơ làm việc với tải trọng không đổi nên trong trường hợp này công suấtđộng cơ được xác định theo công suất tính toán gắn với độ dài thời gian làmviệc :

Pt = Ptg

2 Hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyềnkhông đổi và đuợc dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn và là bộmáy trung gian giữa động cơ điện và bộ phận làm việc của máy công tác.Tuỳ theo tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc, người ta phân ra : hộp giảm tốcmột cấp và hộp giảm tốc nhiều cấp

Tùy theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra :

- Hộp giảm tốc bánh răng trụ : khai triển, phân đôi, đồng trục

- Hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn - trụ

- Hộp giảm tốc trục vít – bánh răng

- Hộp giảm bánh răng - trục vít

Ở đây ta thiết kế một hộp giảm tốc hai cấp + một bộ truyền ngoài Sau đây làphương pháp tính hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng

cần tiến hành phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hộp, cần tiếnhành tính toán động học.

Tính toán động học hệ thống dẫn động cơ khí được thực hiện theo các bước sau:

2.1.Xác định tỉ số truyền u t của hệ thống dẫn động.

Tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống được xác định theo công thức :

trong đó: nđc - số vòng quay động cơ đã chọn( vg/ph )

nlv - số vòng quay của trục máy công tác( vg/ph )

2.2.Phân phối tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống u t , cho hộp giảm tốc u h và bộ truyền ngoài u n

2.3.Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục.

Dựa vào cc Pct và sơ đồ hệ thống dẫn động, có thể tính được công suất, mômen

và số vòng quay trên các trục, phục vụ các bước tính toán thiết kế các bộtruyền, trục và ổ

Ta có : Pct = 9,217(kW)

nđc = 1458(vòng/phút)

Tính toán đối với trục 1 ta được :

P1 = Pct.ol.đ = 9,217.0,99.0,96 = 8,760(kW)

trong đó : Pct - công suất cần thiết trên trục động cơ

uđ - tỉ số truyền của bộ truyền đai

u1, u2 - tỉ số truyền cấp nhanh và cấp chậm trong hộp giảm tốc haicấp

đ, ol, br - lần lượt là hiệu suất của bộ truyền đai, một cặp ổ lăn và

bộ truyền bánh răng tra bảng 2.3 trang 19 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫnđộng cơ khí ”

Kết quả tính toán được ghi thành bảng như sau :

BẢNG 1 : CÔNG SUẤT - TỈ SỐ TRUYỀN - SỐ VÒNG QUAY - MÔMEN

độ bền uốn của chân răng, sau đó kiểm nghiệm răng về quá tải.

Vậy để thiết kế truyền động bánh răng cần tiến hành theo các bước sau đây :

- Chọn vật liệu

- Xác định ứng suất cho phép

- Tính sơ bộ kích thước của một bộ truyền, trên cơ sở đó xác định các yếu tốảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyền rồi tiến hành kiểm nghiệmrăng về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và về quá tải

- Lập bảng thể hiện thông số kích thước hình học của bộ truyền sau khi thiếtkế

- Nhóm I có độ rắn HB  350, bánh răng được thường hóa tôi cải thiện Nhờ có

độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, đồng thời bộtruyền này có khả năng chạy mòn

- Nhóm II có độ rắn HB  350, bánh răng được tôi thể tích, tôi bề mặt, thấmcacbon, thấm nitơ… Do đó độ rắn mặt răng cao cho nên phải gia công trước khinhiệt luyện, bộ truyền này có khả năng chạy mòn kém

Trong đầu thiết kế đã cho tải trọng nhỏ và trung bình, khả năng công nghệkhông cao và cũng không có yêu cầu về kích thước nhỏ gọn do đó vật liệu làmbánh răng nên chọn ưu tiên ở nhóm I

Đối với một cặp bánh răng ăn khớp, khi dã chọn vật liệu bánh răng ở nhóm Iphải chú ý tới tần số chịu tải cuả răng và khả năng chạy mòn của răng Trongcùng một thời gian làm việc thì bánh răng nhỏ chịu tải nhiều lần hơn bánh rănglớn vì n1 = u.n2 Để đảm bảo sức bền đều của răng và khả năng chạy mòn của

bộ truyền nên nhiệt luyện bánh răng lớn có độ rắn mặt răng thấp hơn bánhrăng nhỏ

HB1 = HB2 + ( 10  15 )

Đối với bộ truyền bánh răng có công suất nhỏ và trung bình nên chọn vật liệu

là thép cacbon chất lượng tốt Ở đây ta chọn thép 45 Cơ tính vật liệu tra bảng6.1 trang 92 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

KxF - hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước của bộ truyền bánhrăng (ứng suất uốn)

KFC- hệ số kể đến ảnh hưởng của động cơ làm việc một chiều, hai chiều :

KFC = 1 với động cơ một chiều

KFC = 0,7  0,8 với động cơ hai chiều

KHL , KFL - hệ số tuổi thọ về độ bền tiếp xúc và độ bền uốn và được xác địnhtheo các công thức sau :

(2-4)

trong đó : mH, mF - bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn

mH = 6, mF= 6 khi độ rắn mặt răng HB  350 hoặc bánh răng có mài mặt lượnchân răng

mF = 9 khi độ rắn mặt răng HB > 350 và không mài mặt lượn chân răng

NFO - số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFO = 4.106 đối với tất cả các loại thép

NHE, NFE - số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

Khi bộ truyền chịu tải trọng tĩnh

NHE = NFE = 60cnt

trong đó : c - số lần ăn khớp trong một vòng

n - số vòng quay

t - tổng số thời gian làm việc

Suy ra : NHE1 = NFE1 = 60.1.650,893.8.5.300 = 46,864.107

Ứng suất quá tải cho phép :

-Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :

T1 - mômen xoắn trên trục bánh chủ động, Nmm

[ ] - ứng suất tiếp xúc cho phép

Giữa khoảng cách trục aw, số răng bánh nhỏ z1, số răng bánh lớn z2, gócnghiêng  của răng và môđun trong bộ truyền ăn khớp ngoài, liên hệ với nhautheo công thức.

Góc ăn khớp :

Do đó : tw = 21,9550

3.1.3 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc.

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thỏa mãn điềukiện sau :

Trong đó : ZM - hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, trị sốcủa ZM = 274MPa1/3 tra ở bảng 6.5 trang 96 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫnđộng cơ khí ”

ZH - hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

trong đó b - góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

Trị số của ZH cũng có thể tra trong bảng 6.12 trang 106 - “ Tính toánthiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

- hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, xác định như sau :

mm

Vận tốc vòng của bánh nhỏ

trong đó n1 – là số vòng quay của bánh nhỏ (bánh chủ động)

Với v = 2,371 m/s theo bảng 6.13 trang 106 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫnđộng cơ khí ” dùng cấp chính xác 8

KH - hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

KH = KH.KH.KHv = 1,181.1.1,115 = 1,317

trong đ ó : KHβ - là hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộngvành răng, tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơkhí ”

KH - là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôirăng đồng thời ăn khớp, trị số của KH đối với bánh răng nghiêng tra ở bảng6.14 trang 107 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”, với bánh răngthẳng KH = 1

KHv - hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn kớp, trị số

KHv tính theo công thức sau:

Theo(2-1) với v = 2,371m/s, với v< 5m/s Zv = 1, với cấp chính xác động học là

8, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 9, khi đó cần gia công đạt độ nhám Rz

= 10 40m, do đó ZR = 0,9, với dw1 < 700mm, KxH = 1 do đó

Ta thấy và 2,9 < 4 thoả mãn độ bền tiếp xúc

3.1.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Ứng suất sinh ra tại chân răng phải thoả mãn điều kiện sau :

Y - hệ số kể đến độ nghiêng của răng, với răng thẳng Y = 1

YF1, YF2 - hệ số dạng răng của bánh 1 và 2, phụ thuộc vào số răngtương đương và hệ số dịch chỉnh, tra trong bảng 6.18 trang 109 - “ Tính toánthiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

KF - hệ số tải trọng khi tính về uốn :

KF = KF.KF.KFv = 1,376.1.1,263 = 1,738

với KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vànhrăng khi tính về uốn, tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thốngdẫn động cơ khí ”

KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồngthời ăn khớp khi tính về uốn, trị số của KF đối với bánh răng nghiêng tra ở bảng6.14 trang 107 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”, với bánh răngthẳng KF = 1

KFv - hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn kớp khi tính vềuốn, trị số KFv tính theo công thức sau:

trong đó :

với v = 2,371 tính được ở trên, - hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ănkhớp, tra trong bảng 6.15 trang 107 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động

cơ khí ”, g0 - hệ số kẻ đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và 2,tra bảng 6.16 trang 107 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

Ta có T1 = 131000MPa, m = 3,5mm, bw = 75mm, dw1 = 70,922mm với  =1,694, Y = 1/1,694 = 0,590, Y = 1, zv1 = z1 =20, zv2 = z2 = 121 theo bảng 6.18trang 109 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” ta được YF1 = 3,89,YF2 = 3,47

Thay các giá trị vừa tính được vào (2-8) ta được :

vậy thoả mãn về độ bền uốn

3.1.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Bánh răng khi làm việc có thể bị quá tải, thí dụ lúc mở máy, hãm máy với hệ

BẢNG 2 : CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ CẤP NHANH



a = 0,5m(z1 + z2) = 246,75mm

aw = a + ym = 250mm

d1 = mz1 = 70mm, d2 = mz2 = 423,5mm

dw1 = 2aw/(um + 1) = 70,922mm

dw2 = dw1u = 429,078mm

da1 = d1 + 2(1 + x1 - y)m = 77,77mm

da2 = d1 + 2(1 + x2 - y)m = 435,925mm

df1 = d1 – (2,5 – 2x1)m = 62,328mm

df2 = d2 – (2,5 – 2x2)m = 420,483mm

db1 = d1cos = 65,778mm

db2 = d2cos = 397,96mmTheo TCVN 1065-71,  = 200

T2 - mômen xoắn trên trục bánh chủ động, Nmm

[ ] - ứng suất tiếp xúc cho phép

Đối với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ta có góc nghiêng  = 0, từ (2-11)xác định được số răng bánh nhỏ :

3.1.3 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc.

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thỏa mãn điềukiện sau :

Trong đó : ZM - hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, trị sốcủa ZM = 274MPa1/3 tra ở bảng 6.5 trang 96 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫnđộng cơ khí ”

ZH - hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

trong đó b - góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

Trị số của ZH cũng có thể tra trong bảng 6.12 trang 106 - “ Tính toánthiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

- hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, xác định như sau :

trong đó n1 – là số vòng quay của bánh nhỏ (bánh chủ động)

Với v = 0,759 m/s theo bảng 6.13 trang 106 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫnđộng cơ khí ” dùng cấp chính xác 9

KH - hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

KH = KH.KH.KHv = 1,061.1.1,032 = 1,095

vành răng, tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơkhí ”

KH - là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôirăng đồng thời ăn khớp, trị số của KH đối với bánh răng nghiêng tra ở bảng6.14 trang 107 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”, với bánh răngthẳng KH = 1

KHv - hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn kớp, trị số

KHv tính theo công thức sau:

Theo(2-1) với v = 0,759m/s, với v< 5m/s Zv = 1, với cấp chính xác động học là

9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 9, khi đó cần gia công đạt độ nhám Rz

= 10 40m, do đó ZR = 0,9, với dw1 < 700mm, KxH = 1 do đó

bền tiếp xúc, vậy ta phải chọn lại

3.1.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Ứng suất sinh ra tại chân răng phải thoả mãn điều kiện sau :

YF1, YF2 - hệ số dạng răng của bánh 1 và 2, phụ thuộc vào số răngtương đương và hệ số dịch chỉnh, tra trong bảng 6.18 trang 109 - “ Tính toánthiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

KF - hệ số tải trọng khi tính về uốn :

KF = KF.KF.KFv = 1,12.1.1,075 = 1,203

với KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vànhrăng khi tính về uốn, tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thốngdẫn động cơ khí ”

KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồngthời ăn khớp khi tính về uốn, trị số của KF đối với bánh răng nghiêng tra ở bảng6.14 trang 107 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”, với bánh răngthẳng KF = 1

KFv - hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn kớp khi tính vềuốn, trị số KFv tính theo công thức sau:

YF2 = 3,55

Thay các giá trị vừa tính được vào (3-8) ta được :

MPa

vậy thoả mãn về độ bền uốn

3.1.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Bánh răng khi làm việc có thể bị quá tải, thí dụ lúc mở máy, hãm máy với hệ

Bảng các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ

BẢNG 3 : CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ CẤP CHẬM

a = 0,5m(z1 + z2) = 299,250mm

aw = a + ym = 300mm

d1 = mz1 = 140mm, d2 = mz2 = 458,5mm

dw1 = 2aw/(um + 1) = 140,351mmdw2 = dw1u = 459,649mm

da1 = d1 + 2(1 + x1 - y)m = 147,343mm

da2 = d2 + 2(1 + x2 - y)m = 466,634mm

df1 = d1 – (2,5 – 2x1)m = 131,614mmdf2 = d2 – (2,5 – 2x2)m = 450,905mm

t = arctg(tg/cos) = 200

tw = arccos(acost/aw) = 20,3900

xt = 0,217

 = 1,776

BÀI 2 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI

Truyền động đai được dùng để truyền chuyển động và mômen xoắn giữa các trục xa nhau Đai dược mắc nên hai bánh với lực căng ban đầu Fo, nhờ đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai và nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi

Thiết kế truyền đai gồm các bước :

- Chọn loại đai

- Xác định các kích thước và thông số bộ truyền

- Xác định các thông số của đai theo chỉ tiêu về khả năng kéo của đai và về tuổi thọ

- Xác định lực căng đai và lực tác dụng lên trục

Theo hình dạng tiết diện đai, phân ra : đai dẹt (tiết diện chữ nhật), đai hình thang (đai hình chêm), đai nhiều chêm (đai hình lược) và đai răng Dưới đây trình bày cách tính toán thiết kế bộ truyền đai phẳng (đai dẹt)

2 Xác định các thông số của bộ truyền.

2.1 Đường kính của bánh đai nhỏ được xác định theo công thức thực nghiệm sau :

Sau khi tính song, cần cộng thêm từ 100 đến 400mm tuỳ theo cánh nối đai

Số vòng chạy của đai :

3 Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai.

Lực vòng được xác định theo công thức sau :

trong đó : P1 – công suất trên trục bánh đai nhỏ

v - vận tốc

Theo bảng 4.8 trang 55 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” tỉ số

nên dùng là (đai vải cao su), do đó : , theo bảng 4.1 trang 51 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” dùng loại đai Б – 800 không có lớp nót, trị số tiêu chuẩn  = 6,25 (với số lớp là 5)

Ứng suất c0s ích cho phép :

trong đó : với bộ truyền đặt nằm ngang chọn , theo bảng 4.9 trang

56 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”, k1 = 2,5, k2 = 10, do đó

C = 0,962 tra bảng 4.10 trang 57 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

Cv = 0,893 tra bảng 4.11 trang 57 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

Co = 1 tra bảng 4.10 trang 57 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”

4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.

Với đã chọn khi xác định ta tính được lực căng ban đầu :

PHẦN BA : THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN

BÀI 1 : THIẾT KẾ TRỤC

Trục dùng để đỡ các chi tiết quay, bao gồm trục tâm và trục truyền Trục tâm

có thể quay cùng với các chi tiết lắp trên nó hoặc không quay, chỉ chịu được lựcngang và mômen uốn

Trục truyền luôn luôn quay, có thể tiếp nhận đồng thời mômen uốn và mômen xoắn Các trục trong hộp giảm tốc, hộp tốc độ là những trục truyền

Chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn các trục là độ bền, ngoài ra là độ cứng và đối với các trục quay nhanh là độ ổn định dao động

Tính toán thiết kế trục bao gồm các bước :

- Chọn vật liệu

- Tính thiết kế trục về độ bền

- Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

- Trường hợp cần thiết tiến hành kiểm nghiệm trục về độ cứng Đối với trục quay nhanh còn kiểm nghiệm trục về độ ổn định dao động

1 Chọn vật liệu.

Vật liệu làm trục thường chọn thép 45 tôi cải thiện (dùng cho hộp giảm tốc tải trung bình và không yêu cầu đặc biệt về điều kiện làm việc)

Với tải nặng trục quay nhanh dùng thép hợp kim

Thép 45 tôi cải thiện có S = 100mm, độ rắn HB192 240, ,

2 Tính thiết kế trục.

Tính toán thiết kế trục nhằm xác định đường kính và chiều dài và các đoạn trụcđáp ứng các yêu cầu về độ bền, kết cấu, lắp ghép và công nghệ Muốn vậy cầnbiết trị số, phương, chiều và điểm đặt của tải trọng (các lực) tác dụng lên trục, khoảng cách giữa các gối đỡ đến các chi tiết lắp trên trục

Tính thiết kế trục tiến hành theo các bước sau :

- Xác định các lực tác dụng lên trục

- Tính sơ bộ đường kính trục

- Định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt tải trọng

- Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

2.1 Xác định các lực tác dụng lên trục.

Các lực chủ yếu tác dụng lên trục là mômen xoắn và các lực tác dụng khi ăn khớp trong bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục vít – bánh vít, lực căng đai, lực căng xích, lực lệch tâm do sự không đồng trục khi lắp hai nửa khớp nối di động.Trọng lượng bản thân trục và trọng lượng các chi tiết lắp trên trục chỉ được tínhđến ở các cơ cấu tải nặng, còn các lực ma sát trong các ổ được bỏ qua

a) Lực từ các bộ truyền trong hộp giảm tốc

Như đã biết lực tác dụng khi ăn khớp trong các bộ truyền được chia làm ba phần : lực vòng Ft lực hướng tâm Fr và lực dọc trục Fa

Ở đây ta chỉ xét cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

1

t

f 1

r f

4

r f

4

t f

3

r f

3

t f

- Điểm đặt : tại chỗ ăn khớp giữa bề rộng bw

- Phương chiều :

Ft - lực vòng hay lực tiếp tuyến, Ft có phương tiếp tuyến với vòng lăn, có chiều ngược chiều với chiều quay 1 của bánh chủ động; có chiều cùng chiều với chiều quay 2 của bánh bị động

Fr - lực hướng tâm, có phương hướng kính; có chiều hướng vào tâm trục quay

b) Lực tác động từ bộ truyền bên ngoài

Đối với bộ truyền đai, lực tác dụng lên trục Fr do lực căng đai tạo lên có :

- Phương hướng tâm

- Chiều hướng từ tâm bánh đai lắp trên trục đến tâm bánh đai kia

- Điểm đặt nằm trên đường tâm trục

- Trị số

rf

Khi sử dụng khớp nối trục di động, do tồn tại sự không đồng tâm của các trục được nối, tải trọng phụ sẽ xuất hiện

- Lực hướng tâm



trong đó : - lực vòng trên khớp nối

T – mômen xoắn trên trục

Dt - đường kính vòng tròn qua tâm các chốt tra bảng 16-10a trang 69

- “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 2 ”