đồ án chi tiết máy thiết kế đai chịu lực
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (285.16 KB, 35 trang )
**********************
I. Chọn động cơ
1. Xác định công suất cần thiết của động cơ
Công suất cần thiết lớn nhất N
ct
trên trục động cơ đợc xác định theo công
thức:
N
ct
= N
lv
/
Trong đó :
N
ct
- Công suất cần thiết trên trục động cơ.
N
lv
- Công suất tính toán trên trục máy công tác.
)(674.1
1000
23,0.28000
1000
.
KW
vF
N
lv
===
Với F , v - là lực kéo và vận tốc băng tải .
- Hiệu suất chung của hệ dẫn động .
Theo sơ đồ tải trọng đề bài thì :
=
tv
.
kn
.
br
.
m
ol
.
x
Trong đó:
- m = 4 là số cặp ổ lăn ;
Tra bảng 2.3 , ta đợc các hiệu suất:
-
ol
= 0,99 - hiệu suất của một cặp ổ lăn;
( vì ổ lăn đợc che kín) .
-
br
= 0,96 - hiệu suất của một cặp bánh răng ;
-
kn
= 0.99 - hiệu suất của khớp nốitrục đàn hồi;
-
x
= 0,9 - hiệu suất của bộ truyền xích;
(bộ truyền xích để hở ) .
-
tv
=0,8 -hiệu suất bộ truyền trục vít
Thay số ta có : =0,8. 0.99 . 0,96. 0,99
4
. 0,9 0,664
=> N
ct
= N
lv
/ = 1.674 / 0.664 2.521 (kW)
Công suất cần thiết của động cơ là: 2,52(kW)
2. Xác định tốc độ đồng bộ của động cơ , chọn động cơ.
Tốc độ làm việc của băng tải là: v=0.23 (m/s)
Đờng kính tang : D=350(mm)=0,35(m)
Vận tốc vòng n
lv
=
)(4
350.
23,0.60000
.
.60000
p
v
D
v
==
Tìm vận tốc vòng sơ bộ n
sb
:
n
sb
=n
lv
.u
ch
(maxữmin)
- u
ch
: tỉ số truyền chung của hệ thống:
u
ch
=u
h
.u
n
- u
h
: tỉ số truyền của hộp giảm tốc
- u
n
: tỉ số truyền của bộ truyền ngoài(bộ truyền xích)
+u
h
chọn trong khoảng:35ữ80
+u
n
chọn trong khoảng:2ữ5
1
T
mm
T
1
T
2
t
ck
t
1
t
2
t
mm
u
chmin
=35.2=70
u
chmã
=80.5=400
n
sb
= (n
lv
.u
chmin
ữn
lv
.u
chmax
) =(280v/pữ1600v/p)
Chọn u tiên động cơ có tốc độ quay là 1500v/p
Quy cách động cơ phải thỏa mãn đồng thời : N
đc
N
đc/yc
,
n
đc
n
sb
và :
dn
K
mm
T
T
T
T
Do vậy ta chọn động cơ có số hiệu là:Dk.42-4
Các thông số của động cơ là:
- vận tốc vòng:n=1420v/p
- công suất động cơ :N
đc
=2,8(kW)
- T
k
/T
dn
=1,9
Kết luận:
Động cơ Dk.42-4 có kích thớc phù hợp với yêu cầu thiết kế.
II. PHÂN PhốI Tỷ Số TRUYềN
1. Phân phối tỉ số truyền
Ta có : u
ch
= u
h
. u
n
Tỷ số truyền chung
335
4
1420
===
lv
dc
ch
n
n
u
Chọn u
h
= 80 u
n
=u
ch
/u
h
=335/80=4,2
Trong đó u
h
= u
1
. u
2
Trong đó : u
1
: Tỉ số truyền cấp nhanh(bánh răng)
u
2
: Tỉ số truyền cấp chậm(trục vít)
chọn u
1
=2,5 => u
2
=u
h
/u
1
=80/2,5=32
Kết luận : u
c
= 335 ; u
1
= 2,5;u
2
= 32 ; u
xích
= 4,2
2. Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục.
Tính công suất, mô men, số vòng quay trên các trục (I, II, III, T {tang})
của hệ dẫn động.
Công suất :
N
1
=N
đc
=2,8 (kW) ; n
1
=n
đc
=1420 vg/ph
Công suất trên các trục là:
Trục I N
I
= N
ct
.
k
.
ol
= 2,52 . 0,99 .0,99 = 2.47 KW
Trục II N
II
= N
I
.
ol
.
br
= 2,47 . 0,99 . 0,96 = 2,35 KW
Trục III N
III
= N
II
.
tv
.
ol
= 2,35 . 0,8 .0,99 = 1,86 KW
Trục tang N
t
= N
II
.
x
.
ol
= 1,86 . 0,9 .0,99 = 1,66 KW
Số vòng quay:
Trục I n
I
= n
đc
= 1440 vg/ph
Trục II
568
5,2
1440
1
1
===
u
n
n
II
vg/ph
2
Trục III
75,17
32
568
2
2
===
u
n
n
III
vg/ph
Trục tang
2,4
335
1440
===
c
dc
t
u
n
n
vg/ph
Mô men
T
I
= 9,55. 10
6
.
16612
1420
47,2
.10.55,9
6
==
I
I
n
N
N. mm.
T
II
= 9,55. 10
6
.
39511
568
35,2
.10.55,9
6
==
II
II
n
N
N. mm.
T
III
= 9,55. 10
6
.
1000732
75,17
86,1
.10.55,9
6
==
III
III
n
N
N. mm.
T
t
= 9,55. 10
6
.
3774524
2,4
66,1
.10.55,9
6
==
t
t
n
N
N. mm.
Bảng thông số:
I II III T
U u
1
= 2,5 u
2
= 32 u
xích
= 4,2
N(kw) 2,47 2,35 1,86 1,66
n (vg/ph) 1420 568 17,75 4,2
T(N.mm) 16.612 39.511 1.000.732 3.774.52
4
III. Tính bộ truyền ngoài Bộ truyền xích
Số liệu đầu:
Công suất N = N
III
= 1,86 KW
n
1
= n
III
= 17,75 vg/ph, n
2
= 4,2 vg/ph , u = u
x
= 4,2,
tải trọng va đập vừa, bộ truyền nằm ngang
1. Chọn loại xích và xác định các thông số của bộ truyền.
Do vận tốc và công suất truyền không cao cho nên ta chọn loại xích con
lăn.
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 = 4,2, ta
chọn số răng đĩa nhỏ Z
1
= 29-2.u=29-2.4,2=20,6
chọn số răng đĩa nhỏ là Z
1
= 21
Từ đó ta có số răng đĩa lớn Z
2
= u. Z
1
= 4,2.21=88,2 => Z
2
=87
- Tỉ số truyền thực là :u
x
= 4,14
- 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
Làm việc êm, lấy K
đ
= 1 hệ số tải trọng động
Chọn khoảng cách trục a 25.t
K
a
= 1,25 hệ số chiều dài xích
Bộ truyền nằm ngang
3
K
o
= 1 hệ số xét đến cách bố trí bộ
truyền(40
0
)
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
= 1,3 - hệ số xét đến điều kiện bôi
trơn
Bộ truyền làm việc 1 ca
K
c
= 1 - 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 . 1,3 . 1= 1,62
Hệ số răng đĩa dẫn K
Z
= 25/ Z
1
= 25/21=1,19
Hệ số vòng quay K
n
= n
0
/ n
1
= 50/ 17,75 = 2,81 ; 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
= 1,62. 1,19.2,81.1,86/ 1 = 10,08 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 = 38,1 mm thoả mãn điều kiện bền mòn
N
tt
< [N] = 10,5 KW đồng thời theo bảng 5.8 thì thoả mãn điều kiện t <
t
max
- Khoảng cách trục sơ bộ a = 25 . t = 25 . 38,1 =952,5 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
= 2.952,5/38,1+0,5(21+87) + (87-21)
2
.38,1/4.
2
.952,5
=104,06
Ta đợc X = 104 mắt
Ta tính chính xác khoảng cách trục a theo công thức
( ) ( )
[ ]
( )
[ ]
+++=
2
12
2
2121
/Z2Z0,5-XZ0,5-X 25,0
ZZZta
( ) ( )
[ ]
( )
[ ]
+++=
22
/2187287210,5-10487210,5-104.1,38.25,0
a
thay số ta đợc a = 734,4 mm
để xích không phải chịu lực căng quá lớn ta giảm khoảng cách trục a vừa
tính đợc một lợng a = ( 0,0020,004).a
do đó ta lấy a = 732
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
) = 38,1 / sin(/21) = 255,6 mm
đờng kính đĩa xích bị dẫn
4
d
1
= t/sin(/Z
2
) = 38,1 / sin(/87) = 1055 mm
đờng kính đỉnh răng xích:
d
a1
=t.(0,5+cotg(/Z
1
))=38,1(0,5+cotg(/21))=272
d
a2
=t.(0,5+cotg(/Z
2
))= 38,1(0,5+cotg(/87))=1073,6
2.Tính toán kiểm tra xích về độ bền:
Hệ số an toàn của bộ truyền:
s=Q/(K
đ
.K
t
+F
0
+F
v
)[s]
=127.10
3
/(1,7.7900+0,32+158)=9,35>[s]= 7
+Q:tải trọng phá hỏng tra bảng 5.2,5.3 sách tính toán thiết
kế Q=127000(N)
+K
đ
: hệ số tải trọng động K
đ
=1,7 (do T
mm
=1,8T
1
)
+ F
t
: lực vòng;
F
t
=1000.N/v=6. 10
7
.N/ Z
1
. n
1
. t
=1,86.6.10
7
/ (21.38,1.17,75)= 7900(N)
+F
0
: lực căng do trọng lợng nhánh xích bị động gây ra
F
0
=9,81.k
f
.q.a=9,81.4.0,732.5,5=158
+F
v
: lực căng do lực li tâm sinh ra
F
v
=q.v
2
=5,5.0,24
2
=0,32
+s,[s] : hệ số an toàn và hệ số an toàn cho phép(ta bảng 5.10
sách thiết kế hệ dẫn động tập 1)
Nhận xét: Độ bền của bộ truyền xích đảm bảo
Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc cho xích: ứng suất tiếp xúc của
xích phải thoả điều kiện
H
=0,47
)./().(
dvddtr
kAEFKFK +
[
H
]
=0,47.
395/10.1,2).3,11.7900(48,0
5
+
=165,3(MPa)<[
H
]=600 MPa
+
H
,[
H
] :ứng suất tiếp xúc và ứng suất tiếp xúc cho phép (bảng
5.11 sách TKHDĐCK )
+ F
vd
:lực va đập trên dãy xích
F
vd
=13.10
-7
n
1
t
3
= 13.10
-7
17,75.38,1
3
.1=1,3
+ E: mô dun đàn hồi của vật liệu con lăn và răng đĩa;
E=2,1.10
5
Mpa
+K
đ
=1:hệ số tải trọng động
+K
r
=0,48: hệ số xét đến ảnh hởng của số răng đĩa xích(Z)
+k
d
=1 : hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy
+A=395: diện tích chiếu của bản lề (tra bảng 5.12 TKHDĐCK)
Nhận xét : bộ truyền xích đảm bảo độ bền tiếp xúc
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
= 1,15.1,86.6.10
7
/ (21.38,1.17,75) = 11850 (N)
iV.TíNH toán, thiết kế Bộ TRUYềN trục vít bánh vít
Các số liệu ban đầu:
5
N
II
= 1,86 KW , n
1
= 568 v/ph , n
2
= 17,75 v/ph
T
2
= 1000732 N.mm ,
Bộ truyền làm việc trong 11000 giờ
1.Chọn vật liệu,xác định ứng suất tiếp xúc cho phép [
H
]
Vận tốc trợt của bộ truyền
V
sb
=4,5.10
-5
.n
1
.
3
2
T
= 4,5.10
-5
.568
3
1000732
=2,56 m/s
Do vậy ta chọn vật liệu làm vành bánh vít là đồng thanh không thiếc
9-4 , phần đĩa để lắp bánh vít vào trục làm bằng gang xám để giảm giá
thành bộ truyền
Đúc trong khuôn kim loại =>
b
=500(MPa);
ch
=200(MPa)
Tra bảng 7.2 ta đợc [
H
]=180(MPa) ;ứng suất uốn cho phép
[
F
]=[
F0
].K
FL
Do bộ truyền quay 1 chiều => [
F0
]=0,25.
b
+0,08
ch
=141 (MPa)
Hệ số tuổi thọ:
K
FL
=
9
6
/10
FE
N
=
9
66
10.45,6/10
=0,81
Trong đó N
FE
=60.n
2
.
ii
tTT
9
max22
)/(
=60.17,75.11000(1
9
.0,5+0,8
9
.3/8)
=6,45.10
6
[
F
]= [
F0
].K
FL
=141.0,81=114,2(MPa)
ứng suất cho phép khi quá tải:
[
H
]
max
=0,2
ch
=0,2.200=400 MPa
[
F
]
max
=0,8
ch
=0,8.200=160 MPa
2.Xác định khoảng cách trục
và kiểm nghiệm độ bền
Mô men xoắn trên trục vít T
2
=1000732 (Nmm)
Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K
H
=1,2
Chọn sơ bộ q=(0,3.Z
2
) =18;
Chọn Z
1
= 2 =>Z
2
=u
1
Z
1
=32.2=64 răng
+a
đợc xác địmh theo công thức:
a
(Z
2
+18)
3
2
2
2
/ ]).[/170( qKTZ
HH
(64+18)
3
2
18/2,1.1000732.)180.64/170(
=204,97 mm
chọn a
=205 mm
Tính đợc môđun m theo công thức:
m= 2a
/(q+Z
2
)=2.205/(18+64)=5
+ Đờng kính vòng chia trục vít: d
1
=q.m=18.5=90 mm
Hệ số dịch chỉnh: x=(a
/m)-0,5(q+Z
2
)=(210/5)-0,5(18+64)=0
+Tính ứng suất tiếp xúc kiểm nghiệm độ bền:
K
H
=1 + (Z
2
/)
3
(1-kt)= 1+(64/230)
3
(1-0,5)=1,01
Với kt=
]/)./[(
max22 iiii
ttTT
=(1.0,5+0,5.0,6)=0,5
: hệ số biến dạng trục vít ( tra bảng 7.5 TKHDĐCK) =230
Vận tốc trợt: v
s
=.d
1
.n
1
/(60000.cos
)
=.90.568/60000.cos5,71
0
=2,7 m/s
6
với góc vít =
=arctg[Z
1
/q]=arctg[2/18]=6,34
0
v
s
=2,7 => chọn cấp chính xác là 8 ,tra bảng 7.7 ta đợc K
HV
=1,2
H
=(170/Z
2
)
qKKTaqZ
HVH
/ ]/)[(
`2
3
2
+
=(170/64)
18/2,1.01,1.1000732.]210/)1864[(
3
+
168,24 MPa
vậy
H
<[
H
] = 180 => bộ truyền đảm bảo độ bền tiếp xúc
Kiểm tra lợng thừa bền theo công thức:
([
H
]-
H
)/
H
=(180-168,24)/168,24=0,07<0,1
=> độ thừa bền là hợp lí
+Kiểm nghiệm sức bền uốn
- Z
1
=2 => b
2
0,75.d
a1
,b
2
:chiều dày bánh vít,d
a1
:đờng kính vòng đỉnh
bánh vít d
a1
=m(q+2)=5(18+2)=100 mm =>b
2
75 mm
Chọn b
2
=70 mm
-Số răng tơng đơng Z
v
=Z
2
/cos
3
=64/cos
3
6,34
0
65 răng
Tra bảng 7.8 => Y
F
=1,73
-Hệ số K
F
=K
H
=K
H
.K
HV
=1,01.1,2=1,212
-d
2
=m.Z
2
=5.64=320 mm : đờng kính chia bánh vít
Kiểm nghiệm sức bền uốn theo công thức:
F
=1,4.T
2
Y
F
K
F
/b
2
.d
2
.m.cos
=1,4.1000732.1,73.1,2/70.320.5.cos6,34
0
=26,1<[
F
]=114,2M
pa
Kết luận: Bộ truyền cấp chậm làm việc an toàn
* Trục vít
-Chọn vật liệu làm trục vít là thép C45 tôi cải thiện, HB=200 MPa
-Theo bảng 7.10 ta tính đợc chiều dài phần cắt ren trục vít
b
1
(11+0,06.Z
2
)m=(11+0,06.64).5=74,2
chọn b
1
=85 mm
3.Các thông số của bộ truyền
-Khoảng cách trục: a
=0,5m.(q+Z
2
)=0,5.5.(18+64)=205 mm
-Đờng kính vòng chia: d
1
=qm=18.5=90 mm
d
2
=mZ
2
=5.64=320 mm
-Đờng kính vòng đỉnh: d
a1
=d
1
+2m=90+2.5=100
d
a2
=m(Z
2
+2)=5(64+2)=330 mm
-Đờng kính vòng dáy: d
f1
=m(q-2,4)=5(18-2,4)= 78 mm
-Đờng kính ngoài của bánh vít: d
aM
2
d
a2
+1,5m=330+7,5=337,5
-Chiều rộng bánh vít : b
2
0,75d
a1
=75 mm, lấy b
2
=70mm
-Góc ôm =arcsin[b
2
/(d
a1
-0,5m)]=45,88
0
=>2=91,76
0
4.Tính nhiệt cho bộ truyền
-Diện tích thoát nhiệt cho bộ truyền đợc tính theo công thức:
A1000(1-).P
1
/{[0,7.K
t
(1+)+0,3K
tq
A
q
](t
d
-t
0
)}
Trong đó:
Hệ số kể đến sự giảm nhiệt sinh ra trong 1 đơn vị thời gian =t
ck
/(
)/(
ckii
ttP
=1/(0,5.1+0,8.3/8)= 1,25
Chọn hệ số toả nhiệt K
t
=15 w/m
2
C;
7
Hệ số kể đén sự thoát nhiệt qua bệ máy =0,25
K
tq
:hệ số toả nhiệtcủa phần bề mặt hộp đợc quạt, chọn K
tq
=21 ứng
với n
q
=930 v/p
Nhiệt độ cao nhất cho phép của dầut
d
=90
0
c;t
0
=20
0
C
Diện tích bề mặt hộp đợc quạt nguội A
q
=0,3A
Thay số vào công thức ta đợc A0,92 (m
2
)
5.Lực tác dụng lên bộ truyền
-F
t1
=F
a2
=2T
1
/d
1
=2.39510/90=878(N)
-F
t2
=F
a1
=2T
2
/d
2
=2.1000732/320=6255(N)
-F
r1
=F
r2
=F
t2
.tg()/cos()
= 6255.tg20
0
/cos6,34
0
=2290(N)
V.Tính toán bộ truyền bánh răng.
+ Các dữ kiện đã biết của bộ truyền:
-Tỉ số truyền u= 2,5
T
1
=16610 Nmm n
1
=1420 v/p
T
2
=43250 Nmm n
2
=568 v/p
1. Chọn vật liệu. Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo sự thống nhất hoá trong thiết kế ta
chọn vật liệu nh sau:
Bánh răng nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241 ữ 285 có:
b1
= 750 MPa ;
ch 1
= 450 MPa. Chọn HB
1
= 200 (HB)
Bánh răng lớn: Thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn MB 192 240 có:
b2
= 750 MPa ;
ch 2
= 450 MPa. Chọn HB
2
= 150 (HB)
Do bộ truyền làm việc trong điều kiện che kín đủ dầu bôi trơn nên dạng
hỏng chủ yếu là tróc mỏi, do đó ta tính toán theo độ bền tiếp xúc ta xác
định ứng suất tiếp xúc cho phép
ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ
sở của bánh 1 và bánh 2:
0
1limH
=2HB
1
+70=2.200+70=470(MPa)
0
2limH
=2HB
2
+70=2.150+70=370(MPa)
0
1limF
=1,8HB
1
=1,8.200=360(MPa)
0
2limF
=1,8HB
2
=1,8.150=270(MPa)
Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở:
N
H01
=30HB
4,2
1
=30.200
2,4
=1.10
7
N
H02
=30HB
4,2
2
=30.150
2,4
=0,5.10
7
N
F0
= 4.10
6
(Đối với tất cả các loại thép)
Số chu kì chịu tải trọng thay đổi tơng đơng của bánh lớn N
HE
,N
FE
đợc xác
định theo công thức .
( )
ckiiiHE
ttTTtnCN /./ 60
3
122
=
Trong đó : C = 1 là số lần ăn khớp của răng trong một vòng quay
t
i
= 11000 là tổng thời gian làm việc của bộ truyền
8
F
a1
F
t1
F
t2
F
r2
F
r1
F
a2
t
i
là thời gian làm việc ở chế độ tải trọng T
i
từ đó ta có N
HE2
= 60.1.568.11000.(1
3
.4/8 + 0,8
3
.3/8) = 2,6.10
8
=> N
HE2
> N
HO2
=> lấy hệ số tuổi thọ K
HL2
= 1 , do N
HE1
=u.N
HE2
nên
K
HL1
= 1
ứng suất tiếp xúc cho phép
Bánh răng không đợc tăng bề mặt nên chọn hệ số an toàn S
H
= 1,1
[
H1
]=
0
1limH
.K
HL1
/s
H1
=470.1/1,1=427,3 (MPa)
[
H2
]=
0
2limH
.K
HL2
/s
H2
=370.1/1,1=336,4 (MPa)
Bánh răng là bánh răng trụ răng nghiêng nên lấy:
[
H
]=1/2([
H1
]+[
H2
])=382 (MPa)
( )
cki
m
iiFE
ttTTtnCN
F
/./ 60
122
=
thay số vào ta đợc
N
FE2
=2,24.10
8
> N
F0
=4.10
6
=> K
FL2
=1 , do N
FE1
=u.N
FE2
nên K
FL1
= 1
ứng suất uốn cho phép:
Hệ số an toàn S
F
= 1,75 - bảng 6.2 (sách tính toán thiết kế T1)
[
F1
]=
0
1limF
.K
FL1
/s
F1
= 360/1,75=205,7(MPa)
[
F2
]=
0
2limF
.K
FL2
/s
F2
= 270/1,75=154,3(MPa)
ứng suất quá tải cho phép:
[
H
]
max
=2,8,
ch2
=2,8.450= 1260
[
F1
]
max
=0,8,
ch1
=0,8.450= 360(MPa)
[
F1
]
max
=0,8,
ch2
=0,8.450= 360(MPa)
2. Tính khoảng cách trục và các thông số ăn khớp:
Xác định sơ bộ khoảng cách trục: theo công thức 6.15a (sách tính toán
thiết kế T1)
a
2
= 43(u
2
+1)
[ ]
3
2
1
.
aH
H
u
KT
Trong đó:
T
1
môn xoắn trên trục bánh chủ động
T
1
=16610 (N.mm)
a
= b
/ a
- hệ số chiều rộng bánh răng
do bộ truyền đặt đối xứng với ổ nên ta chọn
a
= 0,3
=>
d
= 0,53.
a
(u+1) = 0,53.0,3.( 2,5 +1 ) = 0,5565
Tra theo
d
ứng với bảng 6.7 (sách tính toán thiết kế T1)
Ta có: K
HB
= 1,03
Thay vào ta có: a
= 43(2,5+1)
[ ]
3
2
3,0.5,2.382
03,1.16610
81,1 mm
Ta lấy a
= 85 mm
Các thông số ăn khớp:
Mô đun pháp m = ( 0,01 ữ 0,02 ) 85 = 0,75ữ 1,7 mm
Theo dãy tiêu chuẩn ta chọn m = 1,5
Chọn sơ bộ = 10
0
=> cos = 0,9848
9
=> số răng bánh nhỏ (bánh 1) Z
1
= 2 a
. cos/ m(u+1) =
= 2.85.0,9848/ 1,5.(2,5+1) 31,5
Ta lấy Z
1
= 31 răng
=> số răng bánh lớn (bánh 2) Z
2
= u.Z
1
= 2,5.31 = 77,5
Ta lấy Z
2
= 77 răng
Do vậy tỷ số truyền thực u
m
= Z
2
/ Z
1
= 77/ 31 = 2,484
Tính lại : cos = m ( Z
1
+ Z
2
) / 2 a
= 1,5.( 31+ 77 )/ 2. 85 = 0,95294
17,64
o
= 17
0
38
Đờng kính vòng chia :
d
1
= d
1
= m . Z
1
/ cos = 1,5 .31 / 0,964285 48,78 mm
d
2
= d
2
= m . Z
2
/ cos = 1,25 .77 / 0,964285 121,17 mm
Chiều rộng vành răng b
=
a
. a
= 0,3 . 85 = 25,5mm
Lấy b
= 26 mm
Hệ số trùng khớp
= b
. sin / .m = 26.0,302/ 3,14 .1,5 =1,67
3.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn, độ bền tiếp xúc và khi quá tải
Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:
Yêu cầu cần phải đảm bảo
H
[
H
]
H
= Z
M
Z
H
Z
2
1
1
)1.( 2
dub
uKT
mw
mH
+
;
Trong đó : - Z
M
: Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;
- Z
H
: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc;
- Z
: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng;
- K
H
: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc;
- b
w
: Chiều rộng vành răng.
- d
w
: Đờng kính vòng chia của bánh chủ động;
T
3
= 16610 Nmm ; b
w
= 26 mm ;
Z
M
= 275 MPa (tra bảng 65 ) ;
- Góc prôfin răng bằng góc ăn khớp :
t
=
tw
= arctg(tg/cos) = arctg(tg20
0
/ cos17,6
0
) 20,90
o
tg
b
= cos
t
.tg = cos(20,90
o
).tg(17,6
o
)= 0,296
b
= 16,50
o
Z
H
=
tw
b
2sin
cos2
=
)90,20.2sin(
)60,17cos(.2
0
0
=1,69 ;
=
( )
[ ]
( )
[ ]
=+=+
95319,0.77/131/12,388,1cos./1/12,388,1
21
ZZ
1,654,
Z
=
/1
=
654,1/1
0,78
K
H
= K
H
. K
HV
K
H
;
K
H
= 1,03 (Tính ở trên);
Vận tốc bánh dẫn : v =
63,3
60000
1420.78,48.
60000
1
==
nd
w
m/s;
vì v < 4 m/s tra bảng 6.13 (trang 106) chọn cấp chính xác 9 ;
10
K
H
= 1,16 (tra bảng 6.14).
theo bảng 6.15 =>
H
=0,002
tra bảng 6.16 chọn g
o
= 73 ,
Theo công thức 6.42
842,0
484,2
85
986,0.73.002,0.
===
m
w
oHH
u
a
vg
027,1
16,1.03,1.16610.2
78,48.26.842,0
1
2
1
1
1
=+=+=
HH
wwH
Hv
KKT
db
K
K
H
= K
H
. K
HV
. K
H
= 1,03.1,03.1,16 1,23
Thay số :
H
= 275.1,69.0,78.
2
) 48,78.(484,2.26
)15,2.(23,1.16610.2
+
350 MPa
Do
H
[
H
] =382 nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc.
Kiểm tra độ thừa bền:
([
H
]-
H
)/
H
=(350-382)/350=0,09<0,1
độ thừa bền là hợp lí
Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
Yêu cầu
F
[
F
] ; Theo công thức 6.43 (sách tính toán thiết kế T1)
F3
= 2.T
3
.K
F
Y
Y
Y
F1
/( b
w
d
w
.m)
Tính các hệ số :
Tra theo
d
ứng với bảng 6.7 (sách tính toán thiết kế T1), ta có
K
F
= 1,08 ; với v < 2,5 m/s tra bảng 6.14 (sách tính toán thiết kế T1,
trang 107) cấp chính xác 9 thì K
F
= 1,40.
Tra bảng 6.16 chọn g
o
= 73
Theo bảng 6.15 =>
F
=0,006
=>
27,9
5,2
85
.63,3.73.006,0.
1FF
===
u
a
vg
w
o
225,1
40,1.08,1.16610.2
78,48.26.27,9
1
2
.
1
3
3F
=+=+=
FF
FV
KKT
db
K
K
F
= .K
F
.K
F
.K
FV
= 1,08.1,40.1,225 = 1,85
Với
= 1,654 Y
= 1/
= 1/1,654 = 0,605;
= 17,6
o
Y
= 1 - /140
0
= 1 17,6
/140
0
= 0,874;
Số răng tơng đơng:
Z
tđ1
= Z
1
/cos
3
= 31/(0,95319)
3
= 35,79
Z
tđ2
= Z
2
/cos
3
= 77/(0,95319)
3
= 88,91
Với Z
tđ1
= 35,79 ; Z
tđ2
= 88,91
tra bảng 6.18 trang 109 thì ta có Y
F1
= 3,70 ; Y
F2
= 3,60;
ứng suất uốn :
F1
= 2.16610.1,85.0,605.0,874.3,70 / (26.48,78.1,5) = 63,2 MPa;
F2
=
F1
. Y
F2
/ Y
F1
= 63,2.3,60/ 3,70 = 61,5 MPa;
Ta thấy độ bền uốn đợc thoả mãn
11
vì
F1
< [
F1
] =205,7 MPa,
F2
< [
F2
] = 154,3 MPa;
Kiểm nghiệm răng khi quá tải:
K
qt
= T
max
/ T = 1,4.
Hmax
=
H
.
4524,1.382
==
qt
K
MPa < [
H
]
max
= 1260 MPa;
F1max
=
F1
. K
qt
= 63,2. 1,4 = 87,08 MPa ;
F2 max
=
F2
. K
qt
= 61,5. 1,4 = 86,10 MPa
vì
F1max
< [
F1
]
max
= 360 MPa,
F2max
< [
F2
]
max
= 360 MPa
nên răng thoả mãn về điều kiện quá tải.
* Kết luận : Bộ truyền cấp nhanh làm việc an toàn.
4.Thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh :
- Mô đun pháp m = 1,5 mm
- Khoảng cách trục : a
= 85 mm
- Đờng kính vòng chia :
d
1
= d
1
= m . Z
1
/ cos = 1,5 . 31 / 0,95319 48,78 mm
d
2
= d
2
= m . Z
2
/ cos = 1,5 .77 / 0,95319 121,17 mm
- Đờng kính đỉnh răng :
d
a1
= d
1
+ 2.m = 48,78 + 2. 1,5 = 51,78 mm,
d
a2
= d
2
+ 2.m = 121,17 + 2. 1,5 = 124,17 mm,
- Đờng kính đáy răng :
d
f1
= d
1
- 2,5. m =48,78 - 2,5.1,5 = 45,03 mm,
d
f2
= d
2
- 2,5. m = 121,17 - 2,5. 1,5 = 117,42 mm,
- Đờng kính cơ sở :
d
b1
= d
1
. cos = 45,03 . cos 20
0
= 42,31 mm,
d
b2
= d
2
. cos = 121,17. cos 20
= 113,86 mm
- Chiều rộng vành răng
b
= 26 mm
- Góc nghiêng của răng:
17,6
o
= 17
0
36
- Góc prôfin răng bằng góc ăn khớp :
t
=
tw
= arctg(tg/cos) = arctg(tg20
0
/ cos17,6) 20,9
o
- Hệ số trùng khớp
= b
. sin / .m = 26.0,302/ 3,14 .1,5 =1,67
5.Lực tác dụng lên bộ truyền.
-F
t1
=
681
78,48
16610.2
2
1
1
=
d
T
(N) = F
t 2
;
-F
r1
=
==
0
0
1
6,17
9,20
681
.
Cos
tg
Cos
tgF
tt
273 (N) = F
r 2
;
-F
a1
= F
t1
.tg = 681.tg17,6
o
= 216 (N) = F
a2
;
12
F
t2
F
r1
F
t1
F
t2
F
a1
F
a2
6.Kiểm tra sự phù hợp của bộ truyền với kết cấu hộp giảm tốc.
Để phù hợp với kết cấu bộ truyền phải đảm bảo:
a
br
+ d
a1
/2 + 20 ữ 30 a
tv
với a
br
và a
tv
là khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng và bộ truyền
trục vít ; d
a1
là đờng kính ngoài bánh răng 1.
Thay số vào ta đợc:
85+51,78/2+20ữ30=130,89ữ140,89 < a
tv
=205
Vậy bộ truyền phù hợp với kết cấu hộp giảm tốc
V.tính toán ,thiết kế trục.
1.Xác định sơ bộ đờng kính trục và chọn sơ bộ ổ lăn:
Xác định sơ bộ đờng kính trục :
Theo công thức tính sơ bộ đờng kính trục d c
3
n
N
Chọn c
1
trong khoảng (120ữ160)
+Với trục 1: lấy c
1
= 160;N
1
=2,47 kW;n
1
=1420 v/p
Ta có d
1
c
1
3
1
1
n
N
= 160
3
1420
47,2
= 19,24 mm
Chọn d
1
= 20 mm ;
+Với trục 2 : c
2
=160; N
2
=2,35; n
2
=568 v/p
d
2
c
2
3
2
2
n
N
= 160
3
568
35,2
= 25,68mm
lấy d
2
= 30 mm
+Với trục 3: c
3
=149; N
3
=1,86 ; n
3
=17,75 v/p
d
3
c
3
3
3
3
n
N
= 120
3
75,17
86,1
= 56,57 mm
lấy d
3
= 60mm
Chọn sơ bộ ổ lăn:
Chọn sơ bộ ổ lăn là ổ đũa côn
Với d
1
= 20 chọn ổ đũa côn loại nhẹ có b
o1
= 15 mm
Với d
2
= 30 chọn ổ đũa côn loại nhẹ có b
o1
= 19 mm
Với d
3
= 60 chọn ổ đũa côn loại trung có b
o1
= 31mm
2.Vẽ phác hộp giảm tốc.
Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:
Chọn K
1
= 10 (mm)
K
2
= 10 (mm)
K
3
= 15 (mm)
h
n
= 20 (mm).
Chiều dài moay ơ nối trục, bánh răng, đĩa xích :
l
m12
= (1,4 ữ 2,5 )d
I
= 40 (mm).
l
m13
= (1,2 ữ 1,5 )d
I
= 30 (mm).
l
m22
= (1,2 ữ 1,5 )d
II
= 35 (mm).
l
m32
= (1,2 ữ 1,8 )d
III
= 90 (mm).
13
l
m33
= (1,2 ÷ 1,5 )d
III
= 80 (mm)
Kho¶ng c¸ch trªn c¸c trôc :
Trôc I:
l
12
= - l
c12
= -[0,5.(l
m12
+ b
o1
)+k
3
+h
n
]= -62,5 (mm).
l
13
= 0,5.(l
m13
+ b
o
)+k
1
+k
2
= 42.5 (mm).
l
11
= 2 l
13
= 85 mm
Trôc II
l
22
= 0,5.(l
m22
+ b
o2
)+k
1
+k
2
= 47 (mm).
l
21
= (0,9÷1)d
aM2
= 337 (mm)
l
23
= l
21
/2= 168,5 (mm)
Trôc III
l
32
= 0,5.(l
m32
+ b
o3
)+k
1
+k
2
= 80,5 (mm)
l
31
= 2.l
32
= 161 (mm)
l
33
= l
31
+ l
c33
= l
31
+ 0,5.(l
m33
+ b
o3
)+k
3
+h
n
= 251,5 (mm)
l
c3
= l
33
–l
31
= 251,5-161=90,5
♦ VÏ ph¸c hép gi¶m tèc:(H×nh vÏ trang bªn)
3. Lùc t¸c dông tõ c¸c bé truyÒn lªn trôc
♦Ta cã s¬ ®å ph©n tÝch lùc chung nh h×nh vÏ:
a,Lùc t¸c dông lªn c¸c bé truyÒn trong hép gi¶m tèc
14
F
k
F
r1
F
t1
F
a1
F
r2
F
t2
F
a2
F
t3
F
a3
F
r3
F
t4
F
a4
F
r4
R
XX
O
2
β
h
hép
R
Xy
R
X
α
O
1
F
t4
H
R
Xx
b,Lực tác dụng trên bộ truyền xích
Hình1.Sơ đồ lực tác dụng trên các bộ truyền
Các lực tác dụng lên trục: Lực do khớp nối, lực tác dụng lên bộ truyền
bánh răng, lực tác dụng lên bộ truyền trục vít-bánh vít,lực tác dụng trên
bộ truyền xích .
Các thành phần lực trong thiết kế đợc biểu diễn nh hình vẽ phần trên.
+Lực tác dụng của khớp nối: F
K
= (0,2 ữ 0,3).2T
1
/D
0
,
Với : T
1
= 16612 N.mm , D
0
= 50 mm.
==
50
16612.2).3,0 2,0(
k
F
166 (N).
+Lực tác dụng khi ăn khớp trên các bộ truyền trong hộp giảm tốc đợc
chia làm ba thành phần:
F
t
: Lực vòng; F
r
: Lực hớng tâm; F
a
: Lực dọc trục;
Trong đó:
-F
t1
= F
t 2
= 681(N);
-F
r1
= F
r 2
= 273(N);
-F
a1
= F
a2
= 216(N);
-F
t3
= F
a4
= 878(N);
-F
t4
= F
a3
= 6255(N);
-F
r3
= F
r4
= 2290(N);
+Lực tác dụng trên bộ truyền xích:
Lực căng của xích trên nhánh chủ động R
X
=F
t
+F
0
+F
v
=7900+158+0,32=8058(N)
(F
t
: lực vòng; F
0
: lực căng do trọng lợng nhánh xích bị động gây
ra; F
v
: lực căng do lực li tâm sinh ra)
Lực này đợc chia ra làm hai thanh phần R
Xx
và R
Xy
;
Để xác định R
XX
và R
XY
ta phải xác định các góc và , ta có:
sin= (R
2
-R
1
)/A= (1055-255,6)/2.732= 0,546 => = 33,09
0
Lấy h
hộp
=300mm
sin= (H-h
hộp
)/A=(750-300)/732=0,615 => = 37,93
0
=>= +=71,02
0
R
Xx
= F
X
.cos=8058.cos71,02
0
= 2621 (N)
R
Xy
= F
X
.sin= 8058.sin71,02
0
= 7612 (N)
4.Thiết kế trục :
Ta đi tính toán và thiết kế từng trục:
<4.1> Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu của trục I ( Hình 2)
Tính các phản lực R (chỉ số chỉ thứ tự phơng , trục,đầu ổ) và vẽ biểu đồ
mômen.
Chiếu các lực lên phơng oy :
=+=
=+=
02
2
.
0
1312131
1
1
12111
lRlF
d
FM
RFRY
yra
I
oy
yry
<=>
=+=
=+=
05,42.2.5,42.273
2
78,48
.216
0273
12
1211
y
I
oy
yy
RM
RRY
15
Giải hệ này ta đợc R
y11
=74,5 (N), R
y12
= 198,5 (N)
Viết phơng trình mômen uốn M
uy
cho trục I:
+Đoạn AB (0z62,5) : M
y1
= 0
+Đoạn BC (62,5z105) : M
y2
= R
y11
(z-62,5)=74,5(z-62,5)
+Đoạn CD (105z147,5) : M
y3
=R
y11
(z-62,5)-F
r1
(z-105)+F
a1
.d
1
/2
=74,5(z-62,5)-273(z-105)+5268,24
Chiếu các lực lên phơng ox:
=+=
=++=
02
0
131213112
12111
lRlFlFM
RFRFX
xtk
I
ox
xtxk
<=>
=+=
=++=
05,42.2.5,42.6815,62.166
0681166
12
1211
x
I
ox
xx
RM
RRX
Giải hệ này ta đợc R
x12
= 462,5(N), R
x11
= 52,5 (N)
Viết phơng trình mômen M
ux
cho trục I:
+Đoạn AB (0z62,5) : M
x1
= F
k
.z = 166.z
+Đoạn BC (62,5z105) : M
x2
=F
k
.z+R
x11
(z-62,5)=166.z+52,5(z-62,5)
+Đoạn CD (105z147,5) : M
y3
= F
k
.z+R
x11
(z-62,5)-F
t1
(z-105)
=166.z+52,5(z-62,5)-681(z-105)
Mômen xoắn trên trục M
x
= 16612(Nmm)
Từ đó ta vẽ đợc biểu đồ mômen M
uy
,M
ux
, M
x
cho trục I ( Hình 2)
Tính mômen uốn tổng và mômen tơng đơng tại các thiết diện nguy hiểm
Mômen uốn ở những thiết diện nguy hiểm trên trục I đợc xác định trên
biểu đồ mô men M
ux
,M
uy
+Tại thiết diện B: M
uB
=
22
uyBuxB
MM +
=
2
103570
+
=10357(Nmm)
+Tại thiết diện C: M
uC
=
22
uyCuxC
MM +
=
22
196618434
+
=21394(Nmm)
Mômen tơng đơng tại B và C:
+ M
tđB
=
22
.75,0
xuB
MM
+
=
22
16612.75,010357 +
= 17727(Nmm)
+ M
tđC
=
22
.75,0
xuC
MM
+
=
22
16612.75,021394 +
= 25781(Nmm)
Tính đờng kính trục tại các thiết diện B và C theo công thức:
d
j
3
]).[1,0/(
tdj
M
với [] là ứng suất cho phép của thép để chế tạo
trục ,chọn thép chế tạo trục là Thép 45 có
b
=600Mpa =>[]= 63 MPa
+ d
B
3
]).[1,0/(
Btd
M
=
3
)63.1,0/(17727
=14,1 mm
+ d
C
3
]).[1,0/(
tdC
M
=
3
)63.1,0/(25781
=16,0 mm
16
+ Tại thiết diện B là ngõng trục do vậy ta chọn đờng kính trục là
d
B
=15mm.
+ Tại thiết diện C là phần trục lắp bánh răng do vậy chọn đờng kính trục
là 20mm theo tiêu chuẩn .
Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:
Kết cấu trục thiết kế đợc phải thoả mãn điều kiện:
[ ]
ssssss
+=
22
/.
Trong đó: [s] hệ số an toàn cho phép, [s] = 1,5 2,5
khi cần tăng độ cứng thì [s] = 2,5 3.
s
, s
- hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trờng hợp ứng suất pháp hoặc
ứng suất tiếp, đợc tính theo công thức sau đây:
;
ma
k
s
1
+
=
trong đó :
-1
,
-1
: giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng
Vật liệu là thép 45 nên
-1
= 0,436
b
=0,436.600=262MPa
-1
0,58
-1
= 0,58.262 = 152MPa
a
,
a
,
m
,
m
là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng
suất tiếp tại tiết diện xét.
Xác định các thành phần trong công thức:
* Xét tại tiết diện B:
Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu
kì đối xứng ,do đó
a
tính theo ct 10.22
m
= 0,
a
=
max
= M
u
/W = 10357/331= 31,3 MPa. (W=.d
3
/32)
Vì trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch
động do đó
m1
,
a
tính theo ct 10.23
m1
=
a
= T/2W
o
=16612/2.662= 12,5 Mpa.
,
là hệ số kể đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến
độ bền mỏi tra theo bảng 10.7 đợc
=0,05;
=0
Phơng pháp gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểm yêu
cầu đạt Ra = 2,5 0,63 àm, do đó theo bảng 10.8 , hệ số tập trung
ứng suất do trạng tháI bề mặt K
x
= 1,06
Không dùng các phơng pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăng bền
K
y
=1
Tra bảng 10.11 ứng với kiểu lắp đã chọn là k6
b
= 600Mpa và đờng
kính tiết diện nguy hiểm d=15mm ta tra đợc tỉ số
K
/
= 2,06
K
/
= 1,64
Xác đìng các hệ số K
d
và K
d
theo ct 10.25 và ct 10.26
12,21/)106,106,2(1
=+=
+=
yxd
KK
K
K
17
70,11/)106,164,1(1
=+=
+=
yxd
KK
K
K
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp s
theo ct 10.20
95,3
3,31.12,2
262
1
==
+
=
mad
K
s
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp s
theo ct 10.21
15,7
5,12.70,1
152
1
==
+
=
mad
K
s
Hệ số an toàn s theo ct 10.19
[ ]
2 5,14,315,795,3/02,7.95,3/.
2222
=>=+=+=
sssss
Trục tại tiết diện B thoả mãn về độ bền mỏi.
* Xét tại tiết diện C:(d=20mm)
m
= 0,
a
=
max
= M
u
/W = 21394/785= 27,3 MPa.
m1
=
a
= T/2W
o
=16612/2.1570= 5,3 MPa.
Phơng pháp gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểm yêu
cầu đạt Ra = 2,5 0,63 àm, do đó theo bảng 10.8 , hệ số tập trung
ứng suất do trạng tháI bề mặt K
x
= 1,06
Không dùng các phơng pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăng bền
K
y
=1
Theo bảng 10.12 khi dung dao phay ngón , hệ số tập trung ứng suất
tại rãnh then ứng với vật liệu
b
= 600 MPa là K
= 1,76 và K
= 1,54.
Từ bảng 10.10 với d = 15 mm,
= 0,92
= 0,89
xác định đợc tỉ số K
/
và K
/
tại rãnh then trên tiết diện
này
K
/
= 1,76/0,92 = 1,91
K
/
= 1,54/0,89 = 1,73
Tra bảng 10.11 ứng với kiểu lắp đã chọn là k6
b
= 600Mpa và đờng
kính tiết diện nguy hiểm d=20mm ta tra đợc tỉ số
K
/
= 2,06
K
/
= 1,64
Xác đìng các hệ số K
d
và K
d
theo ct 10.25 và ct 10.26
12,21/)106,106,2(1
=+=
+=
yxd
KK
K
K
79,11/)106,173,1(1
=+=
+=
yxd
KK
K
K
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp s
theo ct 10.20
52,4
3,27.12,2
262
1
==
+
=
mad
K
s
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp s
theo ct 10.21
18
02,16
3,5.79,1
152
1
==
+
=
mad
K
s
Hệ số an toàn s theo ct 10.19
[ ]
2 5,136,402,1652,4/02,16.53,4/.
2222
=>=+=+=
sssss
Trục tại tiết diện C thoả mãn về độ bền mỏi.
Định kết cấu trục I:
+ Để kết cấu trục thoả mãn các yêu cầu về công nghệ ta chọn đờng kính
trục tăng lên , cụ thể là : đờng kính trục tại phần lắp bánh răng lấy
d
IC
=34mm; đờng kính tại ngõng trục d
IB
=25mm, đờng kính tại phần lắp
nối trục là d
IA
=18mm
+ Do đờng kính trục tại phần lắp bánh răng gần bằng với d
1
nên ta chế
tạo bánh răng liền trục.
+ Các ổ lăn trên trục lắp theo kiểu k6
+ Chọn kiểu lắp của nối trục với trục là H7/k6 , chọn đờng kính phần
trục lắp nối trục d= 18mm =>chọn loại then có kích thớc bxh=6x6,
t
1
=3,5mm; t
2
=2,8mm
Kết cấu của trục I đợc vẽ trên hình 2
Kiểm nghiệm độ bền của then
Độ bền dập ct 9.1
[ ]
MPaMPa
thld
T
d
t
d
1507,52
)5,36.(14.18
16612.2
).(.
.2
1
1
==
=
=
Độ bền cắt ct 9.2
[ ]
MPa
bld
T
c
t
c
906022
6.14.18
16612 2
.2
1
ữ====
Theo bảng 9.5 ta tra đợc [
d
] =150 (Mpa) và [
c
] =60-:- 90 (Mpa) .
Vậy mối ghép then đều thoả mãn độ bền đập và độ bền cắt .
<4.2> Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu của trục II ( Hình 3)
Tính các phản lực R
yj
và R
xJ
Chiếu các lực lên phơng oy :
=+++=
=+=
02
2
2
.
0
2322233
3
3222
2
2
222132
lRlF
d
FlF
d
FM
RRFFY
yrara
II
oy
yyrr
<=>
=+++=
=+=
05,168.2.5,168.2290
2
90
.62547.273
2
17,121
.216
02290273
22
2221
y
II
oy
yy
RM
RRY
Giải hệ này ta đợc R
y22
= 984,6 (N), R
y21
= 1578,4 (N)
19
Viết phơng trình mômen uốn M
uy
cho trục II:
+Đoạn AB (0z47) : M
y1
= F
a2
.d
2
/2+F
r2
.z=13086,36 + 273.z
+Đoạn BC (47z215,5) : M
y2
= F
a2
.d
2
/2+ F
r2
.z -R
y21
(z-47)
=13086 + 273.z - 1578,4(z-47)
+Đoạn CD (215,5z384) :
M
y3
= F
a2
.d
2
/2+ F
r2
.z -R
y21
(z-47)+F
r3
(z-215,5) +
F
a3
.d
3
/2
=41211+ 273.z - 1578,4(z-47)+ F
r3
(z-215,5)
Chiếu các lực lên phơng ox:
=+=
=+=
02
0
2322233222
223212
lRlFlFM
RFRFX
xtt
II
ox
xtxt
<=>
=+=
=+=
05,168.2.5,168.87847.681
0878681
22
2221
x
II
ox
xx
RM
RRX
Giải hệ này ta đợc R
x22
= 534(N), R
x21
= 337 (N)
Viết phơng trình mômen M
ux
cho trục II:
+Đoạn AB (0z47) : M
x1
= F
t2
.z = 681.z
+Đoạn BC (47z215,5) : M
x2
=F
t2
.z-R
x21
(z-47)=681.z-337(z-47)
+Đoạn CD (215,5z384) : M
y3
= F
t2
.z-R
x21
(z-47)-F
t3
(z-215,5)
=681.z-337(z-47)-878(z-215,5)
Mômen xoắn trên trục M
x
= 39511(Nmm)
Từ đó ta vẽ đợc biểu đồ mômen M
uy
,M
ux
, M
x
cho trục II ( Hình 3)
Mômen uốn ở những thiết diện nguy hiểm trên trục II đợc xác định trên
biểu đồ mô men M
ux
,M
uy
+Tại thiết diện B: M
uB
=
22
uyBuxB
MM +
=
22
3200725917
+
=41184(Nmm)
+Tại thiết diện C: M
uC
=
22
uyCuxC
MM +
=
22
76395194043
+
=208540(Nmm)
Mômen tơng đơng tại B và C:
+ M
tđB
=
22
.75,0
xuB
MM
+
=
22
39511.75,041184 +
= 53544(Nmm)
+ M
tđC
=
22
.75,0
xuC
MM
+
=
22
39511.75,0208540 +
= 211329(Nmm)
Tính đờng kính trục tại các thiết diện B và C theo công thức:
d
j
3
]).[1,0/(
tdj
M
với [] là ứng suất cho phép của thép để chế tạo
trục ,chọn thép chế tạo trục là Thép 45 có
b
=600Mpa =>[]= 63 MPa
20
+ d
B
3
]).[1,0/(
Btd
M
=
3
)63.1,0/(53544
=20,4 mm
+ d
C
3
]).[1,0/(
tdC
M
=
3
)63.1,0/(211329
=32,3 mm
+Tại thiết diện B là ngõng trục do vậy ta chọn đờng kính trục là
d
B
=25mm.
+ Tại thiết diện C là phần trục lắp bánh răng do vậy chọn đờng kính trục
là 34mm theo tiêu chuẩn .
Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:
Kết cấu trục thiết kế đợc phải thoả mãn điều kiện:
[ ]
ssssss
+=
22
/.
Trong đó: [s] hệ số an toàn cho phép, [s] = 1,5 2,5
khi cần tăng độ cứng thì [s] = 2,5 3.
s
, s
- hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trờng hợp ứng suất pháp hoặc
ứng suất tiếp, đợc tính theo công thức :
ma
k
s
1
+
=
trong đó :
-1
,
-1
: giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng
Vật liệu là thép 45 nên
-1
= 0,436
b
=0,436.600=262MPa
-1
0,58
-1
= 0,58.262 = 152MPa
a
,
a
,
m
,
m
là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng
suất tiếp tại tiết diện xét.
Xác định các thành phần trong công thức:
* Xét tại tiết diện B:
Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu
kì đối xứng ,do đó
a
tính theo ct 10.22
m
= 0,
a
=
max
= M
u
/W = 41184/1534= 26,9 MPa. (W=.d
3
/32)
Vì trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch
động do đó
m1
,
a
tính theo ct 10.23
m1
=
a
= T/2W
o
=39511/2.3068= 6,4 Mpa.
,
là hệ số kể đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến
độ bền mỏi tra theo bảng 10.7 đợc
=0,05;
=0
Phơng pháp gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểm yêu
cầu đạt R
a
= 2,5 0,63 àm, do đó theo bảng 10.8 , hệ số tập trung
ứng suất do trạng thái bề mặt K
x
= 1,06
Không dùng các phơng pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăng bền
K
y
=1
Tra bảng 10.11 ứng với kiểu lắp đã chọn là k6
b
= 600Mpa và đờng
kính tiết diện nguy hiểm d=25mm ta tra đợc tỉ số
K
/
= 2,06
K
/
= 1,64
Xác đìng các hệ số K
d
và K
d
theo ct 10.25 và ct 10.26
21
12,21/)106,106,2(1
=+=
+=
yxd
KK
K
K
70,11/)106,164,1(1
=+=
+=
yxd
KK
K
K
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp s
theo ct 10.20
59,4
9,26.12,2
262
1
==
+
=
mad
K
s
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp s
theo ct 10.21
3,13
4,6.70,1
152
1
==
+
=
mad
K
s
Hệ số an toàn s theo ct 10.19
[ ]
2 5,13,434,1359,4/34,13.59,4/.
2222
=>=+=+=
sssss
Trục tại tiết diện B thoả mãn về độ bền mỏi.
* Xét tại tiết diện C:(d=34mm)
m
= 0,
a
=
max
= M
u
/W = 208540/3859= 54 MPa.
m1
=
a
= T/2W
o
=39511/2.7718= 2,6 MPa.
Phơng pháp gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểm yêu
cầu đạt Ra = 2,5 0,63 àm, do đó theo bảng 10.8 , hệ số tập trung
ứng suất do trạng tháI bề mặt K
x
= 1,06
Không dùng các phơng pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăng bền
K
y
=1
Tra bảng 10.11 ứng với kiểu lắp đã chọn là k6
b
= 600Mpa và đờng
kính tiết diện nguy hiểm d=34mm ta tra đợc tỉ số
K
/
= 2,06
K
/
= 1,64
Xác đìng các hệ số K
d
và K
d
theo ct 10.25 và ct 10.26
12,21/)106,106,2(1
=+=
+=
yxd
KK
K
K
79,11/)106,173,1(1
=+=
+=
yxd
KK
K
K
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp s
theo ct 10.20
3,2
54.12,2
262
1
==
+
=
mad
K
s
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp s
theo ct 10.21
4,34
6,2.79,1
152
1
==
+
=
mad
K
s
Hệ số an toàn s theo ct 10.19
[ ]
2 5,13,24,343,2/4,34.3,2/.
2222
=>=+=+=
sssss
Trục tại II tiết diện C thoả mãn về độ bền mỏi.
22
Định kết cấu trục II: Trục II là trục chế tạo trục vít:
+ Để kết cấu trục thoả mãn các yêu cầu về công nghệ ta chọn đờng kính
trục: đờng kính trục tại phần chế tạo trục vít lấy d
IIC
=60mm; đờng kính
tại ngõng trục d
IIB
=50 mm, đờng kính tại phần lắp bánh răng là
d
IIA
=40mm
+ Các ổ lăn trên trục lắp theo kiểu k6
+ Chọn kiểu lắp bánh răng với trục là H7/k6 , d
IIA
= 40mm =>chọn loại
then có kích thớc bxh=12x8, t
1
=5mm; t
2
=3,3mm
Kết cấu của trục đợc vẽ trên hình 3
Kiểm nghiệm độ bền của then
Độ bền dập ct 9.1
[ ]
MPaMPa
thld
T
d
t
d
15034,26
)58.(25.40
39511.2
).(.
.2
1
1
==
=
=
Độ bền cắt ct 9.2
[ ]
MPa
bld
T
c
t
c
90606,6
12.25.40
39511.2
.2
1
ữ====
Theo bảng 9.5 ta tra đợc [
d
] =150 (Mpa) và [
c
] =60-:- 90 (Mpa) .
Vậy mối ghép then thoả mãn độ bền đập và độ bền cắt .
<4.3> Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu của trục III ( Hình 4)
Tính các phản lực R
yj
và R
xJ
Chiếu các lực lên phơng oy :
=++=
=++=
0.2
2
.
0
333232324
4
41
32314
lRlRlF
d
FM
RRRFY
xyyra
III
y
Xyyyr
<=>
=++=
=++=
05,251.76125,80.2.5,80.2290
2
320
.878
076122290
321
3231
y
III
y
yy
RM
RRY
Giải hệ này ta đợc R
y32
= 12163 (N), R
y31
= 2261 (N)
Viết phơng trình mômen uốn M
uy
cho trục III:
+Đoạn AB (0z80,5) : M
y1
= R
y31
.z=-2261.z
+Đoạn BC (80,5z161) : M
y2
= -F
a4
.d
4
/2- R
y31
.z -F
r4
.(z-80,5)
=-140480 - 2261.z - 2290(z-80,5)
+Đoạn CD (161z251,5) :
M
y3
=-F
a4
.d
4
/2- R
y31
.z -F
r4
.(z-80,5) F
r2
.z +R
y32
(z-161)
==-140480 - 2261.z - 2290(z-80,5)+12163(z-161)
23
Chiếu các lực lên phơng ox:
=+=
=+=
0.2
0
3332323241
32431
lRlRlFM
RRFRX
Xxxt
III
x
Xxxtx
<=>
=+=
=+=
05,251.26215,80.2.5,80.6255
026216255
321
3231
x
III
x
xx
RM
RRX
Giải hệ này ta đợc R
x32
= 7222(N), R
x31
= 1654(N)
Viết phơng trình mômen M
ux
cho trục III:
+Đoạn AB (0z80,5) : M
x1
= R
x31
.z = 1654.z
+Đoạn BC (80,5z161) : M
x2
=R
x31
.z-F
t4
(z-80,5)=1654.z-6255(z-80,5)
+Đoạn CD (161z251,5) : M
y3
= R
x31
.z-F
t4
(z-80,5)-R
x32
(z-161)
= 1654.z-6255(z-80,5)+7222(z-161)
Mômen xoắn trên trục III M
x
= 1000732(Nmm)
Từ đó ta vẽ đợc biểu đồ mômen M
uy
,M
ux
, M
x
cho trục III ( Hình 4)
Mômen uốn ở những thiết diện nguy hiểm trên trục III đợc xác định
trên biểu đồ mô men M
ux
,M
uy
+Tại thiết diện B:M
uB
=
22
uyBuxB
MM +
=
22
1331475,322490
+
=348896(Nmm)
+Tại thiết diện C:M
uC
=
22
uyCuxC
MM +
=
22
5,237233688685
+
=728400(Nmm)
Mômen tơng đơng tại B và C:
+ M
tđB
=
22
.75,0
xuB
MM
+
=
22
1000732.75,0348896 +
= 934252(Nmm)
+ M
tđC
=
22
.75,0
xuC
MM
+
=
22
1000732.75,0728400 +
= 1132106(Nmm)
Tính đờng kính trục tại các thiết diện B và C theo công thức:
d
j
3
]).[1,0/(
tdj
M
với [] là ứng suất cho phép của thép để chế tạo
trục ,chọn thép chế tạo trục là Thép 45 có
b
=600Mpa =>[]= 63 MPa
+ d
B
3
]).[1,0/(
Btd
M
=
3
)50.1,0/(934252
= 57,16 mm
+ d
C
3
]).[1,0/(
tdC
M
=
3
)50.1,0/(1132106
= 60,95 mm
+Tại thiết diện C là ngõng trục do vậy ta chọn đờng kính trục là
d
B
=65mm.
+ Tại thiết diện B là phần trục lắp bánh vít do vậy chọn đờng kính trục
là 70 mm theo tiêu chuẩn .
Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:
Kết cấu trục thiết kế đợc phải thoả mãn điều kiện:
[ ]
ssssss
+=
22
/.
Trong đó: [s] hệ số an toàn cho phép, [s] = 1,5 2,5
24
khi cần tăng độ cứng thì [s] = 2,5 3.
s
, s
- hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trờng hợp ứng suất pháp hoặc
ứng suất tiếp, đợc tính theo công thức :
ma
k
s
1
+
=
trong đó :
-1
,
-1
: giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng
Vật liệu là thép 45 nên
-1
= 0,436
b
=0,436.600=262MPa
-1
0,58
-1
= 0,58.262 = 152MPa
a
,
a
,
m
,
m
là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng
suất tiếp tại tiết diện xét.
Xác định các thành phần trong công thức:
* Xét tại tiết diện B:
Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu
kì đối xứng ,do đó
a
tính theo ct 10.22
m
= 0,
a
=
max
= M
uB
/W = 348896/29489= 11,8 MPa. (W tính theo
công thức bảng 10.6)
Vì trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch
động do đó
m1
,
a
tính theo ct 10.23
m1
=
a
= T/2W
o
=1000732/2.63163= 7,9 Mpa.
,
là hệ số kể đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến
độ bền mỏi tra theo bảng 10.7 đợc
=0,05;
=0
Phơng pháp gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểm yêu
cầu đạt R
a
= 2,5 0,63 àm, do đó theo bảng 10.8 , hệ số tập trung
ứng suất do trạng thái bề mặt K
x
= 1,06
Không dùng các phơng pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăng bền
K
y
=1
Theo bảng 10.12 khi dùng dao phay ngón , hệ số tập trung ứng suất
tại rãnh then ứng với vật liệu
b
= 600 MPa là K
= 1,76 và K
= 1,54.
Từ bảng 10.10 với d = 70 mm,
= 0,76
= 0,73
xác định đợc tỉ số K
/
và K
/
tại rãnh then trên tiết diện này
K
/
= 1,76/0,76 = 2,32
K
/
= 1,54/0,73 = 2,11
Tra bảng 10.11 ứng với kiểu lắp đã chọn là k6
b
= 600Mpa và đờng
kính tiết diện nguy hiểm d=70mm ta tra đợc tỉ số
K
/
= 2,52
K
/
= 2,03
Xác định các hệ số K
d
và K
d
theo ct 10.25 và ct 10.26
58,21/)106,152,2(1
=+=
+=
yxd
KK
K
K
25
