Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp theo các yêu cầu sau đây

CHÀO QUÝ THẦY CÔ
VÀ CÁC BẠN
Nhóm 2:
Nguyễn Văn Cầu
Lưu Duy Gân
Nguyễn Anh Khoa
ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

NỘI DUNG ĐỒ ÁN:
Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp theo các yêu cầu
sau đây:
Công suất trục dẫn P
1
=5,3 kw
Số vòng quay trục dẫn n
1
=650 vòng
Tỉ số truyền u
h
=16
Thời gian sử dụng 10000 giờ
Bộ truyền quay 1 chiều
Hệ số quá tải K
qt
=2,1
Hộp giảm tốc khai triển u
1
=5,23 u
2
=3,06

Chế độ tải :

Bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc khai triển thường:

I.Tính toán thiết kế bánh răng:

Chọn vật liệu:
Bánh nhỏ: thép 50 thường hoá đạt độ rắn HB 179 ÷ 228 có Bánh lớn: thép 50 tôi cải
thiện đạt độ rắn HB 228 ÷ 255 có
Bánh lớn: thép 50 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 228 ÷ 255 có
MPaMPa
chb
350,640
1
1
==
σσ
MPaMPa
chb
530,800700
22
=−=
σσ

Xác định ứng suất:
Tra bàng 6.2 trang 94(tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập
1)
[ ]
( )

HLxHVRHHH
KKZZS/
0
lim
σσ
=
chọn sơ bộ
1=
xHVR
KZZ
[ ]
HHLHH
SK /
0
lim
σσ
=
=>
S
H
,S
F
:hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn .S
H
=1,1,S
F
=1,75.
0
lim
0

lim
,
FH
σσ
: ứng suất tiếp xúc cho phép ứng và ứng suất uốn cho phép tính theo
số chu kì cơ sở ;
75,1,8,1
0
lim
==
FF
SHB
σ
Chọn HB
1
=200, HB
2
=240
70.2
0
lim
+= HB
H
σ
MPaHB
H
47070200.2702
1
1
0

lim
=+=+=
σ
MPaHB
H
55070240.2702
2
2
0
lim
=+=+=
σ
=>


MPa
F
360200.8,1
1
0
lim
==
σ
MPa
F
432240.8,1
2
0
lim
==

σ
Hệ số tuổi thọ
H
m
HE
HO
HL
N
N
K =
F
m
FE
FO
FL
N
N
K =
4,2
30
HBHO
HN =
N
FO
=4.106
N
HO1
=30.240
2,4
= 9,99.106

N
HO2
=30.240
2,4
= 15,48.106
m
H
, m
F
: bậc đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn.
N
HO
,N
FO
: số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc và uốn.
H
HB
: độ rắn Brinen.
N
HE
: số chu kì thay đổi ứng suất tương đương.
ii
i
HE
tn
T
T
cN
3
max

60








∑=
c:số lần ăn khớp trong 1 vòng quay lấy c=1
T
i
: mômen xoắn ; n
i
: số vòng quay.
t
i
: tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét.

∑∑ ∑








=

ii
i
iHE
tt
T
T
t
u
n
cN / 60
3
max1
1
2
( )
22
6333
10.9,333,0.3,05,0.8,02,0.110000
23,5
650
.1.60
HOHE
NN >=++=
=>
1
2
=
HL
K
Tương tự

1
111
==>>
HLHOHE
KNN
MPa
S
K
H
HL
HH
27,427
1,1
1
.470][
1
1
0
1lim
===
σσ
MPa
S
K
H
HL
HH
500
1,1
1

.550][
2
2
0
2lim
===
σσ
Cấp nhanh sử dụng răng nghiêng
2
1
][25,164,463
2
50027,427
2
][][
][
2
H
HH
H
MPa
σ
σσ
σ
<=
+
=
+
=
Tính ra N

HE
>N
HO
nênK
HL
=1
MPa
HH
500][][
2
'
==
σσ
Độ rắn mặt răng
350≤
nên m
F
=6
ii
m
i
FE
tn
T
T
cN
F
∑









=
max
.60

( )
FOFE
NN >=++=
6666
10.30,243,0.3,05,0.8,02,0.110000.
3,5
650
.1.60
=>
1
2
=
FL
K
Tương tự
1
1
=
FL
K

F
FLFCH
F
S
KK
][
1lim
1
σ
σ
=
K
FC
:hệ số xét đến đặt tải trọng
K
FC
=1 khi đặt tải 1 phía (quay 1 chiều)
MPa
H
57,268
75,1
1.1.470
][
1
==
σ
MPa
H
29,314
75,1

1.1.500
][
2
==
σ
=>


Ứng suất uốn quá tải cho phép :
350≤HB
MPa
chF
1484530.8,28,2][
2max
===
σσ
MPa
chF
280350.8,08,0][
1max
1
===
σσ
MPa
chF
424530.8,08,0][
2max
2
===
σσ


Tính toán cấp nhanh :Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Xác định sơ bộ khoảng cách trục:
3
1
2
1
11
][
.
)1(
baH
H
aw
u
KT
uKa
Ψ
+=
σ
β
K
a
: hệ số phụ thuộc vật liệu cặp bánh răng và loại răng, bánh răng trụ
răng nghiêng chọn Ka=43 Mpa
1/3
(bảng 6.5 trang 96 tính toán thiết kế hệ dẫn
động cơ khí tập 1).

T
1
: momen xoắn trên bánh chủ động (Nmm).
][
H
σ
: ứng suất tiếp xúc cho phép.
u
1
: tỉ số truyền
w
w
ba
a
b
=Ψ
: hệ số chiều rộng vành răng; b
w
: chiều rộng vành răng.
β
H
K
: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành
răng khi tính về tiếp xúc.
.
Bánh răng ko đối xứng H
1
,H
2
<HB<350 chọn

3,0=Ψ
ba
(bảng 6.6)
15,1=
β
H
K
(bảng 6.7/98)
1)123,5.(3,0.53,0)1(53,0
1
=+=+Ψ=Ψ u
babd

Nmm
n
P
T 7786910.55,9
1
1
6
1
==

Xác định các thông số ăn khớp:
mma
w
15,173
3,0.23,5.64,463
15,1.77869
)123,5.(43

3
2
1
=+=
lấy a
w1
=173 mm
÷
÷
Môđun: m=(0,01
0,02)a
w1
=1,73
3,46 mm
Theo bảng 6.8/99 chọn môđun pháp
m=2,5
Chọn sơ bộ góc nghiêng
0
10=
β
Số răng bánh răng nhỏ:
88,21
)123,5.(5,2
9848,0.173.2
)1(
cos2
1
1
1
=

+
=
+
=
um
a
Z
w
β
lấy Z
1
=22 răng
Số răng bánh răng lớn:
Z
2
=u
1
.Z
1
=5,23.22=115,06
lấy Z
2
=115 răng
Tỉ số truyền thực tế
23,5
22
115
1
2
===

Z
Z
u
m

99,0
173.2
)22115.(5,2
2
)(
cos
1
21
=
+
=
+
=
w
a
ZZm
β
=>
0
1,8=
β

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:
Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng bộ truyền phải thoả mãn điều kiện:
][

)1(2
2
11
11
H
ww
H
HMH
dub
uKT
ZZZ
σσ
ε
≤
+
=
Theo bảng 6.5 vật liệu thép-thép chọn Z
M
=274(MPa)
1/3
Ta có
βαβ
tgtg
tb
cos=
0
20=
α
góc profin gốc(TCVN1065-71)
Răng nghiêng không dịch chỉnh

3,20
99,0
20
cos
=






=








==
tg
arctg
tg
arctg
twt
β
α
αα
0

4,7
13,01,8.3,20cos.cos
==>
===
b
tb
tgtgtg
β
βαβ
Z
H
: hệ số hình dạng bề mặt tiếp xúc.
745,1
)3,20.2sin(
4,7cos.2
2sin
cos2
===
tw
b
H
Z
α
β

Ta có
hệ số trùng khớp dọc:
).(sin mb
w
πβε

β
=
mà
9,51173.3,0.
1
===
wbaw
ab
ψ
nên
93,0
5,2.14,3
1,8sin
.9,51 ==
β
ε
77,0
69,1
11
===
α
α
ε
ε
Tính gần đúng
69,11,8cos].
115
1
22
1

2,388,1[ =






+−=
α
ε

Đường kính vòng lăn bánh nhỏ:
mm
u
a
d
m
w
w
54,55
123,5
173.2
1
2
1
1
=
+
=
+

=
Vận tốc vòng
sm
nd
v
w
/89,1
60000
650.54,55.14,3
60000
11
===
π
Bánh răng trụ răng nghiêng theo bảng 6.6/106 với v<4m/s chọn cấp chính xác là 9
tra bảng 6.14/107 với cấp chính xác 9 vận tốc v<2,5m/s chọn
13,1=
β
H
K
1
1
0
u
a
vgv
w
HH
σ
=

Tra bảng 6.16 với cấp chính xác 9 môđun m=2,5<3,55 chọn g
0
=73, với g
0
: hệ số
kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bánh răng; tra bảng 6.15/107 ta có:
002,0=
H
δ
: hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp
588,1
23,5
173
73.89,1.002,0 ==→
H
v
K
Hv
:hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.
Ta có
01,1
13,1.15,1.77869.2
54,55.9,51.58,7
1
2
1
1
1
=+=+=
αβ

HH
wwH
Hv
KKT
dbv
K
α
H
K
: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi đồng thời ăn khớp
Mặt khác:
33,102,1.13,1.15,1 ===
HvHHH
KKKK
αβ
Mà
64,463][05,457
05,457
)1(2
2
11
11
=<=
=
+
=
HH
ww
H
HMH

MPa
dub
uKT
ZZZ
σσ
σ
ε

Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
mdb
YYKT
ww
FF
F
1
1
1
1
2
ε
σ
=

Theo bảng 6.7
32,1=
β
F
K
Theo bảng 6.14 với v<2,5 m/s và cấp chính xác 9 chọn
37,1=

α
H
K
Theo bảng 6.15 HB
2
<350 và răng nghiêng chọn
006,0=
F
δ
K
F
: hệ số tải trọng khi tính về uốn.
ε
Y
β
Y
: hệ số kể đến sự trùng khớp
: hệ số kể đến độ nghiêng của răng
Y
F1
: hệ số dạng răng bánh răng chủ động 1
76,4
23,5
173
.89,1.73.006,0
1
0
1
===
u

a
vgV
w
FF
δ
05,1
32,1.37,1.77869.2
54,55.9,51.76,4
1
2
1
1
1
=+=+=
αβ
FF
wwF
FV
KKT
dbV
K
=>
9,137,1.05,1.32,1 ===
FVFFF
KKKK
αβ
với
59,0
1
,69,1 ===

α
εα
ε
ε
Y
với
94,0
140
1,8
1,1,8 =−==
β
β
Y
Số răng tương đương:

119
1,8cos
115
cos
23
1,8cos
22
cos
33
2
33
1
1
1
≈==

≈==
β
β
Z
Z
Z
Z
V
V
Tra bảng 6.18 ta được Y
F1
=4,Y
F2
=3,6
với m=2,5mm Y
S
=1,08-0,0695ln(2,5)=1,02
K
xF
=1 (da < 400 mm), Y
R
=1 (bánh răng phay)
Ứng suất tiếp xúc cho phép theo cấp chính xác động học:
MPaKYY
MPaKYY
xFSRFF
xFSRFF
58,3201.02,1.29,314][][
94,27302,1.1.57,268][][
22

11
===
===
σσ
σσ
][
98,81
4
6,3.09,91
94,273][09,91
09,91
5,2.54,55.9,51
4.94,0.59,0.9,1.77869.2

2
22
1
21
2
11
1
11
1
FF
F
FF
F
FF
ww
FF

F
MPa
Y
Y
MPaMPa
MPa
mdb
YYYKT
σσ
σ
σ
σσ
σ
βε
<
===
=<=
===


Kiểm nghiệm răng về quá tải:
K
qt
=2,1
MPa
MPaK
HH
qtHH
1284][
29,,6381,2.6,440

maxmax
max
=<
===
σσ
σσ
: ứng suất tiếp xúc cho phép với cấp chính xác động học là 9,
chọn cấp chính xác về tiếp xúc là 8,gia công đạt độ nhám R
a
=2,5…1,25
H
σ
m
µ
d
a
<700mm, k
xH
=1, v=1,89 m/s <5 m/s, Z
V
=1
MPa
MPaKZZ
HH
xHRVHH
1484][][
46,4401.95,0.1.64,463][][
max
=<
===

σσ
σσ
MPaMPaK
MPaMpaK
FqtFF
FqtFF
424][97,1711,2.98,81.
280][50,1911,2.09,91.
max22max2
max11max1
=<===
=<===
σσσ
σσσ

Các thông số và kích thước bộ truyền cấp nhanh:
Khoảng cách trục: a
w1
=173 mm .
Môđun pháp: m=2,5 mm.
Chiều rộng vành răng: b
w
=51,9 mm .
Tỉ số truyền: u
m
=5,23.
Góc nghiêng răng:
0
1,8=
β

.
Số răng bánh răng: Z
1
=22 răng, Z
2
= 115 răng
Hệ số dịch chỉnh x
1
=0, x
2
=0.

Đường kính vòng chia:
4,290
99,0
115.5,2
cos
56,55
99,0
22.5,2
cos
2
2
1
1
===
===
β
β
mZ

d
mm
mZ
d
Đường kính đỉnh răng:
d
a1
=d
1
+2.m=60,56mm
da
2
=d
2
+2.m=295,4mm
Đường kính đáy răng
d
f1
=d
1
-2,5.m=49,31mm
d
f2
=d
2
-2,5.m=284,15mm

Tính bộ truyền cấp chậm:Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Xác định sơ bộ khoảng cách trục:

3
2
2
2
22
][
)1(
ba
H
aw
u
KT
uKa
ψσ
β
+=
Với răng nghiêng, vật liệu thép-thép chọn K
a
=43(bảng 6.5)
bảng 6.6 chọn
4,0=
ba
ψ
86,0)106,3.(4,0.53,0)1(53,0
2
=+=+= u
babd
ψψ
05,1=
β

H
K
(sơ đồ 5)

Tính đến tổn thất do ma sát trên răng ở cấp nhanh
)96,0( =
η
và tổn thất trên 1 cặpổ lăn
)99,0( =
η
.Công suất trên bánh chủ động cấp chậm:
P
2
=0,96.0,99.5,23=4,97KW
MPaT 381899
23,5/650
97,4.106.55,9
2
==
mma
w
a
w
29,190
4,0.06,3.500
05,1.381899
)106,3(43
2
2
3

2
=
+=
Lấy a
w2
=190 mm

Xác định các thông số ăn khớp:
mmm
am
w
8,3 9,1
).02,001,0(
2
=
÷=
Theo quan điểm thống nhất hoá trong thiết kế chọn môđun tiêu chuẩn bánh răng
cấp chậm bằng môđun cấp nhanh m=2,5mm.
0
10=
β
→
9848,0cos =
β
chọn sơ bộ
số răng bánh nhỏ:
( )
86,36
)106,3.(5,2
9848,0.190.2

1
cos 2
2
2
1
=
+
=
+
=
um
a
Z
w
β
chọn Z
1
=37 răng
Z
2
=u
2
.Z
1
=3,06.37=113,22
chọn Z
2
=113 răng
tỉ số truyền thực tế u
m

=113/37=3,05

0
3,9
9868,0
190.2
)37113(5,2
cos
=→
=
+
=
β
β
Góc ăn khớp:
0
2
79,31
85,0
190.2
20cos.5,2).10434(
2
cos
cos
=→
=
+
==
tw
w

t
tw
a
mZ
α
α
α
0
9,7
14,03,9.85,0.cos
=→
===
b
twb
tgtgtg
β
βαβ

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:
( )
2
22
22

12

ww
H
HMH
dub

uKT
ZZZ
+
=
ε
σ
với:
- Z
M
:hệ số xét đến ảnh hưởng cơ tính vật liệu.
- Z
H
:hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc.
-
ε
Z
ε
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
:đường kính vòng chia của bánh chủ động.

Theo bảng 6.5 ta có ZM=274Mpa1/3

33,1
)79,31.2sin(
9,7cos2
2sin
cos2
===
wt
b
H
a
Z
β
74,199,0)
114
1
37
1
(2,388,1[cos)]
11
(2,388,1[
21
=+−=+−=
βε
α
ZZ
76,0
1
==
α
ε

ε
Z
Đường kính vòng lăn bánh nhỏ
mm
u
a
d
w
w
6,93
106,3
190.2
1
2
2
2
2
=
+
=
+
=
sm
nd
v
w
/61,0
60000.23,5
650.6,93.14,3
60000

1

2
===
π
với v=0,61m/s theo bảng 6.13 chọn cấp chính xác 9,g
o
=73
do răng nghiêng
002,0=
H
δ
2
2
0

u
a
vg
w
HH
δν
=
7,0
06,3
190
.61,0.73.002,0 ==
H
ν

αβ
ν
HH
wwH
HV
KKT
db
K
2

1
2
2
+=
01,1
05,1.13,1.381899.2
6,93.190.4,0.7,0
1 =+=
HV
K
2,113,1.01,1.05,1 ===
βα
HHHVH
KKKK
MPa
H
3,37433,1.76,0.274.
)6,93.(06,3.76
)106,3.(2,1.381899.2
2

=
+
=→
σ
V=0,61 m/s, Z
V
=1, cấp chính xác 9 chọn cấp chính xác về tiếp xúc là 9,
gia công đạt độ nhám R
z
=10…40
.Do đó Z
R
=0,9, d
a
<700mm, K
xH
=1
m
µ
HxHRVHH
MPaKZZ
σσσ
>=== 4509,0.1.1.500 ].[][
'

Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
bảng 6.7 chọn
05,1=
β
F

K
với v<2,5 m/s và cấp chính xác 9 chọn
37,1,13,1 ==
αα
FH
KK
2
2
0

u
a
vg
w
FF
δν
=
Theo bảng 6.15 ta có
006,0=
F
δ
; g
0
= 73

11,2
306
190
.61,0.73.006,0 ==
F

ν
01,1
37,1.05,1.381899.2
6,93.76.11,2
1
2

1
2
2
=+=+=
βα
ν
FF
wwF
FV
KKT
db
K
45,101,1.37,1.05,1 ===
αβ
FFVFF
KKKK
58,0
74,1
1
74,1 ==⇒=
εα
ε
Y

93,0
140
3,9
13,9
0
=−=⇒=
β
β
Y
Số răng tương đương:
13,38
99.0
37
cos
33
1
1
===
β
Z
Z
v
chọn Z
v1
=38 răng
46,116
99.0
113
cos
33

2
2
===
β
Z
Z
v
chọn Z
v2
=116 răng
Tra bảng 6.18 ta được Y
F1
=3,7, Y
F2
=3,6
Y
s
=1,08-0,0695ln(2,5)=1,02
d
a
<400 mm, K
xF
=1, Y
R
=1 (bánh răng phay)

[ ] [ ]
MPaKYY
xFSRFF
94,273

11
==
σσ
[ ] [ ]
MPaKYY
xFSRFF
58,320
22
==
σσ
Thay các giá trị vừa tính được vào công thức:
mdb
YYYKT
ww
FF
F

2
2
1.2
1
βε
σ
=
MPaMPa
FF
94,273][13,119
5,2.6,93.76
7,3.94,0.55,0.45,1.381899.2
11

=<==
σσ
MPaMPa
Y
Y
F
F
F
FF
58,320][02,119
7,3
33,122.6,3
2
1
2
12
=<===
σσσ

Kiểm nghiệm răng về quá tải:
K
qt
=2,1
MPaMPaK
HqtHH
1484][56,7241,2.500.
max
'
max1
=<===

σσσ
MPaMPaK
FqtFF
280][17,2501,2.13,119.
max11max1
=<===
σσσ
MPaMPaK
FqtFF
424][37,2431,2.89,118.
max22max2
=<===
σσσ

Các thông số và kích thước bộ truyền cấp chậm
- Khoảng cách trục: a
w2
=190 mm.
- Môđun: m=2,5 mm.
- Chiều rộng vành răng: b
w
=76 mm.
- Góc nghiêng
0
3,9=
β
.

- Số răng bánh răng: Z
1

=37 răng, Z
2
=113 răng.
- Đường kính chia:
mmZmd 43,9399,0/37.5,2cos/.
13
===
β
mmZmd 35,28599,0/113.5,2cos/.
24
===
β
- Đường kính đỉnh răng
d
a3
=d
3
+2m=98,43 mm.
d
a4
=d
4
+2m=290,35 mm.
- Đường kính đáy răng:
d
f3
=d
3
-2,5m=87,18 mm.
d

f4
=d
4
-2,5m=279,1 mm.
II. Tính toán thiết kế trục:

Chọn vật liệu :
Thép 45 tôi cải thiện có
750=
b
σ
Mpa, ứng suất xoắn cho phép
20 12][ =
τ
Mpa.
20 12][ =
τ
Mpa.

Xác định sơ bộ đường kính trục:
đường kính trục thứ k với k=1 3
3
][2,0
τ
k
k
T
d =

T

1
=77869 Nmm
15][ =
τ
Mpa
61,29
15.2,0
77869
3
1
=≥→ d
lấy d
1
=30 mm
3,50
15.2,0
381899
3
2
=≥→ d
lấy d
2
=50 mm
95,099,0.96,0. ===
abr
ηηη
T
3
=T
1

.
21
2
uu
η
=1124695 Mpa
1,72
15.2,0
1124695
3
3
=≥→ d
lấy d
3
=70 mm

Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực:
Chọn k
1
= 12 mm: khoảng cách giữa các chi tiết máy hoặc từ mút chi tiết máy đến
thành trong hộp.
k
2
=10 mm: khoảng cách tử mặt mút ổ đến thành trong hộp.
k
3
=15 mm: khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ.
h=15 mm: chiều cao nắp ổ và đầu bulông.
chiều dài moayơ bánh xích, bánh răng, nối trục:
l

mx
=(1,2 1,5)d3=(1,2 1,5).70=84 105
chọn l
mx
=100 mm
l
mnt
=(1,4 2,5).d1=(1,4 2,5).30=42 75
chọn l
mnt
=50 mm