Thiết kế hệ dẫn động băng tải

o/a = 180o - (450 - 112).57o/425 = 134,67 o > amin = 120o; 3. Xác định số đai z Số đai z được tính theo c.t. 4.16 [1]: Trong đó: bP1 là công suất trên trục bánh chủ động, P1 = 3,458 (kW); b[Po] là công suất cho phép, kW, được xác định bằng thực nghiệm ứng với bộ truyền có số đai z = 1, chiều dài đai lo , tỷ số truyền u = 1 và tải trọng tĩnh. Đối với đai thang thường, tra bảng 4.19 [1]: với đai thang thường loại A, lo = 1700 (mm) d1 = 112 (mm), v = 8,4 (m/s), ta tra ra [Po] = 1,64 (kW); bKd là hệ số tải trọng động, tra theo bảng 4.7 [1], với động cơ nhóm II và Tmm = 1,3T, ta tra được Kd = 1,25; bCa là hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm a1, với a1 = 134,67o tra theo bảng 4.15 được Ca = 0,87; bCl là hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai, tra theo bảng 4.16 [1] với tỷ số l/lo = 1800/1700 = 1,06 ta được Cl = 1,012; bCu là hệ số kể đến ảnh hưởng của tỷ số truyền, tra theo bảng 4.17, với ut = 4,1 > 3 thì hệ số Cu = 1,14; bCz là hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai, tra theo bảng 4.18 [1], với z’ = P1/[Po] = 3,458/1,64 = 2,1 ta được Cz = 0,95; Lắp các số liệu vào công thức, ta được số đai z = 3,458.1,25/(1,64.0,87.1,012.1,14.0,95) = 2,76 chọn z = 3 đai. Chiều rộng bánh đai B được tính theo c.t. 4.17 [1]: B = (z - 1)t + 2e Trong đó, t, e tra theo bảng 4.21 [1], đối với bánh đai hình thang có tiết diện đai ký hiệu A, ta có: t = 15 và e = 10 suy ra B = (3 - 1).15 + 2.10 = 50 (mm); Đường kính ngoài của bánh đai da được tính theo c.t. 4.18 [1]: da = d1 + 2ho với ho = 3,3 (tra bảng 4.21), da = 112 + 2.3,3 = 118,6 (mm). 4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục: Lực căng trên một đai được xác định theo c.t. 4.19 [1]: Fo = 780P1Kd/(vCaz) + Fv Trong đó, Fv là lực căng do lực ly tâm sinh ra. Với bộ truyền đai định kỳ điều chỉnh lực căng thì Fv được tính theo c.t. 4.20 [1]: Fv = qmv2 Với qm là khối lượng 1 mét chiều dài đai, Đai tiết diện loại A, qm = 0,105 (kg/m) (tra theo bảng 4.22 [1]); suy ra: Fv = 0,105.8,42 = 7,4 (N); Cuối cùng, ta có lực căng trên một đai: Fo = 780.3,458.1,25/(8,4.0,87.3) + 7,4 = 116,18 (N); Lực tác dụng lên trục Fr được tính theo c.t. 4.21 [1]: Fr = 2Fozsin(a1/2) = 2.116,18.3.sin(134,67o/2) = 214,4 (N). 5. Lập bảng ghi các thông số của bộ truyền Các thông số của bộ truyền Ký hiệu Giá trị Đơn vị Đường kính bánh đai nhỏ d1 112 mm Đường kính bánh đai lớn d2 450 mm Tỷ số truyền u 4,1 - Khoảng cách trục a 425 mm Chiều dài đai l 1800 mm Góc ôm bánh đai nhỏ a1 134,67 o Số đai z 3 đai Chiều rộng bánh đai B 50 mm Đường kính ngoài bánh đai nhỏ da 118,6 mm Lực căng trên một đai Fo 116,18 N Lực tác dụng lên trục Fr 214,4 N Bảng 4: Các thông số của bộ truyền đai B. Lựa chọn và tính kiểm nghiệm nối trục đàn hồi: cChọn nối trục vòng đàn hồi: Với mômen xoắn cần truyền là: T = TIII = 1074240,72 (Nmm) = 1074,24072 (Nm); Tra bảng 16-10a [1] - tập 2, ta chọn loại truyền được công suất 1000 (Nm) có các thông số kỹ thuật sau: bd = 50 (mm); bl = 110 (mm); bnmax = 2850 (vg/ph); bD3 = 36 (mm); bD = 210 (mm); bd1 = 90 (mm); bB = 6 (mm); bl2 = 40 (mm); bdm = 95 (mm); bDo = 160 (mm); bB1 = 70 (mm); bL = 175 (mm); bZ = 8 (chốt); bl1 = 40 (mm); cChọn vòng đàn hồi: Với mômen xoắn cần truyền như trên, chọn loại vòng đàn hồi truyền được công suất 1000 (Nm ), tra bảng 16-10b [1] - tập 2, ta có các thông số kỹ thuật của vòng đàn hồi: bdc = 20 (mm); bl = 80 (mm); bl3 = 36 (mm); bd1 theo đường kính bulông M12 ; bl1 = 42 (mm); bh = 2 (mm); bD2 = 25 (mm); bl2 = 20 (mm); cKiểm nghiệm lại điều kiện bền của vòng đàn hồi và chốt: bĐiều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi: tính theo c.t.: Trong đó: k - hệ số chế độ làm việc, tra bảng 16-1[1] - tập 2: với băng tải, k = 1,21,5 [s]d - Ứng suất dập cho phép của vòng cao su, lấy [s]d = 24 (MPa); Chọn k = 1,2 ta tính được ứng suất dập: sd = (2.1,2.1074,24072)/(8.0,16.0,02.0,036) =3108335,4 (Pa) = 2,79 (MPa); Vậy, vòng đàn hồi thoả mãn điều kiện sức bền dập. bĐiều kiện sức bền của chốt: tính theo c.t.: Trong đó: lo = l1 + l2/2 = 0,042 + 0,02 = 0,062 (m); [s]u - là ứng suất cho phép của chốt, [s]u = 6080 (MPa); Ta có: su = (1,2.1074,24072.0,062)/(0,1.0,023.0,16.8) = 78050302,31 (Pa) = 78 (MPa); Vậy, chốt thoả mãn điều kiện bền. Lực của nối trục tác dụng lên trục là lực hướng tâm Fr = (0,20,3)Ft với Ft là lực vòng trên khớp nối, xác định theo c.t. Ft = 2T/Dt, với Dt là đường kính vòng tròn qua tâm các chốt. Ở đây, Dt = Do = 160 (mm), T = 1074240,72 (Nmm) suy ra: Fr = (0,20,3).2.1074240,72/160 = 2685,64028,4 (N); Chọn Fr = 3000 (N). Phần 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ CHỌN Ổ LĂN I. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC TRỤC * Sơ đồ phân tích lưc chung cho cả hệ dẫn động (Sơ đồ đặt lực): Hình 1: Sơ đồ đặt lực tổng quát và hệ trục toạ độ * Trị số các lực trên sơ đồ: Fr =214,4 (N); Fr’ = 3000 (N); Ft1 = Ft2 = 2214,5 (N); Fr1 = Fa2 = 779 (N); Fa1 = Fr2 = 206,8 (N); Ft1’ = Ft2’ = 5452 (N); Fr1’ = Fr2’ = 2075,5 (N); Fa1’= Fa2’=1658,5 (N) 1. Chọn vật liệu Với hộp giảm tốc chịu tải trọng trung bình, ta chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 tôi cải thiện có sb = 750 (MPa) và ứng suất xoắn cho phép [t] = 1530 (MPa). 2. Tính toán thiết kế các trục 2.1. Tải trọng tác dụng lên các trục * Để tiện cho việc gọi tên các thành phần lực, ta quy ước như sau: + k - số thứ tự của trục cần tính (Ví dụ với trục I thì k = 1); + i - số thứ tự của chi tiết tham gia truyền tải trọng lắp trên trục có tham gia truyền tải trọng (với hai ổ lăn: i = 0 và 1; với các chi tiết quay: i = 2, 3, ). + Fxki, Fyki, Fzki - lực tác dụng theo phương x, y, z của chi tiết thứ I trên trục k. Các trục Ox, Oy, Oz có phương và chiều xác định theo hình 1. a, Trục I: Gồm có các tải trọng sau tác dụng lên: - Lực từ bánh đai bị động (bánh đai lớn): Fr được xác định trong Phần hai, II, A: Fr12 = Fr = 214,4 (N); Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài so với phương Oy một góc a = 0o suy ra: Fx12 = Fr12.sina = 214,4.sin0o = 0 (N); Fy12 = Fr12.cosa = 214,4.cos0o = 214,4 (N); Các lực Fx12 và Fy12 tương ứng có chiều ngược với chiều dương của các trục Ox và Oy mà ta quy ước ở hình 1. - Lực từ bánh răng côn chủ động (bánh răng côn nhỏ): gồm có các thành phần lực vòng Ft1, lực hướng tâm Fr1 và lực dọc trục Fa1 được xác định trong Phần hai, I, A: Fx13 = Ft1 = 2214,5 (N); Fy13 = Fr1 = 779 (N); Fz13 = Fa1 = 206,8 (N); Các lực này có chiều như hình 1. b, Trục II: Gồm có các tải trọng sau tác dụng lên: - Lực từ răng côn bị dẫn (bánh răng côn lớn): gồm có các thành phần lực vòng Ft2, lực hướng tâm Fr2 và lực dọc trục Fa2 được xác định trong Phần hai, I, A: Fx22 = Ft2 = Ft1 = 2214,5 (N); Fy22 = Fa2 = Fr1 = 779 (N); Fz22 = Fr2 = Fa1 = 206,8 (N); - Lực từ bánh răng chủ động cấp chậm (bánh răng trụ răng nghiêng nhỏ): gồm có các thành phần lực vòng Ft1 và lực hướng tâm Fr1 , lực dọc trục Fa1 được xác định trong Phần hai, I, B: Fx23 = Ft1’ = 5452 (N); Fz23 = Fr1’ = 2075,5 (N); Fy23 = Fa1’ = 1658,5 (N); Các lực này có chiều như hình 1. c, Trục III: Gồm có các tải trọng sau tác dụng lên: - Lực từ bánh răng bị dẫn cấp chậm (bánh răng trụ răng nghiêng lớn): gồm có các thành phần lực vòng Ft2 và lực hướng tâm Fr2 và lực dọc trục Fa2’ được xác định trong Phần hai, I, B: Fx32 = Ft2’ = Ft1’ = 5452 (N); Fz32 = Fr2’ = Fr1’ = 2075 (N); Fy32 = Fa2’= Fa1’= 1658,5 (N) - Lực từ nối trục đàn hồi Fr’ có giá trị được xác định trong Phần hai, II, B. Lực này có chiều làm tăng mômen uốn tại tiết diện lắp bánh răng, do đó nó phải có phương cùng phương với lực vòng của bánh răng trên cùng trục và chiều ngược với chiều của lực vòng đó: Fx33 = Fr’ = 3000 (N); Các lực này có chiều như hình 1. 2.2. Tính sơ bộ trục Đường kính trục được xác định sơ bộ chỉ bằng mômen xoắn theo c.t. 10.9 [1]: (mm); Trong đó: T - mômen xoắn trên trục, Nmm; [t] - ứng suất xoắn cho phép; [t] = 1530 (MPa); lấy trị số nhỏ đối với trục vào của hgt, trị số lớn - trục ra. a, Trục I: (mm) , lấy d1 = 25 (mm); b, Trục II: (mm), lấy d2 = 40 (mm); c, Trục III: (mm), lấy d3 = 55 (mm); 2.3. Xác định khoảng cách giữa các gối trục và giữa các điểm đặt lực *Ký hiệu: lmki là chiều dài mayơ của chi tiết quay thứ i trên trục thứ k; lki là khoảng cánh từ gối đỡ i = 0 đến chi tiết quay thứ i trên trục k; lcki là khoảng cách công-xôn (khoảng chìa) tính từ chi tiết thứ i ở ngoài hgt đến gối đỡ i = 0; bki là chiều rộng vành bánh thứ i trên trục thứ k; bok là chiều rộng ổ lăn trên trục thứ k; rki là bán kính trung bình của chi tiết quay thứ i trên trục k; * Từ đường kính d của các trục ta xác định được các kích thước và khoảng cách: a, Trục I: * Quy ước: bánh đai i = 2; bánh răng côn i = 3; * Với d1 = 25 (mm), ta có: Chiều rộng ổ lăn bo tra theo bảng 10.2 [1] , ta có bo1 = 19 (mm); Chiều dài mayơ bánh đai tính theo c.t. 10.10 [1]: lmbđ = (1,21,5)d (mm); suy ra lm12 = (1,21,5)d1 = (1,21,5).25 = 3037,5 (mm); chọn lm12 = 35 (mm); Chiều dài mayơ bánh răng côn tính theo c.t. 10.12 [1]: lmbrc = (1,2..1,4)d (mm); suy ra lm13 = (1,21,4)d1 = (1,21,4).25 = 3035 (mm); chọn lm13 = 35 (mm); * Theo bảng 10.3 [1] và hình 10.10 đối với hgt côn trụ hai cấp, chọn các khoảng cách: Từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hgt hoặc giữa các chi tiết quay: k1 = 9 (mm); Từ mặt mút của ổ đến thành trong của hộp k2 = 6 (mm), chọn cách bôi trơn bằng dầu; Từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ k3 = 12 (mm); Chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông hn = 15 (mm); * Khoảng cách công-xôn của bánh đai được tính theo c.t 10.14 [1]: lc12 = 0,5(lm12 + bo1) + k3 + hn = 0,5(35 + 19) + 12 + 15 = 57 (mm); * Khoảng cách từ gối đỡ i = 0 (gối đỡ bên trái trục I) đến các chi tiết khác được tính theo bảng 10.4 [1]: l12 = -lc12 = -57 (mm); dấu trừ thể hiện chi tiết thứ i = 2 nằm phía trái gối đỡ 0; l11 = (2,53)d1 = (2,54).25 = 62100, chọn l11 = 80 (mm); l13 = l11 + k1 + k2 + lm13 + 0,5(bo - b13.cosd1) =80 + 9 + 6 + 40 + 0,5(19 - 44.cos14,868o) = 123 (mm); b, Trục II: * Quy ước: bánh răng côn i = 2; bánh răng trụ i = 3; * Với d2 = 40 (mm), ta có: Chiều rộng ổ lăn bo2 = 23 (mm); Chiều dài mayơ bánh răng côn: lm22 = (1,21,4)d2 = (1,21,4).40 = 4856 (mm); chọn lm22 = 55 (mm); Chiều dài mayơ bánh răng trụ tính theo c.t. 10.10 [1]: lm23 = (1,21,5)d2 = (1,2..1,5).40 = 4860 (mm); tuy nhiên, chiều rộng vành răng bánh răng trụ răng nghiêng b23 = 109 (mm), ta chọn lm23 = 100 (mm); * Theo bảng 10.3 [1] và hình 10.10 [1]đối với hgt côn trụ hai cấp, chọn các khoảng cách k1 = 13 (mm) và k2 = 12,5 (mm); * Khoảng cách từ gối đỡ i = 0 (gối đỡ phía trên trục II) đến các chi tiết khác được tính theo bảng 10.4 [1]: l23 = 0,5(lm23 + bo2) + k1 + k2 = 0,5(100 + 23) + 13 + 12,5 = 87 (mm); l22 = l23 + 0,5(lm23 + b22cosd2) + k1 + e (mm); với e = [(Re - b13)/Re].hae2.d2 = [(175 - 44)/175]. 1,98.1,36373 = 2,02 (mm); suy ra l22 = 87 + 0,5.(100 + 44.cos75,182o) + 13 + 2,02 = 158 (mm); l21 = lm22 + lm23 + bo2 + 3k1 + 2k2 = 55 + 100 + 23 + 3.13 + 2.12,5 = 242 (mm); c, Trục III: * Quy ước: bánh răng trụ i = 2; nối trục đàn hồi i = 3; * Với d3 = 55 (mm), ta có: Chiều rộng ổ lăn bo3 = 29 (mm); Chiều dài mayơ bánh răng trụ lm32 = lm23 = 100 (mm); Chiều dài mayơ của nửa khớp nối đối với nối trục vòng đàn hồi được tính theo c.t. 10.13 [1]: lm33 = (1,42,5)d3 = (1,42,5).55 = 77137,5 (mm); chọn lm33 = 110 (mm); * Theo bảng 10.3 [1] và hình 10.10 [1]đối với hgt côn trụ hai cấp, chọn các khoảng cách k1 = 13 (mm), k2 = 7 (mm), k3 = 12 (mm) và hn = 15 (mm); * Khoảng cách công-xôn của nối trục được tính theo c.t 10.14 [1]: lc33 = 0,5(lm33 + bo3) + k3 + hn = 0,5(110 + 29) + 12 + 15 = 96,5 (mm); * Khoảng cách từ gối đỡ i = 0 (gối đỡ phía trên trục III) đến các chi tiết khác được tính theo bảng 10.4 [1]: l32 = l23 = 87 (mm); l31 = l21 = 242 (mm); l33 = -lc33 = -96,5 (mm); dấu trừ thể hiện khớp nối ở phía trên ổ lăn i = 0; 2.4. Xác định đường kính các đoạn trục và định kết cấu trục 2.4.1. Trục I * Các thông số của trục: + Lực: Fx12 = 0 (N); Fy12 = 214,4 (N); Fx13 = 2214,5 (N); Fy13 = 779 (N); Fz13 = 206,8 (N); + Kích thước: l11 = 80 (mm); l12 = 57 (mm); l13 = 123 (mm); a, Vẽ sơ đồ trục, sơ đồ chi tiết quay, lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục và chiều giả sử của các phản lực trên các gối đỡ như trên hình 2 - a. b, Tính các phản lực Fly và Flx trên các gối đỡ trong mặt phẳng zOy và zOx Gọi Flx10, Fly10, Flx11, Fly11 lần lượt là các phản lực theo các phương Ox và Oy trên các ổ lăn i = 0 và i = 1. Dời các lực ăn khớp trên bánh răng côn về trục, ta được một mômen uốn My* = Fz13.r13 = Fz13.dm13/2 = 206,8. 87,75/2 = 9073,35 (Nmm) và một mômen xoắn T = Fx13.r13 = 2214,5.78,75/2 = 87196.3 (Nmm), các lực và mômen sau khi dời về trục được biểu diễn như trên hình 2 - b; Theo phương pháp cân bằng hình chiếu lực và mômen, ta tính được giá trị các phản lực như sau: SFx = Flx10 + Flx11 - Fx13 = 0 suy ra Flx10 + Flx11 = Fx13 = 2214,5 (N); SMxo = Fx13.l13 - Flx11.l11 = 0 suy ra Flx11 = (Fx13.l13 )/l11 = (2214,5.123)/80 = 3404,8 (N); suy ra Flx10 = 2214,5 – 3404,8 = -1190,3 (N), dấu trừ chứng tỏ chiều Flx10 mà ta giả sử là sai, chiều thực tế phải ngược lại (hình 2 - b). SFy = Fly10 + Fly11 - Fy12 - Fy13 = 0 suy ra Fly10 + Fly11 = Fy12 + Fy13 = 214,4 + 779 = 993,4 (N); SMyo = Fy13.l13 - Fy12.l12 - Fly11.l11 - My* = 0 suy ra Fly11 = (Fy13.l13 - Fy12.l12 - My*)/l11 = (779.123 – 214,4.57 – 9073,35)/80 = 931,5 (N); suy ra Fly10 = 993,4 – 931,5 = 62 (N); c, Vẽ biểu đồ mômen uốn Mx và My và biểu đồ mômen xoắn T Từ các lực và phản lực trên ta vẽ được các biểu đồ mômen uốn Mx và My và biểu đồ mômen xoắn T như trên hình 2 - c, d, e. d, Tính mômen uốn tổng Mj và mômen tương đương Mtđj tại các tiết diện j trên chiều dài trục Mômen uốn tổng Mj tại tiết diện thứ j tính theo c.t. 10.15 [1]: (Nmm); Mômen tương đương Mtđj tại tiết diện thứ j tính theo c.t. 10.16 [1]: (Nmm); Theo biểu đồ mômen, tại các tiết diện j = 03 theo thứ tự từ trái sang phải có: Mx0 = 0; My0 = 0; Mx1 = 0(Nmm) ; My1= 12220,8(Nmm) Mx2 = 95224 (Nmm); My2 = 24420,8 (Nmm); Mx3 = 0; My3 = 9076,2 (Nmm); T = 87196,3 (Nmm) trên mọi mặt cắt; suy ra: (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); e, Tính đường kính trục tại các tiết diện j và định kết cấu trục Theo c.t. 10.17 [1]: Trong đó, [s] là ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, tra theo bảng 10.5 [1], với thép 45 tôi cải thiện có sb = 750 (MPa) và đường kính trục d = 30 (mm), ta chọn được [s] = 63 (MPa); Ta có: (mm); (mm); (mm); (mm); Xuất phát từ đường kính sơ bộ và các điều kiện về độ bền, lắp ghép, công nghệ và tiêu chuẩn, ta chọn đường kính các đoạn trục trên trục I như sau: d10 = 22 (mm); d11 = 25 (mm); d12 = 25 (mm); d13 = 22 (mm); Chọn kích thước vai gờ h và bán kính góc lượn R (hình 3) như sau: Khi d = 25 (mm) thì chọn h = 3,5 (mm) và với (D - d) = 3,5 (mm) chọn R = 2 (mm). Cuối cùng ta có kết cấu trục thể hiện như trên hình 2 - f. Hình 2: Biểu đồ mômen và kết cấu trục I 2.4.2. Trục II *Quy ước: gối đỡ i = 0 là gối đỡ bên phải theo hình 4, bánh răng côn i = 2 và bánh răng thẳng i = 3; chiều dương của các trục Ox, Oy, Oz cho như trên hình 4 - a; * Các thông số của trục: + Lực: Fx22 = 2214,5 (N); Fy22 = 779 (N); Fz22 = 206,8 (N); Fx23 = 5452 (N); Fy23 = 1658,5,5 (N); Fz23 = 2075,5 (N) ; + Kích thước: l21 = 242 (mm); l22 = 158 (mm); l23 = 87 (mm); + Bán kính các chi tiết quay: r23 = 114/2 = 57 (mm); r22 là bán kính trung bình của bánh răng côn bị dẫn, r22 = dm2/2 = zbrc2.mtm/2 = 113.2,625/2 = 148 (mm) với dm2, zbrc2 lần lượt là đường kính trung bình và số răng của bánh răng côn bị dẫn, mtm là môđun trung bình của bánh răng côn. a, Vẽ sơ đồ trục, sơ đồ chi tiết quay, lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục và chiều giả sử của các phản lực trên các gối đỡ như trên hình 4 - a. b, Tính các phản lực Fly và Flx trên các gối đỡ trong mặt phẳng zOy và zOx Gọi Flx20, Fly20, Flx21, Fly21 lần lượt là các phản lực theo các phương Ox và Oy trên các ổ lăn i = 0 và i = 1; Dời các lực ăn khớp trên bánh răng côn bị dẫn về trục, ta được một mômen uốn My* = Fz22.r22 =206,8.148=30606,4 (Nmm); và một mômen xoắn T2 = Fx22.r22 = 2214,5.148= 327746 (Nmm); Dời các lực ăn khớp trên bánh răng trụ về trục, ta được một mômen xoắn T3 = Fx23.r23 = 5452.57 = 310764 (Nmm), và một mômen uốn My** = Fz23.r23 = 2075,5.57=1182 (Nmm) thực ra trục phải chịu một mômen xoắn T = T2 = 327746 (Nmm) các lực và mômen sau khi dời về trục được biểu diễn trên hình 4 - b. Theo phương pháp cân bằng hình chiếu lực và mômen, ta tính được giá trị các phản lực như sau: SFx = -Flx20 - Flx21 + Fx22 + Fx23 = 0 suy ra Flx20 + Flx21 = Fx22 + Fx23 = 2214,5 + 5452 = 7666,5 (N); SMxo = Fx23.l23 + Fx22.l22 - Flx21.l21 = 0 suy ra Flx21 = (Fx23.l23 +Fx22.l22)/l21 = (5452.87 + 2214,5.158)/242 = 3405,8 (N); suy ra Flx20 = 7666,5 – 3405,8 = 4260,7 (N); SFy = Fly20 + Fly21 + Fy22 - Fy23 = 0 suy ra Fly20 + Fly21 = -Fy22 + Fy23 = -779 + 1658,5 = 879,5 (N); SMyo = Fy22.l22 - Fy23.l23 + Fly21.l21 + My*+My** = 0 suy ra Fly21 = (Fy23.l23 - Fy22.l22 - My*- My**)/l21 = (1658,5.87 - 779.158 -30606,4-1182)/242 = 154,785 (N); suy ra Fly20 = 879,5 - 154,785 = 724,7 (N); c, Vẽ biểu đồ mômen uốn Mx và My và biểu đồ mômen xoắn T Từ các lực và phản lực trên ta vẽ được các biểu đồ mômen uốn Mx và My và biểu đồ mômen xoắn T như trên hình 4 - c, d, e. d, Tính mômen uốn tổng Mj và mômen tương đương Mtđj tại các tiết diện j trên chiều dài trục Theo biểu đồ mômen, tại các tiết diện j = 03 theo thứ tự từ trái sang phải có: Mx0 = 0; My0 = 0; T0 = 0; Mx1 = 223644,456 (Nmm); My1 = 91254,02 (Nmm); T1 = 327746 (Nmm); Mx2 = 288200,715 (Nmm); My2 = 110375,4 (Nmm); T2 =327746 (Nmm); Mx3 = 0; My3 = 0; T3 = 0; Suy ra: (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); e, Tính đường kính trục tại các tiết diện j và định kết cấu trục Theo c.t. 10.17 [1]: Trong đó, [s] là ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, tra theo bảng 10.5 [1], với thép 45 tôi cải thiện có sb = 750 (MPa) và đường kính trục d = 30 (mm), ta chọn được [s] = 63 (MPa); Ta có: (mm); (mm); (mm); (mm); Hình 4: Biểu đồ mômen và kết cấu trục II Xuất phát từ các điều kiện về độ bền, lắp ghép, công nghệ và tiêu chuẩn, ta chọn đường kính các đoạn trục trên trục II như sau: d20 = 35 (mm); d21 = 40 (mm); d22 = 40 (mm); d23 = 35 (mm); Chọn kích thước vai gờ h và bán kính góc lượn R (hình 3) như sau: Khi d = 40 (mm) thì chọn h = 5 (mm) và với (D - d) = 5 (mm) chọn R = 2 (mm). Cuối cùng ta có kết cấu trục thể hiện như trên hình 4 - f. 2.4.2. Trục III *Quy ước: gối đỡ i = 0 là gối đỡ bên phải theo hình 5, bánh răng trụ bị dẫn i = 2 và nối trục đàn hồi i = 3; chiều dương của các trục Ox, Oy, Oz cho như trên hình 5 - a; * Các thông số của trục: + Lực: Fx32 = 5452 (N) ; Fy32 = 1658,5 (N); Fz32= 1658,5 (N); Fx33 = 3000 (N); + Kích thước: l31 = 242 (mm); l32 = 87 (mm); l33 = 96,5 (mm); + Bán kính chi tiết quay: r32 = 408/2 = 204 (mm); a, Vẽ sơ đồ trục, sơ đồ chi tiết quay, lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục và chiều giả sử của các phản lực trên các gối đỡ như trên hình 5 - a. b, Tính các phản lực Fly và Flx trên các gối đỡ trong mặt phẳng zOy và zOx Gọi Flx30, Fly30, Flx31, Fly31 lần lượt là các phản lực theo các phương Ox và Oy trên các ổ lăn i = 0 và i = 1; Dời các lực ăn khớp trên bánh răng trụ bị dẫn về trục, ta được một mômen xoắn T2 = Fx32.r32 = 5452.204 = 1112208 (Nmm); Và một mômen uốn My* = Fz32. r32= 1658,5.204 =33833 (Nmm); Các lực và mômen sau khi dời về trục được biểu diễn trên hình 5 - b. Theo phương pháp cân bằng hình chiếu lực và mômen, ta tính được giá trị các phản lực như sau: SFx = Flx30 + Flx31 - Fx32 + Fx33 = 0 suy ra Flx30 + Flx31 = Fx32 - Fx33 = 5452 - 3000 = 2452 (N); SMxo = -Fx33.l33 - Fx32.l32 + Flx31.l31 = 0 suy ra Flx31 = (Fx33.l33 +Fx32.l32)/l31 = (3000.96,5 + 5452.87)/242 = 3156 (N); suy ra Fl30 = 2452 - 3156 = -704 (N), dấu trừ chứng tỏ chiều Flx30 mà ta giả sử là sai, chiều thực tế phải ngược lại (hình 5 - b). SFy = -Fly30 - Fly31 + Fy32 = 0 suy ra Fly30 + Fly31 = Fy32 = 1658,5 (N); SMyo = Fy32.l32 - Fly31.l31 +My*= 0 suy ra Fly31 = (Fy32.l32 +My*) /l31 = (1658,5.87+33833 )/242 = 735 (N); suy ra Fly30 = 1658,5 - 736 = 922,5 (N); c, Vẽ biểu đồ mômen uốn Mx và My và biểu đồ mômen xoắn T Từ các lực và phản lực trên ta vẽ được các biểu đồ mômen uốn Mx và My và biểu đồ mômen xoắn T như trên hình 5 - c, d, e. Hình 5: Biểu đồ mômen và kết cấu trục III d, Tính mômen uốn tổng Mj và mômen tương đương Mtđj tại các tiết diện j trên chiều dài trục Theo biểu đồ mômen, tại các tiết diện j = 03 theo thứ tự từ trái sang phải có: Mx0 = 0; My0 = 0; T0 = 0; Mx1 = 396543,425 (Nmm); My1 = 87271,325 (Nmm); T1 =1112208 (Nmm); Mx2 = 241250,51 (Nmm); My2 = 0; T2 = 1112208 (Nmm); Mx3 = 0; My3 = 0; T3 = 1112208 (Nmm); Suy ra: (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); (Nmm); e, Tính đường kính trục tại các tiết diện j và định kết cấu trục (mm); (mm); (mm); (mm); Xuất phát từ các điều kiện về độ bền, lắp ghép, công nghệ và tiêu chuẩn, ta chọn đường kính các đoạn trục trên trục III như sau: d30 = 50 (mm); d31 = 55 (mm); d32 = 50 (mm); d33 = 48 (mm); Chọn kích thước vai gờ h và bán kính góc lượn R (hình 3) như sau: Khi d = 40 (mm) thì chọn h = 7 (mm) và với (D - d) = 7 (mm) chọn R = 3 (mm). Cuối cùng ta có kết cấu trục thể hiện như trên hình 5 - f. 2.5 Tính các mối ghép then Dựa vào bảng 9.1 a [1] và đường kính các đoạn trục, ta có các thông số của các then bằng trên các đoạn trục lắp chi tiết quay như bảng sau (Bảng 5): Ký hiệu đoạn trục kj Đường kính trục dkj, mm Kích thước tiết diện then Chiều sâu rãnh then Bán kính góc lượn của rãnh r b h Trên trục t1 Trên lỗ t2 10 và 13 22 6 6 3,5 2,8 0,2 21 và 22 40 12 8 5 3,3 0,3 31 55 16 10 6 4,3 0,35 33 48 14 9 5,5 3,8 0,4 Các kích thước trong Bảng 5 có đơn vị mm, xem trong hình 6 dưới đây: Hình 6: Minh hoạ các kích thước của then bằng Chiều dài then lt trên các đoạn trục thường lấy bằng 0,8 0,9 chiều dài may ơ rồi tiến hành kiểm nghiệm then bằng về độ bền dập theo c.t. 9.1 [1]: và kiểm nghiệm độ bền cắt theo c.t. 9.2 [1]: Trong đó: + sd và tc là ứng suất dập và ứng suất cắt tính toán, MPa; + T là mômen xoắn trên trục, Nmm; + d là đường kính trục, mm; + lt, b, h, t1 là các kích thước trong bảng 5, mm; + [sd] là ứng suất dập cho phép, tra bảng 9.5 [1], với vật liệu may ơ bằng thép, dạng lắp cố định và đặc tính tải trọng tĩnh (làm việc êm) thì [sd] = 150 (MPa); + [tc] là ứng suất cắt cho phép, MPa, với then làm bằng thép 45 và chịu tải trọng tĩnh ta lấy [tc] = 60 90 (MPa); Các số liệu tính toán trên được cho trong bảng 6 dưới đây: Tiết diện trục kj Chiều dài may ơ lmkj Chiều dài then ltkj Mômen xoắn Tk sd tc mm mm Nmm MPa MPa 10 và 13 35 30 87196,3 68,2 29,32 21 55 48 327746 79,4 17,6 22 90 80 327746 48,7 18,16 31 90 80 1112208 99 29,74 33 110 95 1112208 108,7 28,2 Bảng 6: Chiều dài và các ứng suất tính toán của các then Như vậy, các then ta chọn đều thoả mãn điều kiện bền dập và điều kiện bền cắt. 3. Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi a, Với thép 45 tôi cải thiện có sb = 750 (MPa), ta có giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng s-1 và t-1 như sau: s-1 = 0,436sb = 0,436.750 = 327 (MPa); t-1 = 0,58s-1 = 0,58.327 = 189,66 (MPa); và là các hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra theo bảng 10.7 [1], ta có = 0,1; = 0,05. b, Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó, biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp tại tiết diện j (saj, smj) được tính theo c.t. 10.22 [1]: saj = (smaxj - sminj)/2 = smaxj = Mj/Wj, với Wj là mômen cản uốn tại tiết diện j, (mm3) tính theo bảng 10.6 [1]; smj = (smaxj + sminj)/2 = 0; Vì trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, do đó, biên độ và trị số trung bình của ứng suất tiếp tại tiết diện j (taj và tmj) được tính theo c.t. 10.23 [1]: taj = tmj = tmax/2 = Tj/(2Woj), với Woj là mômen cản xoắn tại tiết diện j, (mm3) tính theo bảng 10.6 [1]. c, Xác định hệ số an toàn trên các tiết diện nguy hiểm của trục: Dựa theo kết cấu trục và các biểu đồ mômen tương ứng trên các hình 2, 4, 5, ta thấy các tiết diện sau đây là các tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra về độ bền mỏi: trên trục 1 là cả bốn tiết diện từ (10) đến (13), trên trục 2 là các tiết diện lắp bánh răng côn (21) và lắp bánh răng trụ (22), trên trục 3 là các tiết diện (31) lắp bánh răng trụ, ổ lăn (32) và tiết diện lắp nối trục đàn hồi (33); d, Chọn kiểu lắp ghép: các ổ lăn lắp trên trục theo k6, lắp các bánh răng, bánh đai, nối trục theo k6 kết hợp với lắp then. Kích thước các then theo bảng 5 và trị số của Wj và Woj tính theo bảng 10.6 [1] ứng với các tiết diện như bảng sau: Tiết diện kj Đường kính trục dkj b x h t1 Wkj (mm3) Wokj (mm3) 10 và 13 22 6 x 6 3,5 882 1927,38 11 và 12 25 - - 1534 3068 21 và 22