ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY HỘP GIẢM TỐC PHÂN ĐÔI CẤP NHANH

Đây là đồ án mình là tại năm 3 Đại học Bách Khoa TP.HCM. Và tổng kết môn đồ án này mình được 9đ. Bản vẽ đã bảo gồm bản vẽ lắp và chi tiết. Muốn đạt được điểm cao trong môn đồ án này bạn phải hiểu được tác dụng của từng bộ phận trong hộp số. Biết cách đọc và tra cứu các bảng tra.

MỤC LỤC

Lời nói đầu .2

Đề tài thiết kế .3

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

I.1 Chọn động cơ 4

I.2 Phân phối tỷ số truyền 5

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY 6

II.1 Thiết kế nối trúc đàn hồi 6

II.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng 8

II.3 Thiết kế bộ truyền xích 23

II.4 Thiết kế trục 26

II.5 Tính toán chọn ổ 41

II.6 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc .45

II.7 Các chi tiết phụ .47

II.8 Bảng dung sai lắp ghép 49

Tài liệu tham khảo 52

LỜI NÓI ĐẦU:

Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại Vì vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọn g trong công cuộc hiện đại hoá đất nước Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các

hệ thống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư cơ khí

Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói nó đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như 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 Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà công việc thiế t kế giúp chúng ta làm quen với 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 vẽ AutoCad, điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí

Em chân thành cảm ơn thầy Phạm Huy Hoàng, các thầy cô và các bạn khoa cơ khí đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án

Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến từ thầy cô và các bạn

Sinh viên thực hiện:

Trần Lâm Đình Nam

PHẦN I:

CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

I.CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:

1 Xác định công suất động cơ:

i i

T t T

 =    

Từ bảng 3.3 trang 89 tài liệu [1] ta có:

*/Hiệu suất một cặp bánh răng trụ răng nghiêng (2 cặp): ηbrn = 0,98

*/Hiệu suất một cặp bánh răng trụ răng thẳng (1 cặp): ηbrt = 0,97

*/Hiệu suất một cặp ổ lăn (3 cặp) : ηol = 0,99

*/Hiệu suất khớp nối ηkn = 1

*/Hiệu suất bộ truyền xích: ηx = 0,96

P P

II.PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN:

n u n

u u u

PHẦN II:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

II.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỐI TRỤC ĐÀN HỒI

2 Kiểm nghiệm nối trục:

Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi:

Trong đó:   d =  - ứng suất dập cho phép của vòng cao su (2 4)

Vậy vòng đàn hồi đảm bảo điều kiện bền dập

Điều kiện sức bền của chốt:

 d =(60 80) - ứng suất dập cho phép của chốt

Vậy chốt đảm bảo điều kiện bền

II.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG:

- Bánh nhỏ : thép 45 tôi cải thiện, dộ rắn HBI = 241÷285 ; σbI = 850MPa; σchI=580MPa

- Bánh lớn : thép 45X tôi cải thiện, độ rắn HBII = 192÷240 ; σbII = 750MPa ; σchII = 450MPa

1

30 30.250 1, 7.10

Vì NHE1 > NHO1 nên KHL1 = 1; NHE2 > NHO2 nên KHL2 = 1

5.Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định sơ bộ:

1,1

1, 25[H mim] =1, 25[H II] =1, 25.500=625MPa

*/ Với cấp chậm sử dụng bánh răng thẳnga

Ứng suất quá tải cho phép:

B.TÍNH TOÁN CẤP NHANH: BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG: 1.Số liệu :

1 max 1

2 max 2

2,8 2,8.450 12600,8 0,8.580 4640,8 0,8.450 360

MPa MPa MPa



❖ Số vòng quay bánh dẫn: n1 = 1450 rpm

❖ Moment xoắn: T1 =82,33 Nm

❖ Tỷ số truyền; u =3,8

❖ Tuổi thọ: L = 3 năm =>Lh = 2.300.8.2 = 14400 giờ

Theo tiêu chuẩn ta chọn m = 2,5

➢ Điều kiện góc nghiêng răng chữ V : 30 ≤ β ≤ 40

Chọn z1 = 20 răng nên z2 = 76 răng

Góc nghiêng răng: (z1 z )2 2,5(20 76)

m a

z u z

= = = không có sai lệch so với đã chọn

5.Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

➢ Ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng làm việc:

Theo bảng 6.5 trang 96 [1] với vật liệu thép – thép ta có :

Zm = 274 (MPa)1/3 : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp

ZH : hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

( )

2.cos sin 2

b H

0

0 0

1, 997sin 2.24, 46

a d

δH =0,002 : hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp

go = 73 : hệ số kể đến ảnh hưỏng sai lệch bước răng

150

0, 002.73.4, 745 4,35

3,84,35.45.62,5

2.41165.1,12.1, 091,12.1, 09.1,12 1,37

H

HV

H

v K K

z z Z

2

T K K a

➢ Ứng suất tiếp xúc trên trên bề mặt răng:

ZR = 0,95 : Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc Với da < 700 mm:

KXH = 1 : hệ số xét đến ảnh hưởng kích thước bánh răng

  550.0, 95.1.1.1

475 ( ) 1,1



Vì H <   nên bánh răng thiết kế thoả điều kiện tiếp xúc H

6.Kiểm nghiệm về độ bền uốn:

Từ bảng 6.7 trang 98 [1] với ψbd =0.72(sơ đồ 3): KFβ =1,1

Bảng 6.14 trang 107 [1] với mức chính xác làm việc êm là cấp 8, v < 5 m/s :KFα = 1,27 Bảng 6.15 trang 107 [1]: δF = 0,006

Bảng 6.16 trang 107 [1]: go = 73

1

150 0, 006.73.3,954 10,88 ( / )

3,8

2 2.41165.1,1.1, 27 1,1.1, 40.1, 26 1,94

246, 5 cos cos 36,87

V

V

z z

z z

3, 6 15, 5 15, 4

MPa Y

Do đó các bánh răng thoả diều kiện uốn

7.Các thông số hình học của bộ truyền:

1 1

2 2

2, 5.20

62, 5 cos cos 36,87

2, 5.76

237, 5 cos cos 36,87

m z d

m z d

34, 25 1 3 2, 6 1

w

a z

m

Z u

Z

= = = sai lệch 0,45% so với đã chọn

5.Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

➢ Ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng làm việc:

Theo bảng 6.5 trang 96 [1] với vật liệu thép – thép ta có :

Zm = 274 (MPa)1/3 : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp

ZH : hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

( )

2.cos sin 2

b H

( 0) 0 0

cos

2 cos 0

1, 764sin 2.20

H

tg acrtg acrtg tg

1 2, 6 1

w w

a d

u

Từ bảng 6.13 trang 106 [1] với v < 6 ta chọn cấp chính xác động học là 8.Từ bảng 6.14 trang 107 [1] ta chọn trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp: KHα = 1,05 ;KFα = 1,22

KHV : hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

4

.101, 6.381,5

2, 029 /6.10

Theo bảng 6.15 , 6.16 trang 107 [1]:

δH =0,006 : hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp

go = 73 : hệ số kể đến ảnh hưỏng sai lệch bước răng

➢ Ứng suất tiếp xúc trên trên bề mặt răng:

Ta thấy σ H < [σ H ] nên thoả điều kiện tiếp xúc

6.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

2

.1

2

T K K a

2, 029 5 /1

-Hệ số dạng răng YF:

Từ bảng 6.18 trang 109 [1] ta có:

Đối với bánh dẫn: YF1 = 3,8 Đối với bánh bị dẫn: YF2 = 3,61

2, 6

Y Y

89, 4 102.75.3

Vậy bánh răng thoả điều kiện về độ bền uốn

7.Các thông số hình học của bộ truyền:

➢ Lực hướng tâm: F r1 =F r2 =F t1tan= 5712,5.tan 20 = 2079, 2

D.KIỂM NGHIỆM ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN NGÂM DẦU:

Việc bôi trơn hộp giảm tốc phải đảm bảo những điều kiện sau:

❖ Mức dầu thấp nhất ngập ( 0,7 ÷ 2) chiều cao răng h2 (h2 = 2,25.m) của bánh răng 2 ( nhưng ít nhất là 10mm)

❖ Khoảng cách giữa mức dầu thấp nhất và cao nhất hmax – hmin = 10…15mm

❖ Mức dầu cao nhất không đựơc ngập quá 1/3 bán kính bánh răng (da4/6)

Ta có h2 = 2,25.2,5 = 5,625 < 10

Tổng hợp các điều kiện trên để đảm bảo điều kiện bôi trơn phải thoả mãn bất đẳng

thức sau:

Vậy hộp giảm tốc thoả điều kiện bôi trơn ngâm dầu

II.3 THIẾT KẾ TRỤC

A.CHỌN VÀ TÍNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU CỦA TRỤC

Vật liệu dựa vào đặc điểm làm việc của hộp giảm tốc và tải trọng tác dụng lên các

trục, vật liệu được chọn là thép 40Cr

Ta có các thông số sau :

- Độ rắn HB = (270…300)

- Giới hạn bền : σb = 883 MPa

- Giới hạn chảy : σch = 736 MPa

- Chọn ứng suất uốn cho phép: [σF] = 80 MPa

- Chọn ứng suất xoắn cho phép: [τ]=20 MPa

1.Xác định sơ bộ đường kính trục sơ bộ:

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

Từ đường kính trục sơ bộ vừa tính được ta xác định được chiều rộng gần đúng của ổ lăn:

➢ Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp: k2 = 10 mm

Chiều cao lắp ổ và bulông : hn= 20 mm

F 0, 25 0, 25.1829, 6 456, 7

t t

R R

3 32.71300

20, 7 80

3 32.87221

22,3 80

3 32.130239

25,5 80

3 32.116416

24, 5 80

D

d



Do tại vị trí D có lắp rãnh then nên đường kính trục lấy tăng lên 5%

Ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :

456, 7 599, 4 599, 4 785, 5 1639

R R



3 32.202819

29, 5 80

3 32.447834

38,5 80

c

d



Do tại vị trí C có lắp rãnh then nên đường kính trục lấy tăng lên 5%

Ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :

d A=d E =35mm; d B =d D =40mm; d = C 45mm

R R

R R

3 32.785316

46, 4 80

3 32.1009335

49,8 80

3 32.636259

43, 3 80

D

d



Do tại vị trí D có lắp rãnh then nên đường kính trục lấy tăng lên 5%

Ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :

d A=d c =50mm; d = B 55mm; d = D 45mm

C.KIỂM NGHIỆM TRỤC VỀ ĐỘ BỀN MỎI:

Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó:

max0



 = = =

3 Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục:

Theo kết cấu và biểu đồ moment trục ta thấy các tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra

về độ bền mỏi:

- Trục 1: tiết diện 10 ( tiết diện lắp nối trục); tiết diện 12 lắp bánh răng)

- Trục 2: hai tiết diện lắp bánh răng 21;22

- Trục 3: tiết diện lắp bánh răng 31; lắp bánh xích 33

4 Chọn lắp ghép:

Các ổ lăn lắp lên trục theo k6, lắp bánh đai, nối trục, bánh răng theo k6 kết hợp với lắp then

Kích thước then bằng, trị số moment cản uốn và xoắn ứng với các tiết diện trục như sau:

Tiết diện Đường kính

➢ Ta dung dao phay ngón để gia công rãnh then nên từ bảng 10.12 trang 199 [1] ta có: Kσ = 2.01; Kτ = 1,88

➢ Theo bảng 10.10 trang 198 [1] ta được:

10 12 21 22 31 33

Lắp dôi

Rãnh then

Lắp dôi

D.TÍNH KIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN CỦA THEN:

Với các tiết diện trục dung mối ghép then , ta tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập σd và độ bền cắt τc

( 1)

2

[ ]

2 [ ]

Ta có bảng kiệm nghiệm then như sau:

Theo bảng 9.5 trang 178 [1] với tải trọng tĩnh, va đập nhẹ, dạng lắp cố định:

[σd] = 100 (MPa) và [τc] = 20 ÷30 (MPa) (trang 174 [1] )

Vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo yêu cầu về độ bền dập và độ bền cắt

II.4 TÍNH TOÁN CHỌN Ổ:

A.TRỤC I:

➢ Đường kính trục d11 = 30 mm

➢ Số vòng quay n1 = 1450 vòng/phút

➢ Thời gian làm việc của ổ 3 năm thay 1 lần: Lh = 3.300.2.8 = 14400 (giờ)

Ta chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ trung 306 với : d = 30 mm; D = 72 mm; b = 19; C = 22 kN;

Vì FR0 < FR1 nên ta tính toán chọn ổ cho ổ 1

b) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:

➢ Tải trọng động qui ước:

c) Khả năng tải tĩnh của ổ:

➢ Thời gian làm việc của ổ 3 năm thay 1 lần: Lh = 3.300.2.8 = 14400 giờ

Ta chọn ổ đũa đỡ một dãy cỡ nhẹ 2207 với : d = 30 mm; D = 72 mm; b = 17; C = 26,5 kN; Co = 17,5 kN

Vì FR0 = FR1 nên ta tính toán chọn ổ cho ổ 1

b) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:

➢ Tải trọng động qui ước:

Q= XVF +YF k k

Ta có: Fa = 0 => X =1 , Y = 0 Vòng trong quay nên : V= 1 Tải va đập nhẹ : kd = 1,2

Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ (to<100 ) nên: kt = 1

L: tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

Khả năng tải động của ổ được bảo đảm

c) Khả năng tải tĩnh của ổ:

➢ Thời gian làm việc của ổ 2 năm thay 1 lần: Lh = 2.300.2.8 = 9600 giờ

Ta chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ trung 310 với : d = 50 mm; D = 110 mm; b = 27; C = 48,5 kN; Co = 36,3 kN

Vì FR0 > FR1 nên ta tính toán chọn ổ cho ổ 0

b) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:

Tải trọng động qui ước:

Q= XVF +YF k k

Ta có: Fa = 0 => X =1 , Y = 0 Vòng trong quay nên : V= 1 Tải va đập nhẹ : kd = 1,2

Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ (to<100 ) nên: kt = 1

=> Q = 6761,81.1,2 = 11948 (N) Khả năng tải động: m

Khả năng tải động của ổ được bảo đảm

c) Khả năng tải tĩnh của ổ:

II.5 THIẾT KẾ KẾT CẤU VỎ HỘP GIẢM TỐC:

➢ Vỏ hộp giảm tốc có nhiệm vụ bảo đảm vị trí tương đối giũa các chi tiết và các bộ phận máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng dầu bôi trơn và bảo vệ các chi tiết tránh bụi

➢ Mặt đáy hộp giảm tốc nghiêng về phía lỗ tháo dầu với độ dốc khoảng 1o

➢ Kết cấu hộp giảm tốc đúc, với các kích thước cơ bản như sau:

Tên gọi Biểu thức tính toán Chiều dày:

- Thân hộp,δ

- Nắp hộp,δ1

δ = 0.03a + 3 = 0.03*183+3 = 8,49 mm chọn 8,5 mm

δ1 =0.9* δ = 7,65 mm chọn 8,5 mm Gân tăng cứng:

Xác định theo kết cấu, phụ thuộc tâm lỗ bulông và kích thước mặt tựa

Mặt đế hộp (có phần lồi):

- Bề rộng mặt đế hộp, K1 và q

S1=26 mm S2=20 mm

K1=3d1=54 mm chọn 55mm và q ≥ 72 mm chọn 85 mm

Khe hở giữa các chi tiết:

- Giữa bánh răng với thành trong hộp

- Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp

- Giữa mặt bên các bánh răng với nhau

Các thông số trong bảng 18.6 trang 93 [2]:

A B C D E G H I K L M N O P Q R S M27x2 15 30 15 45 36 32 6 4 10 8 22 6 32 18 36 32

5.Nút tháo dầu:

Chọn M20x2.Các thông số trong bảng 18.7 trang 93

M20x2 18 14 4 36 4 27 45 32 36,9

6.Que thăm dầu:

Dùng kiểm tra dầu trong hộp giảm tốc.Vị trí lắp đặt nghiêng 450 so với mặt bên, kích thước theo tiêu chuẩn

II.7 BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP:

Dựa vào kết cấu làm việc, chế độ tải của các chi tiết trong hộp giảm tốc mà ta chọn các

kiểu lắp ghép sau:

1 Dung sai và lắp ghép bánh răng:

Chịu tải vừa , thay đổi va đập nhẹ vì thế ta chọn kiểu lắp trung gian H7/k6

2 Dung sai lắp ghép ổ lăn:

Khi lắp ổ lăn ta cần lưu ý:

- Lắp vòng trong trên trục theo hệ thống lỗ, lắp vòng ngoài vào vỏ theo hệ thống

trục

- Để các vòng ổ không trơn trượt theo bề mặt trục hoặc lỗ hộp khi làm việc, chọn

kiểu lắp trung gian có độ dôi cho các vòng quay

- Đối với các vòng không quay ta sử dụng kiểu lắp có độ hở

Chính vì vậy mà khi lắp ổ lăn lên trục ta chọn mối ghép k6, còn khi lắp ổ lăn vào vỏ ta

chon H7

3 Dung sai khi lắp vòng chắn dầu:

Chọn kiểu lắp trung gian H7/js6 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp

4 Dung sai khi lắp vòng lò xo ( bạc chắn ) trên trục tuỳ động:

Vì bạc chỉ có tác dụng chặn các chi tiết trên trục nên ta chọn chế độ lắp có độ hở H8/h7

5 Dung sai lắp ghép then lên trục:

Theo chiều rộng ta chọn kiểu lắp trên trục là P9 và kiểu lắp trên bạc là JS9

Bảng dung sai lắp ghép bánh răng:

Chi tiết

Kích thước lắp (mm)

Mối lắp

ES (𝜇𝑚)

EI (𝜇𝑚)

es (𝜇𝑚)

ei (𝜇𝑚)

Độ dôi lớn nhất (𝜇𝑚)

Độ hở lớn nhất (𝜇𝑚) Bánh răng dẫn

cấp nhanh ∅35 H7/k6 +25 0 +18 +2 18 23 Bánh răng bị

dẫn cấp nhanh ∅40 H7/k6 +25 0 +18 +2 18 23 Bánh răng dẫn

cấp chậm ∅45 H7/k6 +25 0 +18 +2 18 23 Bánh răng bị

dẫn cấp chậm ∅55 H7/k6 +35 0 +21 +2 21 33

Bảng dung sai lắp ghép ổ lăn:

Kích thước lắp Mối lắp

ES (𝜇𝑚)

EI (𝜇𝑚)

es (𝜇𝑚)

ei (𝜇𝑚)

Độ dôi lớn nhất (𝜇𝑚)

Độ hở lớn nhất (𝜇𝑚)

Vòng ngoài D (mm)

Trục I ∅72 H7/h6 +30 0 0 -19 0 49 Trục II ∅72 H7/h6 +30 0 0 -19 0 49 Trục III ∅110 H7/h6 +35 0 0 -22 0 57

Vòng trong d (mm)

Trục I ∅35 H7/k6 +30 0 +18 +2 18 28 Trục II ∅45 H7/k6 +30 0 +18 +2 18 28 Trục III ∅70 H7/k6 +35 0 +21 +2 21 33