tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc

Đề tài sinh viên đợc giao là thiết kế hệ dẫn động băngtải gồm có hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn trụ răngthẳng và bộ truyền xích.. Trong quátrình tính toán và thiết kế các chi tiết má

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH&XÃ HỘI

TRƯỜNG ĐH SPKT VINH

đồ án môn học

chi tiết máy

************

Giáo viên hớng dẫn : Đậu Phi Hải

Sinh viên : Nguyễn Cụng An Lớp : ĐHKT-CTMB-K4

MỤC LỤC phần I : động học hệ băng tải I Chọn động cơ

II Phân phối tỷ số truyền

III Xác định các thông số trên các trục

IV Bảng tổng kết

Phần II : TíNH TOáN THIếT Kế CHI TIếT MáY I Tính bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc

A Tính thiết kế bộ truyền cấp nhanh (bánh răng côn răng thẳng)

B Tính bộ truyền cấp chậm (bánh răng trụ răng thẳng)

II Tính bộ truyền xích

III, Thiết kế trục

A Chọn và kiểm tra khớp nối

B Thiết kế trục

1 Sơ đồ đặt 2 Xác định sơ bộ đờng kính 3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

4 Tính kiểm nghiệm kết cấu trục

a Trục I

b Trục trung gian II

c Trục ra III

IV Chọn và tính toán ổ lăn

1 Chọn và tính ổ lăn cho trục I

2 Chọn và tính ổ lăn cho trục II

3 Chọn và tính ổ lăn cho trục III

V Thiết kế vỏ hộp giảm tốc

VI Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp

VII Bảng thống kê các kiểu lắp

Lời nói đầu

Thiết Kế Đồ án Chi Tiết Máy là một môn học cơ bản củangành cơ khí Môn học này không những giúp cho sinh viên

có một cái nhìn cụ thể hơn thực tế hơn đối với các kiếnthức đã đợc học, mà nó còn là cơ sở rất quan trọng của cácmôn chuyên ngành sẽ đợc học sau này

Đề tài sinh viên đợc giao là thiết kế hệ dẫn động băngtải gồm có hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn trụ răngthẳng và bộ truyền xích Hệ thống đợc dẫn động bằng

động cơ điện thông qua khớp nối, hộp giảm tốc và bộtruyền xích sẽ truyền chuyển động tới băng tải Trong quátrình tính toán và thiết kế các chi tiết máy cho hộp giảmtốc sinh viên đã sử dụng và tra cứu các tài liệu sau:

Tập 1 và 2 chi tiết máy của GS.TS-nguyễn trọng hiệp.

Tập 1 và 2 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí của PGS.TS Trịnh chất và TS lê văn uyển

Dung sai và lắp ghép của GS.TS ninh đức tốn.

Do là lần đầu làm quen với công việc thiết kế chi tiếtmáy,cùng với sự hiểu biết còn hạn chế cho nên dù đã rất cốgắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của các môn cóliên quan song bài làm của sinh viên không thể tránh khỏinhững sai sót Kính mong đợc sự hớng dẫn và chỉ bảo nhiệttình của các thầy cô trong bộ môn giúp cho sinh viên ngàycàng tiến bộ

Cuối cùng sinh viên xin chân thành cảm ơn các thầy trong

bộ môn, đặc biệt là thầy ĐẬU PHI HẢI đã trực tiếp hớng

dẫn, chỉ bảo tận tình để sinh viên hoàn thành tốt nhiệm

ôl.ηbrcôn ηbrtrụ.ηx;Tra bảng( 2.1 sỏch TKCTM), ta đợc các hiệu suất:

ηnt = 1 - hiệu suất nối trục

ηol = 0,99 - hiệu suất một cặp ổ lăn;

ηbrcôn= 0,97 - hiệu suất một cặp bánh răng côn;

ηbrtrụ = 0,97 - hiệu suất một cặp bánh răng trụ ;

ηx = 0,97- hiệu suất bộ truyền xớch ;

η = 1.0,972.0,994.0,97.0,96 = 0,842

Ta lại cú

1460 960 730 1460 960 730

Trong thực tế nếu chọn động cơ có số vòng quay lớn thì tỉ số truyền củađộng cơ tăng khuôn khổ kích thước cả hệ thống thiết bị nên giá thành thiết

bị cũng tăng theo vì vậy ta chọn động cơ A02-61-4 với số vòng thích hợp Dựa vào bảng số liệu động cơ A02-61-4 như sau:

II PHÂN PhốI Tỷ Số TRUYềN

Nh đã biết tỷ số truyền chung : ic = isbh isbx

mặt khác: = dc

c t

ninchọn isbx =2,5

isbx tỉ số truyền của bộ truyền xớch

isbh là tỉ số truyền của hộp giảm tốc

trong đú nt Số vòng quay của trục máy công tác :

ni

n thay số ta cú ic= 1460 =27,784

52,55

Ta lại cú: = c = =

sbh sbx

i 27,784

Ta lại cú: isbh =ibcibt

-i : la tỉ số truyền răng trụ răng nghiờngbt

Mà trong hộp giảm tốc bỏnh răng nún_trụ thường chọn tỉ số truyền của bỏnhrăng nún lớn hơn 3 sơ bộ cú thể chọn

+ Tốc độ quay của trục III : n3 = 2

bt

n

i =

486,673,9 =131,39 vg/ph

+ Tốc độ quay của trục cụng tỏc: nct = 3

sbx

n

i =

131,392,5 =52,556vg/ph

3 Mô men xoắn trên các trục Ti = 9,55.106.

i i

N n

IV b¶ng tæng kÕt

PhÇn II : TÝNH TO¸N THIÕT KÕ CHI TIÕT M¸Y

I thiÕt kÕ Bé TRUYÒN B¸NH R¡NG cña HéP GI¶M TèC

A TÝnh thiÕt kÕ bé truyÒn cÊp nhanh (BÁNH RĂNG

I II III C«ng

t¸c Khíp =

1 i1 = 2,8 i2 = 3,9 ix =2,5C«ng suÊt:

P(kW) 13 12,935 12,48 12,049 11,65Sè

84609,075

244896,95

878754,09

2116932,4

Để thống nhất hoá vật liệu , chọn vật liệu hai cấp (cấpnhanh và cấp chậm) với chế độ làm việc êm, ta chọn vậtliệu:

Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192

Trong đú:u=1 là số ăn khơp của một răng khi bỏnh răng quay được một vũng

T= số năm ì số ngày trong năm ì số ca trong ngày ì số giơ làm việc

theo bảng 3-9 t43 TKCTM ta cú:

ứng suất uốn cho phép là:

để xác định ứng suất uốn cho phép ta lấy hệ số an toàn là n=1,5

và hệ số tập trung ứng suất ở chân răng Kσ =1,8 (vì giả thiết là phôi rèntôi cải thiện) giới hạn mỏi của thép 45 là :

xứng có thể tra trong sổ tay hoặc lấy gần đúng

K =1: hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc

Kσ =1,8: hệ số tập trung ứng suất ở chân răng

n :số vòng quay 1 phút của bánh bị dẫn (n2=n truc2)

i=2,8 tỉ số truyền của bánh răng cấp nhanh

7 Xác định hệ số tải trọng k và chiều dài nón L

Vì các bánh răng có độ rắn HB< 350 làm việc với hệ số tải trọng không đổi nên K tt=1 theo công thức K=K tt.K d

Với: K d hệ số tải trọng chọn theo cấp chính xác chế tạo

8 xác định mô đun,số răng, chiều rộng bánh răng

Mô đun m s được tính theo công thức (3-23) tr49 TKCTM

s

m =(0,02÷0.03)L=(0,02÷0,03).149=2,98 ÷ 4.47 (mm)

Như vậy ta chọn theo dãy ưu tiên trong bảng (3-1)t34TKCTM

Ta chọn mô đun pháp trên mặt mút lớn m s=4

* Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu tải trọng đột ngột.

Khi mở máy, hảm máy hoặc ngùng máy hoạt động là trường hợp máy chịutải trọng đột ngột theo công thức (3-41) tr53 TKCTM

[ ]

txqt tx K qt txqt

σ = σ ≤ σTrong đó K qt=M qt

m hệ số tải trọng

qt

M : mô men quá tải; m mô men xoắn danh nghĩa

ứng suất tiếp xúc định theo công thức (3-15)tr45 TKCTM

*Kiểm ngiệm sức bền uốn

Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng theo công thức(3-35)tr51 TKCTM

6 2

19,1.10 0,85 .

m mô đun pháp trên tiết diện trung bình của bánh răng nón

- Đối với bánh răng nón, răng thẳng theo công thức

1 cos

td

Z Z

ϕ

=Trong đó Z: là số răng của bánh răng

1

ϕ :góc mặt nón răng Với tgϕ 1= 1

1 cos

td

Z Z

2 2

1 cos

td

Z Z

ϕ

0,945

= = (răng)Với bánh nhỏ Z td1 = 25 răng tra bảnh 3-18 tr52 TKCTM

Với hệ số định dao là: ζ =-1=> hệ số dạng răng

1

Y= 0,353Với bánh lớn Z td2= 74 răng với ζ =-1

1 1 1

19,1.10 0,85 .

Vậy ta có

1

σ <[ ]σ 1=1972

[ ]

uqt uqt

σ ≤ σThỏa mản điều kiện để độ bền làm việc:

10 các thông số hình học của bộ truyền

γ

γ γ= = = = = °Góc đầu răng: 1 2 ar ar 4 1 34"

145

s

ctg ctg L

ht v

p = p tg cα ϕGóc ăn khớp 2 bánh α =20o=> 1923 20 0,945 664,9o

ht

p = tg = NLực dọc trục:

.sin

a v

p = p tgα ϕ =1923 20 0,3256 210tg o ≈ N

II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ THẲNG ( CẤP CHẬM)

1.Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:

Theo bảng (3-6) và (3-8) trang 39 TKCTM ta chọn vật liệu chế tạo bánhrăng nhỏ là thép 45 thường hóa

N u

A

b A

ψ = =0,4

5.Tính khoảng cách trục theo công thức 3-10 tr45 TKCTM

[ ]

6 2

bt A tx

N=N III=12,049 (kw) công suất bánh răng bị dẩn

n=n III =129,78 số vòng quay trong một phút của trục III

[ ]σ tx =442 ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn

2 6

+ + lấy Z1=27(răng)

Số răng bánh lớn: Z2 =i Z bt 1 = 3,9.25 94,5 = (răng) lấy z2=95 (răng)

Chiều rộng bánh răng b thỏa mản điều kiện:

19,1.10

u

K N

Y m Z n b

σ =Với bánh răng nhỏ số răng tương đương Z td =Z1 = 27răng

K=1,45 : Hệ số tải trọng; N= 12,48 : Công suất trục II

M=4: Modun pháp tuyến ; n= 486,67 (v/p) : Số vòng quay trục II

N=12,049: Công suất trục III

n= 131,79 (v/p) : Số vòng quay trên trục III

b= 98 : Chiều rộng bánh răng

19,1.10 1, 45.12, 049

19,7 0,88.4 95 131,39.98

[ ]

uqt uqt

σ ≤ σThỏa mản điều kiện để độ bền làm việc:

11 các thông số hình học của bộ truyền

(mm)Đường kớnh của đỉnh răng:

2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền

+ Theo bảng 5.4 tttkhdđck tập 1 ,với ux =2,5

⇒ Chọn số răng đĩa nhỏ : Z5 = 27 + Do đó số răng đĩa lớn là : Z6 = ux.Z5 = 2,5 27 = 67,5 ⇒ Chọn số răng đĩa lớn : Z6 = 68

Z6 < Zmax = 120 ⇒ thoả mãn điều kiện xích ăn khớp

kbt =1,3 (môi trờng làm việc có bụi , bôi trơn II );

kđ: hệ số tải trọng động kđ = 1 (tải trọng va đập vừa);

kc : hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền ; kc = 1 ⇒ k = 1 1 1 1,3 1 1,25 = 1,625

Nh vậy : Pt = 12,049 1,625 0,926 0,38 = 7 kW

Theo bảng 5.5 tttkhdđck tập 1 ,với n01=50 vg/ph , chọn bộtruyền xích một dãy có bớc xích p = 38,1 mm; dc= 11,12 mm; B = 35,46 mm ;

thoả mản điều kiện bền mòn: Pt < [P] = 11 kW đồng thời theo bảng 5.8

thoả mãn điều kiện bớc xích: p < pmax

+ Khoảng cách trục sơ bộ :

asơbộ = 31.496 p = 31,496 38,1 = 1120 mm

Theo công thức 5.12 số mắt xích :

38,1 2 4.3,14 1120 Lấy số mắt xích chẵn : xc = 112

+ Tính lại khoảng cách trục theo công thức 5.13:

+ Số lần va đập của xích theo công thức (5.14):

i = Z n5 5 =27.131,39=

2,115.x 15.112 < imax=30 (bảng 5.9)

3 Tính kiểm nghiệm xích về độ bền

Kiểm nghiệm về quá tải theo hệ số an toàn do (chịu tải trọng lớn khi mở máy và thờng chịu tải trọng va đập) Theo công thức (5.15) :

Hệ số tải trọng động: kđ = 1,7 do Tmm = 1,6.T1;

Vận tốc xích tải : v = Z p.n5 5

60000 = 2,25 m/s Lực vòng : Ft =1000P’/v = 1000.12,049/2,25 = 5355N

Lực căng do lực li tâm gây ra Fv = q.v2= 2,6 2,252 = 13N Lực căng do trọng lợng nhánh xích bị động gây ra :

F0 = 9,81.kf .q.a = 9,81 6 2,6 0,8 = 122,429 N

(hệ số độ võng: kf = 6 do bộ truyền nằm ngang)

d2 = (π 6) = ( ) =

824,97sin / Z sin 180/ 68 mm

Đờng kính đĩa xích:

da5 = p.[0,5 + cotg(π/Z5)] = 25,4.[ 0,5 + cotg(π/27)] = 345

mm

da6 = p.[0,5 + cotg(π/Z6)] = 25,4.[ 0,5 + cotg(π/68)] = 843mm

df5 = d3- 2r = 218,790 – 2 8,0297 = 202,731 mm

df6 = d4- 2r = 549,980 – 2 8,0297 = 533,921 mm

(với r = 0,5025.dl + 0,05 = 0,5025.15,88 + 0,05 = 8,0297

mm và dl =15,88 mm (bảng 5.2) các kích thớc còn lại tính theo bảng 13.4)

5 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

[σH ]_ ứng suất tiếp xúc cho phép

Chọn vật liệu là thép 45 , tôi cải thiện; ta đợc :

[σH]=600 Mpa

Lực va đập : Fvd = 13.10-7.n3.p3.m = 13.10

-7.131,39.38,13.1 = 9,4

Hệ số tải trọng động : Kđ = 1,7 (bảng5.6)

Hệ số kể đến ảnh hởng của số răng đĩa xích : Kr = 0,396 ( vì Z1 =27 )

Diện tích bản lề : A = 395 mm2 (bảng 5.12 với xích con lăn một dãy)

Môđun đàn hồi : E = 2,1.105 Mpa

⇒ σ =H 0,47 0,396.(5355.1,7 9,4).+ 2,1.105 =499,3

395.1,7 Mpa ⇒ σH < [σH] : vậy đảm bảo độ bền tiếp xúc

Tơng tự cho răng đĩa 2 với cùng vật liệu và nhiệt luyện

6 Các thông số bộ truyền xích

Khoảng cách : a = 800 mm ;

Bớc xích : p = 38,1 mm ;

Số răng : Z5 = 27 răng ; Z6 = 68 răng ;

Số mắt xích : xc = 112

7 Lực tác dụng lên trục

Theo công thức (5.20): Fr = kx.Ft = 1,15 5355 = 6158 N (kx= 1,15 - do bộ truyền nằm ngang );

III.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC, CHỌN THEN , KHỚP NỐI

A Chọn và kiểm tra khớp nối

1 Chọn khớp nối

Vì mômen xoắn nhỏ T1=84609.075 N.mm và cần bù sailệch trục nên cần sử dụng loại nối trục vòng đàn hồi (có khảnăng bù sai lệch, giảm va đập, chấn động, cấu tạo đơngiản)

• Chiều dài toàn bộ cỏc vũng: 28.

Chọn vật liệu: Nối trục:Gang xỏm GX 30-45

Chốt : Thộp 45 thường húa

Vũng đàn hồi : Cao su

Ứng suất dập cho phộp của vũng bằng cao su: [ ] σ =d 2 N/mm 2

Ứng suất uốn cho phộp của chốt: [ ]u 61 σ = N/mm 2

2 Kiểm tra độ bền của vòng đàn hồi

+ Điều kiện về sức bền dập của vòng đàn hồi :

σ =d ≤ σd

0 c c

2.k.T

[ ]Z.D d l

Với : dc=13; lc =30; Do=82; Z = 4; k = 1,3;

2.1,3.84609,075 = =1,7 N/mm [ ] = (2 4) N/mm

Vậy vòng đàn hồi thỏa mãn sức bền dập

+ Điều kiện sức bền của chốt :

l0 = l1+ l2/2 = 20 + 10/2 = 25 mm ;

⇒ σ =u 1,25.84609,075.303 ≤ σ[ ]d

0,1.4.13 82 N/mm2 ≤ σ[ ]u = (60ữ80)N/mm2

Vậy chốt đủ điều kiện làm việc

2.t

F D

t

F :Lực vũng tỏc dụng lờn khớp nối

B.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

Trục là chi tiết dùng để các chi tiết máy quay hoặc truyền chuyểnđộng và mô men tư các chi tiết lắp trên trục tới các chi tiết khác hoắc đảmbảo 2 nhiệm vụ nói trên

1 Chọn vật liệu chế tạo trục.

Trục thường làm bằng thép các bon hay thép hợp kim, đối với trục củanhững máy không quan trọng không yêu cầu hạn chế kích thước có thể dùngthép 45 hoặc thép 40x có nhiệt luyện trường hợp dùng trục hoặc ổ trượtquanh trục nên làm bằng thép 20 hoặc thép 20x ngõng trục thấm than rồi tôi

để tăng tính chống mài mòn ta chọn vật liệu là thép 45 thường hóa theo bảng3-8tr40 TKCTM

Áp dụng công thức 7-2 tr114TKCTM

Ta có: d C 3 N

n

≥ (mm)Trong đó: d là đường kính trục

N Công suất bộ truyền (KW)

n Số vòng quay trong một phút của trục

C Là hệ số tính toán phụ thuộc vào ứng suất [ ]τ =x ( /N mm2 )

Theo trang 115 TKCTM ta có đối với vật liệu trục là thép 35,40,45,CT5,CT6 khi tính đường kính vào đầu trục của hộp giảm tốc và trục truyềnchung có thể lấy [ ]τ =x 20 30( / ÷ N mm2 ) hoặc C= 130-110

Ta chọn C=120

a Tính trục I với N1 = 12,935(KW) n=1460 (v/p), C=120

3 N

3 N

Trị số đường kính chổ lắp ổ lăn cần lấy tăng thêm cho con số hàng đơn vị là

số 0 hoặc số 5 giúp tiện cho việc chọn ổ bi (TCVN 1489-74)là một trong cáckích thước quyết định chiều dài trục nhằm phục vụ cho việc tính gần đúng.Tra bảng 14p-trang 339, TKCTM Ta chọn chiều rộng ổ bi B:

Pa2

Pr2 P2 Pa1

Pr3 Fr

130

Fx1 = Fx2 = 1923 N Fx3= Fx4 = 1714,3N

Fy1 = Fy2 = 664,9 N Fz3= Fz4 = 624N

Chiều dài may ơ bánh răng trụ lớn lm33 = (1,2…1,5).d3 = 75 mm

Chiều dài mayơ đĩa xích lm32 = lm34

2 974,9( )60

=> 1 ( ) r.

BX

p m n x R

Tính mô men ở những tiết diện nguy hiểm

Tiết diện (a-a)

2 2 ( )

td

M d

σ

= (mm) với M td = M u2 + 0,75.M x2Trong đó: M td là mô men tương đương

[ ]σ là ứng suất cho phép (N/mm2) theo bảng 7-2 TKCTM ta chọn [ ]σ = 55(N/mm2)

• tiết diện tại mặt cắt a-a

2 0,75 2

td u x

M = M + M = 83817,3 2 + 0,75.84609,075 2 = 111329,97 NĐường kính trục: 3 [ ] 3

• ở tiết diện c-c

2 0,75 2

td u x

M = M + M = 45717 2 + 0,75.84609,075 2 =86365,9N

Tính phản lực tác dụng lên gối đỡ trục- giả thiết lực có chiều như hìnhvẽ.

Pr3 Pa2

P2 Pr2

P3

PDx PDy

RCy

RCy

C

D m

m

n n

2 2. 3.( ) ( ) 0 2

tb a

≥ (mm) với M td = M u2 + 0,75.M x2

- Trong đó: M td là mô men tương đương

- [ ]σ là ứng suất cho phép (N/mm2) theo bảng 7-2 TKCTM ta chọn

Biểu đồ momen của trục II:

Pr3 Pa2

P2 Pr2

P3

PDx

PDy D m

Rcy

C RCy

=(81,1+54+80,1)+0,5.(140+31)+15+15=330,5 mm

4 4

Biểu diễn momen của trục III:

- 3 [ ]

0,1.

td

M d

σ

≥ (mm) với M td = M u2 + 0,75.M x2

- Trong đó: M td là mô men tương đương

- [ ]σ là ứng suất cho phép (N/mm2) theo bảng 7-2 TKCTM ta chọn