Bài tập lớn môn Chi tiết máy thiết kế hộp giảm tốc hai cấp - Lê Văn Nam

KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ
BỘ MÔN: KĨ THUẬT CƠ SỞ
-----***-----
BÀI TẬP LỚN MÔN CHI TIẾT MÁY
THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP
 LỚP: D3_CNCK HỌC KỲ II (2010 - 2011)
I. Số liệu kỹ thuật: 
 Công suất : N1= 6kw 
 Số vòng quay trong một phút của trục dẫn : n1 =960v/p
 Số vòng quay trong một phút của trục bị dẫn : n4 = 100v/p
Thời gian sử dụng. 
	Số năm : 7 năm
 Số ngày trong năm : 250 ngày 
 Số ca trong ngày : 2 ca 
 Số giờ trong ca : 6 giờ
 Đặc điểm tải trọng.
 Tải trọng không đổi,bộ chuyền làm việc một chiều, khi mở máy chịu 
 lực quá tải bằng 1,5 lần so với quá tải danh nghĩa.
Sơ đồ dẫn động:
II. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng (cấp nhanh):
 1. Chọn vật liệu và cách nhiệt luyện:
Do hộp giảm tốc 2 cấp chỉ chịu tải trọng trung bình nên ta chọn vật liệu làm bánh răng có độ rắn bề mặt HB<350. Đồng thời để tăng khả năng chạy mòn của răng chọn độ rắn của bánh răng nhỏ lớn hơn độ rắn của bánh răng lớn khoảng 2550 HB và để tránh dính bề mặt làm việc của răng trong điều kiện bộ truyền làm việc kín ngâm trong dầu:
 HB1=HB2+ (2550)HB
Ta chọn phương pháp thường hoá vì phương pháp này thường dùng trong các bộ truyền chịu tải trọng nhỏ và trung bình.
 - Chọn vật liệu làm bánh răng nhỏ là thép 45,phôi rèn (giả thiết đường kính phôi từ100300mm).( theo bảng 3-6T39 STKCTM) 
Theo bảng (3-8T40 STKCTM)
+. giới hạn bền: = 580 N/mm2
+. giới hạn chảy: = 290 N/mm2
 HB1 = 210
Chọn vật liệu làm bánh răng lớn là thép 35 (giả thiết đường kính phôi 300500mm).
 + giới hạn bền: = 480 N/mm2
+ giới hạn chảy: = 240 N/mm2
 HB2 = 180
 Phân phối tỷ số truyền:
 i = i12+i23 = = = 9,6.
 Giả thiết chọn: i12 = 3 i23 = = = 3,2
 n2 = n3 = = = 320 v/p.
 2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép:
 a. Ứng suất tiếp xúc cho phép:
 []tx = []N0tx.k’N 
 K’N = 
Số chu kì tương đương của bánh răng lớn (công thức 3-3) khi chịu tải trong không đổi.
 Ntd2 = 60unT = 60.320.7.250.2.6 = 403,2.106 > N0 = 107 (Bảng 3-9)
 k’= 1
Số chu kì tương đương của bánh răng nhỏ:
 Ntd1 = 60unT = 60.960.7.250.2.6 = 1209.106 >N0= 107
 k’ = 1
[]tx1 = N0tx1 = CB.HB1.
 []tx2 = N0tx2 = CB.HB2.
Tra bảng 3-9 ta có:
[]tx1 = 2,6.210 = 546 N/mm2
[]tx2 = 2,6.180 = 468 N/mm2
Để tính ta dùng trị số nhỏ hơn là []tx2 = 468 N/mm2.
Ứng suất uốn cho phép.
 []u = (1,41,6)= 
 Hệ số an toàn: n = 1,5, hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: K= 1,8.
 thép 45 = 0,43.=0,43.580 = 249,4 N/mm2
 thép 35 = 0,43. 0,43.480= 206,4 N/mm2
 []u1 = =138,5 N/mm2
 []u2 = = 114,7 N/mm2.
 3. Sơ bộ lấy hệ số tải trọng: K = Ktt.Kđ = 1,5.
4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: = = 0,4.
5. Xác định khoảng cách trục A.(tính theo công thức 3-10).
 Chọn = 1,25.
 A= (3 + 1)126 mm.
Chọn A = 126mm.
Tính vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng.
Tính vận tốc vòng ( công thức 3-17)
 v = = = 3,16 m/s.
 - Theo bảng 3-11T46 STKCTM. Ta chọn cấp chính xác là 9.
 7. Định chính xác hệ số tải trọng K:
 Chiều rộng bánh răng.
 b = .A = 0,4.126 = 50,4 mm. lấy =50mm.
 Dường kính vòng lăn bánh răng nhỏ: 
 d1 = = = 63mm.
 Do đó = 
 Với =0,8 theo bảng 3-12 Ktt bảng = 1,22.Tính tập trung tải trọng thực tế theo 
 công thức 3-20.
 Ktt = = 1,11.
 Theo bảng 3-14T48 STKCTM ta tìm được hệ số tải trọng động Kđ = 1,4.
 Hệ số tải trọng:
 K = Ktt.Kđ = 1,11.1,4 = 1,554.
 ít khác so với trị số dự đoán ( K = 1,5) vì vậy ta không cần tính lại khoảng cách 
 trục A. Như vậy ta có thể lấy chính xác A = 126mmm.
8. Xác định modun, số răng và góc nghiêng của răng.
 Modun pháp:
 mn = (0,010,02)A = (0,010,02)126 = (1,262,52)mm.
 Lấy mn = 2mm.
 Sơ bộ chọn góc nghiêng:
 = 100 ; cos = 0,985
 Số răng của bánh nhỏ: 
 Z1 = = = 31.
 Số răng bánh lớn:
 Z2 = i.Z1 = 3.31 = 93.
 Tính chính xác góc nghiêng : (công thức 3-28).
 cos= =100.26’.
 Chiều rộng bánh răng b thoả mãn điều kiện.
 b = 50 > mm.
Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng.
Tính số răng tương đương (công thức 3-37).
 Bánh nhỏ: 
 Ztd1 = 
 Bánh lớn: 
 Ztd2 = 
Hệ số dạng răng (bảng 3-18)
 Bánh nhỏ: y1 = 0,451.
 Bánh lớn: y2 = 0,517.
 Lấy hệ số: = 1,5.
Kiểm nghiệm ứng suất uốn (công thức 3-34) đối với bánh răng nhỏ:
 N/mm2.
 < []u1= 138,5N/mm2.
Đối với bánh răng lớn tính theo công thức 3-40.
 N/mm2.
Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn:
 Ứng suất tiếp xúc cho phép (công thức 3-43):
 Bánh nhỏ:
 N/mm2.
 Bánh lớn:
 N/mm2.
Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc (công thức 3-14 và 3-41).
 N/mm2.
Trong đó hệ số quá tải Kqt = 1,5 ứng suất tiếp xúc quá tải nhỏ hơn trị số cho phép đối với bánh lớn và bánh nhỏ.
 Ứng suất uốn cho phép (công thức 3-46):
 Bánh nhỏ: 
 N/mm2. 
 Bánh lớn:
 N/mm2.
 Kiểm nghiệm sức bền uốn (công thức 3-34 và 3-42).
 Bánh nhỏ:
 N/mm2 < .
 Bánh lớn:
 N/mm2 < .
 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền (bảng 3-2):
 Modun pháp: mn= 2 mm.
 Số răng: Z1 = 31 răng ; Z2 = 93 răng.
 Góc ăn khớp: .
 Góc nghiêng: = 10026’.
 Đường kính vòng chia (vòng lăn):
 d1 = mm ; d2 = = 189 mm.
 Khoảng cách trục: A = 126 mm.
 Chiều rộng bánh răng: b = 50 mm.
 Đường kính vòng đỉnh:
 De1 = 63 + 2.2 = 67 mm.
 De2 = 189 + 2.2 = 193 mm.
 Đường kính vòng chân:
 Di1 = 63 – 2,5.2 = 58 mm.
 Di2 = 189 – 2,5.2 = 184 mm.
Tính lực tác dụng lên trục (công thức 3-50):
 Lực vòng: 
 P1=P2 = N.
 Lực hướng tâm: 
 Pr1 = Pr2 = N.
 Lực dọc trục: 
 Pa1 = Pa2 = 1895.0,181 = 343 N.
III. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng nón răng nghiêng (cấp chậm).
Công suất của bộ truyền bánh răng nón:
 N2 = N1. = 6.0,98 = 5,88 kw.
Chọn vật liệu chế tạo bánh răng nhỏ là thép rèn 50, bánh lớn thép đúc 45 đều thường hoá (bảng 3-6).
Cơ tính của thép 50 thường hoá (giả thiết đường kính phôi 100 300mm).
 = 600 N/mm2 ; = 300 N/mm2 ; HB3 = 220.
Cơ tính thép đúc 45 thường hoá (giả thiết đường kính phôi 300 500mm).
 = 550 N/mm2 ; = 320 N/mm2 ; HB4 = 180.
Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.
Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Số chu kỳ làm việc của bánh lớn (công thức 3-3).
 Ntd4 = 60unT = 60.100.7.250.2.6 = 126.106 > N0 = 107.
Số chu kỳ làm việc của bánh nhỏ.
 Ntd3 = i.Ntd4 = 3,2.126.106 = 403,2.106 > N0 = 107.
 Cả hai bánh có k’N = 1.
Ứng suất tiếp xúc cho phép (3-9):
 Bánh nhỏ:
 []tx3 = 2,6.220 = 572 N/mm2.
Bánh lớn:
 []tx4 = 2,6.180 = 468 N/mm2.
Ta lấy trị số 468 để tính.
Ứng suất uốn cho phép:
Vì số chu kỳ làm việc của hai bánh răng > Nc= 5.106 k’’N = 1. Tính ứng suất uốn cho phép theo công thức (3-5) vì bộ truyền làm việc một chiều.
Lây hệ số an toàn của bánh răng nhỏ thép rèn n=1,5. Bánh răng lớn thép đúc n = 1,8. Hệ số tập trung ứng suất = 1,8.
Giới hạn mỏi của thép 50:
 = 0,43.600 = 258 N/mm2.
Giới hạn mỏi của thép 45: 
 = 0,43.550 = 236 N/mm2.
Ứng suất uốn cho phép bánh nhỏ:
 = N/mm2.
Ứng suất uốn cho phép bánh lớn: 
 = N/mm2.
Sơ bộ chọn hệ số tải trọng. K = 1,4.
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng. 
Tính chiều dài nón (3-11).
 L
 =202mm.
Tính vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng.
Vận tốc vòng (3-18).
 V=1,7m/s.
Theo bảng (3-11) ta chọn cấp chính xác là 9.
Định chính xác hệ số tải trọng K và L.
Vì các bánh răng có HB < 350 và tải trọng không đổi nên Ktt = 1. Theo bảng (3-13) Kđ = 1,5.
 K = 1.1,5 = 1,5. 
 Khác với dự đoán K = 1,4 nên phải tính lại L theo công thức (3-21).
 L = 202.206,7mm.
 Lấy L = 206mm.
Xác định modun số răng .
Modun:
 ms = 0,02.L = 4,12.
lấy ms = 4.
Số răng:,
 Z3 = = 30.
Lấy Z3 = 30
 Z4 = i.Z3 = 3,2.30 = 96.
Tính chính xác chiều dài nón theo công thức trong bảng (3-5).
 L = 0,5ms= 0,5.4201mm.
Chiều rộng răng: 
 b = mm.
Modun trung bình:
 mtb = ms3,4 mm.
Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
Góc mặt nón lăn bánh nhỏ tính theo công thức trong bảng (3-5):
 tg
Số răng tương đương bánh nhỏ tính theo công thức (3-38):
 Ztd3 = .
Góc mặt nón lăn bánh lớn tính theo công thức trong bảng (3-5):
 tg 
Số răng tương đương bánh lớn:
 Ztd4 = .
Theo bảng (3-18) và số răng tương đương ta tìm được hệ số dạng răng:
 Bánh nhỏ:
 y3 = 0,451.
 Bánh lớn:
 y4 = 0,517.
Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ (3-35):
 66 N/mm2 <.
 Ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn:
 N/mm2 < .
 10. Kiểm nghiệm sức bền răng khi chịu quá tải trong thời gian ngắn:
 Ứng suất tiếp xúc cho phép (3-43): 
 Bánh nhỏ: 
 N/mm2.
 Bánh lớn:
 N/mm2.
 Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc đối với bánh lớn có nhỏ hơn. Theo 
 công thức (3-15) và (3-41): 
 578 N/mm2 < .
 Ứng suất uốn cho phép (3-36):
 Bánh nhỏ:
 N/mm2.
 Bánh lớn:
 N/mm2.
 Kiểm nghiệm sức bền uốn (3-35) và (3-42):
 Bánh nhỏ:
 N/mm2 <.
 Bánh lớn: 
 = N/mm2 < .
 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:
 Modun mặt mút lớn: ms = 4mm.
 Số răng: Z3 = 30 ; Z4 = 96
 Chiều dài răng: b = 60mm.
 Chiều dài nón: L = 206mm.
 Góc ăn khớp: = 200.
 Góc mặt nón chia: ; .
 Đường kính vòng chia (vòng lăn):
 d3 = ms.Z3 = 4.30 = 120mm.
 d4 = ms.Z4 = 4.96 = 384 mm.
 Đường kính vòng đỉnh:
 De3 = ms.(Z3 +2cos) = 4.(30+2.0,954) = 127,63mm.
 De4 = ms.(Z4 +2cos) = 4.(96+2.0,298) = 386,38mm.
 Modun trung bình: mtb = 3,4mm.
Tính lực tác dụng (3-51):
 Bánh nhỏ:
 Lực vòng: P3 = N.
 Lực hướng tâm: Pr3 = 3440.0,364.0,954 = 1195N.
 Lực dọc trục: Pa3 = 1195.0,364.0,298 = 130N.
 Bánh lớn:
 Lực vòng: P4 = P3 =3440N.
 Lực hướng tâm: Pr4 = Pa3 = 130N.
 Lực dọc trục: Pa4 = Pr3 = 1195N.