Chương 4: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP NHANH

Chương 4:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP NHANH 1... SH và SF là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn.. KFC hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải.KFL = 1 khi đặt tải một chiều...  Ka :hệ

Chương 4:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP

NHANH

1 Chọn vật liệu thiết kế bánh răng:

Tra bảng 6.1 [1 tr 92] ta chọn như sau:

Vật liệu

Nhiệt luyện

Giới hạn bền

b

 N/mm2

Giới hạn chảy

ch

 N/mm2

Độ cứng HB

Bánh

chủ

động

Thép 50

Tôi cải

Bánh bị

động

Thép 50

Thường

2 Định ứng suất cho phép:

Chọn độ cứng HBcđ = 230 và HBbđ = 220

Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép:

CT 6.1 và 6.2 [1 tr 91] : [σH] = ( σ0Hlim / SH) ZRZVKxHKHL

[σF] = ( σ0Flim / SF) YRYVKxFKFCKFL Trong tính toán sơ bộ nên ta chọn ZRZVKxH = 1 và YRYVKxF = 1 do

đó chỉ còn :

[σH] = ( σ0Hlim / SH) KHL [σF] = ( σ0Flim / SF) KFC KFL Với σ0Hlim, σ0Flim : lần lược là ứng suất tiếp cho phép và ứng suất

uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở.Tra bảng 6.2 [1 tr 94] ta được :σ0Hlim = 2HB+70= 2x230+70 = 530 và σ0Flim

= 1.8HB = 1.8x 230 = 414.(với bánh chủ động)

SH và SF là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn Tra bảng 6.2 [1 tr 94] ta được SH = 1.1 và SF = 1.75 (với bánh chủ động)

KFC hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải.KFL = 1 khi đặt tải một chiều

KHLvà KFL hệ số tuổi thọ được tính

CT 6.3 và 6.4 [1 tr 93]:

KHL = m H

HE

HO N

KFL = m F

FE

FO N

ở đây : mH và mF – bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn

trong trường hợp này mH = 6 và mF = 6 vì độ cứng mặt răng HB < 350

NHO số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử tiếp xúc :

NHOcđ = 30 2 4

HB

H = 30x2302.4 = 13972305 13.97x106

NFO = 4.106 đối với tất cả các loại thép

NFE và NHE số chu kì thay đổi ứng suất tương đương :

NHE = 60c  T i/Tmax3n i t i

NEF = 60c  m i i

i T n t

 / max

Với c:số lần ăn khớp của rằng trong một vòng.Ở đây c = 1

n:số vòng quay bánh răng trong một phút ,ncđ = 725, nbđ = 208,9

Ti : mô men xoắn

Tmax = 598010,3 Nmm

L=5 năm, mỗi năm 300 ngày, mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 8h nên Tổng số giờ làm việc :t =530028 = 24000 (giờ)

suy ra với bánh chủ động

T i/Tmax3n i t i

 = 24000x725x(13x 36/(36+15+12) + 0.93x

15(15+36+12) + 0.83x 12/(36+15+12))=14659914

 m i i

i T n t

 / max =24000x725x(16x 36/(36+15+12) + 0.96x

15(15+36+12) + 0.86x 12/(36+15+12))=2126925

Suy ra NHEcđ = 60x 14659914= 879594840

NEFcđ = 60c x 2126925= 127615500

Vì NHecđ > NHOcđ và NEFcđ > NFOcđ nên KHLcđ =KFLcđ =1

Suy ra với bánh chủ động:

[σH]cđ =530/1.1 = 481.8Mpa

[σF]cđ = 414/1.75 = 236.6 Mpa (N/mm2).

Đối với bánh bị động tương tự ta có :

σ0Hlim = 2HB+70= 2x220+70=510 và σ0Flim = 1.8HB = 1.8x

220 = 396

SH = 1.1 và SF = 1.75

T i/Tmax3n i t i

 = 24000x208.9(13x 36/(36+15+12) + 0.93x

15(15+36+12) + 0.83x 12/(36+15+12))=4224077

 m i i

i T n t

 / max =24000x208.9x(16x 36/(36+15+12) + 0.96x

15(15+36+12) + 0.86x 12/(36+15+12))=612848

Suy ra NHEbđ = 60x4224077 =.253444620

NEFbđ = 60x612848 = 36770880

Vì NHebđ > NHObđ và NEFbđ > NFObđ nên KHLbđ =KFLbđ =1

Suy ra [σH]bđ =510/1.1x=463.6 MPa

[σF]bđ = 396 / 1.75 = 226.3 MPa (N/mm2)

Vậy : [σH]cđ =530/1.1x=481.8 MPa

[σF]cđ = 414/1.75 = 326.6 MPa (N/mm2)

[σH]bđ =510/1.1x= 463.6 MPa

[σF]bđ = 396/1.75 = 226.3 MPa (N/mm2)

ứng suất quá tải cho phép: sử dụng phương trình 6.13, 6.14 [1 tr 95]

[σH]max = 2.8 σch = 2.8x 350 = 980 MPa [σF]cđmax = 0.8 σch = 0.8x 350 =280 MPa

[σF]bđmax = 0.8 σch = 0.8x 340 = 272 MPa.

3 tính sơ bộ khoảng cách trục:

Sử dụng công thức 6.15a [1tr 96] :

aw = Ka ( u1)3  

2 1

ba H

H

u

K T







trong đó : dấu + khi ăn khớp ngoài, - khi ăn khớp trong

 Ka :hệ số phụ thuộc vật liệu cặp bánh răng và loại răng Tra bảng 6.5 [1 tr 96] được Ka = 49.5 (Mpa)1/3

 Ψ ba :hệ số, tra bảng 6.6 [ 1 tr 97] và chọn 0.4

Suy ra Ψ bd = 0.53 Ψ ba (u 1) = 0.53 x0.4(3.47 + 1)=0.95 (CT 6.16 [1 tr 97]

Tra bảng 6.7 với Ψ bd = 0.95 và ở sơ đồ 5 ta được K Hβ = 1.07

 T1momen xoắn trên trục bánh chủ động T1= 62937,8 Nmm

 [σH] ứng suất tiếp cho phép [σH] = 481.8 Mpa

 U tỉ số truyền u = 3.47

4 0 47 3 8 481

07 1 8 62937 3

x x

4 Xác định thông số bộ truyền

Modun m= (0.010.02)aw = 1.98  3.96 Theo bảng 6.8 [1 tr 99] ta chọn m = 3

Số răng bánh răng nhỏ :

CT 6.19 [1 tr 99] :z1 = 2aw /[m(u+1)]= 2x195/[3x(3.47+

1)]=29.6

Chọn z1 = 29 suy ra z2 = uz1= 3.47x29 = 100.63.Chọn z2 = 100

Tổng số răng zt =z1+z2= 29+100= 129

Ta tính lại khoảng cách trục :aw = mzt / 2 = 3x129/2=193.5

Vậy tỉ số truyền thực u = z2/z1=100/29 =3.45

Chọn aw = 195 theo tiêu chuẩn nên cần có hệ số dịch chỉnh

5 tìm hệ số dịch chỉnh:

Tính hệ số dịch tâm y và hệ số ky :

Theo công thức 6.22 [ 1 tr 100] :y = aw / m – 0.5(z1 +z2 )= 195/3 – 0.5(29+100) = 0.5

CT 6.23 :ky = 1000y/zt = 1000x0.5 / 129=3.876

Tra bảng 6.10a [1 tr 101] ta được kx = 0.115

Suy ra hệ số giảm đỉnh răng Δy : CT 6.24 [1 tr 100]:

Δy = kx zt /1000 = 0.115x 129 / 1000 = 0.0148

Tổng hệ số dịch chỉnh xt = y + Δy = 0.5 + 0.0148 = 0.5148 (CT 6.25)

Do đó hệ số dịch chỉnh bánh răng chủ động và bị động :CT 6.26:

x1 = 0.5[xt – ( z2 – z1 )y/ zt] = 0.5[0.5148 – (100 – 29) 0.5/ 129] = 0.12

x2 = xt – x1 = 0.5148 – 0.12= 0.3948 0.395 (mm)

Góc ăn khớp : CT 6.27:

Cos αtw = ztmcosα / (2aw) = 129x 3 cos200/(2x195) = 0.9325 Suy

ra αtw = 21010’39.98”

6/ Các thông số hình học:

+ Môđun pháp tuyến: Mn = 3 (mm)

+ Số răng: Z1 = 29 (răng)

Z2 = 100 (răng)

+ Góc ăn khớp: n= 20 

+ Góc nghiêng:   0 

+ Đường kính vòng chia:

1

29 3 cos

1

1

100 3 cos

2

+ Đường kính vòng lăn

dw1 = d1 +[2y/(z2 + z1)]d1= 87 + [2x0.5 /(100+29)]87 = 87.7 mm

dw2 = d2 +[2y/(z2 + z1)]d2= 300 + [2x0.5 /(100+29)]300

= 302.33 mm

+ Đường kính vòng chân răng:

df1 = d1 -(2,5-2x1)m = 87 - (2,5- 2x0.12) x3=

80.22 (mm)

df1 = d2 -(2,5-2x2)m =300 - (2,5- 2x0.395) x3=310.26(mm)

+ Đường kính vòng đỉnh răng:

) ( 63 93 3 ) 0148 0 12 0 1 ( 2 87 ) 1

(

2 1 1

) ( 28 308 3 ) 0148 0 395 0 1 ( 2 300 )

1 (

2 2 2

+ Khoảng cách trục chia a = 0.5m(z2- z1) = 0.5 x3

(100-29) = 106.5 mm

+ Khoảng cách trục: aw = 195 mm

+ Chiều rộng bánh răng: bw = 78 mm

+ Đường kính cơ sở : db1 = d1cos =87 cos 200 = 81.75 mm

db2 = d2cos =300 cos 200 = 281.91 mm + Góc profin gốc α :theo tiêu chuẩn VN 1065-71 : α = 200

+góc profin răng αt = arctg (tg α/ cosβ) = arctg(tg200/cos0)=

200

+góc ăn khớp αtw = 21010’39.98”

7Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

σH = ZMZHZε 2T K H(u 1 ) /(b w ud w2 )  H

1

Trong đó :

ZM hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp,

tra bảng 6.5 ta được ZM = 274

ZH hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc: tra bảng 6.12

với (x1 + x2)/(z1+z2)=(0.12+0.395)/(29+100)=0.004 ta

được ZH = 1.7

Zε :hệ kể đến sự trùng khớp của răng, vì εβ = bwsin β

/(m) Với bw chiều rộng vành răng :bw = ba a w  0 4x195  78mm, suy ra εβ = 0( vì β = 00)

Nên Zε = ( 4  ) / 3 (6.36a)

Với εα =

672 1

x3xcos20 2

39.98”.

10 21 sin 195 2 91 281 28

308 75

81 63 93

cos 2

sin 2

0

0 0 2

2 2

2

2 2

2 2

2 1

2 1





























x x m

a d

d d

d

t

tw w b

a b

a

CT 6.38a [1 tr 105]

Vậy Zε = ( 4  1 672 ) / 3  0 881

KH hệ số tải trọng khi tiếp xúc: KH = KHβKHαKHv

Với KHβ hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên

chiều rộng răng ,tra bảng 6.7 ta có KHβ = 1.07

KHα hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp, đối với răng thẳng

KHα = 1

Tính vận tốc vòng và chọn cấp chính xác tạo bánh răng:

) / ( 66 6 1000

60

725 7 87 14 , 3 2 1000

60

2 1 1

s m n

d

















 

Với V = 6.66 (m/s) theo bảng (6.13) ta chọn cấp chính xác để chế tạo bánh răng là 7

KHv hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, tra bảng P2.3 phụ lục [1 tr 250] với cấp chính xác 7,v= 6.66, răng thẳng và nội suy ta được 1.1565

Suy ra KH = 1.07x1x1.1565= 1.237

274x1.7x0.881x 2x62937,8x1 237x(3.47  1)/(78x3.4 7x87.7 2 )

=237.3 MPa  [σH] = 481.8 Mpa.

8 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

CT 6.43.và 6.44 [1tr108]: σFcđ = 2T1KFYεYβYF1/(bwdw1m)  [σF1]

σFbđ = σF1YF2/YF1 [ σF2]

Trong đó : Yε = 1/ εα = 1/1.672 = 0.598:hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

Yβ = 1-β/140 = 1- 0/140 =1

YF1 ,YF2 hệ số dạng răng của bánh chủ động và bị động Tra bảng 6.18 với hệ số dịch chỉnh x1=0.12, x2 = 0.395 và zv1=z1=29, zv2 = z2= 100 và nội suy ra được YF1= 3.72, YF2= 3.535

KF = KFβKFαKFv CT 6.45

Với :

KFβ hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, tra bảng 6.7 [1 tr 98] với sơ đồ 5 và ψbd = 0.95 và nội suy ta có KFβ = 1.15

KFα : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn, với bánh răng thẳng

KFα = 1

KFv hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn:

KFv= 1+







F F

w w F

K K T

d b

1

1

Với F = δFgov a w/u

Trong đó δF và go tra bảng 6.15 và 6.16 được 0.016 và 47,

v = 6.66 (m/s)

Suy ra F = 0.016x47x6.66 195 / 3 47= 35.54 suy ra KFv = 1+

1 15 1 8 62937 2

7 87 78 54 35

x x x

x

Suy ra KF = 1.15x1x2.678=3.079

Suy ra σFcđ = 2x62937.8x3.079x0.598x1x3.72/(78x87.8x3)=41.96

MPa  [σFcđ] = 326.6 MPa

σFbđ = 41.96 x 3.535/3.72 = 39.87  [σFbđ] =226.3 Mpa

Vậy bánh răng cấp nhanh đạt yêu cầu về độ bền uốn và độ bền tiếp xúc