Đồ an chi tiết máy hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục

Nội dung “Đồ án chi tiết máy – Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp đồng trục bánh răng nghiêng” bao gồm 7 phần:
Phần I: Tìm hiểu về hệ dẫn động xích tải Phần II: Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền Phần III: Tính toán, thiết kế bộ truyền đai thang Phần IV: Thiết kế bộ truyền bánh răng Phần V; Tính toán thiết kế trục và chọn then Phần VI: Chọn ổ lăn và khớp nối trục Phần VII: Thiết kế vỏ hộp, các chi tiết phụ và dung sai lắp ghép

Phần VIII: Xích tải

Download tài liệu:PDF

Your browser is no longer supported. Update it to get the best YouTube experience and our latest features. Learn more

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY Sinh viên thực hiện: Người hướng dẫn: Ký tên: Ngày hoàn thành: Ngày bảo vệ: ĐỀ TÀI Đề số 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Phương án số: 28 Hệ thống dẫn động băng tải bao gồm: 1 – Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2 – Nối trục đàn hồi; 3 – Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục; 4 – Bộ truyền xích ống con lăn; 5 – Băng tải [Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ]. Bảng số liệu: Thông số Số liệu Lực vòng trên băng tải 𝐹 3500 𝑁 Vận tốc xích tải 𝑣 1,3 𝑚/𝑠 Đường kính tang dẫn 𝐷 650 𝑚𝑚 Thời gian phục vụ 𝐿 Số ngày làm/năm 𝐾𝑛𝑔 5 𝑛ă𝑚 320 𝑛𝑔à𝑦 Thông số thời gian và đặc tính làm việc Quay một chiều, làm việc 1 ca, tải va đập nhẹ [1 năm làm việc 320 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ]. Chế độ tải T1= T; T2= 0.8T; t1= 27 s; t2= 12 s MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................ 4 Phần 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN – PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN ......................................... 5 1.1 Chọn động cơ điện ............................................................................................................ 5 1.2 Phân phối tỉ số truyền ....................................................................................................... 6 1.3 Bảng đặc tính .................................................................................................................... 7 Phần 2: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN .................................................................................... 8 2.1 Thiết kế bộ truyền xích ..................................................................................................... 8 2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng .......................................................................................... 11 2.2.1 Bộ truyền cấp chậm .................................................................................................. 11 2.2.2 Bộ truyền cấp nhanh ................................................................................................. 17 2.3 Chọn nối trục .................................................................................................................. 18 2.4 Tính toán thiết kế trục và then ........................................................................................ 19 2.4.1 Vật liệu chết tạo trục và ứng suất cho phép ............................................................. 19 2.4.2 Thiết kế sơ bộ ........................................................................................................... 19 2.4.3 Thiết kế trục ............................................................................................................. 21 2.4.4 Thiết kế then ............................................................................................................. 29 2.4.5 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi ............................................................................. 30 2.4.6 Kiểm nghiệm then .................................................................................................... 32 2.5 Tính toán ổ lăn ................................................................................................................ 33 2.5.1 Tính toán ổ lăn trên trục I ......................................................................................... 33 2.5.2 Tính toán ổ lăn trên trục II ....................................................................................... 35 2.5.3 Tính toán ổ lăn trên trục III ...................................................................................... 37 Phần 3: CHỌN THÂN MÁY, BULONG, CÁC CHI TIẾT PHỤ ............................................ 39 3.1 Chọn thân máy ................................................................................................................ 39 3.2 Các chi tiết phụ ............................................................................................................... 40 Phần 4: DUNG SAI LẮP GHÉP .............................................................................................. 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 46 LỜI NÓI ĐẦU Với những thành tựu khoa kỹ thuật phát triển mạnh trong suốt gần hai thập kỹ qua, ngành Cơ khí nói chung cũng như các ngành Công nghệ chế tạo nói riêng đã có những bước phát triển to lớn và thay đổi đáng kể bộ mặt của một ngành được xem là cốt lõi trong lịch sử con người. Dần dần, các công nghệ robot, tự động hóa sản xuất và điều khiển bằng vi mạch… đã và đang là xu hướng chủ đạo của ngành Cơ khí trong tương lai gần. Ngoài ra, Cơ khí ngày nay vẫn kế thừa và phát triển những thành tựu đã đạt được như các cụm chi tiết máy: hộp giảm tốc, các bộ truyền động… Tất cả tạo nên một bức tranh hòa hài giữa kỹ thuật xưa và nay. Trong đó, Việt Nam cũng đã đang cố gắng bắt kịp theo xu hướng này; do đó những môn đào tạo chuyên môn như Kỹ thuật điều khiển tự động, Tự động hóa sản xuất, PLC hay Robot công nghiệp… được các trường Đại học đào tạo kỹ thuật Cơ Khí, tiêu biểu là Đại Học Bách Khoa TP.HCM, đưa vào chương trình đào tạo nhằm giúp cho sinh viên có kiến thức cơ bản về điều khiển và lập trình. Song song với những đổi mới trong chương trình đào tạo ấy, chúng ta cũng cần phải trang bị những kiến thức cơ bản nhất của Cơ khí như Chi tiết máy, Nguyên lý máy hay Vẽ kỹ thuật … Để thỏa mãn điều kiện nói trên, sinh viên Cơ Khí đều phải thực hiện một đồ án về chi tiết máy để hiểu cũng như nắm bắt rõ ràng hơn kiến thức đã học, áp dụng vào thực tiễn đời sống hằng ngày. Với tiêu chí đó, Khoa Cơ Khí, trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM luôn tổ chức cho sinh viên năm 3 thực hiện Đồ án Chi tiết máy. Với những mục tiêu quan trọng ấy, sinh viên của Khoa cũng rất cần ở Khoa sự hướng dẫn tận tình trong lần đầu tiên làm một đồ án lớn, góp phần hoàn thiện nó hơn. Lời cuối cùng thay mặt các bạn sinh viên khoa Cơ Khí, xin cám ơn và gửi lời chúc sức khỏe đến …. và các thầy cô đã tạo điều kiện cho chúng em có cơ hội hiểu rõ hơn về con đường nghề nghiệp mà chúng em đã chọn. Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến từ thầy cô và các bạn. Sinh viên thực hiện Phần 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN – PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.1 Chọn động cơ điện Để thiết kế chọn động cơ điện, ta phải xác định các giá trị các thông số tra cần thiết là công suất cần thiết 𝑃𝑐𝑡 và tốc độ quay của hệ thống mà động cơ cần cấp vào 𝑛ℎ𝑡 . Công suất cực đại trên trục băng tải: 𝑃4 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑣 3500.1,3 = = 4,55 𝑘𝑊 1000 1000 Công suất tương đương trên trục băng tải: 𝑇 2 ∑𝑛𝑖 [ 𝑖 ] 1.27 + 0,82 . 12 √ 𝑇 √ 𝑃𝑡đ = 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 4,55. ≃ 4,2906 𝑘𝑊 ∑𝑛𝑖 𝑡𝑖 27 + 12 Hiệu suất các bộ truyền: Cặp ổ lăn: 𝜂𝑜𝑙 = 0,9925 Bộ truyền bánh răng trụ: 𝜂𝑏𝑟 = 0,97 Bộ truyền xích: 𝜂𝑥 = 0,915 Khớp nối: 𝜂𝑘 = 1 Hiệu suất toàn phần của hệ thống: 4 2 𝜂 = 𝜂𝑜𝑙 . 𝜂𝑏𝑟 . 𝜂𝑥 . 𝜂𝑘 = 0,99254 . 0,972 . 0,915.1 ≃ 0,8354 Công suất cần thiết của động cơ: 𝑃𝑐𝑡 = 𝑃𝑡đ 4,29 = ≃ 5,1306 𝑘𝑊 𝜂 0,84 Ta chọn tỉ số truyền của các bộ truyền: Hộp giảm tốc hai cấp đồng trục: 𝑢ℎ = 12,25 Bộ truyền xích: 𝑢𝑥 = 3 Tỉ số truyền của hệ thống: 𝑢 = 𝑢ℎ . 𝑢𝑥 = 12,25.3 = 36,75 Số vòng quay của trục máy công tác: 𝑛𝑐𝑡 = 60000𝑣 60000.1,3 = ≃ 38,1972 𝑣𝑔/𝑝ℎ 𝜋𝐷 𝜋. 650 Số vòng quay sơ bộ của động cơ: 𝑛𝑠𝑏 = 𝑛𝑐𝑡 . 𝑢 = 38,1972 .36,75 ≃ 1403,7471 𝑣𝑔/𝑝ℎ Với 𝑃𝑐𝑡 = 5,1306 𝑘𝑊 và 𝑛𝑠𝑏 = 1403,7471 𝑣𝑔/𝑝ℎ, ta chọn động cơ của hang Mitsubishi có số hiệu SF-JR IP55 132S, có công suất 𝑃 = 5,5 𝑘𝑊 và số vòng quay 𝑛đ𝑐 = 1430 𝑣𝑔/𝑝ℎ. 1.2 Phân phối tỉ số truyền Với việc chọn động cơ có số vòng quay 𝑛đ𝑐 = 1430 𝑣𝑔/𝑝ℎ, tỉ số truyền của hệ thống là: 𝑢= 1430 ≃ 37,4373 38,1972 Chọn tỉ số truyền của bộ truyền xích 𝑢𝑥 = 3. Suy ra tỉ số truyền của hộp giảm tốc: 𝑢ℎ = 𝑢 37,4373 = ≃ 12,4719 𝑢𝑥 3 Hộp giảm tốc bánh rang trụ rang nghiêng hai cấp đồng trục: 𝑢𝑏𝑟1 = 𝑢𝑏𝑟2 = √𝑢ℎ = √12,4719 ≃ 3,5326 Công suất trên trục làm việc [trục dẫn của băng tải]: 𝑃𝑙𝑣 = 𝑃4 = 4,55 𝑘𝑊 Công suất làm việc trên trục bị động của hộp giảm tốc: 𝑃3 = 𝑃4 4,55 = ≃ 5,0103 𝑘𝑊 𝜂𝑥 . 𝜂𝑜𝑙 0,915.0,9925 Công suất làm việc trên trục trung gian của hộp giảm tốc: 𝑃2 = 𝑃3 5,0103 = ≃ 5,2043 𝑘𝑊 𝜂𝑏𝑟 . 𝜂𝑜𝑙 0,97.0,9925 Công suất làm việc trên trục chủ động của hộp giảm tốc: 𝑃1 = 𝑃2 5,2043 = ≃ 5,4058 𝑘𝑊 𝜂𝑏𝑟 . 𝜂𝑜𝑙 0,97.0,9925 Công suất trên trục động cơ: 𝑃đ𝑐 = 𝑃1 5,4058 = ≃ 5,4466 𝑘𝑊 𝜂𝑘 . 𝜂𝑜𝑙 1.0,9925 Số vòng quay trên các trục: 𝑛1 = 𝑛đ𝑐 = 1430 𝑣𝑔/𝑝ℎ 𝑛2 = 𝑛3 = 𝑛2 404,8010 = ≃ 114,5901 𝑣𝑔/𝑝ℎ 𝑢𝑏𝑟 3,5326 𝑛4 = Moment xoắn trên các trục: 𝑛1 1430 = ≃ 404,8010 𝑣𝑔/𝑝ℎ 𝑢𝑏𝑟 3,5326 𝑛3 114,5901 = ≃ 38,1967 𝑣𝑔/𝑝ℎ 𝑢𝑥 3 𝑇đ𝑐 = 9,55. 106 𝑃đ𝑐 5,4466 = 9,55. 106 ≃ 36374,1469 𝑁𝑚𝑚 𝑛đ𝑐 1430 𝑇1 = 9,55. 106 𝑃1 5,4058 = 9,55. 106 ≃ 36101,6713 𝑁𝑚𝑚 𝑛1 1430 𝑇2 = 9,55. 106 𝑃2 5,2043 = 9,55. 106 ≃ 122779,0075 𝑁𝑚𝑚 𝑛2 404,801 𝑇3 = 9,55. 106 𝑃3 5,0103 = 9,55. 106 ≃ 417561,072 𝑁𝑚𝑚 𝑛3 114,5901 𝑇4 = 9,55. 106 𝑃4 4,55 = 9,55. 106 ≃ 1137598,274 𝑁𝑚𝑚 𝑛4 38,1967 1.3 Bảng đặc tính Từ những kết quả trên, ta lập được bảng thông số truyền của hệ thống: Trục Thông số Động cơ I II III IV Công suất 𝑃 [𝑘𝑊] Tỷ số truyền 𝑢 Số vòng quay 𝑛 [𝑣𝑔/𝑝ℎ] Momen xoắn 𝑇 [𝑁𝑚𝑚] 5,4466 5,4058 5,2043 5,0103 4,55 3,5326 3,5326 3 404,801 114,5908 38,1967 1 1430 1430 36374,1469 36101,6713 122779,0075 417461,072 1137598,274 Phần 2: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 2.1 Thiết kế bộ truyền xích Theo bảng 5.4, tài liệu [2], với u=3, chọn số răng đĩa xích nhỏ 𝑧1 = 25, do đó số răng đĩa xích lớn 𝑧2 = 𝑢. 𝑧1 = 3.25 = 75 < 𝑧𝑚𝑎𝑥 = 120. Các hệ số điều kiện sử dụng xích: 𝐾 = 𝐾𝑟 . 𝐾𝑎 . 𝐾𝑜 . 𝐾𝑑𝑐 . 𝐾𝑏 . 𝐾𝑙𝑣 = 1,35.1.1.1.1,5.1 = 2,025 Trong đó: 𝐾𝑟 = 1,35 [tải va đập nhẹ] 𝐾𝑎 = 1 [chọn 𝑎 = 40𝑝𝑐 ] 𝐾𝑜 = 1 [đường nối tâm hai đĩa xích nằm ngang] 𝐾𝑑𝑐 = 1 [trục điều chỉnh được] 𝐾𝑏 = 1,5 [bôi trơn định kì] 𝐾𝑙𝑣 = 1 [làm việc 1 ca] 𝐾𝑛 = 𝑛01 𝐾𝑧 = 25 𝑛1 𝑧1 200 = 114,5901 ≃ 1,7454 25 = 25 = 1 𝐾𝑥 = 2 [chọn xích 2 dãy] Công suất tính toán 𝑃𝑡 : 𝑃𝑡 = 𝐾. 𝐾𝑧 . 𝐾𝑛 . 𝑃 2,025.1.1,7454.5,0103 = ≃ 8,8543 𝑘𝑊 𝐾𝑥 2 Theo bảng 5.5, tài liệu [2], với 𝑛01 = 200 𝑣𝑔/𝑝ℎ, chọn bộ truyền xích 2 dãy có ước xích 𝑝𝑐 = 25,4 𝑚𝑚 thỏa mãn điều kiện bền mòn: 𝑃𝑡 ≤ 𝑃 = 11 𝑘𝑊 Tính toán kiểm nghiệm bước xích 𝑝𝑐 3 3 𝑃. 𝐾 5,0103.2,025 𝑝𝑐 ≥ 600 √ = 600 √ ≃ 23,3615 𝑚𝑚 𝑧1 𝑛1 [𝑝0 ]𝐾𝑥 25.141,5901.30.2 Do 𝑝𝑐 = 25,4 𝑚𝑚 nên điều kiện trên được thỏa. Chọn khoảng cách trục sơ bộ: 𝑎 = 40𝑝𝑐 = 40.25,4 = 1016 𝑚𝑚 Số mắt xích 𝑋: 2𝑎 𝑧1 + 𝑧2 𝑧2 − 𝑧1 2 𝑝𝑐 2.1016 25 + 75 75 − 25 2 25,4 𝑋= + +[ ] = + +[ ] ≃ 131,5831 25,4 2 2𝜋 𝑎 𝑝𝑐 2 2𝜋 1016 Chọn 𝑋 = 132 mắt xích. Chiều dài xích 𝐿 = 𝑝𝑐 . 𝑋 = 25,4.132 = 3352,8 𝑚𝑚 Tính chính xác khoảng cách trục: 𝑧1 + 𝑧2 𝑧1 + 𝑧2 2 𝑧1 − 𝑧2 2 √ 𝑎 = 0,25𝑝𝑐 [𝑋 − + [𝑋 − ] − 8[ ] ] 2 2 2𝜋 25 + 75 75 + 25 2 75 − 25 2 = 0,25.25,4 [132 − + √[132 − ] − 8[ ] ] 2 2 2𝜋 ≃ 1021,4004 𝑚𝑚 Chọn 𝑎 = 1018 𝑚𝑚 [giảm khoảng cách trục [0,002 ÷ 0,004]𝑎 để xích không chịu lực căng quá lớn]. Số lần va đập của xích trong 1 giây: 𝑖= 𝑧1 𝑛1 25.114,5901 = ≃ 1,4468 ≤ [𝑖] = 30 15𝑋 15.132 Kiểm nghiệm xích về độ bền: 𝑠= 𝑄 𝐹1 + 𝐹𝑣 + 𝐹𝑜 Theo bảng 5.2, tài liệu [2], tải trọng phá hủy 𝑄 = 113400 𝑁, khối lượng 1 mét xích 𝑞𝑚 = 5 𝑘𝑔. Vận tốc trung bình của xích: 𝑣= 𝑧1 𝑛1 𝑝𝑐 25.114,5901 = ≃ 1,2127 𝑚/𝑠 60000 60000 Lực vòng có ích: 𝐹𝑡 = 1000𝑃 1000.5,0103 = ≃ 4131,5247 𝑁 𝑣 1,2127 Lực trên nhánh căng: 𝐹1 ≃ 𝐹𝑡 = 4131,5247 𝑁 Lực căng do li tâm gây nên: 𝐹𝑣 = 𝑞𝑚 𝑣 2 = 5. 1,21272 ≃ 7,3532 𝑁 Lực căng ban đầu của xích: 𝐹𝑜 = 𝐾𝑓 𝑞𝑚 𝑎𝑔 = 4.5.1,018.9,81 = 119,7316 𝑁 Vậy 𝑠= 113400 ≃ 26,6284 4131,5247 + 7,3532 + 119,7316 Theo bảng 5.10, tài liệu [2], với 𝑛 = 200 𝑣𝑔/𝑝ℎ, 𝑝𝑐 = 25,4 𝑚𝑚, [𝑠] = 8,2. Vậy 𝑠 > [𝑠]: bộ truyền xích đảm bảo đủ bền. Lực tác dụng lên trục: 𝐹𝑟 = 𝑘𝑚 𝐹𝑡 = 1,15.4131,5247 ≃ 4751,2534 𝑁 Đường kính đĩa xích: 𝑑1 ≃ 𝑑2 ≃ 𝑝𝑐 25,4 = 𝜋 𝜋 ≃ 202,6597 𝑚𝑚 𝑠𝑖𝑛 [𝑧 ] 𝑠𝑖𝑛 [ ] 25 1 𝑝𝑐 25,4 𝜋 = 𝜋 ≃ 606,5577 𝑚𝑚 𝑠𝑖𝑛 [𝑧 ] 𝑠𝑖𝑛 [ ] 75 2 𝜋 𝜋 𝑑𝑎1 = [0,5 + cot [ ]] 𝑝𝑐 = [0,5 + cot [ ]] . 25,4 ≃ 213,7617 𝑚𝑚 𝑧1 25 𝜋 𝜋 𝑑𝑎2 = [0,5 + cot [ ]] 𝑝𝑐 = [0,5 + cot [ ]] . 25,4 ≃ 618,7256 𝑚𝑚 𝑧2 75 𝑑𝑓1 = 𝑑1 − 2𝑟 = 202,6597 − 2.8,0297 = 186,6003 𝑚𝑚 𝑑𝑓2 = 𝑑2 − 2𝑟 = 606,5577 − 2.8,0297 = 590,4983 𝑚𝑚 Với 𝑟 = 0,5025𝑑𝑙 + 0,05 = 0,5025.15,88 + 0,05 = 8,0297 𝑚𝑚 𝜋 𝜋 𝑑𝑣1 = 𝑝𝑐 cot [ ] − 1,2ℎ = 25,4. cot [ ] − 1,2.24,2 ≃ 171,7817 𝑚𝑚 𝑧1 25 𝜋 𝜋 𝑑𝑣2 = 𝑝𝑐 cot [ ] − 1,2ℎ = 25,4. cot [ ] − 1,2.24,2 ≃ 171,7817 𝑚𝑚 𝑧2 75 Thông số của bộ truyền xích: Thông số Kí hiệu Bánh dẫn Bánh bị dẫn Bước xích 𝑝𝑐 Số răng đĩa xích 𝑧 25 75 Đường kính vòng chia 𝑑 202,6597 𝑚𝑚 606,5577 𝑚𝑚 Đường kính vòng đỉnh 𝑑𝑎 213,7617 𝑚𝑚 618,7256 𝑚𝑚 Đường kính vòng đáy 𝑑𝑓 186,6003 𝑚𝑚 590,4983 𝑚𝑚 Đường kính vành đĩa 𝑑𝑣 171,7817 𝑚𝑚 171,7817 𝑚𝑚 𝑑𝑙 /𝑑𝑐 𝑑𝑙 = 15,88 𝑚𝑚 𝑑𝑐 = 7,095 𝑚𝑚 Đường kính con lăn / đường kính chốt Bán kính đáy 𝑟 25,4 8,0297 𝑚𝑚 2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng 2.2.1 Bộ truyền cấp chậm 2.2.1.1 Chọn vật liệu Chọn vật liệu của hai cấp bánh răng như nhau. Đối với bánh dẫn: ta chọn thép C45 tôi cải thiện, độ rắn 𝐻𝐵1 = 250 𝐻𝐵, giới hạn bền 𝜎𝑏 = 850 𝑀𝑃𝑎, giới hạn chảy 𝜎𝑐ℎ = 580 𝑀𝑃𝑎 [tra bảng 6.1, tài liệu [2]]. Đối với bánh bị dẫn: ta chọn thép C45 tôi cải thiện, độ rắn 𝐻𝐵2 = 235 𝐻𝐵, giới hạn bền 𝜎𝑏 = 750 𝑀𝑃𝑎, giới hạn chảy 𝜎𝑐ℎ = 450 𝑀𝑃𝑎 [tra bảng 6.1, tài liệu [2]]. 2.2.1.2. Xác định ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc cho phép: Tính sơ bộ khi chưa có kích thước bộ truyền: [𝜎𝐻 ] = 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚 0,9𝐾𝐻𝐿 𝑠𝐻 Giới hạn mỏi tiếp xúc: 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚1 = 2𝐻𝐵1 + 70 = 2.250 + 70 = 570 𝑀𝑃𝑎 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚2 = 2𝐻𝐵2 + 70 = 2.235 + 70 = 540 𝑀𝑃𝑎 Hệ số tuổi thọ 𝐾𝐻𝐿 : 𝐾𝐻𝐿 = 𝑁𝐻𝑂 √ 𝑁𝐻𝐸 𝑚𝐻 Trong đó: 𝑁𝐻𝐸 số chu kì làm việc tương đương. 𝑁𝐻𝑂 số chu kì làm việc cơ sở. 𝑚𝐻 bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6. Số chu kì làm việc tương đương: 𝑛 𝑁𝐻𝐸1 = 60𝑐 ∑ [[ 𝑖=1 𝑇𝑖 𝑇𝑚𝑎𝑥 2 ] 𝑛𝑖 𝑡𝑖 ] 27 12 = 60.1.5.320.8 [ . 13 + . 0,83 ] . 404,801 ≃ 26,4206. 107 𝑐ℎ𝑢 𝑘ì 39 39 𝑁𝐻𝐸2 𝑁𝐻𝐸1 26,4206. 107 = = ≃ 7,4791. 107 𝑐ℎ𝑢 𝑘ì 𝑢 3,5326 Số chu kì làm việc vơ sở: 𝑁𝐻𝑂1 = 30𝐻𝐵12,4 = 30. 2502,4 ≃ 1,7068 𝑐ℎ𝑢 𝑘ì 𝑁𝐻𝑂2 = 30𝐻𝐵22,4 = 30. 2352,4 ≃ 1,4712 𝑐ℎ𝑢 𝑘ì Vì 𝑁𝐻𝐸1 > 𝑁𝐻𝑂1 , 𝑁𝐻𝐸2 > 𝑁𝐻𝑂2 nên 𝐾𝐻𝐿1 = 𝐾𝐻𝐿2 = 1. Hệ số an toàn 𝑠𝐻 = 1,1 [tra bảng 6.13, tài liệu [1]]. Ứng suất tiếp xúc cho phép sơ bộ của từng bánh răng: [𝜎𝐻1 ] = 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚1 0,9𝐾𝐻𝐿1 0,9.1 = 570. ≃ 466,3636 𝑀𝑃𝑎 𝑠𝐻 1,1 [𝜎𝐻1 ] = 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚2 0,9𝐾𝐻𝐿2 0,9.1 = 540. ≃ 441,8182 𝑀𝑃𝑎 𝑠𝐻 1,1 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng: [𝜎𝐻 ] = 0,45[[𝜎𝐻1 ] + [𝜎𝐻1 ]] = 0,45[466,3636 + 441,8182] ≃ 408,6818𝑀𝑃𝑎 < [𝜎𝐻 ]𝑚𝑖𝑛 = 441,8182 𝑀𝑃𝑎 [𝜎𝐻 ] < [𝜎𝐻 ]𝑚𝑖𝑛 = 441,8182 𝑀𝑃𝑎 Chọn [𝜎𝐻 ] < [𝜎𝐻 ]𝑚𝑖𝑛 = 441,8182 𝑀𝑃𝑎. Ứng suất uốn cho phép: Tính sơ bộ khi chưa có kích thước bộ truyền: [𝜎𝐹 ] = 𝜎𝑂𝐹𝑙𝑖𝑚 0,9𝐾𝐹𝐿 𝑠𝐹 Giới hạn mỏi uốn: 𝜎𝑂𝐹𝑙𝑖𝑚1 = 1,8𝐻𝐵1 = 1,8.250 = 450 𝑀𝑃𝑎 𝜎𝑂𝐹𝑙𝑖𝑚2 = 1,8𝐻𝐵2 = 1,8.235 = 423 𝑀𝑃𝑎 Hệ số tuổi thọ 𝐾𝐹𝐿 : 6 𝐾𝐹𝐿 = √ 𝑁𝐹𝑂 𝑁𝐹𝐸 Số chu kì cơ sở: 𝑁𝐹𝑂 = 5. 106 𝑐ℎ𝑢 𝑘ì Số chu kì làm việc tương đương: 𝑛 𝑁𝐹𝐸1 = 60𝑐 ∑ [[ 𝑖=1 = 60.1.5.320.8 [ 𝑁𝐹𝐸2 𝑇𝑖 𝑇𝑚𝑎𝑥 6 ] 𝑛𝑖 𝑡𝑖 ] 27 6 12 . 1 + . 0,86 ] . 404,801 ≃ 240,3056. 106 𝑐ℎù 𝑘ì 39 39 𝑁𝐹𝐸1 240,3056. 106 = = ≃ 68,0251. 106 𝑐ℎù 𝑘ì 𝑢 6,5326 Vì 𝑁𝐹𝐸1 > 𝑁𝐹𝑂1 , 𝑁𝐹𝐸2 > 𝑁𝐹𝑂2 nên 𝐾𝐹𝐿1 = 𝐾𝐹𝐿2 = 1. Hệ số an toàn 𝑠𝐻 = 1,75 [tra bảng 6.13, tài liệu [1]]. Ứng suất uốn cho phép sơ bộ của từng bánh răng: [𝜎𝐹1 ] = 𝜎𝑂𝐹𝑙𝑖𝑚1 0,9𝐾𝐹𝐿1 0,9.1 = 450. ≃ 257,1429 𝑀𝑃𝑎 𝑠𝐹 1,75 [𝜎𝐹1 ] = 𝜎𝑂𝐹𝑙𝑖𝑚2 0,9𝐾𝐹𝐿2 0,9.1 = 423. ≃ 241,7143 𝑀𝑃𝑎 𝑠𝐹 1,75 Hệ số chiều rộng vành răng: Theo bảng 6.15, tài liệu [1], cho 𝜓𝑏𝑎 = 0,4. 𝜓𝑏𝑑 = 𝜓𝑏𝑎 [𝑢 + 1] 0,4[3,5326 + 1] = ≃ 0,9065 2 2 Theo bảng 6.4, tài liệu [1], ta tính được 𝐾𝐻𝛽 ≃ 1,0353; 𝐾𝐹𝛽 ≃ 1,066. Khoảng cách trục: 3 𝑎𝑤 ≥ 43[𝑢 + 1] √ 3 122779,0075.1,0353 𝑇1 𝐾𝐻𝛽 √ = 43[3,5326 + 1] 𝜓𝑏𝑎 [𝜎𝐻 ]2 𝑢 0,4. 441,81822 . 3,5326 ≃ 150,5447 𝑚𝑚 Chọn 𝑎𝑤 = 160 𝑚𝑚 theo tiêu chuẩn. Thông số ăn khớp: Mô đun pháp: Khi 𝐻𝐵1 , 𝐻𝐵2 < 350: 𝑚𝑛 = [0,01 ÷ 0,02]𝑎𝑤 = 1,6 ÷ 3,2 𝑚𝑚. Theo tiểu chuẩn chọn 𝑚𝑛 = 2,5. Đối với bánh răng nghiêng: 20𝑜 > 𝛽 > 8𝑜 ⇒ ⇒ 2𝑎𝑤 cos 8𝑜 2𝑎𝑤 cos 20𝑜 ≥ 𝑧1 ≥ 𝑚𝑛 [𝑢 + 1] 𝑚𝑛 [𝑢 + 1] 2.160. cos 8𝑜 2.160. cos 20𝑜 ≥ 𝑧1 ≥ 2,5.3,5326. [+1] 2,5.3,5326. [+1] ⇒ 27,965 ≥ 𝑧1 ≥ 26,5368 Chọn 𝑧1 = 27 răng. Số răng bánh bị dẫn: 𝑧2 = 𝑧1 𝑢 = 27.3,5326 ≃ 95,3802 Chọn 𝑧2 = 95 răng. Tính lại tỉ số truyền thực: 𝑢𝑚 = 95 ≃ 3,5185 27 Góc nghiêng răng: 𝛽 = 𝑎𝑟𝑐 cos [ 𝑚𝑛 [𝑧2 + 𝑧1 ] 2,5[95 + 27] ] = 𝑎𝑟𝑐 cos [ ] ≃ 17,61𝑜 2𝑎𝑤 2.160 Xác định kích thước bộ truyền xích: Khoảng cách trục: 𝑎𝑤 = 𝑚𝑛 [𝑧2 + 𝑧1 ] 2,5[95 + 27] = ≃ 160 𝑚𝑚 2 cos 𝛽 2 cos 17,61𝑜 Đường kính vòng chia: 𝑑1 = 𝑧1 𝑚𝑛 27.2,5 = ≃ 70,8197 𝑚𝑚 𝑐𝑜𝑠𝛽 cos[17,610 ] 𝑑2 = 𝑧2 𝑚𝑛 95.2,5 = ≃ 249,1803 𝑚𝑚 𝑐𝑜𝑠𝛽 cos[17,610 ] Đường kính vòng lăn: 𝑑𝑤1 = 𝑑1 , 𝑑𝑤2 = 𝑑2. Đường kính vòng đáy: 𝑑𝑓1 = 𝑑1 − 2,5𝑚𝑛 = 70,8197 − 2,5.2,5 = 64,5697 𝑚𝑚 𝑑𝑓2 = 𝑑2 − 2,5𝑚𝑛 = 249,1803 − 2,5.2,5 = 242,9303 𝑚𝑚 Đường kính vòng đỉnh: 𝑑𝑎1 = 𝑑1 + 2𝑚𝑛 = 70,8197 + 2.2,5 = 75,8195 𝑚𝑚 𝑑𝑎2 = 𝑑2 + 2𝑚𝑛 = 249,1803 + 2.2,5 = 254,1803 𝑚𝑚 Bề rộng răng: 𝑏2 = 𝑎𝑤 𝜓𝑏𝑎 = 160.0,4 = 64 𝑚𝑚 𝑏1 = 𝑏2 + 5 = 64 + 5 = 69 𝑚𝑚 Chọn cấp chính xác cho bộ truyền: Vận tốc vòng bánh răng: 𝑣= 𝜋𝑑𝑛 𝜋. 70,8197.404,801 = ≃ 1,501 𝑚/𝑠 60000 60000 Theo bảng 6.3, tài liệu [1], chọn cấp chính xác 9 có 𝑣𝑔ℎ = 6 𝑚/𝑠. Lực tác dụng lên bộ truyền: Lực vòng: 𝐹𝑡1 = 2𝑇 2.122779,0075 = ≃ 3467,3688 𝑁 𝑑𝑤1 70,8197 Lực hướng tâm: 𝐹𝑟1 = 𝐹𝑡1 tan 𝛼𝑛𝑤 3467,3688. tan 20𝑜 = ≃ 1324,0853 𝑁 cos 𝛽 cos 17,61𝑜 Lực dọc trục: 𝐹𝑎1 = 𝐹𝑡1 tan 𝛽 = 3467,3688. tan 17,61𝑜 ≃ 1100,7402 𝑁 Hệ số tải trọng động: Theo bảng 6.6, tài liệu [1], ta tính được 𝐾𝐻𝑣 = 1,0311, 𝐾𝐹𝑣 = 1,0625. Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc: Ứng suất tiếp xúc tính toán: 𝜎𝐻 = 𝑍𝑀 . 𝑍𝐻 . 𝑍𝜀 2𝑇𝐾𝐻 [𝑢 + 1] √ 𝑑𝑤1 𝑏𝑤 . 𝑢 Hệ só xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc: 2 cos 𝛽 𝑍𝐻 = √ sin[2𝛼𝑡𝑤 ] Với 𝛼𝑡𝑤 = 𝑎𝑟𝑐 tan [ tan 𝛼𝑛𝑤 cos 𝛽 tan 20𝑜 ] = 𝑎𝑟𝑐 tan [cos 17,61𝑜 ] ≃ 20,9004𝑜 2 cos 17,61𝑜 ⇒ 𝑍𝐻 = √ ≃ 1,6911 sin[2. 20,9004𝑜 ] Cặp bánh răng bằng thép nên 𝑍𝑀 = 275 𝑀𝑃𝑎. Hệ số ảnh hưởng của tổng chiều dài tiếp xúc: 1 𝑍𝜀 = √ 𝜀𝛼 1 1 1 2 1 1 Với 𝜀𝛼 = [1,88 − 3,2 [𝑧 + 𝑧 ]] cos 𝛽 = [1,88 − 3,2 [27 + 95]] cos 17,61𝑜 ≃ 1,6468 1 ⇒ 𝑍𝜀 = √ ≃ 0,7793 1,6468 Hệ số tải trọng tính: 𝐾𝐻 = 𝐾𝐻𝛽 𝐾𝐻𝑣 𝐾𝐻𝛼 = 1,0353.1,0311.1,13 ≃ 1,2063 Trong đó: 𝐾𝐻𝛼 = 1,13 theo bảng 6.11, tài liệu [1]. ⇒ 𝜎𝐻 = 275.1,6911.0,7793 2.122779,0075.1,2063[3,5326 + 1] √ ≃ 394,3608 𝑀𝑃𝑎 70,8197 64.3,5326 Tính lại ứng suất tiếp xúc cho phép: [𝜎𝐻 ] = 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚 𝐾𝐻𝐿 𝑍𝑅 𝑍𝑉 𝐾𝑙 𝐾𝑥𝐻 𝑠𝐻 Hệ số ảnh hưởng của độ nhám bề mặt: 𝑍𝑅 = 0,95. Hệ số ảnh hưởng của vận tốc dòng: do 𝐻𝐵 < 350 𝑍𝑉 = 0,85𝑣 0,1 = 0,85. 1,5010,1 ≃ 0,8852 Hệ số xét đến ảnh hưởng của điều kiện bôi trơn: chọn 𝐾𝑙 = 1. Hệ số ảnh hưởng của kích thước răng: 𝐾𝑥𝐻 = √1,05 − ⇒ [𝜎𝐻 ] = 540. 𝑑 70,8197 √ = 1,05 − ≃ 1,0212 104 104 1.0,95.0,8852.1.1,0212 ≃ 421,522 𝑀𝑃𝑎 1,1 𝜎𝐻 < [𝜎𝐻 ] do đó điều kiện bền tiếp xúc được thỏa. Kiểm nghiệm ứng suất uốn: Hệ số dạng răng 𝑌𝐹 : Đối với bánh dẫn: 𝑌𝐹1 = 3,47 + 13,2 13,2 = 3,47 + ≃ 3,9589 𝑧1 27 𝑌𝐹2 = 3,47 + 13,2 13,2 = 3,47 + ≃ 3,6089 𝑧2 95 Đối với bánh bị dẫn: Đặc tính so sánh độ bền uốn các bánh răng: [𝜎𝐹1 ] 257,1429 = ≃ 64,4953 𝑌𝐹1 3,9589 [𝜎𝐹2 ] 241,7413 = ≃ 66,9773 𝑌𝐹2 3,6089 Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn. Ứng suất uốn tính toán: 𝜎𝐹1 = 2𝑌𝐹1 𝑇𝐾𝐹𝛽 𝐾𝐹𝑣 2.3,9589.122779,0075.1,066.1,0622 = ≃ 97,1445 𝑀𝑃𝑎 𝑑𝑤1 𝑏𝑤 𝑚𝑛 70,8197.64.2,5 𝜎𝐹1 < 257,1429 𝑀𝑃𝑎 Do đó độ bền uốn được thỏa. Thông số bộ truyền cấp chậm: Khoảng cách trục 𝑎𝑤 [𝑚𝑚] 160 Mođun pháp 𝑚𝑛 [𝑚𝑚] 2,5 𝑧1 = 27 𝑟ă𝑛𝑔 𝑧2 = 95 𝑟ă𝑛𝑔 Số răng 𝑧 Góc nghiêng 𝛽 17,61𝑜 Hệ số dịch chỉnh 𝑥1 = 0 𝑥2 = 0 𝑑1 = 70,8197 𝑚𝑚 𝑑2 = 249,1803 𝑚𝑚 Đường kính vòng chia 𝑑𝑎1 = 75,8195 𝑚𝑚 𝑑𝑎2 = 254,1803 𝑚𝑚 Đường kính vòng đỉnh 𝑏1 = 69 𝑚𝑚 𝑏2 = 64 𝑚𝑚 Bề rộng bánh răng 2.2.2 Bộ truyền cấp nhanh Đối với hộp giảm tốc đồng trục, ta chọn các thông số của cắp bánh răng cấp nhanh giống như cặp cấp chậm, chỉ chọn lại chiều rộng vành răng. 𝜓𝑏𝑎1 = 𝜓𝑏𝑎2 𝑇1 36101,6713.0,4 = ≃ 0,1176 𝑇2 122779,0075 Chọn 𝜓𝑏𝑎1 = 0,25. Bề rộng răng: 𝑏2 = 𝑎𝑤 𝜓𝑏𝑎 = 160.0,25 = 40 𝑚𝑚 𝑏1 = 𝑏2 + 5 = 40 + 5 = 45 𝑚𝑚 Lực tác dụng lên bộ truyền: Lực vòng: 𝐹𝑡1 = 2𝑇 2.36101,6713 = ≃ 1019,5375 𝑁 𝑑𝑤1 70,8197 Lực hướng tâm: 𝐹𝑟1 = 𝐹𝑡1 tan 𝛼𝑛𝑤 1019,5375. tan 20𝑜 = ≃ 389,3311 𝑁 cos 𝛽 cos 17,61𝑜 Lực dọc trục: 𝐹𝑎1 = 𝐹𝑡1 tan 𝛽 = 1019,5375. tan 17,61𝑜 ≃ 323,6592 𝑁 Thông số bộ truyền cấp chậm: Khoảng cách trục 𝑎𝑤 [𝑚𝑚] 160 Mođun pháp 𝑚𝑛 [𝑚𝑚] 2,5 𝑧1 = 27 𝑟ă𝑛𝑔 𝑧2 = 95 𝑟ă𝑛𝑔 Số răng 𝑧 Góc nghiêng 𝛽 17,61𝑜 Hệ số dịch chỉnh 𝑥1 = 0 𝑥2 = 0 𝑑1 = 70,8197 𝑚𝑚 𝑑2 = 249,1803 𝑚𝑚 Đường kính vòng chia 𝑑𝑎1 = 75,8195 𝑚𝑚 𝑑𝑎2 = 254,1803 𝑚𝑚 Đường kính vòng đỉnh 𝑏1 = 45 𝑚𝑚 𝑏2 = 40 𝑚𝑚 Bề rộng bánh răng Kiểm tra bôi trơn ngâm dầu: Đối với hộp giảm tốc đồng trục, hai cấp của bộ truyền có đường kính như nhau nên điều kiện bôi trơn ngâm dầu luôn được thỏa. Khoảng cách cảu mức dầu cao nhất và thấp nhất: 254,1803 254,1803 2 [ − 10] − [ . ] ≃ 32,3634 𝑚𝑚 2 2 3 2.3 Chọn nối trục Chọn nối trục đàn hồi. Bộ phận công tác là bang tải. Theo bảng 16.1, tài liệu [3], chọn 𝑘 = 1,35. Moment xoắn: 𝑇𝑡 = 𝑘𝑇 = 1,35.36374,1469 ≃ 49105,0983 Theo bảng 16.10a, tài liệu [3], chọn [𝑇] = 63 𝑚𝑚, ta tra được 𝐷0 = 71 𝑚𝑚, 𝑧 = 6. Lực vòng tác dụng lên trục đàn hồi: 𝐹𝑡 = 2𝑇 2.36374,1469 = ≃ 1024,6239 𝑁 𝐷0 71 Lực hướng tâm do nối trục vòng đàn hồi tác dụng lên trục: 𝐹𝑟 = 0,2𝐹𝑡 = 0,2.1024,6239 = 202,9248 𝑁 Điều kiện bền dập của vòng đàn hồi: 𝜎𝑑 = 2𝑘𝑇 2.1,35.36374,1469 = ≃ 1,7321 < 2 𝑀𝑃𝑎 𝑍𝐷0 𝑑𝑐 𝑙3 6.71.10.15 Điều kiện sức bền uốn của chốt: 𝜎𝑢 = 𝑘𝑇𝑙0 3 0,1𝐷0 𝑑𝑐 𝑍 = 1,35.36374,1469.25 ≃ 28,8175 < 60 𝑀𝑃𝑎 0,1.71. 103 . 6 2.4 Tính toán thiết kế trục và then 2.4.1 Vật liệu chết tạo trục và ứng suất cho phép Theo bảng 7.1, tài liệu [4], chọn thép 45 có các ứng suất 𝜎𝑏 = 785 𝑀𝑃𝑎, 𝜎𝑐ℎ = 540 𝑀𝑃𝑎, 𝜏𝑐ℎ = 324 𝑀𝑃𝑎, 𝜎−1 = 383 𝑀𝑃𝑎, 𝜏−1 = 226 𝑀𝑃𝑎, [𝜎] = 85; 70 hoặc 65 ứng với trục có đường kính lần lượt 30, 50 hoặc 100 𝑚𝑚. Chọn [𝜏] = 20 𝑀𝑃𝑎 đối với trục vào và ra, [𝜏] = 15 𝑀𝑃𝑎 đối với trục trung gian. 2.4.2 Thiết kế sơ bộ Đường kính các trục tính theo moment xoắn: Trục I: 3 36101,6713 3 𝑇1 𝑑1 ≥ √ =√ ≃ 20,8204 𝑚𝑚 0,2[𝜏] 0,2.20 Chọn 𝑑1 = 25 𝑚𝑚. Trục II: 3 𝑑2 ≥ √ 3 122779,0075 𝑇2 =√ ≃ 34,4615 𝑚𝑚 0,2[𝜏] 0,2.15 Chọn 𝑑1 = 35 𝑚𝑚. Trục III: 3 417561,072 3 𝑇3 𝑑3 ≥ √ =√ ≃ 47,0854 𝑚𝑚 0,2[𝜏] 0,2.20 Chọn 𝑑1 = 50 𝑚𝑚. Theo bảng 10.2, tài liệu [1], ta chọn gần đúng chiều rộng ổ lăn: 𝑏𝑜1 = 17 𝑚𝑚, 𝑏𝑜2 = 21 𝑚𝑚, 𝑏𝑜3 = 25 𝑚𝑚. Chọn 𝑘1 = 10 𝑚𝑚, 𝑘2 = 6 𝑚𝑚, 𝑘3 = 14 𝑚𝑚, ℎ𝑛 = 18 𝑚𝑚. Trong đó: 𝑘1 là khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay. 𝑘2 là khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp [lấy giá trị nhỏ khi bôi trơn ổ bằng dầu trong hộp giảm tốc]. 𝑘3 là khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ. Trục I: Chiều dài may ơ nửa khớp nối: 𝑙𝑚12 = [1,4 ÷ 2,5]𝑑1 = [1,4 ÷ 2,5]. 25 = 35 ÷ 62,5 𝑚𝑚 Chọn 𝑙𝑚12 = 50 𝑚𝑚. Chiều dài may ơ bánh răng cấp nhanh: Chọn 𝑙𝑚13 = 45 𝑚𝑚. Trục II: Chiều dài may ơ bánh răng cấp nhanh: Chọn 𝑙𝑚22 = 40 𝑚𝑚. Chiều dài may ơ bánh răng cấp chậm: Chọn 𝑙𝑚23 = 69 𝑚𝑚. Trục III: Chiều dài may ơ bánh răng: Chọn 𝑙𝑚32 = 64 𝑚𝑚. Chiều dài may ơ đĩa xích: 𝑙𝑚33 = [1,4 ÷ 2,5]𝑑3 = [1,4 ÷ 2,5]. 50 = 60 ÷ 75 𝑚𝑚 Chọn 𝑙𝑚33 = 68 𝑚𝑚. Khoảng cách trên các trục: Trục I: 𝑙12 = − [ 𝑙𝑚12 + 𝑏𝑜1 50 + 17 + 𝑘1 + ℎ𝑛 ] = − [ + 10 + 18] = −65,5 𝑚𝑚 2 2 𝑙13 = 𝑙𝑚13 + 𝑏𝑜1 45 + 25 + 𝑘1 + 𝑘2 = + 10 + 6 = 51 𝑚𝑚 2 2 𝑙11 = 2𝑙13 = 2.51 = 102 𝑚𝑚 Trục III: 𝑙32 = 𝑙𝑚32 + 𝑏𝑜3 69 + 25 + 𝑘1 + 𝑘2 = + 10 + 6 = 63 𝑚𝑚 2 2 𝑙31 = 2𝑙32 = 2.63 = 126 𝑚𝑚 𝑙33 = 𝑙32 + ℎ𝑛 + 𝑘3 + 𝑙𝑚33 + 𝑏𝑜3 68 + 25 = 126 + 18 + 14 + = 204,5 𝑚𝑚 2 2 Trục II: 𝑙22 = 𝑙13 = 51 𝑚𝑚