thiết kế hộp giảm tốc hai cấp

LỜI NÓI ĐẦU Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là yêu cầu không thể thiếu đối với một kỹ sư ngành cơ khí, nhằm cung cấp các kiến thức cơ sở về máy và kết cấu máy.. Thông qua đồ án mô

LỜI NÓI ĐẦU

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là yêu cầu không thể thiếu đối với một kỹ sư ngành cơ khí, nhằm cung cấp các kiến thức cơ sở về máy và kết cấu máy.

Thông qua đồ án môn học Chi tiết máy, mỗi sinh viên được hệ thống lại các kiến thức đã học nhằm 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 Do đó khi thiết kế đồ án chi tiết máy phải tham khảo các giáo trình như Chi tiết máy, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Dung sai và lắp ghép, Nguyên lý máy từng bước giúp sinh viên làm quen với công việc thiết kế và nghề nghiệp sau này của mình.

Trong đó: Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí T1, T2 <Tài liệu 2>

Chi tiết máy tập 1, tập 2 <Tài liệu 1>

Nhiệm vụ của em là thiết kế hộp giảm tốc hai cấp Loại hộp là: Hộp giảm tốc côn trụ Hệ được dẫn động bằng động cơ điện bộ truyền đai dẹt, hộp giảm tốc và nối trục đàn hồi để truyền động đến băng tải

Lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế, với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần em chưa nắm vững, dù đã tham khảo các tài liệu song khi thực hiện đồ án, trong tính toán không thể tránh được những thiếu sót Em mong được sự góp ý và giúp đỡ của các thầy cô giáo.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, đặc biệt là thầy giáo: Hoàng Xuân Khoa đã hướng dẫn tận tình và cho em nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này

BẢN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP Loại hộp: Hộp giảm tốc côn - trụ

t

T1 T2

Tmm T

1

2

3 4

5

F v

T mm = 1,4 T 1 ; t 1 =2,5 h; t 2 =4,2 h; t ck =8 h.

T 2 =0,68 T 1

Bộ truyền đai thang

2. Nối trục đàn hồi 5. Băng tải

1 Lực kéo băng tải: F = 13000 (N).

• Trong đó,tra bảng 2.3[1] tr19 ta được:

• Hiệu suất bộ truyền đai ngoài :

• Hiệu suất bộ truyền bánh răng côn :

• Hiệu suất ổ lăn:

• Hiệu suất ổ trượt:

Vậy hiệu xuất củabộ truyền là:

3 Hệ số đẳng trị:

= = = 0,745

4 Công suất cần thiết trên trục động cơ:

5 Chọn động cơ:

Tra bảng phụ lục trong tài liệu [1] chọn động cơ thỏa mãn:

Vậy ta chọn động cơ: K160M2.

II Tính số vòng quay trên trục của tang.

Số vòng quay trên trục công tác:

Số vòng quay đồng bộ:

III Phân phối tỉ số truyền

Tỉ số truyền của hệ:

Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài:

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc: 18,2

• Công suất trên trục công tác :

• Công suất trên trục III:

= 7,16(KW)

• Công suất trên trục II:

• Công suất trên trục I:

• Công suất trên trục của động cơ:

• Số vòng quay trên trục động cơ:

• Số vòng quay trên trục I:

• Số vòng quay trên trục II:

• Số vòng quay trên trục công tác:

• Mô men xoắn trên trục động cơ:

• Mô men xoắn trên trục I:

• Mô men xoắn trên trục II:

• Mô men xoắn trên trục III:

T(N.mm) 35792,2 128851.8 490027,3 2120248,

1

2080080, 7

PHẦN II: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI ( ĐAI THANG)

( Hệ thống dẫn động dùng bộ truyền đai thang )

2.1 Chọn loại đai

• Thiết kế bộ truyền đai cần phải xác định được loại đai, kích thước đai

và bánh đai, khoảng cách trục A, chiều dài đai L và lực tác dụng lên trục.

Do công suất động cơ P ct = 11 KW và = 2 và yêu cầu làm việc va đập nhẹ nên

ta hoàn toàn có thể chọn đai thang.

Ta nên chon loại đai làm bằng vải cao su vì chất liệu vải cao su có thể làm việc được trong điều kiện môi trường ẩm ướt ( vải cao su ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm ), lại có sức bền và tính đàn hồi cao Đai vải cao su thích hợp ở các truyền động có vận tốc cao, công suất truyền động nhỏ.

Đường kính bánh đai nhỏ d1(mm)

Chiều dài giới hạnl(mm)

Trong đó : hệ số bộ truyền đai

: hệ số trượt truyền đai thang lấy = 0,02

⇒ D 2 = 5.200.( 1- 0,02) = 980(mm)

Chọn D 2 = 1000 (mm) theo ( bảng 4.21 )

Ta có:

=>d1,d2 thỏa mãn.

2.3 Chọn sơ bộ khoảng cách trục a:

Theo bảng (4.14), ta có: = 0,9 với =5

.0,9=900(mm)

Theo điều kiện: 0,55.(d 1 +d 2 ) + h a 2.(d 1 +d 2 )

( Với h là chiều cao của tiết diện đai)

P1=11: công suất trên bánh chủ động, kw

[P]o = 1,74: công suất cho phép ( bảng 4.19) => [P] o =11,03

C u = 1,14: Hệ số ảnh hưởng của tỷ số truyền u(u=5>3).theo bảng(4.17)

C z: Hệ số ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng các dây đai

Ta có: z ’ =P 1 /[P] o =11/11,03=1 => C z =1

⇒ Số đai cần thiết:

2.9 Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

• Lực căng ban đầu với mỗi đai:

Theo công thức (4.21): F r = 2.F o z.sin( )

-Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ cứng HB 241…285

• Theo công thức(6-1a): [=

• Theo công thức(6-2a):

• Ứng suất quá tải cho phép theo (6-13):

với bánh răng trụ răng thẳng:

( Do HB< 350-theo(6-14) )

=>

:hệ số ảnh hưởng của sai số ăn khớp.tra bảng(6.15): =>

:hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1và bánh 2.tra bảng (6.16):

=>

với K XH : hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng

Như vậy: (thỏa mãn).

3.3.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

- :hệ số kể đên sự trung khớp của răng

- : hệ số kể đến độ nghiêng của răng

-hệ số dạng răng của bánh 1 và bánh 2.Tra bảng(6.18):

Đường kính đáy răng

B: BÁNH RĂNG CÔN CẤP NHANH

Các thông số cho trước: n 1 =587(v/ph); P 1 =7,92(KW); u 1 =4;

3.1 Chọn vật liệu:

Như trên

3.2 Xác định ứng suất cho phép:

Như trên

3.3Tính bộ truyền bánh răng côn răng thẳng

a)Xác định chiều dài côn ngoài theo công thức(6-52a)

• Môđun vòng ngoài: theo công thức(6-56)

Theo bảng (6.8) lấy trị số tiêu chuẩn: m te =4 mm, do đó:

• Số răng bánh lớn:

• Góc côn chia:

• Theo bảng (6.20): với Z 1 =24 Chọn hệ số dịch chỉnh đều:

- Đường kính trung bình bánh nhỏ:

- Chiều dài côn ngoài

c) Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Với bánh răng côn răng thẳng: Vận tốc vòng theo công thức(6.22):

- Theo bảng(6.13): dung cấp chính xác 8 Theo (6.64):

Như vậy điều kiện bền uốn đươc thỏa mãn

e) Kiểm nghiệm răng về quá tải

• Theo (6-48): với

• Theo (6-49):

g) Các thông số và kích thước bộ truyền bánh răng côn

Chiều dài côn ngoài R e =197,91 mm

Môđun vòng ngoài M te =4 mm (môđun trung bình m tm =3,5 mm) Chiều rộng vành răng B w =49,5 mm

Chiều cao răng ngoài

Chiều cao đầu răng ngoài

Chiều cao chân răng ngoài

Chọn vật liệu chế tạo trục I, II, III trong hộp truyền giảm tốc là thép 45 có

σb = 600 MPa , ứng suất xoắn cho phép [τ] = 15 30 Mp

[]-ứng suất xoắn cho phép []= 15 30 Mpa, lấy số nhỏ đối với trục vào của hộp giảm tốc, trị số lớn đối với trục ra

4 3 Xác định khoảng cách giữa các khối đỡ và điểm đặt lực

-Chiều rộng ổ lăn b 0 được tra trong bảng 10.2

Chiều dài mayơ bánh răng côn lớn

- Lực do đai và Puli tác dụng lên trục F đ = 1950,2 (N)

- Góc nghiêng đường nối tâm với bộ truyền ngoài là 60 0→

- Lực do bộ truyền bánh răng côn tác dụng lên trục là:

+ F t13 = = 3068(N)

+ F r13 = F a23 = F t13. tgα cosσ1 = 3068.tg20 0 cos14,04 = 1083,3 (N)

+ F a13 = F r23 =F t13 tgα .sinσ 1 = 3068.tg20.sin14,04 = 271 (N)

- Lực do bộ truyền bánh răng trụ tác dụng lên trục là:

+ F t22 =F t32 = 1

2

2

dw T

== 9065,3 (N)

+ F r22 =F r32 =F t22.

β

α cos

-64356,6 128851,8

) ( 21 23 23 2

6 , 5013 )

498400 70

7120 22

+-

Y

Z X

+

−

= + +

.

0 0

) , (

0

31 33 32

32 31 31

32 30

31

l l F l F l F

F F F F o

y M

F

k t

x

t k x x x

=

= +

= +

⇔

) ( 9 , 10672

) ( 4 , 3392 9

, 10672 )

.(

.

3 , 14065

31 30 31

31 33 32

32 31

32 30 31

N F

N F

l

l l F l F F

F F F F

x

x k

t x

k t x x

- Trong mặt phẳng (YOZ) ta có hệ phương trình sau:

0 0

) 0 , (

0

32 32 31 31

31 30 32

l F l F

F F F x

M

F

r y

y y r y

⇔

) ( 1155

) ( 2145 1155

.

3300

30 32

32

32 31 30

N F

N F

l F F

F F F

y r

r y y

-Vẽ biểu đồ Mômen uốn M x

6 , 64356 (

111474 2 + − 2 =

(Nmm)

M tđ10 =

2 1

,

128717 +

=170353,5 (Nmm) + Tại gối đỡ 11:

,

176854 +

= 209116,5(Nmm) +Tại chỗ lắp bánh răng 13:

M 13 =

11382 0

) 11382

2 13

2

13 0 , 75 T

M

112167,9 (Nmm) +Tại chỗ lắp đai 12:

M 12 =

0 0

0 2 2 2

0 tđđσ

M

(mm) +Tại gối đỡ 10:

d 10 = [ ] 0 , 1 63 30,15

170353,5

1 ,

1 ,

1 ,

1 ,

, 490027

75 , 0 0

75 ,

M 22 =

2 2

2 22

M tđ22 =

2 2

2 2

2

22 + 0 , 75T = 666726 , 6 + 0 , 75 490027 , 3

M

=790328,7Nmm -Tại chỗ lắp bánh răng trụ nhỏ 23:

M 23 =

2 2

2 23

2 2

2

23 + 0 , 75T = 630424 , 9 + 0 , 75 490027 , 3

M

=759954,3Nmm

• Tính chính xác đường kính tại các tiết diện trục:

Với d sb2 =50mm ta tra bảng 10.5 chọn được [ ]σ

=50 Mpa -Đường kính trục tại gối đỡ 20 và 21:

d 21 =d 20 = [ ] 0 , 1 50 43,95

424376,1

1 ,

d 22 =3 [ ]22 3

50 1 , 0

790328,7

1 ,

d 23 =3 [ ]23 3

50 1 , 0

759954,3

1 ,

d 21 =d 20 =45 mm; d 23 =d 22 =55 mm

2 31

, 2120248

75 , 0 700000 75

M 30 =

2 2 2

2 3

2

31 + 0 , 75T = 0 + 0 , 75 1120248 , 1

M

=1836188,7 Nmm +Tại gối chỗ lắp bánh răng trụ lớn 32:

M 32 =

25 , 280963 )

237477 (

) 150150

2 32

2 3

2

32 + 0 , 75T = 280963 , 25 + 0 , 75 490027 , 3

M

=1857560,1Nmm +Tại chỗ khớp nối:

M kn =

0 0

0 2 2 2

xkn M M

Nmm

M tđkn =

2 2

2 3

2 + 0 , 75T = 0 + 0 , 75 2120248 , 1

M kn

=1836188,7 Nmm

Với d sb3 =70 (mm) tra bảng 10.5 ta chọn được [ ]σ

=49 Mpa

- đường kính tại gối đỡ 30 bằng với đường kính tại khớp nối

d 30 =d kn =3 [ ]30 3

49 1 , 0

1836188,7

1 ,

903047,3 1

1 ,

1857560,1

1 ,

b) 3 trục của HGT đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng ⇒

196

)

W j và W oj : momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục

Theo bảng 10.6 với trục có 1 rãnh then:

-Các ổ lăn lắp trên trục theo k6; lắp bánh răng, bánh đai, nối trục theo k6

kết hợp với lắp then Kích thước then theo bảng

9.1[1]

173

& W, W o (mômen cản

uốn và mômen cản xoắn) bảng

10.6[1]

ta được hệ số tập trung ứng suất do

trạng thái bề mặt: K x = 1,06 (với σb =600 MPa

ta có

lắp căn g

rãnh then

lắp căn g

-23 55 - 2,52 - 2,03 2.58 2,09 2,3 9,07 2,23

32 80 2,41 2,52 2,17 2,03 2,58 2,23 15,84 6,1 5,7

Trong đó, xác định hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp sσ , và hệ số an

toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp sτ, tính theo CT

4.8 Tính kiểm nghiệm độ bền của then:

-Với các mối ghép dùng then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền

dập và độ bền cắt theo CT

9.1[1]

173

và CT

9.2[1]

173

: -Với l t = (0,8…0,9)l m ; l m : chiều dài mayơ.

T mômen xoắn trên trục

l t , b, h, t kích thước then

[σd ] ứng suất dập cho phép Theo bảng 9-5/178[TL1], với tải trọng va đập vừa ta có [σd] = 100 MPa

M: là bậc của đường cong , m = 10/3

L: là tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay.

L = 60.n 1 10 -6 L h = 60.587.10 -6 16000 = 563,52(triệu vòng)

Q: là tải trọng động : Q i = (X i VF ri + Y i F ai )K t K đ

Với: F a , F r –tải trọng dọc trục và hướng

V: hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay nên V = 1.

K t : hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, lấy K t = 1 (vì t 0 < 125 0 )

K đ: hệ số tải trọng động(bang11.3) va đập nhẹ, lấy K đ = 1,3

X : hệ số tải trộng hướng tâm

Do đó ta phải tăng đường kính ngõng trục: d=40 mm

• Kiểm nghiệm ổ về khả năng tải tĩnh: C 0 ≥ Q t

Theo (11.19): Q t1 =X 0 F r11 + Y 0 F a11 và (11.20) : Q t1 = F r11

Tra bảng (11.6) ta có: X 0 =0,5

Y 0 = 0,22.cotgα = 1,03

⇒ Q t1 = 0,5.6302,83 + 1,03 1674,03 = 4875,7 N

Lực dọc trục: F a2 = 1083,3 N khá nhỏ so với lực hướng tâm: F a2 /F r20 = 0,2

Nhưng do tải trọng khá lớn và yêu cầu nâng cao độ cứng nên ta chọn ổ đũa côn và bố trí các ổ như hình vẽ:

Sơ đồ bố trí ổ lăn trên trục II

Với đường kính ngõng trục tại 0 và 1là d= 45mm, theo bảng P.2.11(phụ lục) Chọn sơ bộ ổ cỡ nhẹ Kí hiệu:7209

C = 42,7 kN, C 0 = 33,4 kN, góc tiếp xúc α = 15,33 0

• tính ổ theo khả năng tải động:

-Theo bảng (11.4) , với ổ đũa côn ta có : e = 1,5.tgα = 1,5.tg(15,33 0 ) = 0,4 -Theo (11.7) lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra trên ổ:

Như vậy chỉ cần tính cho ổ 0 là ổ chịu lực lớn hơn.

Xét tải trọng tương đương :

=> C dE = 7614,8 ( 140,88) 0,3 = 33598 N < C = 42,7 kN

=>Như vậy ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải động

- Theo bảng (11.6) với ổ đũa côn một dãy : X 0 = 0,5 ; Y 0 = 0,22.cotgα = 0,8 -Theo công thức (11.19), khả năng tải tĩnh

5.3 Chọn và tính ổ lăn cho trục III:

-Tải trọng hướng tâm ở hai ổ :

-Theo bảng (11.4) , với ổ bi đỡ 1 dãy :X=1; Y=0 ; e = 0,19

-Theo (11.7) lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra trên ổ:

Trong đó: L= 60.n 3 10 -6 16000 = 30,9

=>Vậy:ổ thỏa mãn khả năng tải động

• Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh:

-Theo bảng (11.6), với ổ bi đỡ một dãy, ta có: X 0 =0,6; Y 0 =0,5

Q t0 = X 0 F r30 + Y 0 F a30 = 0,6 4013,6+0,5.1693 = 3254,66 N < C 0 = 41,9 kN

Vậy:ổ thỏa mãn khả năng tải tĩnh.

=>Kết luận: với trục III ta dùng ổ bi 215:

Kí

Hiệu

d mm

Dùng phương pháp đúc để chế tạo nắp ổ, vật liệu là GX15-32.

Chiều dày:-Thân hộp δ

Nắp hộp δ1

δ = 0,03 a w + 3 = 0,03 300 + 3 = 12 Chọn δ = 10mm> 6 mm

δ 1 = 0,9 δ = 0,9 10 = 9 mm chọn δ 1 = 9 mm

Gân: Chiều dày gân e

Chiều cao gân h

Độ dốc

e=( 0,8 1)δ = (0,8 1) 10 = (8 10) Chọn e = 9mm

h < 5 δ = 50 (mm), chọn h= 40mm Khoảng 2 0

04,0

1 > a w +

d

=0,04.300 + 10 = 22 >12 Chọn d 1 =20mm, chọn bulông M20.

d 2 =(0,7 0,8)d 1 , chọn d 2 =16mm và chọn bulông M16

và kích thước mặt tựa Mặt đế hộp:

-Chiều dày khi không có phần

lồi S 1

-Bề rộng mặt đế hộp K 1 và q

S 1 = (1,3 ÷ 1,5) d 1 =(1,3 ÷ 1,5)20 = 26-30(mm) Chọn S 1 = 28mm

K 1≈ 3.d 1≈3.20 = 60(mm)

q≥k 1 + 2.δ = 60 +2.10 = 80 mm

Khe hở giữa các chi tiết

-Giữa bánh răng và thành trong hộp

-Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp

-Giữa mặt bên các bánh răng với nhau

∆≥ ( 1 1,2).δ = (1 1,2)10 = 10 12 mm Chọn ∆ = 10mm

∆1 = (3…5) δ = (3…5).10 = 30…50 mm Chọn ∆1 = 35 [mm]

6[2]/93 ta chọn các kích thước của nút thông hơi như sau:

M27x2 1

5

3 0

1 5

4 5

3 6

3 2

c) Nút tháo dầu:

Sau 1 thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn hoặc bị biến chất, do đó phải thay dầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có lỗ tháo dầu Lúc làm việc lỗ được bít kín bằng nút tháo dầu Dựa vào bảng 18-7[2] ta chọn nút tháo dầu có kích thước như sau:

12 11

e) Kiểm tra mức dầu:

Để kiểm tra mức dầu trong hộp ta dùng que thăm dầu, que thăm dầu

có kết cấu và kích thước như hình vẽ.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Hoàng

g) Ống lót và lắp ổ:

Ống lót được dùng để đỡ ổ lăn, để thuận tiện khi lắp ghép và điều chỉnh

bộ phận ổ, đồng thời tránh cho ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn, ống lót làm bằng vật liệu GX15-32, ta chọn kích thước của ống lót như sau:

-Chiều dày δ = 6…8 mm, ta chọn δ = 8mm.

-Chiều dày vai δ1 và chiều dày bích δ2.

8

8 D2

6.3: Bôi trơn hộp giảm tốc

6.3.1.Bôi trơn trong hộp giảm tốc:

Do các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc đều có v < 12m/s nên

ta chọn phương pháp bôi trơn ngâm dầu.Với vận tốc vòng của bánh răng côn

v = 2,58 m/s, tra bảng 18-11[2] ta được độ nhớt 80/11 ứng với 100 0 C

Theo bảng 18-15 ta chọn được loại dầu bôi trơn là AK-15 có độ nhớt là

20 Centistoc.

6.3.2 Bôi trơn ngoài hộp giảm tốc:

Với bộ truyền ngoài hộp do không có thiết bị che đậy, hay bị bụi bặm

Bul«ng vßng

Bảng thống kê giành cho bôi trơn

H k

+ 21 µm

0 µm

+15µm +2µm

H k

+ 30 µm

0 µm + 21 µm + 2 µm

Tên dầu hoặc mỡ Thiết bị cần bôi

trơn

Lượng dầu hoặc mỡ

Thời gian thay dầu hoặc mỡ Dầu ô tô máy kéo