Đồ Án Chi Tiết Máy - Thiết Kế Hộp Giảm Tốc Trục Vít 1 Cấp Cặp Bánh Răng Hở

Đồ án chi tết máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ
***  ***

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC
GVHD : Th.s Phạm Đức Dũng
SV : P.C.Đ
Lớp : DH09CC
MSSV :

T.p Hồ Chí Minh 11/2012


Đồ án chi tết máy

Đề bài cho:F= 12kN, v=0.4m/s , D=0.45m=450mm.
Hình vẽ:
•

Trong đó :
1 : Động cơ điện
2 : Khớp nối
3 : Hộp giảm tốc trục vít 1 cấp
4 : Khớp nối chữ thập
5 : Cặp bánh răng hở
6 : Bộ phận công tác
Thời hạn làm việc: 6 năm.

Hệ số làm việc ngày: Kngày = 0,3.
Hệ số làm việc năm: Knăm = 0,6.
 Tài liệu tham khảo:


Đồ án chi tết máy

[1].Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1; tác giả Trịnh Chất- Lê Văn Uyển.
[2].Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 2; tác giả Trịnh Chất- Lê Văn Uyển.
[3].Cơ sở thiết kế máy; tác giả Nguyễn Hữu Lộc.

Phần 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
I/CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:
1.Xác định công suất cần thiết của động cơ:
Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ xác định theo công thức:

Trong đó :
Công suất của bộ phận công tác Pct:

Số vòng quay trên trục công tác nct :
Theo công thức (2.16) ta có.

(vg/ph)
Moment tải

Moment tải trung bình :

Pct =3.26 (kW)
Hiệu suất hệ dẫn động η :
Theo công thức (2.9) :

Trong đó η1,η2,η3… là hiệu suất của các bộ truyền và các cặp ổ trong hệ thống dẫn động.


Đồ án chi tết máy

Theo đề bài thì :

: hiệu suất của khớp.
: hiệu suất bộ truyền trục vít.
: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ để hở
:hiệu suất một cặp ổ lăn.
Tra bảng (2.3), ta được các hiệu suất :

vậy
0.69
Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ là :

(kW)
2. Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ điện:
Số vòng quay trên trục công tác nct :
Theo công thức (2.16) ta có:

Tỷ số truyền toàn bộ của hệ thống dẫn động

Trong đó :
utv là tỉ số truyền của truyền động trục vít hộp giảm tốc 1 cấp.
ubrh là tỉ số truyền của truyền động bánh răng trụ để hở .
Theo bảng 2.4 .
utv= 30

ubrh= 5


Đồ án chi tết máy

Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ nsb
Theo công thức (2.18) ,ta có
(vg/ph)
Số vòng quay đồng bộ
(vg/ph)
Trong đó :
f : tần số của dòng điện xoay chiều ( thường sử dụng f = 50 Hz )
p : số đôi cực ( chọn p = 1 )
3. Chọn động cơ:
Ta có:
Pyc = 4.91 (kW)
nsb= 2550 (vg/ph)
ndb = 3000
(vg/ph )
 Chọn động cơ.
Tra bảng P1.3 ta chọn được loại động cơ 4A100L2Y3 (Liên Xô chế tạo) có các
thông số sau :
Pdc = 5.5
kW
nđc =2880
vg/ph
Khối lượng: 42 kg
Đường kính trục động cơ : ddc = 42 mm (tra bảng 1.7)
Kiểm tra động cơ đã chọn :
Theo điều kiện 2.6 :

Theo điều kiện 2.19 :

(thỏa)
(thỏa)

II) PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN:
1. Phân bố tỷ số truyền
Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động được xác định theo công thức (3.23)

Theo công thức (3.24) ta có


Đồ án chi tết máy

Ta chọn ubrh= 5

Chọn
=35
2. Xác định công suất, momen, số vòng quay trên các trục.
a. Công suất trên các trục
Trên trục công tác ( trục IV)
PIV = Pct= 3,26 (kW)
Trên trục III

Trên trục II

Trên trục I ( trên trục động cơ )

b. Moment xoắn trên các trục

Trục I
(N.mm)
Trục II
(N.mm)
Trục III
(N.mm)
Trục IV

(N.mm)
- BẢNG CÁC THÔNG SỐ:


Đồ án chi tết máy

Trục

ĐỘNG CƠ

I

II

III

IV

4,67

3,48

3,26

Thông số
Công suất P (kW)

5.5
1

Tỷ số truyền u

Số vòng quay n (vg/ph)

Moment xoắn M (Nmm)

4,69

2880

33.9

1

5

2880

85

85

17

1061,43

39119,14

52420,95

263421,89

PHẦN II. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT
1.Chọn vật liệu:
Tính sơ bộ vận tốc trượt: Theo công thức 7.1[1]
Tra bảng: 7.2 Ta chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh không thiếc và đồng thau. Cụ
thể là dùng đồng thanh nhôm sắt БpA Ж 9-4 đúc bằng khuôn li tâm . Vì tải trọng là
trung bình →chọn vật liệu làm trục vít là thép C45,tôi bề mặt đạt độ rắn HRC=45. Bề
mặt ren được mài,đánh bóng.
Tra bảng 7.1[1] ta được:

Ứng suất tiếp xúc cho phép
Dùng nội suy ta được :
2.Xác định ứng suất cho phép:
Bộ truyền làm việc một chiều:
=0,25.400+0.08.200 =116(Mpa)
Hệ số tuổi thọ:
Trong đó:
= 60
Trong đó :
ni : số vòng quay
ti : tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét

T2: momen xoắn trục bánh vit


Đồ án chi tết máy

Trong đó: L = 6 năm ( số năm làm việc)
3.Hệ số tuổi thọ :
KFL = : theo công thức 7.9
Chu kì thay đổi ứng suất tương đương:
NFE= 60n2iti
Trong đó :
ni : số vòng quay
ti : tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét
T2: momen xoắn trục bánh vit
NFE = 60*n2 niti = 60n2ti
Mà: 6.365.0.25.0.65.24 = 8541h
Trong đó L số năm làm việc
ti =
Vy :NFE = 60.n2.8541.0,414 = 5.3
=> KFL = = 0.83
Theo công thức 7.6 [1] ta có:
[ ] = [ ]* KFL = 116 * 0.83 = 96.28MPa
Từ công thức 7.14[1]
Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :
Ứng suất uốn cho phép khi quá tải :
4.Tính toán thiết kế bộ truyền:
a.Tính toán thiết kế
Với tỉ số truyền
Chọn sơ bộ KH = 1,2
Tính sơ bộ hệ số đường kính trục vít q theo công thức thực nghiệm:

q = 0,28*z2 = 0,28*35 =9.8
Vậy chọn Hệ số đường kính q =10 tra bảng 7.3[1]
Theo công thức 7.16[1]

Chọn
Môdun của trục vít là công thức 7.17[1]:
Chọn m = 6.3 theo tiêu chuẩn.
Tính chính xác lại


Đồ án chi tết máy

Chọn
Hệ số dịch chỉnh:
Thỏa mãn điều kiện dịch chỉnh
- 0,7b. Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc:
Tính chính xác vận tốc trượt sơ bộ:
Trong đó

Hệ số tải trọng
[1]
• Tải trọng tĩnh
• Tra bảng 7.6[1] chọn cấp chính xác bộ truyền là 8
• Tra bảng 7.7[1] hệ số tải trọng động
Tra bảng 7.2[1] ta được
Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít:
T2 =391191.mm

Ðiều kiên về độ bền tiếp xúc được thỏa mãn.

Vậy không cần chọn lại vật liệu.
Hiệu suất bộ truyền trục vít ( công thức 7.22[1]):
theo nội suy
c.Kiểm nghiệm rãng bánh vít về độ bền uốn:
Trong đó:


Đồ án chi tết máy

Tra bảng 7.8[1] thu được
Vậy ứng suất sinh ra là:

Ðiều kiên về độ bền uốn được thỏa mãn.
5.Tính lực tác dụng lên trục
Lực vòng trên bánh vít có trị số bằng lực dọc trục trên trục vít

Lực vòng trên trục vít có trị số bằng lực dọc trục trên bánh vít
Lực hướng tâm trên trục vítcó trị số bằng lực hướng tâm trên bánh vít
[1]
Chọn góc ăn khớp

6.Bảng thông số
Thông số cơ bản
Số ren trục vít
Số răng bánh vít
Tỉ số truyền thực tế
Môdun
Hệ số đường kính
Hệ số dịch chỉnh
Góc vít

Vận tốc trượt
Hiệu suất bộ truyền
Mô men xoắn trên trục bánh vít
Cấp chính xác
Thông số hình học
Khoảng cách trục
Đường kính vòng chia trục vít
Đường kính vòng chia bánh vít
Đường kính vòng đỉnh trục vít
Đường kính vòng đỉnh bánh vít

u
m
q
x
hs

1
35
35
6.3
10
-0.28
6
0.26
77
391191
8
140
63

220.5
75.6
229.6

mm
mm
mm
rad
m/s
%
Nmm
mm
mm
mm
mm
mm


Đồ án chi tết máy

Đường kính vòng đáy trục vít
Đường kính vòng đáy bánh vít
Đường kính ngoài bánh vít
Chiều dài phần cắt ren trục vít
Chiều rộng bánh vít
Góc ôm

47.88
201.85
242.2

56.7
57
51.88

mm
mm
mm
mm
mm
Độ

PHẦN III. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG
THẲNG
1.Chọn vật liệu:
Theo bảng 6.1[1] chọn:
Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180…350 chọn HB=225
σb = 750MPa
σch = 450Mpa
Bánh lớn: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180…350 chọn HB=210
σb = 600 MPa
σch = 340Mpa
a.Xác định ứng suất cho phép :
Theo bảng 6.2 [1] đối với thép 40 tôi cải thiện :
Giới hạn mỏi tiếp xúc :

Hệ số an toàn tiếp xúc :
SH = 1.1
Giới hạn bền uốn :

Hệ số an toàn uốn :

SF = 1,75


Đồ án chi tết máy

b.Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc :
Theo CT6.5 [1] :

Chọn sơ bộ
Theo CT6.1a [1] :

Với cấp chậm sử dụng bánh răng thẳng :

Số thay đổi chu kì ứng suất tương đương :
Chọn sơ bộ
: KFL2 = 1
: KFL1 = 1
Theo CT6.2a [1] với bộ truyền quay 1 chiều KFC = 1,ta được :

d.Ứng suất quá tải cho phép :


Đồ án chi tết máy

Theo CT6.13 và CT6.14 [1] :

2.Thiết kế bộ truyền
a. Xác định sơ bộ khoảng cách trục :
Theo CT6.15a [TL1] :

Theo bảng 6.6 [TL1] chọn :
(vị trí bánh răng đối xứng đối với các ổ trong hộp
giảm tốc)
Theo bảng 6.5 [1] với răng thẳng chọn : Ka =49,5
Theo CT6.16 [1] :
Do đó theo bảng 6.7 [TL1] dùng nội suy ta tính được:

(sơ đồ 5)

Lấy aw2 = 278 (mm)
b. Xác định các thông số ăn khớp :
Theo CT6.17 [1] :
(mm)
Theo bảng 6.8 [1] chọn môđun pháp : m = 5 (mm)
Theo CT6.31 [1] :
Số răng bánh nhỏ :


Đồ án chi tết máy

Chọn Z1 = 19 răng
Số răng bánh lớn :
z2 = u1.z1 = 5.19 = 95
tỉ số truyền thực :

Tính lại aw :

Chọn aw = 285 mm
Do đó không cần dịch chỉnh.
Theo CT6.27 [1] : góc ăn khớp :

3.Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc :

Theo CT6.33 [TL1] :
Theo bảng 6.5 [TL1] : Zm = 274 Mpa1/3

Theo CT6.34 [TL1] :
Với bánh răng thẳng : theo CT6.36a [1] :

Với


Đồ án chi tết máy

Đường kính vòng lăn bánh nhỏ :

Theo CT6.40 [1] :
Theo bảng 6.13 [1] : chọn cấp chính xác 9.
Do đó theo bảng 6.16 [1] : chọn g0 = 82.

Theo CT6.42 [1] :
Với

(theo bảng 6.15 [1])

Do đó
Với

(mm)

Theo bảng 6.14 [1] với cấp chính xác 9 và v < 2,5 mm :

Theo CT6.33 [TL1] :

MPa
Theo CT6.1 [1] với v = 0,423 m/s ; Zv = 1
với cấp chính xác động học là 9,chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 9, khi đó cần gia
công đạt độ nhám Ra = 1,25 . . . 0,63
do đó ZR = 1
Với da< 700 mm ; KxH = 1


Đồ án chi tết máy

Do đó theo CT6.1 và CT6.1a [TL1] :
MPa

thỏa mãn điều kiện bền
4.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn :

Theo bảng 6.7 [1] :
Theo bảng 6.14 [1] : với v < 2,5 m/s và cấp chính xác 9 :
Đối với bánh răng thẳng chọn

Theo CT6.47 [1] :
Trong đó theo bảng 6.15 [TL1] :
theo bảng 6.16 [TL1] :
Do đó theo CT6.46 [TL1] :

Do đó :

Với :
Với bánh răng thẳng :


Đồ án chi tết máy

Số răng tương đương :

Theo bảng 6.18 [1] dùng nội suy ta được :

Với m = 5 mm
(bánh răng phay)
(
mm)
Do đó theo CT6.2 [TL1] và CT6.2a [TL1] :
MPa
MPa
Thay các giá trị vừa tính được vào công thức trên :

Mpa

MPa

thỏa mãn điều kiện bền uốn.
5.Kiểm nghiệm răng về quá tải :


Đồ án chi tết máy

Theo CT6.48 [TL1] : với
MPa <

MPa

Theo CT6.49 [TL1] :
MPa <

MPa

MPa <

MPa

thỏa mãn điều kiện quá tải
6. Các thông số kích thước bộ truyền
Khoảng cách trục
Mô đun pháp
Chiều rộng vành răng
Tỉ số truyền
Góc nghiêng của răng
Số răng bánh răng
Hệ số dịch chỉnh

aw =285 mm
m = 5mm
bw = 142.5 mm
um = 5
Z1 = 19
Z2 = 95

x1 = 0
x2 = 0

Đường kính vòng chia
mm
mm
Đường kính vòng lăn

Đường kính đỉnh răng
mm
mm
Đường kính đáy răng
mm


Đồ án chi tết máy

mm
7.Tính các lực trong bộ truyền bánh răng.

PHẦN IV. THIẾT KẾ TRỤC
1 .Chọn vật liệu
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C40XH tôi có HRC 50 (bảng 6.1[1] ) có
.
Ứng suất xoắn cho phép
2 .Xác định sơ bộ đường kính trục
Theo công thức 10.9[1]
Trong đó:
T- Môment xoắn , Nmm
-Ứng suất xoắn cho phép,Mpa Lấy =20 Mpa

Trục động cơ:
Mômen cần truyền :
Đường kính trục động cơ: tra bảng phụ lục 1.7[1]
Trục I (trục trục vít) : Vì trục I nối với động cơ qua khớp nối nên đường kính sơ bộ của
trục I là:
nên ta chọn
Với d1 = 30 chon b0I = 19 mm (tra bảng 10.2[1])
Trục II( Trục bánh vít):
Chọn
Tra bảng 10.2[1]
Với thì chiều rộng ổ lăn.


Đồ án chi tết máy

3 .Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực:
a.Trị số các khoảng cách
k1 = 10 (mm) : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp
hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay.
k2 = 8 (mm)

: khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp.

k3 = 10 (mm) : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ
hn = 15 (mm) : chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông
Trục I:
Đường kính ngoài bánh vít

=190

+l11= (0,9..1)Dam2 = 171..190 chọn l11 =180mm
với :
-

-

Trục II
Chọn sơ bộ chiều dài mayo bánh vít:

mm


Đồ án chi tết máy

-