Phần 1: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ MOMEN XOẮN TRÊN CÁC TRỤC.1.1. Tính toán chọn động cơ.1.1.1. Xác định công suất cần thiết.- Công suất cần thiết:+ Pt =Plv.β: Công suất tương đương.[Do thời gian mở máy rất nhỏ nên có thể bỏ qua Tmm].Công suất làm việc trên trục máy công tác:⇒ Pt = 4,5.0,82 = 3,69 [kw]+ η: Hiệu suất bộ truyền, ở lăn, ổ trượt, khớp nối.η = η đ. η br.η2ol.ηot.η kn = 0,96.0,96.0,992.0,99.1 = 0,89Tra bảng 2.3η đ = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền đai.η br = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng.η ol = 0,99 : Hiệu suất một cặp ổ lăn.η ot = 0,99 : Hiệu suất một cặp ổ trượt.η kn = 1 : Hiệu suất khớp nối đàn hồi.1.1.2. Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ.- Tỷ số truyền của hệ dẫn động:Usb = Uđ .Ubr = 3.4 = 12Tra bảng 2.4:+ Uđ = 3: Tỷ số truyền bộ truyền đai.+ Ubr = 4: Tỷ số truyền bộ truyền động bánh răng.- Số vòng quay của trục máy công tác:1- Số vòng quay sơ bộ của động cơ:nsb = Usb.nlv = 12.57,3 = 688 [vòng/phút]1.1.3. Chọn động cơ.Pct = 4,15[kw], nSb = 688 [vòng/phút]Tra bảng P 1.3 chọn động cơ 4A132M8Y3Công suấtVận tốc quay[kw][vòng/phút]5,5716η%Cos830,741,82,2Pđc = 5,5 [kw] > Pct = 4,15 [kw]1.1.4. Xác định tỷ số truyền Ut của hệ dẫn động.1.2. Xác định công suất, tốc độ vòng quay và momen xoắn trên các trục.1.2.1. Xác định công suất trên các trục.- Trục II:- Trục I:2- Trục động cơ:1.2.2.2. Tốc độ vòng quay các trục.- Trục động cơ: nđc = [vòng/phút]-Trục I:- Trục II:1.2.2.3. Momen xoắn trên các trục.- Trục II:- Trục I:- Trục động cơ:3* Bảng thông sốTrụcTỷ số truyềnĐộng cơ3,15IIIUCông suất5,044,794,55[kw]Tốc độ vòng716227,357,3672232012527583333,97quay[vòng/phút]momen xoắnT [Nmm]4Phần 2: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI2.1. Chọn đai- Dựa vào b4.13 và hình 4.1 chọn đai thang loại2.2. Xác định các thông số của bộ truyền- Đường kính bánh đai nhỏ chọn d1 = 200 [mm]- Vận tốc:- Đường kính bánh lớn:Lấy trị số tiêu chuẩn:- Tỷ số truyền thực tế:Sai lệch tỷ số truyền:- Khoảng cách trục:a = d2 = 630 [mm]- Chiều dài dây đai:Theo b4.13 chọn theo tiêu chuẩn l = 2500 [mm]- Số vòng chạy của đai:- Tính lại khoảng các trục theo chiều dài tiêu chuẩn l = 2000 [mm]5- Góc Ômtrên báng đai nhỏ được tính theo công thức:2.3. Xác số đai.- Theo công thức 4.16:Chọn z = 7kđ = 1,35 tra b 4.7: Trị số ảnh hưởng đến góc ôm tra b4.15: Trị số ảnh hưởng của chiều dài đai tra b4.16: Trị số ảnh hưởng của tỷ số truyền tra b4.17: Trị số ảnh hưởng của tỷ số truyền tra b4.18- Tính bề rộng đai theo 4.17 và b4.21:B = [z - 1].t +2e = [ 7 - 1].19 + 2.12,5 = 139 [mm]- Đường kính ngoài của bánh đai:da = d + 2ho = 200 + 2.4,2 = 208,4 [mm]2.4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng.- Theo công thức [4.19]:Fv = qm.v2 = 0,178.7,52 = 10 [N]qm =0,178 [kg/m]: khối lượng 1 m chiều dài đai- Theo công thức [4.13]:6Dựa vào các kết quả tính toán ta có bảng sauThông sốGiá trịĐơn vịĐường bánh kính đai nhỏd1 = 200mmĐường kính bánh đai lớnd2 = 630mmVận tốc đaim/s7,5Khoảng cách trụcChiều dài đaiGóc ôm α1 trên bánh đai nhỏSố đaiLực tác dụng lên trụca = 556,6L = 2500z=7Fr = 223mmmmĐộmmN7Phần 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG.3.1. Chọn vật liệu.Chọn vật liệu bánh răng với:- Bánh răng nhỏ:Thép 45 tôi cải thiện có độ cứng HB 241…285.Chọn độ cứng HB = 245Giới hạn bền σb1 = 850 [MPa]Giới hạn chảy σch1 = 580 [MPa].- Bánh răng lớn :Thép 45 tôi cải thiện có độ rắn HB 192…240.Chọn độ cứng HB = 230Giới hạn bền σb2 = 750 [MPa]Giới hạn chảy σch2 = 450 [MPa].83.2. Xác định ứng suất cho phép.3.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép.+ HB = 245 < 350 ⇒ mH = 6+ NHO = 30HHB2,4 : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử nghiệm về tiếp xúc.NHO1 = 30.2452,4 = 1,8.107NHO2 = 30.2302,4 = 1,4.107NHE2 > NHO2 do đó KHL2 = 1Suy ra NHE1 > NHO1 do đó KHL1 = 1- SH = 1,1: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc. Tra bảng 6.2⇒ Ứng suất tiếp xúc cho phép:Bánh răng trụ răng thẳng nên:93.2.2. Ứng suất uốn cho phép.KFC = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải+ HB = 245 < 350 ⇒ mF = 6+ NFO = NFO1 = NFO2 = 4.106: Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử nghiệmvề uốn.NFE2 > NFO2 do đó KFL2 = 1Tương tự NFE1 > NFO1 do đó KFL1 = 1- SF = 1,75: Hệ số an toàn khi tính về uốn. Tra bảng 6.2⇒ Ứng suất tiếp xúc cho phép:103.2.3. Ứng suất cho phép khi quá tải.- Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:Bánh răng trụ răng thẳng nên:- Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:3.3. Tính toán bộ truyền bánh răng.3.4.1. Xác định thông số cơ bản của bộ truyền.Xác định sơ bộ khoảng cách trục.+ Ka = 49,5 [Mpa1/3]: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại bánh răng.tra bảng 6.5.+ Ψba = 0,4: Tra bảng 6.6+ kHβ = 1,162 : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răngkhi tính về tiếp xúc. tra bảng 6.7Lấy aw = 210 [mm].3.4.2. Xác định các thông số ăn khớp.113.4.2.1. Xác định môđun.m = [0,01…0,02]. aw = 2,1 …4,2 [mm]Tra bảng 6.8 ta có m = 3 [mm]3.4.2.2. Xác định số răng, góc nghiêng , hệ số dịch chỉnh.- Bánh răng thẳng nên góc nghiêng β = 0o.- Xác định số răng:1212Chọn z = 28 ⇒ z = u.z = 3,97.28 = 111,2 chọn z = 111t12z = z + z = 28 + 111 = 139- Tỷ số truyền thực tế là- Tính lại khoảng cách trục:Lấy aw = 210 [mm] do đó cần dịch chỉnh để tăng khoảng các trục lên 210[mm]- Tính hệ số dịch tâm theo 6.22:- Theo 6.23:Theo b6.10a tr101 tra được kx = 0,968Theo 6.24 hệ số giảm đỉnh răng:12Theo 6.25 tổng hệ số dịch chỉnh là:Theo 6.26 hệ số dịch chỉnh bánh 1:Hệ số dịch chỉnh bánh 2:Theo 6.27 góc ăn khớp:- Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng:+ Đường kính vòng lăn, vòng chia:dw1 = 2aw/[u + 1] = 2.210/[3,96 + 1] = 84,7 [mm]dw2 = u.dw1 = 3,96.84,7 = 335,3 [mm]d1 = m.z1 = 3.28 = 84 [mm]d2 = m.z2 = 3.111 = 333 [mm]+ Khoảng cách trục chia, khoảng cách trục:a = 208,5 [mm]aω = 210 [mm]+ Đường kính đỉnh răng:da1 = d1 + 2.m.[1 + x1 - ∆ y ] = 84 + 2.3.[1 + 0,18 - 0,13] = 90,3 [mm]da2 = d2 + 2.m.[1 + x2 - ∆ y ] = 333 + 2.3.[1 + 0,45 - 0,13] = 340,9 [mm]+ Đường kính đáy răng:df1 = d1 – [2,5 – 2.x1].m = 84 – [2,5 – 2.0,18].3 = 77,6 [mm]df2 = d2 – [2,5 – 2.x2].m = 333 – [2,5 – 2.0,45].3 = 328,2 [mm]3.4.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.13Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:- ZM = 274 [Mpa]1/3: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp. Tra bảng6.5.- ZH = 1,62: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. Tra bảng 6.12.+ Hệ số trùng khớp ngang:- KH: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:+ KHβ = 1,162 : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vànhrăng khi tính về tiếp xúc. tra bảng 6.7+ KHα= 1: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ănkhớp+ KHV: Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.Theo bảng [6.13] chọn cấp chính xác 9, do đó theo bảng 6.16 go= 73. Theo [6.42]δH = 0,004: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp. Tra bảng 6.15.go = 73: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch các bước răng của bánh 1 vàbánh 2. Tra bảng 6.16.14bw = Ψba.aw = 0,4.210 = 84 [mm]* Tính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:Z R = 1: Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc.Cấp chính xác 9 ⇒ Ra = 1,25…0,63 µm ⇒ Z R = 1.Zv = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng. v5 [m/s] ⇒ Zv = 1KxH = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng.da2700 [mm] ⇒ KxH = 1.Vậy răng thỏa mãn về độ bền tiếp xúc.Tính lại chiều rộng vành răng:Lấy bω = 55 [mm]3.4.4. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.Kiểm nghiệm răng về ứng suất uốn.- KF: Hệ số tải trọng khi tính về uốn: KF = .KFβ.KFα.KFV = 1,311.1.1,05 = 1,967+ KFβ = 1,311: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vànhrăng khi tính về uốn. Tra bảng 6.7.+ KFα= 1: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ănkhớp khi tính về uốn.+ KFV: Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn.15δF = 0,011: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp. Tra bảng 6.15.go = 73: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch các bước răng của bánh 1 vàbánh 2. Tra bảng 6.16.- Yε: Hệ số kể đến sự trùng khớp răng:- Yβ : Hệ số kể đến độ nghiêng của răng:- YF1 = 3,56: Hệ số dạng răng của bánh 1. Tra bảng 6.18+ YF2 = 3,52: Hệ số dạng răng của bánh 2. Tra bảng 6.18- Tính chính xác ứng suất uốn cho phép:+ YR = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng.+ Ys: Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập chung ứng suất.Ys = 1,08 – 0,0695ln[m] = 1,08 – 0,0695ln3= 1,004+ KxF: Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn.da400 [mm] ⇒ KxF = 116Vậy răng thỏa mãn độ bền uốn.3.4.5. Kiểm nghiệm răng về quá tải.Hệ số quá tải:- Ứng suất tiếp xúc cực đại:⇒ Răng thỏa mãn điều kiện tránh biến dạng dư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt.- Ứng suất uốn cực đại:⇒ Răng thỏa mãn điều kiện tránh biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng.17* Bảng thông số.Bộ truyền bánhCác thông sốrăng trụ răngthẳngKhoảng cách trục aw [mm]210Môđun m3Chiều rộng vành răng bw [mm]55Số răng bánh răng [z1,z2]28111Đường kính vòng lăn [dw1, dw2] [mm]Đường kính đỉnh răng [da1,da2] [mm]84,790,3335,3340,9Đường kính đáy răng [df1,df2] [mm]77,6328,218Phần 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC.4.1. Chọn vật liệu.Trục chịu tải trọng trung bình nên ta dùng thép 45 thường hóa có:Độ cứng HB = 200Giới hạn bềnGiới hạn chảyứng suất xoắn cho phép4.2. Tính thiết kế trục.4.2.1. Tính sơ bộ đường kính các trục.- Đường kính trục I:Lấy d1 = 40 [mm]- Đường kính trục II:Lấy d2 = 60 [mm]4.2.2. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ.- Chọn chiều rộng ổ lăn. Tra bảng 10.2.Bảng 4.1.d [mm]40bo [mm]23- Chiều dài mayơ bánh răng:+ lm13 = [1,2…1,5].d1 = [1,2…1,5].40 = 48 …60 [mm]chọn lm13 = 50 [mm]+ lm23 = [1,2…1,5].d2 = [1,2…1,5].60 = 72…90 [mm]chọn lm23= 80 [mm]- Chiều dài mayơ bánh đai:+ lm12 = [1,2…1,5].d1 = [1,2…1,5].40 = 48…60 [mm]603119chọn lm12 = 50 [mm]- Chiều dài mayơ nửa khớp nối đàn hồi:lm22 = [1,4…2,5]d2 = [1,4…2,5].60 = 84…150 [mm]chọn lm22 = 100 [mm]Khoảng cách trục 1:Khoảng cách trục 2:20Bảng 4.2.Tên gọiKhoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thànhtrong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiếtquayKhoảng cách từ mặt mút của ổ đến thành trong củahộpKhoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổChiều cao lắp ổ và đầu bulôngKý hiệu và giátrịk1 = 10K2 = 15K3 = 10hn = 15- Khoảng côngxôn trên trục tính từ chi tiết ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ:lc12 = 0,5[lm13 + bo] + k3 + hn = 0,5[50 + 23] + 10 +15 = 61,5 [mm]lc22 = 0,5[lm23 + bo] + k3 + hn = 0,5[80 + 31] + 10 +15 = 80,5 [mm]- Khoảng cách từ gối đỡ 0 đến các chi tiết quay:21+ Trục I:l12 = -lc12 = -61,5 [mm]l13 = 0,5.[ lm13 + bo] + k1 + k2 = 0,5.[80 + 31] + 10 + 15 = 80,5 [mm]l11 = 2 l13 = 2.80,5 = 161 [mm]+ Trục II:l22 = -lc22 = -80,5 [mm]l23 = l13 = 80,5 [mm]l21 = l11 = 161 [mm]- Lực tác dụng lên trục:Vị trí đặt lực của bánh răng 3: âmcq1 = -1: Trục I quay cùng chiều kim đồng hồ.cb13 = 1: Trục I là trục chủ động.Lực vòng trên bánh răng:Fx13 = -4752 [N]Fx13 = -Fx23 = 4752 [N]Fy13 = -1730 [N]Fy13 = -Fy23 = 1730 [N]- Lực từ bánh đai tác dụng lên trục I:Fx12 = cosα.Fr = cos90.223 = 0 [N]Fy12 = sinα.Fr = sin90.223= 223 [N]- Lực từ khớp nối tác dụng lên trục II:Tra bảng 16.10a Dt = 160 [mm]Lấy Fx22 = 1200 [N]Chiều của lực từ khớp nối trục có chiều sao cho mômen uốn tại mặt cắt tiết diện bất kỳlà lớn nhất, do đó Fx22 ngược chiều với Fx23.224.2.3. Xác định lực tác dụng lên các trục, xác định đường kính và chiều dài cácđoạn trục.4.2.3.1. Trục I.OzxyFy13Fx13Flx11Flx10Fly10Fly1180.5Fy1261.516176505 Nmm13715 NmmMx191268 NmmMy201252 NmmØ30Ø35k6H7Ø38k6Ø35k6T234.2.3.1.1. Xác định phản lực trên các gối đỡ.- Trong mặt phẳng yoz:+ Phương trình mômen :+ Phương trình lực :⇒ Fly10 = -Fy12 + Fy13 - Fly11 = -223 + 1730 - 950 = 557 [N]- Trong mặt phẳng xoz:+ Phương trình mômen :+ Phương trình lực :⇒ Flx10 = Fx13 – Flx11 = 4752 – 2376 = 2376 [N]4.2.3.1.2. Tính mô men uốn tổng Mj, mô men tương đương Mtđj tại các tiết diện j trênchiều dài trục và đường kính trục tại tiết diện j.– Tính mô men uốn Mx:Mx12 = 0 [Nmm]Mx10 = -13715 [Nmm]Mx13 = -76505 [Nmm]Mx11 = 0 [Nmm]– Tính mô men uốn My:My12 = 0 [Nmm]My10 = 0 [Nmm]My13 = -191268 [Nmm]My11 = 0 [Nmm]– Tính mô men xoắn T:24T12 = 201252 [Nmm]T10 = 201252 [Nmm]= 201252 [Nmm]= 0 [Nmm]T11 = 0 [Nmm]4.2.3.1.3. Tính mô men uốn tổng Mj, mô men tương đương Mtđj tại các tiết diện j trênchiều dài trục và đường kính trục tại tiết diện j.Tra bảng 10.5 thép CT6, 45 cób600 [Mpa] [ ] = 63 [Mpa]Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạntrục như sau :d12 = 30 [mm] d10 = d11 = 35 [mm] d13 = 38 [mm]25