Đồ án Thiết kế hộp giảm tốc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ *** ›&š *** ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC GVHD : Th.s Phạm Đức Dũng SV : Phạm Công Định Lớp : DH09CC MSSV : 09119009 T.p Hồ Chí Minh 11/2012 Đề bài cho:F= 12kN, v=0.4m/s , D=0.45m=450mm. Hình vẽ: Trong đó : 1 : Động cơ điện 2 : Khớp nối 3 : Hộp giảm tốc trục vít 1 cấp 4 : Khớp nối chữ thập 5 : Cặp bánh răng hở 6 : Bộ phận công tác Thời hạn làm việc: 6 năm. Hệ số làm việc ngày: Kngày = 0,3. Hệ số làm việc năm: Knăm = 0,6. Tài liệu tham khảo: [1].Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1; tác giả Trịnh Chất- Lê Văn Uyển. [2].Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 2; tác giả Trịnh Chất- Lê Văn Uyển. [3].Cơ sở thiết kế máy; tác giả Nguyễn Hữu Lộc. Phần 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN I/CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN: 1.Xác định công suất cần thiết của động cơ: Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ xác định theo công thức: Trong đó : Công suất của bộ phận công tác Pct: Số vòng quay trên trục công tác nct : Theo công thức (2.16) ta có. (vg/ph) Moment tải Moment tải trung bình : Pct =3.26 (kW) Hiệu suất hệ dẫn động η : Theo công thức (2.9) : Trong đó η1,η2,η3 là hiệu suất của các bộ truyền và các cặp ổ trong hệ thống dẫn động. Theo đề bài thì : : hiệu suất của khớp. : hiệu suất bộ truyền trục vít. : hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ để hở :hiệu suất một cặp ổ lăn. Tra bảng (2.3), ta được các hiệu suất : vậy0.69 Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ là : (kW) 2. Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ điện: Số vòng quay trên trục công tác nct : Theo công thức (2.16) ta có: Tỷ số truyền toàn bộ của hệ thống dẫn động Trong đó : utv là tỉ số truyền của truyền động trục vít hộp giảm tốc 1 cấp. ubrh là tỉ số truyền của truyền động bánh răng trụ để hở . Theo bảng 2.4 . utv= 30 ubrh= 5 Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ nsb Theo công thức (2.18) ,ta có (vg/ph) Số vòng quay đồng bộ (vg/ph) Trong đó : f : tần số của dòng điện xoay chiều ( thường sử dụng f = 50 Hz ) p : số đôi cực ( chọn p = 1 ) 3. Chọn động cơ: Ta có: Pyc = 4.91 (kW) nsb= 2550 (vg/ph) ndb = 3000 (vg/ph ) Chọn động cơ. Tra bảng P1.3 ta chọn được loại động cơ 4A100L2Y3 (Liên Xô chế tạo) có các thông số sau : Pdc = 5.5 kW nđc =2880 vg/ph Khối lượng: 42 kg Đường kính trục động cơ : ddc = 42 mm (tra bảng 1.7) Kiểm tra động cơ đã chọn : Theo điều kiện 2.6 : (thỏa) Theo điều kiện 2.19 : (thỏa) II) PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN: Phân bố tỷ số truyền Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động được xác định theo công thức (3.23) Theo công thức (3.24) ta có Ta chọn ubrh= 5 Chọn =35 Xác định công suất, momen, số vòng quay trên các trục. Công suất trên các trục Trên trục công tác ( trục IV) PIV = Pct= 3,26 (kW) Trên trục III Trên trục II Trên trục I ( trên trục động cơ ) Moment xoắn trên các trục Trục I (N.mm) Trục II (N.mm) Trục III (N.mm) Trục IV (N.mm) - BẢNG CÁC THÔNG SỐ: Trục Thông số ĐỘNG CƠ I II III IV Công suất P (kW) 5.5 4,69 4,67 3,48 3,26 Tỷ số truyền u 1 33.9 1 5 Số vòng quay n (vg/ph) 2880 2880 85 85 17 Moment xoắn M (Nmm) 1061,43 39119,14 52420,95 263421,89 PHẦN II. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 1.Chọn vật liệu: Tính sơ bộ vận tốc trượt: Theo công thức 7.1[1] vs=4,5.10-5n13T2=4,5.10-5.2880.339119,14=4.39m/s<5(m/s) Tra bảng: 7.2 Ta chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh không thiếc và đồng thau. Cụ thể là dùng đồng thanh nhôm sắt БpA Ж 9-4 đúc bằng khuôn li tâm . Vì tải trọng là trung bình →chọn vật liệu làm trục vít là thép C45,tôi bề mặt đạt độ rắn HRC=45. Bề mặt ren được mài,đánh bóng. Tra bảng 7.1[1] ta được: [σb]=400 MPa [σch]=200 MPa Ứng suất tiếp xúc cho phép Dùng nội suy ta được :σH=186Mpa 2.Xác định ứng suất cho phép: Bộ truyền làm việc một chiều: σFO=0,25σb+0,08σch=0,25.400+0.08.200 =116(Mpa) Hệ số tuổi thọ: KFL=9106NFE Trong đó: NFE= 60(T2iT2max)9n2iti Trong đó : ni : số vòng quay ti : tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét T2: momen xoắn trục bánh vit Ti=L.365.Kngay.knam=6.365.0,25.24.0,65 = 8541 giờ TTrong đó: L = 6 năm ( số năm làm việc) 3.Hệ số tuổi thọ : KFL = 9106/NFE : theo công thức 7.9 Chu kì thay đổi ứng suất tương đương: NFE= 60(T2i/T2max)9n2iti Trong đó : ni : số vòng quay ti : tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét T2: momen xoắn trục bánh vit NFE = 60*n2(T2i/T2max)9 niti = 60n2(T2i/T2max)9titi Mà: ti=L.365.Knăm.24.Kngày= 6.365.0.25.0.65.24 = 8541h Trong đó L số năm làm việc (T2i/T2max)9ti =1.69*0.003+19*0.2=0.69*0.8=0,414 Vy :NFE = 60.n2.8541.0,414 = 5.3×106 => KFL = 91065.3×106 = 0.83 Theo công thức 7.6 [1] ta có: [σF ] = [σFO ]* KFL = 116 * 0.83 = 96.28MPa Từ công thức 7.14[1] Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :σHmax=2σch=2.200=400 MPa Ứng suất uốn cho phép khi quá tải :σFmax=0,8σch=0,8.200=160 MPa 4.Tính toán thiết kế bộ truyền: a.Tính toán thiết kế Với tỉ số truyền utv=34,5Z1=1→Z2=34,5 chọn Z2=35 Chọn sơ bộ KH = 1,2 Tính sơ bộ hệ số đường kính trục vít q theo công thức thực nghiệm: q = 0,28*z2 = 0,28*35 =9.8 Vậy chọn Hệ số đường kính q =10 tra bảng 7.3[1] →aw=(Z2+q)3170Z2.σH2T2.KHq Theo công thức 7.16[1] →aw=35+8317035.1862391191.1,210=136.5 mm Chọn aw=140(mm) Môdun của trục vít là công thức 7.17[1]: m=2.awZ2+q=2.14035+10=6.2 Chọn m = 6.3 theo tiêu chuẩn. Tính chính xác lại aw: aw=m.Z2+q2=6.335+102=141.75mm Chọn aw=140mm) Hệ số dịch chỉnh: x=awm-Z2+q2=1405-35+102=-0.28 mm Thỏa mãn điều kiện dịch chỉnh - 0,7<X<1,7 b. Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc: Tính chính xác vận tốc trượt sơ bộ: vs=π.dw1.n160.1000.cosγw Trong đó γwlà gócvít. γw=arctgZ1q+2x=arctg110-2*0.28=6° dw1=q+2xm=10-2*0.286.3=59.5 →vs=π.dw1.n160.1000.cosγw=π*59.5*8560000.cos6°=0,26(m/s) Hệ số tải trọng KH=KHβ.KHv công thức 7.23[1] Tải trọng tĩnh KHβ=1 Tra bảng 7.6[1] chọn cấp chính xác bộ truyền là 8 Tra bảng 7.7[1] hệ số tải trọng động KHv=1,2 →KH=1.1,2=1,2 Tra bảng 7.2[1] ta được σH=204 MPa Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít: σH=170z2Z2+qaw3T2.KHq T2 =391191.mm σH=1703535+101403391191.1,210=191.78MPa<σH=204MPa Ðiều kiên về độ bền tiếp xúc được thỏa mãn. Vậy không cần chọn lại vật liệu. Hiệu suất bộ truyền trục vít ( công thức 7.22[1]): η=0,95tgγwtg(γw+φ) φ là góc ma sát tra bảng 7.4 ta được φ=5.7°theo nội suy →η=0,95tgγwtg(γw+φ)=0,95tg6°tg(6°+5.7°)=48.2% c.Kiểm nghiệm rãng bánh vít về độ bền uốn: σF=1,4.T2.YF.KFb2d2mn≤σF công thức 7.26[1] Trong đó: mn :Môdun pháp của răng bánh vít mn=mcosγw=6.3cos6°=6.27 KF:Hệ số tải trọng động KF=KH=1,2 d2:Đường kính vòng chia bánh vít d2=m.Z2=6,3.35=220.5(mm) Chiều rộng bánh vít bảng 7.9 b2≤0,75da1 Với da1=mq+2=6.310+2=75.6mm →b2≤0,75.50=56.7 chon b2=57 mm YF:Hệ số dạn răng ZY=Z2cos3γw=35cos36°=35.6 Tra bảng 7.8[1] thu được YF=1,62 Vậy ứng suất sinh ra là: σF=1,4.T2.YF.KFb2d2mn=1,4.391191.1,62.1,235.220,5.6,27=22.05<σF=96.28 Mpa Ðiều kiên về độ bền uốn được thỏa mãn. 5.Tính lực tác dụng lên trục Lực vòng trên bánh vít Ft2 có trị số bằng lực dọc trục trên trục vít Fa1 Fa1=Ft2=2T2 d2=2.391191220=3556(N) Lực vòng trên trục vít Ft1 có trị số bằng lực dọc trục trên bánh vít Fa2 Ft1=Fa2=Fa1.tgγw+φ=3556.tg6°+5.7°=736.4(N) Lực hướng tâm trên trục vít Fr1có trị số bằng lực hướng tâm trên bánh vít Fr2 Fr1=Fr2=Fa1cosφcos(γw+φ)tgαωcosγw theo công thức 10.2[1] Chọn góc ăn khớp αω=20° →Fr1=Fr2=3556.cos5.7°cos⁡(6°+5.7°)tg20°cos⁡(6°)=1308(N) 6.Bảng thông số Thông số cơ bản Số ren trục vít Z1 1 Số răng bánh vít Z2 35 Tỉ số truyền thực tế u 35 Môdun m 6.3 mm Hệ số đường kính q 10 mm Hệ số dịch chỉnh x -0.28 mm Góc vít γw 6 rad Vận tốc trượt vs 0.26 m/s Hiệu suất bộ truyền hs 77 % Mô men xoắn trên trục bánh vít T2 391191 Nmm Cấp chính xác 8 Thông số hình học Khoảng cách trục aw 140 mm Đường kính vòng chia trục vít d1 63 mm Đường kính vòng chia bánh vít d2 220.5 mm Đường kính vòng đỉnh trục vít da1 75.6 mm Đường kính vòng đỉnh bánh vít da2 229.6 mm Đường kính vòng đáy trục vít df1 47.88 mm Đường kính vòng đáy bánh vít df2 201.85 mm Đường kính ngoài bánh vít daM2 242.2 mm Chiều dài phần cắt ren trục vít b1 56.7 mm Chiều rộng bánh vít b2 57 mm Góc ôm δ 51.88 Độ PHẦN III. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG 1.Chọn vật liệu: Theo bảng 6.1[1] chọn: Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180350 chọn HB=225 σb = 750MPa σch = 450Mpa Bánh lớn: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180350 chọn HB=210 σb = 600 MPa σch = 340Mpa a.Xác định ứng suất cho phép : Theo bảng 6.2 [1] đối với thép 40 tôi cải thiện : Giới hạn mỏi tiếp xúc : Hệ số an toàn tiếp xúc : SH = 1.1 Giới hạn bền uốn : Hệ số an toàn uốn : SF = 1,75 b.Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc : Theo CT6.5 [1] : Chọn sơ bộ Theo CT6.1a [1] : Với cấp chậm sử dụng bánh răng thẳng : Số thay đổi chu kì ứng suất tương đương : Chọn sơ bộ : KFL2 = 1 : KFL1 = 1 Theo CT6.2a [1] với bộ truyền quay 1 chiều KFC = 1,ta được : d.Ứng suất quá tải cho phép : Theo CT6.13 và CT6.14 [1] : 2.Thiết kế bộ truyền a. Xác định sơ bộ khoảng cách trục : Theo CT6.15a [TL1] : Theo bảng 6.6 [TL1] chọn : (vị trí bánh răng đối xứng đối với các ổ trong hộp giảm tốc) Theo bảng 6.5 [1] với răng thẳng chọn : Ka =49,5 Theo CT6.16 [1] : Do đó theo bảng 6.7 [TL1] dùng nội suy ta tính được: (sơ đồ 5) Lấy aw2 = 278 (mm) b. Xác định các thông số ăn khớp : Theo CT6.17 [1] : (mm) Theo bảng 6.8 [1] chọn môđun pháp : m = 5 (mm) Theo CT6.31 [1] : Số răng bánh nhỏ : Chọn Z1 = 19 răng Số răng bánh lớn : z2 = u1.z1 = 5.19 = 95 tỉ số truyền thực : Tính lại aw : Chọn aw = 285 mm Do đó không cần dịch chỉnh. Theo CT6.27 [1] : góc ăn khớp : 3.Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc : Theo CT6.33 [TL1] : Theo bảng 6.5 [TL1] : Zm = 274 Mpa1/3 Theo CT6.34 [TL1] : Với bánh răng thẳng : theo CT6.36a [1] : Với Đường kính vòng lăn bánh nhỏ : Theo CT6.40 [1] : Theo bảng 6.13 [1] : chọn cấp chính xác 9. Do đó theo bảng 6.16 [1] : chọn g0 = 82. Theo CT6.42 [1] : Với (theo bảng 6.15 [1]) Do đó Với (mm) Theo bảng 6.14 [1] với cấp chính xác 9 và v < 2,5 mm : Theo CT6.33 [TL1] : MPa Theo CT6.1 [1] với v = 0,423 m/s ; Zv = 1 với cấp chính xác động học là 9,chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 9, khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra = 1,25 . . . 0,63 do đó ZR = 1 Với da< 700 mm ; KxH = 1 Do đó theo CT6.1 và CT6.1a [TL1] : MPa thỏa mãn điều kiện bền 4.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn : Theo bảng 6.7 [1] : Theo bảng 6.14 [1] : với v < 2,5 m/s và cấp chính xác 9 : Đối với bánh răng thẳng chọn Theo CT6.47 [1] : Trong đó theo bảng 6.15 [TL1] : theo bảng 6.16 [TL1] : Do đó theo CT6.46 [TL1] : Do đó : Với : Với bánh răng thẳng : Số răng tương đương : Theo bảng 6.18 [1] dùng nội suy ta được : Với m = 5 mm (bánh răng phay) (mm) Do đó theo CT6.2 [TL1] và CT6.2a [TL1] : MPa MPa Thay các giá trị vừa tính được vào công thức trên : Mpa MPa thỏa mãn điều kiện bền uốn. 5.Kiểm nghiệm răng về quá tải : Theo CT6.48 [TL1] : với MPa < MPa Theo CT6.49 [TL1] : MPa < MPa MPa < MPa thỏa mãn điều kiện quá tải 6. Các thông số kích thước bộ truyền Khoảng cách trục aw =285 mm Mô đun pháp m = 5mm Chiều rộng vành răng bw = 142.5 mm Tỉ số truyền um = 5 Góc nghiêng của răng Số răng bánh răng Z1 = 19 Z2 = 95 Hệ số dịch chỉnh x1 = 0 x2 = 0 Đường kính vòng chia mm mm Đường kính vòng lăn Đường kính đỉnh răng mm mm Đường kính đáy răng mm mm 7.Tính các lực trong bộ truyền bánh răng. PHẦN IV. THIẾT KẾ TRỤC 1 .Chọn vật liệu Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C40XH tôi có HRC 50 (bảng 6.1[1] ) có σb=750 MPa. Ứng suất xoắn cho phép τ=(12÷20) MPa 2 .Xác định sơ bộ đường kính trục Theo công thức 10.9[1] d≥3T0,2τ mm Trong đó: T- Môment xoắn , Nmm τ -Ứng suất xoắn cho phép,Mpa Lấy τ =20 Mpa Trục động cơ: Mômen cần truyền :Tđc=18237(N.mm) Đường kính trục động cơ: dđc=28 mm tra bảng phụ lục 1.7[1] Trục I (trục trục vít) : Vì trục I nối với động cơ qua khớp nối nên đường kính sơ bộ của trục I là: d1=0,8÷1,2.dc=0,8÷1,2.28=22,4÷33,6mm nên ta chọn d1=30 (mm) Với d1 = 30 chon b0I = 19 mm (tra bảng 10.2[1]) Trục II( Trục bánh vít): d2≥33911910,2.20≈46,07 mm Chọn d2=45 mm Tra bảng 10.2[1] Với d2=45 mm thì chiều rộng ổ lănb0II=25 mm. 3 .Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực: a.Trị số các khoảng cách k1 = 10 (mm)  : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay. k2 = 8 (mm) : khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp. k3 = 10 (mm) : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ hn = 15 (mm)  : chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông Trục I: Đường kính ngoài bánh vít daM2=190 mm +l11= (0,9..1)Dam2 = 171..190 chọn l11 =180mm l12=-lc12=0,5lm12+b0+k3+hn=0,550+19+10+15=59.5 (mm) với lm12=1,4÷2,5d1=1,4÷2,530=42÷75=50mm: l13=l112=1802=90(mm) Trục II Chọn sơ bộ chiều dài mayo bánh vít: lm22=1,2÷1,8d2=1,2÷1,845=54÷81=70 mm l22=0,5lm22+b0+k1+k2=0,570+29+10+8=67,5 (mm) l21=2l22=2.67,5=135(mm) lc23=0,5lm33+b0+k3+hn=0,570+29+10+15=74,5 (mm) l23=l31+lc23=135+74.5=209,5 (mm)