Chương 5: TÍNH TOÁN SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY
5.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT – BÁNH VÍT
5.1.2 Thiết kế bộ truyền
- Chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh nhôm sắt bPA 9-4.
- Chọn vật liệu làm trục vít là thép 45 tôi bề mặt đạt HRC = 45-50 Của bánh vít
bk =550 N/mm2
ch = 170 N/mm2
DUT.LRCC
Của trục vít :
bk = 600 N/mm2
ch = 300 N/mm2 Số chu kỳ làm việc :
N = 60nT = 60.53.5.300.7 = 3,3.107 Hệ số chu kỳ ứng suất:
7 7
' 8 8
7
10 10
0,861 3,3.10
N
td
K = N = =
6
'' 8
7
10 0, 65
3,3.10
KN = =
b) Định ứng suất cho phép
Ứng suất tiếp xúc cho phép
tx = 0,8 bk .K’N (4-3 TK CTM)
= 0,8 .550.0,861
= 378,84 N/mm2 Ứng suất uốn cho phép :
u = (0,25.ch + 0,08.bk )K’’N (4 – 6 TKCTM)
= (0,25 .170 +0,08 .550).0,65
= 56,225 N/mm2
c) Chọn số mối ren Z1 của trục vít. Tính số răng Z2 của bánh vít Z1 = 2 (sô đầu mối ren trục vít)
i = 12 (tỷ số truyền)
Z2 = i Z1 = 2.12 =24 (số răng bánh vít) d) Chọn sơ bộ hệ số tải trọng và hiệu suất
Ta có Z1 = 2 Chọn : = 0,80
Chọn hệ số tải trọng K=1,1
e) Định mođun m và hệ số đường kính q theo điều kiện bền tiếp xúc Tính m3 q theo công thức:
3
2 2 2
2 6
3 n
N . .K Z tx.
10 . 45 , q 1
m
DUT.LRCC
SVTH: Phan Văn Ngọc Hướng dẫn: ThS. Lưu Đức Hòa Trang 86
3 1, 45.106 2 1,1.3,12
( ) .
403, 48.24 53
11,3 Theo bảng 4-6 (TKCTM) ta có :
Lấy m = 6 q =9 Ta có: m q3 =12,5
f) Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng
- Vận tốc trượt Vt có phương theo đường tiếp tuyến của ren trục vít :
2 2 1 1
t Z q
19100 n .
V = m + (4-11 TKCTM)
6.636 2 2
2 9
19100
= +
= 2(m/s)
Vt đã phù hợp với vận tốc trượt dự đoán là 5 m/s khi chọn vật liệu - Hiệu suất của bộ truyền trục vít trong trường hợp trục vít dẩn động.
= (0,96 0,98) .
') ( tg
tg
+
: góc vít tra theo bảng (4-7 TKCTM) = 12031’44’’ = 12,520 Góc ma sát tương đương :
’==arctgf
f = 0,04 => ’ = 2,30 (Bảng 4-8 TKCTM) Vậy = (0,960,98) 12,52
(2 12,52) 0,82 tg
tg =
+ 0,84
Hiệu suất không sai lệch nhiều so với ban đầu.
Tải trọng không thay đổi cho mấy K = Ktt. Kd = 1. 1,1 = 1,1 Vận tốc vòng V2 của bánh vít :
V2 =
60.1000 π.m.Z .n 60.1000
π.d2.n2 = 2 2 = 3,14.6.24.53
60.1000 =0, 4 (m/s)
DUT.LRCC
Từ V2 = 0,4(m/s) < 2 (m/s)
Nên ta ta chọn cấp chính xác chế tạo bộ truyền là: 9 g) Kiểm nghiệm sức bền ưốn của ren bánh vít
Kiểm nghiệm sức bền uốn sinh ra tại chân bánh vít theo công thức:
u 2 2 3
2 6 u m .Z .y.q.n
N . K . 10 .
15
=
(6-16 TKCTM)
2
3 3 0
24 25, 79
cos cos 12,52
td
Z Z
= = =
Tra bảng 3-18 (TKCTM) ta được y= 0,476 y : hệ số dạng răng
6 3
15.10 .1,1.3,12
46,16 6 .24.0, 476.11.53
u
= = (N/mm2)
Vậy u < u = 46,16 N/mm2 Vậy bánh răng đũ bền.
Vì bánh răng làm việc bằng vật liệu có sức bền thấp hơn ren trục vít, nên ren trục vít cũng thỏa mản điều kiện bền uốn trên.
h) Kiểm nghiệm sức bền răng bánh vít khi chịu quá tải đột ngột
- Khi bộ truyền trục vít làm việc quá tải với hệ số quá tải là Kqt cần kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn quá tải.
Ta có công thức: txqt = tx. Kqt txqt (6-8 TKCTM) vqt =u.Kqt uqt
Trong đó :
- u =52,8 (N/mm2) -
2 2 3 2
2
tx n
. .K A
1 q Z q Z
512000 +
=
Mà:
3
2 2 3
tx 2
2
n KN q
Z
512000 q 1
A Z
+
2
24 3 512000 1,1.3,12
1 .
9 24 .403, 48 53
9
+ 106 (mm)
DUT.LRCC
SVTH: Phan Văn Ngọc Hướng dẫn: ThS. Lưu Đức Hòa Trang 88
Vậy
24 1 3
512000 9 .1,1.3,12
24 110 53
9
tx = +
=306,13 (N/mm2)
+ Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải Đối với đồng thanh thiếc:
txqt = 4ch = 4. 170 = 680 (N/mm2) + Ứng suất uốn cho phép khi quá tải
uqt = 0,8 .ch = 0,8 . 170 = 136 ( N/mm2)
Do đó : txqt = tx. Kqt =306,13. 1,3 = 349 (N/mm2) < 680 (N/mm2) . 46,16.1,3 60, 008
uqt u Kqt
= = = (N/mm2) < 136 (N/mm2) Vậy txqt txqt
Điều kiện bền được thỏa mản.
i) Định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền
Theo bảng 4-3 (TKCTM) về quan hệ hình học chủ yếu của bộ truyền trục vít ta tính được các thông số hình học của bộ truyền như sau:
+ Z1: Số mối ren của trục vít, Z1 = 2 + Z2: Số ren bánh vít, Z2 = 24
+ m: Mođun của bộ truyền m = 6 (mm) +q: hệ số đường kính trục vít, q = 9
+t: Bước ren trục vít, t = .m = 3,14 . 6 = 18,84 (mm) +: góc progin ren của trục vít đo trong mặt cắt dọc = 200 +: góc dẩn của ren trục vít, = 12031’44’’
+ i: Tỷ số truyền của bộ truyền i = 12
+ dc1: Đường kính vòng chia trục vít, dc1 = q.m = 6.9 = 54 (mm)
+ dc2: Đường kính vòng chia của bánh vít, dc2 = Z2. m = 24. 6=144(mm) + f0: Hệ số chiều cao răng fn = 1.
+ C0: Hệ số khe hở đường tâm C0 = 0,2
+ S: Bước xoắn ốc của ren trục vít , S = t.Z1 = 18,84 .2 = 37,64 (mm).
+ Dc1: Đường kính vòng đỉnh trục vít
Dc1 = de1 + 2f0m
= 54+ 2.1.6 = 72 (mm)
DUT.LRCC
+ Dc2: Đường kính vòng đỉnh bánh vít Dc2 = de2 + 2f0 m
= 200 + 2.1.6 = 232(mm) + Di1: Đường kính vòng chân ren trục vít
Di1 = dc1 - 2f0 m - 2C0 m = 54- 2.1.6 -2.0,2 .6=40,8 (mm) + Dn: Đường kính ngòai cùng bánh vít
Dn Dc2 + 1,5m =232 + 1,5.6=241(mm) + A: Khoảng cách trục A= 1 2 54 144
2 2 99
c c
d +d = + = (mm)
+ L: chiều dài phần có ren của trục vít L (11 + 0,06 Z2)m
(11 + 0,06 . 24 ).6 = 74,64 (mm) + B: Chiều rộng của bánh vít :
B 0,75 . Dc2 = 0,75 . 72 = 54 (mm) k) Tính lực tác dụng trong bộ truyền trục vít
Hình 5.1: Sơ đồ lực tác dụng lên trục vít
- Khi truyền momen xoắn. ren trục vít và ren bánh vít chịu tác dụng của lực pháp tuyến Pn và lực ma sát. Để thuận tiện cho việc tính toán trục và ổ có thể phân tích lực trong bộ truyền gồm 3 thành phần.
+ Lực vòng P2 trên bánh vít có giá trị bằng lực dọc trục Pa1 tren trục vít:
P2 = Pa1 =
2
2 2
d M
+ Lực hướng tâm Pr1 trên trục vít có giá trị bằng lực hướng tâm Pr2 trên bánh vít:
Pr = Pr = P .tg
Pa2
P2
DUT.LRCC
SVTH: Phan Văn Ngọc Hướng dẫn: ThS. Lưu Đức Hòa Trang 90
+ Lực vòng P1 trên trục vít có giá trị bằng lực dọc trục Pa2 trên bánh vít:
P1 = Pa2 =
1
2 1
d M
Trong đó:
- M1: momen xoắn trên trục vít M1 = 60006(Nmm) - M2: momen xoắn trên bánh vít:
M2=
6 6
2 2
9,55.10 . 9,55.10 .3,12
562188 53
N
n = = (Nmm)
- d1: Đường kính vòng chia của trục vít: d1 = 54 (mm) - d2: Đường kính vòng chia của bánh vít: d2 = 144 (mm)
- : góc frofin ren của trục vít đo trong mặt phẳng cắt dọc = 20ọ Vậy ta tính được:
- P1= Pa2 =
1 1
d M
2 = 2.60006
2222, 44
54 = (N)
- P2 = Pa1 = 2
2
2 2.562188
7808,17 144
M
d = = (N)