Đồ án Chế tạo máy Thiết kế hộp giảm tốc

LỜI NÓI ĐẦU Đồ án môn học Chi tiết máy là một đồ án chuyên nghành chính của sinh viên nghành cơ khí. Việc tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khi là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức quan trọng cho sinh viên về kết cấu máy. Nội dung đồ án bao gồm những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy và hệ thống dẫn động; tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc; thiết kế kết cấu chi tiết máy, vỏ khung và bệ máy; chọn cấp chính xác, lắp ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, trong đó cung cấp nhiều số liệu mới về phương pháp tính, về dung sai lắp ghép và các số liệu tra cứu khác. Thuật ngữ và khí hiệu dùng trong đồ án dựa theo tiêu chuẩn nhà nước, phù hợp với thuật ngữ và kí hiệu quốc tế. Khi thiết kế đồ án chi tiết máy chúng ta phải nghiên cứu kỹ những giáo trình như Công nghệ chế tạo máy, Khoa học vật liệu, Nguyên lý máy, Dung sai lắp ghép, Chi tiết máy, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí...Khi thiết kế chúng ta phải sử dụng tài liệu, sổ tay, tiêu chuẩn và khả năng kết hợp so sánh những kiến thức lý thuyết với thực tế sản xuất. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và đặc biệt là thầy giáo Đoàn Yên Thế đã hướng dẫn và cho em nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này. Khi thực hiện đồ án trong tính toán còn có nhiều sai sót em xin trân trọng cảm ơn những ý kiến, chỉ dẫn của thầy. PHẦN MỘT : HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 4 BÀI 1 : MỤC ĐÍCH NỘI DUNG YÊU CẦU THIẾT KẾ 4 1.Mục đích. 4 2. Nội dung 4 3. Trình tự tính toán thiết kế 4 3.1 Giai đoạn 1 : 4 3.2 Giai đoạn 2 : 4 3.3 Giai đoạn 3. 5 3.4 Giai đoạn 4. 5 3.5 Giai đoạn 5. 5 4. Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế 5 BÀI 2 : ĐỘNG CƠ ĐIỆN - HỘP GIẢM TỐC – TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG. 7 1. Động cơ điện 7 1.1 Các loại động cơ điện 7 1.2.Phương pháp chọn động cơ 8 2.Hộp giảm tốc 9 2.1.Xác định tỉ số truyền ut của hệ thống dẫn động. 9 2.2.Phân phối tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống ut, cho hộp giảm tốc uh và bộ truyền ngoài un. 10 2.3.Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục. 10 PHẦN HAI : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN 12 BÀI 1: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC 12 1. Chọn vật liệu. 12 2. Xác định ứng suất cho phép [(H], [(F]. 13 3.Truyền động bánh răng 15 3.1 Tính toán cấp nhanh 15 3.2 Tính toán cấp chậm 22 BÀI 2 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI 31 1. Chọn loại đai. 31 2. Xác định các thông số của bộ truyền. 31 2.1. Đường kính của bánh đai nhỏ được xác định theo công thức thực nghiệm sau : 31 2.2.Khoảng cách trục được xác định theo công thức sau : 32 2.3.Chiều dài đai được xác định 32 2.4.Góc ôm (1 trên bánh đai nhỏ được tính theo công thức : 32 3. Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai. 32 4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục. 33 PHẦN BA : THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 34 BÀI 1 : THIẾT KẾ TRỤC 34 1. Chọn vật liệu. 34 2. Tính thiết kế trục. 34 2.1 Xác định các lực tác dụng lên trục. 34 2.2. Xác định sơ bộ đường kính trục. 38 2.3. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 39 2.4. Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng nên trục. 40 2.5. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục. 40 3. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi. 49 BÀI 2 : TÍNH CHỌN THEN 53 1. Chọn kích thước tiết diện then theo đường kính trục. 53 2. Kiểm tra then tại tiết diện ghép có bộ truyền. 53 PHẦN BỐN : THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC 55 1. Chọn loại ổ lăn 55 2. Chọn cấp chính xác ổ lăn 55 3. Chọn kích thước ổ lăn 55 4. Tính kiểm tra khả năng tải của ổ 56 4.1. Kiểm tra khả năng tải động của ổ 56 4.2. Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ 58 PHẦN NĂM : THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC 59 1. Tính chọn khớp nối 59 1.1 Chọn khớp nối 59 1.2 Kiểm nghiệm về độ bền của vòng đàn hồi và chốt 59 2. Chọn kết cấu hộp giảm tốc 60 2.1 Chọn bề mặt ghép nắp thân 60 2.2 Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp 61 2.3 Các chi tiết liên quan đến vỏ hộp giảm tốc 62 PHẦN SÁU : BÔI TRƠN - LẮP GHÉP - ĐIỀU CHỈNH 66 1. Bôi trơn 66 1.1 Chọn phương pháp bôi trơn 66 1.2 Chọn loại vật liệu bôi trơn 66 1.3 Các chi tiết liên quan 66 2. Xác định và chọn các kiểu lắp 68 3. Thống kê kiểu lắp có trong hộp giảm tốc. 69 3.1 Trục I có các kiểu lắp sau : 69 3.2 Trục II có các kiểu lắp sau : 69 3.3 Trục III có các kiểu lắp sau : 70 4. Phương pháp lắp giáp hộp giảm tốc 72 4.1 Cố định ổ trên trục và trong vỏ hộp 72 4.2 Lắp bánh răng, bánh đai, .. , lên trục 72 4.3 Điều chỉnh bánh răng 72 4.4 Điều chỉnh khe hở các ổ lăn 72 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ PHẦN MỘT : HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC BÀI 1 : MỤC ĐÍCH NỘI DUNG YÊU CẦU THIẾT KẾ 1.Mục đích. Củng cố các kiến thức về nguyên lý làm việc, kết cấu và tính toán thiết kế các chi tiết máy ( các chi tiết máy có công dụng chung ( đặc trưng về mặt lý thuyết. Vận dụng các kiến thức đã học của các môn chi tiết máy, nguyên lý máy, công nghệ chế tạo, cơ khí đại cương, sức bền vật liệu, hình họa vẽ kỹ thuật thiết kế ra một bộ phận máy dẫn đến hộp giảm tốc có kích thước hình dạng cụ thể phục vụ cho hệ thống dẫn động của máy. 2. Nội dung Mỗi sinh viên thiết kế hệ thống dẫn động xích tải, băng tải thùng trộn nguyên liệu … Chủ yếu là thiết kế hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài. Một bản vẽ lắp A0 Một bản vẽ chế tạo một chi tiết điển hình A2 hoặc A3 Một bản thuyết minh dài 60 - 80 trang. 3. Trình tự tính toán thiết kế 3.1 Giai đoạn 1 : Chuẩn bị tài liệu Nghiên cứu kỹ đầu đề thiết kế Chuẩn bị các kiến thức tin học phục vụ đồ án môn học 3.2 Giai đoạn 2 : Tính toán thiết kế xác định các thông số chủ yếu của hệ thống dẫn động -Xác định công suất cần thiết số vòng quay hợp lý của động cơ điện từ đó chọn được động cơ điện cụ thể (Thường chọn động cơ 4A) Xác định tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống (ut) Phân phối tỉ số truyền cho từng bộ truyền. Lập bảng công suất mômen xoắn số vòng quay cho từng trục. Thiết kế bộ truyền Xác định các kích thước hình học chủ yếu của bộ truyền như khoảng cách trục, đường kính… Vẽ theo tỉ lệ 1:1 để tìm ra sự bất hợp lý của hộp giảm tốc suy ra nếu không hợp lý tính chọn lại Xác định khoảng cách đặt lực, gối tựa, chiều dài trục Tính trục của hộp giảm tốc Tính sơ bộ Tính chính xác Tính chọn then để lắp các chi tiết máy quay Tính chọn ổ : Chủ yếu là ổ lăn, ổ trượt. Tính chọn các nối trục (khớp nối) Tính chọn thiết kế vỏ hộp giảm tốc (thường là đúc) Tính chọn hoặc thiết kế các chi tiết liên quan đến vỏ hộp giảm tốc như bulông, móc vòng, cửa thăm, nút tháo dầu, que thăm dầu, chốt định vị, quạt gió thông hơi. Tính chọn bôi trơn hộp giảm tốc Bôi trơn các ổ đỡ (dầu hoặc mỡ) Bôi trơn các bộ truyền Phương pháp bôi trơn (Sương mù, dòng bôi trơn, bắn, phun…) Điều chỉnh khe hở của ổ lăn và sự ăn khớp của các bộ truyền. Thể hiện được các mối ghép của các chi tiết. Chọn các kiểu lắp cho các mối ghép Thông qua các bảng thống kê các mối ghép. Những vấn đề bảo dưỡng khi dùng hộp giảm tốc như là thống kê các loại dầu mỡ, thời hạn thay dầu mỡ, thời hạn điều chỉnh ổ lăn, sự ăn khớp của bánh răng, bộ truyền. 3.3 Giai đoạn 3. Vẽ lắp các bản vẽ chế tạo hộp giảm tốc trên khổ A0 và khung tên và bảng khối lượng theo mẫu 1.5 trang 12 Tập 1 3.4 Giai đoạn 4. Vẽ bản vẽ chế tạo, một chi tiết điển hình như bánh răng hoặc trục do giáo viên hướng dẫn chỉ định (theo bảng 1.4) 3.5 Giai đoạn 5. Hoàn thành thuyết minh. 4. Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế Thực hiện đúng nhiệm vụ của đồ án theo các số liệu yêu cầu thiết kế Kết cấu về chi tiết máy phải đảm bảo chỉ tiêu làm việc, độ bền, tuổi thọ và cả độ tin cậy Đảm bảo kích thước nhỏ gọn, tháo lắp bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện. Vật liệu và phương pháp nhiệt luyện phải được lựa chọn hợp lý (Dễ kiếm, rẻ tiền, có trên thị trường) Chọn dạng công nghệ gia công hợp lý Vận dụng các tiêu chuẩn ngành, tiêu chuẩn nhà nước để chọn tối đa các chi tiết đã được tiêu chuẩn hóa ví dụ : Ổ lăn, bánh đai. Lựa chọn có căn cứ hợp lý các kiểu lắp, dung sai, cấp chính xác nhám bề mặt các chi tiết BÀI 2 : ĐỘNG CƠ ĐIỆN - HỘP GIẢM TỐC – TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG. 1. Động cơ điện Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy. Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc và động cơ biệt lập, việc chọn đúng loại động cơ có ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn và thiết kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp. Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi sử dụng của từng loại, đồng thời cần chú ý đến yêu cầu làm việc cụ thể của thiết bị cần được dẫn động. 1.1 Các loại động cơ điện 1.1.1 Động cơ điện một chiều Cho phép 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, do đó được dùng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm … Nhược điểm của chúng là đắt, riêng loại động cơ điện một chiều lại khó kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu. 1.1.2 Động cơ điện xoay chiều ba pha. a) Động cơ điện xoay chiều ba pha đồng bộ. Động cơ ba pha đồng bộ có vận tốc góc không đổi, không phụ thuộc vào trị số của tải trọng và thực tế không điều chỉnh được. So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất và cos( hệ số quá tải lớn, nhưng có nhược điểm : Thiết bị tương đối phức tạp, giá thành tương đối cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ. Vì vậy động cơ ba pha đồng bộ được sử dụng trong những trường hợp hiệu suất động cơ và trị số cos( có vai trò quyết định (thí dụ khi yêu cấu công suất động cơ lớn – trên 100kw lại ít phải mở máy và dừng máy) cũng như khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc. b) Động cơ ba pha không động bộ gồm hai kiểu : Roto dây quấn và roto lồng sóc. Động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vị nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy nhỏ nhưng hệ số công suất cos( thấp, giá thành cao, kích thước lớn và vận hành phức tạp, dùng thích hợp khi cần điều chỉnh trong phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây truyền công nghệ đã được lắp đặt. Động cơ ba pha không đồng bộ roto lồng sóc có ưu điểm : Kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện. Nhược điểm của nó là : Hiệu suất và hệ số công suất thấp (So với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc (so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn). Chú ý : Các hệ thống dẫn động cơ khí thương sử dụng động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ roto lồng sóc vì những ưu điểm của loại động cơ này. Để dẫn động các thiết bị vận chuyển, băng tải, xích tải thùng trộn… 1.2.Phương pháp chọn động cơ Xác định công suất cần thiết Xác địng số vòng quay sơ bộ Dựa vào bảng phụ lục theo điều kiện dẫn đến chọn động cơ hợp lý 1.2.1Xác định công suất cần thiết Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức
(1-1) trong đó : Pct – công suất cần thiết trên trục động cơ (kW) Pt – công suất tính toán (công suất làm việc trên trục máy công tác) ( - hiệu suất của toàn bộ hệ thống ( = (1.(2.(3… (1-2) với (1,(2,(3 là hiệu suất của các bộ truyền và của các cặp ổ trong hệ thống dẫn động, chọn theo bảng 2.3 trang 19 – “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí” ( = (K.(ol3.(br2.(đ = 0,99.0,993.0,972.0,96 = 0,868 với : (K - hiệu suất nối trục đàn hồi (ol - hiệu suất 1 cặp ổ lăn (br - hiệu suất một cặp bánh răng trong hộp giảm tốc (đ - hiệu suất bộ truyền đai Theo công thức (1-1) :
(kW) 1.2.2Xác định số vòng quay sơ bộ Chú ý : Đối với mỗi loại động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ thì ứng với một phạm vi công suất có thể chọn được số vòng quay đồng bộ khác nhau. Nếu chọn động cơ co nđb lớn dẫn đến khuôn khổ kích thước động cơ nhỏ, giá thành hạ, khối lượng nhẹ, hiệu suất cao, cos( tăng cho nên mong muốn chọn nđb lớn. Nhưng nđb cao thì việc giảm tốc khó, tức là phải sử dụng hệ thống dẫn động với tỉ số truyền lớn hơn, kết quả là kích thước và giá thành các bộ truyền tăng lên(nên thường chọn động cơ có nđb ( 1500vòng/phút) Bảng 2.4 trang 21 - “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí” là bảng tham khảo để chọn tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ thống dẫn động. Tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống dẫn động được tính theo công thức sau : ut = u1.u2.u3...(1-3) trong đó u1, u2, u3 ... là tỉ số truyền của từng bộ truyền tham gia vào hệ thống dẫn động Theo bảng 2.4 chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng hai cấp uh = 20, uđ = 2 Từ (1-3) ta được ut = 20.2 = 40 Số vòng quay trên trục máy công tác: nsb = ut.nlv = 32.40 = 1280 (vòng/phút) với nlv - số vòng quay của trục máy công tác Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ nđb = 1500 (vòng/phút) Theo bảng phụ lục 1.3 với Pct = 9,217kW nđb = 1500 (vòng/phút) dùng động cơ 4A132M4Y3 có Pct = 11kW nđb = 1458 (vòng/phút),
Vì động cơ làm việc với tải trọng không đổi nên trong trường hợp này công suất động cơ được xác định theo công suất tính toán gắn với độ dài thời gian làm việc :
Pt = Ptg 2. Hộp giảm tốc Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và đuợc dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn và là bộ máy trung gian giữa động cơ điện và bộ phận làm việc của máy công tác. Tuỳ theo tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc, người ta phân ra : hộp giảm tốc một cấp và hộp giảm tốc nhiều cấp. Tùy theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra : Hộp giảm tốc bánh răng trụ : khai triển, phân đôi, đồng trục. Hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn - trụ. Hộp giảm tốc trục vít – bánh răng. Hộp giảm bánh răng - trục vít. Ở đây ta thiết kế một hộp giảm tốc hai cấp + một bộ truyền ngoài. Sau đây là phương pháp tính hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng. Sau khi phân tích và lựa chọn số vòng quay đồng bộ để chọn động cơ ở trên ta cần tiến hành phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hộp, cần tiến hành tính toán động học. Tính toán động học hệ thống dẫn động cơ khí được thực hiện theo các bước sau : 2.1.Xác định tỉ số truyền ut của hệ thống dẫn động. Tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống được xác định theo công thức :
trong đó: nđc - số vòng quay động cơ đã chọn( vg/ph ) nlv - số vòng quay của trục máy công tác( vg/ph ) 2.2.Phân phối tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống ut, cho hộp giảm tốc uh và bộ truyền ngoài un. ut = uh.un Đây là hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng dạng khai triển nên ta chọn uh = 20 ( un =
Phân phối tỉ số truyền uh cho từng bộ truyền trong hộp giảm tốc : uh = u1.u2 trong đó : u1 - tỉ số truyền bộ truyền cấp nhanh u2 - tỉ số truyền bộ truyền cấp chậm Theo bảng 3.1 trang 43 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” ta có : u1 = 6,07 u2 = 3,29 Tính lại un theo u1, u2 ta có
2.3.Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục. Dựa vào cc Pct và sơ đồ hệ thống dẫn động, có thể tính được công suất, mômen và số vòng quay trên các trục, phục vụ các bước tính toán thiết kế các bộ truyền, trục và ổ. Ta có : Pct = 9,217(kW) nđc = 1458(vòng/phút) Tính toán đối với trục 1 ta được : P1 = Pct.(ol.(đ = 9,217.0,99.0,96 = 8,760(kW)
(vòng/phút)
(Nmm) Tính toán đối với trục 2 ta được : P2 = P1.(ol.(br = 8,670.0,99.0,97 = 8,412(kW)
(vòng/phút)
(Nmm) Tính toán đối với trục 3 ta được : P3= P2.(ol.(br = 8,412.0,99.0,97 = 8,078(kW)
(vòng/phút)
(Nmm) trong đó : Pct - công suất cần thiết trên trục động cơ uđ - tỉ số truyền của bộ truyền đai u1, u2 - tỉ số truyền cấp nhanh và cấp chậm trong hộp giảm tốc hai cấp (đ, (ol, (br - lần lượt là hiệu suất của bộ truyền đai, một cặp ổ lăn và bộ truyền bánh răng tra bảng 2.3 trang 19 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” Kết quả tính toán được ghi thành bảng như sau : BẢNG 1 : CÔNG SUẤT - TỈ SỐ TRUYỀN - SỐ VÒNG QUAY - MÔMEN Trục Thông số  Động cơ  1  2  3   Công suất P, kW  11  8,760  8,412  8,078   Tỉ số truyền u   2,282  6,07  3,29    Số vòng quay n, vòng/phút  1458  638,913  105,257  32   Mômen xoắn T, Nmm  0,072.106  0,131.106  0,763.106  2,411.106   PHẦN HAI : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÀI 1: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC Truyền động bánh răng dùng để truyền động giữa các trục, thông thường có kèm theo sự thay đổi về trị số và chiều của vận tốc hoặc mômen. Đây là bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trong quá trình làm việc, răng của bánh răng có thể bị hỏng ở mặt răng như tróc rỗ, mòn, dính hoặc hỏng ở chân răng như gẫy, trong đó nguy hiểm nhất là tróc rỗ mặt răng và gãy răng. Đó là các phá hỏng mỏi do tác dụng lâu dài của ứng suất tiếp và ứng suất uốn thay đổi có chu kỳ gây nên. Ngoài ra răng có thể bị biến dạng dư, gẫy giòn lớp bề mặt, hoặc phá hỏng tĩnh ở chân răng do quá tải. Vì vậy khi thiết kế cần tiến hành tính truyền động bánh răng về độ bền tiếp xúc của mặt răng làm việc và độ bền uốn của chân răng, sau đó kiểm nghiệm răng về quá tải. Vậy để thiết kế truyền động bánh răng cần tiến hành theo các bước sau đây : - Chọn vật liệu. - Xác định ứng suất cho phép. - Tính sơ bộ kích thước của một bộ truyền, trên cơ sở đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyền rồi tiến hành kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và về quá tải. - Lập bảng thể hiện thông số kích thước hình học của bộ truyền sau khi thiết kế. 1. Chọn vật liệu. Chọn vật liệu thích hợp là một bước quan trọng trong việc tính toán thiết kế chi tiết máy nói chung và truyền động bánh răng nói riêng. Đối với bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc hai cấp không có yêu cầu đặc biệt về kích thước thì nên chọn cùng một loại vật liệu để giảm bớt chủng loại. Vật liệu làm bánh răng có hai nhóm : - Nhóm I có độ rắn HB ( 350, bánh răng được thường hóa tôi cải thiện. Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền này có khả năng chạy mòn. - Nhóm II có độ rắn HB ( 350, bánh răng được tôi thể tích, tôi bề mặt, thấm cacbon, thấm nitơ… Do đó độ rắn mặt răng cao cho nên phải gia công trước khi nhiệt luyện, bộ truyền này có khả năng chạy mòn kém. Trong đầu thiết kế đã cho tải trọng nhỏ và trung bình, khả năng công nghệ không cao và cũng không có yêu cầu về kích thước nhỏ gọn do đó vật liệu làm bánh răng nên chọn ưu tiên ở nhóm I. Đối với một cặp bánh răng ăn khớp, khi dã chọn vật liệu bánh răng ở nhóm I phải chú ý tới tần số chịu tải cuả răng và khả năng chạy mòn của răng. Trong cùng một thời gian làm việc thì bánh răng nhỏ chịu tải nhiều lần hơn bánh răng lớn vì n1 = u.n2. Để đảm bảo sức bền đều của răng và khả năng chạy mòn của bộ truyền nên nhiệt luyện bánh răng lớn có độ rắn mặt răng thấp hơn bánh răng nhỏ. HB1 = HB2 + ( 10 ( 15 ) Đối với bộ truyền bánh răng có công suất nhỏ và trung bình nên chọn vật liệu là thép cacbon chất lượng tốt. Ở đây ta chọn thép 45. Cơ tính vật liệu tra bảng 6.1 trang 92 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”. Cụ thể, theo bảng 6.1 chọn : Bánh nhỏ : thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB241…285 có (b1 = 850MPa, (ch1 = 580Mpa. Bánh lớn : thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB192…240 có (b2 = 750MPa, (ch2 = 450Mpa. Cụ thể chọn HB1 = 245, HB2 = 230.
2. Xác định ứng suất cho phép [(H], [(F]. Ứng suất tiếp xúc cho phép [(H] và ứng suất uốn cho phép [(F] được xác định theo các công thức sau :
(2-1)
(2-2) trong đó : ZR - hệ số xét đến độ nhám bề mặt răng
Zv - hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng KxH - hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng YR - hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng YS - hệ số xét đến ảnh hưởng của hệ số tập trung ứng suất KxF - hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước của bộ truyền bánh răng (ứng suất uốn) Tính sơ bộ ta được : ZR.Zv.KxH = 1 YR.YS.KxF = 1 Do đó các công thức (2-1), (2-2) trở thành :
(2-1a)
(2-2a) trong đó :
,
, SH, SF là ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở, hệ số an toàn tra ở bảng 6.2 trang 94 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”. Theo bảng 6.2 với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180…350 có :
= 2HB + 70 ; SH = 1,1 ;
= 1,8HB ; SF = 1,75 Chọn độ rắn của bánh răng nhỏ HB1 = 245, độ rắn của bánh răng lớn HB2 = 230 khi đó :
= 2HB1 + 70 = 2.245 +70 = 560MPa
= 1,8HB1 = 1,8.245 = 441Mpa
= 2HB2 + 70 = 2.230 +70 = 530MPa
= 1,8HB2 = 1,8.230 = 414Mpa KFC- hệ số kể đến ảnh hưởng của động cơ làm việc một chiều, hai chiều : KFC = 1 với động cơ một chiều KFC = 0,7 ( 0,8 với động cơ hai chiều KHL , KFL - hệ số tuổi thọ về độ bền tiếp xúc và độ bền uốn và được xác định theo các công thức sau :
(2-3)
(2-4) trong đó : mH, mF - bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn mH = 6, mF= 6 khi độ rắn mặt răng HB ( 350 hoặc bánh răng có mài mặt lượn chân răng mF = 9 khi độ rắn mặt răng HB > 350 và không mài mặt lượn chân răng Ở đây ta chọn mH = 6, mF = 6 NHO - số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc NHO = 30HHB2,4 Suy ra : NHO1 = 30HHB2,4 = 30.2452,4 = 1,626.107 NHO2 = 30HHB2,4 = 30.2302,4 = 1,397.107 NFO - số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn NFO = 4.106 đối với tất cả các loại thép NHE, NFE - số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Khi bộ truyền chịu tải trọng tĩnh NHE = NFE = 60cnt( trong đó : c - số lần ăn khớp trong một vòng n - số vòng quay t( - tổng số thời gian làm việc Suy ra : NHE1 = NFE1 = 60.1.650,893.8.5.300 = 46,864.107 NHE2 = NFE2 = 60.1.107,231.8.5.300 = 7,721.107 Ta thấy : NHE > NHO ( KHL = 1 NFE > NFO ( KFL = 1 Như vậy theo (3-1a) ta có :
do đó
MPa
Mpa Đối với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ta lấy
= min{
;
} (
= 481,818Mpa Theo (3-2a) với động cơ làm việc một chiều KFC = 1, ta được :
MPa
Mpa Ứng suất quá tải cho phép : -Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :
MPa -Ứng suất uốn cho phép khi quá tải :
MPa
MPa 3.Truyền động bánh răng 3.1 Tính toán cấp nhanh 3.1.1. Xác định khoảng cách trục cho bộ truyền. Xác định sơ bộ khoảng cách trục. Khoảng cách trục được xác định theo công thức sau :
(2-5) trong đó : Ka - hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng tra ở bảng 6.5 trang 96 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” T1 - mômen xoắn trên trục bánh chủ động, Nmm [
] - ứng suất tiếp xúc cho phép u - tỉ số truyền
- là hệ số, bw – là chiều rộng vành răng tra ở bảng 6.6 trang 97 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” KH( - hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc tra ở bảng 6.7 trang 98 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ”.
do đó theo 6.7 KH( = 1,181 Từ (2-5) (
mm Lấy aw = 250mm 3.1.2 Xác định các thông số ăn khớp. a) Xác định môđun. Môđun m = (0,01 ( 0,02)aw = (0,01 ( 0,02).250 = 2,5( 5mm Theo bảng 6.8 trang 99 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ” chọn m = 3,5 b) Xác định số răng, góc nghiêng ( và hệ số dịch chỉnh x. Giữa khoảng cách trục aw, số răng bánh nhỏ z1, số răng bánh lớn z2, góc nghiêng ( của răng và môđun trong bộ truyền ăn khớp ngoài, liên hệ với nhau theo công thức.
(2-6) Đối với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ta có góc nghiêng ( = 0, từ (2-6) xác định được số răng bánh nhỏ :