HGT 1 cấp Trục VítBánh Vít

Đồ án Chi tiết máy
MỤC LỤC
PHẦN I: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG ....................................... 2
I,

Chọn động cơ điện................................................................................. 2
1.1. Chọn tốc độ đồng bộ của động cơ ................................................... 2

II.

1.2

Công suất yêu cầu của động cơ: ...................................................... 2

1.3

Chọn động cơ điện: ......................................................................... 3

Xác định các thông số kĩ thuật trên các trục HGT .................................. 4
2.1

Công suất ........................................................................................ 4

2.2

Tốc độ quay .................................................................................... 4

2.3

Momen xoắn ................................................................................... 5

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY ......................................... 6
I.

II.

Thiết kệ bộ truyền đai ............................................................................ 6
1.1

Tính toán các thông số..................................................................... 6

1.2

Khai thác phần mềm ........................................................................ 7

Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng: ................................. 13
1.

Thiết kế sơ bộ ................................................................................ 13

2.

Tính toán chính xác lại bộ truyền: ................................................. 17

3.

Mô hình 3D ................................................................................... 22

III. Chọn khớp nối ..................................................................................... 22
IV. THIẾT KẾ CÁC TRỤC TRONG HGT ............................................... 23
1.

Thiết kế trục I ................................................................................ 23

2.

Tính toán thiết kế trục II ................................................................ 37

PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CHI TIẾT .............................. 48
1.

Kết cấu vỏ hộp giảm tốc ...................................................................... 48

2.

Kết cấu chi tiết..................................................................................... 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 52

1


Đồ án Chi tiết máy
PHẦN I: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG
I,

Chọn động cơ điện

1.1.

Chọn tốc độ đồng bộ của động cơ

a,

Tốc độ quay trên trục công tác:
nct 

b,

60.1000.1, 45
60.1000.v
=
= 81,5 vg/ph
 .340
 .D

Xác định tỷ số truyền chung uc của hệ thống dẫn động:
uc 

ndb
nct

Lập bảng thống kê: Bảng 1

Tỉ số truyền chung
𝑢𝑐
Loại bộ truyền
ngoài
Tỉ số truyền 𝑢𝑛𝑔
Loại, số cấp HGT
Tỉ số truyền 𝑢ℎ

Tốc độ đồng bộ động cơ , vg/ph
1000
1500
𝑛đ𝑏 =750
9,2
12,3
18,4
BT đai
𝑢đ =2.9
Bánh răng
trụ, 1 cấp
𝑢ℎ =3,17

3000
36,8

BT đai
𝑢đ =2.9

BT đai
𝑢đ =2.9

BT đai
𝑢đ =2.9

Bánh răng
trụ, 1 cấp
𝑢ℎ =4,23

Bánh răng
trụ, 1 cấp
𝑢ℎ =6,35

Bánh răng
trụ, 1 cấp
𝑢ℎ =12,7

Từ kết quả tính ở trên ta thấy nên chọn động cơ có 𝑛đ𝑏 = 1000 vg/ph
1.2

Công suất yêu cầu của động cơ:
- Công suất trên trục công tác:
Pct =

F.v 4300.1,45
=
=6,24 KW
1000
1000

- Hiệu suất của hệ thống:
2


Đồ án Chi tiết máy
+ Hiệu suất của khớp nối: ƞk = 1
+ Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ: ƞbr = 0,97
+ Hiệu suất bộ truyền đai: ƞđ = 0,96
+ Hiệu suất truyền động của hệ thống là :

ƞ= ƞk.ƞbr.ƞd.ƞo3 = 1.0,97.0,96.0,993 = 0,903
- d Công suất yêu cầu trên trục động cơ:
- Công suất yêu cầu trên trục động cơ:
Pyc=
1.3

Pct 6, 24
 6,9 KW
=
η 0,903

Chọn động cơ điện:
- Dựa vào công suất yêu cầu và tốc độ đồng bộ đã xác định ở trên tra bảng
phụ lục P1.3 để chọn qui cách động cơ thỏa mãn điều kiện sau:
- Động cơ được chọn phải có công suất động cơ Pđc và số vòng quay đồng
bộ nđb thỏa mãn điều kiện sau:


Pdc  Pyc


n db  n sb
Chọn động cơ 3K160M6 có các thông số:
Pđc = 7,5 kW
nđc = 960 vg/ph
- Sau khi chọn được động cơ điện: tính chính xác tỷ số truyền chung:

3

Đồ án Chi tiết máy

uc 

udc 960

 11,8
n ct 81,5

- Với uc= ung.uh; suy ra: uh 
II.

uc 11,8

 4,1
ung 2,9

Xác định các thông số kĩ thuật trên các trục HGT
Để có dữ liệu thiết kế các chi tiết của hệ dẫn động (HDĐ) và trong HGT

cần xác định các thông số kỹ thuật (P, n và T) trên các trục của HGT.
Trong bảng 2 lần lượt ký hiệu các trục như sau:
+ Trục động cơ điện
+ Trục I là trục vào hộp giảm tốc
+ Trục II là trục ra (HGT một cấp)
+ Trục công tác (trục tang)
2.1

Công suất
- Công suất trên trục công tác là:

Pct = 6,24 KW

- Công suất động cơ trên trục II là: PII =
- Công suất động cơ trên trục I là: PI =

Pct
= Pct 2 = 6, 24 = 6,36 kW
n ct-II ηk.ηol 1,0.0,99

PII
PII
6,36
=
=
=6,62
ηII-I η br .ηo 0,97.0,992

KW
- Công suất yêu cầu của động cơ là: Pyc = 6,9 KW
2.2

Tốc độ quay
- Tốc độ quay của động cơ là: nđc =960 vg/ph
4


Đồ án Chi tiết máy

- Tốc độ quay của trục I là:

- Tốc độ quay của trục II là:

nI =

n dc
n dc 960
=
=
= 331 vg/ph
u dc-I u ng 2,9

nII =

n I 331
=
=81,5 vg/ph
u I-II 4,1

- Tốc độ quay của trục công tác là: nct = nII= 81,5 vg/ph
2.3

Momen xoắn
- Mômen xoắn của động cơ là: Tđc =
- Mômen xoắn của trục I là:
-

TI =

9,55.106 .Pyc

n dc

=

9,55.106 .6,9
=68688 Nmm
960

9,55.10 6.P I
9,55.106 .6,6
=
= 191113 Nmm
310
nI

9,55.106 .PII 9,55.106 .6,36
=
= 745519Nmm
Mômen xoắn của trục II là: TII =
81,5
n II

- Mômen xoắn trục công tác là: Tct =745519Nmm
Bảng 2: Thông số kĩ thuật HGT
Trục
Thông số

Động cơ

I

II

Công tác

uđ=2,9

uh=ubr=4,1

uk=1

Công suất P (kW)

6,9

6,6

6,36

6,24

Tốc độ quay n (vg/ph)

960

331

81,5

81,5

Mômen xoắn (Nmm)

68688

191113

745519

745519

5


Đồ án Chi tiết máy

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
I.

Thiết kệ bộ truyền đai
Dữ liệu đầu vào:
P1=Pđc=6,9 kW,
n1=nđc=960 vg/ph
u1=ung= 2,9
Đai hình thang

1.1

Tính toán các thông số
- Chọn vật liệu đai là vải cao su. Đai vải cao su có độ bền cao, đàn hồi tốt

(hệ số đàn hồi E nhỏ), ít chịu ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ và độ ẩm.
- Xác định tiết diện đai: Từ P và n dựa vào hình 2.8 và bảng 2.3 chọn đai
tiết diện B có b*h=17*10,5 (mm)
Đường kính bánh đai nhỏ d1=140...280 chọn d1=200 mm
Đường kính d2=ud1=580 mm
- Chọn a=580, chiều dài dây đai l tính theo công thức:

π(d1 +d 2 ) (d 2 -d1 ) 2
l=2a+
+
2
4a
π.(200+580) (580-200) 2
=2.580+
+
=2447 mm
2
4.580

Theo phần mềm chọn l = 2500 mm
- Góc ôm α xác định theo công thức :
α=180-(d2-d1)57/a=142,5° thỏa mãn yêu cầu thiết kế

6


Đồ án Chi tiết máy
- Xác định các hệ số :
+ Theo bảng 4.7 chọn Kđ=1,2
+ Theo bảng 4.15 chọn Cα=0,86

+ Theo bảng 4.18 chọn Cz=1
1.2

Khai thác phần mềm
Yêu cầu thiết kế:
Số dây đai 2 ≤ z ≤ 3
Góc ôm đai 120 ≤ α ≤ 150

Hình 1.1: Tab Design
7


Đồ án Chi tiết máy

Hình 1.2: Chọn tiết diện đai

Hình 1.3: Bánh đai dẫn

8


Đồ án Chi tiết máy

Hình 1.4: Bánh đai bị dẫn

9


Đồ án Chi tiết máy

Hình 1.5: Tab Calculation

10


Đồ án Chi tiết máy
Kết quả từ phần mềm:
Belt Properties
Display name

V-Belt DIN 2215

Size

17 x 2457

Number of belts

z

3.000 ul

Wedge angle

α

40.00 deg

Width

b

17.000 mm

Height

h

11.000 mm

Datum width

bw

14.000 mm

Datum length

Ld

2500.000 mm

External length

Le

2526.115 mm

Internal length

Li

2457.000 mm

Length correction factor

c3

1.020 ul

External line offset

Hw

4.156 mm

Pitch line offset

a

0.000 mm

Minimum recommended pulley datum diameter Dwmin

112.000 mm

Maximum flex frequency

fmax

60.000 Hz

Maximum belt speed

vmax

30.000 mps

Specific mass

m

0.170 kg/m

Base power rating

PRB

4.010 kW

Grooved Pulley 1 Properties
Datum diameter

Dd 200.000 mm

Pitch Diameter

Dp 200.000 mm

Datum width

bw 14.000 mm

Groove angle

α

38.00 deg

Arc of contact

β

143.54 deg

Force on input

F1 1006.238 N

Force on output

F2 319.882 N

Resultant axle load

Fr 1277.741 N

Static tensioning force Fv 1259.575 N

Grooved Pulley 2 Properties

Datum diameter

Dd 580.000 mm

Pitch Diameter

Dp 580.000 mm

11


Đồ án Chi tiết máy
Datum width

bw 14.000 mm

Center distance

C 607.424 mm

Arc of contact

β

Force on input

F1 319.882 N

Force on output

F2 1006.238 N

Resultant axle load

Fr 1277.741 N

216.46 deg

Static tensioning force Fv 1259.575 N

Strength check
Power

P

6.900 kW

Torque

T

68.636 N m

Speed

n

960.000 rpm

Efficiency torque factor

ηt

0.980 ul

Efficiency

η

0.970 ul

Modify friction with speed factor fmod

0.012 s/m

Tension factor

k1

1.300 ul

Belt Speed

v

10.053 mps

Belt flex frequency

fb

8.042 Hz

Number of belts required

zer

2.024 ul

Effective pull

Fp

686.356 N

Centrifugal force

Fc

51.543 N

Belt installation tension

Ft

221.020 N

Maximum tension in belt span

Ftmax 335.413 N

Hình 1.6: Bộ truyền đai

12


Đồ án Chi tiết máy
II.

Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

1.

Thiết kế sơ bộ
- Các thông số đã biết:
P = 6,62 Kw

𝐿ℎ =17000 h

n = 331 vg/ph
=0,97
Tỉ số truyền u = 4,1
- Yêu cầu khi thiết kế:
+ Hệ số 0,35 ≤ ψa ≤ 0,45
- Chọn các hệ số K sơ bộ: KA=1,25; KHV=1; KHβ=1; KHα=1
- Chọn vật liệu: Thép ENC60 tôi cải thiện

13

Đồ án Chi tiết máy

Hình 2.1: Tab Calculation

14


Đồ án Chi tiết máy

Hình 2.2: Chọn vật liệu

Hình 2.3: Nhập hệ số K sơ bộ

Hình 2.4: Chọn cấp chính xác
15


Đồ án Chi tiết máy

Hình 2.5: Tab Design
- Sau khi tính toán sơ bộ ta được các thông số:
Common Parameters
Gear Ratio

i

4.0526 ul

Desired Gear Ratio iin

4.1000 ul

Module

m 3.000 mm

Helix Angle

β

Pressure Angle

α 20.0000 deg

Center Distance

aw 145.000 mm

0.0000 deg

Gears
Gear 1
Type of model
Number of Teeth

Gear 2

Component Component
z

19 ul

77 ul

16


Đồ án Chi tiết máy
Unit Correction

x

0.0000 ul

0.3419 ul

Pitch Diameter

d 57.000 mm 231.000 mm

Outside Diameter

da 62.949 mm 239.000 mm

Root Diameter

df 49.500 mm 225.551 mm

Base Circle Diameter db 53.562 mm 217.069 mm
Work Pitch Diameter dw 57.396 mm 232.604 mm

Facewidth

b 55.000 mm 53.000 mm

Circumferential Speed v

2.

0.988 mps

Tính toán chính xác lại bộ truyền:

Xác định chính xác hệ số K và kiểm tra điều kiện hệ số ψa
- Với v=0.988 m/s, ta chọn cấp chính xác là 8 suy ra theo bảng 4.10a
chọn KHV=1,3
- Hệ số ψa = b/aw = 53/145= 0,37 thỏa mãn yêu cầu thiết kế
Hệ số ψbd=0,53ψa(u+1)=0,86. Theo bảng 4.9a ta chọn được KHB=1,04
- Theo bảng 4.8b ta chọn được KHα=1,13

17


Đồ án Chi tiết máy

Hình 2.6: Tab Calculation

18


Đồ án Chi tiết máy

Hình 2.7: Nhập hệ số K

Hình 2.8: Tab Design

19


Đồ án Chi tiết máy
Kết quả từ phần mềm:
Common Parameters
Gear Ratio

i

4.0526 ul

Desired Gear Ratio

iin

4.1000 ul

Module

m

3.000 mm

Helix Angle

β

0.0000 deg

Pressure Angle

α 20.0000 deg

Center Distance

aw 145.000 mm

Product Center Distance

a 144.000 mm

Total Unit Correction

Σx

0.3419 ul

Circular Pitch

p

9.425 mm

Base Circular Pitch

ptb 8.856 mm

Operating Pressure Angle

αw 21.0588 deg

Contact Ratio

ε

1.6302 ul

Limit Deviation of Axis Parallelity fx

0.0140 mm

Limit Deviation of Axis Parallelity fy

0.0070 mm

Gears
Gear 1
Type of model

Gear 2

Component Component

Number of Teeth

z

19 ul

77 ul

Unit Correction

x

0.0000 ul

0.3419 ul

Pitch Diameter

d 57.000 mm 231.000 mm

Outside Diameter

da 62.949 mm 239.000 mm

Root Diameter

df 49.500 mm 225.551 mm

Base Circle Diameter db 53.562 mm 217.069 mm
Work Pitch Diameter dw 57.396 mm 232.604 mm
Facewidth

b 55.000 mm 53.000 mm

20


Đồ án Chi tiết máy

Loads
Gear 1

Gear 2

Power

P

6.620 kW

6.421 kW

Speed

n

331.00 rpm

81.68 rpm

Torque

T

190.986 N m 750.776 N m

Efficiency

η

0.970 ul

Radial Force

Fr

2562.475 N

Tangential Force

Ft

6655.045 N

Axial Force

Fa

0.000 N

Normal Force

Fn

7131.333 N

Circumferential Speed v
Resonance Speed

0.988 mps

nE1 22043.963 rpm

Results
Factor of Safety from Pitting

SH 1.562 ul 1.648 ul

Factor of Safety from Tooth Breakage SF 2.841 ul 2.979 ul
Static Safety in Contact

SHst 3.228 ul 3.405 ul

Static Safety in Bending

SFst 5.880 ul 6.089 ul

Check Calculation

Positive

21


Đồ án Chi tiết máy
3.

Mô hình 3D
Mô hình 3D hoàn chỉnh thực hiện ở phần III thuyết minh.

Hình 2.7: Bộ truyền bánh răng trụ
III.

Chọn khớp nối

Do 2 đầu trục nối có sai lệch về vị trí và momen truyền không lớn, đồng thời
không yêu cầu chặt chẽ về kích thước của máy nên có thể dùng nối trục đĩa đàn
hồi hình sao.
Từ kết quả từ phần I, đường kính trục động cơ điện dc = 38 mm
Momen tính toán xác định như sau:
Tt = Kđ .T = 1,25.745519 = 931898 Nmm
Tra bảng 11.3 xác định các kích thước cơ bản của nối trục như sau:
Deltex
38

Tmax
380

Lỗ

nmax

khoan

(vg/ph)

38 mm

8000

D,mm

L,mm

E,mm

l,mm

d0,mm

80

114

24

45

45

22

Đồ án Chi tiết máy
IV.

THIẾT KẾ CÁC TRỤC TRONG HGT

Sơ đồ lực chung: Bánh trụ răng thẳng, góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền
đai φ = 0º

Hình 3.1: Sơ đồ lực chung
1.

Thiết kế trục I, then - ổ lăn

a) Sơ đồ lực tác dụng lên trục I
Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền đai φ = 0º, như vậy lực Frd trùng với
phương Oy và ngược chiều Oy

Hình 3.2: Lực tác dụng lên trục I

23


Đồ án Chi tiết máy
Số liệu thiết kế trục:
Gears
Pitch Diameter

d 57.000 mm 231.000 mm

Outside Diameter

da 62.949 mm 239.000 mm

Root Diameter

df 49.500 mm 225.551 mm

Base Circle Diameter db 53.562 mm 217.069 mm
Work Pitch Diameter dw 57.396 mm 232.604 mm
Facewidth

b 55.000 mm 53.000 mm

Loads
Radial Force

Fr 2562.475 N

Tangential Force Ft 6655.045 N
Axial Force

Fa

0.000 N

- Bộ truyền đai:
Resultant axle load Fr 1277.741 N
Width

b 17.000 mm

Center distance

C 607.424 mm

Bảng 5: Giá trị các lực tác dụng lên trục I
Lực và Momen

Điểm 0

Điểm 1

Theo OY

-1278 N

-2562 N

Theo OX

0N

-6655 N

Theo OZ

0N

0N

Mux

0 Nm

0 Nm

Muy

0 Nm

0 Nm

Muz

-69 Nm

69 Nm

24


Đồ án Chi tiết máy
b) Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục
- Đường kính sơ bộ:
dsb= 3

T
= 24,7 (mm) với [τ] = 30

0, 2[]

Tại vị trí lắp bánh đai : heo tiêu chuẩn đường kính thân trục
d1= 24 mm;
lmđ = 1,5d1=1,5.25 = 40 mm
- Tại vị trí bánh răng :
d3=36 mm;
lmbr = b1= 55 mm ( b1 : chiều rộng bánh răng)
- Tại vị trí lắp ổ lăn: dol=dA=dB= 30 mm; B = 19 mm
- Chọn k1=k2=k3=10 mm; hn=25 mm
Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực:
- l11 = 0,5B+k3+hn+0,5lmđ = 0,5.19+10+25+0,5.40=64,5 mm
- l12=l13 = 0,5B+k1+k2+0,5b1 = 0,5.19+10+10+0,5.55=57 mm
=> khoảng cách giữa 2 gối trục lắp bánh răng dẫn = 2l12 = 114 mm

25