Đồ án Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển

File thuyết minh đồ án Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển gồm các nội dung chính sau: Tính toán bộ truyền xích Tính toán bộ truyền bánh răng Tình toán trục và then Tính toán ổ lăn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

LỜI NÓI ĐẦU

MỤC LỤC 1

ĐỀ TÀI 2

I XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 3

1 Chọn động cơ 3

2 Phân phối tỉ số truyền 4

3 Tính các thông số trên các trục 4

4 Bảng kết quả tính toán động học 5

II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH 6

III THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 10

1 Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm 10

2 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh 16

IV THIẾT KẾ TRỤC – CHỌN THEN 21

1 Sơ đồ đặt lực chung 21

2 Chọn vật liệu và xác định đường kính sơ bộ 22

3 Tính toán chiều dài các trục và khoảng cách giữa các điểm đặt lực 23

4 Phân tích lực tác dụng lên trục từ các chi tiết quay của hệ thống truyền động 24

5 Xác định lực tác dụng lên trục, đường kính các đoạn trục 26

6 Chọn và kiểm nghiệm then 35

7 Tính kiểm nghiệm độ bền trục 35

V TÍNH TOÁN Ổ LĂN 40

1 Trục I 40

2 Trục II 42

3 Trục III 44

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

3 Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển

4 Bộ truyền xích ống con lăn

5 Băng tải: Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ

Số liệu thiết kế (Phương án số 10):

• Lực vòng trên băng tải F: 6500 N

• Vận tốc băng tải v: 1,1 m/s

• Đường kính tang dẫn D: 350 mm

• Thời gian phục vụ L: 4 năm

• Số ngày làm/năm Kng: 280 ngày

Với ηt – Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

ηol – Hiệu suất một cặp ổ lăn

ηx – Hiệu suất bộ truyền xích ống con lăn

Với ut là tỉ số truyền toàn bộ của hệ thống dẫn động

uh là tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển

nsb là số vòng quay sơ bộ

1.3 Chọn động cơ

• Yêu cầu: {𝑛đ𝑐 ≈ 𝑛𝑠𝑏

𝑃đ𝑐 ≥ 𝑃𝑐𝑡

• Vậy chọn được động cơ: 4A132M2Y3

o Công suất danh nghĩa Pđc = 11 kW

4

2 Phân phối tỉ số truyền

• Tra bảng 3.1, trang 43 [1], với uh = 16, ta được:

{tỷ số truyền của cấp nhanh 𝑢1 = 5,23

6

II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH

• Với ux = 3,03 tra được z1 = 25 (Theo bảng 5.4 trang 80 [1])

• z2 = ux.z1 = 3,03.25 = 75,75 < zmax = 120 (đối với xích ống con lăn)

Với ko là hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền

ka là hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích

kđc là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích

kđ là hệ số tải trọng động

kc là hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền

kbt là hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn

o Công suất cho phép [P] = 19,3 kW

• Theo bảng 5.2 trang 196 [2], số vòng quay tới hạn tương ứng bước xích 31,75 mm là nth = 630 vg/ph

n = nIII = 182 < nth nên thoả

• Tính toán kiểm nghiệm bước xích pc với [po] chọn là 29 MPa theo bảng 5.3 trang 201 [2]

2

.pca =2.1270

8

Với [i] ứng với pc = 31,75 theo bảng 5.6 trang 203 [2]

• Kiểm tra xích theo hệ số an toàn:

S = Q

F1 + Fv + FoTrong đó:

o Tải trọng phá huỷ Q = 88,5 kN = 88500 N (tra bảng 5.1 trang 78 [1])

10

III THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

1 Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm

Các thông số cần để tính toán:

Công suất truyền PII = 8,34 kW

Số vòng quay nII = 556 vg/ph

Tỷ số truyền u2 = 3,06 Moment xoắn TII = 143250 Nmm

1.1 Chọn vật liệu

• Chọn thép C45, tôi cải thiện

• Hộp giảm tốc chịu công suất trung bình, nhỏ nên ta chọn vật liệu là thép nhóm I:

o Bánh nhỏ có độ cứng HB3 = 260

o Bánh lớn có độ cứng HB4 = 245

1.2 Xác định ứng suất cho phép

a) Số chu kỳ làm việc cơ sở

o NHO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

o NHE là số chu kì thay đổi ứng suất khi thử về tiếp xúc

o NFO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

o NFE là số chu kì thay đổi ứng suất khi thử về uốn

 Vì NHE >> NHO3 nên KHL3 = 1, NHE >> NHO4 nên KHL4 = 1

• NFO3 = NFO4 = 4.106 chu kỳ (với tất cả các loại thép)

b) Giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn:

• σOHlim = 2HB + 70

o [σH3] = 590.0,9

1,1 1 = 482,73 MPa

o [σH4] = 560.0,9

1,1 1 = 458,18 MPa ⇒ [σH] = [σH4] = 458,18 MPa

d) Ứng suất uốn cho phép:

[σF] = σOFlim

sF KFLVới sF = 1,75, KFL = 1, ta có:

[σF3] = 468

1,75 1 = 267,43 MPa [σF4]=441

13

b) Tính kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc

Theo bảng 6.13 trang 106 [1], chọn cấp chính xác 8 với vgh = 6 m/s

σH =ZMZHZε

d3 √

2T2KH(u2+ 1)

b3 u2Trong đó:

• ZM = 274 MPa do hai bánh răng đều làm từ thép (tra bảng 6.5 trang

96 [1])

• ZH = 1,76 khi không dịch chỉnh (tra bảng 6.12 trang 106 [1])

• Zε = √4−εα

3 (khi εβ = 0) Với εα = [1,88 − 3,2 (1

o KHα = 1 với bánh răng trụ răng thẳng

o KHV tra theo bảng P2.3 trang 250 [1]

 KHβ.KHα.KHV = 1,02.1.1,08 = 1,1

 Ta tính được σH =274.1,76.0,86

100 √2.143250.1,1.(3+1)

85.3 = 291,6 MPa

σH < [σH] = 516,49 MPa nên thoả điều kiện tiếp xúc

1.7 Giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền

14

• Bánh bị dẫn: [σF4 ]

YF4 = 252

3,56 = 70,8

b) Tính kiểm nghiệm ứng suất uốn

Kiểm tra độ bền uốn theo bánh răng có độ bền thấp hơn (z4)

• σF4 < [σFmin] = [σF4] = 252 MPa do đó độ bền uốn thoả

1.9 Tính kiểm nghiệm răng về quá tải

15

Bảng thông số hình học bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm

Khoảng cách trục aw = 200 mm Modun m = 2 mm

Tỉ số truyền u2 = 3

Số răng bánh răng z3 = 50 z4 = 150

Bề rộng bánh răng b3 = 85 mm b4 = 80 mm Đường kính vòng đáy df3 = 95 mm df4 = 295 mm

Đường kính vòng chia d3 = 100 mm d4 = 300 mm

Đường kính vòng đỉnh da3 = 104 mm da4 = 304 mm

2.1 Chọn vật liệu

• Chọn thép C45, tôi cải thiện

• Hộp giảm tốc chịu công suất trung bình, nhỏ nên ta chọn vật liệu là thép nhóm I:

o Bánh nhỏ có độ cứng HB1 = 225

o Bánh lớn có độ cứng HB2 = 210

2.2 Xác định ứng suất cho phép

a) Số chu kỳ làm việc cơ sở

o NHO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

o NHE là số chu kì thay đổi ứng suất khi thử về tiếp xúc

o NFO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

o NFE là số chu kì thay đổi ứng suất khi thử về uốn

 Vì NHE >> NHO1 nên KHL1 = 1, NHE >> NHO2 nên KHL2 = 1

• NFO1 = NFO2 = 4.106 chu kỳ (với tất cả các loại thép)

o [σH1] = 520.0,91,1 1 = 425,45 (MPa)

o [σH2] = 490.0,91,1 1 = 401 (MPa)

⇒ [σH] = [σH1 ] +[σH2]

2 = 413,23 MPa Xét điều kiện [σHmin] ≤ [σH] ≤ 1,25 [σHmin], với [σHmin] = 401 MPa [σH] = 413,23 MPa thoả điều kiện

d) Ứng suất uốn cho phép:

[σF] = σOFlim

sF KFLVới sF = 1,75, KFL = 1, ta có:

[σF1] = 405

1,75 1 = 231,43 (MPa);

[σF2]=378

1,75.1 = 216 (MPa)

e) Hệ số dịch chỉnh

Với bánh răng trụ răng nghiêng, nhờ có góc nghiêng β của răng nên

không cần dịch chỉnh để đảm bảo khoảng cách trục cho trước

21

IV THIẾT KẾ TRỤC – CHỌN THEN

1 Sơ đồ đặt lực chung

22

2 Chọn vật liệu và xác định đường kính sơ bộ

Chọn vật liệu thép 45 có 𝜎𝑏 = 600 𝑀𝑃𝑎

2.1 Trục I

[𝜏] = 20 ÷ 25 𝑀𝑃𝑎 với trục đầu vào và đầu ra

 Chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 20 𝑀𝑃𝑎

Chọn sơ bộ đoạn đường kính nhỏ nhất của trục I d 1 = 35 mm

Theo bảng 10.2 trang 189 [1], với d 1 = 35 mm ta được b 01 = 21 mm

2.2 Trục II

[𝜏] = 10 ÷ 15 𝑀𝑃𝑎 với trục trung gian

 Chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 15 𝑀𝑃𝑎

[𝜏] = 20 ÷ 25 𝑀𝑃𝑎 với trục đầu vào và đầu ra

 Chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 25 𝑀𝑃𝑎

Theo bảng 10.2 trang 189 [1], với d 3 = 45 mm ta được b 03 = 25 mm

3.2 Qui ước các kí hiệu

o k: số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc

o i: số thứ tự của tiết diện trục trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền tải trọng

o i = 0 và 1: các tiết diện trục lắp ổ

o i = 2 tới s: s là số chi tiết quay

o lk1: khoảng cách trục giữa các gối đỡ 0 và 1 trên trục thứ k

o lki: khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ k

o lmki: chiều dài mayo của chi tiết quay thứ i (lắp trên tiết diện i) trên trục

o lcki: khoảng công-xôn trên trục thứ k, tính từ chi tiết thứ i ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ

o bki: chiều rộng vành bánh răng thứ i trên trục k

= 0

28

= 0

Do đó theo kết cấu ta chọn: 𝑑𝐴 = 40; 𝑑𝐵 = 45; 𝑑𝐶 = 45; 𝑑𝐷 = 40

31

= 0

Do đó theo kết cấu ta chọn: 𝑑𝐴 = 45; 𝑑𝐵 = 50; 𝑑𝐶 = 55; 𝑑𝐷 = 50

34

35

6 Chọn và kiểm nghiệm then

o Dựa theo bảng 9.1a trang 173 [1], chọn kích thước then b x h theo tiết diện lớn nhất của trục

o Chọn chiều dài 𝑙𝑡 của then theo tiêu chuẩn, nhỏ hơn chiều dài mayo 5 ÷ 10 mm

o Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt của then bằng:

𝜎𝑑 = 2𝑇

𝑑.𝑙𝑡(ℎ−𝑡1) ≤ [𝜎𝑑] 𝜏𝑐 = 2𝑇

𝑑.𝑙𝑡.𝑏 ≤ [𝜏𝑐] Với [𝜎𝑑] = 100 𝑀𝑃𝑎 (tra bảng 9.5 [1])

36

o Trục I: do bánh răng chủ động 1 liền trục I nên có cùng vật liệu thép 45

tôi cải thiện:

▪ 𝜎𝑏 = 750 (𝑀𝑃𝑎): giới hạn bền của vật liệu với thép 45 tôi cải thiện

3

32 −𝑏𝑡1(𝑑𝑗−𝑡1)2

2𝑑𝑗

𝑊𝑗 là moment cản uốn, 𝑀𝑗 là moment uốn tổng

o Do trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động

𝜏𝑎𝑗 = 𝜏𝑚𝑗 =𝜏max 𝑗

𝑇𝑗2𝑊0𝑗(𝑊0𝑗 =𝜋𝑑𝑗

3

16 −

𝑏𝑡1(𝑑𝑗− 𝑡1)22𝑑𝑗 ) với 𝑊0𝑗 là moment cản xoắn, T là moment xoắn

- 𝜓𝜎 và 𝜓𝜏: hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra theo bảng 10.7 [1]

o Trục I: với 𝜎𝑏 = 750 (𝑀𝑃𝑎) thì 𝜓𝜎 = 0,1; 𝜓𝜏 = 0,05

37

o Trục II, III: với 𝜎𝑏 = 600 (𝑀𝑃𝑎) thì 𝜓𝜎 = 0,05; 𝜓𝜏 = 0

- 𝐾𝜎𝑑𝑗 , 𝐾𝜏𝑑𝑗: hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự tập trung ứng suất đến độ bền mỏi (trang 197 [1])

W (mm3) Wo(mm

- Theo bảng 10.11, ứng với kiểu lắp đã chọn 𝜎𝑏 = 600 (𝑀𝑃𝑎), 𝜎𝑏 = 750 (𝑀𝑃𝑎)

và đường kính của các tiết diện nguy hiểm tra được tỉ số 𝐾𝜎

𝜀𝜎 và 𝐾𝜏

𝜀𝜏 do lắp căng tại các tiết diện này, trên cơ sở đó dùng giá trị lớn hơn trong hai giá trị của 𝐾𝜎

then

Lắp căng

Rãnh then

Lắp căng

Bảng kết quả tính toán hệ số an toàn đối với các tiết diện của ba trục

 Cả 3 trục đều thoả mãn hệ số an toàn về điều kiện bền mỏi

2

= 24,76 < [𝜎] = 272

 Kết quả cho thấy rằng cả 3 trục đều thảo mãn hệ số an toàn về điệu kiện bền

tĩnh

Do tải trọng thay đổi theo bậc, nên ta tính tải trọng quy ước tương đương:

Vì 𝐶𝑑 < 𝐶 = 28,9 (kN) nên ổ đảm bảo khả năng tải động

- Tuổi thọ của ổ tính bằng giờ:

42

- Số vòng quay tới hạn của ổ:

o Theo bảng 11.7 trang 456 [2], với ổ bi đỡ chặn bôi trơn bằng dầu: [𝐷𝑝𝑤𝑛] = 1,8 105

o Đường kính tâm con lăn: 𝐷𝑝𝑤 = 𝐷+𝑑

Do tải trọng thay đổi theo bậc, nên ta tính tải trọng quy ước tương đương:

Vì 𝐶𝑑 < 𝐶 = 39,2 (kN) nên ổ đảm bảo khả năng tải động

- Tuổi thọ của ổ tính bằng giờ:

 𝑄0 < 𝐶0 = 30700 (𝑁) nên ổ đảm bảo điều kiện bền tĩnh

- Số vòng quay tới hạn của ổ:

o Theo bảng 11.7 trang 456 [2], với ổ bi đỡ chặn bôi trơn bằng dầu: [𝐷𝑝𝑤𝑛] = 1,8 105

o Đường kính tâm con lăn: 𝐷𝑝𝑤 = 𝐷+𝑑

Do tải trọng thay đổi theo bậc, nên ta tính tải trọng quy ước tương đương:

Vì 𝐶𝑑 < 𝐶 = 68,5 (kN) nên ổ đảm bảo khả năng tải động

- Tuổi thọ của ổ tính bằng giờ:

- Kiểm tra tải tĩnh:

Với ổ bi đỡ một dãy, ta chọn X0 = 0,6; Y0 = 0,5 (bảng 11.6 trang 221 [1]) {𝑄0 = 𝑋0𝐹𝐵

46

- Số vòng quay tới hạn của ổ:

o Theo bảng 11.7 trang 456 [2], với ổ bi đỡ chặn bôi trơn bằng dầu: [𝐷𝑝𝑤𝑛] = 1,8 105

o Đường kính tâm con lăn: 𝐷𝑝𝑤 = 𝐷+𝑑

47

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển - Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1 NXB