Thiết kế hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh

Lời nói đầu.Chi tiết máy là môn khoa học nghiên cứu các phơngpháp tính toán và thiết kế các chi tiết máy có công dụngchung.. Môn học Chi tiết máy có nhiệm vụ trình bày nhữngkiến thức cơ

Lời nói đầu.

Chi tiết máy là môn khoa học nghiên cứu các phơngpháp tính toán và thiết kế các chi tiết máy có công dụngchung Môn học Chi tiết máy có nhiệm vụ trình bày nhữngkiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý cũng nh phơngpháp tính toán các chi tiết máy có công dụng chung, nhằmbồi dỡng cho sinh viên khả năng giải quyết những vấn đềtính toán và thiết kế các chi tiết máy, làm cơ sở để vậndụng vào việc thiết kế máy Đối với các ngành cơ khí, chitiết máy là môn kỹ thuật cơ sở cuối cùng, là khâu nối giữaphần bồi dỡng những chi thức về khoa học kỹ thuật cơ bảnvới phần bồi dỡng kiến thức chuyên môn

Trong nội dung một đồ án môn học, đợc sự chỉ bảo ớng dẫn tận tình của thầy giáo Trịnh Chất, em đã hoànthành bản thiết kế Hệ dẫn động băng tải với hộp giảm tốcphân đôi cấp nhanh Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chếnên em không tránh khỏi sai sót.Em rất mong tiếp tục đợc sựchỉ bảo, góp ý của thầy cô và các bạn

h-Nhân đây, em cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đối vớithầy giáo Trịnh Chất và các thầy giáo trong bộ môn Cơ sởThiết kế máy đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, tháng

4 năm 2007

S inh viªn

Với:dai Hiệu suất của bộ truyền đai

ol Hiệu suất một cặp ổ lăn

ot Hiệu suất một cặp ổ trượt

k Hiệu suất nối trục di động

4 , 1 5

, 1

dn K

1

480 120,9( / ) 3,97

n

u

2 3

2

120,9

36,5( / ) 3,31

4, 29

4,38( w) 1.0,98

4,38

4,61( w) 0,96.0,99

4,61

5,05( w) 0,96.0,99

ct ct

3

9,55.10 9,55.10 4,38

1146000( ) 36,5

2

9,55.10 9,55.10 4,61

364148, 06( ) 120,9

1

9,55.10 9,55.10 5,05

100473,96( ) 480

dc dc

Dựa vào thông số tính toán ở trên ta có bảng sau :

Sinh viên: Dương Thế Quang - Cơ điện tử 2 – K49 4

Phần 2: Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài :

2

1

630

3,18 (1 ) 200.(1 0,01)

t

d u

4

t

u u u

u u

u u

2 1 1

630 200

1500

d d a

Chiều rộng đai

d F

356,10.1,1

38,59 [ ] 2, 03.5

0 1

727,38( ) 163,66

sin( ) sin( )

2 2

Phần 3:Tí nh truyền động bánh răng

Số liệu: P1 = 2,43 kW

n1 = 480 ( vg/ph)

u1 = 3,97 u2 = 3,31 Thời hạn làm việc: 20 000 hLàm việc êm

o lim

HB 8 , 1

o lim

Trong đó o

lim H

 và o

lim F

phép ứng với số chu kì cơ sở

SH , SF là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn

t c 60

1

t

t t

t t n c.

60

t c 60

YS: hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất

Chọn sơ bộ YR.YS.KxF = 1

b¸nh r¨ng trô r¨ng th¼ng b»ng thÐp ¨n khíp ngoµi nh sau: (6.15a)

a1  43 (u1 + 1)

 

3

a 1

2 H

Hv H 1

u

K K T

Thay số vào công thức ta sẽ xác định đợc khoảng cách

w

a Z

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

nh

nh H 1 1

H M

U b

) 1 U (

K T 2 d

Z Z Z

b tw

- Vận tốc vòng

60000

nπ.d

* KHα – hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng

đồng thời ăn khớp Theo bảng 6.13, với răng trụ răng nghiêng, v ≤2, 5 (m/s), ta chọn cấp chính xác 9

w1 w H

.K'.K2.T

.d.bυ

1

2

w t w

t H H

M H

d u b

u K T Z

[σ’

H] = [σH].Zv.ZR.KXH = 315.1.0,95.1= 299,25+ Tính ZR: Chọn Ra = 2,5 1,25μm  ZR = 0,95

7.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Ứng suât uốn sinh ra tại chân răng tính theo công thức

σF1 =

.m.db

.Y.Y.Y'.K2T

w1 w

F1 β ε F 1

1,12

răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn, tra bảng 6.14, với cấp chính xác 9, v < 5 (m/s)

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

KFv = 1+

Fα Fβ 1

w1 w F

.K'.K2.T

.d.bυ

Với υ = δF F go v

t1

w

ua

.Y.Y.Y'.K2T

w1 w

F1 β ε F 1

= 2.16474.2,37,7.35,4.192.0,62.02,893.4,08 = 58,678 (MPa)

08,4

90,3 = 56,089 (MPa)+ Tính chính xác [σF1], [σF2]

8.Kiểm nghiệm răng về quá tải

+ Hệ số quá tải Kqt = Tmax/T = 1,5+ σH max = [σH] Kqt = 344,8 1 , 5 = 448,347 < [σH]max = 1260+ σF1 max = σF1 Kqt = 58,678 1,6 = 90,68 < [σF1]max = 464

σF2 max = σF2 Kqt = 56,089 1,6 = 89,74 < [σF2]max = 360

Các thông số và kích thước bộ truyền

121

P

u2 =

1

13,15

3,35 3,95

Theo bảng 6.2 [TL1] đối với thép 45 tôi cải thiện :

giới hạn mỏi tiếp xúc :

0 lim 2 70

hệ số an toàn tiếp xúc :

SH = 1,1giới hạn bền uốn :

0 lim 1,8( )

hệ số an toàn uốn :

SF = 1,75

0 lim1 0 lim1

2.225 70 520 1,8.250 405

H F

MPa MPa

0 lim 2 0 lim 2

2.210 70 490 1,8.210 378

H F

MPa MPa

1 [ ] =520 472( )

FE

�

0 lim F

[ ]=

S

F FC FL F

H 1

.( 1)

[ ] u

H a

42,3 ( 1) 2,5.(3,35 1)

a z

� tỉ số truyền thực :

2 1

142 3,38 42

m

z u z

1,81 sin(2 ) sin(2.19,9 )

w2 w1

2. 2.230

105( ) 142

230 0,006.73.0,59 2,18

2 .

H H

H H

b d K

do đó ZR = 1 với da < 700 mm ; KxH = 1

4.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn :

1

w w1

2 .

Theo bảng 6.14 [TL1] : với v < 2,5 m/s và cấp chính xác 9 : K F  1,37

0

230 0,016.73.0,54 5, 2

2 2.363847,1.1, 06.1,37

F Fv

F F

b d K

' '

1 F1

2 F2

[ ] [ ]

5.Kiểm nghiệm răng về quá tải :

Theo CT6.48 [TL1] : với ax 1,5

T

m qt

Các thông số kích thước bộ truyền cấp chậm:

480 = 27,45 LÊy d1 = 30 mm

Trôc II : d2 = 1603 4,61

120,9 =53,85, LÊy d2 = 55 mm

Trôc III : d3 = 1603 4, 48

36,5 =79,5, LÊy d3 = 80 mm Theo b¶ng (10.3_1/1) chän chiÒu réng æ l¨n :

l31

l33

Víi d = 80 mm tra b¶ng 10.2_[1] ta cã b0 =39 mm

ChiÒu dµi moay¬ b¸nh r¨ng trô:

II TÝnh To¸n thiÕt kÕ trôc :

1.Vẽ sơ đồ trục sơ đồ chi tiết quay và lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục

+ Chọn hệ tọa độ Oxyz như hình thì ta có sơ đồ phân tích lực chung:

= 2.50236,98/76,73 = Ft3 = Ft4 =1310 N

Fa1 = Fa2 = Fa3 = Fa4 = Ft1.tgβ = 1310.tg(34,81)=910 N

Fr1 = Fr2 = Fr3 = Fr4 =Ft1

)cos(

)tg( tw



 = 834 N

D

Với D t  63 ( theo bảng 16.10a [TL1] )

2.Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục :

* Trục 1 :

0 Fdx Ft2 Ft1 - Fx1

1310 61 96 , 363

.

.

1

11 1 13 2 12 1 1 0

t d dx y

F

l F l F l F l F m

1-3 1-2

47786

85523

9910222185

5914824236

6936 62

1310

.

.

1

21 1 24 4 23 5 22 3 0

t t

y

F

l F l F l F l F m

.

834

.

.

.

1

21 1 24 4 23 5 22 3 2 4 2 3 0

r r

a a

x

F

l F l F l F l F r F r F m

Fy1 = 428,5N

Fy0 = 428,5N

296236 111389

z y x

160 6936

.

.

1

33 31

1 32 6 0

t y

F

l F l F l F m

.

1

31 1 32 6 0

x

F

l F l F m

Fy0 = - 1262,5 N

202000

2 1

87049

1 ,

0 

td

M

theo tiêu chuẩn lấy d1 = 25 mm

+Tại tiết diện 2 ( ổ O ) :

2 2

2 0

2 0

2  M x M y  38430  22185

2 2

2 1

2 2

97707

1 ,

0 

td

M

theo tiêu chuẩn lấy d2 = 30 mm

+Tại tiết diện 3 ( bánh răng 1 ) :

2 2

2 3

2 3

3  M x M y  82698  99102

2 2

2 1

2 3

155685

1 ,

0 

td

M

theo tiêu chuẩn lấy d3 =34 mm

+Tại tiết diện 4 ( bánh răng 2 ) :

2 2

2 4

2 4

4  M x M y  59148  85523

2 2

2 1

2 4

112725

1 ,

0 

td

M

+Tại tiết diện 5 ( ổ lăn 1 ) :

Vì tại ổ 1 không chịu mômen uốn và xoắn (hình vẽ) nên chọn đường kính giống như ổ 0

* Trục 2 :

Với [ ]=48 

+Tại tiết diện 2 ( bánh răng 3 ) :

2 2

2 0

2 0

2  M x M y  111389  296236

2 2

2 2

2 2

353591

1 ,

0 

td

M

theo tiêu chuẩn lấy d2 =45 mm

+Tại tiết diện 3 ( bánh răng 5 ) :

2 2

2 3

2 3

3  M x M y  12336  636100

2 2

2 2

2 3

655469

1 ,

0 

td

M

theo tiêu chuẩn lấy d3 =55 mm

+Tại tiết diện 4 ( bánh răng 4 ) :

Do tính chất đối xứng của chỗ lắp bánh răng 3 và 4 nên ta chọn đường kính chỗ lắp bánh răng 4 là: d4 =45 mm

+Tại tiết diện 1 và 5(ổ lăn 0 và ổ lăn 1):

Do momen uốn và momen xoắn bằng 0 nên ta chọn d=40 cho phù hợpvới chỗ lắp bánh răng 3 và 4

2  M x M y  202000  1100592

2 2

2 3

2 2

1 ,

0 

td

M

theo tiêu chuẩn lấy d2 =80 mm

+Tại tiết diện 3 ( ổ lăn 1 ) :

2 2

2 3

2 3

3  M x M y  0  1091430

2 2

2 3

2 3

1525778

1 ,

+Tại tiết diện 4 ( khớp nối ) :

2 1

2 4

1066198

1 ,

T¹i tiÕt diÖn qua 1-2(Chç lÆp b¸nh r¨ng 1) ta cã:

+M« men uèn toµn phÇn:

129074

2 2

129074

8 , 7860 2

100516

Giới hạn mỏi xoắn:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTM

Coi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng, bỏ

Vậy có hệ số an toàn xét riêng ứng suất uốn:

93 , 3 0 8 , 32 88 , 0 1

75 , 1

2 , 256

6 , 1

5 , 152

71 , 3 22 , 11 93 , 3

22 , 11 93 , 3

2 2

s s s

Do S >[S] = (1,5 2,5) nªn trôc tho¶ m·n ®iÒu kiÖnuèn, xo¾n t¹i tiÕt diÖn 1-2.

*T¹i tiÕt diÖn qua 1-3 (chç l¾p b¸nh r¨ng 2) ta nhËnthÊy r»ng

+M« men uèn toµn phÇn:

) ( 103984

2 3

50258

HÖ sè tËp trung øng suÊt thùc tÕ, tra b¶ng (15.3) [CTM

Coi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng, bỏ

Vậy có hệ số an toàn xét riêng ứng suất uốn:

87 , 4 0 46 , 26 88 , 0 1

75 , 1

2 , 256

an toàn xét riêng ứng suất xoắn là:

4 , 22 2 , 3 05 , 0 2 , 3 77 , 0 1

6 , 1

5 , 152

76 , 7 4 , 22 87 , 4

4 , 22 87 , 4

2 2

s s s

Do S >[S] = (1,5 2,5) nên trục thoả mãn điều kiệnuốn, xoắn tại tiết diện 1-3

2.Kiểm nghiệm hệ số an toàn về mỏi của trục 2:

Nhận thấy có 2 tiết diện nguy hiểm là tiết diện qua

2-2 ,2-2-3 và 2-2-4

Do tiết diện 2-2 và tiết diện 2-4 là nh nhau nên ta chỉcần kiểm nghiệm tiết diện 2-2

Tại tiết diện qua 2-2 (chỗ lắp bánh răng 3) ta có:

+Mô men uốn toàn phần:

2 2

182074

T

(MPa)Trục làm bằng thép C45 nên ta có:

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTM

Coi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng, bỏ

Vậy có hệ số an toàn xét riêng ứng suất uốn:

46 , 3 0 73 , 34 82 , 0 1

75 , 1

2 , 256

toµn xÐt riªng øng suÊt xo¾n lµ:

06 , 13 5 05 , 0 5 7 , 0 1

6 , 1

5 , 152

36 , 3 06 , 13 46 , 3

06 , 13 46 , 3

2 2

s s s

Do S >[S] = (1,5 2,5) nªn trôc tho¶ m·n ®iÒu kiÖnuèn, xo¾n t¹i tiÕt diÖn 2-2

*T¹i tiÕt diÖn qua 2-3 ta nhËn thÊy r»ng:

+M« men uèn toµn phÇn:

) ( 636220

2 3

182074

T

(MPa)Trôc lµm b»ng thÐp C45 nªn ta cã:

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTM

Coi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng, bỏ

Vậy có hệ số an toàn xét riêng ứng suất uốn:

14 , 3 0 38,24 82 , 0 1

75 , 1

2 , 256

6 , 1

5 , 152

11 , 3 83 , 23 14 , 3

83 , 23 14 , 3

2 2

s s s

Do S >[S] = (1,5 2,5) nên trục thoả mãn điều kiệnuốn, xoắn tại tiết diện 2-3

3.KiÓm nghiÖm hÖ sè an toµn vÒ mái cña trôc 3:

NhËn thÊy cã 1 tiÕt diÖn nguy hiÓm lµ tiÕt diÖn qua

3-1 vµ tiÕt diÖn 3-2

-T¹i tiÕt diÖn qua 3-1 ( chç l¾p b¸nh r¨ng 6) ta cã:

+M« men uèn toµn phÇn:

1118976

2 2

HÖ sè tËp trung øng suÊt thùc tÕ, tra b¶ng (15.3)

Tra bảng (15.2) [CTM II], ta có hệ số kích thớc  =

Đối với thép Cácbon, hệ số ảnh hởng của ứng suất

Coi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng, bỏ

Vậy có hệ số an toàn xét riêng ứng suất uốn:

49 , 5 0 86 , 21 82 , 0 1

75 , 1

2 , 256

an toàn xét riêng ứng suất xoắn là:

86 , 10 01 , 6 05 , 0 01 , 6 7 , 0 1

6 , 1

5 , 152

9 , 4 86 , 10 49 , 5

86 , 10 49 , 5

2 2

s s s

Do S >[S] = (1,5 2,5) nên trục thoả mãn điều kiệnuốn, xoắn tại tiết diện 3-1

-Tại tiết diện qua 3-2 ( chỗ lắp ổ lăn 1) ta có:

+Mô men uốn toàn phần:

1091430

2 2

Vậy mô men cản uốn và cản xoắn là:

1231140

T

(MPa)Trục làm bằng thép C45 nên ta có:

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTM

Coi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng, bỏ

Vậy có hệ số an toàn xét riêng ứng suất uốn:

77 , 3 0 82 , 31 82 , 0 1

75 , 1

2 , 256

MÆt kh¸c ë ®©y do a = m = max=8,97 Mpa nªn hÖ sè

an toµn xÐt riªng øng suÊt xo¾n lµ:

28 , 7 97 , 8 05 , 0 97 , 8 7 , 0 1

6 , 1

5 , 152

35 , 3 28 , 7 77 , 3

28 , 7 77 , 3

2 2

s s s

Do S >[S] = (1,5 2,5) nªn trôc tho¶ m·n ®iÒu kiÖnuèn, xo¾n t¹i tiÕt diÖn 3-2

1.TÝnh then cho trôc 1.

Tra b¶ng (9.2) [TKHDD I], theo tiªu chuÈn TCVN 2261-77

mm do đó các thông số của then là: b = 8; h = 7; t1 = 4; t2

= 2,8; chọn chiều dài then l =22 mm

- Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7.17) [TKCTM]:

Vậy then lắp trên trục 1 đã thoả mãn

2.Tính then cho trục 2

Tra bảng (9.1a) [TKHDD I], ta có với trục 2 thì đờngkính vị trí lắp then là d = 45 Để đồng nhất ta chọn then

chiều dài then l =35 mm

- Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (9.1) [TKCTM]:

M dkl

Vậy then lắp trên trục 2 đã thoả mãn

3 Tính then cho trục 3

a.Với trục có đờng kính vị trí lắp then d = 65 mm Tra

bảng (9.1a) [TKHDD I], ta chọn then có các thông số : b =

- Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7.17)[TKCTM]:

Vậy then lắp trên trục 3 đã thoả mãn.

b Với trục có đờng kính vị trí lắp then d = 80 mm.

Tra bảng (9.1a) [TKHDD I], ta chọn then có các thông số : b =

- Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7.17)[TKCTM]:

=> 2.1118976 2

36,14 / 80.8,6.90

_Dựa theo tải trọng :

vì 2 lực dọc trục Fa1 và Fa2 triệt tiêu lẫn nhau

0 0,3

a r

_Tính kiểm nghiệm hệ số tải trọng động :

+ Phản lực tổng hợp tại các ổ :

N F

F

F l xo2 yo2 876 , 9 2 84 2 881

N F

F

F l x y2 1379 , 4 2 954 2 1677

1

2 1

1 0

0 

3

576 10

20000 480 60 10

.

h

L n

_ Dựa theo tải trọng :

Vì 2 lực dọc trục Fa3 và Fa4 triệt tiêu lẫn nhau

0 0,3

a r

+ Phản lực tổng hợp tại các ổ :

N F

F

F l x y2 4778 2 428 , 5 2 4797

0

2 0

N F

F

F l x y2 4778 2 428 , 5 2 4797

1

2 1

20000 9 , 120 60 10

.

h

L n

_Dựa theo tải trọng :

vì 2 lực dọc trục Fa1 và Fa2 triệt tiêu lẫn nhau

0 0,3

a r

_ Tính kiểm nghiệm hệ số tải trọng động :

+ Phản lực tại các ổ :

N F

F

F l x y2 6878 , 7 2 1262 , 5 2 6994

0

2 0

N F

F

F l x y2 10857 2 1262 , 5 2 10930

1

2 1

20000 5 , 36 60 10

.

h

L n

_Nhiệm vụ : bảo đảm vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng dầu bôi trơn, bảo vệ các chi tiết, tránh bụi bặm.

_Vật liệu dùng để đúc vỏ hộp giảm tốc là gang xám GX15-32

a.Chọn bề mặt lắp ghép giữa nắp và thân :

_Bề mặt ghép của vỏ hộp đi qua đường tâm của các trục và song song với mặt đế

b.Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp :

+ Chiều dày thân và nắp :

_Chiều dày thân :   0 , 03 a W  3  0 , 03 230  3  9 , 9

04 , 0

_ Đường kính bu lông ghép nắp bích và thân, d3 :

D3 =125 mm

D2 = 100 mmTrục 3 : D=125 mm

R2  1 , 3 2  1 , 3 15  19 , 5

lấy R2 =28 mm+Mặt đế hộp :

_Chiều dày khi không có phần lồi :

mm d

S1  ( 1 , 3  1 , 5 ) 1  ( 1 , 3  1 , 5 ) 20  26  30

lấy S1 = 28 mm _Bề rộng mặt đế hộp :

mm d

K1  3 1  3 20  60

mm K

q1  1 2   60  2 10  80

+Khe hở giữa các chi tiết :

_Giữa bánh răng với thành trong hộp :

>(1 1,2).=(1 1,2)10=10 12 lấy   12 mm

_Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp :

1≥ (3 5).=(3 5)10=30 50

_Giữa mặt bên các bánh răng với nhau :

≥=10mm lấy   10 mm+Số lượng bu lông nền, Z :

sơ bộ chọn :

L =0,5.(daBR1+daBR3)+aw+2+

L =mm (chiều dài của hộp)

Z=(L+B)/(200…300) = (450+330)/(200 300)=2,6…3,9chọn Z = 4

B.Chọn các chi tiết liên quan đến hộp giảm tốc

Để kiểm tra, quan sát các tiết máy trong hộp khi lắp ghép và để đổ dầu vào hộp , trên đỉnh hộp có làm cửa thăm, cửa thăm đợc đậy bằng nắp trên nắp có lỗ thông hơi.

18 – 6 trang 93 sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khítập 2, chọn nút thông hơi có kích thớc cơ bản sau:

15

45

36

18

36

32

Sau một thời gian làm việc dầu bôi trơn chứa trong hộp

bị bẩn (do bụi bặm và do các hạt mài), hoặc bị biến chất,

do đó cần phải thay dầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có

lỗ tháo dầu, lỗ này đợc bịt kín bằng nút tháo dầu khi hộp giảm tốc làm việc, kích thớc nút tháo dầu chọn theo bảng 18– 7 trang 93 sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí

Hình 15 Hình dạng và kích thớc nút tháo dầu trụ.

5.Kiểm tra mức dầu.

Để kiểm tra mức dầu trong hộp ta dùng que thăm dầu, que thăm dầu có kích thớc và kết cấu nh hình vẽ

6 Nắp ổ

Nắp ổ thờng đợc chế tạo bằng gang GX15-32