Đồ Án Chi Tiết Máy, Hộp Giảm Tốc Trục Vít Bánh Răng

Công việc thiết kế hộp giảm tốc giúp chúng ta hiểu kỹ hơn và có cái nhìn cụ thể hơn về cấu tạo cũng như chức năng của các chi tiết cơ bản như bánh răng ,ổ lăn,… Thêm vào đó trong quá trì

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

LỜI NĨI ĐẦU

Trong cuộc sống chúng ta có thể bắt gặp những hệ thống truyền động

ở khắp nơi và có thể nói nó đóng vai trò nhất định trong cuộc sống cũng như trong sản xuất Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì có thể nói hộp giảm tốc là một bộ phận không thểthiếu.

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn Nguyên Lý Máy, Chi Tiết Máy, Vẽ Kỹ thuật Cơ khí,… và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế

cơ khí Công việc thiết kế hộp giảm tốc giúp chúng ta hiểu kỹ hơn và có cái nhìn cụ thể hơn về cấu tạo cũng như chức năng của các chi tiết cơ bản như bánh răng ,ổ lăn,… Thêm vào đó trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽhình chiếu với công cụ AutoCad, điều rất cần thiết với một kỹ sư cơ khí.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Hồi Sơn và các bạn trong khoa cơ khí đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.

Với kiến thức còn hạn hẹp, do đó thiếu xót là điều không thể tránh khỏi, em mong nhận được ý kiến từ thầy cô và bạn bè để đồ án này được hoàn thiện hơn.

PHẦN I: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 5

1 Tính chọn động cơ điện 6

2 Phân phối tỉ số truyền 6

3 Tính toán các thông số trên các trục 7

PHẦN II: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG 9

1 Thiết kế bộ truyền cấp nhanh trục vít – bánh vít 9

a Chọn vật liệu chế tạo. 9

b Kiểm nghiệm bền 11

2 Thiết kế bộ truyền cấp nhanh: bộ truyền răng trụ răng thẳng 14 a Kiểm nghiệm răng về độ bền 17

Phần III: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ NỐI 19

1 Thiết kế trục 19

a Chọn vật liệu chế tạo các trục 19

b Thiết kế trục 19

c Xác định sơ bộ đường kính trục 19

d Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 21

e Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục 25

f Tính kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi 31

2 Tính chọn mối ghép then 26

a Tính then trục I 26

b Tính then trục II 28

c Tính then trục III 30

3 Tính chọn ổ lăn. 34

a Tính chọn ổ lăn trên trục I 34

b Tính chọn ổ lăn trên trục I I 36

c Tính chọn ổ lăn trên trục II I 38

PHẦN IV: CẤU TẠO VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ, BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ LẮP TRONG HỘP. 40

1 Thiết kế các kích thước của vỏ hộp 40

a Chiều dày 41

b Gân tăng cứng 41

c Đường kính 41

d Mặt bích ghép nắp và thân 41

e Kích thước gối trục 41

f Mặt đế hộp 41

g Khe hở giữa các chi tiết 41

h Số lượng bulông nền 41

2 Các thông số của một số chi tiết phụ khác 42

a Nắp quan sát 42

b Nút tháo dầu 43

c Nút thông hơi 43

d Bu lông vòng 44

e Chốt định vị 44

f Que thăm dầu 44

3 Bôi trơn hộp giảm tốc 45

4 Chế độ lắp trong hộp 45

PHẦN V Dung sai kích thước trục 47

PHẦN V I Tài Liệu tham khảo 49

PHẦN I:TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

1 Tính chọn động cơ điện

- Chọn kiểu loại động cơ

Để chọn động cơ ta tiến hành các bước sau:

- Tính công suất cần thiết của động cơ

- Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ

- Dựa vào công suất và số vòng quay đồng bộ, kết hợp với các yêu cầu về quá tải, momen ở đáy và phương pháp lắp đặt động cơ để chọn kích thước động cơ phù hợp với yêu cầu thiết kế

- Tính chọn công suất động cơ

Từ công thức 2.11 trang 20 sách (I) ta có:

Công suất làm việc của động cơ:

t t



Với: P1: là công suất động làm việc trong 4h đầu tiên

P2 = 0,5P1 : là công suất động làm việc trong 4h tiếp theo

t1 = 4h : là thời gian làm việc lúc đầu

t2 = 4h : là thời gian làm việc tiếp theo

F: là lực vòng trên băng tải (N)

V: là vận tốc của băng tải (m/s)

Vậy công suất làm việc của động cơ là :

Trong đó:

Pt Công suất làm việc của động cơ

η Hiệu suất bộ truyền

Hiệu suất bộ truyền được xác định theo công thức

ηch= ηk2.ηtv.ηx.ηol3 .ηbr

Tra bảng 2.3 trang 19 sách (I) ta chọn hiệu suất các loại bộ truyền và hiệu suất như sau:

ch: Hiệu suất chung của bộ truyền

: η x=0,90: Hiệu suất bộ truyền xích

  : Hiệu suất của cặp ổ lăn

br 0,97 Hiệu suất của bánh răng cấp chậm

 tv 0,82 Hiệu suất của bộ truyền trục vít cấp nhanh

Tra bảng 2.4 trng 21 sách (I), ta chọn tỉ số truyền i sơ bộ

u  x 2 tỉ số bộ truyền xích bên ngoài hộp giảm tốc

u  h 70tỉ số bộ truyền của hộp giảm tốc

 u ch 2 70 140

Số vòng quay sơ bộ của trục công tác

- Tính số vòng quay của trục công tác được xác định theo công thức 2-16 trang 21 sách (I)

60000 60000 0,12

7,16( / ) 320

Công suất: Pđc = 1,1 kW

Số vòng quay: nđc = 920 vòng/phútHiệu suất: η = 74 %

Momen khởi động 2,0

k dn

- Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ

Kiểm tra điều kiện mở máy

2,0

k dn

T  M  T  (Vậy điều kiện quá tải được đảm bảo)

2.Phân phối tỉ số truyền

Với động cơ đã chọn ta có: ndc = 920 vòng/ph ; Pdc = 1,1 KW

Theo công thức tính tỉ số truyền ta tính chính xác tỉ số truyền

920

128, 4 7,16

dc ch

lv

n u

u tv: là tỉ số truyền của bộ truyền trục vít cấp nhanh

u bc: la tỉ số truyền của bộ truyền bánh rang trụ cấp chậm

Chọn u  x 2

Từ (**)

128, 4

64, 2 2

Mà ta có u  h 70  u1  20

Ta lại có công thức: 1 2 2 1

70 3,5 20

h h

920 920 1

k

n n u

(vòng/phút)Momen xoắn trên trục động cơ bằng momen xoắn trên trục

ct dc

P T

n

(Nmm)

920 46 20

tv

n n u

(vòng/phút)Momen xoắn trên trục 2 là:

2 2

2

9,55 10 9,55 10 0,76

159520,1 46

P T

46 13,14 3,5

br

n n u

(vòng/phút)Momen xoắn trên trục 3 là:

6 6 3

3

3

9,55 10 9,55 10 0,73

536155 13,14

P T

n

(Nmm)Trục thứ 4

Công suất động cơ trên trục 4 là:

4 3 x ol 0,73 0,9 0,99 0, 65

P P        (KW)

Số vòng quay trên trục 4 là:

3 4

13,14

6,57 2

x

n n u

(vòng/phút)Momen xoắn trên trục 4 là:

4 4

4

9,55 10 9,55 10 0,65

955428, 2 6,57

P T

PHẦN II: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG

1) Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít ( cấp nhanh).

a) Chọn vật liệu

Tính sơ bộ vận tốc trượt theo công thức (7.1) sách (I)

v sb=4,5×10 −5 ×n1×√3T2 =4,5×10 −5 × 920×√3159520,1=2,24(m/s)

Với v sb 5( / )m s ta dùng đồng thanh không thiếc và đồng thau có giới hạn

bền kéo > 300MPa cụ thể là dùng ƂpAЖ Ж 9-4 (dùng khuôn cát )để chế

tạo bánh vít Chọn vật liệu làm trục vít là thép 45 tôi bề mặt có độ cứngHRC = 45÷50 HRC

b) Theo bảng (7.1/146) cơ tính vật liệu để chế tạo bánh vít

- Với bánh vít bằng đồng thanh nhôm sắt ƂpAЖ Ж 9-4 dùng khuôn

cát ta có:  b 400MPa ; ch  bu 200MPa

Theo bảng (7.2/148) ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh vít

bằng đồng thanh không thiếc và gang Với loại vật liệu ƂpAЖ Ж 9-4 và thép 45 tôi bề mặt ta có được H =210 MPa Và với

bộ truyền làm việc một chiều ta có:

+ ứng suất uốn cho phép: (trang 149)

Fo 0, 25b0,08ch 0, 25 400 0,08 200 116    MPa

+ ứng suất uốn cho phép khi quá tải là:

Theo công thức (7.14/149) Đối với bánh vít bằng đồng thanh khôngthiếc

+Dựa vào tỉ số truyền ta chọn được số mối ren z1của trục vít:

Do đó x thỏa mãn điều kiện 0,7 x 0,7(để tránh cắt chân răng

Theo công thức (7.20/151) sách (I) Vận tốc trượt v sđược tính :

1 1

60000cos

w s

Với v s=2,44 m/s Dựa theo bảng (7.6/153) sách (I) ta chọn cấp

e) Kiểm nghiệm độ bền uốn

- Chiều dày bánh vít bảng (7.9) sách (I)

Do đó số răng tương đương :

2

3 3

40

41,5 cos cos 9, 09

v

z z

Từ công thức (7.32) sách (I) diện tích tỏa nhiệ cần thiết của vỏ

P A

+ Với v s 2, 44( / )m s theo bảng (7.4/152) sách (I) tra được góc

ma sát  1,86do đó theo công thức (7.23) sách (I)

0,95 tan 9,09 0,95 tan

0,78 tan tan 9,09 1,86

w w

1) Thiết kế bộ truyền bánh rang trụ rang thẳng ( cấp chậm ).

a) Chọn vật liệu chế tạo bánh rang trụ thẳng

- Do hộp giảm tốc ta đang thiết kế có công suất trung bình nhỏ nên

ta chọn vật liệu nhóm I có độ rắn HB < 350 để chế tạo bánh răng

- Đồng thời để tang khả năng chạy mòn của răng ta nên nhiệt luyện bánh răng lớn đạt độ rắng thấp hơn độ rắn bánh răng nhỏ

Dựa vào bảng (6.1) sách (I) ta chọn :

Cặp bánh răng trụ là:

- Bánh nhỏ: Chọn thép 40X tôi cải thiện

+ giới hạn bền kéo: b1  850MPa

+ giới hạn chảy : ch1  550MPa.

+ độ rắn : 230 260 

- Bánh lớn : Chọn thép 40 tôi cải thiện

+ giới hạn bền kéo : b2  700MPa

+ giới hạn chảy : ch2  400MPa

+ độ rắn : 192 228 

b) Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép H .

Dựa theo bảng (6.2) sách (I) với thép 40 tôi cải thiện đạt độ rắn (tr94)

Theo công thức (6.5) sách (I)

NHO : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc.

>N Ho2do đó K HL2  1

 N HE1 N HO1 do đó K HL11

Như vậy theo công thức (6.1a) sách (I), ứng suất sơ bộ ta xác định được: (tr 91)



[ ]1 560 1 509,1

1,1

H

MPa [ ]2 490 1 445,4

1,1

H

MPaVậy với cấp chậm ta dung trụ răng thẳng và tính ra được N HE

đều, lớn hơn N HOnên 1

MPa [ 2] 378 1 1 216

1,75

F

MPaỨng Suất quá tải cho phép :

- Dựa theo công thức (6.13) và (6.14) (tr95-96)

+Với bánh răng tôi cải thiện ta có ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải là :

Trong Đó : Dựa theo bảng (6.6) sách (I) ta chọn y = ba 0,4, với

răng thẳng K a =49,5(từ bảng 6.5) theo công thức (6.16) sách

y k

z



Theo bảng (6.10a/101) (I) tra được k  x 0,71 do đó theo CT(6.24) (I)

t tw

w

z m a



  tw 23,07

e) Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

- Theo công thức (6.33) sách (I)

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thỏa

mãn điều kiện sau :

1 2

Theo công thức (6.34) sách (I)

zH= √ 2cos βb/sin2αtw= √ sin2(23 ,07) 2cos0 =1,66

 b: là góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

tanb costtan cos 200tan 00 00

 Với   là hệ số trùng khớp dọc

sin 76 sin 0

0 2,5

w

b m

84 116

33

w w

m

a d

u





Theo công thức (6.40) sách ( I ) tìm vận tốc vòng để tra

Đối với bánh trăng thẳng K Hα=1

+ K HV : là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

a

d  mm, K xH 1 do đó theo (6.1) và (6.1a) (I) H  Hz z K v R xH 445, 4 1 0,9 1 400,86    MPaNhư vậy H H nhưng chênh lệch này nhỏ do đó có thể giảm chiều rộng răng :

f) Các thông số và kích thước bộ truyền (bảng 6.11/104)

Góc profin răng  t 20

PHẦN III: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ NỐI

I Tính Thiết Kế Trục :

1) Chọn vật liệu

- Vật liệu làm trục phải có độ bền cao ít nhạy với tập trung ứng suất

có thể nhiệt luyện được và dễ gia công và thép hợp kim là những vật liệu chủ yếu để chế tạo trục Vì hộp giảm tốc ta đang thiết kế chịu tải trọng nhỏ trung bình, bộ truyền làm việc 2 chiều và làm việc trong thời gian 5 năm nên ta chọn thép 40X tôi cải thiện có giới hạn  b 850Mpa, ch 550Mpa Ứng suất xoắn cho phép là :

i

T d





(mm)Trong đó: T i là momen xoắn (Nmm)  i là ứng suất cho phép (Mpa)

 Trục I: là trục vào của hộp giảm tốc nên ta chọn

   1 15Mpa và T1 9924,3Nmm

d sb 0,2 15 14,9mm

3 , 9924

160

1 , 159520

2 2

2

2 2

d2: là đường kính vòng chia bánh vít (mm)

N F

F

F a  T  a  tan w  1994  tan( 9 , 09 )  319

F r F r F a tan 1994 tan( 20 ) 725 , 7N

1 2

Các lực ăn khớp bánh răng :

T F F

w t

84

1 , 159520 2

2

1

2 3

36 , 58 ( 8 , 291 ).

3 , 0

2 , 0 ( ) 3 , 0

2 , 0

D

T F

Với D t là đường kính vòng tròn qua tâm các chốt

T: momen xoắn trên trục

c) Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

- Từ đường kính sơ bộ thei bảng (10.2) (I) ta chọn sơ bộ chiều rộng

- Theo bảng (10.3) (I) Ta chọn các khoảng cách :

+ k 1 15 Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

+ k 2 10 Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp + k 3 16 Khỏang cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ

+ h  n 18Chiều cao nắp ổ và đầu bu lông

 Xác định chiều dài các gối các đoạn trục trên trục

Chiều dài may ơ nửa khớp nối

50 28 20 ) 5 , 2

4 , 1 ( ) 5 , 2

4 , 1

11 (0,9 1) aM2 (0,9 1)174 156,6 174

Chọn l11  160(mm)Với d aM2 là đường kính ngoài bánh vít

11 13

160 80( )

l

Hình 2: Sơ đồ tính khoảng cách Trục I

Chiều dài may ơ bánh vít

Chọn l33  75(mm)

31 m22 m33 03 3 1 2 2 60 70 25 3 12 2 15 221( )

l l l b  k  k         mm

Chọn l31  225(mm)

Hình 4: Sơ đồ tính khoảng cách trục III

a) Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục:

 Tính chọn trục I:

Xác định lực tác dụng lên các ổ trên trục :Lấy momen đối với các tiết diện gối đỡ 0 và 1

R

58056

) 80 160 ( 3 , 51 80

) (12 13 10 13 11 11 13

59258 1

3

,

51

2

1 13 1 11

l R l F l

F

74230

160 271 80 319

138080

Chọn kiểu lắp ghép :

Tiết diện 12 : lắp khớp kiểu lắp k6 kết hợp lắp then

Tiết diện 13 : là phần cắt chân ren trục vít

Tiết diện 10 và 11: lắp ổ lăn

Chọn then và kiểm nghiệm then :

Chọn then bằng đầu tròn có các thông số và giá trị ứng suất d và

c

 ghi trong bảng sau :

0,5 319 160 1604,3 187 111 725, 7 187

928 (187 63)

y



349623

37,36 0,1 0,1.67

   

3 23

436096

40, 2 0,1 0,1.67

Tiết diện 23 : lắp bánh răng kiểu lắp k6 kết hợp lắp then

Chọn then và kiểm nghiệm then

Chọn then bằng đầu tròn có các thông số và giá trị ứng suất d và

r y

31

3798.62

1201, 4 196

t x

464338

41,07 0,1 0,1.67

   

3 33

487611, 4

41,75 0,1 0,1.67

40( )

d d  mm

Chọn kiểu lắp ghép : Tiết diện 32: lắp khớp , kiểu lắp k6 kết hợp lắp then Tiết diện 30 và 31 : lắp ổ lăn

Tiết diện 33 : lắp bánh răng kiểu lắp k6 kết hợp lắp then Chọn the và kiểm nghiệm then :

Chọn loại then đầu bằng tròn có các thông số

b) Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

Dựa vào biểu đồ momen trên các trục ta thầy trục III là trục nguyhiểm nhất  ta tiến hành kiểm nghiệm cho trục III

Với vật liệu là thép 45 ta có : 1 216, 6Mpa ; 1 151,7Mpa

Tra bảng (10.7) (I) ,ta có hệ số kể đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi :    0,05 ;    0

 Đối với hộp giảm tốc các trục đều quay thì ứng suất thay đổitheo chu kỳ đối xứng do đó ta có :

+ Tiết diện 30 , 31 : lắp ổ lăn

+ Tiết diện 32 : lắp bánh răng

Tra bảng (10.6) (I) công thức tính momen cản uốn và momen cản xoắn đối với trục :

+ Có tiết diện tròn :

3

32

j j

   K 2,06

41, 75(N/ mm ) 9129

II Tính chọn ổ lăn :

Xác định tổng các lực tác dụng lên các ổ trên các trục :Theo công thức :

a) Số liệu thiết kế :

1 920( / )

n  v p

Đường kính ngõng trục: d10 d11  35(mm)Phản lực tổng tại các ổ : R10  675,5( )N

nở nhiệt theo phương dọc trục , tại gối đỡ 0 ta chọn 2 gối ổ

đỡ chặn lắp theo sơ đồ chữ O còn trên gối đỡ 1 ta dùng ổ tùyđộng là ổ bi đỡ 1 dãy

 Sơ đồ bố trí ổ :

 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ :

Chỉ có các ổ cố định ở gối đỡ 1 tiếp nhận tải trọng dọc trục

1

F

 Chọn ổ đũa côn ở gối đỡ 0, ổ bi đỡ tại gối 1 Chọn ổ tại gối 0 : đường kính ngõng trục d10  35(mm)Tra bảng P2.11(I) ta chọn ổ đỡ côn cỡ nhẹ, kí hiệu 7207 với các thông số :

Khả năng tải tĩnh : 0

C  26,3(KN)Chọn ổ tại gối 1:

 Ổ làm việc đảm bảo khả năng tải động

 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh :

b) Tính toán :

 Chọn loại ổ và cỡ ổ :

Do vận tốc trục quay thấp tải trọng tác dụng lên các ổ tương đối lớn, để cố định chính xác vị trí trục và bánh vít ta chọn loại ổ đũa côn lắp theo theo sơ đồ chữ O Với đường kính ngõng trục d20 d21  35(mm) tra bảng P2.11 (I) , ta chọn loại

ổ đũa côn cỡ trung nhẹ kí hiệu 7207 có các thông số :

35( )

d  mm ; D72(mm)

Góc  13,83

Khả năng tải động : C 35, 2(KN)Khả năng tải tĩnh : C 0  26,3(KN)

 Sơ đồ bố trí ổ :

 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ :

Áp dụng công thức tính tải trọng quy ước :