1.Chọn vật liệu chế tạo bánh răng nhanh và cách nhiệt luyện:
Do hộp giảm tốc chịu tải trọng trung bình nên chọn vật liệu làm bánh răng có độ rắn bề mặt răng HB < 350. Đồng thời để tăng khả năng chạy mòn của răng ta chọn độ rắn bánh răng nhỏ lớn hơn độ rắn của bánh răng lớn khoảng 25 ÷ 50 HB
HB1 = HB2 + (25 ÷ 50)HB
- Tra bảng ta chọn như sau:
+ Bánh răng nhỏ : thép 45 thường hoá (nhiệt luyện bằng phương pháp rèn) + Bánh răng lớn : thép 35 thường hoá (nhiệt luyện bằng phương pháp rèn) - Cơ tính của các loại thép đã chọn : tra bảng ta có
+ Bánh răng nhỏ :(Giả sử đường kính phôi 100 ÷ 300 mm)
+ Giới hạn bền kéo : ;
+ Giới hạn chảy : ;
+ Độ rắn : HB =170 ÷ 220. Ta chọn HB = 190 + Bánh răng lớn :(Giả sử rằng đường kính phôi 300 ÷ 500 mm)
+ Giới hạn bền kéo : + Giới hạn chảy :
+ Độ rắn : HB = 140 ÷ 190. Ta chọn HB = 160 2.Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép a) Ứng suất tiếp xúc cho phép
- Áp dụng công thức ta có : Trong đó:
+ - Ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài, phụ thuộc vào độ cứng Brinen của vật liệu .(N/mm2)
+kN’ - Hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc - Tra bảng ta có :
+ Bánh răng nhỏ : = 2,6 HB + Bánh răng nhỏ : = 2,6 HB - Áp dụng công thức ta có :
Trong đó :
+ N0 - Số chu kì cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc Tra bảng ta có N0 = 107
+ Ntd - Số chu kì tương đương.
Vì bánh răng chịu tải trọng không thay đổi nên ta áp dụng công thức : Ta có :Ntd = N = 600 ×u×n×T
Với : n - số vòng quay trong một phút của bánh răng + Đối với bánh răng nhỏ : n1 = 96 Vg/Ph
+ Đối với bánh răng lớn : n2 = 30,7 Vg/Ph
T - Tổng số giờ làm việc . ta có T = 5×300×6×2 = 18000 giờ
u - số lần ăn khớp của một răng khi bánh quay một vòng. Ta có u = 1
=> ta có số chu kì tương đương của bánh lớn : Ntd2 = 600×1×30,7×18000 = 33,2×107
=> Số chu kì làm việc tương đương của bánh nhỏ : Ntd1 = Ntd2×ibc = 33,2×107×3,1 = 102,92×107
Ta thấy Ntd1 > N0 và Ntd2 > N0 nên hệ số chu kỳ ứng suất kN’ của cả 2 bánh răng đều bằng 1.
- Úng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:
= 2,6×190 = 494 N/mm2 - Úng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:
= 2,6×160 = 416 N/mm2 b) Ứng suất uốn cho phép
- Vì răng làm việc một mặt (răng quay một chiều) nên áp dụng công thức Ta có :
Trong đó:
+ σ0 và σ-1 - Giới hạn mỏi uốn trong chu kì mạch động và trong chu kì đối xứng.
Ta có : (vì bánh răng bằng thép).
Bánh nhỏ : σ-1 = 0,43×σbk = 0,43×560 = 240,8 N/mm2 Bánh lớn : σ-1 = 0,43×σbk = 0,43×480 = 206,4 N/mm2
+ n - Hệ số an toàn.Vì bánh răng làm bằng thép rèn và thường hoá nên lấy n = 1,5.
+ kσ- Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng.Vì bánh răng làm bằng thép rèn và thường hoá nên lấy kσ = 1,8
+ kn’’ - Hệ số chu kì ứng suất mỏi uốn.Áp dụng công thức ta có:
. Lấy m ≈ 6 vì thép thường hoá.
N0 - số chu kì cơ sở của đường cong mỏi uốn.lấy N0 ≈ 5×106 Ntd -số chu kì tương đương .theo trên ta có:
Bánh nhỏ: Ntd1 = 109,92×107 Bánh lớn :Ntd2 = 33,2×107 Vì Ntd1 > N0 và Ntd2 > N0 nên kn’’ = 1 -Vậy ta có: Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ:
N/mm2 Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn:
N/mm2 3.Sơ bộ chọn hệ số tải trọng K. K = (1,3 ÷ 1,5)
- Chọn K = 1,3.
4.Chọn hệ số chiều rộng bánh răng.
- Trong đó : A- khoảng cách trục.
b - Chiều dài răng.
5.Xác định khoảng cách trục A.
- Áp dụng công thức ta có:
(vì bộ truyền ăn khớp ngoài) Vậy ta chọn A = 322 mm
6.Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng.
- Tính vận tốc vòng của bánh răng trụ răng thẳng:áp dụng công thức ta có:
m/s (vì bộ truyền ăn khớp ngoài)
- Chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:theo bảng ta có : Với v = 0,79 m/s <3 m/s => lấy cấp chính xác 9
7.Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A.
- Hệ số tải trọng K : áp dụng công thức ta có:
K = Ktt×Kd
Trong đó: Ktt - Hệ số tập trung tải trọng.vì bộ truyền có khả năng chạy mòn (HB <350 và v <15 m/s), tải trọng thay đổi ít nên lấy Ktt = 1.
Kd - Hệ số tải trọng động.tra bảng chọn Kd = 1,1 Vậy ta có : K = 1×1,1 = 1,1
- Ta thấy hệ số tải trọng chính xác K khác nhiều so với trị số chọn sơ bộ (K=1,3) nên cần tính lại trị số khoảng cách trục A theo công thức :
Vậy khoảng cách chính xác trục A = 305 mm
8.Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng.
- Môđun được chọn theo khoảng cách trục A:
Áp dụng công thức ta có : mn = (0,01 ÷ 0,02)×A = (0,01 ÷ 0,02)×305 = 3,05 ÷ 6,1
Theo tiêu chuẩn bảng ta lấy mn = 5 - Xác định số răng:
+ Số răng bánh nhỏ : áp dụng công thức ta có :
vì bộ truyền ăn khớp ngoài nên ta có : răng
Vậy lấy Z1 = 30 răng
+ Số răng bánh lớn :áp dụng công thức ta có: Z2 = i×Z1
= 3,1×30=93 răng Vậy lấy Z2 = 93 răng.
- Chiều rộng bánh răng :
=> Chọn b = 122 mm
9.Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng.
- Áp dụng công thức ta có : Trong đó: m - môđun pháp của bánh răng
y - hệ số dạng răng Z - số răng
n - số vòng quay trong 1 phút của bánh răng đang tính N - công suất
K - hệ số tải trọng
σu - ứng suất uốn sinh ra tại chân răng ,(N/mm2) [σ]u - ứng suất uốn cho phép,(N/mm2)
b - bề rộng bánh răng.
+ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh nhỏ:
Ta có : K = 1,1 ; Z1 = 30 răng; N = 6,85 kW; n1 = 96 Vg/Ph; m = 5; b = 122 mm Tra bảng chọn y1 = 0,451,y2 = 0,511
=>
=> σu1 < [σ]u1 = 133,8 N/mm2 -> thoả mãn điều kiện bền
+Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh lớn: áp dụng công thức
ta có : =>
=> σu2 < [σ]u2 = 114,7 N/mm2 -> thoả mãn điều kiện bền
10.Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột.
- Ứng suất tiếp xúc cho phép: áp dụng công thức
+ Bánh nhỏ : [σ]txqt1 ≈ 2,5 ×[σ]Notx1 = 2,5×2,6HB = 2,5×2,6×190 = 1235 N/mm2 + Bánh lớn : [σ]txqt2 ≈ 2,5 ×[σ]Notx2 = 2,5×2,6HB = 2,5×2,6×160 = 1040 N/mm2 - Ứng suất uốn cho phép : áp dụng công thức
+ Bánh nhỏ : [σ]uqt1 = 0,8×[σ]ch1 = 0,8×280 = 224 N/mm2 + Bánh lớn : [σ]uqt2 = 0,8×[σ]ch2 = 0,8×240 = 192 N/mm2
- Kiểm nghiệm ứng suất bền tiếp xúc: áp dụng công thức ta có:
Trong đó: Kqt = 2: hệ số tải trọng quá tải của thép thường hoá σtx - ứng suất tiếp xúc.áp dụng công thức ta có:
Vậy
σtxqt = 330,7 N/mm2 nhỏ hơn hệ số cho phép đối với cả bánh nhỏ và bánh lớn.
- Kiểm nghiệm sức bền uốn cho phép khi quá tải: áp dụng công thức + Bánh nhỏ :
σuqt1=σu1×Kqt=36,33×2 = 72,66 N/mm2 σuqt1 < [σ]uqt1 = 224 N/mm2
+ Bánh lớn :
σuqt2 = σu2×Kqt=32,06×2 = 64,12 N/mm2 σuqt2 < [σ]uqt2 = 192 N/mm2
11.Định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền.
Tính theo bảng TA CÓ:
Tên thông số Công thức Giá trị Đơn vị
Số răng Z1 30 răng
Z2 93 răng
Khoảng cách trục 307,5 mm
Môđun m = mn 5
Chiều cao răng h = 2,25×m 11,25 mm
Chiều cao đỉnh răng hd = m 5 mm
Chiều cao chân răng hf = 1,2×m 6 mm
Độ hở hướng tâm c = 0,25×m 1,25 mm
Đường kính vòng chia Bánh nhỏ : dc1 = m×Z1 150 mm
Bánh lớn: dc2 = m×Z2 465 mm
Đường kính vòng lăn d1 = dc1 150 mm
d2 = dc2 465 mm
Đường kính vòng đỉnh
răng De1 = dc1 + 2×m 160 mm
De2 = dc2 + 2×m 475 mm
Đường kính vòng chân
răng Di1 = dc1 - 2×m - 2×c 137,5 mm
Di2 = dc2 - 2×m - 2×c 452,5 mm
Góc ăn khớp α0 20 độ
12.Tính lực tác dụng.
- Lực tác dụng lên bánh răng được chia làm ba thành phần : lực vòng P, lực hướng tâm Pr và lực dọc trục Pa(Pa=0 vì là bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng).
Áp dụng công thức ta có:
+ Bánh nhỏ:
- Lực hướng tâm :áp dụng công thức ta có:
+ Bánh nhỏ: