đồ án cơ sở thiết kế máy

hướng dẫn làm đồ án cơ sở thiết kế máy bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp, bao gồm: tính toán hệ dẫn động, đai thang, bánh răng....... hướng dẫn làm đồ án cơ sở thiết kế máy bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp, bao gồm: tính toán hệ dẫn động, đai thang, bánh răng hướng dẫn làm đồ án cơ sở thiết kế máy bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp, bao gồm: tính toán hệ dẫn động, đai thang, bánh răng hướng dẫn làm đồ án cơ sở thiết kế máy bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp, bao gồm: tính toán hệ dẫn động, đai thang, bánh răng hướng dẫn làm đồ án cơ sở thiết kế máy bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp, bao gồm: tính toán hệ dẫn động, đai thang, bánh răng hướng dẫn làm đồ án cơ sở thiết kế máy bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp, bao gồm: tính toán hệ dẫn động, đai thang, bánh răng

+Chương 1: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG

1.1.Tính toán chọn động cơ điện

1.1.1.Cơ sở chọn động cơ điện

- Nên chọn động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ lồng sóc ( còn gọi là ngắn mạch)

1.1.2 Xác định công suất cần thiết trên trục động cơ

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

công suất làm việc của hệ dẫn động;

công suất và momen tác dụng trong thời gian t, trên trục máy công tác, kW, Nmm Các trị

số Ti / T và ti cho trên đồ thị thay đổi tải trọng

Hiệu suất của hệ thống được xác định theo công thức:

Với: – hiệu suất truyền động đai,= 0,95 0,96

- hiệu suất của HGT, tính như sau:

bánh răng trụ răng nghiêng và răng thẳng:

= 0,96 = 0,94 (1.3b)Chọn = 0,95

= 0,96

= 0,99 Trong đó các hiệu suất của ổ lăn ( ), hiệu suất bánh răng trụ (), hiệu suất bánh răng côn (),hiệu suất bộ truyền động trục vít – bánh vít () tra bảng 2-3 Tr 19 “TTTKHDĐCK-T1”

1.1.3 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ trên trục động cơ

Số vòng quay đồng bộ trên trục động cơ được xác định sơ bộ như sau:

Chọn : uhsb = 4

uđsb = 2,5

uđsb – tỷ số truyền sơ bọ của bộ truyền động đai, chọn theo bảng 3.2 Để giảm kích thước của

bộ truyền, có thể chọn 1,5 uđsb2 Để giảm sai số do việc quy chuẩn đường kính các bánh đai, nên chọn tỷ số truyền bộ truyền động đai theo dãy tiêu chuẩn sau:

1,00; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,00; 2,24; 2,50; 2,80; 3,15; 3,55; 4,00; 4,50; 5,00

uhsb – tỷ số truyền tổng sơ bộ của HGT có thể tra bảng trong sách hướng dẫn hoặc chọn như sau để kích thước bộ truyền nhỏ gọn, thuận tiện cho vẽ tỉ lệ 1:1 trên khổ giấy A0

1.1.4 Chọn động cơ điện

Động cơ điện được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

(1.6) – lần lượt là công suất, số vòng quay đồng bộ, số vòng quay đồng bộ sơ bộ, momen khởi động và momen danh nghĩa trên trục động cơ;

– lần lượt là công suất cần thiết, momen mở máy và momen danh nghĩa của hệ dẫn động

Từ điều kiện trên và phụ lục 1.1 ta chọn được động cơ điều khiển là:

Bảng 1.1 Thông số kĩ thuật động cơ điện

Kiểu động cơ Công suất (kW) Số vòng quay (v/ph) cos Khối lượng (kg)

1.2 Phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền lý thuyết của hệ thống được xác định theo công thức:

Tính chọn được: ndc = 1450Cho trước: nlv = 145

Xác định tỷ số truyền sơ bộ của hộp giảm tốc:

Tính được:= 10Chọn:= 2,5

Chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc: uh =4

Tính lại tỷ số truyền của đai

= =2,5

Tính được : ult = 10Tính chọn : uh = 4

1.3 Xác định công suất, tần số quay và momen xoắn trên các trục

Trục động cơ:

= , Nmm;

(Lưu ý: Công suất Pđc mà ta tra bảng được là công suất danh nghĩa, còn công suất thực dùng

là Pct, khi tính toán cần thay thế vào các công thức là Pct)

Tỷ số truyền uđ = 2,5 uh = 4

Chương 2.THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG ĐAI THẲNG

2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai:

- Loại: có thể dùng 2 loại: đai thang thường và đai thang hẹp

Đai thang thường: dung phổ biến, ta chọn loại này, dùng khi v < 25 m/s

Đai thang hẹp: dùng khi v < 40 m/s

- Tiết diện: để chọn được tiết diện đai ta dựa vào vận tốc và công suất truyền Với vận tốc v

< 25 m/s nên chọn loại đai thường, hay dùng một trong các loại sau: O, A, , B…

Dùng hình 4-1 Tr 57 ( TTTKHDĐCK tập 1 ) để chọn loại tiết diện ( dựa vào công suất truyền và số vòng quay của bánh nhỏ )

Các thông số của loại đai thang chọn được là:

tiết diện A

Đườngkính bánhnhỏ

Chiều dài giớihạn

Vẽ mặt cắt của tiết diện đai ghi kích thước:

2.2 Xác đinh các thông số bộ truyền:

2.2.1 Đường kính bánh đai nhỏ d 1 :

Dùng bảng 4-13 Tr58 TTTKHDĐCK T1 và dãy đường kính tiêu chuẩn để chọn d1; Chọn và

Tính vận tốc vòng của đai:V1 = 15,18 (m/s) (2.1)

Chú ý: Nếu v < 25 m/s đối với đai thường là được, nếu lớn hơn thì giảm d1 đi

Nếu v < 40 m/s đối với đai hẹp là được, nếu lớn hơn thì giảm d1 đi

-0,008 (-0,8%) (2.4)Sai lệch tỷ số truyền trong khoảng (4%) là đạt yêu cầu Nếu không được thì phải chọn lại d1

Chú ý: nếu không thỏa mãn thì phải chọn lại a sb

2.2.3.Chiều dài đai l:

= 2.550 + (200 + 500)/2 + (500 - 200)2/ 4.550 = 2240,5 mm

Lấy l theo tiêu chuẩn theo bảng 4-13 l = 2500

i= = 6,07 (thỏa mãn)

v (mm/s), l (mm)

chú ý: nếu không thỏa mãn thì phải tăng l lên

Tính lại khỏang cách trục a theo chiều dài tiêu chuẩn bằng công thức

Kiểm tra điều kiện: 120 0 :

2.3 Xác định số dây đai Z:

Tính số dây đai Z theo công thức 4-16 TTTKHDĐCK tập 1:

Z = = 3,37 (làm tròn Z= 4 ) (2.11)

Trong đó: - hệ số tải trọng động, bảng 4.7 tr 55 (1,35)

- hệ số ảnh hưởng của góc ôm Bảng 4.15 (0,935)

- hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai, bảng 4.16 tr 61: tra theo tỷ số l/lo(1,02)

- hệ số ảnh hưởng của tỷ số truyền, bảng 4.17 tr 61: tra theo tỷ số truyền

(1,1358)

- hệ số ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai, bảng4.18, tra theo tỷ số Z’ = (0,95)

Chú ý: - Số dây đai Z phải là số nguyên và Z 6

- Nếu Z> 6 thì có thể tăng d 1 và tính lại từ bước 2 Nếu cần hạn chế kích thước bộ truyền ta

có thể chọn lại tiết diện lớn hơn (tính lại từ bước 1 ).

2.4 Xác định kích thước của bánh đai:

- Chiều rộng bánh đai B: công thức 4-17:

B = (Z – 1)t + 2e = (4-1).19 + 2 12,5 = 82 (2.12)Trong đó tra bảng 4.21 theo tiết diện đai đã chọn, tr 63 có B, t, e, ho

- Đường kính ngoài da: theo công thức 4-18

da= d + 2ho(2.13)

Bánh nhỏ: da1= d1 + 2ho= 200 + 2.4,2 = 208,4

Bánh lớn: da2 = d2 + 2ho= 500 + 2.4,2 = 508,4

Chú ý: phải vẽ hình ghi kích thước: bảng 4.21.

2.5 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

- Lực căng ban đầu trên 1 đai Fo, công thức 4-19:

Trong đó: Fv – lực căng phụ do lực li tâm gây ra, Fv= qmv2= 0,178 15,182 = 41

Qm – khối lượng 1 mét chiều dài đai tra bảng 4.22

- Hoặc có thể tính:

= 1,5 138 = 207Trong đó: - ứng suất căng ban đầu có thể chọn= 1,2 1,8 MPa (chọn = 1,5)

A – diện tích tiết diện đai ( tra bảng 4.13 )

- Lực tác dụng lên trục bánh đai Fr, công thức 4-12:

2.6 Định kết cấu bánh đai:

Vẽ mặt cắt trục các bánh đai, ghi kích thước: Tham khảo sách “ TTTKHDĐCK-2”

Chương 3: THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC

3.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng trong hộp giảm tốc

Chọn chỉ tiêu thiết kế: Các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc được ngâm trong dầu nên dạng hỏng chủ yếu là bong tróc bề mặt răng vì thế các bộ truyền này được thiết kế theo chỉ tiêu độ bền tiếp xúc để tránh bị tróc mỏi bề mặt răng

3.1.1 Chọn vật liệu

Thép chế tạo bánh răng được chia làm 2 nhóm chính:

- Nhóm 1: có độ rắn HB 350, nhiệt luyện: thường hóa hoặc tôi cải thiện ;

- Nhóm 2: có độ rắn HB > 350, nhiệt luyện: tôi, thấm C, thấm N hoặc thấm C-N

Đối với các bộ truyền chịu tải nhỏ và trung bình hoặc các bộ truyền có kích thước bánh răng khá lớn, khó khăn khi nhiệt luyện nên chọn thép nhóm 1

Vì vận tốc góc bánh răng nhỏ lớn hơn vận tốc góc bánh răng lớn u lần nên để tăng khả năng chịu răng nên chọn bánh răng lớn có độ rắn thấp hơn bánh răng nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị

H1 H2 + (1015) HB

Vật liệu các bánh răng được chọn theo bảng 6.1

Bánh răng Nhãn thép Nhiệt luyện Độ rắn (HB) Giới hạn chảy

(Mpa)

Giới hạn bền(Mpa)

,: giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn của mặt răng ứng với số chu ký cơ sở;

SH,SF: hệ số an toàn khi tính toán về tiếp xúc và uốn;

ZR: hệ số xét đến độ nhám của bề mặt làm việc;

ZV: hệ số ảnh hưởng của vận tốc vòng;

KXH: hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bền tiếp xúc;

KXF; hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bền uốn;

YR: hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng;

YS: hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất;

Khi tính sơ bộ lấy: ZRZVKXH= 1 và YRYSKXF= 1

,: bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn; mH = 6; mF = 6 khi độ rắn bề mặt răng

HB 350 hoặc bánh răng có mài lượn chân răng; mF = 9 khi độ rắn mặt răng HB 350 và không có mài lượn chân răng

NHO,NFO: số chu kỳ cơ sở khi tính về độ bền tiếp xúc và uốn;

=30.2252,4= 1,325 107;

=30.2102,4= 1,123 107;

= 4.106 – đối với tất cả các bánh răng thép

– số chu kì thay đổi ứng suất tương đương,

c – số lần ăn khớp trong 1 vòng quay của bánh răng đang xét ;

Ti, ni, ti – momen xoắn, số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

Đối với hộp giảm tốc 1 cấp có số vòng quay n1 của trục 1 và n2 của trục 2 không đổi, chế độ tải trọng thay đổi nhiều bậc thì các công thức (3.6) và (3.7) có thể viết :

: tổng số giờ làm việc của bộ truyền;

Uh: tỷ số truyền của bộ truyền

Khi tính KHL, nếu tính được NHE> NHO thì lấy KHL = 1, tương tự nếu KFN > KFO thì lấy KFL = 1.Đối với bộ truyền bánh răng nghiêng, ứng suất tiếp xúc cho phép sơ bộ của bộ truyền xác định theo công thức:

[σH]’ =≤ 1,25[](3.12)

[σH]’= = 459,085 (Mpa)

b)Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép khi quá tải

*Ứng suất tiếp xúc khi quá tải

Đối với bánh răng thường hóa, tôi cải thiện hoặc tôi thể tích, ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải được xác định theo công thức:

= = 1260 (Mpa)

*Ứng suất uốn cho phép khi quá tải

Đối với bánh răng có HB 350

Ka: hệ số phụ thuộc vào vật liệu và loại răng (Ka= 43)

: tỷ số truyền của hộp giảm tốc;

T1: mômen xoắn trên trục chủ động

[σH]: ứng suất tiếp xúc cho phép sơ bộ;

KHβ: hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc ( tra bảng = 1,0275 )

3.1.4.Xác định các thông số ăn khớp

3.1.4.1.Xác định môđun

m = (0,01÷0,02)aw= (0,01÷0,02).210= (2,1 ÷ 4,2 ) (3.18)

Trị số môđun cần lấy tiêu chuẩn: m=3

= =0%

Tính số răng tổng: Zt= Z1+ Z2= 27 + 108 = 135 (3.23)Tính chính xác lại góc nghiêng:

β = arccos[mZt/(2aw)]= arccos= 15,360 (3.24)

3.1.5.Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Độ bền tiếp xúc được kiểm nghiệm theo công thức:

:hệ số ảnh hưởng của các sai số ăn khớp (tra bảng = 0,002 )

go:hệ số ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và 2 (tra bảng go = 73 )

: ứng suất tiếp xúc đã được tính chính xác lại:

= [σH]’.ZVZRZXH= 459,085 1 0,95 1 = 436,13 (Mpa) (3.39)

ZR:hệ số xét đến độ nhám của bề mặt làm việc: (chọn ZR= 0,95 )

ZV:hệ số ảnh hưởng của vận tốc vòng: (chọn ZV= 1 )

KXH:hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bền tiếp xúc: (chọn KXH = 1 )

Tính lại chiều rộng vành răng:

Chiều rộng vành răng sẽ là:

b2= ; b1 1,1b2 Lấy b1 và b2 nguyên

b2= = 65,11, (làm tròn b2 = 66 mm ) b1 1,1 65,11 = 71,63 (làm tròn b1 = 72 mm )

3.1.6.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Độ bền uốn của răng các bánh răng được kiểm nghiệm theo công thức:

KFα:hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp (tra bảng KFα = 1,4 )

KFV:hệ số tải trọng động khi tính về uốn

:hệ số ảnh hưởng của các sai số ăn khớp: (tra bảng = 0,006 )

go:hệ số ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và 2:

,:ứng suất uốn cho phép chính xác của bánh răng 1 và 2 đã kể đến các hệ số KXF, YR, YS

= [σF] YR YS KXF,

= 231,43 1 1,0036 1 = 232,26 (Mpa)

= 216 1 1,0036 1 = 216,77 (Mpa)

KXF:hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bền uốn: chọn KXF= 1

YR:hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng: chọn YR= 1

YS:hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất: chọn YS= 1,08 –

3.1.7.Kiểm nghiệm răng về độ bền quá tải

Ứng suất tiếp xúc cực đại σmax không vượt quá trị số cho phép:

Hmax= σH≤ = 443,4 = 524,63 <1260 (Mpa) (3.51)

σH: ứng suất tiếp xúc, xác định theo 3.26:

[σH]max: ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: xác định theo 3.13 hoặc 3.14

:hệ số quá tải

Tmax:mômen xoắn quá tải

T: mômen xoắn danh nghĩa

Để tránh biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh bề mặt lượn chân răng, ứng suất cực đại σFmaxtại mặt lượn chân răng cũng không được vượt quá trị số cho phép

σFmax= σF ≤ → 88,78 = 124,229 < 360 (Mpa) (3.53)

σF: ứng suất uốn: xác định theo 3.42 và 3.42

[σF]max:ứng suất uốn khi quá tải: xác định theo 3.15

3.1.8.Các thông số của bộ truyền

Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ được tính toán theo các công thức trong bảng

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

3.1.9 Tính toán điều kiện bôi trơn

Đối với hộp giảm tốc bánh răng, phương pháp bôi trơn ngâm dầu được dùng khi vận tốc vòng v 12 m/s Ở đây tính toán cho trường hợp bôi trơn ngâm dầu Mức dầu thấp nhất phải ngập hếtchân bánh răng lớn và mức dầu cao nhất không vượt quá 1/3 bán kính vòng đỉnh bánh lớn

Điều kiện bôi trơn: Khoảng cách giữa 2 mức dầu là:

TTTKHDĐCK II Từ độ nhớt của dầu ta tra bảng 18-13 để chọn mác dầu

3.1.10 Tính toán lực tác dụng lên các răng khi ăn khớp.

Với bộ truyện bánh răng nghiêng:

Lực tiếp tuyến:

Ft1 = Ft2 = = = 5241,52 (N)

Lực dọc trục:

Fa1 = Fa2 = Ft1.tan = Ft1 Tan = 5241,52 tan15,360 = 1439,82 (N)

– góc ăn khớp trong mặt mút của bộ truyền

– góc nghiêng của răng trên hình trụ chia của bộ truyền

3.2.Tính toán thiết kế các trục

3.2.1.Xác định các lực tác dụng lên trục

Bộ truyền răng trụ

Chiều của lực Fy (lực hướng tâm) chỉ phụ thuộc vào điểm đặt lực

Chiều của lực Fx (lực tiếp tuyến) phụ thuộc vào điểm đặt lực, chiều quay và vai trò chủ vị của bánh răng

Chiều của lực Fz (lực dọc trục) phụ thuộc vào hướng răng, chiều quay và vai trò chủ vị của bánh răng

Phương chiều các lực Fy , Fx ,Fzbiểu diễn trên hình (3.1a) trị số các lực này xác định theo côngthức :

Trị số của lực Fđ đã tính ở phần bộ truyền động đai:

Chọn vật liệu trục 1: Thép 45 tôi cải thiện

Chọn vật liệu trục 2: Thép 45 tôi cải thiện

3.2.4.1.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực

a)Chọn sơ bộ chiều rộng các ổ lăn theo d sb2

Chiều rộng các ổ lăn được chọn sơ bộ dựa vào đường kính trục sơ bộ Để đảm bảo các điểm giữa chiều rộng các ổ lăn ở cùng về 1 phía các đầu trục cùng nằm trên 1 mặt phẳng để tránh các tiết máy trên cùng 1 trục bị chồng đè lên nhau khi thiết kế, trong các công thức tính toán chiều dài các đoạn trục chiều rộng các ổ lăn trên các trục được lấy bằng nhau và bằng giá trị lớn nhất bo2theo đường kính sơ bộ d2 của trục 2

Chọn bo= 29 mm

b)Xác định chiều dài mayơ các bánh răng, bánh vít, bánh đai và nửa khớp nối

Chiều dài mayơ các bánh răng trụ và bánh đai xác định theo công thức

d:đường kính sơ bộ của bộ của trục

Nếu chiều dài mayơ các bánh răng trụ nhỏ hơn chiều rộng vành răng tương ứng thì lấy chiều dài mayơ bằng chiều rộng vành răng và không tính lại đường kính sơ bộ Nếu chiều rộng bánh đai tính ở phần đai B > 1,5d thì lấy lm = B

c)Xác định các kích thước khác có liên quan đến chiều dài trục

Với hộp giảm tốc 1 cấp bánh răng trụ răng nghiêng :

Khi tính toán chiều dài các đoạn trục, để đảm bảo khoảng cách giữa các tiết máy quay, … ta chọn chiều dài may ơ bánh răng trụ có chiều dài may ơ lớn hơn để tính toán :

3.2.4.2.Xác định phản lực ở các gối đỡ và vẽ biểu đồ mômen uốn và xoắn

Khi tính phản lực tại các gối đỡ ta đặt chiều giả định cho chúng, nếu tính được trị số mang dấu âm thì khi vẽ biểu đồ momen cần hướng theo chiều ngược lại Trị số phản lực ờ các gối đỡ xác định nhờ các phương trình cân bằng moomen và phương trình hình chiếu của các lực tương ứng trong các mặt phẳng yOz ( momen đối với trục y) và mặt phẳng xOz(momen đối với trục y)

Fly10 - Fy13 + Fly11 = 0

=>Fly10 = Fy13-Fly11= 1978,51 – 1403,449 = 575,061 (N)

Fly20- Fy22- Fly21 = 0

=>Fly20 = Fy22 - Fly21 = 1978,51 + 667,52 = 2646,034 (N)

Trong mặt phẳng x0z:

= 0→Flx21( tổng mômen đới với trục y tại gối 0)

3.2.4.3.Xác định mômen tương đương và tính gần đúng đường kính các đoạn trục

Mômen tương đương xác định theo thuyết bền 4: