Đồ án Thiết kế vỏ họp giảm tốc và bôi trơn

Lời nói đầu Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí đặc biệt là đối với kỹ sư nghành chế tạo máy. Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hoá lại các kiến thức của các môm học như: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kỹ thuật .... đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này. Nội dung của đồ án : Phần I: Tính toán động học: 2 1. Chọn động cơ. 2 2. Phân phối tỉ số truyền. 3 3. Xác định công suất, tốc độ quay và mômen trên các trục. 3 Phần II: Thiết kế bộ truyền ngoài. 5 Phần III: Tính toán bộ truyền bánh răng. 10 Phần IV: Chọn khớp nối. 19 Phần V: Thiết kế trục. 21 Phần VI: Chọn ổ lăn. 35 Phần VII: Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và bôi trơn. 39 Phần VIII: Bảng tra dung sai và lắp ghép. 46 Tài liệu tham khảo: Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợp còn có những mảng chưa nắm vững 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 em không thể tránh được những sai sót. Em rất mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo thêm của các thầy trong bộ môn để em cũng cố và hiểu sâu hơn, nắm vững hơn về những kiến thức đã học hỏi được. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy HD đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho em hoàn thành tốt đồ án được giao . Phần I: Tính toán động học 1.Chọn động cơ. 1.1.Xác định công suất động cơ. Pdc> Pyc =
Trong đó: - CS làm việc: P

=
=
= 2,8 (KW) - Hiệu suất của bộ truyền:
=> Theo bảng 2.3[1] ta chọn: Hiệu suất khớp nối:
= 1 Hiệu suất 1 cặp ổ lăn:
= 0,99 Hiệu suất bộ truyền bánh răng:
= 0,98 Hiệu suất bộ truyền xích:
= 0,97 =>
1.(0,99)3.0,98.0,97 = 0,93 -Công suất thiết kế trên trục điều chỉnh: Pyc =
=
= 3,00 (KW) => Pdc > Pyc = 3,00 (KW) 1.2. Xác định tốc độ quay sơ bộ của động cơ. - Số vòng quay trên trục công tác: n
=
(v/ph) -Chọn tỷ số truyền sơ bộ: u
= u
.u
= u
.u
= 3.5= 15 -Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ: n
= u
.n
= 15.46,67 = 700 (v/ph)
Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ là: 750 (v/ph) -Theo bảng P1.1 [1] ta chọn động cơ: -Kí hiệu: 4A112MB8Y3 -Thỏa mãn: +Pdc = 3(KW)
Pyc = 3 (KW) +ndc = 700(v/ph) -Các thông số khác: +Hệ số cos
= 0,74 +Hiệu suất ĐC:
dc = 0,79 +Khối kượng ĐC: 56,0 (kg) +Đường kính trục ĐC: 32 (mm) 2.Phân phối tỉ số truyền. - Tỷ số truyền chung: uch =
=
= 15 mà u
= u
.u
-Chọn: u
= 3 => ut =
=
= 5 Vậy: un = 3 ubr= 5 3.Xác định công suất, tốc độ quay và mômen trên các trục. 3.1.Xác định công suất trên các trục. - P
= 2,8(KW) - PII =
=
= 2,91 (KW) - PI=
=
= 2,97(KW) - Pdc =
=
= 3,00 (KW) 3.2.Tính tốc độ quay của các trục. - Trục động cơ: ndc = 700 (v/ph) - Trục I: nI = ndc = 700 (v/ph) - Trục II: nII =
=
= 140 (v/ph) - Trục công tác: nct =
=
= 46,67 (v/ph) 3.3.Tính mômen xoắn trên các trục. - Trục động cơ: Tdc = 9,55.106
= 9,55.106.
= 40928,57 (N.mm) - Trục I: TI = 9,55.106
= 9,55.106.
= 40519,28 (N.mm) - Trục II: TI I= 9,55.106
= 9,55.106.
= 198503,57 (N.mm) - Trục công tác: Tct = 9,55.106
= 9,55.106.
= 572959,07 (N.mm) Bảng thông số:  Động cơ  I  II  Công tác   Tỉ số truyền u  uk=1  Ubr=5  ux=3    Công suất P (KW)  3,00  2,97  2,91  2,8   Số vòng quay n (v/ph)  700  700  140  47,67   Mômen xoắn T (N.mm)  40928,57  40519,28  198503,57  572959,07   Phần II: Thiết kế bộ truyền ngoài (Bộ truyền xích) Số liệu đầu vào: - Công suất PII = 2,91(KW). - Số vòng quay đĩa dẫn: nI I= 140(v/ph). - Tỉ số truyền u = 3. - Góc nghiêng của đường nối tâm các đĩa xích:
=
. - Mômen xoắn trên trục dẫn: T=198503,57 Nmm - Đặc tính làm việc: êm. 1.Chọn loại xích. Chọn xích ống con lăn vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp. 2.Chọn số răng đĩa xích. - Theo bảng 5.4 [1] với u = 3 chọn số răng đĩa nhỏ Z
= 25 do đó: số răng đĩa lớn Z
= u.Z
= 3.25 = 75 3.Chọn bước xích. +) Điều kiện đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích theo công thức (5.5) [1] ( chọn xích 1 dãy ) : P
=
Với: P = P1 = 2,8 (KW) k
= 2,5 ( hệ số phân bố không đều tải trọng của các dãy ). k = k0kakđckbtkđkc Theo bảng 5.6[1]: k0 : Hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền. k0 = 1 do
=
<
ka: Hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích. ka = 1 ( chọn a
(30
)p ) kdc:Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lục căng xích. kdc = 1,25 ( vị trí trục không điều chỉnh được ). kbt:Hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn. kbt = 1,3 ( bôi trơn nhỏ giọt,làm việc trong môi trường có bụi ). kd:Hệ số tải trọng động. kđ = 1 ( do bộ truyền êm ). kc:Hệ số xét đến chế độ làm viêc của bộ truyền. kc = 1,25 ( do bộ truyền làm việc 2 ca ). => k = 1.1.1,25.1.1,25.1,3 = 2,03. kz =
=
= 1 (hệ số răng) kn =
=
= 1,43 (hệ số vòng quay) => Pd =
= 3,38 (KW) +) Theo bảng 5.5[1] với n01 = 200 (v/ph) , chọn bộ truyền xích 3 dãy có: - Bước xích: p =19,05 mm < pmax (Bảng 5.8) - [P] = 4,8(KW) > Pd = 3,38 (KW) - Đường kính chốt: dc = 5,96 ( mm) - Chiều dài ống: B = 17,75 (mm) 4.Khoảng cách trục và số mắt xích. - Khoảng cách trục: a = 40p = 40.19,05 = 762 (mm) - Số mắt xích: X=
+ 0,5(Z1+Z2) +
=
+ 0,5(25+75) +
= 131,58 Lấy số mắt xích chẵn X = 132 Tính lại khoảng cách trục a: a =
=
= 766,05(mm) Để xích không bị căng quá lớn cần giảm bớt a một lượng:
= 0,004.766,05
3.05(mm) Vậy chọn: a = 763 (mm) X = 132 (mắt xích) - Số lần va đập của bản lề xích trong 1s: i =
=
= 1,89 < [i] = 35 [i]=35 theo bảng 5.9[1] V.Kiểm nghiệm xích về độ bền. Điều kiện: s =

[s] - Theo bảng 5.2 [1] với xích con lăn 1 dãy, p=19,05 tra được: Tải trọng phá hỏng Q = 31,8 (kN) = 31800 (N) Khối lượng 1 mét xích q
= 1,9 (kg) -Hệ số tải trọng động: kđ=1,2 ( do tải trọng mở máy bằng 130% tải trọng danh nghĩa ) -Vận tốc xích: V=
=
= 1,11 (m/s) => Lực vòng: Ft=
=
= 2621,62 (N) -Lực căng do lực ly tâm sinh ra: Fv = q.V
= 1,9.
= 2,34 (N) -Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động gây ra: F0=9,81.kf.q.a kf=4 do
=
>
=> F0= 9,81.4.1,9.0.763 = 56,886 (N) => s =
= 9,92 Theo Bảng 5.10[1] với n = 200(v/ph) => [s] = 8,2 => s = 9,92 > [s] = 7t Vậy bộ truyền đảm bảo điều kiện bền. 5.Tính toán đường kính đĩa xích. +) Đường kính vòng chia đĩa xích tính theo công thức (5.17) [1]: - Đĩa dẫn: d1 =
=
= 152 (mm) - Đĩa bị dẫn: d2 =
=
= 454,92 (mm) +) Đường kính vòng đỉnh: - Đĩa dẫn: da1 =
=
= 160,32 (mm) - Đĩa bị dẫn: da2 =
=
= 464,04 (mm) +) Với p = 19,05 (mm), theo Bảng 5.2[1]: dl = 11,91 (mm) => r = 0,5025dl + 0,05 = 0,5025.11,91 + 0,05 = 6,03(mm) +) Đường kính vòng đáy: - Đĩa dẫn: df1= d1 - 2r = 152 -2.6,03 = 139,94 (mm) - Đĩa bị dẫn: df2= d2 - 2r = 454,92 -2.6,03 = 442,86 (mm) +) Kiểm nghiệm về góc ôm:
>
=> Xích đạt yêu cầu về góc ôm. +) Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc trên mặt răng theo công thức 5.18[1]:

Trong đó: -
: ứng suất tiếp xúc cho phép theo bảng 5.11 [1] - Ft: lực vòng Ft = 2621,62(N) - Fvd: lực va đập trên m dãy xích Fvd = 13.10-7n1.p3 .m m = 3
Fvd = 13.10-7.140.(19,05)3 = 1,26 (N) - kd: hệ số phân bố tải trọng không đều cho các dãy Có 1 dãy xích
kd = 1. - Kd: hệ số tải trọng động. Kd =1- Bộ truyền làm việc êm - kr: hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích Z1 = 25
Kr = 0,42 Z2 = 75
Kr = 0,21 - E: môdun đàn hồi. E = 2,1.105 MPa - A diện tích bản lề Theo bảng 5.12 [1]: A = 106 mm2

= 674,33 (MPa)
= 490,97 (MPa) +)Chọn vật liệu. - Với đĩa chủ động: Z1 =25 Chọn vật liệu là thép 45 ,tôi + ram Độ rắn bề mặt HRC = 45
50
= 900 MPa >
= 674,33 MPa - Với đĩa bị động: Z2 = 75 > 30
=> Chọn vật liệu là thép 45, tôi cải thiện Độ rắn bề mặt HB = 170
210 Có
= 600 MPa >
= 490,97 MPa 6.Tính lực tác dụng lên trục. Ta có: Fr = kx.Ft kx: Hệ số kể đến trọng lượng xích. Do
=
>
nên kx = 1,05 =>Fr = 1,05.2621,62 = 2752,70 (N) Thông số  Kí hiệu  Giá trị   1.Loại xích  XOCL  1 dãy   2.Bước xích  p  19,05   3.Số mắt xích  x  132   4.Chiều dài xích  L  349,25 mm   5.Khoảng cách trục  a  763 mm   6.Số răng đĩa xích  Z
 25    Z
 75   7.Vật liệu đĩa xích   C45   8.Đường kính vòng chia  d
 152 mm    d
 454,92 mm   9.Đường kính vòng đỉnh  d
 160,32 mm    d
 464,04 mm   10.Bán kính đáy  r  6,03 mm   11.Đường kính chân răng đĩa xích  d
 139,94 mm    d
 442,86 mm   12.Lực tác dụng lên trục  F
 2752,70 N   Phần III. Bộ truyền bánh trụ răng nghiêng Số liệu đầu vào: Công suất: P =
= 2,97(KW) Tỉ số truyền: u = ubr = 5 Số vòng quay: n = 700 (v/ph) Mômen xoắn: T = TI= 40519,28(Nmm) Lh = 24.103 giờ 1.Chọn vật liệu. 1.1)Vật liệu bánh nhỏ. - Thép C
,tôi cải thiện. - Độ rắn bề mặt HB = 245. - Giới hạn bền

= 850 MPa. - Giới hạn chảy

= 580 MPa. 1.2)Vật liệu bánh lớn. - Thép C
,tôi cải thiện. - Độ rắn bề mặt HB = 230. - Giới hạn bền
= 750 MPa. - Giới hạn chảy
= 450 MPa 2. Xác định ứng suất cho phép. 2.1. ứng suất tiếp xúc cho phép. - Ta có: [(H] =
. ZR. Zv. KXH. KHL
Chọn sơ bộ: ZR. Zv . KXH = 1. => [(H] =

. KHL Trong đó: (Hlim0: ứng suất tiếp xúc cho phép với số chu kỳ cơ sở.
: Hệ số an toàn.
: Hệ số tuổi thọ. - Theo bảng 6.2 [1] : +)
= 2
+ 70 = 2.245 +70 = 560 (MPa)
= 2
+ 70 = 2.230 +70 = 530 (MPa) +)
=
= 1,1 - Theo công thức (6.5) [1] ta có: NHO = 30.HHB2,4 =>Với bánh răng nhỏ: NHO1 = 30.HHB2,4 = 30.
= 1,63.107 (MPa). =>Với bánh răng lớn: NHO2 = 30.HHB2,4 = 30.
= 1,4.107 (MPa). Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương NHE của bánh răng nghiêng đợc xác định như sau:
Trong đó: - c là số lần ăn khớp trong một vòng quay. Nên ta có c =1. - T
:thời gian làm việc . - ni là số vòng quay ở chế độ i của bánh răng đang xét. Vậy ta được : NHE1=NFE1=
=60.1.700.24000=10,08.108 NHF2=NFE1=
=60.1.140.24000=2,02.108 Do NHE1>NHO1 Nên NHE1=NHO1 Suy ra : KHL1=1 NHE2>NHO2 Nên NHE2=NHO2 Suy ra: KHL2=1 => [(H1] =
.1 = 509,09 MPa [(H2] =
.1 = 481,82 MPa [(H] =
=
(MPa) 2.2. Ứng suất uốn cho phép. -Ta có : [(F ] =
Chọn sơ bộ:
.
.
=1 => [(F ] =
Trong đó:
: ứng suất uốn cho phép đối với số chu kỳ cơ sở.
: Hệ số an toàn khi tính về uốn. KFC: Hệ số xét đến ảnh hưởng của đặt tải. KFL: Hệ số tuổi thọ. -Theo bảng 6.2 [1]: Ta có:

= 1,8. HB1 = 1,8.245 = 441 (MPa)
= 1,8. HB2 = 1,8.230 = 414 (MPa) => SF1= 1,75 SF2= 1,75 -Theo công thức 6.4 [1]:
Trong đó: mF là bậc của đường cong mỏi khi thử về uốn ( mF = 6 với HB < 356 ). Đối với thép: NFo= 4.
Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương: NFE = NHE Mặt khác: NFE1 > NFo1 => KFL1 = 1 NHE2 > NFo2 => KFL2 = 1 -Ta có: KFC=1 do đặt tải 1 phía ( bộ truyền quay 1 chiều ). => [(F1] =
.1.1 = 252 MPa [(F2] =
.1.1 = 236,57 MPa 2.3. Ứng suất quá tải cho phép. -ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải. Với bánh răng thường hoá, tôi cải thiện nên [(H] max=2,8 (ch [(H] max = 2,8 (ch = 2,8.450 = 1260 MPa -ứng suất uốn cho phép khi quá tải. Theo công thức ( 6.14 ) [1]: [(F1] max = 0,8 (ch = 0,8.580 = 464 MPa [(F2] max = 0,8 (ch = 0,8.450 = 360 MPa 3. Các thông số của bộ truyền. 3.1. Khoảng cách trụcsơ bộ:
Với: - Ka: Hệ số phụ thuộc vật liệu của cặp bánh răng và loại bánh răng Từ Bảng 6.5 [1] => Ka= 43
-
: Momen xoắn trên bánh dẫn:
= 40519,28 Nmm -
: Hệ số chiều rộng vành răng. Theo Bảng 6.6 [1], bộ truyền không đối xứng, HB<350 chọn
=0,3 -
: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc.
phụ thuộc vào vị trí bánh răng với các ổ và
.
= 0,53.
.(
+1) = 0,53.0,3.(5+1) = 0,95 Theo Bảng 6.7 [1]: với sơ đồ 3 và
= 0,95 Tra nội suy ta có:
=1,07 =>
= 126,45(mm) => Lấy aw2= 125(mm) 3.2. Các thông số ăn khớp. - Môđun: Ta có: m = (0,01 ( 0,02).aw2 = (0.01 ( 0,02).125 =1,25(2,5( mm) Theo Bảng 6.8[1], chọn môđun pháp mn= m = 2(mm) - Chọn sơ bộ:
=> cos
= 0,9848 =>
=> Lấy z1= 20 (răng) Z2 = ubr.Z1 = 5.20 = 100 => Lấy z2 =100(răng) - Tỷ số truyền thực:
Z
=
= 20+100 = 120 - Xác định lại
:
=>
=
=16o15’ - Góc ăn khớp
3.3. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc. 3.3.1. Điều kiện. (H =
.

[(H] Trong đó: - ZM: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp. Tra bảng 6.5[1], ta có ZM = 274 (MPa) 1/3 - ZH: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. Theo công thức ta có: ZH =
=>
=>
=>
= 1,71 - Hệ số trùng khớp dọc. Theo công thức 6.37 [1]:
Chiều rộng vành răng:
lấy bw= 37 (mm) =>

=>
Hệ số trùng khớp ngang
tính theo công thức 6.38b [1]
= [1,88 - 3,2.(
+
)].cos
= [1,88 - 3,2.(
+
)].
= 1,68 => Z( =
= 0,77 - Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ: dw1 =
=
= 41,67 (mm) - Mômen xoắn
= 40519,28 Nmm - Ta có: KH = KH(.KH(.KHV Với: KH( = 1,07 Vận tốc vòng:
Theo bảng 6.13 => Chọn cấp chính xác cấp 9 Theo bảng 6.14 => Chọn
. Theo công thức 6.41 [1]:
Theo công thức 6.42 [1]:
Theo bảng 6.15 =>
Theo bảng 6.16 =>
=>
= 1,12
=>

3.3.2. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép chính xác [
]’ [
]’=
- ZV: Hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc vòng V= 1,6 (m/s) ZV = 1 - ZR: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt răng làm việc. Với Ra = 2,5..1,25 (m => ZR = 0,95 - KXH: Hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng. Với da
700 mm suy ra KXH = 1 Vậy: [(H]’= 495,46.0,95.1.1 = 470,69 (MPa) =>(H = 465,28 (MPa) < [(H]’ = 470,69 (MPa) => Đảm bảo điều kiện bền về tiếp xúc. 3.3.3. Kiểm tra thừa bền.
< 10% => Thừa bền ít. 3.4. Kiểm tra bền uốn. . ứng suất uốn sinh ra tại chân bánh răng: Theo công thức 6.43 [1], ta có: (F1 =
( [(F1] (F2 = (F1.
( [(F2] Trong đó: - Y( là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng. Ta có : Y( =
=
- Y( là hệ số kể đến độ nghiêng của răng của bánh răng. Y( =
- YF1,YF2 là hệ số dạng răng của bánh răng 1 và 2, phụ thuộc vào số răng tương đương và hệ số dịch chỉnh. Ta có:

Theo bảng 6.18 [1]: => YF1 = 4,00 YF2 = 3,60 - KF: Hệ số tải trọng khi tính về uốn. KF = KF( .KF( . KFV KF(: hệ số xét đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng bánh răng Theo bảng 6.7 [1]: với
=0,95 Sơ đồ 6. => KF( = 1,1 KF(: Hệ số kể đến sự phân bố tải không đều cho các đôi răng đồng thời ăn khớp. Theo bảng 6.14 với v = 1,53(m/s) CCX 9 => KF( = 1,37 KFV: Hệ số kể đến tính trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn. Theo công thức 6.46 [1]: KFV = 1 +
Theo công thức 6.47 [1]: (F =
.
Theo bảng 6.15 [1]:
F = 0,006 Theo bảng 6.16 [1]: g0 = 73 => (F = 0,006.73.1,53.
= 3,35 => KFV = 1 +
= 1,04 => KF = 1,1.1,37.1,04 = 1,57 Vậy:
=
= 85,98 (MPa)
=
.
=
= 77,38 (MPa)
=> Bộ truyền đảm bảo độ bền uốn 3.5.Kiểm nghiệm răng về quá tải. 3.5.1.Ứng suất tiếp xúc. Ta có:
=
Hệ số quá tải: Kqt = 1 =>
= 465,28.
= 465,28 (MPa) =>
= 465,28 <
max= 1260 (MPa) Vậy: Đảm bảo các điều kiện quá tải về ứng suất tiếp xúc. 3.5.2.Ứng suất uốn. Điều kiện:
=
≤
max Theo công thức 6.49 [1]:
=
.Kqt = 85,98.1 = 85,98 (MPa) =>
=85,98 <
max = 464 (MPa)
=
.Kqt = 77,38.1 = 77,38 (MPa) =>
= 77,38 <
max = 360 (MPa) Vậy: Đảm bảo điều kiện quá tải về ứng suất uốn. 3.6.Tính toán các thông số cơ bản của bộ truyền. 3.6.1.Các thông số hình học. - Khoảng cách trục: aw = 125 ( mm) - Môđun pháp:
= m = 2 (mm) - Chiều rộng vành răng:
= 37 (mm) - Tỷ số truyền:
= 5 - Góc nghiêng của răng:
- Số răng:
= 20 (răng)
=100 (răng) - Hệ số dịch chỉnh:
- Đường kính vòng chia:

- Đường kính vòng lăn:
= 41,67 (mm)
=208,33 (mm) - Đường kính vòng đỉnh răng:
.m = 41,67 + 2.2 = 45,67 (mm)
.m = 208,33 + 2.2 = 212,33 (mm) - Đường kính vòng chân răng:
= 41,67 - 2,5.2 = 36,67 (mm)
= 208,33 - 2,5.2 = 203,33 (mm) - Đường kính vòng cơ sở:
.
3.6.2. Lực tác dụng. - Lực vòng:
- Lực hướng tâm:
- Lực dọc trục:
Góc nghiêng của răng 
  Khoảng cách trục 
  Số răng 
(răng)
(răng)   Đường kính vòng chia 

  Đường kính vòng lăn 

  Đường kính vòng đỉnh răng 

  Đường kính vòng chân răng