Đồ án Môn học cơ sở thiết kế máy truyền dẫn bánh răng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ --–&—-- ĐỒ ÁN MÔN HỌC Cơ sở Thiết kế máy TRUYỀN DẪN BÁNH RĂNG GVHD:CôVũ Thị Thùy Anh Nhóm sinh viên thực hiện: Phan Minh Tân Đỗ Văn Tài Vũ Văn Phú Lê Hồng Quân Phạm Đức Việt Hà Nội, 04/2013 LỜI NÓI ĐẦU Môn học Cơ sở Thiết kế máy đóng vai trò quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kỹ thuật về cấu tạo ,nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết, các thiết bị phục vụ cho các máy móc ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải. .. Đồ án môn học có sự kết hợp chặt chẽ giữa lí thuyết với thực nghiệm. Lí thuyết tính toán các chi tiết máy được xây dựng trên cơ sở những kiến thức về toán học, vật lí, cơ học lí thuyết, nguyên lý máy, sức bền vật liệu v.v…,được xác minh và hoàn thiện qua thí nghiệm và thực tiễn sản xuất. Đồ án môn học là một trong các đồ án có tầm quan trọng nhất đối với một sinh viên theo học nghành cơ khí. Đồ án giúp cho sinh viên hiểu những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết có công dụng chung ,nhằm bồi dưỡng cho sinh viên khả năng giải quyết những vấn đề tính toán và thiết kế các chi tiết máy ,làm cơ sở để vận dụng vào việc thiết kế máy. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Cô Vũ Thị Thùy Anh trong bộ môn,đến nay đồ án môn học của chúng em đã hoàn thành. Tuy nhiên do lần đầu làm quen với công việc tính toán thiết kế máy cũng như hiểu biết còn hạn hẹp cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của các môn có liên quan song bài làm của chúng em không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự giúp đỡ nhiều hơn nữa của các thầy cô trong bộ môn để chúng em ngày càng tiến bộ. Chúng em xin chân thành cảm ơn Cô Vũ Thị Thùy Anh đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này ! MỤC LỤC PHẦN I - HỘP GIẢM TỐC KHAI TRIỂN BÁNH RĂNG TRỤ A – TÍNH BỘ TRUYỀN CẤP NHANH BÁNH RĂNG TRỤ, RĂNG NGHIÊNG B – TÍNH BỘ TRUYỀN CẤP CHẬM BÁNH TRỤ, RĂNG THẲNG PHẦN II - THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP BÁNH RĂNG CÔN - TRỤ A - BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG B - BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG PHẦN III–PHỤ LỤC_BẢNG CÁC THÔNG SỐ NỘI SUY Một số kí hiệu được sử dụng: σH Ứng suất tiếp xúc σF Ứng suất uốn [σH] Ứng suất tiếp xúc cho phép [σF] Ứng suất uốn cho phép σOHlim Giới hạn mỏi tiếp xúc` σOFlim Giới hạn mỏi uốn m Môđun bánh răng trụ thẳng aw Khoảng cách trục d1, d2 Đường kính vòng chia bánh dẫn và bánh bị dẫn z1, z2 Số bánh răng dẫn và bánh bị dẫn KHα, KFα Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp KHβ, KFβ Hệ số tập trung tải trọng KHV, KFV Hệ số tải trọng động ψba, ψbd Hệ số chiều rộng vành răng bánh trụ KH/ KF Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc/uốn β Góc nghiêng răng sH, sF Hệ số an toàn khi tính ứng suất tiếp xúc єα, єβ Hệ số trùng khớp ngang, dọc αω Góc ăn khớp de Đường kính vòng chia ngoài dm Đường kính vòng chia trung bình me Môđun vòng chia ngoài mmMô đun vòng chia trung bình ReChiều dài côn ngoài Rm Chiều dài côn trung bình b Chiều rộng vành răng KR Hệ số phụ thuộc bánh răng và loại bánh răng Kbe Hệ số chiều rộng vành răng Yβ Hệ số kể đến độ nghiêng của răng YF Hệ số dạng răng Phần I HỘP GIẢM TỐC KHAI TRIỂN BÁNH RĂNG TRỤ QUY TRÌNH TÍNH TOÁN CHUNG Chọn vật liệu Xác định Ứng suất tiếp xúc cho phép Xác định Ứng suất uốn cho phép Xác định Ứng suất quá tải cho phép Chọn hệ số chiều rộng vành răng Xác định khoảng cách trục Mođun răng Xác định số răng mỗi bánh, góc nghiêng răng Tính toán lại tỉ số truyền Xác định các thông số hình học của bộ truyền Tính vận tốc vòng ,chọn cấp chính xác Tính lực tác dụng lên bộ truyền Hệ số dạng răng Kiểm nghiệm Ứng suất tiếp xúc Kiểm nghiệm Ứng suất uốn Kiểm nghiệm răng về quá tải Bảng các thông số của bộ truyền Tính bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc khai triển bánh răng trụ với các số liệu cho như sau: Công suất động cơ: P=5,7 KW Số vòng quay động cơ: n1=960 vòng/phút Thời gian sử dụng: L= 12000h Tải trọng thay đổi theo bậc: T1=T; T2=0,6T; T3=0,4T Thời gian: t1=0,3tck; t2=0,3tck; t3=0,4tck Phân tỉ số truyền: uh= 20 , với λc3 = 1,3 Bỏ qua ma sát trên bộ truyền. Xác định mômen xoắn: T1 = 9,55.106Pn1 = 9,55.106.5,7/960 =56703Nmm Tìm tỉ số truyền cho từng cấp: u1 : Tỉ số truyền của cặp bánh răng trụ nghiêng (cấp nhanh) u2 : Tỉ số truyền của cặp bánh răng trụ thẳng (cấp chậm) Ta có: λc3 (U1+1).U1^4(Uh+U1).Uh^2 = 1 ó 1,3(U1+1).U1^4(20+U1).20^2 = 1 ó 1,3.u15+ 1,3.u14 -400u1- 400.20 = 0 ó u1 ~ 5,75 u2 = uh / u1 = 20/5,75 ~ 3,48 1/ Chọn vật liệu cho bánh dẫn, bánh bị dẫn cho cả 2 cấp Thép C45 tôi cải thiện Bánh dẫn: HB1=245; σb1=850Mpa; σch1= 580Mpa Bánh bị dẫn: HB2=230; σb2=750Mpa; σch2= 450Mpa 2/ Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép -Số chu kì làm việc cơ sở: NHO1 =30.HB12,4=30.2452,4=16,3.106 chu kì NHO2 =30.HB22,4 =30.2302,4 =14.106 chu kì -Vì tải trọng thay đổi theo bậc =>Số chu kì làm việc tương đương: NHE1 =60c∑(Ti/Tmax)3 niti =60.1.960[(T1/T)3t1 +(T2/T)3t2 +(T3/T)3t3] =60.960[ t1 +(0.8T/T)3t2+(0.5T/T)3t3] =60.960[0,3+0,83.0,3 +0,53.0,4].12000 =348.106 chu kì NHE2 = NHE1/u1 =348.106/3,48 =100.106 chu kì Vì NHE1>NHO1; NHE2>NH02 =>KHL1= KHL2=1; Theo bảng 6.13, giới hạn mỏi tiếp xúc xác định như sau: σOHlim=2.HB+70 => σOH1lim=2.245+70=2.245+70=560MPa σOH2lim=2.230+70=2.230+70=530Mpa Ứng suất tiếp xúc cho phépđược tính theo công thức: [σH] =σOHlim.KHL/SH Vì thép tôi cải thiện: SH=1,1 (Hệ số an toàn) + Bánh dẫn: [σH1]=σOH1lim11,1=560.11,1=509,1 Mpa + Bánh bị dẫn: [σH2]=σOH2lim11,1=530.11,1=481,8 Mpa Đối với cấp nhanh, bánh trụ ,răng nghiêng: Ứng suất tiếp xúc cho phép được tính theo công thức: [σH]= 0,5.([σH1]+ [σH2]) = 495,45 MPa Đối với cấp chậm, bánh trụ, răng thẳng Vì [σH2] Chọn ứng suất tiếp xúc cho phép: [σH] = 481,8Mpa 3/ Xác định ứng suất uốn cho phép -Số chu kì làm việc cơ sở: NFO1 = NFO2 =5.106 chu kì =>Số chu kì làm việc tương đương: NFE1=60c.n1∑(Ti/Tmax)6niti =60.960(0,3+0,86.0,3+0,56.0,4)12000=266.106 chu kì NFE2=NFE1/u1=76,4.106chu kỳ Vì NFE1>NFO1; NFE2>NF02 =>KFL1= KFL2=1 Theo bảng 6.13, giới hạn mỏi uốn xác định như sau: σOFlim=1.8HB => σOF1lim=1,8.245=441 MPa σOF2lim=1,8.230=414 Mpa Ứng suất uốn cho phép: [σF] =σFlim.KFL/SF Chọn SF= 2 Ta có: [σF1] =σF1lim.KFL1/SF = 441/2= 220,5 MPa [σF2] =σF2lim.KFL2/SF = 414/2= 207 Mpa 4/ Ứng suất quá tải cho phép [σH]max=2,8.σch2=2,8.450=1260 Mpa; [σF1]max=0,8σch1=0,8.580=464 Mpa [σF2]max=0,8σch2=0,8.450=360 Mpa A – TÍNH BỘ TRUYỀN CẤP NHANH BÁNH RĂNG TRỤ, RĂNG NGHIÊNG 5/Chọn hệ số chiều rộng vành răng Do bánh răng nằm đối xứng ở các ổ trục nên ψba=0,3- 0,5. Chọn ψba=0,4 Khi đó: ψbd= ψba(u1+1)/2=0,4.(5,75+1)/2=1,35 Từ bảng 6.4, chọn được: KHβ=1,07; KFβ=1,13 6/ Xác định khoảng cách trục aw=43(u1+1)3T1.Khβψba.u1.[σh]^2 = 43.(5,75+1).356703.1,070,4.5,75.495,45^2 = 138mm Theo tiêu chuẩn, chọn aw=150 mm 7/ Mođun răng m = ( 0,01 ¸ 0,02 ) aw = 1,5¸ 3 (mm) Theo tiêu chuẩn, chọn m=2,5 mm 8/ Xác định số răng mỗi bánh, góc nghiêng răng Từ điều kiện 8o =< β<=20o Suy ra: 2acos20m(u+1) =<z1=<2acos8m(u+1) Hay:2.150.cos202,5(5.75+1) =< z1=<2.150.cos82,5(5.75+1) ó16,7=<z1=<17,6 Chọn z1=17 răng Số răng bánh bị dẫn: z2=17.5,75 ~ 98 răng Góc nghiêng răng β= arccosm.z1.(u+1)2.a = arccos 2,5.17.(5,75+1)2.150 = arccos(0,95625)=17o 9/ Tỉ số truyền thực u1t= 98/17 = 5,765 10/ Các thông số hình học của bộ truyền Thông số hình học Công thức Đường kính vòng chia Bánh dẫn d1 =z1.m/cosβ=17.2,5/0.956=44,5 mm Bánh bị dẫn d2 =z2.m/cosβ=98.2,5/0.956=256mm Đường kính đỉnh răng Bánh dẫn da1= d1+2m=44,5+5=49,5 mm Bánh bị dẫn da2= d2+2m=256+5=261 mm Đường kính đáy răng Bánh dẫn df1= d1-2,5m=44,5-2,5.2,5=38,25 mm Bánh bị dẫn df2=d2-2,5m=256-2,5.2,5=249,75mm Chiều rộng vành răng Bánh bị dẫn bω= b2=aw. ψba=150.0,4=60 mm Bánh dẫn b1=b2+6=60+6=66 mm 11/ Vận tốc vòng,chọn cấp chính xác v=πd1n160000 = π.44,5.96060000= 2,24m/s Nội suy bảng 6.3, chọn cấp chính xác 9 với vgh = 3 m/s. 12/ Tính lực tác dụng lên bộ truyền Lực vòng: Fv = Fv1= Fv2= 2.T1d1 =2.5670344,5= 2548 N Lực pháp tuyến: Fn1 = Fn2 = Fvcos 20.cos β = 2548cos 20.0,956 = 2835 N - Lực hướng tâm: Fr1 = Fr2 = Fv.tan 20/cosβ= 970 N Lực dọc trục: Fd1= Fd2 = Fv. tanβ = 816 N 13/ Hệ số dạng răng Đối với bánh dẫn: YF1 = 3,47+13,2/z1= 3,47+13,2/17= 4,24 Đối với bánh bị dẫn: YF2 = 3,47+13,2/z2= 3,47+13,2/98 = 3,6 Đặc tính so sánh độ bền các bánh răng (độ bền uốn): Bánh dẫn: [σF1]/ YF1 = 220,54,24 = 52 Bánh bị dẫn: [σF2]/ YF2 = 2073,6 = 57,5 14/ Kiểm nghiệm Ứng suất tiếp xúc σH = ZmZhZєd12T1. Kh(u+1)bω.u(1) Trong đó: -Zm = 275 MPa1/2 -ZH=2cosβsin(2α) với α = 20o Suy ra: ZH =2.0,956sin(40) = 1,724 -Zє = 1єα Với єα= [1,88- 3,2 (1z1+1z2 )]cosβ= [1,88- 3,2.(1/17+1/98)].0,956= 1,586 => Zє = 0,794 -KH =KHα. KHβ. KHv Nội suy theo bảng 6.12 được KHα = 1,13 Lại có: KHv =1+ vH.bω.dm1/(2T1. KHα. KHβ) vH = δH.g0.v.(aω/ u1t)1/2 Tra bảng 6.20 có: δH = 0,002 Tra bảng 6.21 có : g0 = 73 vH = 0,002.73.2,136.(150/5,765)1/2 = 1,59 KHv =1+ vH.bω.dm1/(2T1. KHα. KHβ) = 1+1,59.60.44,5/(2.56703.1,13.1,07)= 1,03 Vậy : KH = 1,13.1,07.1,03 =1,245 Thay các số liệu vừa có vào (1), ta được: σH = 275.1,724.0,79444,52.56703. 1,245.(5,765+1)60.5,765= 444,5Mpa Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép: Với v=2,136 m/s, Zv = 1 Cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra = 1,25-2,5 μm. Khi đó ZR = 0,95. Vì da KxH = 1. Ta có: [σH] = [σH].Zv.ZR.KxH = 495,45.0,95 = 470,7 Mpa Vì σH= 444,5Mpa Thỏa mãn điều kiện tiếp xúc. 15/ Kiểm tra Ứng suất uốn σF= 2. T1.YF.KF.Yє.Yβ/(d1.bωm) (2) Trong đó: -Yє = 1/ єα = 1/1,586 = 0,63 -Yβ = 1- єβ. β/120 Với єβ = bω. sin βπ.m = 60. sin 172,5π = 2,23 Yβ = 1- 2,23.17120 = 0,684 -KF =KFα. KFβ. KFv KFα = 1,37 (tra bảng 6.12) KFβ = 1,13( tra bảng 6.4) Để tính KFv , có: KFv =1+ vF.b.dm1/(2T1. KFα. KFβ) Trong đó:vF = δF.g0.v.( aω/ u)1/2 Tra bảng 6.20 có: δF = 0,006 Tra bảng 6.21 có : g0 = 73 vF = 0,006.73.2,136.(150/5,765)1/2 = 4,77 KFv= 1+4,77.60.44,5/(2.56703.1,37.1,13) = 1,07 Thay vào (2), được: KF = 1,37.1,13. 1,07 =1,656 Từ đó suy ra: σF1=2.56703.4,24.1,656.0,63.0,68444,5.60.2,5 = 51,4 MPa<[σF1] =220,5 MPa σF2 = (YF2/YF1). σF1= (3,6/4,24).51,4 = 43,6 MPa <[σF2] = 207 Mpa Do vậy, độ bền uốn được thỏa mãn. 16/ Kiểm nghiệm răng về quá tải Ta có: Kqt =T max/T =1 ,8 [σH1max] = σH. (Kqt)1/2 = 470,7.1,81/2 = 631,5 Mpa < [σHmax] = 1260 Mpa [σF1max] = σF1. Kqt = 51,4.1,8= 92,5 Mpa < [σF1max] = 464 Mpa [σF2max] = σF2. Kqt = 43,6.1,8= 78,5 Mpa < [σF1max] = 360 Mpa Bảng thông số bộ truyền bánh răng trụ, răng nghiêng THÔNG SỐ TRỊ SỐ Số răng bánh nhỏ Z1 = 17 Số răng bánh lớn Z2 = 98 Tỉ số truyền Ubrt = 5,72 Đường kính vòng lăn của bánh răng - Bánh dẫn: dw1 = 44,5(mm) - Bị dẫn :dw2 = 256(mm) Đường kính đỉnh răng - da1 = 49,5 (mm) - da2 = 261 (mm) Đường kính chân răng - df1 = 38,25(mm) - df2 = 249,75(mm) Chiều rộng vành răng - bw = 60(mm) Góc nghiêng răng - β = 17o Góc ăn khớp - αtw = 20o Khoảng cách trục -aw= 150 mm Hệ số dịch chỉnh x1 = x2 =0 B – TÍNH BỘ TRUYỀN CẤP CHẬMBÁNH TRỤ, RĂNG THẲNG 5/Chọn hệ số chiều rộng vành răng Do bánh răng nằm đối xứng ở các ổ trục nên ψba=0,3-0,5. Chọn ψba=0,4 Khi đó: ψbd= ψba(u2+1)/2=0,4.(3,48+1)/2=0.89 Tra bảng 6.4, chọn được: KHβ=1,04; KFβ=1,07 6/ Xác định khoảng cách trục Giả sử bỏ qua ma sát trên răng và tổn thất trên cặp ổ lăn, khi đó: Momen xoắn T2 = T1.u1t = 56703. 5,765 ~ 326893Nmm Khoảng cách trục: aw=50(u2+1)3T2.Khβψba.u.[σh]^2 = 50.(3,48+1).3326893.1,040,4.3,48.481,8^2 = 227,83mm Chọn aw=225mm 7/ Mođun răng m = ( 0,01 ¸ 0,02 ) aw = 2,25¸ 4,5 (mm) Chọn m=2,5 mm 8/ Xác định số răng mỗi bánh Tổng số răng: z1+z2=2aw/m= 2.225/2,5=180răng Số răng bánh dẫn: z1=z1+z2u1+1=180/4,48=40,17răng . Chọn z1 = 40 răng Số răng bánh bị dẫn: z2=180 – 40=140 răng 9/Tính toán lại tỉ số truyền u2t= z2z1 =14040 = 3,5 Thỏa mãn δu<=2-3% 10/ Xác định các thông số hình học của bộ truyền Thông số hình học Công thức Đường kính vòng chia Bánh dẫn d1 =z1.m=40.2,5=100 mm Bánh bị dẫn d2 =z2.m=140.2,5=350 mm Đường kính đỉnh răng Bánh dẫn da1= d1+2m=100+5 =105 mm Bánh bị dẫn da2= d2+2m=350+5=355 mm Đường kính đáy răng Bánh dẫn df1= d1-2,5m=100-2,5.2,5=93,75mm Bánh bị dẫn df2=d2-2,5m=350-2,5.2,5=343,75mm Chiều rộng vành răng Bánh bị dẫn b2=aw. ψba=225.0,4=90 mm Bánh dẫn b1=b2+6=90+6=96mm Chọn góc ăn khớp αtω = 20o 11/ Vận tốc vòng,chọn cấp chính xác v=πd1n1600001u(1t)= π100.9605,765.60000= 0,87 m/s Nội suy bảng 6.3, chọn cấp chính xác 9 với vgh = 3 m/s. 12/ Tính lực tác dụng lên bộ truyền Lực vòng: Fv = Fv1= Fv2= 2.T2d1 = 2.326893100= 6538 N Lực pháp tuyến: Fn1=Fn2=Fvcos 20 =6538cos 20 = 6956 N Lực hướng tâm: Fr1= Fr2 = Fv.tan 20=6538. tan20 = 2380 N 13/ Hệ số dạng răng Đối với bánh dẫn: YF1 = 3,47+13,2/z1= 3,47+13,2/40 = 3,8 Đối với bánh bị dẫn: YF2 = 3,47+13,2/z2= 3,47+13,2/140 = 3,56 Đặc tính so sánh độ bền các bánh răng (độ bền uốn): Bánh dẫn: [σF1]/ YF1 = 220,53,8 = 58 Bánh bị dẫn: [σF2]/ YF2 = 2073,56 = 58,15 14/ Kiểm nghiệm Ứng suất tiếp xúc σH = ZmZhZєd12T2. Khβ.Khv.(u+1)bω.u (3) Trong đó Zm = 275 Mpa1/2 ZH = 1,76 Zε = 0,96 KHV= 1,05 ( tra bảng 6.5) Thay các giá trị trênvào (3), ta có: σH=275.1,76.0,961002.326893.1,04.1,05.(3,5+1)90.3,5= 469,2MPa σH = 469,2MPa<[σH] = 481,8 MPa => Thỏa mãn điều kiện tiếp xúc. 15/ Kiểm tra Ứng suất uốn σF1= 2.T2.YF1.KFβ.KFV/(d1.bωm)(4) Trong đó: KFβ = 1,07( tra bảng 6.4) KFV = 1,1( tra bảng 6.5) Thay các giá trị đã có vào (4), tađược: σF1= 2.326893.3,8.1,07.1,1100.90.2,5=130Mpa < [σF1] = 220,5 MPa σF2 = (YF2/YF1). σF1 = (3.56/3.8).130 = 122 MPa < [σF2] = 207 MPa Do vậy, độ bền uốn được thỏa mãn. 16/ Kiểm nghiệm răng về quá tải Ta có: Kqt =T max/T =1 ,8 [σH1max] = σH. (Kqt)1/2 = 469,2.1,81/2 = 629,5 Mpa <[σHmax] = 1260 Mpa [σF1max] = σF1. Kqt = 130.1,8= 234 Mpa <[σF1max] = 464 Mpa [σF2max] = σF2. Kqt = 122.1,8= 220 Mpa <[σF1max] = 360 Mpa Bảngthông số bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng THÔNG SỐ TRỊ SỐ Số răng bánh nhỏ Z1 = 40 Số răng bánh lớn Z2 = 140 Tỉ số truyền Ubrt = 3,5 Đường kính vòng lăn của bánh răng - Bánh dẫn: dw1 = 100(mm) - Bị dẫn :dw2 = 350(mm) Đường kính đỉnh răng - da1= 105(mm) - da2 = 355(mm) Đường kính chân răng - df1 = 93,75(mm) - df2 = 343,75(mm) Chiều rộng vành răng - bw = 90(mm) Khoảng cách trục -aw= 225 mm Phần II THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP BÁNH RĂNG CÔN-TRỤ(Các số liệu của bài toán giống như Phần I) Xác định tỉ số truyền: u1 : Tỉ số truyền ở cấp nhanh, bánh răng côn, răng thẳng u2 : Tỉ số truyền ở cấp chậm, bánh răng trụ, răng thẳng Phương trình độ bền đều cho hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ 2 cấp: λkck3. u14/[(uh+u1).uh2] = 1 (1) Trong đó: λk = 2,25.ψbd2.[K02]/((1- Kbe).Kbe.[K01]) ck =d(w22)d(e21), thường nằm trong khoảng (1:1,4) Chọn Kbe=0,25; ck = 1,15; ψbd2 =1,1; [K01] ~ [K02] Suy ra: λk = 2,25.1,1(1-0,25).0,25 = 13,2 =>λkck3 = 13,2. 1,153 = 20, thay vào phương trình (1) có: 20. u14/[(20+u1).202] = 1 ó u1=4,75 ; u2=20/u1 = 20/4,75=4,21 1/ Chọn vật liệu cho bánh dẫn, bánh bị dẫn cho cả 2 cấp Thép C45 tôi cải thiện Bánh dẫn: HB1=245; σb1=850Mpa; σch1= 580Mpa Bánh bị dẫn: HB2=230; σb2=750Mpa; σch2= 450Mpa 2/ Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép -Số chu kì làm việc cơ sở: NHO1 =30.HB12,4=30.2452,4=16,3.106 chu kì NHO2 =30.HB22,4 =30.2302,4 =14.106 chu kì -Vì tải trọng thay đổi theo bậc =>Số chu kì làm việc tương đương: NHE1 =60c∑(Ti/Tmax)3 niti =60.1.960[(T1/T)3t1 +(T2/T)3t2 +(T3/T)3t3] =60.960[ t1 +(0.8T/T)3t2+(0.5T/T)3t3] =60.960[0,3+0,83.0,3 +0,53.0,4].12000 =348.106 chu kì NHE2 = NHE1/u1 =348.106 /4,75 = 73,3.106 chu kì Vì NHE1>NHO1; NHE2>NH02 =>KHL1= KHL2=1 Theo bảng 6.13, giới hạn mỏi tiếp xúc xác định như sau: σOHlim=2.HB+70 => σOH1lim=2.245+70=2.245+70=560MPa σOH2lim=2.230+70=2.230+70=530Mpa Ứng suất tiếp xúc cho phépđược tính theo công thức: [σH] =σOHlim.KHL/SH Vì thép tôi cải thiện: SH=1,1 + Bánh dẫn: [σH1]=σOH1lim11,1= 560.11,1= 509,1 Mpa + Bánh bị dẫn: [σH2]=σOH2lim11,1= 530.11,1= 481,8 Mpa Ứng suất tiếp xúc cho phép áp dụng cho cả 2 cấp: [σH]=min([σH1], [σH2]) = 481,8 Mpa 3/ Xác định ứng suất uốn cho phép -Số chu kì làm việc cơ sở: NFO1 = NF02 =5.106 chu kì =>Số chu kì làm việc tương đương: NFE1=60c.n1∑(Ti/Tmax)niti =60.960(0,3+0,86.0,3+0,56.0,4)12000=266.106 chu kì NFE2=NFE1/u1=56,5.106chu kỳ Vì NFE1>NFO1; NFE2>NF02 =>KFL1= KFL2=1 Theo bảng 6.13, giới hạn mỏi uốn xác định như sau: σOFlim=1.8HB => σOF1lim=1,8.245=441 MPa σOF2lim=1,8.230=414 Mpa Ứng suất uốn cho phép: [σF] =σFlim.KFL/SF Chọn SF= 2 Ta có: [σF1] =σF1lim.KFL1/SF = 441/2= 220,5 MPa [σF2] =σF2lim.KFL2/SF = 414/2= 207 Mpa 4/ Ứng suất quá tải cho phép [σH]max=2,8.σch2=2,8.450=1260 Mpa; [σF1]max=0,8σch1=0,8.580=464 Mpa [σF2]max=0,8σch2=0,8.450=360 Mpa A - BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 5/Tính toán sơ bộ Chiều dài côn ngoài Re và Đường kính chia ngoài de -Chiều dài côn ngoài VớiKbe=0,25 => Kbe.u1/(2-Kbe)= 0.25.4,75/(2-0,25)= 0,678 Nội suy bảng 6.18, tìm được KHβ = 1,15 Chiều dài côn ngoài được xác định theo công thức: Re=KR.(u12+1)1/2.(T1. KHβ/[(1- Kbe) Kbe.u1. [σH]2])1/3 Vì bộ truyền bánh răng thẳng bằng thép nên có: KR = 0,5.Kd = 0,5.100 = 50 MPa 1/3 Thay số: Re=50.(4,752+1)1/2 (56703.1,15/[(1-0,25).0,25.4,75. 481,82)1/3 = 165,2 mm - Đường kính vòng đỉnh bánh dẫn d’e1= 95. (T1. KHβ/[0,85.(1- 0,5Kbe)2 Kbe.u1. [σH]2])1/3 = 95. (56703. 1,15/[0,85.(1- 0,25/2)2 .0,25.4,75. 481,82)1/3 = 68 mm 6/Các thông sốăn khớp -Số răng bánh dẫn sơ bộ: Tra bảng 6.19 theo d’e1 và u1, ta chọn số răng z1p = 15 Với HB<350, ta chọn: z’1 = 1,6. z1p = 1,6.15 =24. -Đường kính trung bình sơ bộ: d’m1 = d’e1/(1-0,5Kbe) = 68/(1-0,5.0,25)= 59,5 mm -Mô đun trung bình sơ bộ: m’m= d’m1/z1 = 59,5/24 = 2,48 mm -Mô đun vòng ngoài sơ bộ: m’e = m’m/(1-0,5Kbe) = 2,481-0,5.0,25 = 2,83mm Lấy theo tiêu chuẩn: me = 3mm Tính toán lại: -Mô đun vòng trung bình: mm = me (1-0,5Kbe) = 3.(1- 0,5.0,25) = 2,625 mm -Đường kính trung bình bánh dẫn: dm1 = z1.mm=23.2,625 = 60,38 mm -Đường kính chia ngoài bánh dẫn: de1 = z1.me=23.3 =69 mm -Đường kính chia ngoài bánh bị dẫn: de2 = z2.me=109.3 =327 mm -Chiều dài côn ngoài: Re = 0,5.me.(z12 + z22)1/2 = 0,5.3.(232 + 1092) = 167,1 mm -Số răng : Bánh dẫn: z1 = dm1/ mm= 59,5/2,625 = 22,67 Chọn z1 = 23 răng Bánh bị dẫn: z2 = z1.u1 = 23.4,75 = 109,25. Chọn z2 = 109 răng -Tỉ số truyền thực u=10923 = 4,74 Sai lệch (4,74-4,75).100%/4,75 = 0,21% nằm trong khoảng cho phép -Chiều rộng vành răng: b = Kbe. Re=0,25.167,1 = 41,775 mm Chọn b=45 mm -Góc mặt côn chia: δ1 = arctan(1/u) = arctan(23/109) = 11,915o δ2 = 90o - δ1 = 78,085o -Dịch chỉnh: Với z1 =23 , chọn hệ số dịch chỉnh đều: x1 = 0,4; x2 = - 0,4 7/ Kiểm nghiệm bộ truyền răng côn Kiểm nghiệm răng theo độ bền tiếp xúc Ta có: σH = ZM. ZH. Zє2T.Kh(U^2+1)0,85.b.d(m1)^2.u<= [σH] (5) Trong đó: ZM =274 MPa1/3 ZH = 1,76 (với β=0 và x1 + x2 = 0) Zє= 4-єα3 , với єα = 1,88-3,2(1/z1 + 1/z2)= 1,88-3,2(1/23+1/109) = 1,71 Do đó: Zє = 0,874 KH =KHα. KHβ. KHv Với bánh răng côn thẳng: KHα = 1 -Vận tốc vòng: v=πd1n1/60000 = 3,14.60,38.960/6000 =3,03 m/s Theo bảng 6.3, chọn cấp chính xác 8 (vgh =6 m/s) vH = δH.g0.v.(dm1.(u+1)/u)1/2 Tra bảng 6.20 có: δH = 0,006 Tra bảng 6.21 có : g0 = 56 vH = 0,006.56.3,03.(60,38(4,74+1)/4,74)1/2 = 8,7 KHv =1+ vH.b.dm1/(2T1. KHα. KHβ) = 1+8,7.45.60,38/(2.56703.1.1,15 = 1,18 Vậy : KH = 1,15.1,18 =1,357 Thay tất cả các số liệu vừa có vào (5): σH = 274.1,76.0,874.(2.56703.1,357(4,74^2+1)/(0,85.45.60,38^2.4,74)) = 447,6 MPa -Tính chính xác Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH]: [σH]=([σOHlim]/SH).ZR.ZV. ZxH.KHL Do v ZV = 1. Ra = 2,5…1,25 μm nên ZR = 0,95 da < 700 mm nên : KXH = 1 [sH] = 481,8.0,95 = 457,71 MPa Như vậy: sH<[sH] Cặp bánh răng côn thỏa mãn điều kiện tiếp xúc. Kiểm nghiệm răng theo độ bền uốn Ta có: (6) Trong đó: -Vì răng thẳng: Yβ = 1 -KF = KFb .KFa .KFv(7) Với KFα = 1( vì răng thẳng) Ta có: Kbe = b/Re = 45/167,1 = 0,269 Suy ra, tỉ số: Kbe.u/(2-Kbe) = 0,269.4,74/(2-0,269) ~ 0,73 Nội suy bảng 6.18, tìm được KFβ = 1,3 -Để tính KFv , có: KFv =1+ vF.b.dm1/(2T1. KFα. KFβ) Trong đó:vF = δF.g0.v.(dm1.(u+1)/u)1/2 Tra bảng 6.20 có: δF = 0,016 Tra bảng 6.21 có : g0 = 56 vF = 0,016.56.3,03.(60,38(4,74+1)/4,74)1/2 = 23,2 KFv= 1+23,2.45.60,38/(2.56703.1.1,3) = 1,43 Thay vào (7), được: KF = 1,3.1. 1,43 =1,86 -Yє = 1/ єα =1/1,71 = 0,58 -YF1 : hệ số dạng răng, tra bảng 6.22, ứng với x1 =0.4, x2 =- 0.4 ta được: YF1 = 3,45, YF2 = 3,65 Thay hết các giá trị đã tính toán vào (6): σF1 = 2.56703.1,86.0,58.1.3,450,85.45.2,625.60,38 = 69,62 MPa < [σF1] = 220,5 MPa sF2 = sF1 .YF2/YF1 = 69,62.3,65/3,45 = 73,65 MPa <[σF2] = 207 MPa Như vậy độ bền uốn được thỏa mãn. Kiểm nghiệm răng về quá tải Hệ số quá tải: Kqt = 1,8 sHmax = sH. Kqt1/2 = 447,6.1,81/2=600,52 Mpa <[σH]max=1260 Mpa; sF1max= sF1.Kqt = 69,62. 1,8= 125,32 MPa <[σF1]max=464 Mpa sF2max= sF2.Kqt = 73,65. 1,8= 132,57 MPa <[σF2]max=360 Mpa Bảng thông số bộ truyền bánh răng côn răng thẳng THÔNG SỐ TRỊ SỐ Chiều dài côn ngoài Re = 167,1 mm Chiều dài côn trung bình Rm = 144,6 mm Mô đun vòng ngoài me = 3mm Đường kính vòng chia ngoài de1= 69; de2= 327 mm Đường kính trung bình dm1= 60,38; dm2= 286,13 mm Chiều rộng vành răng b= 45 mm Tỉ số truyền 4,74 Số răng Z1 =23 ; Z2 =109 Góc nghiêng răng β = 0 Góc côn chia δ1 = 11,915o ; δ2 = 78,085o Chiều cao răng ngoài he = 6,6 mm Chiều cao đầu răng ngoài hae1 = 4,19 mm; hae2 = 1,81 mm Chiều cao chân răng ngoài hfe1 = 2,41 mm; hfe2 = 4,79 mm Đường kính đỉnh răng ngoài dae1 = 73 mm; dae2 = 327 mm Mođun vòng trung bình mm = 2,625 mm Khoảng lệch tâm của bánh răng côn tiếp tuyến e = 0 Góc nghiêng của răng ở mặt mút βe = 0 Hệ số dịch chỉnh chiều cao X1 = 0,4 ; X2 = - 0,4 B - BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG 5/Chọn hệ số chiều rộng vành răng Do bánh răng nằm đối xứng ở các ổ trục nên ψba=0,3-0,5. Chọn ψba=0,4 Khi đó: ψbd= ψba(u2+1)/2=0,4.(4.21+1)/2=0.896 Từ bảng 6.4, chọn được: KHβ=1,04;KFβ=1,08 6/ Xác định khoảng cách trục Giả sử bỏ qua ma sát trên răng và tổn thất trên cặp ổ lăn, khi đó: Momen xoắn T2 = T1.u1t = 56703. 4,74 ~ 268772 Nmm Khoảng cách trục: aw=50(u+1)3T2.Khβψba.u.[σh]^2 = 50.(4,21+1).3268772.1,040,4.4.21.481,8^2 = 232,94mm Chọn aw=230mm 7/ Mođun răng m = ( 0,01 ¸ 0,02 ) aw = 2,3¸ 4,6 (mm) Theo tiêu chuẩn, chọn m=3 mm 8/ Xác định số răng mỗi bánh Số răng bánh dẫn: z1 = z1+z2u1+1= 2.aω/(m.(u1 +1))= 2.2303.(4.21+1) = 29,43 Chọn z1 = 29 răng Số răng bánh bị dẫn: z2 =29.4,21~ 122răng 9/Tính toán lại tỉ số truyền u2t = z2z1 = 12229 = 4,2 Thỏa mãn δu<=2-3% 10/ Xác định các thông số hình học của bộ truyền Thông số hình học Công thức Đường kính vòng chia Bánh dẫn d1 =z1.m=29.3=87 mm Bánh bị dẫn d2 =z2.m=122.3=366 mm Đường kính đỉnh răng Bánh dẫn da1= d1+2m=87+6 =93 mm Bánh bị dẫn da2= d2+2m=366+6=372 mm Đường kính đáy răng Bánh dẫn df1= d1-2,5m=87 -2,5.3=79,5 mm Bánh bị dẫn df2=d2-2,5m=366 -2,5.3=358,5mm Chiều rộng vành răng Bánh bị dẫn b2=aw. ψba=230.0,4=92 mm Bánh dẫn b1=b2+6=92+6=98mm Chọn góc ăn khớp αtω = 20o 11/ Vận tốc vòng,chọn cấp chính xác v=πd1n1600001u(1t)= π87.9604,74.60000= 0,922 m/s Nội suy bảng 6.3, chọn cấp chính xác 9 với vgh = 3 m/s, Theo bảng 6.21 xác định đượcgo = 73 12/ Tính lực tác dụng lên bộ truyền Lực vòng: Fv = Fv1= Fv2= 2.T2d1 = 2.26877287= 6179 N Lực pháp tuyến: Fn1 = Fn2 = Fvcos 20 = 6179cos 20 = 6576 N Lực hướng tâm: Fr1= Fr2 = Fv.tan 20=6179. tan20 = 2249 N 14/ Hệ số dạng răng Đối với bánh dẫn: YF1 = 3,47+13,2/z1= 3,47+13,2/29 = 3,92 Đối với bánh bị dẫn: YF2 = 3,47+13,2/z2= 3,47+13,2/122 = 3,58 Đặc tính so sánh độ bền các bánh răng (độ bền uốn): Bánh dẫn: [σF1]/ YF1 = 220,53,92 = 56,25 Bánh bị dẫn: [σF2]/ YF2 = 2073,58 = 57,82 15/ Kiểm nghiệm Ứng suất tiếp xúc σH = ZmZhZєd12T2. Khβ.Khv.(u+1)bω.u(8) Trong đó KHV được tính theo công thức: KHV = 1+vH.bω.d1/(2.T2. KHβ. KHα) vH= δH.go.v.(aω/u2t)1/2 = 0,006.73.0,922.(230/4,2)1/2 = 2,98 (δH = 0,006 tra theo bảng 6.20; KHα = 1 vì bánh răng thẳng) Suy ra: KHV = 1+2,98.92.87/(2.268772. 1,04) = 1,043 Thay các giá trị vừa tìm được vào (8), ta có: σH=275.1,76.0,96872.268772.1,04.1,06.(4,2+1)92.4,2 = 476,9 MPa σH = 476,9MPa<[σH] = 481,8 MPa => Thỏa mãn điều kiện tiếp xúc 16/ Kiểm tra Ứng suất uốn σF1= 2YF1.T2.KFβ.KFV/(d1.bωm)(9) Để tính KFv , có: KFv =1+ vF.b.dm1/(2T2.KFα.KFβ) Trong đó: KFα = 1 vì răng thẳng KFβ = 1,08 ( tra bảng 6.4) vF = δF.g0.v.( aω/ u2t)1/2 Tra bảng 6.20 có: δF = 0,016 Tra bảng 6.21 có : g0 = 73 vF = 0,016.73.0,922.(230/4,2)1/2 = 7,97 KFv= 1+7,97.92.87/(2.268772.1,08) = 1,11 Thay hết vào (9), được: σF1= 2.3,92.268772.1,08.1,1187.92.3 =105,2Mpa < [σF1] = 220,5 MPa σF2 = (YF2/YF1). σF1 = (3.58/3.92).105,2= 96,07 MPa < [σF2] = 207 MPa Do vậy, độ bền uốn được thỏa mãn. Bảng thông số bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng THÔNG SỐ TRỊ SỐ Số răng bánh nhỏ Z1 = 29 Số răng bánh lớn Z2 = 122 Tỉ số truyền Ubrt = 4,2 Đường kính vòng lăn của bánh răng - Bánh dẫn: dw1 = 87(mm) - Bị dẫn :dw2 = 366(mm) Đường kính đỉnh răng - da1= 93(mm) - da2 = 372(mm) Đường kính chân răng - df1 = 79,5(mm) - df2 = 358,5(mm) Chiều rộng vành răng - bw = 92(mm) Khoảng cách trục -aw= 230 mm PHẦN III–PHỤ LỤC BẢNG CÁC THÔNG SỐ NỘI SUY