Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
Lêi nãi ®Çu
§Êt n-íc ta ®ang trªn con ®-êng C«ng NghiÖp Ho¸ - HiÖn §¹i Ho¸ theo
®Þnh h-íng XHCN trong ®ã ngµnh c«ng nghiÖp ®ang ®ãng mét vai trß rÊt
quan träng. §Ó t¹o ra ®-îc vµ lµm chñ nh÷ng m¸y mãc nh- thÕ ®ßi hái mçi
con ng-êi chóng ta ph¶i t×m tßi nghiªn cøu rÊt nhiÒu. Lµ sinh viªn ngµnh
ChÕ T¹o M¸y chóng em lu«n thÊy ®-îc tÇm quan träng cña nh÷ng kiÕn thøc
mµ m×nh ®-îc tiÕp thu tõ thÇy c«, gi¸o. ThiÕt kÕ ®å ¸n lµ mét c«ng viÖc rÊt
quan träng trong qu¸ tr×nh häc tËp bëi nã gióp cho ng-êi sinh viªn hiÓu s©u,
hiÓu kü vµ ®óc kÕt ®-îc nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n cña m«n häc. M«n häc Chi
tiÕt m¸y lµ mét m«n khoa häc c¬ së nghiªn cøu vÒ ph-¬ng ph¸p tÝnh to¸n vµ
thiÕt kÕ c¸c chi tiÕt m¸y cã c«ng dông chung tõ ®ã gióp sinh viªn cã nh÷ng
kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ cÊu t¹o, nguyªn lý ho¹t ®éng vµ ph-¬ng ph¸p tÝnh to¸n
thiÕt kÕ c¸c chi tiÕt m¸y lµm c¬ së ®Ó vËn dông vµo viÖc thiÕt kÕ m¸y.
Sau qu¸ tr×nh häc tËp chóng em ®· ®-îc giao ®Ò tµi lµ thiÕt kÕ tr¹m dÉn
®éng b¨ng t¶i. Víi nh÷ng kiÕn thøc ®· häc vµ sau mét thêi gian nghiªn cïng
víi sù gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy c« gi¸o, sù ®ãng gãp trao ®æi x©y dùng
chóng em ®· hoµn thµnh ®-îc ®å ¸n nµy.
Song víi nh÷ng hiÓu biÕt cßn h¹n chÕ cïng víi kinh nghiÖm thùc tÕ ch-a
nhiÒu nªn ®å ¸n cña chóng em kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Chóng em
rÊt mong ®-îc sù chØ b¶o cña c¸c thÇy trong bé m«n ®Ó ®å ¸n cña em ®-îc
hoµn thiÖn h¬n còng nh- kiÕn thøc vÒ m«n häc nµy .
TµI LIÖU THAM KH¶O
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B
1
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
[1] – Trịnh Chất ,Lê Văn Uyển,Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí,
tập I, NXB Giáo Dục.
[2] – Trịnh Chất ,Lê Văn Uyển,Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí,
tập II, NXB Giáo Dục.
[3] – Bài Giảng Chi Tiết máy, Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp.
[4] - Bài Giảng Nguyên Lí Máy, Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp.
PHẦN 1
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B
2
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
I .CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN :
1. Chọn kiểu loại động cơ điện:
Việc chọn đƣợc một động cơ điện phù hợp cho cơ cấu là một việc khá
khó khăn, vì động cơ đƣợc chọn không những phải đảm bảo có kích thƣớc
hợp lý mà còn phải đảm bảo có kích thƣớc nhỏ gọn, gí thành rẻ.Trong thực
tế có nhiều lọa động cơ với những ƣu nhƣợc điểm khac nhau.
+ Động cơ điện một chiều: loại động cơ này có ƣu điểm là có thể thay đổi trị
số của momen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm,
hãm và đảo chiều dễ dàng…nhƣng chúng lại có nhƣợc điểm là giá thành đắt,
khó kiếm và phải tăng thêm vốn để đặt thiết bị chỉnh lƣu.
+ Động cơ điện xoay chiều: bao gồm hai loại một pha và ba pha.
Động cơ một pha:công suất nhỏ chỉ phù hợp với các dụng cụ gia đình
Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi động cơ ba pha:đồng bộ và không đồng
bộ.
So với động cơ ba pha không đồng bộ ,động cơ ba pha đồng bộ có ƣu
điểm công suất cao hệ số cosφ cao,hệ số tải lớn nhƣng có nhƣợc điểm:thiết
bị tƣơng đối lớn ,giá thành cao vì phải có thiết bị phù trợ khởi động động
cơ,do đó chúng đƣợc dùng cho các trƣờng hợp cần công suất lớn(100kw)
,khii cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc.Động cơ ba phâ
không đồng bộ gồm ai kiểu:roto dây cuốn và roto ngắn mạch .Động cơ ba
pha không đồng bộ roto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốc trong phạm
vi nhỏ (khoảng 5%) ,có đòng điện mở máy thấp nhƣng cosφ thấp.giá thành
đắt ,vận hành phức tạp do đó chỉ dùng thích hợp trong một vi hẹp để tìm ra
một vận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ dã đƣợc lắp đặt .
Động cơ ba pha không đồng bộ roto ngắn mạch :có ƣu điểm là kết cấu
đơn giản ,giá thành hạ,dễ bảo quản ,có thể vào trực tiếp mạng lƣới điện ba
pha không cần biến đổi dòng điện song hiệu suất và hệ số công suất thấp
so với đông cơ ba pha đồng bộ ,không điều chỉnh đƣợc vận tốc.
Từ những ƣu điểm, nhƣợc điểm trên cùng vợi điều kiện của hộp giảm
tốc và đƣợc sự hƣớng dẫn của thầy cô ,em chọn động cơ ba pha không đồng
bộ roto ngắn mạch.
2 Chọn công suất động cơ
Công suất động cơ đƣợc chọn theo điều kiện nhiệt độ đảm bảo cho
động cơ làm việc nhiệt độ sinh ra không quá mức cho phép tức thỏa mãn
điều kiện:
dc
(1.1)
Pdm
Pdtdc (kw)
Trong đó:
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B
3
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
Pdmdc :công suất định mức của động cơ
Pdtdc :công suất đẳng trị trên trục động cơ
Vì động cơ làm việc ở chế độ tải không đổi nên:
Pdtdc = Plvdc
Plv ct
(1.2)
Trong đó:
brc .brt .ol 4 .k 2
brc : hiệu suất cặp bánh răng côn.
brt : hiệu suất cặp bánh răng trụ.
ol : hiệu suất cặp ổ lăn.
k : hiệu suất khớp nối.
Theo bảng 2.3 [1] ta có:
brc 0,95 , brt 0,96 ,ol 0,99 , k 1 => 0,95.0,96.0,994.12 0,87
Plvct Công suất làm việc trên trục công tác đƣợc xác đinh theo biểu thức:
Plvct =
Ft .V
6000.1, 2
8,1 (KW)
1000
1000
Pdtdc = Plvdc
8,1
9,31 (kw)
0,87
3.Số vòng quay của động cơ:
ndb
60 f
p
(v/p)
(1.3)
Trong đó:
f :tần số dòng điện xoay chiều. f = 50 Hz
p :Số cặp cực từ. Chọn p = 4
=> ndb
60.50
750 (v/p).
4
-Số vòng quay của trục công tác:
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B
4
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
nct
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
60.103.V
.D
(1.4)
Trong đó:
D:đƣờng kính tang dẫn băng tải(mm)
V:vận tốc vòng của băng tải(m/s)
nct
60.103.1,8
76, 43
3,14.450
-Số vòng quay đồng bộ nên dùng cho động cơ: có kể đến sự trƣợt 3% nên
ndb 728(v / p)
Tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống: usb
ndb
728
9,53
nct 76, 43
Ta thấy usb nằm trong khoảng u nên dùng của hộp giảm tốc bánh răng côn
trụ nên : ndb =750 (v/p)
4.Chọn động cơ thực tế: theo bảng P1.3 [1].
Ký hiÖu
C«ng
suÊt
N(v/p
)
cos
TK
Tdn
Tmax
Tdn
730
87
0,75
1,4
2,2
P(kw)
4A160M8Y3
11
5. Kiểm tra điều kiện mơ máy:
Khi khởi động động cơ cần sinh ra một công suất đủ lớn để thắng sức ì của
hệ thống. Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ theo biểu thức:
dc
Pmm
Pbddc
(1.5)
Trong đó:
dc
:Công suất mở máy của động cơ (kw)
Pmm
Pbddc :Công suất cản ban đầu trên trục động cơ (kw)
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B
5
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
dc
Pmm
=
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
TK dc
Pdm =1,4.11=15,4 (kw)
Tdn
Pbddc kbd .Plvdc 1,3.9,3112,103 (kw)
Tk và Tdn là momen khởi động và momen danh nghĩa của động cơ
dc
Ta thấy Pmm
Pbddc . Vậy động cơ thỏa mãn điều kiện mơ máy.
II.PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN:
-Tỉ số truyền của hệ thống : u ung .uh .
Vì không có bộ truyền ngoài hôp nên ung 1 => u uh u1.u2
Trong đó:
u1 : Tỷ số truyền bộ cấp nhanh.
u2 : Tỷ số truyền bộ cấp chậm.
-Tỉ số truyền của toàn hệ thống : u
ndc
nct
(1.6)
(1.7)
Trong đó :
ndc : số vòng quay động cơ đã chọn (v/p).
nct : số vòng quay của trục công tác (v/p).
u
=>
ndc
730
9,55
nct 76, 43
Với hộp giảm tốc bánh răng côn trụ hai cấp, để nhận đƣợc chiều cao
hộp nhỏ nhất có thể tính tỉ số truyền bộ cấp chậm u2 theo công thức:
u2 1, 073 3
ba 2 .uh
(1.8)
kbe .(1 0,5kbe ) 2
Trong đó:
kbe : hệ số chiều rộng vành răng bánh răng côn kbe =(0,25…0,3)
ba 2 : hệ số chiều rộng bánh răng trụ ba 2 =(0,25…0,4)
Chọn : ba 2 =0,4 ; kbe =0,25
=> u2 1, 073 3
0, 4.9,55
2,91
0, 25.(1 0,5.0, 25)2
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B
6
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Từ công thức (1.6) ta có
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
uh u1.u2 u1
uh 9,55
3, 28
u2 2,91
III.XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRÊN TRỤC:
1.Tính số vòng quay các trục:
Trục I : nI ndc 730 (v/p).
nI 730
222,56 (v/p).
u1 3, 28
n
222,56
II
76, 48 (v/p).
u2
2,91
Trục II : nII
Trục II : nIII
2. Tính công suất trên các trục:
Trục I : PI Plvdc .k .ol 9,31.1.0,99 9, 22( KW )
Trục II: PII PI .brc .ol 9, 22.0,95.0,99 8,67( KW )
Trục III : PIII PII .brt .ol 8,67.0,96.0,99 8, 24(KW )
3. Momen xoắn trên các trục :
Ti 9,55.106.
Pi
ni
(1.9)
9,31
121795, 2 ( N .mm)
730
9, 22
120617,81( N .mm)
Trục I: TI 9,55.106.
730
8, 67
372027, 77 ( N .mm)
Trục II: TII 9,55.106.
222,56
8, 24
1028922, 6( N .mm)
Trục III: TIII 9,55.106.
76, 48
Mômen trên trục động cơ: Tdc 9,55.106.
4.Bảng kết quả:
Trục
Công suất (kw)
Động cơ
I
II
III
Công tác
9,31
9,22
8,67
8,24
8,24
1
Tỷ số truyền
3,28
2,91
1
730
Số vòng quay(v/p)
730
222,56
120617,81
372027,77
76,48
76,48
121795,2
Mô men (N.mm)
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
1028922,6 1028922,6
Lớp học phần:45B
7
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
PHẦN 2
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN CƠ KHÍ
I.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN:
1.Chọn vật liệu:
Bộ truyền tải nhẹ, tải không đổi và do không có yêu cầu đặc biệt về
cơ tính nên ta chọn vật liêu sau:
- Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 241-285. Có b1 850 MPa ,
ch1 580 MPa , HB=280.
- Bánh lớn : thép 45 thƣờng hóa đạt độ rắn HB = 241-285. Có b 2 850 MPa ,
ch 2 580 MPa , HB=270.
2.Xác định ứng suất cho phép:
a.Ứng suất tiếp cho phép:
Ứng suất tiếp cho phép đƣợc tính theo công thức:
H
o H lim
SH
.Z R .ZV .K xH .K HL
(2.1)
Trong đó:
Z R :Hệ số xét đến ảnh hƣởng độ nhám của mặt răng làm việc.
ZV :Hệ số xét đến ảnh hƣởng của vận tốc vòng.
K xH : Hệ số xét đến ảnh hƣởng của kích thƣớc bánh răng.
SH :hệ số an toàn. Tra bảng 6.2 [1] ta co SH = 1,1
o H lim :Ứng suất tiếp xúc ứng với chu kì cơ sở.
Thoe bảng 6.2 [1] ta có: o H lim =2HB+70
=>
o
H 1lim
2.280 70 630 MPa
o H 2lim 2.270 70 610 MPa
K HL : Hệ số tuổi thọ . K HL mH
N HO
N HE
N HO : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sơ khi thử về độ bền tiếp xúc.
N HO1 30 HB1
2,4
N HO 2 30 HB2
2,4
30.2802,4 2, 24.107
30.2702,4 2, 05.107
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B
8
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
N HE : Số chu kỳ thay đổi ứng suất tƣơng đƣơng.Vì tải không đổi, quay
một chiều nên ta có :
N HE 60.c.n.t
(2.2)
Với :
c: số lần ăn khớp trong một vòng quay. c=1.
Số ca làm việc mỗi ngày: 2/3
Tỷ lệ số ngày làm việc mỗi năm: 2/3
Thời gian phục vụ: 5 năm
n: Số vòng quay trên các trục: nI 730 (vòng/phút)
nII 222,56 (vòng/phút)
Vậy
2 2
t : Tổng số giờ làm việc t . .24.5.365 19466, 67 giờ
3 3
NHE1 60.1.730.19466,67 8,53.108
NHE 2 60.1.222,56.19466,67 26.108
N HE1 N HO1
N HE1 N HO1
Ta thấy
N HE 2 N HO 2
Nên ta chọn
N HE 2 N HO 2
=> K HL1 K HL 2 1
Trong bƣớc tính thiết kế,sơ bộ lấy Z R .ZV .K xH .KHL =1
=> H
o
H lim
SH
=>
H 1
o H 1lim
H 2
o H 2lim
SH
SH
630
572, 73 MPa
1,1
610
554,55 MPa
1,1
Vì đây là cặp bánh răng côn nên ta chọn
H sb Min H 1 , H 2 554,55
MPa
b.Ứng suất uốn cho phép:
Ứng suất uốn cho phép đƣợc tính theo công thức:
F
o F lim
SF
.YR .YS .K XF .K FC .K FL
(2.3)
Trong đó:
YR :Hệ số xét đến ảnh hƣởng của độ nhám mặt lƣợn chân răng.
YS :Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất.
K XF : Hệ số xét đến kích thƣớc bánh răng ảnh hƣởng đến độ bền uốn.
S F :hệ số an toàn. Tra bảng 6.2 [1] ta co S F = 1,75
o F lim :Úng suất uốn ứng với chu kì cơ sở.
Thoe bảng 6.2 [1] ta có: o F lim 1,8HB
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B
9
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
=> o F1lim 1,8.280 504 MPa
o F 2lim 1,8.270 486 MPa
K FC : Hệ số xét đến ảnh hƣởng của việc đặt tải.Vì tải đặt một phía nên
K FC 1
N FO
N FE
K FL : Hệ số tuổi thọ . K FL mH
N HO : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sơ khi thử về độ bền uốn.Với
mọi loại thép ta đều có N HO 4.106
Vì NHF = NFE nên ta chọn NFE1 = NFE2 = NFO
=> K FL1 K FL 2 1
Trong bƣớc tính thiết kế,sơ bộ lấy YR .YS .K XF 1
Nên ta có : F
=>
F1
o F 1lim
F 2
o F 2lim
SF
SF
o F lim
SF
K FC .K FL1
K FC .K FL
504
.1.1 288 MPa
1, 75
K FC .K FL 2
486
.1.1 277, 71 MPa
1, 75
c.Ứng suất cực đại khi quá tải:
- Ứng suất tiếp xúc cực đại khi quá tải : H Max 2,8 ch
H 1 Max 2,8 ch1 2,8.580 1624
H 2 Max 2,8 ch 2 2,8.580 1624
MPa
MPa
-Ứng suất uốn cực đại khi quá tải: F Max 0,8 ch
F1 Max 0,8 ch1 0,8.580 464
F 2 Max 0,8 ch 2 0,8.580 464
MPa
MPa
3.Xác định các thông số bộ truyền:
a. Xác định chiều dài côn ngoài:
Chiều dài côn ngoài đƣợc xác định theo công thức:
Re K R . u12 1. 3
T1.K H
(2.4)
(1 Kbe ).Kbe .u1. H sb
2
Trong đó:
K R : Hệ số phụ thuộc vào vật liệu và loại răng K R 0,5Kd .Với bộ
truyền bánh răng côn răng thẳng bằng thép Kd 100 MPa1/3 KR 50 MPa1/3 .
Kbe : Hệ số chiều rộng vành răng Kbe
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
b
(0, 25...0,3)
Re
Lớp học phần:45B 10
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
chọn Kbe 0,3 .
KH : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng
vành răng.
Với bánh răng côn ta có:
Kbe .u1 0,3.3, 28
0,58
2 Kbe
2 0,3
Theo 6.21 [1] sơ đồ 1, với HB<350 ta có K H 1, 23
T1 : Momen xoắn trên trục bánh chủ động T1 120617,81
H sb : ứng suất tiếp cho phép.
Re 50. 3, 282 1. 3
( N .mm)
120617,81.1, 23
144, 28 ( mm)
(1 0,3).0,3.3, 28.554,552
b. Xác định các thông số ăn khớp:
- Số răng bánh nhỏ:
de1
2 Re
1 u
2
1
2.144, 28
1 3.282
84,15
(mm)
Tra bảng 6.22 [1] ta đƣợc z1 p 17
Với HB < 350 => z1 1,6 z1 p 1,6.17 27, 2 Chọn z1 28
- Đường kính trung bình và môđun trung bình:
(mm)
dm1 (1 0,5Kbe ).de1 (1 0,5.0,3).84,15 71,53
mtm
d m1 71,53
2,55 (mm)
z1
28
-Môđun vòng ngoài:
mte
mtm
2,55
3 (mm)
(1 0,5Kbe ) 1 0,5.0,3
mte 3 (mm)
Theo 6.8 [1] lấy trị số tiêu chuẩn
Do đó mtm mte (1 0,5Kbe ) 3.(1 0,5.0,3) 2,55 (mm)
=> Số răng bánh nhỏ z1
d m1 71,53
28, 05 => Chọn Z1 29
mtm 2,55
Số răng bánh lớn : z2 u.z1 3, 28.28 95,12 chọn z2 =96
Do đó tỉ số truyền : um
z2 96
3,31
z1 29
-Góc côn chia:
z1
29
o
arctg 16 48'31"
z
96
2
1 arctag
2 90o 1 73o11' 29"
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B 11
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
- Chiều dài côn ngoài thực:
Re 0,5mte z12 z2 2 0,5.3. 292 962 150, 43 (mm)
c. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:
Điều kiện bền:
H Z M Z H Z .
2.T1.k H . um 2 1
0,85.b.d m21.um
H
(2.5)
Trong đó:
Z M :Hệ số kể đến cơ tính của vật liệu của cặp bánh răng ăn
khớp.Theo 6.5 [1] ta có ZM 274 MPa1/3
Z H :Hệ số kể đến ảnh hƣởng của hình dáng bề mặt tiếp xúc.Theo
6.12 [1] với x1 x2 0 ta tra đƣợc Z H 1, 76
Z :Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng.
Với răng thẳng
Z
4
3
(2.6)
Với :Hệ số trùng khớp ngang .
1,88 3, 2(
1 1
1
1
) 1,88 3, 2( ) 1.74 (*)
z1 z2
29 96
4 1, 74
0,87
3
k H :Hệ số tải trọng. kH kH .kH .kHV
Z
Với: kH : Hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều dài vành răng.
Với
Kbe .u
0,3.3, 28
0,58 Theo bảng 6.21 [1] ta có kH 1, 23
2 Kbe
2 0,3
k H :Hệ số phân bố tải trọng cho các đôi răng ăn khớp. Vì bánh răng là
răng côn thẳng nên k H 1 .
k HV : Hệ số tải trọng động suất hiện trong vùng ăn khớp.
k HV 1
H .b.d m1
(2.7)
2.T1.k H .k H
Với:
b: Bề rộng vành răng. b kbe .Re 0,3.150, 43 45,13 (mm)
H H .g o .v.
d m1 (um 1)
um
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
(2.8)
Lớp học phần:45B 12
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
v
.d m1.n1
60000
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
3,14.71,53.730
2, 73 (m / s)
60000
Theo bảng 6.13 [1] ta đƣợc cấp chính xác là 8. Với bánh răng có vát đầu
,HB < 350 tra bảng 6.15 [1] ta đƣợc :
H =0,004 :Hệ số kể đến ảnh hƣởng của sai số ăn khớp.
go =56 :Hệ số đến ảnh hƣởng của các sai lệch các bƣớc răng bánh
1 và 2 với m =3 <3,55, cấp chính xác 8.
71,53.(3,31 1)
5,9
3,31
5,9.45,13.71,53
1
1, 064
2.120617,81.1, 23.1
Từ (2.8) H 0,004.56.2,73.
Vậy
k HV 1
H .b.d m1
2.T1.k H .k H
=> kH kH .kH .kHV 1, 23.1.1,064 1,31
=>Ứng suất tiếp xúc sẽ là:
2.120617,81.1,31. 3,312 1
544,12 MPa
0,85.45,13.71,532.3,31
H 274.1, 76.0,87.
- Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:
H cx H sb .ZV .Z R .k XH
(2.9)
Trong đó :
ZV :Hệ số xét đến ảnh hƣởng của vận tốc. Với v = 2,73 (m/s) < 5 (m/s), và
HB < 350 => ZV =1.
Z R : Hệ số xét đến ảnh hƣởng của độ nhám mặt làm việc.Với cấp chính xác
8, cấp chính xác động học 6 cần gia công bề mặt đạt Ra =2,5…1,25 m
=> Z R 0,95
k XH : Hệ số kể đến ảnh hƣởng kích thƣớc bánh răng, phụ thuộc vào kích
thƣớc vòng đỉnh dae< 700 mm => k XH =1.
Vậy ứng suất tiếp xúc cho phép sẽ là:
H cx 554,55.1.0,95.1 526,82
MPa
Ta thấy H cx 526,82 MPa H 544,12 MPa
Sai lệch giữa ứng suất thực tế và ứng suất cho phép:
H
H cx H
H cx
.100%
544,12 526,82
544,12
.100% 3,18% 4%
Vậy ta chỉ cần tính lại chiều rộng vành răng theo công thức:
b kbe .Re. H
H
cx
2
2
544,12
0,3.150, 43
48,14 (mm)
526,82
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B 13
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
d. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
Điều kiện bền:
F1
2.T1.k F .Y .Y .YF 1
0,85.b.mnm .d m1
F 1 ; F 2 F 1.
YF2
F 2
YF1
(2.10)
Trong đó:
- Y : Hệ số kể đến độ nghiêng của răng.Với răng thăng ta có Y =1.
- YF1 , YF2 : Hệ số dạng răng đƣợc tra theo bảng 6.18 [1] theo số răng tƣơng
đƣơng.
Số răng tƣơng đƣơng đƣợc tính theo công thức : zv
- Y
1
zv1
z1
29
30, 29 YF 1 3,8
cos1 cos(16o 48'31'')
zv 2
z2
96
331,98 YF 1 3, 6
cos 2 cos(73o11' 29")
z
cos
: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng.
Theo (*) 1, 74 Y
1
0,57
1, 74
- kF : Hệ số tải trọng khi tính về uốn.
kF kF .kF .kFV
(2.11)
Với : + kF : Hê số phân bố không đều tải trọng trên chiều dài vành răng. Tra
bảng 6.21 (1) ta đƣợc kF 1, 47 .
+ k F : Hệ số phân bố khong đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời
ăn khớp khi tính về uốn, với bánh răng thẳng kF 1 .
+ k FV : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.
Với
k FV 1
H .b.d m1
2.T1.k F .k F
(2.12)
Với:
b: Bề rộng vành răng. b 48,14 (mm)
d m1 (um 1)
um
v 2,73 (m / s)
H F .go .v.
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B 14
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
Theo bảng 6.13 [1] ta đƣợc cấp chính xác là 8. Với bánh răng có vát đầu
,HB < 350 tra bảng 6.15 [1] ta đƣợc :
H =0,011 :Hệ số kể đến ảnh hƣởng của sai số ăn khớp.
go =56 :Hệ số đến ảnh hƣởng của các sai lệch các bƣớc răng bánh
1 và 2 với m =3 <3,55, cấp chính xác 8.
H 0, 011.56.2, 73.
k FV 1
H .b.d m1
2.T1.k F .k F
71,53.(3,31 1)
16, 23
3,31
16, 23.48,14.71,53
1
1,16
2.120617,81.1, 47.1
kF kF .kF .kFV 1,7.1.1,16 1,71
2.120617,81.1, 71.0,57.1.3,8
F1
119, 71 MPa
0,85.48,14.2,55.71,53
Y
3, 6
F 2 F 1. F2 119, 71
113, 41 MPa
YF1
3,8
- Xác định chính xác ứng suất uốn cho phép:
Ta có: F cx F .YR .YS .k XF
(2.13)
Với : + YR : Hệ số xét đến độ nhám của mặt lƣợn chân răng. YR 1 .
+ YS : Hệ số xét đến ảnh hƣởng của độ nhạy của vật liệu đối với trạng
thái ứng suất. YS 1, 08 0, 0695ln m 1, 08 0, 0695ln 3 1, 0036 .
+ k XH : Hệ số kể đến ảnh hƣởng kích thƣớc bánh răng đến độ bền uốn,
phụ thuộc vào kích thƣớc vòng đỉnh dae< 700 mm => k XH =0,95.
F 1 288.1.1, 0036.0,95 274,585 MPa
F 2 277, 71.1.1, 0036.0,95 264, 77 MPa
F 1 119, 71 F 1 274,585 MPa
Ta thấy
F 2 113, 41 F 2 264, 77 MPa
Vậy răng đảm bảo đủ độ bền về uốn.
e.Kiểm nghiệm răng về quá tải:
+ Kiểm nghiệm quá tải về tiếp xúc:
H max H . kqt 544,12. 2, 2 807, 06 MPa H max 1624 MPa
+ Kiểm nghiệm quá tải về uốn:
Ta có: F max F .kqt F .
Tmax
Tdn
(2.14)
F 1max F 1.kqt 119, 71.2, 2 263,362 MPa F 1 max 464 MPa
F 2 max F 2 .kqt 113, 41.2, 2 249,502 MPa F 2 max 464 MPa
Vậy bánh răng đảm bảo độ bền về quá tải.
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B 15
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
f. Lập bảng thông số:(Theo bảng 6.19 [1])
Thông số
STT
Kí hiệu
Giá trị
1
Chiều dài côn ngoài
Re
150,43
mm
2
Chiều dài côn trung bình
Rm
126,36
mm
3
Chiều rộng vành răng
b
48,14
mm
4
môđun
mte
3
mm
5
Môđun vòng trung bình
mtm
2,55
mm
de1 = 87
mm
de2 =288
mm
dm1 = 73,08
mm
6
Đƣờng kính chia ngoài
de
7
Đƣờng kính trung bình
dm
dm2 = 241,92
mm
8
Góc côn chia
9
Chiều cao răng ngoài
he
1 = 16o48’31”
2 = 73o11’29”
he = 6,6
mm
hae1 = 3,99
mm
hae2 = 2,01
mm
hfe1 = 2,61
mm
hfe2 = 4,59
mm
dae1 = 94,64
mm
dae2 = 289,16
mm
10
11
12
Chiều cao đầu răng ngoài
Chiều cao chân răng
Đƣờng kính đỉnh răng ngoài
hae
hfe
dae
f1 = 0o59’38”
13
Góc chân răng
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
f
f2 =1o44’52”
Lớp học phần:45B 16
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
a1 =18o33’23”
14
a
Góc côn đỉnh
a2 = 74o11’7”
f1 = 15o48’53”
15
16
Góc côn đáy
Số răng
f
f2 = 71o26’37”
Z
Z1 = 29
Z2 = 96
II.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ:
1.Chọn vật liệu:
Bộ truyền chụi tải nhẹ, tải không đổi và do không có yêu cầu đặc biệt
về cơ tính nên ta chọn vật liêu sau:
- Bánh nhỏ: thép 45 thƣờng hóa đạt độ rắn HB = 192-240. Có b1 750 MPa ,
ch1 450 MPa , HB=220.
- Bánh lớn : thép 45 thƣờng hóa đạt độ rắn HB = 170-217. Có b 2 600 MPa ,
ch 2 400 MPa , HB=210.
2.Xác định ứng suất cho phép:
a.Ứng suất tiếp cho phép:
Ứng suất tiếp cho phép đƣợc tính theo công thức:
H
o H lim
SH
.Z R .ZV .K xH .K HL
(2.15)
Trong đó:
Z R :Hệ số xét đến ảnh hƣơng độ nhám của mặt răng làm việc.
ZV :Hệ số xét đến ảnh hƣởng của vận tốc vòng.
K xH : Hệ số xét đến ảnh hƣởng của kích thƣớc bánh răng.
SH :hệ số an toàn. Tra bảng 6.2 [1] ta co SH = 1,1
o H lim :Úng suất tiếp xúc ứng với chu kì cơ sở.
Thoe bảng 6.2 (1) ta có: o H lim =2HB+70
=> o H1lim 2.220 70 510 MPa
o H 2lim 2.210 70 490 MPa
K HL : Hệ số tuổi thọ . K HL mH
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
N HO
N HE
Lớp học phần:45B 17
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
N HO : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sơ khi thử về độ bền tiếp xúc.
N HO1 30 HB1
2,4
N HO 2 30 HB2
2,4
30.2202,4 1, 26.107
30.2102,4 1,12.107
N HE : Số chu kỳ thay đổi ứng suất tƣơng đƣơng.Vì tải không đổi, quay
một chiều nên ta có :
N HE 60.c.n.t
(2.16)
Với :
c: số lần ăn khớp trong một vòng quay. c=1.
n: Số vòng quay trên các trục: nII 222,56 (vòng/phút)
nIII 76, 48 (vòng/phút)
Vậy
2 2
t : Tổng số giờ làm việc t . .24.5.365 19466, 67 giờ
3 3
NHE1 60.1.222,56.19466,67 2,6.108
N HE 2 60.1.76, 48.19466,67 0,89.108
N HE1 N HO1
N HE1 N HO1
Ta thấy
N HE 2 N HO 2
Nên ta chọn
N HE 2 N HO 2
=> K HL1 K HL 2 1
Trong bƣớc tính thiết kế,sơ bộ lấy Z R .ZV .K xH =1
=> H
o
H lim
SH
.K HL =>
H 1
o H 1lim
H 2
o H 2lim
.K HL1
SH
SH
510
.1 463, 64 MPa
1,1
.K HL 2
490
.1 445, 45 MPa
1,1
Vì đây là cặp bánh răng côn nên ta chọn
H sb
H 3 H 4 463, 64 445, 45 454,55 MPa
2
2
b.Ứng suất uốn cho phép:
Ứng suất uốn cho phép đƣợc tính theo công thức:
F
o F lim
SF
.YR .YS .K XF .K FC .K FL
Trong đó:
YR :Hệ số xét đến ảnh hƣởng của độ nhám mặt lƣợn chân răng.
YS :Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất.
K XF : Hệ số xét đến kích thƣớc bánh răng ảnh hƣởng đến độ bền uốn.
S F :hệ số an toàn. Tra bảng 6.2 [1] ta có S F = 1,75
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B 18
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
o F lim :Úng suất uốn ứng với chu kì cơ sở.
Thoe bảng 6.2 (1) ta có: o F lim 1,8HB
=> o F1lim 1,8.220 396 MPa
o F 2lim 1,8.210 378 MPa
K FC : Hệ số xét đến ảnh hƣởng của việc đặt tải.Vì tải đặt một phía nên
K FC 1
K FL : Hệ số tuổi thọ . K FL mH
N FO
N FE
N HO : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sơ khi thử về độ bền uốn.Với
mọi loại thép ta đều có N HO 4.106
N HE : Số chu kỳ thay đổi ứng suất tƣơng đƣơng.Vì tải không đổi, quay
một chiều nên ta có :
N FE 60.c.n.t
Với :
c: số lần ăn khớp trong một vòng quay. c=1.
n: Số vòng quay trên các trục: nII 222,56 (vòng/phút)
nIII 76, 48 (vòng/phút)
Vậy
2 2
t : Tổng số giờ làm việc t . .24.5.365 19466, 67 giờ
3 3
NFE1 60.1.222,56.19466,67 2,6.108
NFE 2 60.1.76, 48.19466,67 0,89.108
N FE1 N FO1
N FE1 N FO1
Ta thấy
N FE 2 N FO 2
Nên ta chọn
N FE 2 N FO 2
=> K FL1 K FL 2 1
Trong bƣớc tính thiết kế,sơ bộ lấy YR .YS .K XF 1
Nên ta có : F
=>
F1
o F 1lim
F 2
o F 2lim
SF
SF
o F lim
SF
K FC .K FL1
K FC .K FL
396
.1.1 226, 29 MPa
1, 75
K FC .K FL 2
378
.1.1 216 MPa
1, 75
c.Ứng suất cực đại khi quá tải:
- Ứng suất tiếp xúc cực đại khi quá tải : H Max 2,8 ch
H 1 Max 2,8 ch1 2,8.450 1260
H 2 Max 2,8 ch 2 2,8.400 1120
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
MPa
MPa
Lớp học phần:45B 19
Đồ án: Thiết kế sản phẩm với CAD
Bộ môn: Kỹ thuật cơ khí
-Ứng suất uốn cực đại khi quá tải: F Max 0,8 ch
F1 Max 0,8 ch1 0,8.450 360
F 2 Max 0,8 ch 2 0,8.400 320
MPa
MPa
3.Xác định các thông số bộ truyền:
a. Xác định khoảng cách trục:
Theo công thức 6.15a [1] ta có:
aw K a (u 1) 3
T2 .kh
H
2
.u. ba
(2.17)
+ Ka : Hệ số phụ thuộc vào vật liệu cặp bánh răng và loại răng.Với cặp bánh
răng nghiêng làm bằng thép, theo bảng 6.6 [1] ta có Ka 43 MPa1/3
+ T2 : Mômen xoắn trục chủ động. T2 372027, 77 (N.mm).
+ H : Ứng suất tiếp xúc cho phép. H 454,55 MPa.
+ ba
bw
:Hệ số chiều rộng, trong đó b là chiều rộng vành rằng; Theo bảng
aw
6.6 [1] ta có ba 0, 4 .
+u: Tỉ số truyền: u=u2=2,91.
+ kh : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
khi tính về ứng suất tiếp xúc.
Theo 6.16 [1] ta có:
bd 0,5 ba (u 1) 0,5.0, 4.(2,91 1) 0,83
Theo bảng 6.7 [1] ta có : kh 1,05 ; kF 1,12
a w 43.(2,91 1) 3
372027, 77.1, 05
197, 63 (mm)
454,552.2,91.0, 4
Chọn a w 198 (mm).
b. Xác định các thông số ăn khớp:
Theo công thức 6.17 [1] ta có môđun
m=(0,01...0,02)a w (0, 01...0, 02).198 (1,98...3,96) .
Theo bảng 6.8 [1] ta chọn modul pháp m=3 .
Chọn sơ bộ 15o ,theo 6.31 [1] ta tính đƣợc số răng bánh nhỏ là:
z3
2.a w .cos 2.198.cos15o
32, 61 Chọn z3=33.
m(u 1)
3(2,91 1)
Số răng bánh răng lớn:
z4 u.z3 2,91.33 96, 03
Chọn z4 97 .
Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
Lớp học phần:45B 20
- Xem thêm -
.PDF 
80 
208 
59 
