DACTM-HGT banh rang, truc vit

Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên có thể 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 ...

Lời nói đầu

–()–

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong

ch-ơng trình đào tạo kỹ s cơ khí Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên có thể 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 Lê Văn Uyển, 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 Phạm Văn Toàn

Phụ lục: Trang

Phần I Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền 3

1 Chọn động cơ 3

2 Phân phối tỷ số truyền 3

3 Tính các thông số trên các trục và lập bảng 5

Phần II Tính toán thiết kế chi tiết máy 7

I Thiết kế bộ truyền: 7

1 Thiết kế hộp giảm tốc 7

1.1 Thiết kế bộ truyền bánh trụ răng thẳng 7

1.2 Thiết kế bộ truyền trục vít , bánh vít 15

2 Thiết kế bộ truyền xích 22

3 Chọn khớp nối 26

II Tính trục-ổ lăn: 27

A Tính trục- then 27

1 Chọn vật liệu 27

2 Xác định lực tác dụng lên trục 27

3 Tính thiết kế trục 28

4 Tính chính xác trục theo hệ số an toàn 31

B Tính chọn ổ lăn 43

1 Tính chọn ổ lăn cho trục I 43

2 Tính chọn ổ lăn cho trục II 44

3 Tính chọn ổ lăn cho trục III 47

Phần III : Thiết kế kết cấu (vỏ hộp giảm tốc,các chi tiết,bôi trơn điều chỉnh ăn khớp và lắp ghép ) 50

1 Kết cấu vỏ hộp giảm tốc, bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 50

2 Kết cấu chi tiết 51

3 Một số kết cấu khác 53

4 Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai 54

phần I : chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

1 chọn động cơ:

1.1 Xác định công suất đặt trên trục động cơ :

td . ct

yc

Trong đó : P ct:Công suất trên một trục công tác

1000

.v

F

P ct  (KW)

Với : F là lực kéo trên băng tải:F=15000 (N),

v là vận tốc dài trên băng tải:v=0,30 (m/s)

 P ct=15000.0,30

1000 = 4,5 (KW)

:Hệ số kể đến sự biến đổi của tải trọng

ck ck

i i k

i i

t

t T

T t

t T

T t

t T

T t

t P

1

2 1 2 1 1 2

1

2 1 1

2 1

) ( ) (

) (

D



(Với D là đờng kính tang: D =360 mm )

+ Ux: Tỉ số truyền của bộ truyền xích, chọn Ux = 2,0

Tra bảng 2.4[I] - trang 21,ta chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng - trục vít: Uh = 55

+Khối lợng của động cơ : M = 94 (kg)

+ Hiệu suất :  = 87,5

+ Cos  = 0,86

+ Tra bảng P1.4[I] - trang 239 ta có đờng kính trục động cơ điện: ddc=38(mm)

n U n

Chọn tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng là : U1 = 2,40

 tỷ số truyền bộ truyền trục vít : 2

c x

P





3 = 4,93 0,992.0,8= 6,21 (KW).

Công suất trên trục 1: P1=

br ol

 Tính mô men xoắn trên các trục: áp dụng công thức :

Ti=9,55 106 i

i

p

n ta có:

Mômen xoắn trên trục động cơ: Tdc =9,55.106 dc

Mômen xoắn trên trục 1: T1 =9,55.106 1

2

P

n = 9,55.106.

6, 21 604,17=98160 (N.mm)Mômen xoắn trên trục 3: T3 =9,55.106 3

3

P

n = 9,55.106.

4,93 36,62=1285677 (N.mm)Mômen xoắn trên trục công tác: Tct =9,55.106 ct

ct

P

n = 9,55.106.

4,5 15,92= 2699435 (N.mm)

phần II :tính toán thiết kế chi tiết máy.

a.Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:

Dựa theo quan điểm thống nhất hoá trong thiết kế ta chọn vật liệu chế tạo bánhrăng giống vật liệu chế tạo trục vít, Theo bảng 6.1[I]- trang 92, ta chọn mácthép : C45

+Chọn bánh răng nhỏ là thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn từ HB =241  285

Tra bảng 6.2[I]- trang 94,với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB =180  350thì :

áp dụng công thức 6.7[I]-trang93, tính số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơngkhi thử về tiếp xúc ta có : NHE = 



n

i

i i

T

T c

1

3 max

) ( 60

Vì NHE2 = 29,62.107 > 1,55.107 = NHo2  Hệ số tuổi thọ: KHL2 = 1

 NHE1 = U1 NHE2 > NHo1=1,79.107  Hệ số tuổi thọ: KHL1 = 1

Vậy, sơ bộ xác định ứng suất tiếp xúc cho phép,theo công thức 6.1a[I]-trang

T

T c

1

6 max 2

2 ) (

60

 NFE1 = U1 NFE2 > 4.106 = NFEo  KFL1 = 1

Đối với bộ truyền quay một chiều  KFC = 1

Vậy, sơ bộ xác định ứng suất tiếp xúc cho phép, theo 6.2a[I]-trang93 :[F] = o

Flim KFC

F

FL

S K

 Xác định sơ bộ khoảng cách trục : 3

1 2

1 1

] [

)

1 (

ba H

H a

w

U

K T U

K a

03 , 1 05 , 1

500 2, 40.0, 4

w

a   = 95,80 (mm)  Chọn aw = 95(mm)

Xác định các thông số ăn khớp :

mô đun : m = ( 0,01  0,02 ).aw = ( 0,01  0,02 ).95 = 0,95 1,9 (mm)Tra bảng 6.8[I] - trang 99 ,ta chọn mô đun tiêu chuẩn m = 1,5 (mm)

Số răng bánh nhỏ : 1

1

37, 25 ( 1) 1,5(2, 40 1)

w

a Z

 Khi K y = 2,62 sử dụng phơng pháp nội suy ta có :

0,064 0,032 0,032 (2,62 2) 0,052

t tw

w

Z m Cos

* kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

áp dụng công thức 6.33[I]-trang 105, tính ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặtrăng của bộ truyền:

H = ZM ZH Z 1 12

1 1

2 .( 1)

ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu của các bánh răng ănkhớp, Tra bảng 6.5[I] - trang 96 ,ta có ZM = 274 (Mpa)1/3

a d

Với v=4,24 (m/s) Tra bảng 6.13[I]- trang 106 ,ta chọn cấp chính xác 8

Tra bảng 6.16 [I]- trang 107,ta chọn hệ số kể đến ảnh hởng của sai lệch bớc răng : go = 56

KH là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc : KH = KH KHv KH

w w H Hv

K K T

d b K

.

2

1

1

1





o H

  ,(theo công thức 6.42[I]-trang107)

Tra bảng 6.15[I] - trang 107 ,ta có hệ số kể đến ảnh hởng của sai số ăn khớp

đối với răng thẳng không vát đầu răng ( HB  350 )  H = 0,006

S

lim

.ZR Zv KxH KHL = [H ] ZR Zv KxH KHLTrong đó:

 Zv: Hệ số kể đến ảnh hởng của vận tốc vòng ,Với vận tốc trên bánh1 :

v = 4,24 (m/s) <5 (m/s)  Zv = 1

 ZR:Hệ số kể đến độ nhám của mặt răng làm việc,Với cấp chính xác

động học là 8, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó cần giacông đạt độ nhám bề mặt răng : Rz = 10 40 (m)  ZR = 0,95

* Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

ứng suất uốn sinh ra tại chân răng các bánh răng theo công thức trang108:

 Y: Hệ số kể đến độ nghiêng của răng,đối với bộ truyền bánh trụ răngthẳng  Y = 1

 YF1 và YF2 là hệ số dạng răng của bánh răng 1 và 2 tra bảng trang 109 ,ta có:

6.18[I]-Dùng phơng pháp nội suy:

Với x1=0,1 30 : 3,70

40 : 3,63

F F

KF là hệ số tải trọng khi tính về uốn : KF = KF KFv KF

+ KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răngkhi tính về uốn.Tra theo bd dựa vào bảng6.7[I]-trang98:







F F

w w F

d b K

.

2

1

  Tra bảng 6.15[I]- trang 107 ,ta có khi HB < 350  F = 0,016 ( đối vớirăng thẳng không vát đầu răng )

2  

3,556 94,38 91,92

 Bộ truyền bánh răng làm việc đủ điều kiện bền tiếp xúc

* Kiểm nghiệm răng về quá tải:

ứng suất tiếp xúc cực đại và ứng suất uốn cực đại trên răng phải thoả mãn:

Hmax = H. K qt  [H ] max

Fmax = H.Kqt  [F ] max (Theo 6.48[I] và 6.49[I]-trang110)

Trong đó: Kqt là hệ số quá tải: Kqt =

Vậy Hmax = 559 (MPa) < 1260 (MPa) = [H ] max

F1max = 141,57 (MPa) < 464 (MPa) = [F1 ] max

F2max = 137,88 (MPa) < 360 (MPa) = [F2 ] max

 Bộ truyền bánh răng làm việc an toàn khi quá tải lúc mở máy

1.2 Thiết kế bộ truyền trục vít , bánh vít :

sb

 = 4,5.10 604,17 1285677  5 3 =2,96 (m/s)

Với V sb=2,96 (m/s) < 5 (m/s)  dùng đồng thanh không thiếc để chế tạo

bánh vít, cụ thể là đồng thanh_ nhôm_ sắt_nicken : БpAжH 10-4-4 , chọn

vật liệu chế tạo trục vít là thép 45 tôi bề mặt đạt độ rắn 45 50 HRC, ren thânkhai sau khi cắt ren đợc mài

b Tính các ứng suất cho phép:

+ ứng suất tiếp xúc cho phép [H]:

Tra bảng 7.1[I]-trang 146, với bánh vít bằng БpAжH 10-4-4 dùng khuôn

kim loại hoặc đúc li tâm : b = 600 (MPa),

+ ứng suất uốn cho phép [F]:

ứng suất uốn cho phép đợc xác định theo 7.6[I]-trang 148:

T

n t T



2

9 2

10

0,741 14,84.10

2

2

170

] [

170 )

(

q

K K T z

q

z

H w

Tra bảng 7.3[I]-trang150, ta chọn môđun tiêu chuẩn : m = 10 (mm).

10 ( ) (8 33) 205

*Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc:

ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng bánh vít phải thoả mãn:

3

2

170

*Vận tốc trợt thực tính theo công thức 7.20[I]-trang151 :

w

w t

n d v



 cos 60000

. 1 1

Lấy ở bảng1: n1=nII=604,17 (vòng/ phút)

Với dw1: đờng kính vòng lăn trục vít: dw1 = ( q + 2x ).m =( 8 - 2.0,5).10 =70(mm)

Khi vt = 2 (m/s)   = 3,15

Khi vt = 2,5 (m/s)   = 2,87

 Khi vt = 2,30 (m/s) sử dụng phơng pháp nội suy ta có :

T t k

Nh vậy H  207,36MPa < [ H] 241  MPa,  Bộ truyền làm việc đảm bảo

điều kiện bền tiếp xúc

* Kiểm nghiệm độ bền uốn:

ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh vít phải thoả mãn điều kiện:

F = 2

2 2

1, 4 .

+ Chiều rộng bánh vít :Z1 = 2  b2  0,75.da1

Với da1: đờng kính vòng đỉnh, da1 = m.( q + 2 ) = 10.( 8 +2 ) = 100 (mm) 

b2  0,75.100 = 75 (mm)

 chọn b2 = 75 (mm)  32 3 33 0

37,12 cos ( ) cos (15,94 )

v

w

Z Z

* Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải:

ứng xuất tiếp xúc cực đại Hmax và ứng xuất uốn cực đại Fmax trên răng bánh vít phải thoả mãn: Hmax =H K qt  [Hmax]

 Fmax = 14,11 (MPa) < 160 (MPa) = [Fmax]

Vậy bộ truyền trục vít - bánh vít làm việc an toàn khi quá tải lúc mở máy

* Kiểm tra điều kiện kết cấu:

Điều kiện kết cấu thoả mãn khi: aw2 > aw1 + 1

g.Tính nhiệt truyền động trục vít , bánh vít:

Theo công thức 7.32[I]-trang157,Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc (không dùng quạt gió ) :

) ] ).([

1 (

.

) 1 ( 1000

0

1

t t K

P A

+ to là nhiệt độ môi trờng : chọn t0 = 20o

Vậy A  1000(1 0,78).6, 21

1,11 13.1, 081.(1 0, 25).(90 20)

Z

Z    Sai số tỉ số truyền : U =

2,30 2, 28

.100 0,87% 2,30

Với n01 là số vòng quay đĩa xích dẫn làm việc trong điều kiện thí nghiệm ( bộtruyền nằm ngang, khoảng cách trục : a = ( 30 … 50 )p có thể điều chỉnh lực 50 )p có thể điều chỉnh lựccăng xích, bộ truyền chịu tải trọng tĩnh, làm việc một ca và đợc bôi trơn bằngphơng pháp nhỏ giọt) Dựa vào bảng 5.5[I]-trang 81:

chọn n01 = 50 (vòng/phút)

 kn = 01

1

50 1,365 36,62

n

k = ko ka kđc kbt kđ kc

Tra bảng 5.6[I]-trang 82,ta có:

+ko là hệ số kể đến ảnh hởng của vị trí bộ truyền , vì bộ truyền nằm ngang 

+kbt là hệ số kể đến ảnh hởng của bôi trơn, tra bảng 5.6[I]& bảng5.7[I]-trang

82 , với môi trờng làm việc có bụi, bôi trơn đạt yêu cầu  kbt = 1,3

+kđ là hệ số kể đến tải trọng động, đối với tải trọng va đập nhẹ  kđ = 1,3+kc là hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền xích, với bộ truyền làm việc

t d

p

a

x

4

) (

2

2

2

2 1 2 2 1

2.1524 25 57 (57 25) 38,1

121,65 38,1 2 4.3,14 1524

Chọn số mắt xích: x = 122  tính lại khoảng cách trục ,theo công thức5.13[I]-trang85 :

K F F F



 Trong đó :

Q là tải trọng phá hỏng (N), tra bảng 5.2[I]-trang78 có: Q = 254000 (N)

Tra bảng 5.10[I]-trang86 ,ta có với n  50 (vòng/phút) thì [S] = 7

Vậy S = 22,69 > 7 = [S]  bộ truyền xích làm việc an toàn

d Các thông số của đĩa xích:

đờng kính vòng chia đĩa xích: theo công thức 5.17[I]-trang86 :

1

1

38,1

303,99 sin( ) sin( )

e Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

áp dụng công thức 5.18[I]-trang87, ứng suất tiếp xúc trên mặt răng đĩa xích:

d vd d t r H

k A

E F K F K

).

( 47

A là diện tích chiếu của mặt tựa bản lề, tra bảng 5.12[I]-trang87 , với p=38,1, xích 2 dãy A = 672 (mm2)



5 2,1.10

Với KX:Hệ số kể đến trọng lợng xích, bộ truyền nằm ngang: KX=1,15

 Fr =1,15.8500 = 9775 (N)

3 Chọn khớp nối:

a Chọn khớp nối là nối trục vòng đàn hồi

Đặc điểm của khớp loại này là cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ thay thế, làm việc bình thờng khi độ lệch tâm từ 0,2  0,6 mm,độ lệch góc đến 10

Theo bảng 16.10a[II]-trang68 ta có kích thớc cơ bản của nối trục vòng đàn hồilà:

2

3 0

d c

d

l d D Z

T k

Vậy, điều kiện bền dập thoả mãn

c Kiểm nghiệm điều kiện bền uốn:

Điều kiện sức bền của chốt:  u

c u

D d

l T k



0 3

0 1 , 0

.

Trong đó: l l l 41 , 5mm

2

15 34 2

2 1

0      [ ]  u  60 80  MPa  1,5.49397.41,53 31,13 

ứng suất xoắn cho phép [] = 15 30 (MPa)

Giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng:

-1 =0,436b =0,436.600=261,6 (MPa)1

 =0,58 -1=0,58.261,6=151,7 (MPa)

2 Xác định lực tác dụng lên trục:

2.1 Sơ đồ lực tác dụng lên trục:

Đặt các lực ăn khớp tác dụng lên trục tại những điểm ăn khớp nh hình vẽ:

Hình 1: SƠ Đồ LựC HộP GIảM TốC2.2 Xác định giá trị các lực tác dụng lên trục:

I w

Fa3 = Ft4 =

3

2 2.1285677

7792 330

T d



Với k = 1,2,3 là số thứ tự của các trục trong hộp giảm tốc

+ lij là chiều dài của đoạn trục j trên trục thứ i (i=1;2;3)

+ lmik là chiều dài mayơ của chi tiết quay thứ k trên trục i

- Tra bảng 10.3[I]-trang 189, ta chọn khoảng cách các khe hở:

K1=12(mm) ; k2=10 (mm); k3=16 (mm); hn=18 (mm)

 Xác định chiều dài các đoạn trục trên trục I:

HìNH 2: SƠ Đồ TíNH KHOảNG CáCH TRÊN TRụC i

H×NH 4: S¥ §å TÝNH KHO¶NG C¸CH TR£N TRôC IIi

 Biểu đồ mômen trên trục (hình vẽ trang 29).

Chọn đờng kính trục tại các tiết diện có lắp chi tiết: Dựa vào đờng kính sơ bộ

d1=30 (mm) chọn đờng kính tại các tiết diện trên trục nh sau:

*Chọn then và tiến hành kiểm nghiệm then:

Dựa vào bảng 9.1[I]-trang173, chọn loại then bằng đầu tròn, ứng suất dập và ứng suất cắt trên then phải thoả mãn:

) (

.

2

1

t h

T

d l b

  [c]Trong đó : T: mô men xoắn trên tiết diện lắp then,

d : đờng kính trục tại tiết diện lắp then,

lt: chiều dài then : lt=(0,80,9)lm và đợc chọn theo dãy tiêu chuẩn

h là chiều cao then

t1 là chiều sâu rãnh then trên trục

Các thông số của then và kết quả tính ghi trong bảng :

Tiết

diện Đờng kính trục Kích thớc then b x h lt t1 (MPa) d

c(MPa)

Tra bảng 9.5 [I] ,với tải trọng va đập nhẹ then làm bằng thép thì :

[d ] = 100 (MPa); [c ] = 40  60 (MPa)

Nh vậy, d< [d] ; c< [c]  các then làm việc đủ bền.

Ta có kết cấu trục I nh hình vẽ trang 33

R 10y

HìNH 5: Biểu đồ momen và kết cấu trụcI:

4.2 Tính cho trục II:

Xác định lực tác dụng trên trục II:

Lấy tổng mô men đối với tiết diện 0 và 1 ta có:

 Biểu đồ mômen trên trục (hình vẽ trang 31)

*chọn đờng kính các đoạn trục tai các tiết diện có lắp chi tiết:

Dựa vào đờng kính sơ bộ d2=35 (mm)  chọn:

d22 =36 (mm)

d20 =d21 =40 (mm) theo tiêu chuẩn

d23 =df1=56 (mm) (df1 là đờng kính chân ren trục vít)

*Chọn kiểu lắp ghép :

Tiết diện 22 : lắp bánh răng, kiểu lắp k6 kết hợp với lắp then

Tiết diện 23 : là phần cắt ren trục vít

Tiết diện 20 và 21:lắp ổ lăn

*Chọn then và kiểm nghiệm then:

Ta chọn loại then bằng đầu tròn có các thông số và giá trị ứng suất d và cghi trong bảng sau:

Tiết

diện Đờng kính trục Kích thớc then b x h lt t1 (MPa) d

c(MPa)