Tài liệu Thuyết minh đồ án thiết kế máy ( hộp giảm tốc hai cấp đồng trục răng nghiêng)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ---------- ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Đề tài số: 07 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Vũ Xuân Kiệt MSSV: 1511667 Phương án: 6 TP. Hồ Chí Minh , ngày 15 tháng 5 năm 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ---------- ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Đề tài số: 07 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Vũ Xuân Kiệt MSSV: 1511667 Phương án: 6 TP. Hồ Chí Minh , ngày 15 tháng 5 năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Học kì II năm học 2017-2018 Sinh viên thực hiện: Vũ Xuân Kiệt – MSSV: 1511667 Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Hữu Lộc ĐỀ TÀI Đề số 07: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN Phương án số: 6 Hệ thống dẫn động thùng trộn 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- Thùng trộn. (Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ). BẢNG SỐ LIỆU ĐỀ 07 YÊU CẦU : - 01 thuyết minh. - 01 bản vẽ lắp A0; - 01 bản vẽ chi tiết theo đúng TCVN. NỘI DUNG THUYẾT MINH 1. Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền cho hệ thống truyền động. 2. Tính toán thiết kế các chi tiết máy: a. Tính toán các bộ truyền hở (đai, xích hoặc bánh răng). b. Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít). c. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực. d. Tính toán thiết kế trục và then. e. Chọn ổ lăn và nối trục. f. Chọn thân máy, bu-lông và các chi tiết phụ khác. 3. Chọn dung sai lắp ghép. 4. Tài liệu tham khảo. LỜI NÓI ĐẦU Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí. Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại. Vì vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hóa đất nước. Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các hệ thống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư. Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp các hệ thống tuyền động ở nhiều nơi, có thể nói nó đóng một vai trò rất lớn trong đời sống hàng ngày và trong sản xuất. Đối với các hệ thống truyền động thường thấy thì hộp giảm tốc là bộ phận không thể thiếu. Đồ án thiết máy giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Nguyên lí máy, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật, Sức bền vật liệu,… và giúp sinh viên có được cái nhìn tổng quan trong công việc thiết kế cơ khí. Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Lộc và các thầy cô khoa cơ khí đã giúp đỡ em rất nhiều trong qua trình thực hiện đồ án. Với kiến thức còn chưa hoàn chỉnh nên trong quá trình thiết kế việc sai sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến từ quý thầy cô. Kính chúc quý thầy cô sức khỏe và ngày càng thành công. Sinh viên thực hiện Vũ Xuân Kiệt MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN .............................................................................................................. 1 1.1. Tính chọn động cơ điện ............................................................................ 1 1.2. Lập bảng đặc tính kỹ thuật ....................................................................... 2 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH ............................................ 4 2.1. Thông số đầu vào ..................................................................................... 4 2.2. Lựa chọn kiểu xích ................................................................................... 4 2.3. Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm bộ truyền xích .................................... 4 2.4. Bảng thông số bộ truyền xích ................................................................... 7 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG ................................. 8 3.1 Thiết kế bộ truyền cấp nhanh..................................................................... 8 3.2 Thiết kế bộ truyền cấp chậm.................................................................... 13 3.3. Kiểm tra điều kiện bôi trơn cho hộp giảm tốc ......................................... 18 3.4. Thông số bộ truyền bánh răng ................................................................ 19 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SƠ BỘ TRỤC VÀ CHỌN THEN ........................ 20 4.1. Lựa chọn vật liệu và tính toán sơ bộ trục ................................................ 20 4.2. Tính chọn khớp nối ................................................................................ 22 4.3. Phân tích lực tác dụng lên các trục ......................................................... 23 4.4. Phác thảo sơ bộ các trục ......................................................................... 24 4.5. Vẽ biểu đồ momen uốn và xoắn ............................................................. 25 4.6. Chọn then và kiểm nghiệm then ............................................................. 31 4.7. Kiểm nghiệm trục ................................................................................... 32 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM Ổ LĂN .................................. 35 5.1. Chọn ổ bi cho trục I ................................................................................ 35 5.2. Chọn ổ bi cho trục II .............................................................................. 36 5.3. Chọn ổ bi cho trục III ............................................................................. 38 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ..................................................................................................................... 41 6.1. Thiết kế vỏ hộp giảm tốc ........................................................................ 41 6.2. Các chi tiết phụ ...................................................................................... 43 6.2.1. Nắp ổ................................................................................................ 43 6.2.2. Vòng chắn dầu và vòng chắn mỡ ...................................................... 45 6.2.3. Nắp cửa thăm ................................................................................... 46 6.2.4. Nút thông hơi ................................................................................... 47 6.2.5. Nút tháo dầu ..................................................................................... 47 6.2.6. Que thăm dầu ................................................................................... 48 6.2.7. Chốt định vị...................................................................................... 49 6.2.8. Vòng móc ......................................................................................... 50 6.2.9. Ống lót và vòng đệm nắp ổ ............................................................... 50 CHƯƠNG 7: DUNG SAI LẮP GHÉP ............................................................ 51 7.1. Dung sai lắp ghép bánh răng .................................................................. 51 7.2. Dung sai lắp ghép ổ lăn .......................................................................... 51 7.3. Dung sai lắp ghép vòng chắn dầu ........................................................... 51 7.4. Dung sai lắp ghép then lên trục .............................................................. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 53 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền ……………………………..1 Bảng 1.2. Bảng đặc tính kỹ thuật ………………………………………………..3 Bảng 2.1. Bảng thông số bộ truyền xích ………………………………………...7 Bảng 3.1. Bảng thông số bộ truyền bánh răng …………………………………19 Bảng 4.1. Đường kính sơ bộ …………………………………………………...21 Bảng 4.2. Kích thước phác thảo …………………………….…………...……..21 Bảng 4.3. Giá trị các lực tác dụng lên trục ……………………………………..23 Bảng 4.4. Chọn then cho các trục ……………………………………………...31 Bảng 4.5. Kiểm nghiệm then …………………………………………………32 Bảng 6.1. Kích thước kết cấu hộp giảm tốc …………………………………....41 Bảng 7.1. Dung sai lắp ghép bánh răng ……………………………………..…51 Bảng 7.2. Dung sai lắp ghép ổ lăn ……………………………………………..52 Bảng 7.3. Dung sai lắp ghép then ……………………………………………...52 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1. Kiểm tra điều kiện bôi trơn ………………………………………….18 Hình 4.1. Sơ đồ phân bố và chiều quay các trục hộp giảm tốc ………………...20 Hình 4.2. Nối trục đàn hồi ……………………………………………………..22 Hình 4.3. Phân tích lực tác dụng lên các trục ………………………………….24 Hình 4.4. Phác thảo sơ bộ trục I ……………………………………………….24 Hình 4.5. Phác thảo sơ bộ trục II ………………………………………………25 Hình 4.6. Phác thảo sơ bộ trục III ……………………………………………...25 Hình 4.7. Biểu đồ mômen trục I ……………………………………………….26 Hình 4.8. Biểu đồ mômen trục II ………………………………………………28 Hình 4.9. Biểu đồ mômen trục III ……………………………………………...30 Hình 5.1. Sơ đồ xác định tổng lực dọc trục tác động lên ổ trục I ……………...35 Hình 5.2. Sơ đồ xác định tổng lực dọc trục tác động lên ổ trục II ……………..37 Hình 5.3. Sơ đồ xác định tổng lực dọc trục tác động lên ổ trục III…………….39 Hình 6.1. Hình dạng nắp ổ ……………………………………………………..43 Hình 6.2. Kích thước nắp ổ không có vòng phớt và vít ghép ………………….44 Hình 6.3. Kích thước nắp ổ có vòng phớt và vít ghép …………………………45 Hình 6.4. Vòng chắn dầu và vòng chắn mỡ ……………………………………46 Hình 6.5. Nắp cửa thăm ………………………………………………………..46 Hình 6.6. Hình dạng và kích thước nút thông hơi có chặn bụi ………………...47 Hình 6.7. Hình dạng và kích thước nút tháo dầu ………………………………48 Hình 6.8. Kết cấu que thăm dầu………………………………………………..48 Hình 6.9. Hình dáng và kích thước chốt định vị ………………………………49 Hình 6.10. Hình dáng và kích thước chốt định vị côn có ren trong……………49 Hình 6.11. Vòng móc ………………………………………………………….50 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.1. Tính chọn động cơ điện Hiệu suất chung của hệ thống truyền động: ηch = η𝑥 ηbr1 ηbr2 ηkn η4ol Trong đó: ηx = 0,95 hiệu suất bộ truyền xích ηbr1 = 0,98 hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ ηbr2 = 0,98 hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ ηkn = 0,99 hiệu suất khớp nối ηol = 0,99 hiệu suất ổ lăn ⇒ ηch = 0,95.0,98.0,98.0,99.0,994 = 0,8677 Công suất trên trục động cơ: đc Pmax ctác Pmax 5 = = = 5,76 kW ηch 0,8677 Công suất tương đương trên trục động cơ: Ptđđcơ T 2 ∑ ( i ) ti 12 . 29 + 0,72 . 22 Tmax đc √ √ = Pmax = 5,76 = 5,087 kW ∑ ti 29 + 22 Tỷ số truyền chung được xác định theo công thức: nđc uch = ux uh = nct Theo phụ lục 15.1 [2], ta chọn sơ bộ động cơ điện dạng 4A và Đ theo tiêu chuẩn GOST thuộc dãy công suất Pđc = 7,5 𝑘𝑊 với số vòng quay và phân bố tỷ số truyền theo bảng sau. Động cơ 112M2 132S4 132M6 160S8 Số vòng quay Tỷ số truyền Hộp giảm tốc Bộ truyền động cơ, chung, uch 2 cấp, uh xích, ux (vg/ph) 2922 73,05 24,35 3 1455 36,375 12,13 3 968 24,2 10 2,42 730 18,25 7,3 2,5 Bảng 1.1. Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 1 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC Với các tỷ số truyền trên bảng, ta chọn động cơ 132M6 có công suất danh nghĩa 7,5 kw , số vòng quay 968 vòng/phút , tỷ số truyền các bộ phận ux = 2,42 , uh = 10 , uch = 24,2. Dựa vào công thức 3.21 [1], ta chọn tỷ số truyền cấp nhanh và cấp chậm lần lượt là: u1 = 5; u2 = 2 1.2. Lập bảng đặc tính kỹ thuật a, Tính toán công suất trên các trục: Pct PIII = ηx ηol PIII PII = PI = = PI ηkn ηol = 5,32 kW 5,32 0,98.0,99 5,48 = ηbr2ηol Pđc = 0,95.0,99 = ηbr2 ηol PII 5 0,98.0,99 5,65 = 0,99.0,99 = 5,48 kW = 5,65 kW = 5,76 𝑘𝑊 b, Tính toán số vòng quay của các trục: nI = nđ𝑐 = 968 vòng/phút nI nII = u1 nIII = nct = = nII u2 nIII ux 968 5 = 193,6 vòng/phút 193,6 = 2 = 96,8 vòng/phút = 2,42 vòng/phút c, Tính toán momen xoắn trên các trục: Tđcơ = TI = 9550Pđcơ nđcơ 9550PI TII = TIII = nI = 9550PII nII nIII 9550.5,76 968 9550.5,65 968 = 9550PIII = = 55,741 Nm 9550.5,48 = 193,6 = 270,32 Nm 9550.5,32 96,8 = 56,826 Nm = 524,855 Nm SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 2 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Tctác = GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC 9550Pctác = nctác 9550.5 40 = 1193,75 Nm Ta có bảng đặc tính kỹ thuật: Trục Động cơ I II III Công tác P(kw) 5,76 5,65 5,48 5,32 5 u 1 5 2 2,42 n (vòng/phút) 968 968 193,6 96,8 40 T (Nm) 56,826 55,741 270,32 524,855 1193,75 Bảng 1.2. Bảng đặc tính kỹ thuật SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 3 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH 2.1. Thông số đầu vào: Công suất PIII = 5,32 kW Số vòng quay nIII = 96,8 vòng/phút Tỷ số truyền ux = 2,42 2.2. Lựa chọn kiểu xích: Theo yêu cầu của đề bài, ta sẽ tính toán theo bộ truyền xích ống con lăn 1 dãy. 2.3. Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm bộ truyền xích: 1. Số răng của đĩa xích dẫn z1 = 29 − 2𝑢 = 29 − 2.2,42 = 24,16 Chọn z1 = 24 răng 2. Số răng của đĩa xích bị dẫn z2 = 𝑢z1 = 2,42.24 = 58,08 Chọn z2 = 60 răng 3. Xác định hệ số điều kiện sử dụng xích K. 𝐾 = K r K a K o K dc K b K lv = 1,2.1.1.1,25.1,5.1 = 2,25 Trong đó: K r chọn bằng 1,2 do bộ truyền có va đập nhẹ. K a chọn bằng 1 với giả sử cho khoảng cách trục 𝑎 = (30 ÷ 50)𝑝𝑐 K o chọn bằng 1 do đường nối tâm 2 đĩa xích nằm ngang. K dc chọn bằng 1,25 trong điều kiện trục không điều chỉnh được hoặc không có bộ phận căng xích. K b chọn bằng 1,5 trong điều kiện bộ truyền được bôi trơn định kì. K lv chọn bằng 1 trong điều kiện bộ truyền làm việc 1 ca. Hệ số K n = 𝑛01 𝑛1 = 200 96,8 = 2,07 SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 4 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC 𝑧01 Hệ số K z = 𝑧1 25 = = 1,04 24 Chọn sơ bộ xích 1 dãy . K x = 1 4. Công suất tính toán Pt K.Kz .Kn .PIII Pt = = Kx 2,25.1,04.2,07.5,32 = 25,77 𝑘𝑁 1 Theo bảng 5.4 [1] theo cột 𝑛01 = 200 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 ta chọn bước xích 𝑝𝑐 = 38,1 mm. 5. Theo bảng 5.2 [1] số vòng quay tới hạn tương ứng bước xích 38,1 mm là 𝑛𝑡ℎ = 500 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 nên điều kiện 𝑛𝐼𝐼𝐼 < 𝑛𝑡ℎ được thỏa. 6. Xác định vận tốc trung bình v của xích: 𝑣= 𝑛𝐼𝐼𝐼 .𝑧1 .𝑝𝑐 60000 = 96,8.24.38,1 60000 = 1,47 𝑚/𝑠 Lực vòng có ích: 𝐹𝑡 = 1000.PIII 𝑣 = 1000.5,32 1,47 = 3619,05 𝑁 7. Tính toán kiểm nghiệm bước xích 𝑝𝑐 với [𝑝𝑜 ] chọn bằng 29 Mpa PIII .𝐾 3 𝑝𝑐 ≥ 600 √ 3 = 600√ 𝑧1 .𝑛1 .[𝑝𝑜 ].𝐾𝑥 5,32.2,25 24.96,8.29.1 = 33,73 𝑚𝑚 Do 𝑝𝑐 = 38,1 mm nên điều kiện được thỏa mãn. 8. Chọn khoảng cách trục sơ bộ 𝑎 = (30 ÷ 50)𝑝𝑐 = 40.38,1 = 1524 𝑚𝑚 Số mắt xích X 𝑋= = 2𝑎 𝑧1 + 𝑧2 𝑧2 − 𝑧1 2 𝑝𝑐 + +( ) . 𝑝𝑐 2 2𝜋 𝑎 2.1524 38,1 + 24+58 2 58−24 2 38,1 +( 2𝜋 ) . 1524 = 121,73 𝑟ă𝑛𝑔 Chọn X = 122 răng Chiều dài xích 𝐿 = 𝑝𝑐 𝑋 = 38,1.122 = 4648,2 𝑚𝑚 Tính lại khoảng cách trục a: 𝑎 = 0,25𝑝𝑐 [𝑋 − 𝑧1 +𝑧2 2 = 0,25.38,1 [122 − + √(𝑋 − 24+38 2 𝑧1 +𝑧2 2 2 + √(122 − SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 𝑧2 −𝑧1 2 ) − 8( 24+58 2 2 2𝜋 ) ] 58−24 2 ) − 8( 2𝜋 ) ] = 1529,15 Trang 5 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC Chọn a = 1524 mm (giảm khoảng cách trục 1 khoảng (0,002 ÷ 0,004)𝑎 ) 9. Số lần va đập xích trong 1 giây: 𝑖= 𝑧1 𝑛𝐼𝐼𝐼 24.96,8 = = 1,27 ≤ [𝑖] = 14 15𝑋 15.122 Với bước xích 𝑝𝑐 = 38,1 mm thì số lần va đập cho phép trong 1 giây là [i] = 14 nên điều kiện làm việc được thỏa mãn. Kiểm tra xích theo hệ số an toàn: 𝑠= 𝑄 𝐹1 +𝐹𝑣 +𝐹𝑜 Trong đó: Tải trọng phá hủy Q chọn bằng 160 kN Lực trên nhánh căng 𝐹1 ≈ 𝐹𝑡 = 3619,05 𝑁 Lực căng do lực ly tâm gây nên xác định theo công thức 𝐹𝑣 = 𝑞𝑚 . 𝑣 2 = 7,1.1,472 = 15,34 𝑁 Lực căng ban đầu 𝐾𝑜 xác định theo công thức 𝐹𝑜 = 𝐾𝑓 . 𝑎. 𝑞𝑚 . 𝑔 = 6.1,524.7,1.9,81 = 636,89 𝑁 Suy ra: 𝑠 = 160000 3619,05+15,34+636,89 = 37,46 ≥ [𝑠] = 8 ÷ 8,9 ⇒ Điều kiện được thỏa mãn. 10. Tính lực tác dụng lên trục: 𝐹𝑟 = 𝐾𝑚 . 𝐹𝑡 = 1,15.3619,05 = 4161,9 𝑁 Với 𝐾𝑚 : hệ số trọng lượng xích . 𝐾𝑚 = 1,15 – xích nằm ngang Áp lực trong bản lề xích: 𝑝= 𝐹𝑡 𝐴 ≈ Với [𝑃] = [𝑃𝑜 ]. 𝐹𝑡 0,28𝑝𝑐2 𝐾𝑥 𝐾 = 3619,05 0,28.38,12 = 29. 1 2,25 = 8,9 𝑁/𝑚𝑚2 ≤ [P] = 12,9 11. Đường kính đĩa xích: Vòng chia: 𝑑1 ≈ 𝑑2 ≈ 𝑝𝑐 𝑧1 𝜋 𝑝𝑐 𝑧2 𝜋 = = 38,1.24 𝜋 38,1.58 𝜋 = 291,06 𝑚𝑚 = 703,4 𝑚𝑚 SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 6 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC Vòng đỉnh: 𝑑𝑎1 = 𝑑1 + 0,7𝑝𝑐 = 291,06 + 0,7.38,1 = 317,73 𝑚𝑚 𝑑𝑎2 = 𝑑2 + 0,7𝑝𝑐 = 703,4 + 0,7.38,1 = 730,07 𝑚𝑚 Vòng đáy 𝑑𝑓1 = 𝑑1 − 2𝑟 = 291,06 − 22,44 = 268,62 𝑚𝑚 𝑑𝑓2 = 𝑑2 − 2𝑟 = 703,4 − 22,44 = 680,96 𝑚𝑚 2.4. Bảng thông số bộ truyền xích: Tính toán thiết kế Thông số Giá trị Thông số Giá trị Xích ống con lăn Đường kính vòng chia: Dạng xích Bước xích pc, mm 38,1 Khoảng cách trục a, mm 1524 Chiều dài xích L, mm 4648,2 Số mắt xích X 122 Số răng đĩa xích: Bánh dẫn d1, mm 291,06 Bánh bị dẫn d2, mm 703,4 Đường kính vòng đỉnh: Bánh dẫn da1, mm 317,73 Bánh bị dẫn da2, mm 730,07 Đường kính vòng đáy: Xích dẫn z1 24 Bánh dẫn df1, mm 268,62 Xích bị dẫn z2 58 Bánh bị dẫn df2, mm 680,96 Lực tác dụng lên trục Fr, N 4161,9 Lực vòng có ích Ft, N 3619,05 Tính toán kiểm nghiệm Giá trị cho Thông số phép Số vòng quay bánh dẫn n1, Giá trị tính toán Nhận xét 500 96,8 Đạt Số lần va đập i 14 1,27 Đạt Hệ số an toàn s 8÷8,9 37,46 Đạt 12,9 8,9 Đạt vg/ph Áp lực trong bản lề xích, N/mm2 Bảng 2.1. Bảng thông số bộ truyền xích SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 7 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 3.1 Thiết kế bộ truyền cấp nhanh: Thông số đầu vào: PI = 5,65 𝑘𝑊 nI = 968 vòng/phút u1 = 5 TI = 55,741 Nm Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng: Bộ truyền kín được bôi trơn tốt nên tính toán theo độ bền tiếp xúc. 1. Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn: thép C45 được tôi cải thiện. Theo bảng 6.13 [1] đối với bánh dẫn, ta chọn độ rắn trung bình HB1 = 250, đối với bánh bị dẫn ta chọn độ rắn trung bình HB2 = 230. 2. Số chu kì làm việc cơ sở 𝑁𝐻𝑂1 = 30𝐻𝐵12,4 = 30.2502,4 = 1,7.107 𝐶𝐾 𝑁𝐻𝑂2 = 30𝐻𝐵22,4 = 30.2302,4 = 1,4.107 𝐶𝐾 𝑁𝐹𝑂1 = 𝑁𝐹𝑂2 = 5.106 𝐶𝐾 3. Số chu kì làm việc tương đương, xác định theo sơ đồ tải trọng: 𝑁𝐻𝐸1 = 60𝑐 ∑ ( 𝑇𝑖 𝑇𝑚𝑎𝑥 𝑚𝐻/2 ) 𝑛𝑖 𝑡𝑖 𝑇 3 0,7𝑇 3 = 60.1.968 [( ) 𝑡1 + ( 𝑇 Trong đó: 𝑡1 = 𝑡2 = 29 22+29 22 22+29 . 𝐿ℎ = . 𝐿ℎ = 𝑇 ) 𝑡2 ] 29 𝐿 51 ℎ 22 𝐿 51 ℎ Số giờ làm việc tính theo giờ 𝐿ℎ = 8.160.3.8 = 30720 𝑔𝑖ờ Từ đó suy ra: 𝑁𝐻𝐸1 = 60.1.968 [13 . 29 22 + 0,73 . ] . 30720 51 51 = 127,85.107 𝐶𝐾 𝑁𝐻𝐸2 = 𝑁𝐻𝐸1 𝑢 = 25,57.107 𝐶𝐾 SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 8 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC Tương tự: 𝑁𝐹𝐸1 = 60.1.968 [16 . 29 22 + 0,76 . ] . 30720 51 51 = 110,5.107 𝐶𝐾 𝑁𝐹𝐸1 𝑁𝐹𝐸2 = Vì : 𝑢 = 22,1.107 𝐶𝐾 𝑁𝐻𝐸1 > 𝑁𝐻𝑂1 𝑁𝐻𝐸2 > 𝑁𝐻𝑂2 𝑁𝐹𝐸1 > 𝑁𝐹𝑂1 𝑁𝐹𝐸2 > 𝑁𝐹𝑂2 Cho nên : 𝐾𝐻𝐿1 = 𝐾𝐻𝐿2 = 𝐾𝐹𝐿1 = 𝐾𝐹𝐿2 = 1 4. Tính toán giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn của các bánh răng 𝜎𝑂𝐻 lim1 = 2𝐻𝐵1 + 70 = 2.250 + 70 = 570 𝑀𝑃𝑎 𝜎𝑂𝐻 lim2 = 2𝐻𝐵2 + 70 = 2.230 + 70 = 530 𝑀𝑃𝑎 𝜎𝑂𝐹 lim1 = 1,8𝐻𝐵1 = 1,8.250 = 450 𝑀𝑃𝑎 𝜎𝑂𝐹 lim2 = 1,8𝐻𝐵2 = 1,8.230 = 414 𝑀𝑃𝑎 5. Ứng suất tiếp xúc cho phép [𝜎𝐻 ] = 𝜎𝑂𝐻 lim . 0,9 . 𝐾𝐻𝐿 𝑠𝐻 Khi tôi cải thiện 𝑠𝐻 = 1,1 khi đó: [𝜎𝐻1 ] = [𝜎𝐻2 ] = 570.0,9 1,1 530.0,9 1,1 . 1 = 466,36 𝑀𝑃𝑎 . 1 = 433,63 𝑀𝑃𝑎 Ứng suất tiếp xúc cho phép tính toán: [𝜎𝐻 ] = √0,5([𝜎𝐻1 ]2 + [𝜎𝐻2 ]2 ) = 450,29 𝑀𝑃𝑎 6. Ứng suất uốn cho phép [𝜎𝐹 ] = 𝜎𝑂𝐹 lim [𝜎𝐹1 ] = [𝜎𝐹2 ] = 𝑠𝐹 450 1,75 414 1,75 . 𝐾𝐹𝐿 chọn 𝑠𝐹 = 1,75 . 1 = 257,14 𝑀𝑃𝑎 . 1 = 236,57 𝑀𝑃𝑎 7. Chọn hệ số chiều rộng vành răng: Do cặp bánh răng nằm không đối xứng các ổ trục nên SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 9 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC 𝜓𝑏𝑎 = 0,25 ÷ 0,4 Chọn 𝜓𝑏𝑎 = 0,25 khi đó 𝜓𝑏𝑑 = 𝜓𝑏𝑎 (𝑢+1) 2 = 0,25(5+1) 2 = 0,75 Khi đó, theo bảng 6.4 [1] chọn 𝐾𝐻𝛽 = 1,05 ; 𝐾𝐹𝛽 = 1,09 8. Tính toán khoảng cách trục sơ bộ: 3 TI . 𝐾𝐻𝛽 𝑎𝑤 = 430(𝑢 + 1)√ 𝜓𝑏𝑎 . [𝜎𝐻 ]2 𝑢 3 55,741.1,05 = 430(5 + 1) √ = 158,29 0,25.450,292 . 5 Theo tiêu chuẩn chọn 𝑎𝑤 = 160 𝑚𝑚 9. Modun răng 𝑚 = (0,01 ÷ 0,02)𝑎𝑤 = 1,6 ÷ 3,2 Theo tiêu chuẩn chọn m = 3 10.Từ điều kiện 20° ≥ 𝛽 ≥ 8° Suy ra: 2𝑎𝑤 𝑐𝑜𝑠8° 𝑚(𝑢+1) ≥ 𝑧1 ≥ 2.160.𝑐𝑜𝑠8° 3(5+1) 2𝑎𝑤 𝑐𝑜𝑠20° 𝑚(𝑢+1) ≥ 𝑧1 ≥ 2.160𝑐𝑜𝑠20° 3(5+1) 17,6 ≥ 𝑧1 ≥ 16,7 Chọn 𝑧1 = 17 𝑟ă𝑛𝑔 suy ra số răng bánh bị dẫn 𝑧2 = 5.17 = 85 𝑟ă𝑛𝑔 Góc nghiêng răng: 𝛽 = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 𝑚(𝑧1 +𝑧2 ) 2𝑎𝑤 = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 3(17+85) 2.160 = 17° 11.Tính toán các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng : Đường kính vòng chia: 𝑑1 = 𝑑2 = 𝑧1 𝑚 𝑐𝑜𝑠𝛽 𝑧2 𝑚 𝑐𝑜𝑠𝛽 = = 17.3 𝑐𝑜𝑠17° 85.3 𝑐𝑜𝑠17° = 53 𝑚𝑚 = 267 𝑚𝑚 Đường kính vòng đỉnh: 𝑑𝑎1 = 𝑑1 + 2𝑚 = 53 + 2.3 = 59 𝑚𝑚 SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC 𝑑𝑎2 = 𝑑2 + 2𝑚 = 267 + 2.3 = 273 𝑚𝑚 Đường kính vòng đáy: 𝑑𝑓1 = 𝑑1 − 2,5𝑚 = 53 − 2,5.3 = 45,5 𝑚𝑚 𝑑𝑓2 = 𝑑2 − 2,5𝑚 = 267 − 2,5.3 = 259,5 𝑚𝑚 Chiều rộng vành răng: Bánh bị dẫn: 𝑏2 = 𝜓𝑏𝑎 . 𝑎 = 0,25.160 = 40 𝑚𝑚 𝑏1 = 𝑏2 + 5 = 45 𝑚𝑚 Bánh dẫn: Khoảng cách trục: 𝑎𝑤 = 𝑚(𝑧1 +𝑧2 ) 2𝑐𝑜𝑠𝛽 = 3(17+85) = 160 𝑚𝑚 2𝑐𝑜𝑠17° 12.Vận tốc vòng bánh răng: 𝑣= 𝜋𝑑1 𝑛𝐼 𝜋. 53.968 = = 2,69 𝑚/𝑠 60000 60000 Theo bảng 6.3 [1] ta chọn cấp chính xác 9 với 𝑣𝑔ℎ = 6 𝑚/𝑠 13.Giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền: Lực vòng: 𝐹𝑡1 = 𝐹𝑡2 = 2𝑇𝐼 .103 𝑐𝑜𝑠𝛽 𝑚𝑧1 Lực hướng tâm: 𝐹𝑟1 = 𝐹𝑟2 = = 2.55,741.103 .𝑐𝑜𝑠17° 𝐹𝑡1 𝑡𝑎𝑛𝛼𝑛𝑤 𝑐𝑜𝑠𝛽 3.17 = = 2090,41 𝑁 2090,407.𝑡𝑎𝑛20° 𝑐𝑜𝑠17° = 795,61 𝑁 Lực dọc trục: 𝐹𝑎1 = 𝐹𝑎2 = 𝐹𝑡1 𝑡𝑎𝑛𝛽 = 2090,407. 𝑡𝑎𝑛17° = 639 𝑁 14.Chọn các hệ số: 𝐾𝐻𝑉 = 1,058 𝐾𝐹𝑉 = 1,116 theo bảng 6.6 [1] 𝐾𝐻𝛼 = 1,13 theo bảng 6.11 [1] 15.Xác định ứng suất tính toán 𝜎𝐻 trên vùng ăn khớp: 𝜎𝐻 = 𝑍𝐻 𝑍𝑀 𝑍𝜀 2.103 . 𝑇𝐼 . 𝐾𝐻 (𝑢 + 1) .√ 𝑑1 𝑏𝑤 . 𝑢 𝑍𝑀 = 190 𝑀𝑃𝑎 cặp bánh răng bằng thép 𝐾𝐻 = 𝐾𝐻𝛽 𝐾𝐻𝑉 𝐾𝐻𝐴 𝐾𝐻𝛼 = 1,05.1,058.1.1,13 = 1,26 4𝑐𝑜𝑠𝛽 𝑍𝐻 = √ 𝑠𝑖𝑛2𝛼 𝑡𝑤 1 = 2,4 𝑍𝜀 = √ = 0,79 𝜀 𝛼 𝑡𝑎𝑛𝛼𝑛𝑤 với 𝛼𝑡𝑤 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 ( 𝑐𝑜𝑠𝛽 1 1 1 2 ) = 20,84° với 𝜀𝛼 = (1,88 − 3,2 ( + )) 𝑐𝑜𝑠𝛽 = 1,58 𝑧 𝑧 SVTH: VŨ XUÂN KIỆT – MSSV: 1511667 Trang 11