Đồ án hộp giảm tốc bánh răng côn 1 cấp (kèm bản vẽ)

Phần 1: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ MOMEN XOẮN TRÊN CÁC TRỤC.

1.1. Tính toán chọn động cơ.
1.1.1. Xác định công suất cần thiết.
- Công suất cần thiết:

+ Pt =Plv.β: Công suất tương đương.

(Do thời gian mở máy rất nhỏ nên có thể bỏ qua Tmm).
Công suất làm việc trên trục máy công tác:
⇒ Pt = 4,5.0,82 = 3,69 (kw)
+ η: Hiệu suất bộ truyền, ở lăn, ổ trượt, khớp nối.
η = η đ. η br.η2ol.ηot.η kn = 0,96.0,96.0,992.0,99.1 = 0,89
Tra bảng 2.3
η đ = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền đai.
η br = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng.
η ol = 0,99 : Hiệu suất một cặp ổ lăn.
η ot = 0,99 : Hiệu suất một cặp ổ trượt.
η kn = 1 : Hiệu suất khớp nối đàn hồi.
1.1.2. Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ.
- Tỷ số truyền của hệ dẫn động:
Usb = Uđ .Ubr = 3.4 = 12
Tra bảng 2.4:
+ Uđ = 3: Tỷ số truyền bộ truyền đai.
+ Ubr = 4: Tỷ số truyền bộ truyền động bánh răng.
- Số vòng quay của trục máy công tác:
1


- Số vòng quay sơ bộ của động cơ:
nsb = Usb.nlv = 12.57,3 = 688 (vòng/phút)

1.1.3. Chọn động cơ.
Pct = 4,15(kw), nSb = 688 (vòng/phút)
Tra bảng P 1.3 chọn động cơ 4A132M8Y3
Công suất

Vận tốc quay

(kw)

(vòng/phút)

5,5

716

η%

Cos

83

0,74

1,8

2,2

Pđc = 5,5 (kw) > Pct = 4,15 (kw)

1.1.4. Xác định tỷ số truyền Ut của hệ dẫn động.

1.2. Xác định công suất, tốc độ vòng quay và momen xoắn trên các trục.
1.2.1. Xác định công suất trên các trục.
- Trục II:

- Trục I:

2


- Trục động cơ:

1.2.2.2. Tốc độ vòng quay các trục.
- Trục động cơ: nđc = (vòng/phút)
-Trục I:

- Trục II:

1.2.2.3. Momen xoắn trên các trục.
- Trục II:

- Trục I:

- Trục động cơ:

3


* Bảng thông số
Trục

Tỷ số truyền

Động cơ
3,15

I

II

U
Công suất

5,04

4,79

4,55

(kw)
Tốc độ vòng

716

227,3

57,3

67223

201252

758333

3,97

quay
(vòng/phút)
momen xoắn
T (Nmm)

4


Phần 2: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI
2.1. Chọn đai
- Dựa vào b4.13 và hình 4.1 chọn đai thang loại
2.2. Xác định các thông số của bộ truyền
- Đường kính bánh đai nhỏ chọn d1 = 200 (mm)
- Vận tốc:
- Đường kính bánh lớn:

Lấy trị số tiêu chuẩn:
- Tỷ số truyền thực tế:

Sai lệch tỷ số truyền:
- Khoảng cách trục:
a = d2 = 630 (mm)

- Chiều dài dây đai:

Theo b4.13 chọn theo tiêu chuẩn l = 2500 (mm)
- Số vòng chạy của đai:

- Tính lại khoảng các trục theo chiều dài tiêu chuẩn l = 2000 (mm)

5


- Góc Ôm

trên báng đai nhỏ được tính theo công thức:

2.3. Xác số đai.
- Theo công thức 4.16:

Chọn z = 7
kđ = 1,35 tra b 4.7
: Trị số ảnh hưởng đến góc ôm tra b4.15
: Trị số ảnh hưởng của chiều dài đai tra b4.16
: Trị số ảnh hưởng của tỷ số truyền tra b4.17
: Trị số ảnh hưởng của tỷ số truyền tra b4.18
- Tính bề rộng đai theo 4.17 và b4.21:
B = (z - 1).t +2e = ( 7 - 1).19 + 2.12,5 = 139 (mm)
- Đường kính ngoài của bánh đai:
da = d + 2ho = 200 + 2.4,2 = 208,4 (mm)
2.4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng.
- Theo công thức (4.19):
Fv = qm.v2 = 0,178.7,52 = 10 (N)
qm =0,178 (kg/m): khối lượng 1 m chiều dài đai
- Theo công thức (4.13):

6


Dựa vào các kết quả tính toán ta có bảng sau
Thông số
Giá trị
Đơn vị
Đường bánh kính đai nhỏ
d1 = 200
mm
Đường kính bánh đai lớn
d2 = 630
mm
Vận tốc đai
m/s
7,5
Khoảng cách trục
Chiều dài đai
Góc ôm α1 trên bánh đai nhỏ
Số đai
Lực tác dụng lên trục

a = 556,6
L = 2500
z=7
Fr = 223

mm
mm

Độ
mm
N

7


Phần 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG.

3.1. Chọn vật liệu.
Chọn vật liệu bánh răng với:
- Bánh răng nhỏ:
Thép 45 tôi cải thiện có độ cứng HB 241…285.
Chọn độ cứng HB = 245
Giới hạn bền σb1 = 850 (MPa)
Giới hạn chảy σch1 = 580 (MPa).
- Bánh răng lớn :
Thép 45 tôi cải thiện có độ rắn HB 192…240.
Chọn độ cứng HB = 230
Giới hạn bền σb2 = 750 (MPa)
Giới hạn chảy σch2 = 450 (MPa).

8


3.2. Xác định ứng suất cho phép.
3.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép.

+ HB = 245 < 350 ⇒ mH = 6
+ NHO = 30HHB2,4 : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử nghiệm về tiếp xúc.

NHO1 = 30.2452,4 = 1,8.107

NHO2 = 30.2302,4 = 1,4.107

NHE2 > NHO2 do đó KHL2 = 1
Suy ra NHE1 > NHO1 do đó KHL1 = 1
- SH = 1,1: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc. Tra bảng 6.2
⇒ Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Bánh răng trụ răng thẳng nên:
9


3.2.2. Ứng suất uốn cho phép.

KFC = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải
+ HB = 245 < 350 ⇒ mF = 6
+ NFO = NFO1 = NFO2 = 4.106: Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử nghiệm
về uốn.

NFE2 > NFO2 do đó KFL2 = 1
Tương tự NFE1 > NFO1 do đó KFL1 = 1
- SF = 1,75: Hệ số an toàn khi tính về uốn. Tra bảng 6.2
⇒ Ứng suất tiếp xúc cho phép:

10


3.2.3. Ứng suất cho phép khi quá tải.
- Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:

Bánh răng trụ răng thẳng nên:
- Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:

3.3. Tính toán bộ truyền bánh răng.
3.4.1. Xác định thông số cơ bản của bộ truyền.
Xác định sơ bộ khoảng cách trục.

+ Ka = 49,5 (Mpa1/3): Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại bánh răng.
tra bảng 6.5.
+ Ψba = 0,4: Tra bảng 6.6
+ kHβ = 1,162 : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
khi tính về tiếp xúc. tra bảng 6.7

Lấy aw = 210 (mm).
3.4.2. Xác định các thông số ăn khớp.
11


3.4.2.1. Xác định môđun.
m = (0,01…0,02). aw = 2,1 …4,2 (mm)
Tra bảng 6.8 ta có m = 3 (mm)
3.4.2.2. Xác định số răng, góc nghiêng , hệ số dịch chỉnh.
- Bánh răng thẳng nên góc nghiêng β = 0o.
- Xác định số răng:

1

2

1

2

Chọn z = 28 ⇒ z = u.z = 3,97.28 = 111,2 chọn z = 111
t

1

2

z = z + z = 28 + 111 = 139
- Tỷ số truyền thực tế là

- Tính lại khoảng cách trục:

Lấy aw = 210 (mm) do đó cần dịch chỉnh để tăng khoảng các trục lên 210(mm)
- Tính hệ số dịch tâm theo 6.22:

- Theo 6.23:

Theo b6.10a tr101 tra được kx = 0,968
Theo 6.24 hệ số giảm đỉnh răng:
12


Theo 6.25 tổng hệ số dịch chỉnh là:
Theo 6.26 hệ số dịch chỉnh bánh 1:

Hệ số dịch chỉnh bánh 2:

Theo 6.27 góc ăn khớp:

- Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng:
+ Đường kính vòng lăn, vòng chia:
dw1 = 2aw/(u + 1) = 2.210/(3,96 + 1) = 84,7 (mm)
dw2 = u.dw1 = 3,96.84,7 = 335,3 (mm)
d1 = m.z1 = 3.28 = 84 (mm)
d2 = m.z2 = 3.111 = 333 (mm)
+ Khoảng cách trục chia, khoảng cách trục:
a = 208,5 (mm)
aω = 210 (mm)
+ Đường kính đỉnh răng:
da1 = d1 + 2.m.(1 + x1 - ∆ y ) = 84 + 2.3.(1 + 0,18 - 0,13) = 90,3 (mm)
da2 = d2 + 2.m.(1 + x2 - ∆ y ) = 333 + 2.3.(1 + 0,45 - 0,13) = 340,9 (mm)
+ Đường kính đáy răng:
df1 = d1 – (2,5 – 2.x1).m = 84 – (2,5 – 2.0,18).3 = 77,6 (mm)
df2 = d2 – (2,5 – 2.x2).m = 333 – (2,5 – 2.0,45).3 = 328,2 (mm)
3.4.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.
13


Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

- ZM = 274 (Mpa)1/3: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp. Tra bảng
6.5.
- ZH = 1,62: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. Tra bảng 6.12.

+ Hệ số trùng khớp ngang:

- KH: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:

+ KHβ = 1,162 : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành
răng khi tính về tiếp xúc. tra bảng 6.7
+ KHα= 1: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn
khớp
+ KHV: Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.

Theo bảng (6.13) chọn cấp chính xác 9, do đó theo bảng 6.16 go= 73. Theo (6.42)

δH = 0,004: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp. Tra bảng 6.15.
go = 73: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch các bước răng của bánh 1 và
bánh 2. Tra bảng 6.16.
14


bw = Ψba.aw = 0,4.210 = 84 (mm)

* Tính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:
Z R = 1: Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc.
Cấp chính xác 9 ⇒ Ra = 1,25…0,63 µm ⇒ Z R = 1.
Zv = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng. v

5 (m/s) ⇒ Zv = 1

KxH = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng.
da2

700 (mm) ⇒ KxH = 1.

Vậy răng thỏa mãn về độ bền tiếp xúc.
Tính lại chiều rộng vành răng:

Lấy bω = 55 (mm)
3.4.4. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.
Kiểm nghiệm răng về ứng suất uốn.

- KF: Hệ số tải trọng khi tính về uốn: KF = .KFβ.KFα.KFV = 1,311.1.1,05 = 1,967
+ KFβ = 1,311: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành
răng khi tính về uốn. Tra bảng 6.7.
+ KFα= 1: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn
khớp khi tính về uốn.
+ KFV: Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn.
15


δF = 0,011: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp. Tra bảng 6.15.
go = 73: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch các bước răng của bánh 1 và
bánh 2. Tra bảng 6.16.
- Yε: Hệ số kể đến sự trùng khớp răng:

- Yβ : Hệ số kể đến độ nghiêng của răng:

- YF1 = 3,56: Hệ số dạng răng của bánh 1. Tra bảng 6.18

+ YF2 = 3,52: Hệ số dạng răng của bánh 2. Tra bảng 6.18

- Tính chính xác ứng suất uốn cho phép:

+ YR = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng.
+ Ys: Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập chung ứng suất.
Ys = 1,08 – 0,0695ln(m) = 1,08 – 0,0695ln3= 1,004

+ KxF: Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn.
da

400 (mm) ⇒ KxF = 1
16


Vậy răng thỏa mãn độ bền uốn.
3.4.5. Kiểm nghiệm răng về quá tải.
Hệ số quá tải:

- Ứng suất tiếp xúc cực đại:
⇒ Răng thỏa mãn điều kiện tránh biến dạng dư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt.
- Ứng suất uốn cực đại:

⇒ Răng thỏa mãn điều kiện tránh biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng.

17


* Bảng thông số.
Bộ truyền bánh
Các thông số

răng trụ răng
thẳng

Khoảng cách trục aw (mm)

210

Môđun m

3

Chiều rộng vành răng bw (mm)

55

Số răng bánh răng (z1,z2)

28

111

Đường kính vòng lăn (dw1, dw2) (mm)
Đường kính đỉnh răng (da1,da2) (mm)

84,7
90,3

335,3
340,9

Đường kính đáy răng (df1,df2) (mm)

77,6

328,2

18


Phần 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC.

4.1. Chọn vật liệu.
Trục chịu tải trọng trung bình nên ta dùng thép 45 thường hóa có:
Độ cứng HB = 200
Giới hạn bền
Giới hạn chảy
ứng suất xoắn cho phép

4.2. Tính thiết kế trục.
4.2.1. Tính sơ bộ đường kính các trục.
- Đường kính trục I:

Lấy d1 = 40 (mm)
- Đường kính trục II:

Lấy d2 = 60 (mm)
4.2.2. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ.
- Chọn chiều rộng ổ lăn. Tra bảng 10.2.
Bảng 4.1.
d (mm)
40
bo (mm)
23
- Chiều dài mayơ bánh răng:
+ lm13 = (1,2…1,5).d1 = (1,2…1,5).40 = 48 …60 (mm)
chọn lm13 = 50 (mm)

+ lm23 = (1,2…1,5).d2 = (1,2…1,5).60 = 72…90 (mm)
chọn lm23= 80 (mm)
- Chiều dài mayơ bánh đai:
+ lm12 = (1,2…1,5).d1 = (1,2…1,5).40 = 48…60 (mm)

60
31

19


chọn lm12 = 50 (mm)
- Chiều dài mayơ nửa khớp nối đàn hồi:
lm22 = (1,4…2,5)d2 = (1,4…2,5).60 = 84…150 (mm)
chọn lm22 = 100 (mm)
Khoảng cách trục 1:

Khoảng cách trục 2:

20


Bảng 4.2.
Tên gọi
Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành
trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết
quay
Khoảng cách từ mặt mút của ổ đến thành trong của
hộp
Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

Chiều cao lắp ổ và đầu bulông

Ký hiệu và giá
trị
k1 = 10

K2 = 15
K3 = 10
hn = 15

- Khoảng côngxôn trên trục tính từ chi tiết ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ:
lc12 = 0,5(lm13 + bo) + k3 + hn = 0,5(50 + 23) + 10 +15 = 61,5 (mm)
lc22 = 0,5(lm23 + bo) + k3 + hn = 0,5(80 + 31) + 10 +15 = 80,5 (mm)
- Khoảng cách từ gối đỡ 0 đến các chi tiết quay:
21


+ Trục I:
l12 = -lc12 = -61,5 (mm)
l13 = 0,5.( lm13 + bo) + k1 + k2 = 0,5.(80 + 31) + 10 + 15 = 80,5 (mm)
l11 = 2 l13 = 2.80,5 = 161 (mm)
+ Trục II:
l22 = -lc22 = -80,5 (mm)
l23 = l13 = 80,5 (mm)
l21 = l11 = 161 (mm)
- Lực tác dụng lên trục:
Vị trí đặt lực của bánh răng 3: âm
cq1 = -1: Trục I quay cùng chiều kim đồng hồ.
cb13 = 1: Trục I là trục chủ động.
Lực vòng trên bánh răng:

Fx13 = -4752 (N)

Fx13 = -Fx23 = 4752 (N)

Fy13 = -1730 (N)

Fy13 = -Fy23 = 1730 (N)

- Lực từ bánh đai tác dụng lên trục I:
Fx12 = cosα.Fr = cos90.223 = 0 (N)
Fy12 = sinα.Fr = sin90.223= 223 (N)
- Lực từ khớp nối tác dụng lên trục II:

Tra bảng 16.10a Dt = 160 (mm)
Lấy Fx22 = 1200 (N)
Chiều của lực từ khớp nối trục có chiều sao cho mômen uốn tại mặt cắt tiết diện bất kỳ
là lớn nhất, do đó Fx22 ngược chiều với Fx23.

22


4.2.3. Xác định lực tác dụng lên các trục, xác định đường kính và chiều dài các
đoạn trục.
4.2.3.1. Trục I.
O

z

x

y
Fy13

Fx13

Flx11

Flx10

Fly10

Fly11
80.5

Fy12
61.5

161

76505 Nmm
13715 Nmm

Mx

191268 Nmm

My
201252 Nmm

Ø30

Ø35k6

H7

Ø38
k6

Ø35k6

T

23


4.2.3.1.1. Xác định phản lực trên các gối đỡ.
- Trong mặt phẳng yoz:
+ Phương trình mômen :

+ Phương trình lực :
⇒ Fly10 = -Fy12 + Fy13 - Fly11 = -223 + 1730 - 950 = 557 (N)
- Trong mặt phẳng xoz:
+ Phương trình mômen :

+ Phương trình lực :
⇒ Flx10 = Fx13 – Flx11 = 4752 – 2376 = 2376 (N)
4.2.3.1.2. Tính mô men uốn tổng Mj, mô men tương đương Mtđj tại các tiết diện j trên
chiều dài trục và đường kính trục tại tiết diện j.
– Tính mô men uốn Mx:
Mx12 = 0 (Nmm)

Mx10 = -13715 (Nmm)
Mx13 = -76505 (Nmm)
Mx11 = 0 (Nmm)
– Tính mô men uốn My:
My12 = 0 (Nmm)
My10 = 0 (Nmm)
My13 = -191268 (Nmm)
My11 = 0 (Nmm)
– Tính mô men xoắn T:
24


T12 = 201252 (Nmm)
T10 = 201252 (Nmm)
= 201252 (Nmm)
= 0 (Nmm)
T11 = 0 (Nmm)
4.2.3.1.3. Tính mô men uốn tổng Mj, mô men tương đương Mtđj tại các tiết diện j trên
chiều dài trục và đường kính trục tại tiết diện j.
Tra bảng 10.5 thép CT6, 45 có

b

600 (Mpa) [ ] = 63 (Mpa)

Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn
trục như sau :
d12 = 30 (mm) d10 = d11 = 35 (mm) d13 = 38 (mm)
25