Tài liệu Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp tốc độ

LỜI NÓI ĐẦU Đồ án chi tiết máy là một môn học rất cần thiết cho sinh viên ngành cơ khí nói chung để giải quyết một vấn đề tổng hợp về công nghệ cơ khí, chế tạo máy. Đồ án thể hiện những kiến thức cơ bản của sinh viên về vẽ kĩ thuật, dung sai lắp ghép, nguyên lí máy, sức bền vật liệu và chi tiết máy, giúp cho sinh viên làm quen với cách thực hiện đồ án một cách khoa học và tạo cơ sở cho các đồ án tiếp theo. Hộp giảm tốc là một cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí nói riêng và công nghiệp nói chung, việc thiết kế hộp giảm tốc sao cho tiết kiệm mà vẫn đáp ứng độ bền là hết sức quan trọng. Và nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu: “Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp tốc độ”. Do lần đầu tiên làm quen với khối lượng kiến thức tổng hợp, còn có những mảng chưa nắm vững nên dù đã rất cố gắng, song bài làm của nhóm em không thể tránh khỏi những sai xót.Nhóm em rất mong được sự đóng góp ý kiến quý báu của thầy cô, giúp nhóm em có được những kiến thức cần thiết để sau này ra trường có thể ứng dụng trong công việc cụ thể của sản xuất. Cuối cùng nhóm em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa cơ khí và đặc biệt là thầy Đặng Văn Ánh đã tận tình giúp đỡ nhóm em hoàn thành đồ án của nhóm. 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... TP Hồ Chí Minh Ngày…Tháng…Năm… 2 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................1 NHẬN XÉT.....................................................................................................2 ĐỀ....................................................................................................................3 MỤC LỤC.......................................................................................................4 CHƯƠNG I:CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN.......7 I.Sơ đồ bố trí máy..........................................................................................8 II.Chọn động cơ.............................................................................................8 III.Phân phối tỉ số truyền............................................................................11 CHƯƠNG II:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP SỐ.....................13 CHƯƠNG III:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG........................17 I.Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng ở cấp nhanh..............18 1. Chọn thép cho bánh nhỏ và bánh lớn.....................................................18 2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.................................18 3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng.......................................................................21 4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng tải trọng trung bình.........................21 5. Tính khoảng cách trục.............................................................................21 6. Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác......................21 7. Định chính xác hệ số tải trọng K.............................................................22 8. Xác định môđun, số răng.........................................................................22 9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng........................................................24 10. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn......................................................................................................25 4 11. Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng nghiêng...................26 12. Tính lực tác dụng lên trục.....................................................................27 II.Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ở cấp chậm..................28 1. Chọn thép cho bánh nhỏ và bánh lớn.....................................................28 2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.................................28 3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng.......................................................................31 4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng tải trọng trung bình.........................31 5. Tính khoảng cách trục.............................................................................31 6. Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác......................32 7. Định chính xác hệ số tải trọng K.............................................................32 8. Xác định môđun, số răng.........................................................................33 9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng........................................................34 10. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gianngắn.......................................................................................................34 ........................................................................................................................... 11. Các thông số hình họ chủ yếu của bộ truyền........................................36 12. Tính lực tác dụng lên trục.....................................................................37 CHƯƠNG IV:THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN............................................38 A. Tính đường kính sơ bộ của trục............................................................39 B. Tính gần đúng trục.................................................................................40 I. Trục I ........................................................................................................43 II. Trục II .....................................................................................................47 III. Trục III ..................................................................................................51 5 C. Tính chính xác trục................................................................................53 I. Tính trục I ................................................................................................54 1. Tại tiết diện n – n.......................................................................................54 2. Tại tiết diện m - m.....................................................................................55 II. Tính trục II .............................................................................................56 1. Tại tiết diện e - e........................................................................................56 2. Tại tiết diện i - i.........................................................................................57 III. Tính trục III...........................................................................................58 D.Tính then..................................................................................................59 I. Tính then trục I ........................................................................................59 II. Tính then trục II .....................................................................................61 III. Tính then trục III...................................................................................62 CHƯƠNG V:CHỌN Ổ LĂN......................................................................63 I. Trục I.........................................................................................................64 II. Trục II......................................................................................................65 III. Trục III...................................................................................................66 IV. Chọn kiểu lắp ổ lăn................................................................................67 .....CHƯƠNG VI:THIẾT KẾ VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT TIÊU CHUẨN KHÁC..........................................................................................................68 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................72 6 CHƯƠNG I CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 7 I. Sơ đồ bố trí máy.(hình 1) Hình 1. II. Chọn động cơ. Vì động cơ làm việc ở chế độ phụ tải thay đổi ta đi tìm Mômen đẳng trị và công suất đẳng trị. T đt  √ 2 2 2 T 1 . t 1  T 2 . t2  T 3 . t3 t1  t 2  t 3 Ta đi tìm: T 21 ,T 22 , T 23 và t 1 , t 2, t 3 Mômen xoắn trục đầu ra: T Vậy N .9550 6,5.9950  653,421 Nm n 95 T 1 0,6 T  392,0526 Nm T2 = T = T3 653,421 Nm = 0,5T = 326,7105 Nm 8 Thời gian thực hiện một chu kì: t ck  60 0,632 s 95 t 1 = 0,3 t ck Vậy t2 = 0,1896s = 0,3 t ck = 0,1896s t 3 = 0,4 t ck = 0,2528s Mômen đẳng trị: T đt  √ T 21 . t 1  T 22 . t 2  T 23 . t 3  t1  t 2  t 3 √ 392,0526.0,1896 653,421.0,1986 326,7105.0,2528 0,1896  0,1896  0,2528  465,72 Nmm Công suất đẳng trị: N đt  T đt . n 465,71 . 95   4,6328 Kw 9550 9550 Hiệu suất truyền động η: ηη đ ai ×η bánhrăng × ηổ l ă n × ηkhớp nối ηđ ai = (0,95 ÷ 0,96) ηbánh răng = ηổ l ă n chọn 0,96 η21 cặp bánh răng = (0,96 ÷ 0,98 2 chọn 0,972 = η31 cặp ổ lăn = (0,99 ÷ 0,995 3 chọn 0,993 η khớp nối ≈ 1 => η0,96 × 0,972 × 0,993 × 1 = 0,8764 Vì N đt là công suất đẳng trị của phụ tải đặt trên máy nên phải chia cho hiệu suất truyền động η . N đm ≥ N đt 4,6328  5,284 Kw η 0,8764 Ta phải chọn công suất lớn hơn công suất định mức. 9 Xác định sơ bộ số vòng quay động cơ. n sơ bộ nđầu ra ×i đai ×i hộp số Theo đề n đầura = 95 (V/ph). Ta chọn đai thang: i đai =(2÷6) Hộp giảm tốc 2 cấp có: i hộp số = ( 8 ÷ 40 ) => n sơ bộ = 95 × 2 ÷ 6 × 8÷ 40  = ( 1520 ÷ 22800) (V/ph) Chọn động cơ AO 2−42−2 . Công suất N đc 5,5 Kw. Số vòng quay trục động cơ 2910 (V/ph). Hiệu suất động cơ η = 0,87. Khối lượng động cơ 57 Kg. III. Phân phối tỉ số truyền.(bảng 1) Tỉ số truyền chung: i máy i đai × i 12 × i 23  Trong đó: n đc 2910  30,632 nđầu ra 95 n đc : là số vòng quay của trục động cơ. 10 n đầura : là số vòng quay của trục đầu ra hộp giảm tốc. Chọn trước iđai 3,5 . i 12 × i 23  30,632 8,752 3,5 ( i12 i nhanh i n ; i 23 ichậm i c ) Để các bánh răng của 2 cấp đều được ngâm trong dầu ta có thể chọn tỉ số truyền theo hệ thức: i n 1,2 ÷ 1,3 i c i 12 3,373 => i 23 2,595 Tính số vòng quay ở các trục: n đc 2910 V  ph  nI  nđc 2910  831,43V  ph i đai 3,5 n II  n I 831,43  246,49 V  ph i 12 3,373 n III  n II 246,49  94,99V  ph i 23 2,575 Công suất ở các trục: N đc 5,5 Kw N I  N đc ×η đai 5,5 ×0,965,28 Kw N II  N I × η1 cặp ổ lăn ×η1 cặp bánh răng 5,28× 0,99× 0,975,07 Kw N III  N II ×η1 cặp ổ lăn × η1 cặp bánhrăng ×η khớp nối 5,07 × 0,99× 0,97 ×14,869 Kw N .9550 Mômen xoắn ở các trục T  n 11 T đc 18,05 Nm T I 60,65 Nm T II 196,43 Nm T III 489,51 Nm Bảng 1 Trục Thông số I Trục động cơ I i đai 3,5 II i 12 3,373 III i 23 =2,575 n (V/ph) 2910 831,43 246,49 94,99 N (Kw) 5,5 5,28 5,07 4,87 T (Nm) 18,05 60,65 196,43 489,51 12 CHƯƠNG II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP SỐ 13 Chọn bộ truyền ngoài hộp số. Chọn đai thang vì đai thang có nhiều ưu điểm, ma sát cao, làm việc ổn định, không ồn, kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, có thể thiết kế quá tải, truyền động giữa hai trục có khoảng cách xa nhau. Thiết kế bộ truyền đai. 1. Chọn sơ bộ vận tốc của đai v > 5 m/s có thể dùng đai loại A và Ђ. Tính theo 2 phương án chọn phương án có lợi hơn. A Tiết diện đai a x h (mm) Ђ 13 x 8 17 x 10,5 Diện tích tiết diện 81 138 2. Định đường D1 kính bánh nhỏ. D1 ≈ 1,2 dmin mm  V 125 160 Kiểm nghiệm vận tốc của đai (m/s) π . n đc . D1 60.1000 19,05 24,38  V < V max   30 ÷ 35 m s 3. Tính đường kính D 2 của bánh lớn. D2 i đại . D1 1−ξ  428,8 548,8 ξ 0,02 D2 Chọn đường kính 450 560 Số vòng quay thực của trục I là: theo tiêu chuẩn n I   1−0,02  D1 .2910 V  ph D2 792,2 814,8 Sai lệch rất ít so với yêu cầu Tỉ số n đc truyền i đai  n 3,67 I 14 3,57 4. Chọn sơ bộ khoảng cách trục A với iđai 2 . => A = 1,2 D2 540 672 5. Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A sơ bộ: D2 −D 1 2   π L 2 A . D1  D 2   2  2032  2534,5 Lấy chiều dài danh nghĩa theo tiêu chuẩn để tính toán 2120 2650 Kiểm nghiệm số vòng quay u trong 1 giây u v L 8,99 9,2 Đều nhỏ hơn u max 10 6. Xác định khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn và đường kính D1 , D 2 . A   √ 2 L−π8  D  D   −8  D − D  2 2 L−π D2  D 1  2 1 2 1 2 539,9 672 Khoảng cách nhỏ nhất để mắc đai Amin  A−0,015. L mm 509,42 634 Khoảng cách lớn nhất để tạo lực căng Amax  A  0,032 mm 600,9 710 15 7. Tính góc ôm α 1 . α 1 180° − D 2− D 1 ° 57 A 145,7° 146,1° Đều thỏa mãn điều kiện α 1 ≥ 120° 8. Xác định số đai Z cần thiết. Chọn ứng suất căng ban đầu của đai thang σ 01,2 N  mm 2 Tra bảng ta tìm được ứng suất có ích cho phép  σ p 0 1,51 1,51 Các hệ số C t  0,8 0,98 C v  0,94 Tiết diện F C α  0,8 0,95 0,85 81 138 Dùng công thức: σp   v. 1000. N Z≥  Tính ra được số đai theo công thức Chọn số đai Z 3,3 4 1,6 2 68 t= 45 16 20 S = h0 = 9. Chiều rộng bánh đai. B = (Z – 1).t + 2.S (mm) 10 12,5 3,55 Đường kính ngoài cùng bánh đai ban đầu 16 Dn1 =D1 + 2h0 170 132 Bánh bị dẫn Dn2 =D2 + 2h0 457 570 10. Tính lực căng ban đầu S0 và lực tác dụng lên trục R: S0 = σ0.F (N) 165,6 diện tích một đai lực tác dụng trục R = 3 s 0 Z . sin 97,2 F: là α1  N  1114,5 2 950 Chọn đai A vì khuôn khổ nhỏ hơn tuy lực tác dụng tạo lên trục lớn hơn một ít. 17 CHƯƠNG III THIẾT KẾBỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 18 I. Cặp bánh răng trụ răng nghiêng. 1. Chọn vật liệu làm bánh răng. Thép 55 bánh nhỏ. σb = 660 N/mm2, σch=330 N/mm2, HB = 210. Thép 45 bánh lớn. σb = 580 N/mm2, σch=290 N/mm2, HB = 180. 2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép. a. Ứng suất tiếp xúc cho phép. Số chu kì tương đương bánh lớn.  3 N tđ 2 60 u Σ Trong đó: vòng (u = 1).  Ti T max ni . t i u: số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một Ti: Mômen xoắn ở chế độ i. Tmax: Mômen xoắn lớn nhất. ni: Số vòng quay ở chế độ i. ti: Thời gian làm việc ở chế độ i. Ntđ2 = 60.1 (0,63 . 0,3 + 13 . 0,3 + 0,53. 0,4) . 294,68 . 7000 = 51337970,88 Số chu kì tương đương của bánh nhỏ lớn hơn chu kì tương đương của bánh lớn là: i12 = 3,432 lần. Ntđ1 = Ntđ2 . i12 = 51337970,88. 3,373 = 173162975,8 Số chu kì cơ sở của bánh lớn và bánh nhỏ tra bảng được N 0 = 107 đều nhỏ hơn số chu kì tương đương của bánh nhỏ và bánh lớn hệ số chu kì ứng suất K’N = 1. 19 Ứng suất mỏi tiếp xúc cho phép: σ  N tx 2,6 HB  0 Vậy ứng suất tiếp xúc của mỗi bánh: Bánh nhỏ: σ N 0 tx1 . K ' N 2,6 . 210 . 1546 N  mm2 σ t x 1   Bánh lớn: σ N 0 tx2 . K ' N  2,6 .180 . 1468 N  mm2 σ tx 2   Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là: σ tx 2 468 N  mm2  b. Ứng suất uốn cho phép. Số chu kì tương đương của bánh lớn.  6 N tđ 2 60 u Σ Trong đó: vòng (u = 1).  Ti T max ni . t i u: số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một Ti: Mômen xoắn ở chế độ i. Tmax: Mômen xoắn lớn nhất. ni: Số vòng quay ở chế độ i. ti: Thời gian làm việc ở chế độ i. Ntđ2 = 60.1 (0,66 . 0,3 + 16 . 0,3 + 0,56. 0,4) . 294,68 . 7000 20