LỜI NÓI ĐẦU Đồ án thiết kế sản phẩm với CAD Hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp trục dẫn đường kính O85

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên 

 

PHẦN 1: Đồ án thiết kế sản phẩm với CAD Hộp giảm tốc trụ 2 cấp trục dẫn đường kính O40

CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

 

1. Chọn động cơ điện

vXác định công suất của động cơ

Để chọn động cơ điện, cần tính công suất cần thiết. Nếu gọi N_lv- công suất trên                   băng tải, - hiệu suất chung, N_ct- công suất cần thiết thì ta có

      

Trong đó:

      

F- Lực kéo băng tải F = 5900N;

v- Vận tốc băng tải v = 0,5m/s;

      

- Hiệu suất của hệ thống:

       = _{x 2 3}^m_olk

Tra bảng 2.3/19 Thiết kế HTDĐ ta có:

_x Hiệu suất bộ truyền xích, để hở _x = 0,92;

₂ ,₃ - Hiệu suất bộ truyền bánh răng, để kín ₂ = ₃ = 0,97;

_ol - Hiệu suất bộ truyền ổ lăn _ol = 0,99;

_k - Hiệu suất nối trục _k =1;

m - Số cặp ổ lăn m = 4;

         = 0,92.0,97.0,97.0,99⁴.1 = 0,831

Hệ số b tính theo công thức :

 

với T= 0,7T t =   3 (h)   t = 4 (h)   t = 8 (h)

Thay các số liệu tính toán được b, h, P vào (1)

 

T^­₁ : công suất lớn nhất trong các công suất tác dụng lâu dài trên máy

T_i : công suất tác dụng trong thời gian t_i

 

         N_ct = = = 2,79 kW

vXác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ

         n_sb = n_lv . u_h . u_ng

n_lv - Số vòng quay của máy công tác (trục tang quay);

        

Trong đó:

v : Vận tốc băng tải, v = 0,5m/s

D : Đường kính tang quay D = 320 mm

         n_lv = = 29,84 v/ph

Giá trị các tỉ số truyền của bộ truyền trong hệ tra theo bảng 2.4/ 21 Thiết kế

HTDĐ

u_h - Tỉ số truyền của hộp giảm tốc, u_h = 10 ữ25;

u_ng - Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài ( bộ truyền đai ), u_ng = 2 ữ4;

       n_{sb min} = 29,84.10.2 = 596,8 v/ph

       n_{sb max} = 29,84.25.4 = 2984 v/ph

       n_sb = 596,8 ữ2984 v/ph

 

vChọn động cơ

Động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha

Dựa vào công suất cần thiết N_ct và số vòng quay sơ bộ của động cơ n_­sb kết hợp với   các yêu cầu về momen mở máy và phương pháp đặt động cơ chọn qui cách động cơ

Động cơ được chọn phải có công suất N_đc và số vòng quay đồng bộ thỏa mãn điều kiện:

      

Tra bảng phụlục P1.3/ 237 Thiết kế HTDĐ

Với số liệu

    

Ta chọn động cơ 4A100SAY3có số liệu sau:

         n_sb = 1420 v/ph                                   cos= 0,83

       N_đc = 3kW                                           % = 82%

      

2. Phân phối tỉ số truyền

vXác định tỷ số truyền u_ch của hệ dẫn động

        

n_dc - Số vòng quay động cơ đã chọn, n_dc =1420v/ph

n_lv - Số vòng quay của trục máy công tác, n_lv =29,84 v/ph

        

vPhân phối tỉ số truyền

        

Trong đó

u_ng - Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài

Truyền động ngoài bằng xích = 2 ữ4

Chọn u_ng= 2,3

u_h - Tỉ số truyền của hộp giảm tốc

         u_h = u_bn . u_bt

u₁₂- Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng nghiêng

u₂₃ - Tỉ số truyền của bộ truyền bánh thẳng răng trụ

Trong hộp giảm tốc bánh răng nghiêng thường lấy:

       U₁₂ = ( 1,2ữ1,3 ) u₂₃

       2,5.u₁₂ . u₂₃ = 47,6

       u₁₂.u₂₃=20,7

Chọn :         u₁₂ =5,17 ; U₂₃ =4;

3. Tính toán tốc độ quay, momen, công suất trên các trục

vTính công suất N trên mỗi trục

v   Công suất tác dụng lên trục công tác :

vN’ct =_{_}b.N_ct =0,787.2,95=2,32 kw

v Trục 3

        

        

Trục 2

          

          

Trục 1

            

            

vTính số vòng quay trên mỗi trục

          

Trục 1

         n₁ = n_đc

           n₁ =1420 v/ph

Trục 2

         n₂ = n₁ / u_nón

                 n₂ =1420/5,17 =274,6 v/ph

Trục 3

         n₃ = n₂ / u_trụ

         n₃ =274,6/4 = 68,7v/ph

vTính momen trên mỗi trục

Trục 3

        

Trục 2

        

Trục 1

        

Trục Thông số	Trục động cơ	1		2		3
Công suất N(kW)	3	2,79		2,68		2,57
Tỉ số truyền u	1		5,17		4
Số vòng quay n(v/ph)	1420	1420		274,6		68,7
Momen xoắn T(N/mm)		18800		93200		357300

 

 

PHẦN 2 : THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN

• Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh trong hộp giảm tốc
• Công suất trục dẫn N₁ = 2,79 kW

Số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn n₁ = 1420v/ph

Tỉ số truyền u₁₂ = 5,17

a)     Chọn vật liệu bánh răng và cách nhiệt luyện

Bộ truyền chịu tải trọng nhỏ dùng thép nhiệt luyện với độ rắn bề mặt răng HB<350

     HB₁ = HB₂ + (25ữ50)HB

Theo bảng 6.1/92 Thiết kế HTDĐ

Bánh răng nhỏ : Thép 45 , tôi cải thiện

           Cơ tính     Độ rắn HB₁= 250

                             s_b1 = 850 N/mm²

                             s_ch1 = 580 N/mm²

Bánh răng lớn :   Thép 45 , tôi cải thiện,

           Cơ tính     Độ rắn HB₂= 235

                             s_b2 = 750 N/mm²

                             s_ch2 = 450 N/mm²

b)    Xác định ứng suất cho phép

vƯng suất tiếp xúc cho phép

Theo Cthức 10.65/176 Ctiết máy2

        

- Giới hạn bền mỏi tiếp xúc của mặt răng ứng với số chu kì chịu tải N_HE

- Giới hạn bền mỏi tiếp xúc ứng với số chu kì cơ sở N_HO

Bảng 10.7/176 Ctiết máy2     = 2HB + 70

        ₁ = 2HB₁ + 70 = 2.250+ 70 = 570MPa

         ₂ = 2HB₂ + 70 = 2.235 + 70 = 540MPa

K_HL - Hệ số tuổi thọ

Trường hợp bộ truyền làm việc với tải trọng nhiều bậc số chu kì tương đương N_HE tính theo Cthức 10.69/177 Ctiết máy2

        

        

        

Trong đó N_HO1 =30.(H_HB)­­­­­­^2,4=1,71.10­­­­­­­­­⁷

               N_HO2 =30.(H_HB)­­­­­­^2,4 =1,47.10­­­­­­­­­⁷

N_HE2. > N_HO2   Lấy K_HL2=1

     N_HE1 =u. N_HE2 =5,17.18,9.10⁷ > N_HO1   Lấy K_HL1 = 1

Vậy ta có

         =₁ = 570 MPa

         =₂ =540 MPa

S_H - Hệ số an toàn bánh răng không được tăng bền bề mặt S_H=1,1

K_XH - Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

Z_R, Z_V, K_L   - Hệ số xét đén ảnh hưởng độ nhám bề mặt, vận tốc vòng, bôi trơn.

Trong tính toán sơ bộ Z_R. Z_V. K_L .K_XH = 1

Ung suất tiếp xúc cho phép

Bánh nhỏ [s_H1]= 570/1,1 = 518,2 MPa

Bánh lớn [s_H2]= 540/1,1 = 490,9 MPa

Ưng suất tiếp xúc cho phép của bộ truyền được chọn trị số nhỏ

       [s_H] = 0,5. ([s_H1] + [s_H2] ) ;[s_H] = 0,5. (518,2 + 490,9) =504,5 Mpa

       [s_H] = 1,18. 490,9 = 579,2 Mpa

   Lấy trị số nhỏ [s_H] = 504,5 MPa

v Tính ứng suất uốn cho phép

Ung suất uốn cho phép xác định theo Cthức 10.73/179 Ctiết máy2

      

- Giới hạn bền mỏi uốn của mặt răng ứng với số chu kì chịu tải N_FE

- Giới hạn bền mỏi uốn ứng với số chu kì cơ sở N_FO

K_FL - Hệ số tuổi thọ

Trường hợp bộ truyền làm việc với tải trọng nhiều bậc số chu kì tương đương N_FE tính theo Cthức 10.76/180 Ctiết máy2

        

m_F- Số mũ của phương trình đường cong mỏi uốn với bánh răng thép lấy m_F= 6;

Số chu kì tương đương bánh lớn

          = 60.1.276,4.(1⁶.3/8 + 0,7⁶.4/8).21000 = 15.10⁷

         N_FE2. > N_FO =4.10⁶   Lấy K_FL2=1

   N_FE1 =u. N_FE2 >N_FO   Lấy K_FL1 =1

K_FC - Hệ số xét đén ảnh hưởng kích thước bánh răng

Giả sử bộ truyền quay 1 chiều K_FC =1

S_F - Hệ số an toàn S_F =1,75 với phôi thép rèn thường hóa

Y_R - Hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám mặt lượn chân răng Y_R =1

Y_S - Hệ số xét đến ảnh hưởng kích thước răng

K_XF - Hệ số xết đén ảnh hưởng kích thước bánh răng K_XF =1

tra bảng 10.6/175 Ctiết máy2         =1,8HB

        =₁ = 1,8HB₁ = 1,8.250 = 450 MPa

         =₂ = 1,8HB₂ = 1,8.235 = 423 MPa

ứng suất uốn cho phép

Bánh nhỏ

        

Bánh lớn

        

*Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải

           [s_H1]_max = 2,8. s_ch1 = 2,8. 580 = 1624 Mpa

           [s_H2]_max = 2,8 . s_ch2 = 2,8 . 450 =1260 Mpa

*Ưng suất uốn cho phép khi quá tải

           [s_F1]_max = 0,8 . s_ch1 = 0,8. 580 = 464 Mpa

           [s_F2]_max =0,8 . s_ch2 = 0,8 . 450 = 360 MPa

c)     Tính khoảng cách trục a­_sb

Công thức 10.44/163 Ctiết máy2

          

Momen xoắn trên bánh nhỏ : T₁ = 18800 Nmm

y_a - Hệ số chiều rộng bánh răng

          

Chọn y_a = 0,3

K_{Ha ­} - Hệ số phân bố không đều tải trọng giữa các răng tra theo bảng 6.14/107   Thiết kế HTDĐ. Tính sơ bộ lấy K_Ha = 1,1

K_Hb - Hệ số tập trung tải trọng tra theo bảng 6.7/98 Thiết kế HTDĐ với

        

         K_Hb = 1,15

K_HV - Hệ số tải trọng động lấy sơ bộ K_HV = 1,1

        

Lấy a_w = 110 mm

Chiều rộng bánh răng b_w = y_a. a_w = 0,3.110=33 mm

Đường kính vòng chia bánh nhỏ

      d₁= 95,56 mm

Xác định các thông số ăn khớp

      

Chọn m theo tiêu chuẩn m = 2 mm

Theo Cthức 6.31/103 Thiết kế HTDĐ

Chọn sơ bộ b = 15°    

Lấy Z₁ = 17 răng

Z₂ = u.Z₁ = 5,17.17 = 87,89 . Lấy Z₂ = 88 răng

        

         b= 17,34⁰  

Tỉ số truyền thực là :u_m =Z₂/Z₁=88/17=5,176

d)    Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc

        

Z_M - Hệ số xét đén cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp Z_M =274MPa^1/3

Z_H - Hệ số xét đến hình dáng bề mặt tiếp xúc.Tra bảng 6.12 có Z_H =1,71

      

Z_e - Hệ số xét đến sự trùng khớp của răng

        

-Hệ số trùng khớp ngang

        

        

        

Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác để chế tạo bánh răng

Đường kính vòng chia bánh nhỏ  

Vận tốc vòng của bánh răng   

Vận tốc này tra theo bảng 6.13.Chi tiết máy chọn cấp chính xác 9

Ta có K_Ha =1,16(bảng 6.13 ; 6.14 TKHDĐ-T1)

Hệ số tải trọng động K_HV .Tra bảng P.2.3 có K_HV=1,03

Vậy ta có hệ số tải trọng :K_H=1,374

     Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép

V=2,65 m/s nên có Z­_v=1

Với cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức độ tiếp xúc là 8,khi đó gia công cần đạt độ nhám là R_a=2,5. . 1,25 um .Ta có Z_R =0,95; với d< 700 mm ,K_XH=1

     .Z_v.Z_R.K_XH = 504,5 .0,95.1.1= 479,27MPa

= 479,27MPa

Thỏa mãn điều kiện về sức bền tiếp xúc

a)     Kiểm nghiệm độ bền uốn

Công thức 10.45/164 Ctiết máy2  

K_Fa - Hệ số phân bố không đều tải trọng giữa các răng.Tra bảng 6.14(TKH Đ-T1). Ta có K_Fa = 1,4

K_Fb - Hệ số xét đến sự phân bố không đều tải trọng trên vành răng tra bảng6.7/98   Thiết kế HTDĐ ta có K_Fb=1,32

Hệ số tải trọng động K_FV Công thức 10.13/150 Chi tiết máy 2   

d_F - Hệ số xét đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp

Tra bảng 10.2/150 Chi tiết máy 2 d_F =0,006

g- Hệ số xét đến ảnh hưởng của sai lệch bước răng

  .............................................

Các kích thước của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc:

 

TÊN GỌI	BIỂU THỨC TÍNH TOÁN
Chiều dày: Thân hộp, d                    Nắp hộp, d1	d = 0,03.a+3= 0,03.285 + 3 = 11,5 Þd=12(mm) d1 = 0,9. d = 0,9. 12 = 10,8 Þd1=11(mm)
Gân tăng cứng: Chiều dày, e                          Chiều cao, h                            Độ dốc	e =(0,8 ¸ 1) 12 =9,6 ¸12 chọn e =10 mm h < 58 chọn h = 50 mm Khoảng 2o
Đường kính: Bulông nền, d1 Bulông cạnh ổ, d2 Bulông ghép bích nắp và thân, d3 Vít ghép lắp ổ, d4 Vít ghép lắp cửa thăm dầu, d5	d1>0,04.a+10=0,04.285+10 =21,4Þ d1 =22mm d2 = ( 0,7¸ 0,8).d1 Þ d2 =16 mm d3 = ( 0,8¸ 0,9).d2 Þ d3 = 14 mm d4 = ( 0,6 ¸ 0,7).d2 Þ d4 = 10 mm d5 = ( 0,5 ¸ 0,6).d2 Þ d5 = 8 mm
Mặt bích ghép nắp và thân: Chiều dày bích thân hộp, S3 Chiều dày bích nắp hộp, S4 Bề rộng bích nắp hộp, K3	S3 =(1,4 ¸ 1,8)d3 , chọn S3 = 22 mm S4 = ( 0,9 ¸ 1)S3 = 20 mm K3 = K2 – ( 3¸5 ) mm = 50 – 4 = 46 mm
Kích thước gối trục: Đường kính ngoài và tâm lỗ vít, D3, D2 Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ: K2 Tâm lỗ bulông cạnh ổ: E2   k là khoảng cách từ tâm bulông đến mép lỗ Chiều cao h	Định theo kích thước nắp ổ   K2 =E2 + R2 + (3¸5) mm = 50 mm   E2= 1,6.d2 = 1,6 . 16 = 26 mm. R2 = 1,3 . d2 = 1,3. 16 = 20 mm k ³ 1,2.d2­­ =19,2Þ k = 19 mm   h: phụ thuộc tâm lỗ bulông và kích thước mặt tựa
Mặt đế hộp: Chiều dày: Khi không có phần lồi S1 Bề rộng mặt đế hộp, K1 và q	S1 = (1,3 ¸ 1,5) d1 Þ S1 = 30 mm K1 » 3.d1 » 3.22 = 66 mm         q = K1 + 2d = 66 + 2.12 = 90 mm;
Khe hở giữa các chi tiết: Giữa bánh răng với thành trong hộp Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp Giữa mặt bên các bánh răng với nhau.	D³ (1 ¸ 1,2) dÞD = 13 mm D1³ (3 ¸ 5) dÞD1 = 45 mm D2³d = 12 mm
Số lượng bulông nền Z	Z = ( L + B ) / ( 200 ¸ 300) » 800 / 200 = 4 chọn   Z = 4

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

 

[1]     TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ Tập I, Tập II

Tác giả: PGS. TS Trịnh Chất – Lê Văn Uyển

Nhà xuất bản giáo dục

 Đồ án thiết kế sản phẩm với CAD Hộp giảm tốc trụ 2 cấp trục dẫn đường kính O40