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

br Hiệu suất một cặp bánh răng

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

b Công suất : tính từ trục công tác (kW)

ct 3

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

364148,06

1146000

1122144,62

d u

4

t

u u u

u u

u u

356,10.1,1

38,59 [ ] 2,03.5

727,38( ) 163,66

sin( )

2 2

r

F

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

3 Xác định ứng suất cho phép

Theo bảng 6.2 với thép 45, tôi cải thiện đạt rắn HB 180…350

70 HB 2

o lim

HB 8 , 1

o lim

Trong đó o

lim H

 và o

lim F

 là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở

SH , SF là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốnChọn độ rắn bánh răng nhỏ HB1 = 200; độ rắn bánh răng lớn HB2 = 185

t c 60

t t

t

t n c.

60

= 60.1 3,97480 20 000.( 13 0,5 + 0,73.0,5 )

= 10,97 107 > NHO2 Do đó hệ số tuổi thọ KHL1 = 1

t c 60

S Y Y



Với KFC: Hệ số xột đến ảnh hưởng đặt tải Với bộ truyền quay 1 chiều KFC

= 1

YR : hệ số xột đến ảnh hưởng của độ nhỏm mặt lượn chõn răng

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

KxF : hệ số xột đến kớch thước bỏnh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn Chọn sơ bộ YR.YS.KxF = 1

a1  43 (u1 + 1) 3  

a 1

2 H

Hv H 1

u

K K T

- KH là hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không

đều trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc

- KHv là hệ số kể ảnh hởng của tải trọng động

- u1 là tỉ số truyền của cặp bánh răng

ở đây ta đã có:

- T1 = 50236,98(N.mm), u1 =3,97; a = 0,2 và [] = 315 (MPa)

-d = 0,5.a.(u+1) = 0,53.0,2.(3,97+1) = 0,53 Tra Bảng 6.7 (Trang 98-Tập 1: Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí) ta xác định đợc KH = 1,11 (Sơ đồ 6).

w

a Z

0,821

m Z Z a

Do H =

nh

nh H 1 1

H M

U b

) 1 U (

K T 2 d

Z Z Z





;Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;

- ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc;

b tw

v  w1 1 (m/s)Với dw1 – đường kớnh vũng lăn bỏnh nhỏ

w1 w H

.K '.K 2.T

.d b υ

  

1 1

1

.2

w t w

t H H

M H

d u b

u K T Z Z

 Thỏa mãn điều kiện tiếp xúc

7.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

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

σF1 = 2T '.Kb .d.Y .Y.m.Y

w1 w

F1 β ε F 1

bw = 35,4 (mm) dw1 = 38,7 (mm)+ Yε – hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Yε = 1/εα

Với εα – hệ số trùng khớp ngang

εα = 1,612  Yε = 1/1,612 = 0,62

+ Yβ – hệ số kể đến độ nghiêng của răng

Yβ = 1 – β/140 = 1 – 14,961/140 = 0,893+ YF1, YF2 – hệ số dạng răng của bánh 1 và 2, phụ thuộc vào zv1, zv2

zv1 = z1/cos3β = 18/0,96613 = 19,962

zv2 = z2/cos3β = 92/0,96613 = 102 Tra bảng 6.18 ta được: YF1 = 4,08 YF2 = 3,60

+ KF – hệ số tải trọng khi tính về uốn

K = K K K

* KFβ – hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về uốn, tra bảng 6.7, ứng với sơ đồ 3 

KFβ = 1,12

* KFα – hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôirăng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn, tra bảng 6.14, với cấp chính xác 9, v < 5 (m/s)

w1 w F

.K '.K 2.T

.d b υ

Với υ F = δF go v

t1

w

u a

.Y Y Y '.K 2T

w1 w

F1 β ε F 1

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

8.Kiểm nghiệm răng về quá tải

+ Hệ số quá tải Kqt = Tmax/T = 1,5+ σH max = [σH] K qt = 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

 Thỏa mãn điều kiện về quá tải

Các thông số và kích thước bộ truyền

Khoảng cách trục aw1 = 190 mm

Chiều rộng vành răng bw1 = 40 mm

Tỉ số truyền u1 =3,95 Góc nghiêng của răng β = 34,81°

da1 = d1 + 2m = 76,73+ 2.3= 82,73mm

da2 = d2 + 2m = 303,2+ 2.3= 309,2 mmĐường kính đáy răng

n

u   (vg/ph)

T2 = 6 2 6

2

4,61 9,55.10 9,55.10 363847,1

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

giới hạn mỏi tiếp xúc :

0 lim1 0 lim1

2.225 70 520 1,8.250 405

H F

MPa MPa

2.210 70 490 1,8.210 378

H F

MPa MPa

H 1

1 [ ] =520 472( )

6 ax

0 lim F

[ ]=

.( 1)

[ ] u

H a

 



 (sơ đồ 3)

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 )

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

 thỏa mãn điều kiện bền

4.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn :

1 1 1

w w1

2 .

2 2.363847,1.1,06.1,37

F Fv

F F

b d K

' '

5.Kiểm nghiệm răng về quá tải :

Theo CT6.48 [TL1] : với ax 1,5

T

m qt

     MPa < [ F2] max  272 MPa

 thỏa mãn điều kiện quá tải

Các thông số kích thước bộ truyền cấp chậm:

vòng chia

1 1 2,5.42 105

d2 m z 2  2,5.142 355  mm Đường kính

 Kiểm tra điều kiện bôi trơn :

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 :

Víi d = 45 mm tra b¶ng 10.2_[1] ta cã b0 = 25 mm.

ChiÒu dµi moay¬ b¸nh r¨ng trô:

lm = (1,2  1,5).d = (1,2  1,5).45 = 1,2.45 = 55 mm.Chän lm22 = lm24 = 55 mm,lm23 = 120 (cho phï hîp víi bÒ réng b¸nh r¨ng)

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

ChiÒu dµi moay¬ b¸nh r¨ng trô:

Chän lc33 = 100 mm

l33 =l31+lc33 = 320+ 100 = 420 mm

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:

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

Fy1 = - 1262,5 N

Fy0 = - 1262,5 N

202000

1 2

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

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

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

112725

1 ,

2 2

2 0 2 0

2  M x M y  111389  296236

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

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

1545602

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

1525778

1 ,

0 

td

M

theo tiêu chuẩn lấy d3 =70 mm

+Tại tiết diện 4 ( khớp nối ) :





 2

4 2

4

4 M x M y

2 2

2 1 2

4

4  M  0 , 75 T  0  0 , 75 1231140

   

 3 4 3

4 0 , 1 48

1066198

1 ,

0 

td M

Tại tiết diện qua 1-2(Chỗ lặp bánh răng 1) ta có:

+Mô men uốn toàn phần:

129074 2

2 2

129074  (MPa)

8 , 7860 2

100516

Giới hạn mỏi uốn:  -1 = 256,2(MPa)

Giới hạn mỏi xoắn:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTMII], đối với rãnh then của trục có giới hạn bền  b  700 Mpa Ta

có k = 1,75; k = 1,6

VËy cã hÖ sè an toµn xÐt riªng øng suÊt uèn:

93 , 3 0 8 , 32 88 , 0 1

75 , 1

2 , 256

6 , 1

5 , 152

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 2

3 My Nmm Mx

50258

Giới hạn mỏi uốn:  -1 = 256,2(MPa)

Giới hạn mỏi xoắn:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTMII], đối với rãnh then của trục có giới hạn bền  b  700 Mpa Ta

75 , 1

2 , 256

Mặt khác ở đây do a = m = max= 3,2 Mpa nên hệ số

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) nªn trôc tho¶ m·n ®iÒu kiÖnuèn, xo¾n t¹i tiÕt diÖn 1-3

2.KiÓm nghiÖm hÖ sè an toµn vÒ mái cña trôc 2:

NhËn thÊy cã 2 tiÕt diÖn nguy hiÓm lµ tiÕt diÖn qua

2-2 ,2-2-3 vµ 2-2-4

Do tiÕt diÖn 2-2 vµ tiÕt diÖn 2-4 lµ nh nhau nªn ta chØcÇn kiÓm nghiÖm tiÕt diÖn 2-2

T¹i tiÕt diÖn qua 2-2 (chç l¾p b¸nh r¨ng 3) ta cã:

+M« men uèn toµn phÇn:

316486 2

2 2

ứng suất xoắn  = 5

18225 2

Giới hạn mỏi uốn:  -1 = 256,2(MPa)

Giới hạn mỏi xoắn:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTMII], đối với rãnh then của trục có giới hạn bền  b  700 Mpa Ta

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

46 , 3 0 73 , 34 82 , 0 1

75 , 1

2 , 256

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) nên trục thoả mãn điều kiệnuốn, xoắn tại tiết diện 2-2.

*Tại tiết diện qua 2-3 ta nhận thấy rằng:

+Mô men uốn toàn phần:

) ( 636220

2 3 2

3 My Nmm Mx

Giới hạn mỏi uốn:  -1 = 256,2(MPa)

Giới hạn mỏi xoắn:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTMII], đối với rãnh then của trục có giới hạn bền  b  700 Mpa Ta

VËy cã hÖ sè an toµn xÐt riªng øng suÊt uèn:

14 , 3 0 38,24 82 , 0 1

75 , 1

2 , 256

6 , 1

5 , 152

83 , 23 14 , 3

2 2

s s s

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

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 2

Giới hạn mỏi uốn:  -1 = 256,2(MPa)

Giới hạn mỏi xoắn:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3)[CTM II], đối với rãnh then của trục có giới hạn bền  b 

700 Mpa Ta có k = 1,75; k = 1,6

Tra bảng (15.2) [CTM II], ta có hệ số kích thớc  =0,70;  = 0,82

Đối với thép Cácbon, hệ số ảnh hởng của ứng suấttrung bình đến độ bền mỏi lấy  = 0,1;  = 0,05.Coi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng, bỏqua ứng suất kéo hoặc nén gây ra, ta có a = u = 38,45MPa; m = 0

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

49 , 5 0 86 , 21 82 , 0 1

75 , 1

2 , 256

Mặt khác ở đây do a = m = max=6,01 Mpa nên hệ số

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) nªn trôc tho¶ m·n ®iÒu kiÖnuèn, xo¾n t¹i tiÕt diÖn 3-1

-T¹i tiÕt diÖn qua 3-2 ( chç l¾p æ l¨n 1) ta cã:

+M« men uèn toµn phÇn:

1091430 2

2 2

Giíi h¹n mái uèn:  -1 = 256,2(MPa)

Giíi h¹n mái xo¾n:-1 =152,5(MPa)

Hệ số tập trung ứng suất thực tế, tra bảng (15.3) [CTMII], đối với rãnh then của trục có giới hạn bền  b  700 Mpa Ta

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

77 , 3 0 82 , 31 82 , 0 1

75 , 1

2 , 256

Mặt khác ở đây do a = m = max=8,97 Mpa nên hệ số

an toàn xét riêng ứng suất xoắn là:

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) nên trục thoả mãn điều kiệnuốn, xoắn tại tiết diện 3-2

1.Tính then cho trục 1.

Tra bảng (9.2) [TKHDD I], theo tiêu chuẩn TCVN 2261-77

ta có với trục 1 thì đờng kính vị trí lắp then là d1 = 25

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] :

Do ứng suất tại mối ghép là cố định, tải trọng tĩnh,vậtliệu chọn là thép CT6 nên ta có [ ] d= 150 N/mm2

137,6 / 25.3.25

- Kiểm nghiệm về sức bền cắt theo công thức (7.12)[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

có các thông số nh sau: b = 14; h = 9; t = 5,5; t1 = 3,8; chọnchiều dài then l =35 mm

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

2 u [ ]

M dkl

Trong đó b = 14 mm

Tra bảng (7.21) [TKCTM] có: [] = 120 N/mm2 ;

=> 2.316486 28,7

45.14.35

c

   N/mm2 < []c

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

= 18; h = 11; t = 7; t1 = 4,4; chọn chiều dài then l =40 mm

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

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

= 22; h = 14; t =9; t1 = 5,4; chọn chiều dài then l = 90 mm

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

Phần 5: Chọn ổ lănvà kết cấu vỏ hộp

I.Chọn ổ lăn

1.Chọn ổ lăn cho trục 1 :

_Dựa theo tải trọng :

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

0 0,3

a r

F F

+ Phản lực tổng hợp tại các ổ :

N F

F

0     

N F

F

1 2 1

1 0

3

m

576 10

20000 480 60 10

.

h

L n

   thỏa mãn

2.Chọn ổ lăn cho trục 2 :

_ Dựa theo tải trọng :

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

0 0,3

a r

F F

+ Phản lực tổng hợp tại các ổ :

N F

F

0 2 0

0     

N F

F

1 2 1

20000 9 , 120 60 10

.

h

L n

3.Chọn ổ lăn cho trục 3 :

_Dựa theo tải trọng :

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

0 0,3

a r

F F

F

0 2 0

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