Hộp giảm tốc côn trụ hai cấp

Nó không những giúp cho sinh viên bước đầu làm quen với công việc thiết kế máy và chi tiết máy mà còn giúp chúng ta củng cố kiến thức đã học, nâng cao khả năng thiết kế của người kĩ sư t

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học “Thiết kế chi tiết máy” là đồ án môn học cơ sở thiết kế máy

Đồ án này là một phần quan trọng và cần thiết trong chương trình đào tạo của ngành cơ khí Nó không những giúp cho sinh viên bước đầu làm quen với công việc thiết kế máy và chi tiết máy mà còn giúp chúng ta củng cố kiến thức đã học, nâng cao khả năng thiết kế

của người kĩ sư trong các lĩnh vực khác nhau

Hiện nay, do yêu cầu của nền kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi người kĩ sư cơ khí cần phải có kiến thức sâu rộng, phải biết vận dụng những kiến thức đã học để giải quyết những vấn đề thực tế thường gặp phải trong quá trình sản xuất Ngoài ra

đồ án môn học này còn tạo điều kiện cho sinh viên nắm vững và vận dụng có hiệu quả các phương pháp thiết kế nhằm đạt được các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật theo yêu cầu trong điều kiện và qui mô cụ thể

Ở đây là đồ án thiết kế “Hộp giảm tốc côn trụ hai cấp ” Thời gian làm việc

12000 h, làm việc 2 ca

Do lần đầu thực hiện đồ án môn học này nên không tránh khỏi những thiếu sót Em

mong được sự đóng góp ý kiến chỉ bảo của quí Thầy

Em xin chân thành cảm ơn thầy HÙYNH VĂN NAM cùng các Thầy trong Khoa

Cơ Khí đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

Sinh viên

PHẠM VĂN LUẬT

ĐỀ TÀI MÔN HỌC

Tính toán thiết kế hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài.Thời gian làm việc Lh

=12000h, làm việc 2 ca, công suất P = 6,3 (kW) và vận tốc bộ phận công tác v =

121(vg/ph)

Sơ đồ tải trọng và sơ đồ hệ thống như hình vẽ:

Phần 1 : Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền

1.1 Xác định công suất cần thiết , Số vòng quay sơ bộ của động cơ điện ,chọn

quy cách động cơ

1.1.1 Chọn kiểu loại động cơ

Hiện nay có hai loại động cơ điện là động cơ điện một chiều và động cơ xoay

chiều Để thuận tiện phù hợp với lưới điện hiện nay ta chọn động cơ điện xoay

chiều Trong các loại động cơ điện xoay chiều ta chọn loại động cơ ba pha không

đồng bộ rôto lồng sóc (ngắn mạch) Với những ưu điểm :kết cấu đơn giản ,giá

thành tương đối hạ ,dễ bảo quản ,làm việc tin cậy ,có thể mắc trực tiếp vào lưới

điện ba pha không cần biến đổi dòng điện

1.1.2 Xác định công suất của động cơ

- Công suất cần thiết trên trục động cơ điện được xác định theo công thức:

Pct =

 (công thức 2.8 trang 19 - {1}) Trong đó: Pct Là công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

Pt Là công suất tính toán trên máy trục công tác (kW)

 Là hiệu suất truyền động

- Hiệu suất truyền động theo công thức 2.9 trang 19 - {1}:

 = ol

3

12 34 đ kn Theo bảng 2.3 trang 21 - {1} ta chọn:

ol = 0,995 : Là hiệu suất một cặp ổ lăn

12 = 0,95 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn

34 = 0,96 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ đ = 0,95 : Hiệu suất bộ truyền đai

kn = 1 : Hiệu suất của khớp nối

Thay vào (1.1) ta được :  = 0,9953 0,95 0,96 0,95 1 ≈ 0,853

Do làm việc tải trọng thay đổi theo công thức 3.10 trang 89 – {4}:

= Pđ = P k

Trong đó :

P = 6,3 (kw)

k =

∑ ( )

k = ( )

, ( , ) , ( , ) ,

, , ,

k = 0,2 + 0,6 0,4 + 0,4 0.4 ≈ 0,639

Vậy : P = Pđ = 0,639 6,3 = 4,03 (kw)

P =

 = ,

, = 4,72 (kw)

1.1.3 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ

- Số vòng quay sơ bộ của động cơ theo công thức 2.18 trang 21 – {1}:

nsb = nlv ut

Trong đó: nsb Là số vòng quay đồng bộ

nlv Là số vòng quay của trục máy công tác ở đây là trục của băng tải

quay

ut Là tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống

Mặt khác: ut = u12 u34 uđ u

nên nsb= nlv u12 u34 uđ ukn

Theo bảng 2.4 trang 21 – {1} ta chọn:

u12 = 2 Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng côn

u34 = 4 Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ

uđ = 3 Tỉ số truyền của bộ truyền đai thang

ukn = 1 Tỉ số truyền của khớp nối

Thay vào (1.2) ta được : nsb= 121 2.4.3 1 = 2904 (v/p)

1.1.4 Chọn quy cách động cơ

Động cơ được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

Pđc>Pct ; nđc nsb ( công thức 2.19 trang 22 – {1})

Theo bảng phụ lục P1.1 trang 234 - {1}, ta chọn được động cơ có:

- Kiểu động cơ : K132M2

- Công suất động cơ : P = 5,5 (Kw)

- Vận tốc quay: n = 2900 (v/p) Bảng 1.1 – Bảng đặc trưng cơ - điện của động cơ

Kiểu động cơ

Công suất (kw)

Vận tốc



Khối lượng (kg)

1.1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy ,điều kiện quá tải cho động cơ đã chọn

a Kiểm tra điều kiện mở máy

Khi mở máy mômen tải không được vượt quá mômen khởi động của động

cơ (T < T ) nếu không động cơ sẽ không chạy Trong các catalog của động cơ

đều cho tỉ số , đó cũng là một số liệu cần để tham khảo khi chọn nhãn

hiệu động cơ, với điều kiện:

≤

Trong đó: T – Mômen mở máy của thiết bị dẫn động

= 2,2 (theo bảng 1.1 ở trên)

Theo lược đồ phân bố tải trọng tác động như đã cho trong đề bài:

T

T

T = 1 Vậy động cơ thỏa mãn điều kiện mở máy

b Kiểm nghiệm động cơ theo các điều kiện làm việc

lực

I

T T

7,5

2900

T đ ≤ [Tđ ] ; [ đ ] =  2 T

T = 5,5 = 18,11 (Nm)

[ đ ] = 0,853 2 18,11 = 30,896 (Nm)

Có kết quả: T đ = K T ả = .

T đ = ,

, =24,32 (Nm) Theo số liệu động cơ đã chọn , ta có : [Tđ ] 30,896 (Nm)

So sánh kết quả: Vậy [Tđ ] 30,896 (Nm) > T đ = 24,32 (Nm)

1.2 Phân phối tỉ số truyền

* Xác định tỷ số truyền ut của hệ thống dẫn động

ut = đ

Trong đó: ndc Là số vòng quay của động cơ

nlv Là số vòng quay của trục băng tải

Thay số ut = ≈ 23,97

* Phân phối tỷ số truyền hệ dẫn động utcho các bộ truyền

ut= ung .uh

- Tỉ số truyền ngoài hộp: u = uđ

Theo bảng 2.4 trang 21 – {1} và dãy tiêu chuẩn trang 49 – {1} ta chọn:

uđ= 2,8 Tỉ số truyền của bộ truyền đai Vậy : u = 2,8

 u = = ,

, = 8,56

- Tỉ số truyền trong hộp: u = u u

u Tỉ số truyền bộ truyền bánh răng côn

u Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ

Theo công thức 3.17 trang 45 – {1} ta có:

 l = ,  [ ]

( ) [ ]

Chọn c = 1,1 ; K = 0,3 ;  = 1,2 ; [K ] = [K ]

 l = , ,

( , ) , = 12,87

 l c = 12,87 1,1 = 17,12

Theo hình 3.21 trang 45 – {1}, với u = 8,56 tìm được = 2,7 ,do đó tỉ

số truyền của cặp bánh răng trụ cấp chậm sẽ là :

u = = ,

, = 3,17 Kiểm tra lại: u = u u u = 2,7 2,8 3,17 = 23,965

Ta có : u - ut = 23,965 – 23,97 = 0,5 < 5%

Vậy ta có kết quả về tỉ số truyền của các bộ truyền trong hệ thống là:

Bộ truyền đai : uđ = 2,8

Bộ truyền bánh răng côn : u = 2,7

Bộ truyền bánh răng trụ : u = 3,17

1.3 Xác định các thông số động học và lực của các trục

1.3.1 Tính tốc độ quay trên các trục

- Trục động cơ : nđ = 2900 (v/p)

- Trục I : n = đ

, = 1035,7 (v/p)

- Trục II : n = = ,

, = 383,6 (v/p)

- Trục III : n = = ,

, = 121 (v/p)

1.3.2 Tính công suất trên các trục

Gọi công suất các trục I , II , III lần lượt là P , P , P , có kết quả:

- Công suất danh nghĩa trên trục III :

P =

  = ,

, = 6,33 (kW)

- Công suất danh nghĩa trên trục II :

P =

  = ,

, , = 6,63 (kW)

- Công suất danh nghĩa trên trục III :

P =

  = ,

, , = 7,01 (kW)

- Công suất danh nghĩa trên trục động cơ :

Pđ =

 đ = ,

, , = 7,42 (kW)

1.3.3 Tính mômen xoắn trên các trục:

- Trục động cơ:

Tđ = 9,55 đ

đ = 9,55 , = 24434,83 (Nmm)

- Trục I :

T = 9,55 = 9,55 ,

, = 64637,9 (Nmm)

- Trục II :

T = 9,55 = 9,55 ,

, = 165058,7 (Nmm)

- Trục III :

T = 9,55 = 9,55 , = 499599,2 (Nmm)

Kết quả tính toán được ghi thành bảng như sau :

Bảng 1-2 : Bảng số liệu động học và động lực học trên các trục của hệ

thống dẫn động

Phần 2 : Tính toán thiết kế các bộ truyền

2.1 Thiết kế bộ truyền đai

2.1.1 Chọn loại đai và tiết diện đai

Ở đây ta chọn loại đai vải cao su vì đai vải cao su gồm nhiều lớp vải và

cao su có độ bền mòn cao, đàn hồi tốt, ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của

nhiệt độ và độ ẩm và thường được sử dụng rộng rãi Dựa vào đặc điểm công suất của cơ cấu , Pđ = 7,42(kW) Tra bảng 5.13 trang 93 – {3} ta chọn loại đai

có hình thang thường A:

Các thông số của đai thường loại A bảng 4.13 trang 59 – {1} :

bt = 11 (mm) ; b = 13 (mm) ; h = 8 (mm) ; yo = 2,8 (mm)

Diện tích tiết diện : 81 (mm )

Đường kính bánh đai nhỏ : d = 100 200 (mm)

Chiều dài giới hạn : l = 560 4000 (mm)

2.1.2 Xác định các kích thước và thông số bộ truyền

a Đường kính đai nhỏ

Chọn đường kính bánh đai nhỏ : d1 = 1,2 d = 1,2 100 = 120 (mm) theo tiêu chuẩn ta chọn d1 = 125 (mm) ( bảng 5.15 trang 93 – {3} )

Vận tốc đai : v = π ( công thức 5.18 trang 93 – {2}) = , = 18,97 (m/s)

Vận tốc đai nhỏ hơn vận tốc đai cho phép V = 25 30 (m/s)

b Đường kính đai lớn

b b

40°

t

Hình 1 Đai hình thang thường

Đường kính bánh đai lớn :

d2 = d1 uđ (1-) = 125 2,8 (1 - 0,01)= 346,5 (mm)

Trong đó : uđ - tỉ số truyền

 = 0,01  0,02 - hệ số trượt

Chọn đường kính d2 theo tiêu chuẩn, d2 =360 (mm )

( bảng 5.15 trang 93 – {3})

Tỉ số truyền thực tế : u =

( ) ( công thức 4.10 trang 132 – {4})

=

( , ) = 2,9

Sai số của tỉ số truyền : u = | đ|

đ

= | , , |

, .100% = 3,57% <5%

Vậy thỏa mãn điều kiện Ta có thể giữ nguyên các thông số đã chọn

c Khoảng cách trục A và chiều dài đai L

-Chọn sơ bộ khoảng cách trục là :

a =1,5 d = 1,5 360 = 540 (mm)

- Chiều dài sơ bộ của đai:

L = 2 a + .( ) + ( )

(công thức 4.4 trang 13 - {4})

L = 2 540 + .( ) + ( )

= 1867,02 (mm)

Theo bảng 4.13 trang 59 – {1} ,ta chọn : l = 2000 (mm)

Số vòng chạy của đai : i = L v = 2000 18,97 = 9,49

Vậy i =9,49 < i = 10 ,thỏa mãn điều kiện

- Khoảng cách trục theo chiều dài tiêu chuẩn :

= 607,9 (mm)

Kiểm tra điều kiện công thức 4-14 trang 60 – {1} ,khoảng cách trục

cần thỏa mãn : 0,55.( d + d )+ h ≤ a ≤ 2.( d + d )

Trong đó : 0,55.( + )+ h = 274,75 (mm)

2.( d + d ) = 970 (mm)

Vậy khoảng cách trục thỏa mãn điều kiện

-Góc ôm đai :

α = 180 - 57 ( )

= 180 - 57 ( )

= 155,19

α = 155,19 > 150 ,vậy góc ôm thỏa mãn điều kiện

d Xác định số đai z

Áp dụng công thức 4.16 trang 60 – {1} ta có :

z = đ

[ ] Trong đó :

- Pđ = 7,42 (kW) - Công suất trên trục bánh đai chủ động

- Kđ Hệ số tải trọng động ứng với trường hợp tải trọng dao động nhẹ

Kđ =1,1 do làm việc 2 ca nên Kđ =1,2 (bảng 4.7 trang 55 – {1})

- [P ] = 3,08 (kw) Công suất cho phép (bảng 4.19 trang 62 –{1})

- C Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm

Do α = 155,19 (150 …180)

Nên C = 1 – 0,0025.(180 - α ) = 0,93

- C Hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai :

= = 1,176 Tra bảng 4.16 trang 61 – {1} , = 1,04

- C = 1,135 Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền

(bảng 4.17 trang 61 – {1}, với uđ = 2,8)

- C Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các

dây đai Ta có tỉ số : , = đ

[ ] = ,

, = 2,4 Tra bảng 4.18 trang 61 – {1} , C = 0,95

Thay các giá trị vào công thức ta có :

z = , ,

, , , , , = 2,748 (đai) Lấy z = 3

e Chiều rộng bánh đai và đường kính bánh đai

B = ( z – 1) t + 2.e (công thức 4.17 trang 63 – {1})

Trong đó : z = 3 ; t = 15; e = 10 (bảng 4.21 trang 63 – {1})

Thay số : B = 50 (mm)

- Đường kính ngoài của bánh đai :

+ Bánh dẫn :

= d + 2 h = 131,6 (mm) (công thức 4.18 trang 63 – {1})

+ Bánh bị dẫn :

d = d + 2 h = 366,6 (mm)

Trong đó : h = 3,3 (bảng 4.21 trang 63 – {1})

2.1.3 Xác định lực trong bộ truyền

a Xác định lực vòng

F = q v (công thức 4.20 trang 64 – {1})

Trong đó : q = 0,105 (kg/m) (bảng 4.22 trang 64 – {1})

 F = 0,105 18,97 = 37,785 (N)

b Xác định lực căng ban đầu

F = đ

+ F (công thức 4.19 trang 63 – {1})

=

, , , , + 37,785 = 169 (N) Lực căng dây mỗi đai là : = = 56,3 (N)

c Lực tác dụng lên trục

F = 2 F z sin( )

= 2 169 3 sin( , ) = 990,3 (N)

d Lực vòng có ích

F =

(công thức 3.4 trang 86 – {4}) = ,

, = 391,14 (N) Lực vòng trên mỗi dây đai 130,38 (N)

e Ứng suất lớn nhất trong dây đai

σ = σ + σ + σ (công thức 4.28 trang 138 – {4})

= σ + 0,5 σ + σ + σ

= + 0,5 + +

E

= ,

+ 0,5 , + , + ,

= 6,45 (MPa)

Trong đó : E = 100 (MPa), môđum vật liệu đai (trang 139 – {4})

f Tuổi thọ của đai

Xác định theo công thức 4.37 trang 146 – {4}:

L =

10 = ( , )

, 10

= 2103,12 (giờ)

Với tuổi thọ của dây đai như vậy Trong toàn bộ thời gian làm việc

của hệ thống số lần phải thay đai là :

S đ = =

, 6 (lần) Bảng thông số của bộ truyền đai thang :

2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn – răng thẳng (cấp nhanh)

2.2.1 Chọn vật liệu

Chọn vật liệu nào là tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể: tải trọng lớn hay nhỏ ,khả năng công nghệ và thiết bị chế tạo cũng như vật tư được cung cấp, có yêu cầu kích thước nhỏ gọn hay không ? Đối với hộp giảm tốc côn – trụ hai cấp chịu công suất nhỏ Pđ = 5,5 (kw), chỉ cần chọn vật liệu nhóm I có độ rắn HB 350 , bánh răng được thường hóa hoặc tôi cải thiện Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền có khả năng chạy mòn

Theo bảng 6.1 trang 92 – {1} ta chọn :

* Bánh nhỏ (bánh 1) :

- Thép C45 tôi cải thiện

- Đạt tới độ rắn HB = (241…285)

- Giới hạn bền σ = 850 MPa.

- Giới hạn chảy σ = 580 MPa

Chọn độ rắn bánh nhỏ HB = 250

* Bánh lớn (bánh 2) :

- Thép C45 tôi cải thiện

- Đạt tới độ rắn HB = (192…240)

- Giới hạn bền σ = 750 MPa

- Giới hạn chảy σ = 450 MPa

Chọn độ rắn bánh nhỏ HB = 240

2.2.2 Xác định ứng suất cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ ] và ứng suất uốn cho phép [σ ] được xác định theo công thức 6.1 và 6.2 trang 91 – {1}

[σ ] = .Z Z K K

[σ ] = .Y Y K K K

Trong đó :

Z - Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc

Z - Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

K - Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

Y - Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng

Y - Hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất

K - Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn Trong thiết kế sơ bộ lấy : Z Z K = 1 và Y Y K = 1 , do đó các

công thức (3.1) và (3.2) trở thành :

[σ ] = K

[σ ] = K K

Trong đó :

σ và σ lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở, trị số của chúng theo bảng 6.2 trang 94 – {1} với thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = (180…350)

σ = 2HB + 70 ; S = 1,1