Đề tài Thiết kế máy - Thiết kế hộp giảm tốc thang nâng hàng

hiểu biết và kinh nghiệm còn hạn chế nên trong đồ án vấn đề sai sót là không thể tránh khỏi, kính mong quý thầy, cô tận tình chỉ bảo để giúp em bổ sung những khuyết điểm, những khúc mắc còn tồn tại và có thêm kiến thức để tiếp tục thực hiện các đề tài sau này. Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đắc Lực cùng quý thầy, cô khoa Cơ khí đã tận tình chỉ bảo giúp em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, ngày 1 tháng 12 năm 2009 Sinh viên thiết kế Trần Thái Quốc CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH VẬN HÀNG HÓA 1.1 GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH VẬN HÀNG HÓA 1.1.1 Khái niệm Máy nâng chuyển là tên gọi chung của các máy công tác dùng để thay đổi vị trí các vật nặng dạng khối hoặc các vật phẩm rời vụn với khối lượng lớn nhờ các thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo, gầu ngoạm, ... hoặc gián tiếp như băng tải, xích tải, con lăn, đường ống, ... 1.1.2 Phân loại máy nâng chuyển 1.1.2.1. Máy vận chuyển theo chu kỳ a. Đặc điểm: - Hoạt động có tính chất chu kỳ (luôn phiên giữa thời kỳ làm việc và thời kỳ nghỉ) của cơ cấu và máy; - Phần chủ yếu của máy vận chuyển theo chu kỳ là máy trục - Vận chuyển các vật nặng theo hướng thẳng đứng và một số chuyển động khác trong mặt phẳng ngang, trong đó cơ cấu nâng là cơ cấu chủ yếu; - Chúng có thể làm việc trong nhà hoặc ngoài trời b. Phân loại: Theo công dụng máy trục được chia thành 3 nhóm lớn: - Máy trục đơn giản: là các loại máy có một chuyển động chủ yếu là nâng hạ (kích, tời, palăng…); - Máy trục thông dụng: là các loại máy có từ hai chuyển động trở lên (cầu trục, cần cẩu, cần trục…); - Máy trục đặc chủng: là các loại máy đặc biệt dùng riêng theo yêu cầu nào đó (thang máy, máy trục bến cảng…). Hình 1-1: Ví dụ về cầu trục với các thông số chủ yếu của nó Hình 1-2: Phân loại máy trục theo đặc tính di chuyển của nó 1.1.2.2. Máy vận chuyển liên tục a. Đặc điểm: - Vật phẩm được di chuyển thành dòng liên tục và ổn định; - Có thể bốc dỡ tải ngay trong quá trình vận chuyển. b. Phân loại: - Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo: băng tải, xích tải… - Máy vận chuyển liên tục không có bộ phận kéo: vít tải, hệ thống đường lăn, ống dẫn… Hình 1-3 Hình 1-4 1.2 CÁC CƠ PHẬN CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ MANG TẢI 1.2.1 Khái niệm chung Bộ phận mang giữ tải (đồ mang): được dùng để treo vật phẩm vào cơ cấu nâng, gồm hai loại: + Đồ mang vạn năng: vận chuyển các vật phẩm khác nhau về kích thước, khối lượng. Điển hình của loại này là móc treo; + Đồ mang chuyên dùng: vận chuyển một số chủng loại vật phẩm nhất định, giống nhau hoặc về kích thước, hoặc về tính chất, như: kìm kẹp, vòng treo, gầu ngoạm, nam châm điện từ… - Dây: + Loại dây: chủ yếu dùng dây cáp và xích (xích hàn và xích con lăn) + Mục đích: dùng để nâng tải hoặc chằng, néo, buộc, riêng xích còn được dùng để truyền chuyển động. + Yêu cầu: chúng phải có khả năng uốn cong và quấn được ít nhất trong mặt phẳng để quấn qua puli hoặc quấn vào tang - Chi tiết quấn dây: + Chủ yếu dùng tang và puli. + Mục đích: biến chuyển động quay của tang thành chuyển động tịnh tiến của bộ phận mang vật - Các yêu cầu cơ bản đối với thiết bị mang vật: + Đảm bảo an toàn cho người và hàng hoá; + Thời gian xếp dỡ ngắn, tốn ít sức lao động của công nhân + Trọng lượng cơ cấu nhỏ gọn + Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ. - Kết luận: - Trong khi nâng hạ vật phẩm, tang và các puli dẫn hướng, puli cân bằng chuyển động quanh trục cố định; - Hệ thống đồ mang, puli động, dây cáp hoặc xích vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay quanh trục của nó. 1.2.2 Móc 1.2.2.1 Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo Hình 1-5: Móc đơn - Vật liệu chế tạo móc là thép 20, đạt độ cứng 95 ÷ 135HB; các loại thép nhiều cacbon, gang và đúc không được phép dùng vì nó có khả năng gẫy đột ngột. - Hình dạng và kết cấu như hình vẽ - Các loại móc nâng hàng đều được tiêu chuẩn hoá nhằm đảm bảo trọng lượng, kích thước nhỏ nhất với sức bền đều ở hầu hết các tiết diện. b. Phân loại Theo hình dáng: - Móc đơn: chỉ có một ngạnh treo vật; - Móc kép: có hai ngạnh treo vật Theo phương pháp chế tạo: - Móc đúc: ít dùng; - Móc rèn dập: dùng phổ biến hơn cả; - Móc tấm ghép: gồm những mảnh thép tấm ghép lại bằng đinh tán (dùng khi có những yêu cầu đặc biệt về chiều dài móc, như ở các thùng chứa kim loại lỏng, hoá chất lỏng…). Hình 1-6: Móc kép 1.2.2.2 Móc đơn và sơ lược về đặc điểm tính toán móc đơn a. Cấu tạo: Gồm: miệng móc; thân móc và cuống móc. b. Yêu cầu: - Kích thước nhỏ gọn nhất; - Trọng lượng bản thân nhẹ nhất; - Có sức bền đều ở hầu hết các tiết diện; - Đơn giản, dễ chế tạo. Hình 1-7 Hình 1-8: Sơ đồ tính toán móc đơn 1.2.2.3 Khung treo móc a- khung dài b- khung ngắn Hình 1-9 - Cáp hoặc xích thường không trực tiếp buộc vào móc mà thông qua kết cấu khung. Gồm: + Khung đơn giản + Khung phức tạp + Loại khung dài + Loại khung ngắn Hình 1-10 Hình 1-11: Khung đơn giản 1.2.3 Một số cơ cấu tải chuyên dùng 1.2.3.1 Kìm cặp - Dùng để vận chuyển các vật phẩm dạng thỏi, dạng khối (như thỏi thép, hòm, thùng…) - Thời gian buộc, chằng giảm, do đó tăng được năng suất và có thể mang vật phẩm đang ở nhiệt độ cao - Vật phẩm được giữ bằng lực ma sát tiếp xúc: Phân loại + Kìm cặp đối xứng + Kìm cặp không đối xứng + Kìm cặp lệch tâm Kìm ôm Hình 1-12 Kìm ma sát 1.2.3.2 Vòng treo - Dùng để vận chuyển các vật phẩm dạng thanh dài bằng cách cho vật phẩm chui vào vòng hoặc treo bằng cáp; thường vật nâng có trọng lượng lớn trên 25 tấn; - Vòng treo thường chế tạo từ thép 20, dạng vòng nguyên hoặc vòng chắp. - Ưu điểm: gọn, nhẹ hơn móc treo có cùng tải trọng nâng song không được tiện lợi trong sử dụng do luôn phải dùng dây treo luồn qua nó. 1.2.3.3 Gàu ngoạm - Gầu ngoạm là loại thùng chứa tự xúc và tự đổ vật phẩm rời như cát, sỏi, than... - Không tốn thời gian chất và dỡ tải Hình 1-13: Vòng treo a- vòng nguyên b-vòng chắp Theo kết cấu chia gầu ngoạm thành hai loại: + Gầu ngoạm hai cánh: dùng để vận chuyển vật phẩm loại nhỏ hạt; + Gầu ngoạm nhiều cánh: dùng để vận chuyển vật phẩm loại cục lớn. Theo sơ đồ điều chỉnh lại chia thành hai loại: + Gầu ngoạm một dây (hình 3-10): có thể treo vào móc cầu trục thông dụng để làm việc, năng suất thấp; + Gầu ngoạm hai dây (hình 3-11): phải có cơ cấu trục gầu ngoạm hay cơ cấu nâng riêng. + Gầu ngoạm truyền động bằng máy (dẫn động riêng). Hình 1-14: Gầu ngoạm 1 dây Hình1-15: Gầu ngoạm 2 dây Gầu ngoạm xúc được vật liệu nhờ trọng lượng bản thân. G = ψ.γ.V (tấn) trong đó: ψ là hệ số đầy gầu; V: dung tích gầu, m3; γ: khối lượng riêng vật liệu, tấn/m3. Hình 1-16:Gầu ngoạm có dẫn động riêng 1.2.3.4 Nam châm điện từ - Dùng để vận chuyển các vật liệu rời có từ tính như sắt thép phế; - Ưu điểm: chất tải, dỡ tải nhanh chóng và hình thù vật phẩm khá đa dạng; - Sử dụng nhiều trong nhà máy luyện kim và bến cảng; - Độ an toàn không cao; - Có các dạng kết cấu: chữ nhật, tròn. Hình 1-17: Nam châm mâm chữ nhật Hình 1-18: Nam châm mâm tròn 1.2.4 Dây cáp 1.2.4.1 Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo: - Là loại dây được chế tạo từ các sợi thép cacbon cao (thép 60, thép 65) có giới hạn bền được tăng lên rất cao (gấp 2÷3 lần) - Đường kính sợi ds = 0,1 ¸ 0,3 mm. b. Phân loại: - Theo tiết diện có các loại: + Hình 6 cạnh - Các sợi cùng đường kính, bện 1 lần, cùng bước xoắn, giữa các sợi tiếp xúc đường, sợi này lọt vào khe của các sợi kia. - Nhược điểm cứng khó uốn, dễ đứt sợi ở góc và cào xước chi tiết quấn => rất ít dùng. Hình 1-19 + Hình tròn Dùng các sợi cùng đường kính, bện cùng một chiều xoắn, nhưng giữa các lớp có bước xoắn khác nhau, giữa các sợi có tiếp xúc điểm nhưng lại có khe hở (khoảng trống) khá lớn Hình 1-20: Cáp hình tròn tiếp xúc điểm - Ưu điểm mềm hơn so với loại 6 cạnh, dễ uốn nhưng dễ tự lỏng các sợi thép - Được sử dụng ở các cơ cấu chỉ quấn quanh tang, không có palăng hoặc dùng để buộc - Dùng các sợi có đường kính khác nhau, bện 1 lần có bước xoắn như nhau, giữa các sợi có tiếp xúc đường, khoảng trống giữa các sợi và các lớp rất ít. - Ưu điểm có độ bền cao, độ bóng bề mặt khá tốt, nhưng cứng khó uốn, ít dùng trong cơ cấu nâng, thường dùng để chằng néo hoặc dùng làm đường trượt hoặc ˝dây ray”. Để tránh hỏng bề mặt cáp, ở vỏ ngoài được bọc 1 lớp cao su bảo vệ. Hình 1-21: Cáp tròn tiếp xúc đường Hình 1-22: Cáp tròn có vỏ bọc + Hình cánh hoa: - Cáp được bện qua ít nhất 2 bước. Đầu tiên dùng sợi thép bện thành các dánh, sau đó các dánh bện thành sợi cáp có tiết diện như hình cánh hoa quanh lõi sợi đay hoặc sợi thép. Hình 1-23: Cáp hình cánh hoa - Lõi đay có tác dụng dễ uốn vừa có tác dụng chứa được chất bôi trơn cáp; - Lõi thép làm tăng độ bền cho cáp. Theo chiều bện cáp được phân thành: + Cáp bện xuôi: chiều bện của sợi thép trong dánh cùng chiều với chiều bện của dánh. Loại này tiếp xúc đường, mềm, dễ uốn, bề mặt có độ bóng cao, nhưng dễ tự lỏng ra, chỉ dùng ở cơ cấu nâng không có palăng. + Cáp bện chéo: chiều bện của sợi thép trong dánh ngược chiều với chiều bện của dánh. Loại này có ưu điểm là lực đàn hồi theo hai hướng ngược chiều nhau nên cáp ít bị vặn, khó tự lỏng ra, tuy nhược điểm là khá cứng, khó uốn, độ bóng bề mặt không cao, chóng mòn (vì tiếp xúc điểm). Loại chiều bện này được dùng nhiều nhất trong các cơ cấu nâng cỡ lớn và trung bình. Hình 1-24: Cáp bện xuôi Hình 1-25: Cáp bện chéo + Cáp bện hỗn hợp: Hai dánh cáp kề nhau có chiều bện ngược nhau. Loại này ít dùng trong máy trục. Hình 1-26: Cáp bện hỗn hợp 1.2.5 Xích 1.2.5.1 Xích hàn Xích hàn gồm những mắt xích hình ôvan, được chế tạo từ thép tròn uốn cong rồi hàn lại. Vật liệu chế tạo xích hàn thường là thép ít cacbon như CT34, CT38, thép 15... Hình 1-27: Xích hàn 1.2.5.2 Xích bản lề Hình 1-28: Má xích bản lề và chốt - Xích bản lề được chế tạo từ nhiều dãy các má xích (tấm) nối với nhau bằng trục bản lề. - Vật liệu chế tạo má xích (tấm) bản lề thường là thép 40, 45, 50, 40X, 40XH, 30XH3; - Vật liệu chế tạo trục bản lề thường là thép 15, 20, 15X, 12XH3, 20XH3A, 20XH4A, 30XH3; - Xích bản lề được tiêu chuẩn hoá. Xích phải làm việc ở nơi ít bụi và luôn lau dầu. Tốc độ di chuyển của xích nhỏ hơn 25 m/s; - Xích bản lề chỉ uốn được trong mặt phẳng vuông góc với trục bản lề. 1.2.6 Các chi tiết quấn cáp và xích 1.2.6.1 Puli cáp - Puli cáp là chi tiết dạng đĩa, có rãnh với đường kính danh nghĩa Do. - Được đúc bằng gang xám (CЧ15-32, CЧ12-28), hoặc bằng thép (thép CT2, CT3, 25Л), rãnh được gia công cơ. - Do được quy định để cáp không bị uốn quá mức cho phép: Do ≥ (16 ÷ 30)d, mm với d - đường kính cáp, mm. Hình 1-29: Puli cáp 1.2.6.2 Tang quấn cáp a. Cấu tạo - Tang là chi tiết dùng trong cơ cấu nâng biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nâng hạ vật. - Tang thường được đúc từ gang xám CЧ15-32 hay thép đúc 15, 20, CT3, CT5, hoặc cũng có thể hàn từ thép tấm. - Tang hình trụ được dùng phổ biến nhất. Hình 1-30: Cấu tạo tang trụ Hình 1-31:Tang hình yên ngựa b. Phân loại Tang hình trụ: - Tang trơn - Tang có rãnh - Tang rãnh nông (phổ biến) - Tang rãnh sâu (ít dùng) - Tang quấn 1 lớp cáp - Tang quấn nhiều lớp cáp Hình 1-32: Tang trụ trơn quấn nhiều lớp cáp Tang côn Tang hình yên ngựa Tang quấn cáp Tang ma sát Hình 1-33: Các loại rãnh cáp của puli ma sát c. Các kích thước cơ bản của tang Tang được xác định bởi 3 kích thước cơ bản: + Đường kính tang D. + Chiều dài tang L. + Chiều dày thành tang δ. 1.2.6.3 Puli xích (ròng rọc xích) - Puli xích là chi tiết dạng đĩa được đúc bằng gang hoặc thép, bề mặt rãnh được gia công cơ tạo thành rãnh chứa xích với hai gờ cạnh hoặc hai mặt nón. - Khi làm việc mắt xích sẽ tì vào bề mặt puli tại hai điểm hoặc hai đoạn thẳng ngắn. Vì vậy xích và đĩa xích rất chóng mòn. Hình 1-34: Puli xích 1.2.6.4 Đĩa xích a. Đĩa xích xích hàn - Giữa đĩa xích và xích không phải tiếp xúc điểm mà tiếp xúc đường hoặc tiếp xúc mặt. - Số răng đĩa xích có thể rất ít, đường kính đĩa xích vì thế có thể nhỏ Hình 1-35: Đĩa xích xích hàn b. Đĩa xích xích bản lề - Đĩa xích dùng cho xích bản lề giống như bánh răng mà phần chốt bản lề nằm lọt vào phần rãnh răng - Đĩa xích bản lề thường được chế tạo từ thép 45, 45Γ, 50, 50Γ, 45Л, 50Л, … và đã được tiêu chuẩn hoá Hình 1-36: Đĩa xích xích bản lề 1.2.6.5 Tang quấn xích - Tang quấn xích chỉ dùng cho xích hàn (không thể có tang dùng cho xích bản lề) - Tang được chế tạo thành dạng trụ trơn hoặc có rãnh xoắn - Đường kính dang nghĩa của tang Do tính toán theo đường kính dây xích d. Do ≥ 20.d (dẫn động bằng tay) Do ≥ 30.d (dẫn động bằng máy). - Chiều dài và chiều dày thành tang được xác định như tang quấn cáp. Hình 1-37: Tang quấn xích có rãnh CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC THANG NÂNG HÀNG 2.1 THANG NÂNG HÀNG Thang là thiết bị chỉ có trang bị cơ cấu nâng.dùng để thực hiện việc nâng hạ vật theo phương thẳng đứng hoặc phương nghiêng, thang có thể là thiết bị độc lập hoặc cơ cấu của một thiết bị máy trục khác. Thang được lắp đặt trên nền,trên tường hoặc trên kết cấu kim loại của một máy trục. Các bộ phận chính của thang gồm: + Bộ phận truyền động + Bộ phận dẫn động, + Tang cuốn cáp và thiết bị hãm phanh. Tùy thuộc vào nguồn dẫn động phân biệt tời tay hay tời máy,tời có thể dẫn động bằng một tang hoặc nhiều tang.có thể có tời một hay hai cấp tốc độ. Tời ma sát với tang có đường kính thay đổi,có thể kéo vật với chiều dài cáp lớn.dạng lõm của tang đảm bảo dây không chạy dọc theo đường sinh. 2.2 CÁC CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG 2.2.1 Bộ truyền động bánh vít – trục vít 2.2.1.1 Cấu tạo :Gồm trục vít chủ động 1, bánh vít bị động 2 để thực hiện truyền động giữa hai trục chéo nhau.Trục vít được chế tạo từ hợp kim có tính chịu mòn cao. Bánh vít có dạng hình bánh răng xiên. 2.2.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng : a. Ưu điểm :- Làm việc êm, không ồn.- Có khả năng tự hãm.- Tỉ số truyền cao nên rất chính xác. b. Khuyết điểm - Hiệu suất truyền động không cao do ma sát lớn.- Truyền động chậm.- Vít phải được chế tạo từ hợp kim quí và đắt tiền.c. Phạm vi sử dụng :- Sư dụng trong trường hợp đảo chiều quay.- Dùng trong các cơ cấu xoay cần trục hoặc trong ổ truyền động trung ương của xe ô tô. 2.2.2 Bộ truyền bánh răng thẳng 2.2.2.1 Cấu tạo - Đó là những bộ truyền bánh răng trụ để truyền động giữa hai trục song song và quay ngược chiều.- Người ta còn dùng truyền động bánh răng nón để truyền động giữa hai trục vuông góc với nhau.- Tỉ số truyền : - Trong đó Z1,Z2 là số răng của bánh răng chủ động và bị động.2.2.2.2 Ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng a. Ưu điểm :- Gọn nhẹ, chịu tải cao, bền chắc- Tỉ số truyền ổn định- Truyền lực vô cùng bé 10-6 N hoặc vô cùng lớn 106 N.- Dùng để thay đổi tốc độ quay trong hộp giảm tốc hay đều chỉnh số của xe máy, oto.b. Khuyết điểm :- Gây ồn - chịu va đập kém- Chế tạo phức tạp.c. Phạm vi sử dụng :Trong đồng hồ, các cơ cấu nâng tải, oto, máy kéo, hộp giảm tốc, hộp số, truyền động. 2.2.3 Dây cáp Được chế tạo từ các sợi thép bằng phương pháp bện. Các sợi thépđược chế tạo bằng phương pháp kéo nguội, có độ bền cao (1400-2000 N/mm2). Các sợithép bên thành tao cáp hoặc cáp bện đơn. Tao cáp có thể có nhiều lớp sợi với đường kính sợi thép có thể khác nhau. - Theo đặc điểm về tiếp xúc: Nếu các sợi thép trong cáp tiếp xúc nhau theođiểm, ta có cáp tiếp xúc điểm. Tương tự, ta có cáp tiếp xúc đường. - Người ta còn phân biệt cáp bện xuôi khi chiều bện của các lớp sợi và tao cáp là như nhau, cáp bện chéo khi chiều bện của các thành phần này là ngược nhau. So với cáp bện chéo cáp bện xuôi mềm và do vậy có tuổi thọ cao hơn. Tuy nhiên cáp dễ bị bung ra khi một đàu cáp tự do. Trong một số trường hợp người ta dùng cáp chống xoay có kết cấu bện hốn hợp. 2.3 MỘT SỐ LOẠI THANG NÂNG HÀNG TRÊN THỊ TRƯỜNG Thang nâng hàng. Model: OP Hình 2-1 Model Đơn vị OP0227 OP0233 OP0435 OP0440 OP0445 Chiều cao sàn nâng mm 2720 3300 3500 4000 4500 Chiều dài xe mm 1300 1300 1520 1520 1520 Chiều rộng xe mm 760 840 1174 1174 1174 Chiều cao xe mm 1760 2040 2250 2500 2750 Bán kính quay xe mm - - 1460 1460 1460 Tốc độ nâng mét/phút - - 3.4 3.4 3.4 Dung lượng ắc quy Ah - - 210 210 210 Điện áp ắc quy V 12 12 12 12 12 Công suất mô-tơ nâng kw 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 Tự trọng kg 268 313 420 450 480 Hình 2-2 Hình 2-3 CHƯƠNG 3: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 3.1 CHỌN ĐỘNG CƠ Công suất có ích trên trục tang tời là: (3-1) Chọn hiệu suất sơ bộ các bộ truyền và ổ lăn: Theo (bảng 2-1 TKCTM), ta có hiệu suất các bộ truyền như sau: Hiệu suất của ổ lăn: h1 = 0,993 (bộ truyền được che kín) Hiệu suất bộ truyền bánh răng: h2 = 0,97 (bộ truyền được che kín) Hiệu suất bộ truyền trục vít: h3 = 0,8 (bộ truyền được che kín) Hiệu suất puly cố định: η4 = 0,95 Hiệu suất khớp nối: h5 = 0,99 Þ Hiệu suất của hệ thống là: : h = h14.h2.h3.h4. .h5 = (3-2) Công suất cần thiết của động cơ là: (3-3) Tính tốc độ sơ bộ động cơ: Dùng hộp giảm tốc trục vít – bánh răng Theo (bảng 2-2 TKCTM), ta chọn: uhgt = 60 Số vòng quay của trục công tác là: Þ Tốc độ quay sơ bộ của động cơ là: Chọn động cơ 1,5KW, 2500 vg/ph 3.2 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN Tỷ số truyền của động cơ i = Trong đó nt - số vòng quay của puli Với D - đường kính của puli D = 200 mm, v = 0,4 (m/s) nt = 38,2 (vg/ph) Chọn tỷ số truyền bộ truyền trục vít: utv = 18,0 do đó tỷ số bộ truyền bánh răng là: ubr = Tốc độ quay của các trục: n1= nđc = 2500 (vg/ph) n2 = (vg/ph) n3 = (vg/ph) Công suất trên các trục: Mô men xoắn trên các trục: CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC 4.1 TÍNH BỘ TRUYỀN CẤP NHANH ( bộ truyền trục vít- bánh vít ) 4.1.1 Tính vận tốc sơ bộ (4-1) Chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh không thiếc Chọn vật liệu làm trục vít là thép 45, tôi bề mặt đạt độ rắn HRC >45 4.1.2 Định ứng suất cho phép của bánh răng vít theo bảng 4-4: Số chu kỳ làm việc của bánh vít: (4-2) Thay số, ta có: Từ (bảng 4-4 TKCTM) tra các trị số ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép rồi nhân với các trị số và tương ứng, ta có: 4.1.3 Tính tỷ số truyền I và chọn số mối ren trục vít và số răng bánh vít utv = 18,0 Chọn số mối ren trục vít: Số răng bánh vít: Chọn: răng 4.1.4 Sơ bộ chọn trị số hiệu suất và hệ số tải trọng K Với chọn sơ bộ Công suất trên bánh vít: Định sơ bộ K=1,1 ( giả thiết ). 4.1.5 Định m và q Theo công thức: (4-3) Theo (bảng 4-6 TKCTM) lấy và có . 4.1.6 Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng Vận tốc trượt, công thức: (4-4) phù hợp với dự đoán khi chọn vật liệu bánh vít. Để tính hiệu suất, theo (bảng 4-8 TKCTM) lấy hệ số ma sát , do đó . Với và theo bảng 4-7 tìm được góc vít: Hiệu suất Theo công thức: (4-5) Trị số hiệu suất tìm được không chênh lệch nhiều so với dự đoán, do đó không cần tính lại công suất trên bánh vít. Vận tốc vòng của bánh vít: Công thức: (4-6) Vì tải trọng không thay đổi và như đã giả thiết ở trên , do đó: Phù hợp với dự đoán Vì có thể chế tạo bộ truyền với cấp chính xác 9. 4.1.7 Kiểm nghiệm ứng suất uốn của răng bánh vít (4-7) Số răng tương đương của bánh vít: Hệ số dạng răng (bảng 3-18 TKCTM) . 4.1.8 Định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền Theo bảng (bảng 4-3 TKCTM) Modun Số mối ren của trục vít: ; số răng bánh vít: . Hệ số đường kính: Góc ăn khớp: Góc vít: Khoảng cách trục Chọn: Vì không có yêu cầu lấy khoảng cách trục A theo tiêu chuẩn nên không dùng dịch chỉnh () Đường kính vòng chia (vòng lăn) của trục vít: Đường kính vòng đỉnh của trục vít: Đường kính vòng chân ren trục vít ( lấy ): Chiều dài phần có ren của trục vít (bảng 4-2): Vì trục vít được mài cho nên tăng thêm chiều dài L, lấy Để tránh mất cân bằng cho trục vít, chọn chiều dài L bằng một số nguyên lần bước dọc. Vì: Chọn và định chính xác: Đường kính vòng chia (vòng lăn) của bánh vít: Đường kính vòng đỉnh (trong mặt cắt chính) của bánh vít: Đường kính ngoài cùng của bánh vít: Chiều rộng bánh vít: 4.1.9 Tính lực tác dụng Hình 4-1 Lực vòng trên trục vít bằng lực dọc do trục trên bánh vít. (4-8) Lực vòng trên bánh vít bằng lực dọc trục trên trục vít Lực hướng tâm trên trục vít bằng lực hướng tâm trên bánh vít (4-9) 4.2 TÍNH BỘ TRUYỀN CẤP CHẬM (bộ truyền bánh răng nghiêng) 4.2.1 Chọn vật liệu làm bánh răng (Theo bảng 3-6) Bánh răng nhỏ: thép 45 Bánh răng lớn: thép 35 đều thường hóa Cơ tính của hai loại thép này (theo bảng 3-8) Thép 45 ; ; Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi dưới Thép 35 ; ; Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi 4.2.2 Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép 4.2.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép (4-10) Trong đó: : ứng suất tiếp xúc cho phép () khi bánh răng làm việc lâu dài, phụ thuộc vào đồ rắn Brinen HB hoặc độ rắn Rôcoen HRC, lấy theo bảng 3-9 : hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, trong trường hợp này chu kỳ ứng xuất tiếp xúc của cả hai bánh răng . Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng lớn (theo bảng 3-9) Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng nhỏ Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là: . 4.2.2.2 Ứng suất uốn cho phép Khi răng làm việc một mặt (răng chịu ứng suất thay đổi mạch động) (4-11) Theo tính toán ở trên. Ta có Giới hạn mỏi uốn của thép 45 Giới hạn mỏi uốn của thép 35 Hệ số an toàn ; hệ số tập trung ứng suất ở chân răng Vì ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động cho nên dùng công thức (trên) để tính ứng suất uốn cho phép. Bánh nhỏ: Bánh lớn: 4.2.3 Sơ bộ lấy hệ số tải trọng 4.2.4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng 4.2.5 Xác định khoảng cách trục A Do bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng nên chọn công thức: (4-12) Chọn 4.2.6 Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng Vận tốc vòng của bánh răng trụ (4-13) Với vận tốc này theo bảng (3-11 TKCTM) có thể chọn cấp chính xác 9. 4.2.7 Định chính xác hệ số tải trọng K Chiều rộng bánh răng Lấy: . Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ Do đó: Với theo (bảng 3-12 TKCTM) tìm được . Tính hệ số tập trung tải trọng thực tế theo công thức Theo bảng (3.14 TKCTM) tìm được hệ số tải trọng động (giả sử ) Hệ số tải trọng: Ít khác với giá trị dự đoán () cho nên không cần tính lại khoảng cách trục A Như vậy có thể lấy chính xác . 4.2.8 Xác định Mođun, số răng và góc nghiêng của răng Mođun pháp Lấy Sơ bộ chọn góc nghiêng , Tổng số răng của hai bánh: Số răng bánh nhỏ Lấy Trị số lớn hơn trị số giới hạn cho trong bảng (3-15 TKCTM) Số răng bánh lớn Tính chính xác góc nghiêng, theo công thức Vậy Chiều rộng bánh răng b thỏa mãn điều kiện 4.2.9 Kiếm nghiệm sức bền uốn của răng Tính số răng tương đương, công thức Bánh nhỏ: Bánh lớn: Hệ số dạng răng (bảng 3-18) Bánh nhỏ: Bánh lớn: Lấy hệ số Kiểm nghiệm ứng suất uốn đối với bánh răng nhỏ Công thức: (4-14) Đối với bánh răng lớn 4.2.10 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn. Ứng suất tiếp cho phép: Bánh nhỏ: Bánh lớn: Ứng suất uốn cho phép: Bánh nhỏ: Bánh lớn: Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc (4-15) Trong đó hệ số quá tải . Ứng suất tiếp xúc quá tải nhỏ hơn trị số cho phép đối với bánh lớn và bánh nhỏ. Kiếm nghiệm sức uốn: Bánh nhỏ: Bánh lớn: 4.2.11 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng Mođun pháp: Số răng: , Góc ăn khớp: Góc nghiêng: Đường kính vòng chia (vòng lăn): Khoảng cách trục: Chiều rộng bánh răng: Đường kính vòng đỉnh: Đường kính vòng chân: 4.2.12 Tính lực tác dụng lên trục Lực vòng: Lực hướng tâm: Lực dọc trục: 4.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRỤC Số liệu cho trước: Công suất trên trục vào của hộp giảm tốc: Số vòng quay: Tỷ số truyền: ; Chiều rộng vành răng: b1= 44 mm ; b2 = 60 mm b3 = 60 mm Góc nghiêng của cặp bánh răng: Chọn vật liệu chế tạo bằng thép C45, tôi có sb= 600Mpa , ứng suất xoắn cho phép [t]= 12...20 Mpa 4.3.1 Tính sơ bộ trục Theo công thức: (4-16) Trong đó: D – đường kính trục N – công suất truyền KW n – số vòng quay trong 1 phút ứng suất xoắn cho phép, C – 120 hệ số tính toán, phụ thuộc Trục I: Trục II: Trục III: Tra bảng (14P TKCTM) chọn được ổ bi đỡ cỡ trung có chiều rộng 4.3.2 Tính gần đúng Để tính gần đúng ta xét tác dụng đồng thời của các mô men uốn lẫn mô men xoắn đến sức bền của trục. Trị số mô men xoắn đã biết, chỉ cần tính trị só mô men uốn. Để tính kích thước chiều dài của trục chọn các kích thước sau: + Khoảng cách từ mặt bên của chi tiết quay đến thành trong của hộp giảm tốc: + Khoảng cách giữa hai đầu trục I và III: + Khoảng cách từ mặt bên của chi tiết quay đến thành trong của hộp giảm tốc: + Chiều dày nắp: + Khoảng cách từ mặt bên của chi tiết quay ngoài hộp đến ổ: + Chiều dày của các phần mayơ lắp với trục được tính theo chiều dày của đĩa xích hoặc nối trục đàn hồi. lm12 = 1,4.d = 1,4×20 =28 (mm) + Chiều cao nắp ổ và đầu bu lông : h = 20 (mm). Chiều dài các trục: Trục I: Trục II: Trục III: 4.3.2.1 Trục I: Khoảng cách giữa hai gối đỡ trục vít L = (h1+ h2) = 0,8×De2 = 0,8×178 = 142 (mm) h1 = h2 = 70 (mm) Tải trọng phụ do khớp nối gây ra: Pk = 0,3P1 = 0,3 ´ 240 = 72(N) Phương chiều Pk được lấy trong trường hợp bất lợi nhất, là làm trục bị biến dạng uốn nhiều nhất. Các lực Pt,Pk tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang, Pa,Pr tác dụng trong mặt phẳng thẳng đứng. Tính phản lực ở các gối trục: Mặc khác: RAy + RBy - Pr1 = 0 Mặt khác: RAx + RBx - P1=0 Tính momen tại những tiết diện nguy hiểm: Tại tiết diện n-n tacó: Tính mô men uốn ở tiết diện chịu tải lớn n-n: Tính đường kính trục ở tiết diện chịu tải lớn n-n: Mô men tương đương Theo bảng 7-2, TKCTM, ta chọn: Chọn: Vì trục có rãnh then nên đường kính trục lấy lớn hơn so với tính toán. 4.3.2.2 Trục II: Ta có: Tính phản lực ở các gối trục: Tính mô men uốn ở tiết diện nguy hiểm i-i Mô men uốn tổng cộng: Ở tiết diện i-i: Mô men tương đương Mtđ: Chọn Tính mô men uốn ở tiết diện nguy hiểm e-e: Ở tiết diện e-e: Chọn 4.3.2.3 Trục III Thông số ban đầu: Tính phản lực tại các gối trục: Tính moment chịu tải ở tiết diện lớn nhất: Tính đường kính tại trục chịu tải lớn nhất: Mô men tương đương Mtđ: (bảng 7-2 TKCTM) Chọn: 4.3.3 Tính chính xác trục (Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn) Hệ số an toàn được tính theo công thức: (4-17) (Theo bảng 7-5. T123 TKCTM) ns - hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp (4-18) Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng sa = smax = smin = ; sm = 0 ne - hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp Bộ truyền làm việc một chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kỳ mạch động. ta = tmin = (4-19) s-1 - giới hạn mỏi uốn s-1 = 0,45×sb = 0,45×600 = 270 (N/mm2) (trục làm bằng thép 45 nên có sb = 600 (N/mm2) t-1 - giới hạn mỏi xoắn t-1 = 0,25sb = 0,25×600 = 150 (N/mm2) ys và yt - hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền mỏi Với thép cacbon trung bình có thể lấy: ys =0,1; yt = 1 b - hệ số tăng bền: Ở đây không dùng các biện pháp tăng bền nên lấy b = 1 es và et - hệ số kích thước: xét ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi ( tra bảng 7-4 TKCTM). ks và kt - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn va xoắn [n] - hệ số an toàn cho phép: trong điều kiện làm việc bình thường lấy [n] = 2 vì trục III là trục chịu tải lớn nhất nên ta chỉ tính chính xác cho trục III Chọn hệ số ks , kt , es và et (Theo bảng 7-4. T123 TKCTM), chọn: es = 0,76 et = 0,65 (Theo bảng 7-4. T127 TKCTM), tập trung ứng suất thực tế rãnh then ks = 1,63 kt = 1,5 Tỷ số: vì trục làm việc một chiều và ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động Hệ số an toàn 4.3.4 Kết cấu trục Hình dáng cấu tạo trục được xác định bởi: + Vị trí và số lượng các chi tiết lắp trên nó + Các kiểu lắp và phương pháp cố định các pảt trên trục + Kết cấu, loại và kích thước của ổ trục + Công nghệ chế tạo trục Bán kính góc lượng của phần trục mang chi tiết máy trục trục r 45o s r1 bạc bạc Ta lập bảng: Đường kính trục d 30 45 36 65 Bán kính góc lượng r 2 2 2 2,5 r1 = s 2,5 2,5 2,5 3 Bán kính góc lượng của phần trục không mang chi tiết máy R D d Tra bảng (7-16 T.135 TKCTM) chọn được R = 2,5 (mm) Độ vát của các phần trục (không dùng cho chi tiết cắt ren) (Tra bảng 7-17.T135 TKCTM) Bảng các giá trị chọn: Đường kính trục C a a 30 1,5 2 30o 45 2 3 36 2 3 65 2,5 5 4.3.5. Tính then Để cố định bánh răng theo phương tiếp tuyến hoặc truyền mô men xoắn từ bánh răng đến trục hoặc ngược lại ta cần dùng then. Hình 4-2 * Điều kiện bền dấp trên mặt cạnh làm việc tính theo công thức sau: £ [s]d (4-20) * Điều kiện bền dấp trên mặt tiếp xúc giữa trục và then £ [s]d (4-21) * Điều kiện bền cắt của then £ [t]c (4-22) Trong đó: Mx: Mô men xoắn cần truyền d : Đường kính trục, lấy ở các vị trí lắp bánh răng l : Chiều dài then: l = lm b : Chiều rộng then k và t: Phần then lắp trong rãnh của và trong rãnh của mayơ l, b, K, t: tra bảng 7-23 T.144 TKCTM sd, tc : ứng suất dập và cắt thực tế [s]d, [t]c: ứng suất dập và cắt cho phép, bảng 7-20, 7-21 TKCTM 4.3.5.1 Đối với trục I Ta có đường kính trục: d = 30 (mm). Theo bảng 7-23 (TKCTM) ta có: b = 8 (mm) h = 7 (mm) t = 4 (mm) t1 = 3,1 (mm) k = 3,5 (mm) Mx= 5959 (N.mm) Chiều dài mayơ: lm = 2×d = 2×30 = 60 (mm). Chiều dài then: l = 0,8.lm = 48 (mm ) Kiểm nghiệm sức bền dập của then: Kiểm nghiệm sức bền cắt của then: 4.3.5.2 Đối với trục II Ở tiết diện i-i và tiết diện e-e giống nhau nên ta có thể tính 1 tiết diện. Đường kính trục: di-i =40 mm. Theo bảng 7-23 (TKCTM) ta có: b = 12 (mm) h = 8 (mm) t = 4,5 (mm) t1 = 3,6 (mm) k = 4,4 (mm) Mx = 85255 (Nmm) Đường kính vòng chân răng: di1 = 61 (mm ) Chiều dài mayơ: lm = 1,6×di-i = 1,6×42 = 67,2 (mm) Þ Chiều dài then: l = 0,8.lm = 54 (mm ) Kiểm nghiệm sức bền dập của then: Kiểm nghiệm sức bền cắt của then: 4.3.5.3 Đối với trục III Ở tiết diện h-h có đường kính trục: dIII = 60 (mm). Theo bảng 7-23 (TKCTM) ta có: b = 18 (mm) h = 10 (mm) t = 5,0 (mm) t1 = 5,1 (mm) k = 6,2 (mm) MX = 296891 (Nmm) Đường kính vòng chân răng: di3 = 230 (mm ) Chiều dài mayơ: lm = 1,6.dIII = 1,6×62 = 99 (mm). Chiều dài then: l = 0,8.lm = 79 (mm). Kiểm nghiệm sức bền dập của then: Kiểm nghiệm sức bền cắt của then: *Ta có bảng sau: Vị trí then d l b´h k t Mx dd t [d]d [t]c Bánh răng nhỏ trục I 30 32 6´6 2,9 3,5 5959 6,2 3,1 150 120 Bánh răng lớn trục II 40 54 12´8 4,4 4,5 85255 17 6,3 150 120 Bánh răng nhỏ trục II 36 54 12´8 4,4 4,5 85255 17 6,3 150 120 Bánh răng lớn trục III 60 79 18´10 6,2 5,0 296891 19,5 6,7 150 120 Như vậy tất cả các then đều đảm bảo điều kiện bền dập và cắt 4.4 THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC 4.4.1 Chọn ổ lăn Cả ba trục đều cá lực dọc trục, do đó ta chọn ổ bi, đũa đỡ chặn để làm gối đỡ trục. 4.4.1.1 Sơ đồ chọn ổ cho trục I A B Pa1 RA RB SA SB Chọn sơ bộ b = 16o (Kiểu 3600) Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức £ Cbảng (4-23) n = 2500 (vg/ph) h = 26400 h Q = (Kv.R + m.At).Kn.Kt m = 1,5 - hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm. (Bảng 8-3 TKCTM) R - Tải trọng hướng tâm Kt = 1,3 - hệ số tải trọng động (tra bảng 8-3) Kn = 1 - hệ số nhiệt độ Kv = 1 - hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay Si = 1,3.Ri.tgb - lực dọc trục thành phần SA = 1,3.RA.tgb = 1,3×382×tg16o = 142 (N) SB = 1,3.RB.tgb = 1,3×122×tg16o = 46 (N) At - Tổng lực dọc trục. At = SA + Pa1 - SB = 142 + 1053 – 46 = 1149 (N) Như vậy lực At hướng về gối trục bên phải, lực hướng tâm ở hai gối trục gần bằng nhau nên ta chỉ tính đối với trục bên phải và chọn ổ cho trục này, còn trục bên trái lấy cùng loại ổ. QA =(382 + 1,5×1149)1,3 = 2737 (N) = 273,7 (daN) Þ C = 273,7(2500×26400)0,3 Tra bảng (8-7 TKCTM) cho (2500×26400)0,3=204 Þ C = 273,7×191=45267 Tra bảng 17P, ứng với d =20mm, chọn ổ bi có kí hiệu 46104, Cbảng = 46000, Đường kính ngoài D = 42 (mm), bề rộng B = 12 (mm). 4.4.1.2 Sơ đồ chọn ổ cho trục II: Có: Pa3 = 1823 (N) Pa2 = 240 (N) Vì có lực hướng tâm lớn nên chọn ổ đũa côn làm gối đỡ trục. Chọn sơ bộ b = 15o20’, cỡ trung C Pa2 D Pa3 RC RD SC SD Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức £ Cbảng n = 139 (vg/ph) h = 26400 (giờ) m = 1,5 - hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm. Kt = 1 - hệ số tải trọng động (tra bảng 8-3) Kn = 1 - hệ số nhiệt độ Kv = 1 - hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay SC = 1,3.RC.tgb = 1,3×7270×tg15o20’ = 2532 (N) SD = 1,3.RD.tgb = 1,3×3460×tg15o20’ = 1205 (N) At = SC + Pa3 - Pa2 - SD = 2532 + 1823 - 240 - 1205 = 2910 (N) Như vậy lực At hướng về gối trục bên phải trục QC = (Kv.RC + m.At).Kn.Kt = (7270 + 1,5×2910) = 11653 (N) = 1165,3(daN) C = 1165,3× (139×26400)0,3 = 136305 Tra bảng (8-7 TKCTM) cho (139×26400)0,3=95 Þ C = 1165,3×95=82360 Tra bảng (18P TKCTM), ứng với d = 42mm, chọn ổ có kí hiệu 7308, Cbảng = 92000, Đường kính ngoài D = 90mm, bề rộng B = 23mm. QD = (Kv.RD + m.At).Kn.Kt = (3460 + 1,5×2910) = 7825 (N) = 782,5 (daN) Þ C = 782,5× (408,57×26400)0,3 = 91552 Tra bảng (8-7 TKCTM) cho (139×26400)0,3=95 Þ C = 782,5×95=64230 Tra bảng (18P TKCTM), ứng với d = 36 m, chọn ổ có kí hiệu 7307, Cbảng = 74000, Đường kính ngoài D = 80 (mm), bề rộng B = 21(mm). 4.4.1.3. Sơ đồ chọn ổ cho trục III E F Pa4 RE RF SE SF Có: Pa4 = 1823 [N] Vì có lực hướng tâm lớn nên chọn ổ đũa côn làm gối đỡ trục. Chọn sơ bộ b = 10o30’, cỡ trung Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức £ Cbảng n = 39 [vg/ph] h = 26400 [giờ] m = 1,5 - hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm. Kt = 1- hệ số tải trọng động (tra bảng 8-3) Kn = 1- hệ số nhiệt độ Kv = 1 - hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay SE = 1,3.RE.tgb = 1,3×6047×tg10o30’ = 1386 (N) SF = 1,3.RF.tgb = 1,3×2876×tg10o30’ = 659 (N) At = SE - Pa4 - SF = 1386 + 1823 - 659 = 2550 (N) Như vậy lực At hướng về gối trục bên phải trục, QE = (Kv.RE + m.At).Kn.Kt = (6047 + 1,5×2550) = 9872 (N) = 987,2(daN) C = 987,2(116,73×26400)0,3 = 29317 Tra bảng (8-7 - TKCTM) cho (39×26400)0,3=55 Þ C = 987,2×55=54312 Tra bảng (18P – TKCTM), ứng với d = 60mm, chọn ổ có kí hiệu 77312, Cbảng = 194000, Đường kính ngoài D = 130 (mm), bề rộng B = 31 (mm). Ở đầu F lấy ổ cùng loại, vì có lực hướng tâm RF < RE nên điều kiện C £ Cbảng được thoả mãn. 4.1.2 Các phương pháp cố định ổ trên trục và trong vỏ hộp 4.1.2.1 Cố định ổ trên trục: Để cố định ổ trên trục ta dùng phương pháp “đệm chắn mặt đầu”. Đây là phương pháp đơn giản và chắc chắn cho trường hợp trục có chịu lực dọc trục . a. Đối với trục I: d = D0 = 30 (mm ) Theo (bảng 8-10 TKCTM) ta có: Đối với trục: a = 10 (mm); d2 = 5 (mm); l1min = 5 (mm); l2min = 25 (mm) Đối với đệm áp: D = 40 (mm); H = 5 (mm); d2 = 5 (mm) Đối tấm hãm: B = 25 (mm); L = 34 (mm); bmax= 4,5 (mm);C =13 (mm); S = 0,8 (mm) Kích thước bulông theo TCVN 93-63: dren = 3 (mm); l = 25 (mm) b. Đối với trục II: d = D0 = 40 (mm) Theo (bảng 8-10 – TKCTM) ta có: Đối với trục: a = 15 (mm); d2 = 5 (mm); l1min= 5 (mm); l2min = 25 (mm) Đối với đệm áp: D = 50 (mm); H = 6 (mm); d2 = 5 (mm) Đối tấm hãm: B = 30 (mm); L = 44 (mm);bmax= 4,5 (mm);C = 17 (mm); S = 1 (mm) Kích thước bulông theo TCVN 93-63: dren = 10 (mm); l = 32 (mm) c. Đối với trục III: d = D0 = 60 (mm) Theo bảng 8-10 ta có: Đối với trục: a = 20 (mm); d2 = 6 (mm); l1min= 6 (mm); l2min = 32 (mm) Đối với đệm áp: D = 70 (mm); H = 8 (mm); d2 = 6 (mm) Đối tấm hãm: B = 35 (mm); L = 56 (mm); bmax= 5,5 (mm); C = 21 (mm); S=2,5 (mm) Kích thước bulông theo TCVN 93-63: dren = 16 (mm); l =42 (mm) 4.1.2.2 Cố định ổ trong vỏ hộp Đặt vòng ngoài của ổ vào giữa mặt tỳ của nắp ổ và vòng chắn. Khi vỏ hộp liền ta dùng vòng chắn bằng một nửa, khi vỏ hộp ghép ta dùng vòng chắn lò xo. Vì nắp vỏ hộp ghép do đó ta dùng vòng chắn lò xo, loại này có ưu điểm là đơn giản, chắc chắn, dễ gia công lỗ. a. Đối với trục I: d = 30 (mm) Theo (bảng 8-14 TKCTM) ta có: Lỗ vỏ máy: D = 30 (mm); D2 = 31,4 (mm); m = 1,3 (mm); n = 2 (mm) Vòng hãm: DK = 32,2 (mm); D1 = 27,5 (mm); d1 = 2 (mm); S = 1,2 (mm) b = 3 (mm); R = 13 (mm); l = 8 (mm); r = 2,5 (mm) b. Đối với trục II: d = 40 (mm) Theo bảng (8-14 TKCTM), ta có: TLỗ vỏ máy: D = 40 (mm); D2 = 42,5 (mm); m = 1,7 (mm); n = 2 (mm) TVòng hãm: DK = 43,5 (mm); D1 = 37,3 (mm); d1 = 2,5 (mm); S = 1,5 (mm) b = 4 (mm); R = 18 (mm); l = 15 (mm); r = 3 (mm) c. Đối với trục III: d = 60(mm) Theo bảng (8-14 TKCTM), ta có: TLỗ vỏ máy: D = 60 (mm); D2 = 65 (mm); m = 2,8 (mm); n = 2 (mm) TVòng hãm: DK = 66,2 (mm); D1= 58,8 (mm); d1 = 2,5 (mm); S = 2,5 (mm) b = 5 (mm); R = 29,2 (mm); l = 18 (mm); r = 3,5 (mm) 4.1.2.3 Chọn kiểu lắp và cấu tạo chổ lắp: a. Chọn kiểu lắp: Tuổi thọ của ổ lăn phụ thuộc rất nhiều vào việc lắp ghép các vòng ổ vào trục và vỏ hộp. Kiểu lắp ổ lăn trong trục và vỏ hộp phụ thuộc vào chế dộ làm việc và dạng chịu tải của ổ, trong bộ phận lắp thì trục quay truyền tốc độ do đó vòng trong ổ lăn quay cùng với trục còn vòng ngoài thì cố định với vỏ hộp, tải trọng tác dụng lên vòng ổ lăn (lực hướng tâm trong truyền động bánh răng) không thay đổi về hướng nhờ vậy mà vòng trong của ổ chịu tải chu kỳ còn vòng ngoài chịu tải cục bộ với điều kiện ổ lăn không tháo trong quá trình sử dung. Vật liệu làm vỏ hộp làm bằng gang ,ta chọn kiểu lắp cho vòng ngoài vỏ với vỏ hộp là T2ô. Kiểu lắp vòng trong ổ là T1ô. b. Cấu tạo chổ lắp ổ: Các vòng ổ là những chi tiết không đủ cứng. Khi di chuyển dọc trục vòng trong của ổ có thể bị biến dạng dưới tác động của ngoại lực ngoài hoặc lực ma sát. Vì vậy để vòng trong ổ đạt vị trí chính xác cần lắp sát vào mặt tỳ của vai (gờ trục). Mặt tỳ cần thật vuông góc với đường tâm ngõng trục. Vai trục và lỗ của võ hộp hoặc của ống lót cần đủ cao để vòng ổ có thể tựa một cách ổn định. Nắp ổ: Thường được chế tạo bằng gang CH 15-32 có loại nắp ổ nắp ổ kín và nắp ô không kín để trục lắp xuyên qua. Nắp ổ kín: Lấy bề mặt có đường kính D làm chuẩn định tâm theo kiểu lắp L1ô Trong thực tế nắp ổ có thể dịch chuyển một ít (0,5¸1) mm mà không ảnh hưởng đến sự làm của bộ phận ổ. Cách làm lỗ lắp vít : Lấy cách mép lỗ một khoảng (0,8¸1) d3 với d3 là đường kính vít . Đường kính ngoài của mặt bích : Db = D + d = D + 4,4d3 Chiều dày bích của nắp ổ lấy bằng 0,8 chiều dày vỏ hộp . Chiều dày thành nắp lấy bằng 0,6 chiều dày vỏ hộp Tra bảng 10-13 ta có đường kính bulông nền dn = 16 (mm), số lượng 6 con. Đường kính bulông ghép nắp ô: d3 = 0,5dn = 0,5.16 = 8 (mm) Chiều dày vỏ hộp: d = 0,025.A + 3 = 0,025.320 + 3 = 11 (mm) Chiều dày mặt bích: db = 0,7.11 = 8 (mm) Chiều dày thành nắp: dn = 0,6.11 = 6,5 (mm) Các kích thước nắp ổ: Thông số Trục I Trục II Trục III D mm D1 mm D2 mm d3 mm Số lượng 72 90 130 M10 4 80 110 130 M10 4 80 110 130 M10 6 Nắp ổ không kín: có cấu tạo hoàn toàn như nắp kín nhưng chiều dày thành hộp của nắp phải thích hợp để tạo rãnh nhằm lắp phớt dầu vào ngăn kín mỡ trong ổ. 4.1.2.4 Cố định trục theo phương dọc trục Để cố định ổ ta dùng nắp ổ và điều chỉnh khe hở ổ bằng các tấm đệm kim loại giữa nắp và thân hộp giảm tốc. Nắp ổ lắp với hộp giảm tốc bằng vít. Chiều dài trục cố định được tính theo công thức: Trong đó: a = 1 - khe hở giữa ổ và nắp, được đo khi trục không làm việc. t1 = 70o - nhiệt độ làm việc của trục t2 = 25o - nhiệt độ làm việc của vỏ hộp Khi trục làm việc sẽ có sự biến dạng (giãn nở) do nhiệt độ Þ để ổ không bị chênh khi trục biến dạng tự do trong ổ tức là tự do dịch chuyển theo sự nở dài. 4.1.2.5 Bôi trơn ổ lăn Bôi trơn bộ phận ổ nhằm mục đích giảm ma sát giữa các chi tiết lăn, chống mòn, tạo điều kiện thoát nhiệt tốt, bảo vệ bề mặt làm việc của chi tiết không bị han gỉ, giảm tiếng ồn và bảo vệ ổ khỏi bụi bặm. Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mỡ vì vận tốc bộ truyền bánh răng thấp. Dùng mỡ loại M có nhiệt độ làm việc (60¸100)oC, lượng mỡ chiếm 2/3 chổ trống của bộ phận ổ. Để mỡ không bị chảy ra ngoài và để ngăn không cho dầu chạy vào bộ phân ổ ta dùng vòng chặn dầu. Lót kín bộ phận ổ nhằm mụa đích bảo vệ bộ phận ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn, phoi kim loại. Để che kín các đầu trục ta dùng vòng phớt cao su loại dơn giản nhất Kích thước vòng phớt: (theo bảng 8-29 TKCTM) Trục d d1 d2 D a b So I 30 21 19 33 6 4,3 9 II 40 43 41 59 9 6,5 12 III 60 63,5 61 79 9 6,5 12 Hình 4-3 4.5 THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC CHI TIẾT MÁY BÔI TRƠN VÀ LẮP GHÉP HỘP GIẢM TỐC 4.5.1 Vỏ hộp giảm tốc: Chọn vỏ hộp đúc bằng gang, mặt ghép giữa nắp và thân là mặt phẳng đi qua đường tâm các trục để việc lắp ghép dễ dàng. Bất kỳ loại vỏ hộp nào cũng có cấu trúc như sau: Thành hộp Nẹp Mặt bích Gối đỡ ổ Hình dạng của nắp và thân hộp dược xác định chủ yếu bởi số lượng và kích thước của các bánh răng, vị trí mặt ghép và sự phân bố của trục trong hộp. Trước khi thiết kế cấu tạo vỏ hộp chúng ta đã biết kích thước của các bánh răng và trục. Sau khi quyết định các vị trí tương đối của trục trong không gian, trên hình vẽ biểu diễn các cặp bánh răng ăn khớp với nhau. Giữa thành trong của hộp và bánh răng cần có khe hỏ. Đối với vỏ hộp đúc bằng gang, khe hở trên lấy bằng: D = 1,1.d = 12 (mm). Các kích thước của các phần tử cấu tạo vỏ hộp đúc bằng gang: Chiều dày thành thân hộp: d = 0,025.A + 3 = 11 (mm) Chiều dày thành nắp hộp: d1 = 0,02.A + 3 = 9 (mm) Chiều dày mặt bích dưới của thân hộp: b = 1,5.d = 16,5 (mm) Chiều dày mặt bích trên của nắp hộp: b1 = 1,5.d1= 13,5 (mm) Chiều dày mặt đế có phần lồi: p1 = 1,5.d = 16,5 (mm) p2 = 2,5.d = 27,5 (mm) Chiều dày gân ở thân hộp: m = 1.d = 11 (mm) Chiều dày gân ở nắp hộp: m1 = 1.d1= 9 mm Đường kính các bulông: - Ở cạnh ổ: d1 = 0,7.dn = 12 (mm) - Ghép các mặt bích nắp và thân: d2 = 0,6.dn = 10 (mm) - Ghép nắp ổ: d3 = 0,5.dn = 8 (mm) - Ghép nắp cửa thăm: d4 = 0,4.dn = 6,4 (mm) (lấy d4 = 8 mm) Khoảng cách C1 từ mặt ngoài của vỏ đến tâm bulông dn, d1, d2 Theo (bảng 10-10a TKCTM) Bulông C1min C2min Do Romaxx rmax M16 22 19 32 8 5 M12 18 15 26 5 3 M10 16 13 20 5 3 C1 = 1,2.d + 5 (mm) dn = 16 Þ C1 = 24 (mm) d1 = 12 Þ C1 = 19 (mm) d2 = 10 Þ C1 = 17 (mm) Hình 4-4 Để bụi bặm trong dầu đã lắng xuống đáy hộp không bị khuấy động, khe hở giữa bánh răng và đáy hộp ta chọn 5.d = 55 (mm). 4.5.2 Ghép nắp và thân hộp: Nắp hộp và thân hộp được ghép bằng bulông. Kích thước chỗ ghép bulông như đã trình bày ở trên. Phần vỏ hộp làm gối đỡ trục có lỗ hình trụ tròn có cấp chính xác là 2. Khi xiết bulông để ghép nắp và thân hộp có thể làm cho vị trí tương đối giữa nắp và thân bị sai lệch chút ít và có thể làm cho vòng ngoài của ổ có độ cứng thấp bị biến dạng. Đây là nguyên nhân làm cho ổ chóng hỏng. Ngoài ra mặt mút của gối đỡ cũng có thể không trùng nhau do dó nắp ổ tỳ vào vòng ngoài bị sai lệch. Để khắc phục hiện tượng này ta dùng 2 chốt định vị. Mối ghép nắp và thân hộp được mài hoặc cạo để lắp sít, khi lắp giữa hai mặt này không dùng đệm lót (vì cần đảm bảo kiểu lắp của ổ vào vỏ hộp) mà thường tráng một lớp thủy tinh lỏng hoặc một lớp sơn đặc biệt. Chiều dài của phần gối đỡ không những phụ thuộc vào chiều dày của thành hộp, chiều rộng của mặt bích để ghép bulông mà còn phụ thuộc vào cấu tạo của bộ phận ổ như chiều rộng ổ, chiều cao của nắp ổ, chiều rộng vòng chắn dầu khi bôi trơn ổ bằng mỡ. Để tháo lắp khỏi thân hộp một cách dễ dàng ta dùng 2 hoặc 4 vít lắp vào nắp hộp, đầu vít tỳ vào thân. Khi tháo cần vặn vít, đầu vít sẽ tách rời nắp và thân hộp. 4.5.3 Bánh răng Hình 4-5: Bánh răng trụ rèn Hình 4-6: Bánh răng trụ đúc đĩa thẳng Các thông số của bánh răng: đường kính, chiều rộng, môdun, số răng...được xác định khi tính sức bền của bộ truyền. Dưới đây chỉ xem xét các vấn đề có liên quan đến cấu tạo của chúng. Bánh răng gồm có 3 phần: vành răng, mayơ và đĩa hoặc nan hoa để nối liền vành răng và mayơ Vành răng chịu tải trực tiếp do răng truyền đến, vì vậy cần đủ bền. Mặc khác vành răng cũng cần đủ dẻo để có thể biến dạng một ít dưới tác động của tải trọng và nhờ đó tải trọng phân bố đều theo chiều dài răng. Mayơ lắp vào trục và truyền moment xoắn từ trục đến bánh răng và ngược lại. Để vị trí bánh răng trên trục không bị sai lệch và chiều dài mayơ lớn hơn chiều dài then ta lấy chiều dài mayơ là lm = 1,5.d (d là đường kính trục lắp bánh răng). Đường kính ngoài của mayơ dm = 1,6.d. a. Bánh răng 1: Ta chọn bánh răng trụ rèn có các thông số sau: TĐường kính trong lắp trục: d = 36 (mm) TĐường kính ngoài của mayơ: Dm = 1,6.d = 62 (mm) TChiều dài mayơ: lm = 2d = 72 (mm) do = 4mn = 4×2 = 8 (mm) n = 0,5mn = 0,5×2 = 1 (mm) Vì De1 nhỏ nên ta không làm lỗ. b. Bánh răng 2: Ta chọn bánh răng trụ đúc đĩa thẳng có các thông số sau: TĐường kính trong lắp trục: d = 62 (mm) TĐường kính ngoài của mayơ: Dm = 1,6d = 99 (mm) TChiều dài mayơ: lm = 1,6d = 99 (mm) do = 4mn = 4×3 = 12 (mm) n = 0,5mn = 0,5×2 = 1 (mm) C = 0,2B = 0,2×60 = 12 (mm) Dl = 0,5(Do+ Dm) = 135 (mm) dl = 25 (mm) 4.5.4 Bánh vít Góc ăn khớp: Góc vít: Khoảng cách trục Đường kính vòng chia (vòng lăn) của trục vít: Đường kính vòng đỉnh của trục vít: Đường kính vòng chân ren trục vít: 4.5.5 Trục vít Đường kính vòng chia (vòng lăn) của trục vít: Đường kính vòng đỉnh của trục vít: Đường kính vòng chân ren trục vít: Chiều dài phần có ren của trục vít: 4.5.6 Những vấn đề khác của cấu tạo vỏ hộp 4.5.6.1 Bulông vòng Để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc ta lắp các bulông vòng trên nắp hoặc làm vòng móc. Vòng móc có thể làm trên nắp hoặc trên thân hộp. Đường kính d và chiều dày s của vòng móc được chọn d = s = 2.d = 22 (mm). Bảng 10-11a cho ta chọn kích thước bulông vòng theo khối lượng hộp giảm tốc ở bảng 10-11b: Bulông vòng M12 có các thông số sau: d d1 d2 d3 d4 h h1 h2 l f c M12 36 20 8 20 18 6 5 18 2 1,3 Hình 4-6 T Để quan sát các chi tiết máy trong hộp và rót dầu vào hộp, trên đỉnh nắp hộp có làm cửa thăm. Cửa thăm đậy lại bằng nắp, kích thước nắp cửa thăm chọn theo bảng 10-12. Trên nắp có gắn lưới lọc dầu. Để có định hộp giảm tốc trên bệ máy, ở thân hộp có làm chân đế. Mặt chân đế không làm phẳng mà làm 2 dãy lồi song song hoặc những phần lồi nhỏ nhằm giảm tiêu hao vật liệu, giảm thời gian gia công và tạo khả năng lưu thông không khí qua đáy hộp để thoát nhiệt tốt hơn. Mặt chân đế mặc dầu đã làm dày hơn thành hộp nhưng khi vận chuyển có thể làm đế bị gãy, hơn nữa do sự khác nhau về tiết diện phôi đúc có thể xảy ra những khuyết tật như rỗ khí, rạn nức...Vì vậy để tăng độ cứng của đế và của vỏ hộp nên làm thêm các đường gân. Thân hộp chứa dầu để bôi trơn. Sau một thời gian làm việc, dầu bị bẩn (do bụi bặm hoặc mòn) hoặc bị biến chất, do đó cần phải thay dầu mới. Để tháo dầu cũ ta làm ở đáy hộp một lỗ tháo dầu, lúc bình thường lỗ được đậy kín bằng nút tháo dầu. Đáy hộp làm nghiêng 2o về phía lỗ tháo dầu và ngay chỗ lỗ tháo dầu làm lõm xuống một ít. Theo bảng 10-14 ta có kích thước nút tháo dầu: d b m a f L e q D1 D s l M16´15 12 8 3 3 23 2 13,8 16 26 17 19,6 Hình 4-7 4.5.7 Bôi trơn hộp giảm tốc 4.5.7.1 Bôi trơn bộ phận ổ Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mỡ vì vận tốc của bộ truyền bánh răng thấp, không thể dùng phương pháp phun tóe dầu để hút dầu trong hộp vào bôi trơn bộ phận ổ. Có thể dùng mỡ loại M có nhiệt độ làm việc từ 60 ¸ 100°C và số vòng quay của ổ đạt từ 1500 ¸ 3000 vòng/phút. Lượng mỡ chứa 2/3 chỗ trống của bộ phận ổ. Để mỡ không chảy ra ngoài và ngăn không cho dầu bôi trơn vào bộ phận ổ ta dùng vòng chặn dầu. 4.5.7.2 Bôi trơn hộp giảm tốc Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoát nhiệt tốt và đề phòng các chi tiết máy bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộ truyền trong hộp giảm tốc. Việc chọn hợp lý loại dầu, độ nhớt và hệ thống bôi trơn sẽ làm tăng tuổi thọ của các bộ truyền tức là nâng cao thời gian sử dụng máy. Ở đây là bôi trơn bộ truyền bánh răng. Do vận tốc nhỏ nên ta chọn phương pháp ngâm các bộ truyền bánh răng trong dầu với mức thấp nhất của dầu không cao hơn 1/3 bán kính của bánh răng lớn nhất. Hmin = 55 + 1/3×247 = 137 (mm). Theo (bảng 10-20 TKCTM), ta chọn loại dầu AK-20. 4.6 CHỌN KIỂU LẮP VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP Hệ thống lắp ghép: Có 3 loại mối ghép + Mối ghép có độ hở + Mối ghép trung gian + Mối ghép có độ dôi 4.6.1 Ghép có độ hở Ghép có độ hở thì trục và lỗ có chuyển động tương đối đối với nhau để bôi trơn, yêu cầu nở vì nhiệt là bằng nhau, nhiệt độ lắp bằng nhiệt độ làm việc. Độ hở: S = D - d Độ hở lớn nhất: Smax = Dmax - dmin Độ hở nhỏ nhất: Smin = Dmin - dmax Độ hở trung bình: Dung sai lắp ghép: Smax - Smin = (ES - is)(IS - es) 4.6.2 Ghép trung gian Truyền mô men xoắn và lực dọc trục nhỏ, hai chi tiết có thể chuyển động tương đối đối với nhau, mối ghép dễ tháo lắp, độ đồng tâm cao. 4.6.3 Ghép có độ dôi Truyền được mô men xoắn lớn, không có sự chuyển động tương dối giữa hai chi tiết, đảm bảo độ đồng tâm giữa trục và lỗ, được dùng cho mối ghép ít tháo lắp, thay thế. * Đối với ổ bi: + Vòng trong ổ bi lắp với trục theo hệ thống lỗ, kiểu lắp trung gian. Với kiểu lắp này ta đảm bảo độ khít cần thiết và lắp được dể dàng. Mối ghép: H7/k6 + Vòng ngoài ổ bi lắp với vỏ hộp theo hệ thống trục, kiểu lắp trung gian. Mối ghép: Js7/h6 * Đối với ổ đũa côn đỡ chặn: + Vòng trong ổ lắp với trục theo hệ thống lỗ, kiểu lắp trung gian. Mối ghép:H7/js6 + Vòng ngoài ổ lắp với vỏ hộp theo hệ thống trục, kiểu lắp trung gian. Mối ghép: Js7/h7 * Bánh răng: Lắp với trục theo hệ thống lỗ, kiểu lắp trung gian. Mối ghép: Js7/h6 * Đĩa xích: Lắp với trục theo hệ thống lỗ, kiểu lắp trung gian. Mối ghép: Js7/h6 * Khớp nối trục: Lắp với trục theo hệ thống lỗ, kiểu lắp trung gian. Mối ghép: Js7/h6 * Vòng chặn: Kiểu lắp có khe hở, theo hệ thống trục. * Nắp ổ: Theo hệ thống lỗ, kiểu lắp có khe hở. * Mặt bích định tâm của nắp và thân hộp: Theo hệ thống lỗ lắp có khe hở. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Sách Thiết kế Chi Tiết Máy {Nhà xuất bản giáo dục - 1999} Tác giả: Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm 2. Sách Chi Tiết Máy T1 , T2 {Nhà xuất bản giáo dục - 1999} Tác giả: Nguyễn Trọng Hiệp 3. Các sách dung sai Chế Tạo Máy 4. Thông tin từ mạng Internet. Trong quyển thuyết minh này, các công thức đều tham khảo trong sách Thiết kế Chi Tiết Máy.