Đề tài " Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc " pdf

TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang

Lun vn
ti: " Thit k cỏc b truyn
trong hp gim tc "
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
1
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
LI NOI U
Mụn hoc Chi tiờt may la mụt mụn hoc quan trong va cõn thiờt ụi vi
sinh viờn nghanh c khi noi chung va nghanh cụng nghờ ụ tụ noi riờng. Bai
tõp ln Chi tiờt may cung la mụt phõn khụng thờ thiờu c vi no cung cõp
cac kiờn thc c s vờ kờt cõu cung nh c s thc tờ sau khi a hoc qua ly
thuyờt. Nhng vi la lõn õu tiờn vi mụt cụng viờc mi me la võn dung ly
thuyờt ờ giai quyờt nhng võn ờ co liờn hờ mõt thiờt vi san xuõt,thiờt kờ ra
nhng chi tiờt va bụ phõn may co hinh dang va kich thc cu thờ, nờn cung
khụng thờ tranh khoi lung tung. Bai tõp ln mụn hoc Chi tiờt may la tụng hp
nhiờu kiờn thc cac mụn hoc nh: sc bờn võt liờu,c hoc ly thuyờt, nguyờn ly
may,chi tiờt may ,dung sai do võy sau khi lam xong bai tõp ln mụn hoc
Chi tiờt may cang hiờu ro cac mụn hoc co mụi liờn quan va mụi quan hờ cht
che vi nhau. May moc hõu hờt dõn ụng bng c khi ma mụn hoc nay lai co
tinh toan va thiờt kờ hờ dõn hờ thụng ụng c khi va no la c s ờ thiờt kờ cac
mụn hoc khac. Viờc lam bai tõp ln mụn hoc nay giup cho sinh viờn co tinh
cõn thõn va ti mi trong thiờt kờ. o la cac yờu tụ rõt cõn cho ngi lam c khi.
Trong qua trinh hoan thanh bai tõp ln khụng thờ tranh khoi sai sot do
thiờu kinh nghiờm va kiờn thc thc tờ. Vi võy kinh mong s chi bao va giup
cua thõy ờ em hoan thanh bai tõp ln c tụt hn.
ờ hoan thanh c bai tõp ln nay em xin chõn thanh cam n thõy
Ngụ Vn Giang a tõn tinh chi dõn giup em hoan thanh tụt bai tõp ln mụn
hoc Chi tiờt may.

Vinh,ngay 07 thang 12 nm 2011.

SVTH : ng Vn Hoan
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
2
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
Mục lục
1. Chọn động cơ : 3
2. Phân phối tỉ số truyền 5
3. Tính toán các thông số động học 5
II. Thiết kế các bộ truyền trong V ngoài hộp giảm tốc 6
III. Tính toán thiết kế trục,chọn then,khớp nối 13
1. Xác định sơ đồ đặt lực 13
2. Chọn vật liệu chế tạo: 14
3. Xác định sơ bộ đờng kính trục 14
4. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 15
5. Xác định phản lực tại các gối đỡ 16
6. Tính chính xác đờng kính các đoạn trục 17
7. Kiểm nghiêm về độ bền mỏi 20
8. Tính và kiểm nghiệm độ bền của then 24
IV. Tính toán thiết kế ổ lăn 24
1. Chọn ổ lăn đối với trục I ( trục vào ) 24
2. Chọn ổ lăn cho trục II của hộp giảm tốc 26
3. Chọn ổ lăn cho trục II của hộp giảm tốc: 27
4. Các thông số cơ bản của ổ lăn trong hộp giảm tốc khai triển th-
ờng 29
V. Xác định các thông số của vỏ hộp 29
1. Các kính thớc cơ bản của vỏ hộp 29
2. Các chi tiết khác 31
VI. Chế độ bôi trơn và lắp ghép 32

Tài liệu tham khảo 34
3
I. Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền.
1. Chọn động cơ :
a) Xác định công suất cần thiết trên trục động cơ.

lv
ct
N
N

=
Trong đó:
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
3
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang

.
1000
lv
P v
N =
=
6000.0,8
1000
= 4,8 (kw)

2
. . .
x ol br k

=
Với:


_hiệu suất bộ truyền xích.

ol

_hiệu suất 1 cặp ổ lăn.

br

_hiệu suất 1 cặp bánh răng.

k

_hiệu suất khớp nối.
Theo bảng 2-1(trang 27 sách TKCTM) chọn


=0,92 ;
ol

=0,995;
br

= 0,97;
k

= 1

2
0,92.0,995 .0,97.1 0,88

= =


4,8
5,45
0,88
ct
N = =
(kw)
b) Xác định tốc độ đồng bộ động cơ điện.

.
sb lv t
n n u
=

60000.
.
t
lv
v
n
D

=

Với v_vận tốc xích tải
D_Đờng kính tang quay

60000.0,8
38,2
3,14.400
lv
n = =
(v/p)

.
t x h
u u u
=
Từ bảng 2-2 (32) vì là loại bánh răng rụ cấp 1 nên
3 7
h
u = ữ
chọn u
h
= 3,8
Tỷ số truyền xích chọn
2 6
x
u
= ữ
và chọn u
x
= 4

4.3,8 15,2
t
u = =

38,2.15,2 435,48
sb
n = =
(v/p)
Chọn số vòng quay đồng bộ 450 v/p.
Với
ct
N
= 5,45 kw, n
đb
= 450 v/p tra b ng P1.3 trang 238. chọn động cơ
có số hiệu 4A132M8Y3 có
dc
N
=5,5 kw, n
đc
=716 v/p
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
4
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
2. Phân phối tỉ số truyền.
a) Xác định tỉ số truyền chung

970
19,03
50,96

dc
c
t
n
u
n
= = =

b) Phân phối tỉ số truyền.
Chọn u
x
= 4
Mà u
c
= u
x
.u
br
= 19,03

19,03
4,76
4
c
br
x
u
u
u
= = =

3. Tính toán các thông số động học.
Xác định các công suất trên trục.

8,4
9,18
. 0,92.0,995
lv
t
x ol
N
N

= = =
(kw)

2
9,18
9,51
. 0,995.0,97
t
ol br
N
N

= = =
(kw)

2
1
9,51

9,85
. 0,995.0,97
ol br
N
N

= = =
(kw)

1
9,85
9,85
1
dc
k
N
N

= = =
(kw)
Xác định số vòng quay của trục.
n
1
= n
đc
= 970 (v/p)

1
2
970

203,78
4,76
br
n
n
u
= = =
(v/p)

2
203,78
50,95
4
t
x
n
n
u
= = =
(v/p)
Xác định mômen xoắn trên trục.

6 6
1
9,85
9,55.10 . 9,55.10 . 96976
970
dc
dc
x

N
M
n
= = =
(Nmm)

1
6 6
1
1
9,85
9,55.10 . 9,55.10 . 96976
970
x
N
M
n
= = =
(Nmm)

2
6 6
2
2
9,51
9,55.10 . 9,55.10 . 445679
203,78
x
N
M

n
= = =
(Nmm)

6 6
9,18
9,55.10 . 9,55.10 . 1720686
50,95
t
t
x
t
N
M
n
= = =
(Nmm)

BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
5
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
II. Thiết kế các bộ truyền trong V ngoài hộp giảm
tốc.
II.1. Tính bộ truyền ngoài Bộ truyền xích
Từ tính toán trên ta có những số liệu:
Công suất trên trục: N = N
2
= 9,51 KW
Tốc độ quay của trục: n=203,78 (vòng/phút)
Tỉ số truyền u = u

x
= 4.Tải trọng va đập vừa, bộ
truyền nằm ngang
1. Chọn loại xích :
Do vận tốc và công suất truyền không cao cho nên ta chọn loại
xích con lăn.
2. Xác định các thông số của bộ truyền.
Dạng hỏng chủ yếu và nguy hiểm nhất là mòn, do đó ta tính
xích theo độ bền mòn.
-Theo bảng 5.4 (sách tính toán thiết kế tr 80-T1 ) ứng với u =
4, ta chọn số răng đĩa nhỏ Z
1
= 23, từ đó ta có số răng đĩa lớn
Z
2
= u. Z
1
= 115
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
6
1,4T
1
T
1
0,7T
1
2-3s
t
1
t

2
t
ck
Sơ đồ tải trọng
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
- Bớc xích( t ) đợc xác định theo công thức tính toán ( công
thức 12-22) và tra bảng 12.5 [ giáo trình chi tiết máy T2 tr
12-15 ]
Ta có
Tải trọng va đập vừa, lấy K
đ
= 1,5 hệ số tải trọng động
Chọn khoảng cách trục a 40.t
K
a
= 1 hệ số chiều dài xích
Bộ truyền nằm ngang
K
o
= 1 hệ số xét đến cách bố
trí bộ truyền
Bộ truyền có thể điều chỉnh đợc
K
đc
= 1- hệ số xét đến khả năng
điều chỉnh
Chọn phơng án bôi trơn định kỳ
K
b
= 1,5 - hệ số xét đến điều

kiện bôi trơn
Bộ truyền làm việc 2 ca
K
c
= 1.25 - hệ số kể đến chế độ
làm việc
Theo công thức 5.4 (sách tính toán thiết kế ) ta có hệ số điều kiện
sử dụng xích K = K
đ
. K
a
. K
o
. K
đc
. K
b
. K
c

=1,5 . 1 . 1 . 1 . 1,5 . 1,25 = 2,81
Hệ số răng đĩa dẩn K
Z
= 25/ Z
1
= 1,09
Hệ số vòng quay K
n
= n
0

/ n
1
= 50/ 80 = 0,625 ; với n
0
= 50 vg/ph
Hệ số xét đến số dãy xích K
x
= 1 chọn xích một dãy.
Theo công thức 12 22 (giáo trình chi tiết máy T2 tr 12-15) ta
có công suất tính toán là
N
tt
= K . K
Z
. K
n
. N / K
x

= 2,81 . 1,09 . 0,625 . 2,07 / 1 = 3,64 KW
theo bảng 5.5 (sách tính toán thiết kế T1) với n
0
= 50 vg/ ph,
ta chọn bộ xích một dãy có bớc xích t = 31,75 mm thoả mãn điều
kiện bền mòn N
tt
< [N] = 5,83 KW đồng thời theo bảng 5.8 thì
thoả mãn điều kiện t < t
max
- khoảng cách trục sơ bộ a = 40 . t = 40 . 31,75 =1270 mm

Số mắt xích đợc xác định theo công thức
X= 2.a/ t + 0,5( Z
1
+ Z
2
) + (Z
2
- Z
1
)
2
. t / 4
2
.a
Thay số ta đợc X = 131.6
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
7
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
Ta chọn số mắt xích là X = 132 ( mắt ).
Ta tính chính xác khoảng cách trục a theo công thức

( ) ( )
[ ]
( )
[ ]

+++=
2
12
2
2121
/Z2Z0,5-XZ0,5-X 25,0

ZZZta
thay số ta đợc a = 1276,75 mm
để xích không phải chịu lực căng quá lớn ta giảm khoảng
cách trục a vừa tính đợc một lợng a = ( 0,002 0,004).a
do đó ta lấy a = 1274 mm
Số lần va đập của xích:
i = Z
1
. n
1
/ (15. X) = 25 . 80/ (15 . 132) 1< [i] = 25
(bảng 5.9)
Đờng kính các đĩa xích
Theo công thức 5.17 (sách tính toán thiết kế tr 86-T1 )
Ta có :
Đờng kính đĩa xích dẫn
d
1
= t/sin(/Z
1
) = 31,75 / sin(/25) = 253,32 mm
Đờng kính đĩa xích bị dẫn

d
1
= t/sin(/Z
2
) = 31,75 / sin(/75) = 758,2 mm
Lực tác dụng lên trục đĩa xích đợc xác định theo công
thức
F
r
= K
t
. F
t
= 6. 10
7
.K
t
.N/ Z
1
. n
1
. t
Trong đó K
t
= 1,15 là hệ số xét đến trọng lợng của
xích tác dụng lên trục ( ở đây bộ truyền nằm ngang )
Thay số ta có
F
r
= 6. 10

7
.1,15 . 2,07/ 25 . 80 . 31,75 = 2249.3 (N)
ii.2. TíNH Bộ TRUYềN BáNH RĂNG TRONG HộP GIảM TốC
Vì là hộp giảm tốc đồng trục, đã chọn tỷ số truyền u
1
= u
2
do
đó bộ truyền cấp nhanh không dùng hết khả năng tải cho nên
ta tính bộ truyền cấp chậm trớc , bộ truyền cấp nhanh có thể
lấy gần nh toàn bộ số liệu của bộ truyền cấp chậm
A. tính bộ truyền cấp nhanh ( bộ truyền trục vít- bánh vít )
1. Tính vận tốc sơ bộ
v
s
=
3 2 3 2
3
3
1 1
8,8.10 . . . 8,8.10 . 9,85.4.80 4,10( / )N u n m s

= =
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
8
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
Chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh thiếc bP 10-1
Chọn vật liệu làm trục vít là thép 45, tôi bề mặt đạt độ rắn HRC 45
2. Tính ứng suất cho phép
Theo bảng 7.1[I]/146 với bánh vít làm bằng vật liệu nh trên đúc

trong khuôn cát có

b
=120(MPa),
ch
= 280 (MPa).
Tính ứng suất tiếp xúc cho phép [
H
]
N
HE
=60.

=
N
i
iii
tnTT
1
4
22
)/(
trong đó n
i
, T
2i
, số vòng quay trong 1 phút và mô men xoắn trên
bánh vít trong chế độ thứ i ,i = 1,2 , N, N số thứ tự chế độ làm việc ,
t
i

số giờ làm việc trong chế độ thứ i , T
2i
là trị số đợc dùng để tính
toán , T
2
là mô men xoắn lớn nhất trong các trị số
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
9
1,4T
1
T
1
0,7T
1
2-3s
t
1
t
2
t
ck
Sơ đồ tải trọng
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
thay số ta có N
HE
= 60.23000 (1
4
5 + 0,5
4
.3) = 1,681.10

6

K
HL
=
7 6
8
10 /1,681.10 1,25=
[
Ho
] = 0,85 .
b
= 0,85.120 = 170 (MPa)
[
b
] = [
Ho
]. K
HL
= 170.1,25 = 212,5 (MPa)
Tính ứng suất uốn cho phép
N
FE
= 60.

=
N
i
iii
tnTT

1
9
22
)/(
= 60.5400. (1
9
.5 + 0,5
9
.3) = 1,622.10
6
K
FL
=
6 6 6
9
9
10 / 10 /1,622.10 0,948
FE
N = =
[
Fo
] = 0,25.
b
+ 0,08.
ch
= 52,4 (MPa)
[
F
] = [
Fo

] . K
FL
= 52,4 .0 ,948 = 49,68 (MPa)
ứng suất quá tải
Với bánh vít bằng đồng thanh thiếc
[
H
]
max
= 4.
ch
= 4.280 = 1120 (MPa);
[
F
]
max
= 0,8.
ch
= 0,8.280 = 224(MPa);
3 .Tính thiết kế
- Xác định a

: Chọn sơ bộ K
H
= 1,2 .
Với u = 5 chọn z
1
= 7 do đó z
2
= z

1
.u = 7.5 = 35 răng
Mô men xoắn trên trục 2 là T
2
= 254603 (Nmm)
Chọn hệ số đờng kính trục vít q = 10
Tính khoảng cách trục sơ bộ
vì tải trọng thay đổi không đáng kể do đó chọn hệ số tập trung tải
trọng là
K
H

= K
F

= 1 .
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
10
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
theo bảng 11.5 [CTMT1]
***
với vận tốc trợt là v = 4,1 (m/s) ta chọn
cấp chính xác chế tạo là cấp 8 do đó hệ số tải trọng động K
Hv
= K
Fv

= 1,2
a

=
3
2
2
2
2

].[
170
)(
q
KKT
z
qz
HvH
H










+
a

=

)(132
10
3,1.1.254603
]177.36
170
)1036(
3
2
mm=








+
Mô đun m = 2.a

/(z
2
+ q) = 2.132/46 = 5,73 (mm)
Lấy theo tiêu chuẩn chọn mô đun m = 6,3 (mm)
a

=
)(9,144
2
46.3,6

)(
2
2
mmqz
m
==+
vận tốc trợt v
t
=
)/(86,4102
19100
1445.3,6
.
19100
.
222
1
1
smqz
nm
=+=+
tính góc vít
tg = z
1
/q = 2/10 = 0,2 = 11
0
18
từ bảng 11.3 [CTMTI] /198 với góc vít trên ta chọn đợc hệ số ma sát
f = 0,026. và góc ma sát = 1
0

30
hiệu suất bộ truyền =
82,0
)(
.95,0 =



tg
tg
Kiểm nghiệm ứng suất uốn
Tính số răng tơng đơng
z
tđ
= z
2
/cos
3
() = 36/ cos
3
(11
0
18) = 38 răng
tra bảng 11.6 [CTMT1]/203 ta có hệ số dạng răng Y
F
= 1,6
Đờng kính vòng chia bánh vít : d
2
= m.z
2

= 6,3.36 = 227 (mm)
Đờng kính vòng chia trục vít : d
1
= m.q = 6,3. 10 = 63 (mm)
Đờng kính vòng đỉnh trục vít :
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
11
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
d
a1
= d
1
+ 2.m = 63 + 2.6,3 = 75,6 (mm)
Chiều rộng b
2
của bánh vít : b
2
= 0,75.d
a1
= 0,75.75,6 = 56 ( mm )
ứng suất uốn trong răng bánh vít

F
=
=
n
FvFF
mdb
KKYT

4,1
22
22

)(37,9
17,4.8,226.56
81,1.1.6.1.254603.4,1
MPa=
< [
F
]
m
n
= m cos () = 6,3 . cos (11
0
18) = 4,17 (mm)
Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc
hệ số K
t
=


=+= 8125,0
8
3
.5,0
8
5
.1
.

max22
2
i
ii
tT
tT
K
H

= 1 + (z
2
/)
3
(1 K
t
)
chọn theo bảng 7.5 [I]/153 ta có : = 86
K
H

= 1 + (36/86)
3
(1-0,8125) = 1,01
ta có K
Hv
= 1,3. ứng suất tiếp xúc

H
=
qKTaqzz

H
/]/)[()/170(
2
3
22

+
=
6,14710/2,1.254603]9,149/)1036[()36/170(
3
=+
(MPa) < [
H
]
4. Các thông số bộ truyền
Khoảng cách trục: a

= 144,9 (mm)
Mô đun : m = 6,3 (mm)
Hệ số đờng kính : q = 10
Tỷ số truyền : u = 4
Số ren trục vít và số răng bánh vít : z
1
= 2; z
2
= 36
Hệ số dịch chỉnh bánh vít : x
2
= 0
Góc vít : = 11

0
18
Chiều dài phần cắt ren của trục vít: b
1
= 90 mm
Chiều rộng bánh vít : b
2
= 0,75.da1 = 0,75.75,6 = 56 (mm)
Đờng kính vòng đỉnh bánh vít :
d
a2
= m(z
2
+2+2.x) = 6,3.(36+2 ) = 239,4 (mm)
Đờng kính ngoài bánh vít :
d
aM2
= d
a2
+1,5.m = 239,4+1,5.6,3 = 248,8(mm);
Đờng kính chia : d
1
= 63 (mm); d
2
= 277 (mm)
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
12
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
Đờng kính đỉnh : d
a1

= 48,88 (mm); d
a2
= 239,4 (mm)
Đờng kính đáy : d
f1
= 47,88 (mm); d
f2
= 211,68 (mm)
5.Tính nhiệt truyền động trục vít
Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc

)(].3,0)1(7,0[
)1(1000
0
1
ttKtqK
P
A
dt
++

=


=

=)//(
ckiick
ttPt
8/(5 + 0,5.3) = 1,23

Chọn K
t
= 8 W/(m
2

0
C ) ; = 0,25 ; t
o
= 25
0
;K
t q
= 29;
A =
)(38,0
65.23,1].29.3,0)25,01.(8.7,0[
7,2).82,01(1000
2
m=
++


6.Tính lực tác dụng lên bộ truyền
F
t1
= F
a2
= 2.T
1
/d

1
= 2.17844/63 = 566(N)
F
t2
= F
a1
= 2.T
2
/d
2
= 2.254603/226,8 = 2245(N)
F
r1
= F
r2
= F
t2
.tg/cos = 2245.tg(20)/cos(11
0
18) = 833(N)
.
III. Tính toán thiết kế trục,chọn then,khớp nối.
Từ tính toán trên ta có số liệu ban đầu:
Công suất trục vào (trục I ) là P
I
= 9,85 kw , n
I
= 50,95 vòng/phút,
T
1

=96976 Nmm ở đầu vào nối với động cơ có lắp nối trục vòng đàn hồi.
Công suất trên trục II là P
II
= 9,51 Kw , n
II
= 203,78 vòng/phút,
T
2
=445679Nmm.
1. Xác định sơ đồ đặt lực.
Theo công thức 10.1[1], các lực tác dụng lên trục:
Trục 1:
F
t1
=2T
1
/d
w11
=2.96976/56=3463 N
F
r1
=F
t1
.tg
tw
/cos=3463.tg20/1=1259 N
F
a1
=0
Lực tác dụng tại khớp nối:

F
k
=0,25.2.T
1
/D
t
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
13
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
Với D
t
=120 mm _ đờng kính vòng tròn qua tâm các chốt của
nối trục đàn hồi.
F
k
=0,25.2.96976/120=404 N
Trục 2:
F
t2
=F
t1
=3463 N
F
r2
=F
r1
=1259 N
F
a2
=0

F
t3
=2T
2
/d
w21
=2.445679/64=13927 N
F
r3
=F
t3
tg
tw
/cos=13927.tg20
0
43/0,9615=86907 N
F
a3
=F
t3
.tg=86907.tg15
0
56=13962 N
Lực của bộ truyền xích:
F
Xt
=F
X
sin45
0

=3479.sin45
0
=2460 N
F
Xr
=F
X
cos45
0
=3479.sin45
0
=2460 N
Sơ đồ đặt lực:
2. Chọn vật liệu chế tạo:
Thép 45 tôi cải thiện có
b
= 850 MPa, ứng suất xoăn cho phép []= 15-30
MPa.
3. Xác định sơ bộ đ ờng kính trục.
Trục I
Theo CT10.9[1], đờng kính trục:
[ ]
3
1
1
2,0

T
d =
Với T

1
=96976 Nmm , chọn []=30 MPa

3
1
96976
25,28
0,2.30
d = =
mm
Vì trục nối với động cơ bằng khớp nối nên lấy d
1
=0,8d
đc
=0,8.32=25,6 mm
Chọn d
1
=25 mm.
Trục II, với T
2
=445679 Nmm, chọn [

]=40 MPa
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
14
F
a
4
F
r

F
a
4
F
t2
F
t1
F
r2
F
a
1
F
r1
F
r3
F
a
3
F
t2
F
t4
F
a
2
n
2
n
1

n
3

Sơ đồ dặt lực
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang

[ ]
2
3
3
2
445679
38,19
0,2 0,2.40
T
d

= = =
mm
3.1. loại then cho trục II
Kích thớc rãnh then trên trục ở đoạn lắp mayơ khớp nối (Bảng 9.1a[1]):
d=40 mm Chiều rộng rãnh then b=12 (mm),
Chiều sâu rãnh then t=5 (mm),
Chiều dài rãnh then l
t
=60 (mm),
Rãnh then đợc phay bằng dao phay đĩa, tải trọng va đập, dạng lắp cố
định.
Kiểm tra điều kiện bền dập:
( )

MPa

.,.
tdl
T
t
d
24
56040
109714222
3
1
===
Với [
d
] =27(MPa) (mayơ làm bằng gang, tra bảng 9.5[1])

d
<[
d
].
Chọn d
2
=32 mm
4. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực.
Tính với trục II
Theo bảng 10.2[1] chiều rộng ổ lăn b
0
=21 mm
Theo CT 10.10[1] chiều dài mayơ bánh răng l

m2
=1,4d
1
=1,4.32=45
mm
Theo CT 10.13[1] chiều dài mayơ nửa khớp nối trục đàn hồi
l
m13
=1,8d
1
=1,8.32=58 mm
Theo bảng 10.3[1] ta chọn các khoảng cách:
k
1
=10 mm _ khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến
thành trong của hộp hoặc khảng cách giữa các chi tiết quay.
k
2
=10 mm _ khoảng cách từ măt mút ổ lăn đến thành tỏng của
hộp.
k
3
=10 mm _ khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp
ổ.
H
n
=15 mm
Theo bảng 10.4[1] các khoảng cách còn lại:
l
22

=0,5(l
m22
+b)+k
1
+k
2
=0,5(45+21)+10+10=53 mm
l
23
=l
22
+0,5(l
m22
+l
m23
)+k
1
=53+0,5(45+45)+10=108 mm
l
21
=l
m22
+l
m23
+3k
1
+2k
2
+b=45+45+3.10+2.10+21=161 mm
Tính trục I

l
11
=l
21
=161 mm
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
15
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
l
12
=0,5(l
m13
+b)+k
3
+h
n
=0,5(58+21)+10+15=64,5 mm
l
13
=l
21
-l
23
=161-108=53 mm
5. Xác định phản lực tại các gối đỡ.
Trục số I
Phơng trình cân bằng mômen:


== 05,6453161

110 ktxy
FFFm
F
x10
=(64,5F
k
+53F
t1
)/161=(64,5.151+53.1294)/161=486 N


== 053161
110 ryx
FFm
F
y10
=53F
r1
/161=53.471/161=155 N


=++= 0
11110 kxtxx
FFFFF
F
x11
= F
t1
- F
x10

-F
k
=1294-486-151=657 N


=+= 0
11110 yryy
FFFF
F
y11
=F
r1
-F
y10
=471-155= 316 N
biểu đồ momen.
M
x1
=F
y10
.l08=155.108=16740 Nmm
M
y12
=108.F
x10
=108.486=52488 Nmm
M
y11
=64,5.151=9740 Nmm
Trục II

Phơng trình cân bằng mômen:


=++= 03253108161
2320 arryx
FFFFm
F
y20
=(108F
r3
-32F
a
-53F
r2
)/161=(108.1482-32.1075-53.471)/161
=625 N


== 053108161
2320 ttxy
FFFm
F
x20
=(108F
t3
+53F
t2
)/161=(108.3767+53.1294)/161=2953 N

=+= 0
221320 txtxx
FFFFF
F
x21
= F
t3
- F
x20
+F
t2
=3767-2953+1294=2108 N


=++= 0
212320 yrryy
FFFFF

F
y21
= F
r3
-F
y20
- F
r2
=1482-625-471=386 N
Biểu đồ mômen lực:
M
x23

=53F
y20
=53.=33125 Nmm
M
x22
=53F
y21
=53.42=20458 Nmm
M
y23
=53F
x20
=53.2953=156509 Nmm
M
y22
=53F
x21
=53.2108=111724 Nmm
Phơng trình cân bằng mômen:


=+= 0931615358
4314 ayrxrx
FFFFm
F
y31
=(58F
xr
+53F
r4

-93F
a4
)/161
=(58.2460+53.3767-93.1075)/161=1505 Nmm


=+= 01615358
314 xtxty
FFFm
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
16
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
6. Tính chính xác đ ờng kính các đoạn trục.
a. Mômen tại các tiết diện nguy hiểm.
Theo CT10.15 và 10.16[1] mô men tơng đơng tác dụng lên trục:

22
yx
MMM +=

22
75,0 TMM
td
+=
Truc I
Tại tiết diện 1
M
11
= 96976 Nmm
M

tđ11
=
( )
2 2
96976 0,75.142970 157272 Nmm
+ =
Tại tiết diện 2 lắp bánh răng

550935248816740
222
12
2
1212
=+=+=
yx
MMM
Nmm

6340236232.75,05509375,0
222
2
2
1212
=+=+= TMM
td
Nmm
Tại tiết diện lăp khớp nối
M
k
=0

3137836232.75,075,0
22
=== TM
tdk
Nmm
Trục II
Tại tiết diện 2:

11358211172420458
222
2
2
222
=+=+=
yx
MMM
Nmm
2 2 2 2
22 22 2
0,75 113582 0,75.445679 402334
td
M M T= + = + =
Nmm
Tại tiết diện 3:

17045415650967525
222
3
2

323
=+=+=
yx
MMM
Nmm
2 2 2 2
23 23 2
0,75 170454 0,75.445679 421932
td
M M T= + = + =
Nmm
a. Xác đờng kính tại các tiết diện nguy hiểm.
Trục I
Theo CT 10.17[1] xác định đờng kính trục với []=67 MPa

[ ]
0,17
67.1,0
32854
.1,0
3
3
1
1
===

td
M
d
mm

Chọn d
1
theo tiêu chuẩn lắp ổ lăn, d
1
=20 mm

[ ]
2,21
67.1,0
63402
.1,0
3
3
2
2
===

td
M
d
mm
Chọn d
2
=25 mm

[ ]
7,16
67.1,0
31378
.1,0

3
3
===

tdk
k
M
d
mm
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
17
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
Chọn d
k
=17 mm
Trục II
Với d<30, chọn [] = 67 MPa theo bảng 10.5[1].

[ ]
5,28
67.1,0
155735
.1,0
3
3
2
2
===

td

M
d
mm
Chọn 30 mm
Tại tiết diện 3, với d<50mm chọn []=55 MPa theo bảng 10.5[1].

[ ]
2,33
55.1,0
201015
.1,0
3
3
3
3
===

td
M
d
mm
Chọn 30 mm

[ ]
7,41
50.1,0
364368
.1,0
3
3

30
30
===

td
M
d
mm
Vì lắp ổ lăn nên chọn d
30
=45 mm

[ ]
2,43
50.1,0
403019
.1,0
3
3
32
32
===

td
M
d
mm
Chọn 48 mm
Xuất phát từ yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ đờng kính các
đoạn trục nh sau:

Trục I
d
10
=d
11
=20 mm; d
12
=25 mm; d
k
=17 mm
Trục II
d
20
=d
21
=25 mm; d
22
=30 mm; d
23
=30 mm
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
18
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
19
M
y
M
x
T

96976
96976
96976
Biểu đồ mô men trục I
25
30
35,2
8
30
F
a1
n
1
F
t1
F
a1
F
1x
F
0x
l
12
l
13
l
11
1
F
k

F
0y
3
0
2
F
1y
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
7. Kiểm nghiêm về độ bền mỏi.
Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục II
Trục II, ta thấy có 2 tiết diện nguy hiểm đó là tiết diện 0 và tiết diện 5,
vì vậy cần kiêm nghiệm về độ bền mỏi của chi tiết tại hai tiết diện này.
Theo CT 10.19[1], hệ số an toàn

22
.


ss
ss
s
t
+
=
Trong đó s

, s

hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất phá và hệ số an toàn
chỉ xét riêng ứng suất tiếp

ma
K
s





1
+
=


ma
K
s





1
+
=



-1
và

-1
giới hạn mỏi uốn và xoắn

-1
=0,436
b
=0,436.850=370,6 MPa

-1
=0,58
-1
=0,58.370,6=215 MPa

a
,

a
và

m
,

m
biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng
suất tiếp
đối với tiết diện 2:
Mômen cản uốn
9409
48.2

)5,548(5,5.14
32
48.
2
)(.
32
.
23
5
2
32
3
32
2
=

=

=

d
tdtbd
W
mm
3
Mômen cản xoắn
20266
48.2
)5,548(5,5.14
16

48.
2
)(.
16
.
23
2
2
2
3
2
02
=

=

=

d
tdtbd
W
mm
3
đối với tiết diện 0:

8946
32
45.
32
.

33
0
0
===

d
W
mm
3
17892
16
45.
16
.
3
3
0
00
===


d
W
mm
3
Vì trục quay 1 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, do
đó
m0
=
a0

=T
0
/2/W
00
=350331/2/17892= 9,8 MPa

m2
=
a2
=T
0
/2/W
02
=350331/2/20266= 8,6 MPa
ứng suất uốn thay đổi theo chu ki đối xứng, do đó

m0
=0;
a0
=M
0
/W
0
=201780/8946=22,6 MPa

m2
=0;
a2
=M
2

/W
2
=348761/9409=37 MPa


và



hệ số kể đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến độ
bền mỏi, tra bảng 10.7[1],

=0,1;

=0,05
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
20
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
K

d
và K

d
, theo CT 10.25 và 10.26 [1]
K

d
=(K

/

+K
x
-1)/K
y
K

d
=(K

/

+K
x
-1)/K
y
K
x
hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, tra bảng 10.8[1],
K
x
=1,01
K
y
hệ số tăng bền bề mặt, bảng 10.9, K
y
=2,0

và

hệ số kích thớc kể đến ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục
Tra bảng 10.10[1] ,

=0,85;

=0,79
K

và K

hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn
Tra bảng 10.11, K

/

=2,97; K

/

=2,32
K

d
=(K

/

+K

x
-1)/K
y
=(2,97+1,01-1)/2=1,49
K

d
=(K

/

+K
x
-1)/K
y
=(2,32+1,01-1)/2=1,17
Tại tiết diện 0:

1,9
6,22.49,1
6,370

1
==
+
=

ma
K
s

MPa

18
8,9.05,08,9.17,1
215

1
=
+
=
+
=

ma
K
s




MPa

1,8
181,9
18.1,9.
2222

=
+
=
+
=


ss
ss
s
t
>[s]=1,5ữ2,5
đảm bảo đủ bền.
Tại tiết diện 2:

7,6
37.49,1
6,370

1
==
+
=

ma
K
s

5,20
6,8.05,06,8.17,1
215

1
=
+
=
+
=

ma
K
s





4,6
5,207,6
5,20.7,6.
2222
=
+
=
+
=

ss
ss
s
t
>[s]
đảm bảo đủ bền.
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
21
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
22
40
40
35
35
l
12
l
22
l
32
Biểu đồ mô men trục II
113582
402334
M
x
2
F

a3
F
0x
F
1x
0 F
r2
F
a3
F
t3
F
a2
F
t2
F
0y
F
0y
1
3
-170454
-421932
M
y
445679
T
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
Kiểm nghiệm trục I và trục II ta đợc kết quả nh sau:
kích thớc của then tra bảng 9.1 , trị số mô men cản uốn

và cản xoắn tra bảng 10.6 ứng với tiết diện trục nh sau :
Tiết
diện
Đờng
kính trục
b x h t
1
W(mm
3
) W
o
(mm
3
)

a

m
=
a
1.2 25 8 x 7 4 1252 2786 44 6,5
1.0 20 785 1570 6,2 11,5
2.2 30 8 x 7 4 2290 4941 49,6 12,5
2.3 30 8 x 7 4 2290 4941 74,4 12,5
3.2 48 14 x 9 5,5 9409 20266 37,0 8,6
30 45 8946 17892 22,6 9,6
Kết quả tính toán hệ số an toàn đối với các tiết diện của ba
trục.
Tiết
diện

d
mm
Tỉ số


k
do
tỉ số


k
do
d
k

d
k


s

s
S
Rãn
h
then
Lắp
căng
Rãn
h

then
Lắp
căng
2
TrụcI
25 2,23 2,53 2,21 1,92 1,27 1,11 6,63 28,5 6,46
0
TrụcI
20 - 2,48 - 1,89 1,25 0,95 47,8 18,7 17,4
2
TrụcII
30 2,28 2,56 2,32 1,93 1,29 1,17 5,8 14 5,4
3
TrụcII
30 2,28 2,56 2,32 1,93 1,29 1,17 3,9 14 3,8
Vậy tất cả các tiết diện đều đảm bảo độ bền.
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
23
TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
8. Tính và kiểm nghiệm độ bền của then.
Với các tiết diện dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối
ghép về độ bền đập và độ bền cắt theo 9.1 và 9.2. Kết quả tính toán nh
sau, với l
t
=1,2d
D l
t
b x h t
1
T(Nmm)

d

(Mpa)
c

(Mpa)
25 30 8 x 7 4 36232 32,2 12,1
30 36 8 x 7 4 123031 75,9 28,5
48 58 14 x 9 5,5 330331 67,8 17,0
Theo bảng 9.5[1], với tải trọng tĩnh [
d
]=150 MPa; [
c
]=60-90 MPa. Vậy
tất cả các mối ghép đều đảm bảo độ bền đập và độ bền cắt.
IV. Tính toán thiết kế ổ lăn.
1. Chọn ổ lăn đối với trục I ( trục vào )
a. Chọn ổ lăn
Các thông số tính toán : F
ro
= 510 N , F
r1
= 729 N
Số vòng quay n
I
=1425 vòng/phút,đờng kính trên trục lắp ổ lăn d
0
=d
1
=20 mm

Thời hạn sử dụng l
h
=18000 h
Vì không có lực dọc trục nên dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 0 và 1.
Theo bảng P2.7, vì thời gian sử dụng lâu và tốc độ cao chọn ổ bi một dãy
cỡ trung kí hiệu 304 có đờng kính trong d=20 mm, đờng kính ngoài D=52
mm, chiều rộng ổ lăn B=15 mm, khả năng tải động C=12,5 kN, khả năng tải
tĩnh C
0
=7,94 kN
S
o


S
3
0 3
F
r0
F
r1

BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
24
F
r
H
h
a
x

H
tg


TRƯờng đhspkt vinh gvhd:ngô văn giang
b. Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn
Vì trên trục có nắp nối trục đàn hồi nên cần chọn lại F
k
cùng chiều với
F
t1
khi đó:


=+= 05,6453161
110 ktxy
FFFm
F
x10
=(53F
t1
-64,5F
k
)/161=(53.1294-64,5.151)/161=365 N


=+= 0
11110 kxtxx
FFFFF
F

x11
= F
t1
- F
x10
+F
k
=1294-365+151=1080 N
Nh vậy phản lực tổng trên 2 gối đỡ:

397155365
22
0
=+=F
N

11253161080
22
1
=+=F
N
Trong khi theo tính trục thi phản lực tại hai gối là F
0
=510 N; F
1
=729 N
Vậy ta tiến hành kiểm nghiệm với ổ chịu tải trọng lớn hơn với
F
r
=F

r1
=1125 N tại ổ 1.
Theo công thức 11.3[1], với F
a
=0, tải trọng quy ớc
Q
o
= XVF
r1
.k
t
.k
đ
Trong đó
X _ hệ số tải trọng hớng tâm , vì đối với ổ đỡ chỉ chịu lực hớng tâm
X=1;
V _ hệ số kể đến vòng nào quay, V=1( vòng trong quay).
k
t
_ hệ số kể đến ảnh hởng của nhiệt độ, vì t<100
0
C k
t
=1
k
đ
_ hệ số kể đến đặc tính tải trọng, vì tải trọng va đập nhẹ k
đ
=1,2
Q= 1.1.1125.1.1,2=1350 N

Theo công thức 11.1[1], khả năng tải động
C
d
= Q.
m
L
Trong đó:
Với ổ bi m=3
L _ thời hạn L = L
h
.n
I
.60.10
-6
L
h
_ thơi hạn sử dụng, L
h
=18000 giờ,
Vì thời gian dài giảm L
h
=0,5L
h
=9000 giờ
n
I
_ số vòng quay trên trục I
L=9000.1425.60.10
-6
=769 (triệu vòng)

C
d
=1,350.
3
769
=12,3 kN < C=12,5 kN
BàI TậP LớN MÔN HọC CTM SVTH:NG VN HOAN
25