Tài liệu Nghiên cứu thiết kế chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp

Bộ Công Thương Tập Đoàn Công Nghiệp Than Khoáng Sản Việt Nam - TKV VIỆN CƠ KHÍ ------------------------------------------------- BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP GIẢM TỐC HÀNH TINH TRONG CÁC THIẾT BỊ BĂNG TẢI CÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm đề tài: Phạm Văn Quế 7279 03/4/2009 Hà Nội 12/2008 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” BIỂU THÔNG TIN ĐỀ TÀI 1. Cơ quan chủ trì: 2. Cơ quan chủ quản: Viện Nghiên cứu Cơ khí Bộ Công Thương Địa chỉ: 54 Hai Bà Trưng, Quận Địa chỉ: Số 4 đường Phạm Văn Hoàn Kiếm, Hà Nội Đồng, Quận Cầu giấy, Hà Nội Điện thoại: 7 643292 Điện thoại: 8 258311 3. Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” 4. Mã số: 5. Số đăng ký: Chỉ số phân loại: 7. Chủ nhiện đề tài: KS. Phạm Văn Quế - Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Công Thương 8. Tóm tắt nội dung: - Nghiên cứu về hộp giảm tốc hành tinh được sử dụng trong một số loại băng tải công nghiệp - Thiết kế, tính toán hộp giảm tốc hành tinh dùng cho một loại băng tải công nghiệp xác định - Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hộp giảm tốc hành tinh cho loại băng tải công nghiệp được chọn để nghiên cứu. - Chế tạo sản phẩm thử nghiệm hộp giảm tốc hành tinh cho loại băng tải trên - Vận hành khảo nghiệm sản phẩm chế tạo thử nghiệm và báo cáo tổng kết đề tài 9. Từ khóa: 10. ISSN: 11. ISBN: 12. Phân loại bảo mật: 13. Số trang: 14. Số bản: 15. Ngày xuất bản: 16. Nhận xét của người nhận: CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 2 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” NỘI DUNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI CẤP BỘ 2008 ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” 1. Nghiên cứu tổng quan về hộp giảm tốc hành tinh được sử dụng trong một số loại băng tải công nghiệp. 2. Thiết kế, tính toán hộp giảm tốc hành tinh dùng cho một loại băng tải công nghiệp xác định. 3. Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hộp giảm tốc hành tinh cho con lăn băng tải chủ động Φ244xL704 4. Chế tạo sản phẩm thử nghiệm hộp giảm tốc hành tinh cho loại băng tải trên. 5. Vận hành khảo nghiệm sản phẩm chế tạo thử nghiệm tại Công ty CP xi măng Bỉm Sơn và báo cáo tổng kết đề tài. PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ THỰC HIỆN 1. KS. Phạm Văn Quế, KS. Ngô Đăng Hoàng: Tóm tắt kết quả, Lời mở đầu, Chương 1, Chương 2. 2. KS. Nguyễn Đức Thành, KS. Ngô Đăng Hoàng: Chương 3 3. KS. Phạm Văn Quế, ThS. Đào Hữu Mạnh, KS. Cao Đức Thắng, KS. Ngô Hữu Hùng, KS. Vũ Thiện, KS. Nguyễn Văn Đức: Thực hiện chế tạo sản phẩm thử nghiệm, bàn giao và vận hành khảo nghiệm tại Công ty CP xi măng Bỉm Sơn. 4. KS. Phạm Văn Quế, KS. Ngô Đăng Hoàng: Kết luận, Kiến nghị, Tài liệu sử dụng, Phụ lục. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 3 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” MỤC LỤC Trang Biểu thong tin đề tai 2 Nội dung nghiên cứu đề tài cấp bộ 2008 3 Mục lục 4 Danh sách các thành viên thực hiện đề tài 6 Lời mở đầu 7 Chương I Tổng quan về các loại hộp giảm tốc hành tinh 8 I.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 8 I.1.1 Ngoài nước 8 I.1.2 Trong nước 8 I.2 Tổng quan về các loại hộp giảm tốc hành tinh 8 I.2.1 Phân loại các dạng hộp giảm tốc 9 I.2.2 Hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công 12 nghiệp Chương II Tính toán - thiết kế hộp giảm tốc bánh răng hành tinh 16 II.1 Tính toán, kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của 16 cặp bánh răng 1và 2 . II.2 Tính toán, kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của 23 cặp bánh răng 3 và 4 . II.3 Tính toán, kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của 30 cặp bánh răng 5 và 6 . II.4 Tính toán kiểm nghiệm công suất động cơ điện 36 Chương III Quy trình công nghệ chế tạo 41 III.1 Quy trình công nghệ chế tạo trục răng 41 III.2 Quy trình công nghệ chế tạo vành răng ăn khớp trong 58 Kết luận 63 CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 4 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” Đề xuất 65 Lời cảm ơn 67 • Các văn bản kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm của đề tài 68 • Một số hình ảnh quá trình thực hiện đề tài và sản phẩm nghiên 69 cứu chế tạo tại Viện nghiên cứu cơ khí • Tài liệu tham khảo 75 • Phụ lục tập bản vẽ thiết kế hộp giảm tốc hành tinh trong con lăn 76 băng tải xuất bao xi măng CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 5 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI TT Họ và tên Học hàm, học vị 1. Phạm Văn Quế 2. Ngô Đăng Hoàng 3. Nguyễn Đức Thành 4. Đào Hữu Mạnh 5. Cao Đức Thắng Kỹ sư Tự động hóa Viện Nghiên cứu Cơ khí 6. Ngô Hữu Hùng Kỹ sư Công nghệ hàn Viện Nghiên cứu Cơ khí 7. Nguyễn Văn Đức 8. Vũ Thiện Kỹ sư Gia công áp lực Kỹ sư Công nghệ chế tạo máy Kỹ sư Công nghệ chế tạo máy Kỹ sư Gia công áp lực Đơn vị Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí Kỹ sư Công nghệ chế Công ty CP xi măng tạo máy Kỹ sư Chế tạo máy CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 Bỉm Sơn Công ty CP xi măng Bỉm Sơn 6 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” MỞ ĐẦU Với tốc độ phát triển của nền kinh tế như hiện nay, các ngành công nghiệp như xi măng, hoá chất, than, ... đều đang được đầu tư, phát triển mạnh. Việc xây dựng nhiều nhà máy đòi hỏi các thiết bị được cung cấp kịp thời đáp ứng tiến độ và giá thành giảm để nâng cao hiệu quả kinh tế. Xuất phát từ yêu cầu thực tế và góp phần phát triển năng lực ngành cơ khí trong nước, nhóm đề tài Trung tâm Gia công áp lực - Viện Nghiên cứu Cơ khí đề xuất và đăng ký thực hiện kế hoạch công nghệ năm 2008 với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” nhằm mục đích tạo tiền đề cho một hướng phát triển công nghệ chế tạo một trong những loại hộp giảm tốc hành tinh được dùng rộng rãi trong thiết bị băng tải công nghiệp, loại hộp giảm tốc được sử dụng trong những trường hợp tang chủ động của băng tải không có không gian lắp đặt, yêu cầu thiết kế gọn nhẹ, tính cơ động cao,... Góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí Việt Nam cũng như góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nhờ việc giảm được nhập khẩu các thiết bị từ nước ngoài với giá thành cao. Các loại hộp giảm tốc hành tinh dùng trong thiết bị băng tải công nghiệp như các loại băng tải dùng trong công nghiệp xi măng, hoá chất, nhiệt điện, than, khai thác mỏ, ...từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi tại các nước công nghiệp phát triển và hiện nay đang được sử dụng ngày càng rộng phổ biến trong các thiết bị công nghiệp trong nước với xuất xứ từ nước ngoài. Xu hướng phát triển của các hãng chế tạo hiện nay là ngày càng hướng đến sự tiện dụng, tối ưu hoá kết cấu và nâng cao độ bền, tuổi thọ của hộp giảm tốc hành tinh dùng trong thiết bị băng tải công nghiệp. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 7 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI HỘP GIẢM TỐC HÀNH TINH I.1.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. I.1.1. Ngoài nước. Hộp giảm tốc (Gear Box) là bộ phận quan trọng có mặt trong hầu hết các loại thiết bị, máy móc làm nhiệm vụ truyền công suất và đảm bảo tốc độ ra theo yêu cầu. Sản phẩm hộp giảm tốc rất đa dạng về chủng loại kết cấu, công suất và tỉ số truyền . Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng chế tạo hộp giảm tốc như: ASEA (Thuỵ Điển), NORD (Phần Lan), General Motor (Mỹ), Falcone (Mỹ), Wattz (Đức), MORIS (Anh), SUMITOMO (Nhật Bản)… Để tạo ra sản phẩm hộp giảm tốc có kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, làm việc êm, ổn định và tuổi thọ cao, bên cạnh việc nghiên cứu tối ưu hoá thiết kế, cải tiến công nghệ và thiết bị chế tạo hộp giảm tốc truyền thống sử dụng răng thân khai, các hãng nước ngoài còn nghiên cứu chế tạo các hộp giảm tốc với kết cấu nhỏ gọn có tỉ số truyền cao, các hộp giảm tốc này được lắp trong các không gian hạn chế. I.1.2. Trong nước. Hiện tại, ở trong nước thị trường hộp giảm tốc chưa được các đơn vị nghiên cứu , thiết kế và sản xuất quan tâm thích đáng. Các đơn vị sản xuất hộp giảm tốc gồm có : Công ty cơ khí Hà Nội, Công ty cơ khí Duyên Hải, Công ty Diezen Sông công, Công ty cơ khí Trần Hưng Đạo, Công ty máy kéo và nông cụ Hà Tây…Các công ty này chủ yếu chế tạo các loại hộp số thông dụng có kích thước lớn, các hộp giảm tốc có kích thước nhỏ đặc chủng trong các thiết bị đặc biệt ở trong nước vẫn nhập ngoại với giá thành cao. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 8 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” I.2. Tổng quan về các loại hộp giảm tốc hành tinh: I.2.1. Phân loại các dạng hộp giảm tốc: Khác với các loại hộp giảm tốc khác có các bánh răng lắp các trục có vị trí cố định, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh có bánh răng lắp trên trục di động, được gọi là bánh răng vệ tinh. Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh có thể được thiết kế theo các sơ đồ như hình vẽ sau: (hình I.1) 2 2 2 1 1 3 0 3 0 b) a) 4 2 c) 2 0 4 2 0 1 3 1 0 0 5 1 3 3 3 e) d) 5 1 f) 32 22 31 22 21 21 02 12 01 32 31 11 h) 01 12 11 02 i) hình I.1 – Các loại sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng hành tinh CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 9 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” Theo hình I.1 a, b, c là cơ cấu hành tinh có hai bánh trung tâm 1 và 3 và cần 0 mang trục của bánh vệ tinh có một vành răng 2. Nhờ các ưu điểm: kết cấu đơn giản, khuôn khổ gọn, hiệu suất cao và quán tính nhỏ, các phương án kết cấu này được dùng rộng rãi hơn cả. Hộp giảm tốc hành tinh với bánh răng có răng trong 3 cố định (hình I.1a) có thể thực hiện tỷ số truyền u 013 = 3...9 và hiệu suất η = 0,97...0,99 . Thế nhưng sơ đồ này lại không thích hợp với số vòng quay cao của cần, vì khi đó lực ly tâm lớn hạn chế khả năng tải của các ổ bánh vệ tinh. Trường hợp này thường dùng hộp giảm tốc với cần 0 cố định để ghép các trục của hai tổ máy quay theo hai chiều ngược nhau (hình I.1c). Truyền động hành tinh với bánh răng trung tâm 1 cố định (hình I.1b) được dùng khi tỷ số truyền nhỏ ( u 103 = 1,13...1,5 ) hiệu suất lớn (η = 0,99...0,996 ) chẳng hạn để dẫn động chong chóng của động cơ máy bay. Sơ đồ của cơ cấu hành tinh cũng gồm hai bánh trung tâm và cần nhưng bánh vệ tinh có hai vành răng như hình I.1d, tuy phức tạp về kết cấu và lắp ráp nhưng cho phép tăng trị số tuyệt đối của tỷ số truyền đến 15 (khi ωo =0) và 16 ( ω3 =0). Sơ đồ cơ cấu hành tinh với ba bánh răng trung tâm 1, 3, 5 được thể hiện trên I.1e với bánh vệ tinh có một vành răng và trên hình I.1g với bánh vệ tinh có hai vành răng. Cần 0 trong các cơ cấu này không tiếp nhận tải trọng ngoài và chỉ dùng để đỡ các bánh vệ tinh. Với các kết cấu này, truyền động hành tinh có thể thực hiện được tỷ số truyền từ 20...200 và hiệu suất η =0,7...0,9. So với các loại hộp giảm tốc khác, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh có kích thước gọn hơn, khối lượng nhỏ hơn nhờ công suất được truyền theo một số dòng (tương ứng với số bánh vệ tinh) và sử dụng bánh răng ăn khớp trong có độ bền tiếp xúc cao hơn so với bánh răng ăn khớp ngoài. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 10 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” Muốn thiết kế hộp giảm tốc hành tinh với tỷ số truyền lớn có thể dùng sơ đồ I.1d hoặc I.1e, g nhưng khi đó hiệu suất truyền động giảm. Vì vậy hợp lý hơn cả đối với trường hợp tỷ số truyền lớn và hiệu suất cao là phối hợp các cấp truyền động hành tinh với nhau (sơ đồ I.1h, i) hoặc phối hợp một cấp truyền động bánh răng có trục cố định với một cấp bánh răng hành tinh. Ở đấy nhờ khả năng tải lớn hơn, truyền động hành tinh đặt ở cấp chậm là cấp chịu tải lớn hơn. Với hộp giảm tốc hành tinh, vấn đề phân bố đều tải trọng cho các bánh vệ tinh cần được lưu ý giải quyết bằng các biện pháp kết cấu. Như vậy bằng cách lựa chọn một sơ đồ thích hợp, có thể thiết kế hộp giảm tốc hành tinh đạt hiệu suất cao, phạm vi tỷ số truyền rộng, kết cấu gọn, khối lượng nhỏ. Nhờ những ưu điểm rất cơ bản đó nên dù phải nâng cao độ chính xác chế tạo và lắp ghép, hộp giảm tốc hành tinh ngày càng được sử dụng rộng rãi. Truyền động bánh răng hành tinh là cơ cấu có ít nhất một bánh răng có trục quay di động. Ký hiệu 1, 3, 5 là các bánh trung tâm; 2, 4 là bánh vệ tinh và 0 là cần. Bánh vệ tinh 2 (4) quay quanh trục quay của mình đồng thời cùng với cần 0 quay quanh trục của bánh trung tâm 1 (3, 5). Khi 3 cố định, chuyển động có thể truyền từ 1 đến 0 hoặc từ 0 đến 1, cần khi 0 cố định chuyển động truyền từ 1 đến 3 hoặc từ 3 đến 1. Các bánh trung tâm và cần được gọi là các khâu cơ bản. Một cách tổng quát có thể phân truyền động hành tinh thành 03 loại: truyền động hành tinh đơn giản (khi cố định một trong các bánh trung tâm), truyền động vi sai (các bánh trung tâm đều quay) và truyền động kín (hai khâu cơ bản được nối với nhau qua một bộ truyền nào đó). Với hộp giảm tốc cã thể sử dụng các sơ đồ được quy ước ký hiệu như sau: CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 11 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” A – bộ truyền có hai bánh trung tâm, bánh vệ tinh cã một vành răng, trong đó A1 ký hiệu trường hợp cố định bánh 3 (hình I.1a), A2 ký hiệu trường hợp cố định bánh 1 (hình I.1b), A3 ký hiệu trường hợp cố định cần O (hình I.1c) B – bộ truyền có hai bánh trung tâm, bánh vệ tinh có hai vành răng (hình I.1d) C – bộ truyền có ba bánh trung tâm gồm: C1 – bánh vệ tinh có một vành răng; C2 – bánh vệ tinh có hai vành răng (hình I.1e, g) A1A1 – bộ truyền hai cấp với hai sơ đồ A1 ghép liên tiếp (hình I.1h) A1A3 – bộ truyền hai cấp gồm A1 và A3 (hình I.1i) Ưu điểm của truyền động hành tinh là khối lượng nhỏ, kích thước gọn, hiệu suất cao, cã thể thực hiện được tỷ số truyền lớn trong một cấp, kết cấu ổ đơn giản, nhưng truyền động hành tinh có nhược điểm: yêu cầu cao về độ chính xác chế tạo và lắp ghép. I.2.2. Hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp: + Đặt vấn đề : Hiện nay việc vận chuyển vật liệu bằng hệ thống băng tải rất phổ biến ở các nhà máy công nghiệp. Với năng suất vận chuyển cao và làm việc ổn định thì hệ thống vận chuyển vật liệu bằng băng tải là tối ưu trong công nghiệp. Song song với việc làm việc đạt năng suất thì kết cấu của hệ thống nhỏ gọn cũng là một điểm cần thiết trong thiết kế. Hệ thống vận chuyển vật liệu bằng băng tải có sơ đồ như (hình I.2) CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 12 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình I.2:1- Cửa tháo liệu; 2- Tang chủ động; 3- Con lăn; 4- Tang căng băng; 5 - Băng cao su vận chuyển; 6- Phễu tiếp liệu; 7- Tang bị động; 8- Đối trọng làm căng băng. Để giảm không gian lắp đặt nhà thiết kế đưa ra hệ thống tang chủ động có kết cấu gọn nhẹ, hợp lý mà vẫn đảm bảo được năng suất làm việc và tốc độ của bưng tải. Hệ thống tang chủ động này gồm cụm động cơ và hộp giảm tốc hành tinh được thiết kế lắp ghép đồng bộ vào trong ruột vỏ tang. Kết cấu cụm tang chủ động như (hình I.3) : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Hình I.3:1- Trục tang; 2- Nắp hãm; 3- Vòng bít làm kín; 4- Vòng đệm; 5- Bu lông; 6- Vòng hãm; 7- Gioăng làm kín; 8- Vòng bi; 9- Gối trục; 10- Gioăng làm kín; 11- Vỏ tang; 12- Bu lông; 13- Vòng đệm; 14- Động cơ; 15- Hộp giảm tốc hành tinh; 16- Vành răng; 17- Trục tang. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 13 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” Yêu cầu đặt ra là cụm hộp giảm tốc hành tinh thiết kế phải đảm bảo được tỉ số truyền để tang chủ động quay đạt vận tốc, đảm bảo công suất tải và làm việc ổn định trong hệ thống băng tải. Đề tài ” Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” do Trung tâm Gia công áp lực – Viện nghiên cứu cơ khí thực hiện nhằm mục tiêu: - Thiết kế hộp giảm tốc đảm bảo được tỉ số truyền. - Đảm bảo độ bền của các bánh răng khi làm việc có tải. - Đảm bảo kích thước để có thể lắp được cả hộp giảm tốc trong vỏ tang. - Tính toán chọn công suất động cơ để hệ thống băng tải làm việc đạt năng suất thiết kế. - Nghiên cứu công nghệ chế tạo từng chi tiết của hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp. - Chế tạo, chạy thử sau đó đưa vào sử dụng và đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chí chất lượng đã đề ra. + Kết cấu hộp giảm tốc hành tinh của các thiết bị băng tải công nghiệp (hình I.4): CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 14 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” A A-A 1 2 3 4 5 6 7 A 8 9 10 11 12 Hình I.4:1- Vỏ hộp giảm tốc; 2- Bánh răng số 1; 3- Đầu trục động cơ; 4Vòng phanh;5- Bánh răng số 2; 6- Bánh răng số 3; 7- Trục răng số 4; 8- Vòng bi; 9- Bánh răng số 5; 10- Trục ra hộp giảm tốc; 11- Vành răng số 6; 12- Vòng phanh. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 15 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CHƯƠNG II TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG HÀNH TINH II.1. Tính toán, kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của cặp bánh răng 1và 2 . II.1.1. Xác dịnh ứng suất cho phép: Theo mẫu thiết kế vật liệu chế tạo bánh răng là thép 40X tôi cải thiện đạt độ rắn HB260÷280 có giới hạn bền σb=950 MPa, giới hạn chảy σch=700 MPa. Ta có : σ 0H lim = 2HB + 70 ; SH = 1,1 ; σ 0F lim = 1,8HB ; SF = 1,75. Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1 = 245; độ rắn bánh lớn HB2 = 230, khi đó σ 0H lim1 = 2HB1 + 70 = 560Mpa ; σ 0F lim1 = 1,8HB1= 441 Mpa. σ 0H lim 2 = 2HB2+ 70 = 530Mpa ; σ 0F lim 2 = 1,8HB2 = 414 Mpa. Theo (6.5) [1] NHo = 30 HB 2, 4 , do đó NHo1= 30.245 2, 4 =1,6.10 7 ; NHo2= 30.230 2, 4 =1,39.10 7 Ta có: [σH] = σ 0H lim .KHL/SH [σH1] = 560.1/1,1 = 509 Mpa. [σH2] = 530.1/1,1 = 482 Mpa. ⇒ [σH] = ([σH1] + [σH2])/2 = 496 Mpa. Theo (6.2a) [1]với bộ truyền quay một chiều KFC = 1 ta được: CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 16 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” [σF1] = 441.1.1/1,75 =252 Mpa. [σF2] = 414.1.1/1,75 =236,5 Mpa. ứng suất quá tải cho phép: Theo (6.10) và (6.11) [1]ta có : [σH]max = 2,8dch2 = 2,8.500 = 1400 Mpa. [σF1]max = 0,8dch1 = 0,8.600 = 480 Mpa. [σF2]max = 0,8dch2 = 0,8.500 = 400 Mpa. II.1.2. Xác định các thông số của cặp bánh răng. Ta có : Công suất P = 2,2 KW, Số vòng quay n = 1400 v/phút Tỉ số truyền u = 2,1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: Theo (6.15a) [1]: aw1 = Ka(u + 1) 3 T .K H β [σ H ]2 u .ψ ba [II.1] Trong đó Ka là hệ số phụ thuộc vật liệu của cặp bánh răng và loại răng. Theo bảng 6.5 [1] ta có Ka = 43 T là momen xoắn trên bánh chủ động : T = 9,55.106P/n = 9,55.1062,2/1400 = 15007 Nmm. [σH] là ứng suất tiếp xúc cho phép : [σH] = 496 Mpa u là tỉ số truyền : u = 2,1 ψba là hệ số phụ thuộc vào độ cứng vật liệu tra bảng 6.6 được ψba = 0,3 KHβ là hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc: KHβ = 1,15. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 17 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” Thay các giá trị vào công thức trên ta tính được aw1 = 64,5 Ta có : m = (0,02: 0,03) aw1 = 1,29 : 1,9 [II.2] Theo 6.8 [1] chọn mô đun pháp mf = 1,5. Chọn sơ bộ β = 100 do đó cosβ = 0,9848 số răng bánh nhỏ Z1 = 2 aw1 cosβ/[m(u+1)] = 27,3 [II.3] Lấy Z1 = 27 răng. Số răng bánh lớn: Z2 = u. Z1 = 56,7 Lấy Z2 =57 răng. Vậy góc nghiêng của răng sẽ là cosβ = mf(Z1 + Z2 )/(2aw1) = 0,978 [II.4] Vậy β = 12022’51’’ aw0 = 0,5m(Z1+Z2) = 63 mm. Do đó phải dịch chỉnh bánh răng. Tính hệ số dịch tâm: ξ = aw1/m - 0,5(Z1 + Z2) = 64,5/1,5 - 0,5(27 + 57) = 1 [II.5] Mặt khác : kY = 1000ξ/ZT =1000.1/(27+57) = 12,2. Theo bảng 6.10a [1] ta có kX =1,02, theo (6.24) [1] ta có hệ số giảm đỉnh răng. ξ = kXZT/1000 = 1,02.(27 + 57)/1000 = 0,09 [II.6] Theo (6.25) [1]tổng hệ số dịch chỉnh: CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 18 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” xT = ξ + ∆ξ =1 + 0,09 = 1,09. Theo (6.26) hệ số dịch chỉnh bánh 1: x1 = 0,5 [xT – (Z2 – Z1) ξ/zT] = 0,5 [1,09 – (57 – 27)1/(57+27)] = 0,37 Hệ số dịch chỉnh bánh 2: x2 = xT – x1 = 1,09 – 0,37 = 0,72. II.1.3. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc. Ta có công thức tính ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc. σHtx = ZM.ZH.Zε 2T1 K H (u2+ 1) bw .u.d w1 (*) [II.7] ZM là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp -Theo bảng 6.5 [1] ta có: ZM=274MPa 1 / 3 ZH là hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. -Theo (6.35) [1]ta có: tgβb= cosαttgβ = cos(20,432).tg(12,38) = 0,2 ⇒ βb = 11,622 0 với αt = arctg(tgα/cosβ) = arctg(tg20/0,977) = 20,432. Do đó theo (6.34) [1]: ZH = 2 cos β b / sin 2α tω = 2 cos(11,622) / sin(2.20,432) = 1,73. [II.8] Zε là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng. -Theo (6.37) [1]: εβ = bwsinβ/(πm) =0,3.64,5sin(12 0 22’51”)/(π.1,5) = 0,88. εβ là hệ số trùng khớp dọc. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 19 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” do đó theo (6.38) [1]: Zε = 1 / ε α = 1 / 1,67 = 0,77. Trong đó theo (6.38b): ⎡ 1 ⎤ εα = ⎢1,88 − 3,2( + )⎥ cos β = ⎡⎢1,88 − 3,2( + )⎤⎥ 0,977 = 1,67. 27 57 ⎦ Z1 Z 2 ⎦ ⎣ ⎣ 1 1 1 εα là hệ số trùng khớp ngang. -Đường kính vòng lăn bánh nhỏ: dw1= 2aw1/(um1+1) = 2.64,5/(2,11+1) = 41,5 mm. [II.9] -Theo (6.40) [1]: v = πdω1n1/60000 = 3,14.41,5.1400/60000 = 3,04 m/s . Với v = 3,04 m/s theo bảng 6.13 [1]dùng cấp chíng xác 9. Theo bảng 6.14 [1] với cấp chính xác 9 và 2,5 (m/s) < v < 5 (m/s) ta được KHα = 1,16. Theo (6.42) [1]: Ta có: υ H = δHg0v a w / u m1 = 0,002.73.3,04 64,5 / 2,11 = 2,454 δH là hệ số kể đến ảnh hương của các sai sô ăn khớp. g0 là hệ sốkể đến ảnh hưởng của sai lệch các bưởcăng bánh 1 và bánh 2 Trong đó: theo bảng 6.15 [1], δH= 0,002. theo bảng 6.16 [1], g0 = 73. Do đó theo (6.41) [1]: KHv= 1+ υ Hbwdw1/(2T1KHβKHα) = 1+ 2,454.0,3.64,5.41,5/(2. 9,55.10 6.2,2 1,15.1,16) = 1,05 1400 CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 20