Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải thiết kế hộp giảm tốc bánh răng hai cấp côn trụ

Đề tài :”Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải “.Mà cụ thế là thiết kế hộp giảm tốc bánh răng hai cấp côn trụ .Với hộp giảm tóc này bộ truyền sẽ làm việc êm ,truyền được công suất nhỏ vì khả năng tải bé.Nhưng nó có thể truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc với nhau.Nói đến hộp giảm tốc thì ta có thể thấy ngay vai trò quan trọng của nó trong các hệ thống máy móc.Vì bộ phận công tác bao giờ cũng có vận tốc nhỏ hơn nhiều so với động cơ.Do đó , để cho hệ thống làm việc tốt thì không thể thiếu hộp giảm tốc.Đồng thời với một số loại hộp giảm tốc có thể điều chỉnh vận tốc vô cấp nên đáp ứng được hệ thống có vận tốc làm việc thay đổi thường xuyên .

MỤC LỤC Trang

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN I: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 4

1.Chọn động cơ 4

2.Phân phối tỉ số truyền 5

3.Công suất và số vòng quay trên các trục 5

PHẦN II THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 6

I.Thiết kế bộ truyền đai 6

1.Chọn loại đai 6

2.Khoảng cách trục a 7

3.Chiều dài đai 7

4.Xác định số đai cần thiết 7

5.Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 8

II Thiết kế bộ truyền bánh răng 8

1.chọn vật liệu và chế độ nhiệt luyện 8

2.Tính cặp bánh răng trụ răng nghiêng 10

a)xác định khoảng cách trục 10

b) xác định môđun 10

c)Các thông số của bộ truyền bánh răng nghiêng 14

3.Tính cặp bánh răng côn 14

a) Bánh chủ động 14

b) Xác định môđun 15

c) Xác định số răng và góc côn chia 16

d) Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 17

e) Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 17

f) Các thông số của bộ truyền bánh răng côn 18

4.Kiểm tra điều kiện bôi trơn của răng 19

PHẦN III.TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRỤC 20

1 Chọn vật liệu 20

2 Tính sơ bộ đường kính trục 20

3 Tính trục 21

a) Trục 1 21

b) Trục 2 23

c) Trục 3 26

4 Kiểm nghiệm độ bền mỏi 30

a) Trục 1 30

b) Trục 2 31

c) Trục 3 33

5.Kiểm nghiệm độ bền tĩnh 34

a) Trục 1 34

b) Trục 2 35

c) Trục 3 35

PHẦN IV.TÍNH VÀ CHỌN THEN 36

1 Tính then cho trục 1 36

2 Tính then cho trục 2 36

3 Tính then cho trục 3 37

PHẦN V.TÍNH VÀ CHỌN Ổ LĂN 38

1 Chọn ổ lăn 38

2 Tính ổ lăn cho trục 1 38

3 Tính ổ lăn cho trục 2 39

4 Tính ổ lăn cho trục 3 40

PHẦN VI CẤU TẠO VỎ HỘP 42

PHẦN VII BÔI TRƠN TRONG HỘP GIẢM TỐC 43

PHẦN VIII CHỌN DUNG SAI LẮP GHÉP 44

PHẦN IX CÁC CHI TIẾT TIÊU CHUẨN 46

PHẦN X TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

LỜI NÓI ĐẦU

Trong trường ĐH Bách Khoa tp HCM.Sau khi học xong phần lý

thuyết, sinh viên sẽ bắt tay vào giai đoạn thực hành.Lúc này sinh viên sẽ bắt tay vào làm các đồ án môn học.Đối với môn Chi tiết máy cũng

vậy Sinh viên sẽ làm đồ án “Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí “.Đây làbước quan trọng để sinh viên hiểu kỹ hơn lý thuyết và là tiền đề quan trọnghay bước ngoặc để sinh viên có thể thiết kế một hệ thống hoàn chỉnh

Đề tài :”Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải “.Mà cụ thế là thiết kế hộp giảm tốc bánh răng hai cấp côn trụ Với hộp giảm tóc này bộ truyền sẽ làm việc êm ,truyền được công suất nhỏ vì khả năng tải bé.Nhưng nó có thể truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc với nhau.Nói đến hộp giảm tốc thì ta có thể thấy ngay vai trò quan trọng của nó trong các hệ thống máy móc.Vì bộ phận công tác bao giờ cũng có vận tốc nhỏ hơn nhiều so với động cơ.Do đó , để cho hệ thống làm việc tốt thì không thể thiếu hộp giảm tốc.Đồng thời với một số loại hộp giảm tốc có thể điều chỉnh vận tốc vô cấp nên đáp ứng được hệ thống có vận tốc làm việc thay đổi thường xuyên

Khi đi vào tính toán ,sinh viên sẽ phải làm việc nghiêm túc ,vận dụng tất cả lý thuyết đã được học ở các môn đại cương hay cơ sở vào công việc tính toán thiết kế

Tp.Hồ Chí Minh ngày

Số liệu thiết kế:

Lực vòng trên băng tải,F(N) = 8000Vận tốc băng tải, v (m/s) = 0,9 Đường kính tang dẫn, D = 500 mmThời gian phục vụ, L(năm) = 336000 giờ

Quay một chiều làm việc hai ca tải va đập nhẹ

(một năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 2 giờ)

PHẦN I.CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1000

.V F

2 , 7 1000

9 , 0 8000

Mặt khác ta có :

2

1 2

1

P

P T

t

t P

P 1 2.

34 9 , 0 30

) ( 43 , 8 854 , 0

2 , 7

854 , 0

(Công suất động cơ tính theo Pmax)

Chọn tỉ số truyền sơ bộ

usb= unsb.uh =2,5.20 = 50

Số vòng quay của tang:

500 14 , 3

9 , 0 60000

60000

ph v D

ct đc

n n

P P

Tra phụ lục trong sách:”Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí” ta chọn được động cơ :

4A132M4Y3

2.Phân phối tỉ số truyền:

Ta phân phối tỉ số truyền theo điều kiện bôi trơn ngâm dầu

 

02 2

1

25 , 2

K K K

K

be be

bd k

8 11 3 , 0 3 0 1

1 , 1 25 , 2

3 3

, 34

1458



U c = ung.uh =3.uh =42,39

13 , 14 3

39 , 42

u

u u

8 , 3

13 , 14

1 2 2

u

u u u

Trong đó :u1 là tỉ số truyền cấp nhanh

u2 là tỉ số truyền cấp chậm

3.Công suất trên các trục và số vòng quay trên các trục

Công suất làm việc trên tang

Plv =P1 =7,2 kW

Công suất trên trục 3

1 09 , 0

237 , 7

ol lv

273 , 7

br ol

9 , 127

) / ( 9 , 127 8 , 3 486

) / ( 486 3

1458

2

2 3 1

1 2 1

ph v u

n n

ph v u

n n

ph v u

n n đ đc

928 , 7 10 55 , 9 10 55 , 9

) ( 2 , 562621 9

, 127

535 , 7 10 55 , 9

10 55 , 9

) ( 2019020 4

, 34

2727 , 7 10 55 , 9

10 55 , 9

6

1 1 6 1

6

2 2 6 2

6

3 3 6 3

mm N n

P T

mm N n

P T

mm N n

P T

Bảng phân phối tỉ số truyền:

Vận tốc quay của bánh đai nhỏ

60000

1458 200 60000

. 1 1

s m n

(hình 4.1 trang 59)-Đường kính bánh đai lớn:

) ( 600 200 3 1

5 , 453

) 600 200 (

2 600 5 , 13 ) 600 200 ( 55 , 0

) (

2 )

( 55 ,

Thõa mãn yêu cầu

3.Tính chiều dài đai

600 4

200 600 2

) 600 200 ( 600 2 4

2

) (

2

2 2

1 2 2

a

d d d d a

-Chọn theo tiêu chuẩn l=2650 mm

Tính lại khoảng cách trục a

a =    2  8  2/ 4  603 (mm)

với

200 2

200 600 2

1393 2

) 600 200 ( 2650 2

) (

1 2

2 1

d d

268 , 15

i l

yêu cầu

4.Xác định số đai:

 O u z

đ

C C C C P

K P z

.

180 200 61 , 4 53 , 5

Ta chọn Z = 3 đaiChiều rộng bánh đai

B =(z-1)t +2e =2.19 +2.12,5 =63 (mm)

Ta chọn chiều rộng bánh đai là 65 mm

Đường kính ngoài của bánh đai nhỏ

K P



.

780 1



FV =qm.V2 =0,178.15,2682 =41,5(N)

) ( 6 , 249 5 , 41 3 9 , 0 268 , 15

1 11 780

II.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

1.Chọn vật liệu và chế độ nhiệt luyện

MPa HB

MPa HB

F

H

468 260 8 , 1 8 , 1 ,

590 70 260 2 70 2

1 lim

1 lim

MPa HB

F

H

414 230 8 , 1 8

, 1 ,

530 70 230 2 70 2

2 lim

2 lim

, 2 4

, 2 2

7 4

, 2 4

, 2 1

4 , 2

10 39 , 1 230 30

30

10 87 , 1 260 30

30

30

HB N

HB N

HO HO

HO

(chu kỳ)

) ( 17850 33600

34 30 34

) ( 15750 33600

34 30 30

2

1

h t

h t

3 2

7 3

3 1

3

10 9 , 5 ) 17850 9 , 0 15750 1

(

395 , 34 1 60

10 7 , 20 ) 17850 9 , 0 15750 1 ( 247 , 120 1 60

max /

60

N N

ti ni T

Ti C N

(chu kỳ)

Với C là số lần ăn khớp trong một lần quay : C=1

ni :số vòng quay của bánh đang xét

Thời gian làm việc tổng cộng : T =7.300.2.8 =33600 giờ

ti thời gian làm việc trong từng chế độ tải

) ( 17850 33600

34 30 34

) ( 15750 33600

34 30 30

2

1

h t

h t

`) ( 10 2 , 5 ) 17850 9 , 0 15750 1 (

395 , 34 1 60

) 6 (

max /

60

7 7

2 1

7 6

6 2

ky chu u

N N

ky chu N

mf

ti ni T

Ti C N

FE FE

FE

mf FE

1 1 590

S

K

K .

2 lim

.

2 2

lim 2

1 1

lim 1

MPa S

K K

MPa S

K K

F FL FC F

F

F FL FC F

Đối với bánh răng trụ răng nghiêng thì ứng suất tiếp xúc cho phép

là trung bình cộng của hai ứng suất tiếp xúc cho phép của hai bánh răng:

2

8 , 482 36 , 536 2

Đối với bánh răngcôn thì H phải nhỏ hơn Hmin

2.Tính toán cặp bánh răng trụ răng nghiêng

a.Khoảng cách trục:

 

 

3 2

1

.

1

ba H

H w

u

K T u

Ka a

-Dấu cộng trong biểu thức là do bánh răng ăn khớp ngoài

Ka =43 :hệ số phụ thuuộc vào vật liệu răng của răng và loại răng bảng 6.5 trang 96

75 , 0 ) 1 72 , 3 ( 3 , 0 53 , 0 ) 1 ( 53 , 0

3 , 0

Tra bảng 6.7 trang 98 chọn K H=1,067 hệ số tải trọng phụ thuộc vào chiều rộng vành răng

) ( 259 3

, 0 72 , 3 509

067 , 1 2 , 562621 )

1 72 , 3 (

) (z1 z2m

a w   CT 6.18 trang 99Bộ truyền bánh răng nghiêng

Chọn sơ bộ  =150 : góc nghiêng của răng

5 , 35 )

1 72 , 3 ( 3

15 cos 259 2 ) 1 (

cos

a

(răng)Chọn z1 =35 răng (số răng của bánh dẫn)

Z2=3,72.35=130,2 (răng )Chọn z2 =131 răng (số răng của bánh bị dẫn)-Tống số răng của cả hai bánh

Zt =35 +131 =166( răng )

97 , 15

96 , 0 259 2

166 3 2

cos

Thõa mãn vì  vẫn nằm trong giới hạn cho phép

Và z1>30 nên ta không cần phải dịch chỉnh bánh răng -Kiểm tra độ bền tiếp xúc:

2

1

.

) 1 ( 2

w w

H H

m H

d u b

u K T Z Z

HV H H H

w ba w w

K K K K

z z

mm a

b

m b

z z

.

753 , 0 76 , 1

1 1

1 27 , 2 3

97 , 15 sin 7 , 77

) ( 7 , 77 259 3 , 0

/ sin

76 , 1 97 , 15 cos ) 131

1 35

1 ( 2 , 3 88 , 1 cos ) 1 1 ( 2 , 3 88 , 1

2 1



60000

9 , 127 7 , 109

s m

nội suy từ bảng 6.14 trang 107 ta được

73

006 , 0

/

37 , 1

13 , 1

0

0

K K

H

w H

H F H

 :hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp

g0 :hệ số ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và 2

) ( 08 , 509 13 , 499 7

, 109 72 , 3 7 , 77

) 1 72 , 3 ( 27 , 1 2 , 562621

2 765 , 0 71 , 1 274

27 , 1 02 , 1 166 , 1 067 , 1

02 , 1 13 , 1 067 , 1 2 , 562621

2

7 , 109 7 , 77 63 , 2 1

63 , 2 726 , 3

259 72

, 0 73 006 , 0

K K V

H H HV H

Thõa mãn

Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng,ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không được vượt quá một giá trị cho phép:

m d b Y Y Y K

131 cos

3 , 39 97 , 18 cos

35 cos

89 , 0 140

97 , 15 1

57 , 0 76 , 1

1 1

3 3

2 2

3 3

1 1

Z Z

Y Y

V V

6 ,

016 , 0

11 , 7 72 , 3

259 73 , 0 73 016 , 0

03 , 1 32 , 1 15 , 1 2 , 562621

2

7 , 109 7 , 77 11 , 7 1

2

1

37 , 1

15 , 1

.

1

1

trang bang

u

a V g V

K K T

d b V K

K K

F

w o F F

F F

w w F FV

F F

 

 2

1

2 1 2

1 1

3 , 133 7

, 3

6 , 3 137

137 7

, 109 7 , 77

7 , 3 89 , 0 585 , 0 62 , 1 2 , 562621

2

F F

F F F

F F

Nên thõa yêu cầu về độ bền uốn

*Các thông số của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

môđun :m =3Đường kính vòng chia

d1 =109,2 mm

d2 =408,8 mmĐường kính đỉnh răng

) ( 8 , 414 3 1 2 8 , 408 )

1 ( 2

) ( 2 , 115 3 1 2 2 , 109 )

1 ( 2

2 2

1 1

mm m

y x d

d

mm m

y x d

, 2 )

2 5 , 2 (

) ( 7 , 101 3 5 , 2 2 , 109 5

, 2 )

2 5 , 2 (

2 2

2 2

1 1

1 1

mm m

d m x d

d

mm m

d m x d

1

1

.

H be be

H R

e

u K K

K T u

K R

34 , 1 8 , 155786 1

8 , 3

1

.

H be be

H d

e

u K K

K T K

34 , 1 8 , 155786

1

7 , 14 cos

Bề rộng răng :b =Kbe.Re =0,3.206,4 =61,9 (mm)Chọn b = 62 mm

Đường kính trung bình dm và môđun trung bình

dm1 =(1-0,5Kbe)de1 =(1- 0,5).105=89,25(mm)

mtm= dm1/ Z1= 3 , 3

27

25 , 89



b.xác định môđun:

-Bánh răng côn răng thẳng:

3 , 0 05 1

3 , 3



0 1

2

0 2

1 1

3 , 75 7 , 14 90 90

7 , 14 ) 131

27 ( )

d)Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

u d b

u K T Z Z Z

m

H H

m H

85 , 0

1

2

73 , 1 4

73 , 1 0 cos 103

1 27

1 2 , 3 88 , 1 cos

1 1 2 , 3 88 , 1

2 1



60000

486 8 , 91

s m





= 11

8 , 3

) 1 8 , 3 ( 8 , 91 34 , 2 73 006 ,

 H

H H

H H

m H HV

MPa K

K K T

d b K

, 3 8 , 91 62 85 , 0

54 , 1 1 8 , 3 8 , 155786

2 87 , 0 76 , 1 274

54 , 1 15 , 1 1 34 , 1

15 , 1 1 34 , 1 8 , 155786

2

8 , 91 62 11 1

2

1

2 2

1

1

Nên bánh răng côn thõa yêu cầu về độ bền tiếp xúc

e)Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Điều kiện uốn của bánh răng côn:

1

2 1 2

1

1 1

1

.

85 , 0

2

F

F F F

m m n

F F

F

Y Y

d m b

Y Y Y K T

T1 =155786,8 Nmm :mômen xoắn trên bánh chủ động

mnm=4 môđun pháp trung bình (mm)

b=62(mm) chiều rộng vành răng

dm1=91,8 (mm) đường kính trung bình của bánh chủ động

1 K F  hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp



F K

. =1,7 :hệ số phân bố không đều tải trọng trên vành răng

u u

d V g

4 , 29 8

, 3

) 1 8 , 3 (

8 , 91 34 , 2 73 016 , 0 ) 1 (

32 , 1 1 7 , 1 8 , 155786

2

8 , 91 62 4 , 29 1

2

1

m F FV

K

K K T

d b K

1 1

) ( 3 , 75 85

, 3

6 , 3 5 , 80

) ( 5 , 80 8

, 91 4 62 85 , 0

85 , 3 1 58 , 0 24 , 2 8 , 155786

2

58 , 0 73 , 1

1 1

F F

F F

MPa

MPa Y

- Môđun vòng chia ngoài:me =4

- Môđun vòng chia trung bình :mnm =3,4 mm

- Bề rộng vành răng bánh lớn b1 =62 mmChiều rộng vành răng bánh nhỏ b2= 62+5 = 67 mm.

- Chiều dài côn ngoài Re =206,4 mm

2

0 1

3 , 75

7 , 14









4.Kiểm tra điều kiện bôi trơn của bánh răng

-Yêu cầu của việc bôi trơn bánh răng trong hộp giảm tốc là:

Mức dầu thấp nhất phải ngập từ 0,75 – 2 lần chiều cao răng h4h4 = 2,25m =2,25.3 =6,75 mm

và mức dầu cao nhất không ngập quá 1/3 bánh răng h2 để giảm lựccản do dầu bôi trơn gây nên

Nên điều kiện bôi trơn của hộp giảm tốc là:

1 ) 15 10 ( 10 2

1 180

8 , 174 ) 15 10 ( 10 5 , 399 2

1

mm mm

Do đó hộp giảm tốc thõa yêu cầu về điều kiện bôi trơn

0 

K K

T

d 

Giá trị của   phị thuộc vào từng vị trí của trục :trục vào ,trục ra

hay trục trung gian

  0 , 2 25 31,4( )

8 , 155786

2 ,

  0 , 2 20 52( )

2 , 562621

2 , 0

2 ,

Lực vòng trên bánh răng côn

) ( 3394 8

, 91

8 , 155786

2 2

m

Lực hướng tâm trên bánh răng côn

) ( 9 , 1194 7

, 14 cos 20 3394 cos

, 14 sin 20 3394 sin

Mômen do lực dọc trục gây ra

2

8 , 91 5 , 313 2

65 , 14389 76

85 , 1416 140

9 , 1194 90

76 140

85 , 1416

140 3394 90

140 1

, 3394 6

, 5279

Ft R



Biểu đồ momen:

Tiết diện nguy hiểm tại BMtđ = Mx2 My2  0 , 75 T2  45360 2  169700 2  0 , 75 155786 , 8 2

Đường kính trục

  0 , 1 70 31,6( )

221489

1 ,

1 , 0

5 , 135680

Phác thảo việc lắp ráp các bánh răng lên trục.Phân bố khoảng cách giữa các gối trục,khoảng cách từ ổ lăn đến các bánh răng cũng như khoảng cách giữa bánh răng với thành hộp giảm tốc,với yêu cầu khoảng cách giữa phần quay và phần tĩnh là 5 mm.Ta được sơ đồ bố trí của trục 2 như sau:

Ft2 =Ft1 =3394 N

Fr2 =Fr1=1194,9N

Fa2=Fa1 =313,5 NLực vòng trên bánh răng nghiêng

) ( 10304 2

, 109

2 , 562621

2 2

w

Lực hướng tâm

) ( 3901 97

, 15 cos / 20 10304 cos

/

3

Lực dọc trục

) ( 8 , 2948 97

, 15 10304

3

Mômen do lực dọc trục sinh ra trên bánh răng côn

) ( 7 , 54680 2

84 , 348 5 , 313 2

2 2

2 , 109 8 , 2948 2

1 3



Trong mặt phẳng yoz

Tổng mômen tại A quanh trục quay x

).

( 3240

218

146 3901 66

9 , 1194 7

, 161004 7

, 54680 218

146 66

0 218 146 66

3 2

2 1

3 2

2 1

N

Fr Fr

M M R

R Fr

Fr M M M

By

By x

Tổng mômen quanh trục y,tâm quay tại A

) ( 7928 218

143 10304 66

3394 218

66

0 218 66

) (

3 2

.

3 2

N Ft

Ft R

R Ft Ft

A M

Bx

Bx Y

10304 3394

0

3 2

3 2

N R

Ft Ft R

R R Ft Ft Fx

Bx Ax

Bx Ax

Tại vị trí bánh răng nghiêng:

Mtđ = Mx2 My2  0 , 75 T2  233280 2  570816 2  0 , 75 562621 , 2 2

Đường kính trục:

  0 , 1 70 48,2( )

785912

1 ,

1 ,

-Vì trục 3 có nối với bộ phận làm việc là băng tải nên ta phải chọn khớp nối.

-Dựa vào khoảng cách trục chọn sơ bộ ban đầu ta chọn loại nối trục đàn hồi với khoảng cách giữa tâm các chốt là D0=200 mm

Ta tính lực hướng tâm do nối trục đàn hồi gây ra

) ( 4038 20190

2 , 0

2 , 0

) ( 20190 200

2019020

2 2

0 3

N Ft

Fr

N D

T Ft

K K

Fr4 =Fr3 =3901(N)Lực dọc trục trên bánh răng nghiêng

Fa4 = Fa3 =2948,8(N)Mômen do lực dọc trục sinh ra trên bánh răng nghiêng

M = Fa4

) ( 602734 2

8 , 408 8 , 2948 2