Nghiên cứu đặc tính động lực học của hệ thống lái tàu thủy

LỜI NÓI ĐẦU Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là một nội dung không thể thiếu đối với chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ sở về kết cấu máy và các quá trình cơ bản khi thiết kế máy. Trong quá trình học tập môn học : môn học Nguyên lý máy giúp em nắm vững được các kiến thức về truyền đông cơ khí và môn học Chi tiết máy thì giúp em đi vào Chi tiết hơn với các kiến thức cơ bản của các kết cấu của chi tiết máy. Vì vậy Đồ án môn học Chi tiết máy chính là kết quả đánh giá thực chất nhất quá trình học tập các môn em đã học như Chi tiết máy, Chế tạo phôi, Sức bền vật liệu, dung sai và lắp ghép … Hộp giảm tốc là một thiết bị không thể thiếu đối với các máy cơ khí, nó có nhiệm vụ biến đổi một vận tốc đầu vào thành một hay nhiều vận tốc ở đầu ra (tùy thuộc vào công dụng của máy. Khi nhận đồ án do thầy giáo Nguyễn Hải Sơn hướng dẫn đã giao cho việc thiết kế hộp giảm tốc thì em đã tìm hiểu và cố gắng hoàn thành đồ án môn học này. Trong quá trình làm đồ án thì em đã tìm hiểu các vấn đề chính sau : Cách chọn động cơ điện cho hộp giảm tốc. Cách phân phối tỉ số truyền hợp lí cho các cấp của các loại hộp giảm tốc. Các chỉ tiêu tính toán và các thông số cơ bản của hộp giảm tốc. Các chỉ tiêu tính toán, cách chế tạo bánh răng và trục. Cách xác định thông số của then. Kết cấu, công dụng và cách xác định các thông số cơ bản của vỏ hộp và các chi tiết liên quan. Cách lắp ghép các chi tiết lại với nhau thành một kết cấu máy hoàn chỉnh. Cách tính toán chọn chế độ bôi trơn của các chi tiết tham gia chuyển động. Do chưa có kinh nghiệm cũng như học tập chưa đến nơi đến chốn cho nên với lần đầu làm quả đồ án Chi tiết máy này có thể em còn mắc nhiều sai sót. Nhưng những kết quả tính toán dù đúng hay sai thì cũng là của quá trình làm việc của em. Có gì sai sót mong các thầy cô thông cảm dùm cho. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Hải Sơn đã giúp em hoàn thành được đồ án môn học này. Hà Nội : ngày 04/06/2007. Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Nguyễn Hải Sơn Hoàng Việt Hùng MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU ………………………………….………………………………………………….. 1 PHẦN I : TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG ………………………………………………… 5 I . Chọn động cơ………………………………………………………………………………… 5 Xác định công suất yêu cầu………………………………….……………………. 5 Xác định tốc độ bộ truyền của động cơ………………………………………. 6 Chọn động cơ………………………………….……………………………………….. 7 II. Phân phối tỷ số truyền ………………………………………………………………. 8 Xác định thông số của bộ truyền ………………………………….……………. 8 Phân phối tỷ số truyền sơ bộ cho hộp và cho bộ truyền ngoài ……… 8 Phân phối tỷ số truyền cho các cấp trong hộp giảm tốc ….…………… 8 Xác định các thông số trên các trục hộp giảm tốc ………….…………… 8 Các thông số …………………………….………………………………………. 8 Bảng giá trị …………………………….………………………………………... 9 PHẦN II : THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY ……….………………………………………… 10 I . TÍNH TOÁN CÁC BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC …………………. 10 A . Tính toán bộ truyền cấp nhanh ……….…………………………………………… 10 Chọn vật liệu …………………………………………………………………………… 10 Xác định ứng suất cho phép……………………………………………………….. 10 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép ……………………………………….. 11 Xác định ứng suất uốn cho phép ……………………………………………… 11 Tính thiêt kế …………………………………………………………………………….. 12 a. Xác định sơ bộ khoảng cách trục……………………………………………….. 12 b. Xác định sơ bộ khoảng cách trục ………………………………………………. 13 4. Kiểm nghiệm …………………………………………………………………………….. 13 4.1. Tính kiểm nghiệm răng theo độ bền tiếp xúc …………………………… 13 4.2. Tính kiểm nghiệm răng theo độ bền uốn …………………………………. 14 4.3. Kiểm nghiệm răng về độ quá tải ……………………………………………. 12 5. Bảng các thông số của bộ truyền cấp nhanh …………………………………. 16 B. Tính bộ truyền cấp chậm …………………………………………………………………. 16 Chọn vật liệu ……………………………………………………………………………… 16 Xác định ứng xuất cho phép ………………………………………………………… 16 a. Xác định ứng xuất tiếp xúc cho phép ………………………………………… 16 b. Xác định ứng xuất uốn cho phép ……………………………………………… 17 Tính thiết kế ……………………………………………………………………………….. 17 a. Xác định sơ bộ khoảng cách trục ……………………………………………….. 18 b. Xác định các thông số ăn khớp …………………………………………………. 18 Tính kiểm nghiệm ……………………………………………………………………….. 19 4.1. Tính kiểm nghiệm răng theo độ bền tiếp xúc …………………………… 19 4.2. Tính kiểm nghiệm răng theo độ bền uốn …………………………………. 20 Kiểm nghiệm răng về độ quá tải …………………………………………… 21 Các thông số của bộ truyền ………………………………………………………….. 21 Các thông số của các bộ truyền trong hộp giảm tốc ………………………… 22 Kiểm tra điều kiện bôi trơn ……………………………………………………………. 22 II. TÍNH BỘ TRUYỀN NGOÀI ………………………………………………………………….. 22 Chọn loại xích …………………………………………………………………………….. 22 Xác định các thông số của xích và bộ truyền ………………………………….. 22 Tính kiểm nghiệm xích về độ bền ………………………………………………….. 23 Đường kính đĩa xích ……………………………………………………………………… 23 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích ……………………………………… 24 Lực tác dụng lên trục ……………………………………………………………………. 25 III. CHỌN KHỚP NỐI …………………………………………………………………… ……….. 25 IV. THIÉT KẾ TRỤC …………………………………………………………………… …………… 26 A. Thiết kế trục và ổ lăn …………………………………………………………… …………… 24 1. Chọn vật liệu ………………………………………………………………… ……………………. 24 2. Xác định lực tác dụng lên trục (sơ đồ hộp giảm tốc) ……………………………….. 24 3. Tính thiết kế sơ bộ ………………………………………………………… ……………………. 26 a. Tính sơ bộ đường kính trục …………………………………………… …………………… 26 b. Chọn thông số sơ bộ cho các khoảng cách giữa các trục …… …………………… 25 4. Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục…………. 26 5. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục ………………… …………………… 29 5.1. Sơ đồ trục ………………………………………………………… ……………………………. 29 5.2 Tính phản lực lên các gối trục, và mômen trên các đoạn trục…………………. 30 5.2.1. Đối với trục I………………………………………………… …………………………… 30 a, Tính phản lực………………………………………………… …………………………….. 30 b, Tính mômen ………………………………………………… ……………………………… 30 5.2.2. Đối với trục II ………………………………………………… …………………………. 32 a, Tính các phản lực ………………………………………………… ………………………. 33 b, Tính các mômen ………………………………………………… ………………………… 33 5.2.3. Đối với trục III ………………………………………………… ………………………… 36 a, Tính phản lực ………………………………………………… …………………………….. 36 b, Tính mômen ………………………………………………… ………………………………. 37 IV. CHỌN Ổ LĂN ………………………………………………… ………………………………….. 42 1. Chọn ổ lăn cho trục vào (trục số I) của hộp giảm tốc ……………………………… 42 2. Chọn ổ lăn cho trục trung gian (trục số 2) của hộp giảm tốc … …………………. 43 3. Chọn ổ lăn cho trục ra (trục số 3) của hộp giảm tốc … …………………………….. 44 V. THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC, BÔI TRƠN VÀ ĐIỀU CHỈNH ĂN KHỚP… 45 VI.BẢNG THỐNG KÊ CÁC KIỂU LẮP VÀ DUNG SAI … ……………………………… 46 PHẦN III : THIẾI KẾ KẾT CẤU … ………………………………………………………………. 46 PHỤ LỤC – TÀI LIỆU THAM KHẢO … ………………………………………………………… 49 PHẦN I TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG I. CHỌN ĐỘNG CƠ: 1. Xác định công suất yêu cầu: Ta có công thức: Pyc= Ptđ= Trong đó công suất cần thiết Pct: Pcầnthiết=F.v/1000 = 9095*0,43/1000 = 3,91 (kw). Để xác định được công suất Pct thì ta cần xác định được công suất tính toán Pt. Mà công suất tính toán được xác định dựa vào chế độ làm việc của hệ thống dẫn động và tính chất của tải trọng. Theo yêu cầu thiết kế, hệ thống dẫn động băng tải được tính toán trong điều kiện làm việc lâu dài và tải trọng tác dụng thay đổi theo chu kì. Do đó ta coi động cơ làm việc với công suất tương đương không đổi (thay thế cho quá trình làm việc của động cơ lúc quá tải, lúc non tải). Và được tính theo công thức (2.14) Pt = Ptd với : Trong đó: Ptđ (kW) là công suất tương đương của động cơ. P1(kW) là công suất lớn nhất trong công suất tác dụng lâu dài trên trục máy công tác. Pi (kW) là công suất tác dụng lâu dài trong thời gian (ti) Theo biểu đồ tải trọng thì ta thấy được thời gian mở máy là (3s) Þ Rất nhỏ. Do đó, ta không coi là công suất tác dụng lâu dài trên trục máy công tác. Cho nên ta có : Từ biểu đồ tải trọng ta có : T2=0,8T1 => P1>P2 Với : F = 9095(N) là lực kéo băng tải. v = 0,43 (m/s) là vận tốc băng tải. Þ = 3,91 (kW). Ta lại có: Và t1 = 4 (h); t2 = 3 (h); tck = 8 (h). Như vậy ta sẽ có hệ số truyền đổi : = Thay vào công thức trên ta có: Pt = Ptđ = P1*β =3.91*0.86 = 3,3626 (kW) Hiệu suất hệ dẫn động : = Với m : số cặp ổ lăn (m=2) n : số cặp bánh răng (n=2) Tra bảng 2.3. Tên gọi Hiệu suất h của bộ truyền hoặc ổ Được che kín Để hở Bộ truyền bánh răng trụ Bộ truyền bánh răng côn Bộ truyền trục vít - Tự hãm - không tự hãm với z1 = 1 z2 = 2 z1 = 4 Bộ truyền xích Bộ truyền bánh ma sát Bộ truyền đai Một cặp ổ lăn Một cặp ổ trượt 0.96 ÷ 0.98 0.95 ÷ 0.97 0.30 ÷ 0.40 0.70 ÷ 0.75 0.75 ÷ 0.82 0.87 ÷ 0.92 0.95 ÷ 0.97 0.90 ÷ 0.96 0.99 ÷ 0.995 0.98 ÷ 0.99 0.93 ÷ 0.95 0.92 ÷ 0.94 0.2 ÷ 0.3 0.90 ÷ 0.93 0.70 ÷ 0.88 0.95 ÷ 0.96 Vậy ta sẽ có được : hKhớpnối = 1 hổlăn = 0,99 (vì ổ lăn được che kín) hbánhrăng = 0,97 (Bộ truyền bánh răng trụ được che kín hxích = 0,93 ( bộ truyền xích để hở) hot = 0,99 Þ = 1*0,992*0,972*0,99*0,93 = 0,849 Vậy ta sẽ có được công suất công tác sẽ là : Þ Pct= 3,96 (kW) 2. Xác định tốc độ bộ truyền của động cơ: Tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống: usơbô= usbhộp.usbxích Tỷ số truyền sơ bộ : usơbộ = usbhộp*usbxích = (8 ÷ 40)*(2 ¸ 5) = (16¸200) Þ Theo bảng 2.4.: ta chọn usbhộp= 30, usbxích=3 usơbô= 30.3 = 90. Do đây là Hệ dẫn động băng tải Þ Ta phải tính từ thông số đầu ra là băng tải để biết được tốc vận tốc trên bộ truyền công tác. Tốc độ của bộ truyền công tác là : Số vòng quay trên trục băng tải tính theo công thức (2.16) : Trong đó : v = 0,43 (m/s) là vận tốc băng tải. D = 350 (mm) là đường kính tang quay của băng tải. Þ Số vòng quay sơ bộ của động cơ: nsơbộ = nct.nsơbô= 23,46*60 = 1407,6 (vg/ph) Chọn số vòng quay đồng bộ của đông cơ là : nđb = 1445 (vg/ph). 3. Chọn động cơ : Động cơ đươc chọn theo bảng p1.1...p1.3 phải thỏa mãn các điều kiện sau: (Với T là momen tải trọng lớn nhất Þ T = T1 Þ Tmm/T = 1,5). Chọn động cơ: Tra trong các bảng P 1.1; P 1.2; và P 1.3 với động cơ đồng bộ là 1410 ÷ 1500 (vòng/phút) và công suất tối thiểu là 3,96 (kW), đồng thời với yêu cầu về tải trọng mômen lớn nhất (Với yêu cầu động cơ cho hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh 2p =4), thì ta sẽ chọn được các động cơ sau: Động cơ điện K (2p = 4; 220V/380V) – Bảng P1.1 : Kiểu động cơ Công suất Vận tốc quay, vg/ph h% cosj Khối lượng kg kW Mã lực 50Hz 60Hz K132S4 4,0 5,5 1445 1732 85,0 0,83 6,0 2,0 58 Động cơ điện DK (2p = 4; nđb = 1500 vg/ph) - Bảng P1.2 : Kiểu động cơ Công suất kW Vận tốc quay vg/ph cosj TK/Tdn Mômen vôlăng của rôto kgm2 Khối lượng kg Dk.52-4 7 1440 0,85 1,5 2 0,28 104 Động cơ 4A (2p = 4; nđb = 1500 vg/ph) – Bảng P1.3: Kiểu động cơ Công suất kW Vận tốc quay, vg/ph cosj h% 4A100L4Y3 4,0 1420 0,84 84 2,2 2,0 Þ Ta có thể chọn động cơ 4A100L4Y3 thõa mãn được các điều kiện trên và có kích thước nhỏ gọn nhất (42 kg). II. PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN : 1. Xác định tỷ số truyền chung: uc= nđc/nct= 1420/23,46 = 60,53 trong đó uc= uxích.uhộp Phân phối tỷ số truyền cho hộp và cho bộ truyền ngoài: Bộ truyền ngoài là bộ truyền xích, còn hộp giảm tốc là bộ truyền bánh răng phân đôi cấp nhanh. Vậy ta sẽ có : Chọn uxích = 3 uhộp = 60,53/3 = 20,18 uhộp = u1*u2 u1: tỷ số truyền cấp nhanh. u2: tỷ số truyền cấp chậm. 3. Phân phối tỷ số truyền cho các cấp trong hộp giảm tốc: Theo đề bài thì do hộp giảm tốc là hộp giảm tốc phân đôi (ở) cấp nhanh. Cho nên để phân phối tỉ số truyền cho các cấp bánh răng trong hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ phân đôi thỏa mãn đồng thời cả ba chỉ tiêu : khối lượng nhỏ nhất, mômen quán tính thu gọn nhỏ nhất và thể tích các bánh nhúng trong dầu ít nhất thì ta sử dụng bảng 3.1., ta tra được với tỉ số truyền của hộp là uh = 20 thì : u1= 5,69, u2= 3,51 Chọn u1= 5,7 Þ u2= 3,54 Ta tính lại giá trị uxích theo u1, u2 trong hộp giảm tốc uxích =uc/(u1.u2)= 60,53/(5,7*3,54) = 3,02 Kết luận : uhộp = 20, u1= 5,7, u2=3,54, uxích= 3 4. Xác định các thông số trên các trục hộp giảm tốc: a) Bao gồm các thông số : Công suất Pi; số vòng quay ni ; và mômen Ti (i= 1…3): Pi = Pi+1/ ni+1= ni/ui..i+1 Ti= 9,55..Pi/ni Pct = F.V/1000 = 3,96 (kW) Þ Ptd =Pct*b = 3,3626 kW Công suất : PIII= ptd/(xích) = 3,36/( 0,99.0,93) = 3,65 kW PII = PIII/= 3,65/(0,99.0,97) = 3,8 kW PI = PII/() = 3,8/(0,99.0,97) = 3,96 kW Số vòng quay : nđc= 1420 vg/ph. Do nối trục đàn hồi cho nên : nI = nđc =1420 vg/ph nII = nI/u1= 1420/5,7 = 249,12 vg/ph nIII = nII/u2 = 249,12 /3,54 = 70,37 vg/ph nct = 23,46 vg/ph Mô men : Tđc = 9,55**Pđc/nđc = 9,55*106*4,0/1420 =26.900 (Nmm) TI = 9,55*10*PI/nI = 9,55*10*3,96/1420 = 26.632 (N.mm) Þ T1’ = TI/2 = 13.316 (N.mm) TII = 9,55*10 *PII/nII = 9,55*10 *3,8/ 249,12 = 145.672 (N.mm) TIII = 9,55*10*PIII/nIII = 9,55*10*3,65/70,37 = 495.346 (N.mm) Tct = = 9,55*10*3,36/23,46 = 1.367.775 (N.mm) b) Lập giá trị bảng: Ta có bảng các thông số của hộp giảm tốc như sau : Trục đ/c I II III Trục c/t Khớp U1 = 5,7 U2 = 3,54 Ux = 3,0 P (kW) 4,0 3,96 3,8 3,65 3,36 n (vg/ph) 1420 1420 249,12 70,37 23,46 T (N.mm) 26.900 13.316 145.672 495.346 1.367.775 Hình vẽ: Hệ dẫn động băng tải PHẦN II: THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY I. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC: Để có thể chọn vật liệu phù hợp cho các cặp bánh răng thì ta phải xét đến mômen phân bố trên các trục, công suất trên các trục và số vòng quay trên các trục, cũng như các các cặp bánh răng truyền động ở trên các trục. Ở đây do phân đôi ở cấp nhanh cho nên mômen sẽ được giảm bớt ở trục I, và hai cặp bánh răng truyền động ở cấp nhanh bánh răng trụ nghiêng. Xét đến đặc điểm của bộ truyền bánh răng trụ nghiêng ta có: - Ăn khớp êm và tải trọng động giảm. - Tải trọng trên răng nghiêng nhỏ hơn trên răng thẳng. - Đường tiếp xúc nằm chếch trên mặt răng. Với các đặc điểm trên của các cặp bánh răng ở cấp nhanh thì ta có thể rút ra được kinh nghiệm: - Có thể chọn vật liệu của hai cặp bánh răng nghiêng ở bộ truyền cấp nhanh có độ cứng nhỏ hơn độ cứng của cặp bánh răng thẳng ở bộ truyền cấp chậm, tuy nhiên phải thỏa mãn ứng suất tải cho phép, độ bền tiếp xúc và độ bền uốn. - Do hộp giảm tốc là phân đôi cấp nhanh và ở cấp nhanh thì lại sử dụng hai cặp bánh răng trụ nghiêng ăn khớp cho nên có thể cặp bánh răng ở đây sẽ có bề dày tương đối nhỏ so với cặp bánh răng ăn khớp ở cấp chậm (lúc này mômen lớn), vì cấp chậm là bánh răng trụ thẳng ăn khớp với nhau. - Đặc tính làm việc sẽ thỏa mãn với đề bài ra là va đập nhẹ. A.TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN CẤP NHANH (Bánh răng trụ nghiêng ) 1. Chọn vật liệu: Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285 có b1= 850 Mpa, ch1= 580 Mpa, chọn HB1= 242 HB Bánh lớn: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192…240 có b2=750 Mpa,ch2= 450 Mpa, chọn HB2= 193 HB. 2. Xác định ứng suất cho phép: a. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép : Theo ct 6.1.ta có : = (/SH) ZR.ZV.KxH.KHL Chọn sơ bộ: ZR.ZV.KXH = 1 = .KHL/SH SH: hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc , theo bảng 6.2. SH= 1,1 : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở , Tra bảng 6.2. ta có : = 2HB + 70 = 2*242 + 70 = 554 (Mpa) = 2*193 + 70 = 456 (Mpa) Theo ct.6.3. ta có : KHL = với mH = 6 Trong đó: mH : bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc; mH = 6. KHL: hệ số tuổi thọ xét tới ảnh hưởng của thời gian phục vu và chế độ tải trọng của bộ truyền. NHO: số chu kỳ thay dổi ứng xuất cơ sở khi thử về tiếp xúc xác định theo ct.6.5. : NHO = 30.H ; (HB: độ rắn Brinen). NHO1 = 30.242= 1,58.10 NHO2 = 30.230 = 0,9.10 NHE: số chu kỳ thay đổi ứng xuất tương đương xác định theo ct 6.7. NHE = 60.c.(ni/ui)..ti./tck Trong đó : c : số lần ăn khớp trong 1 lần quay , c = 1 Ti,ni , ti : lần lượt là mô men xoắn số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét. NHE1= 60.c.(n1/u1). .ti./tck = 60*1**15000* (1*4/8 + 0,8*3/8)= 15,515*10> NHO1 = 1,58*10 KHL1 = 1. NHE2= 60.c.(n2/u2). .ti./tck = 60*1**15000*(1*4/8 + 0,8*3/8)= = 3,328*10>NHO2 = 0,9*10 KHL2 = 1. Vậy : 1 = 554*1/1,1 = 503,64 (Mpa). 2 = 456*1/1,1 = 414,5 (Mpa). Do bộ truyền là bộ truyền bánh trụ răng nghiêng cho nên : = (1 + 2 )/2 = (503,64 + 414,5)/2 = 459,07(Mpa) <1.25* 2 = 1,25*414,5 = 518,125 (Mpa). b. Xác định ứng suất uốn cho phép : Theo ct 6.2.ta có: = (/SF).YR.YS..KXF.KFC.KFL Chọn sơ bộ : YR.YS..KXF = 1 = (/SF). KFC.KFL : ứng xuất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở, tra bảng 6.2. ta được : = 1,8.HB = 1,8*242 = 435,6 Mpa = 1,8*193 = 347,4 Mpa SF : hệ số an toàn khi tính về uốn ,tra bảng 6.2. SF = 1,75 KFC: hệ số xét đến ảnh hưởng đăt tải, KFC = 1 khi tải đặt một phía (bộ truyền quay một chiều ) KFL: hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền, xác định theo ct 6.4. . KFL= với mF = 6, mF: bậc của đường cong mỏi khi thử về uốn NFO: số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn NFO = 4.10 (do vật liệu là thép 45) NFE : số chu kỳ thay đổi ứng xuất tương đương xác định theo ct 6.8. NFE = 60.c.(ni/ui)..ti./tck c: số lần ăn khớp trong 1 ần quay , c = 1 Ti,ni , ti : lần lượt là mô men xoắn số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét NFE1= 60.c.(n1/u1). .ti./tck = 60*1**15000*(1* + 0,8*) = 11,945*10> NFO1 = 4.10 KFL1 = 1 NFE2 = 60.c.(n2 /u2). .ti./tck = 60*1**15000* (1* + 0,9*) = 3,1434*10> NFO2 = 4.10 KFL2= 1 Vậy : = 435,6*1,1/1,75 = 248,9 MPa = 347,4*1,1/1,75 = 198,5 MPa Ứng xuất quá tải cho phép , theo ct 6.10. và ct 6.11.: max = 2,8. = 2,8.450 = 1260 MPa max = 0,8. = 0,8.580 = 464 MPa max = 0,8. = 0,8.450 = 360 Mpa 3. Tính thiết kế: a. Xác định sơ bộ khoảng cách trục: Theo ct 6.15a : aw1 = Ka.(u1 + 1)* T1 = 13.316 (Nmm), đây là mômen trên bánh xoắn chủ động. Theo bảng 6.6 : Trị số của các hệ số và Ta chọn : = 0,1 ÷ 0,2 Þ Chọn (Chọn theo dãy tiêu chuẩn ) Với răng nghiêng Þ tra theo bảng 6.5 : Trị số của các hệ số Ka, Kd và ZM : Hệ số Vật liệu bánh nhỏ và bánh lớn Loại răng Thép – Thép Ka, (Mpa1/3) Thẳng Nghiêng và chữ V 49,5 43 Kd, (Mpa1/3) Thẳng Nghiêng và chữ V 77 67,5 ZM - 274 Þ Chọn Ka = 43 (Do cặp bánh răng tiếp xúc là răng nghiêng) Theo ct 6.16. : Do đó theo bảng 6.7 (Trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng KHB và KFB) Þ Tra sơ đồ 3 ta có thể lấy Thay tất cả vào công thức trên ta sẽ được khoảng cách trục tính sơ bộ là : aw = Ta lấy aw1 ≥ aw= 119,11 (mm) Chọn aw1 = 125 (theo dãy tiêu chuẩn). b. Xác định các thông số ăn khớp: - Mô đun m: m = (0,01 Chọn mô đun pháp m = 2 - Tính số răng của bánh răng: Vì là bánh răng chữ v cho nên ta chọn sơ bộ Ta chọn z1 = 16 z2 = u1.z1 = 5,7*16 = 91,2 Þ Ta lấy z2 = 91 , zt = z1 + z2 = 16 + 91 = 107 Do đó tỷ số truyền thực sẽ là: um = z2/z1 = 91/16 = 5,6875 Sai số tỷ số truyền : Tính chính xác góc nghiêng : cos 4. Kiểm nghiệm: 4.1. Tính kiểm nhiệm răng về độ bền tiếp xúc: Yêu cầu phải đảm bảo , theo ct 6.33. ta có: = ZM ZH Ze Trong đó : ZM : hệ số xét đến ảnh hưởng cơ tính vật liệu, ZM = 274 MPa (Tra theo bảng 6.5: ở trên). Z: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng KH: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc b: chiều rộng vành răng , bw = (Trong đó ta chọn =0,3) dw1: đường kính vòng chia của bánh răng chủ động, dw1 = 2*aw1/(um + 1) = 2*125/(5,6875 + 1) 37,383 (mm). T1 = 13316 (Nmm) Theo ct 6.35.: Với : (Với góc prôfin gốc a được chọn theo TCVN 1065-71, a = 200). ZH : hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc Theo 6.34.: ZH = = Theo ct 6.37. : Do đó Theo ct 6.36c. ta có Z = , trong đó theo ct 6.38b.: Z = Theo ct 6.40. vận tốc bánh dẫn; v = Với v = 2,778 (m/s). Theo bảng 6.13 đối với răng trụ nghiêng v ≤ 4 (m/s) thì cấp chính xác là 9. Theo bảng 6.14. Với v ≤ 2,5 (m/s) theo cấp chính xác mức làm việc êm bằng 9 thì: KH = 1,13 và KF = 1,37 Theo ct 6.42.: Trong đó theo bảng 6.15 : ; . Theo bảng 6.16 : go = 73 Theo ct 6.41. : » 1,03 Theo ct 6.39. : Thay tất cả các giá trị vừa tính được vào công thức trên : (Mpa) Xác định chính xác ứng xuất tiếp xúc cho phép: Theo 6.1. với v = 2,38 (m/s) < 5 m/s , Zv = 1 với cấp chính xác động học là 9 ( Ta chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8 , khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra = 2,5…1,25  EMBED Equation.3 
 do đó zR = 0,95 với da < 700 mm  EMBED Equation.3 
 Do đó theo ct 6.1. và ct 6.1a ta có: Mpa thỏa mãn độ bền tiếp xúc 4.2 Kiểm nghiệm độ bền uốn: Phải đảm bảo điều kiện: Theo ct 6.43.: = Theo bảng 6.7. K = 1,14 theo bảng 6.14. với v < 2,5m/s và cấp chính xác 9 thì K= 1,37 Trang bảng 6.16. chọn go = 73 , theo bảng 6.15. Theo ct 6.47.: Do đó theo ct 6.46.: KFV = 1 + vF.bw.dw1/(2T1.K.K) = 1 + Với = 1,453 Y = 1/ = 1/1,453 =0,688 = 30,12 Y = = Số răng tương đương : zv1 = z1 /cos =16/0,865= 25 zv2 = z2 / cos = 91/0,865 =141 Theo bảng 6.18. ta được : YF1 = 3,675, YF2 = 3,6 Với m = 2 , YS = YR = 1 ( bánh răng phay) KXF = 1 (da < 400 mm ) Do đó theo ct 6.2. va ct 6.2a.: = Mpa Mpa Thay cá giá trị vừa tính được vào công thức trên: Mpa Theo ct 6.44.: Mpa 5. Kiểm nghiệm răng về độ quá tải: Theo ct 6.48.: với Kqt = Tmax / T = 1,4 Mpa < Mpa Theo ct 6.49.: 6. Các thông số của bộ truyền cấp nhanh : Thông số Giá trị Cấp nhanh Khoảng cách trục aw1 = 125 mm Mô đul m = 2 Chiều rộng vành răng bw = 20 mm Tỷ số truyền um = 5,678 Góc nghiêng của răng Số răng bánh răng z1 = 16 , z2 = 91 Hệ số dịch chỉnh x1 = 0,3; x2 = - 0,3 Đường kính vòng chia d1 = m.z1/cos = 2*16/0,865 = 37 mm d2 = m.z2/cos = 2*91/0,865 =210 mm Đường kính đỉnh răng da1 = d1 + 2*m = 37 + 2*2 = 41 mm da2 = d2 + 2*m = 210 + 2*2 = 214 mm Đường kính đáy răng df1 = mm df2 = d2 – 2,5*m = mm B. TÍNH BỘ TRUYỀN CẤP CHẬM (bánh trụ răng thẳng ): Do bộ truyền cấp chậm là bộ truyền bánh răng trụ thẳng, trong khi đó ở bộ truyền cấp nhanh là bộ truyền bánh răng trụ nghiêng và phân đôi ở đó Þ Sau khi truyền qua cả hai cặp bánh răng ở cấp nhanh thì tải trọng thay đổi đột ngột và sẽ truyền sang cấp chậm Þ Cấp chậm sẽ chịu tải rất lớn và mômen tác dụng lên trục sẽ rất lớn. Chính vì vậy, ta phải chọn vật liệu có độ rắn cao, giới hạn bền và giới hạn chảy cũng phải đủ lớn để đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật của bộ truyền cấp chậm. 1. Chọn vật liệu: Bánh nhỏ: thép 45 thường hóa đạt độ rắn HB 170…217 có b1= 600 Mpa, ch1= 340 Mpa, chọn HB1= 200 HB Bánh lón: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192…240 có b2=750 Mpa,ch2= 450 Mpa, chọn HB2= 195 HB. 2. Xác định ứng xuất cho phép: a. Xác định ứng xuất tiếp xúc cho phép : Theo ct 6.1.ta có : = (/SH) ZR.ZV.KXH.KHL Chọn sơ bộ: ZR.ZV.KXH = 1 = .KHL/SH SH: hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc , theo bảng 6.2. SH= 1,1 : ứng xuất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở , tra bảng 6.2. ta có: = 2HB + 70 = 2.200 + 70 = 470 Mpa Þ = 2.195 + 70 = 460 Mpa Theo ct.6.3. ta co : KHL = với mH = 6 mH : bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc KHL: hệ số tuỏi thọ xét tới ảnh hưởng của thời gian phục vu và chế độ tải trọng của bộ truyền NHO: số chu kỳ thay dổi ứng xuất cơ sở khi thư về tiếp xúc xác định theo ct.6.5. : NHO = 30.H ; HB: độ rắn Brinen NHO1 = 30.200= 0,99.10 NHO2 = 30.195 = 0,94.10 NHE: số chu kỳ thay đổi ứng xuất tương đương xác định theo ct 6.7. NHE = 60.c.(ni/ui)..ti./tck c: số lần ăn khớp trong 1lần quay , c = 1 Ti,ni , ti : lần lượt là mô men xoắn số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét NHE1= 60.c.(n1/u1). .ti./tck = 60*1**15000*(1.4/8 + 0,8.3/8) = 3,5721*10> NHO1 = 0,99.10 KHL1 = 1, NHE2 = 60.c.(n2/u2). .ti./tck = 60.1..15000.(1.4/8 + 0,8.3/8) = 1,125.10>NHO2 = 0,94.10 KHL2 = 1, Vậy : 1 = 470.1/1,1 = 427 Mpa 2 = 460.1/1,1 = 418 Mpa Vì bộ truyền là bánh trụ răng thẳng nên : = min (1:2) = 418 Mpa b. Xác định ứng xuất uốn cho phép : Theo ct 6.2.ta có: = (/SF).YR.YS..KXF.KFC.KFL Chọn sơ bộ : YR.YS..KXF = 1 = (/SF). KFC.KFL : ứng xuất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở , tra bảng 6.2. = 1,8.HB = 1,8.200 = 360 Mpa = 1,8.195 = 351 Mpa KFC: hệ số xét đến ảnh hưởng đăt tải, KFC = 1 khi tải đặt một phía (bộ truyền quay một chiều ) KFL: hệ số tuổi thọ xét tới ảnh hưởng của thời gian phục vu và chế độ tải trọng của bộ truyền , xác định theo ct 6.4. . KFL= với mF = 6, mF: bậc của đường cong mỏi khi thử về uốn NFO: số chu kỳ thay đổi ứng xuất cơ sở khi thử về uốn NFO = 4 10 vì vật liệu là thép 45 NFE : số chu kỳ thay đổi ứng xuất tương đương xác định theo ct 6.8. NFE = 60.c.(ni/ui)..ti./tck c: số lần ăn khớp trong 1 ần quay , c = 1 Ti,ni , ti : lần lượt là mô men xoắn số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét NFE1= 60.c.(n1/u1). .ti./tck = 60*1* *15000*(1* + 0,8*) =3,5721*10> NF01 = 4.10 KFL1 = 1 NFE2=60.c.(n2 /u2). .ti./tck = 60*1**14000* (1. + 0,9.) =1,125.10> NF02 = 4.10 KFL2= 1 Vậy : = 360.1.1/1,75 = 226 MPa = 351.1.1/1,75 = 220 MPa Ứng suất quá tải cho phép : max = 2,8. = 2,8.450 = 1260 MPa max = 0,8. = 0,8.340 = 272 MPa max = 0,8. = 0,8.450 = 360 Mpa 3. Tính thiết kế: a. Xác định sơ bộ khoảng cách trục : aw1 = Ka(u1+1) T1 = 145672 Nmm _ mô men xoắn trên bánh chủ động Ka = 49,5 ( răng thẳng) Hệ số = bw / aw theo bảng 6.6. chọn = 0,5 Theo ct 6.16. = 0,5. .(u1 + 1) = 0,5.0,5.(3,54 + 1) = 0,908 Tra sơ đồ 5 bảng 6.7.(Sơ đồ 7) ta được K= 1,03 u1= 3,54; = 418 Mpa Thay số ta được khoảng cách trục: aw1 = 49,5*(3,54 + 1). = 156,53 (mm) Chọn aw1 = 160 (mm) b. Xác định các thông số ăn khớp: Mô đun m: Theo ct 6.17. m = (0,01 0,02)aw1 = ( 0,01 0,02).160 = (1,6 3,2) mm Theo bảng 6.8. chọn m = 3 Số răng z1 = 2*aw1/ = 2*160/ = 23,49 Lấy z1 = 23, z2 = u1.z1 = 3,54*23 = 81,42 , lấy z2 = 81 , zt = z1 + z2 = 23 + 81 = 104. Do đó tỷ số truyền thực sẽ là: um = z2/z1 = 81/23 = 3,52 Tính lại khoảng cách trục: aw1 = m.zt/2 = 3*104/2 = 156 (mm) Ta chọn aw1 = 160 (mm) Theo ct 6.27. góc ăn khớp cos = zt.m.cos/(2.aw1) = 104*3*cos20/(2.160) = cos20o = 200 4. Tính kiểm nghiệm: 4.1. Tính kiểm nghiệm theo độ bền tiếp xúc: Yêu cầu phải đảm bảo , theo ct 6.33. ta có: = ZM ZH Ze Trong đó : ZM : hệ số xét đến ảnh hưởng cơ tính vật liệu ZH : hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc Z: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng KH : hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc bw : chiều rộng vành răng dw1: đường kính vòng chia của bánh răng chủ động T1 = 145672 (Nmm), bw = *aw1 = 0,4*160 = 64 (mm) ZM = 274 MPa ( tra theo bảng 6.5. ) Theo 6.34.: ZH = = = 1,65 um = 81/23 = 3,52 Đường kính vòng lăn bánh nhỏ: dw1 = 2.aw1 / ( um + 1) = = 80 (mm) Với bánh răng thẳng dùng ct 6.36a. để tính : Z = Z: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng : hệ số trùng khép ngang , tính gần đúng theo ct 6.38b. = .cos : góc nghiêng của răng , với răng thẳng = 0 = 1,728 Z = = 0,87 KH; hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc, tính theo ct 6.39. KH = KH.KH.KHV Theo bảng 6.7. KH = 1,1; KH = 1( bánh răng thẳng) Theo ct 6.41.: KHV = 1 + Vận tốc ban đầu : v = = 3,14*80,97*249,12/60000 = 1,056 (m/s) Vì v <2 (m/s) tra bảng 6.13. chọn cấp chính xác 9 tra bảng 6.16. Þ Ta chọn go = 73 Theo ct 6.42.: v. Trong đó ; (tra theo bảng 6.15.): = 3,13 Do đó : KHV = 1 + = 1,066 KH = 1,03*1*,1066 = 1,0918 Thay số: = 274*1,0918*0,87* = 239,51 Mpa Tính chính xác ứng xuất tiếp xúc cho phép : = .ZR.ZV.KXH Với v = 1,056 (m/s) ZV = 1 (vì v < 5 m/s ), cấp chính xác động học là 9, và mức chính xác tiếp xúc là 9 , khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra = 2,5…1,25 Do đó ZR = 0,95 với da KXH = 1 = 418*0,95*1,1 = 436,81 (Mpa) Þ Thỏa mãn độ bền tiếp xúc. 4.2. Kiểm nghiệm răng theo độ bền uốn: Phải đảm bảo điều kiện: Theo ct 6.43.: = Theo bảng 6.7. K = 1,22, theo bảng 6.14. với v < 2 m/s ta có được cấp chính xác 9. Khi đó tra theo bảng 6.14 thì KF = 1,37 Tra bảng 6.16. chọn go = 73 , theo bảng 6.15. Theo ct 6.47.: Do đó theo ct 6.46.: KFV = 1 + vF.bw.dw1/(2T1.K.K) = 1 + =1,177 Với = 1,728 Y = 1/ = 1/1,677 = 0,579 = 0 Y = = 1 Số răng tương đương : Zv1 = Z1/ = 23/1 = 23. Zv2 = Z2/ = 81/1 = 81. Theo bảng 6.18. ta được : YF1 = 4,28, YF2 = 3,57 Với m = 3 , YS = YR = 1 ( bánh răng phay) KXF = 1 (da < 400 mm ) Do đó theo ct 6.2. và ct 6.2a.: = Mpa Mpa Thay cá giá trị vừa tính được vào công thức trên: Mpa Theo ct 6.44.: Mpa 4.3. Kiểm nghiệm răng về độ quá tải: Theo ct 6.48.: với Kqt = Tmax / T = 1,4 Mpa < Mpa Theo ct 6.49.: 5. Các thông số của bộ truyền cấp chậm: Ta có bảng 2: Thông số Giá trị Cấp chậm Modul m = 3 Chiều rộng vành răng bw = 64 mm Hệ số dịch chỉnh x1 = 0,3 x2 = - 0,3 Khoảng cách trục aw2 = 160 mm Đường kính vòng chia Số răng z3 = 23, z4 = 81 Đường kính đỉnh răng Đường kính đáy răng Tỷ số truyền um = 3,52 Như vậy ta có bảng thông số chính của các bộ truyền trong hộp giảm tốc như sau : Các thông số cơ bản của hệ truyền động bánh răng. Kí hiệu Bộ truyền cấp nhanh Bộ truyền cấp chậm Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn Modul. m 2 2 3 3 Số răng. z 16 91 23 81 Hệ số chiều rộng vành răng Chiều rộng vành răng. bw Đường kính chia. d Đường kính lớn. dw Đường kính đỉnh răng. da Đường kính đáy răng. df Đường kính cơ sở. db Góc nghiêng răng. Hệ số dịch chỉnh xt 6. Kiểm tra điều kiện bôi trơn : da2 : đường kính của bánh bị dẫn của bộ truyền cấp nhanh. da4 : đường kính của bánh bị dẫn của bộ truyền cấp chậm. Thỏa mãn điều kiện bôi trơn. II.TÍNH BỘ TRUYỀN NGOÀI XÍCH : 1. Chọn loại xích: Vì tải trọng nhỏ và vận tốc thấp cho nên ta dùng xích con lăn 2. Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích : Theo bảng 5.4: với ux = 3 chọn số răng đĩa nhỏ z1 = 25 Số răng đĩa lớn z2 = u.z1 = 3.25 = 75 <zmax = 120 Theo ct 5.3. công suất tính toán : Pt = P*k*kz*kn Trong đó : P: là công suất cần truyền P = 3,65 (kw) kz = z01/z1 = 25/z1 – hệ số răng; z01- số răng đĩa xích chủ động của bộ truyền thí nghiệm kz = 25/25 = 1 kn =n01/n1 – hệ số số vòng quay, Với : n01 = 50 (vg/ph) là số vòng quay đĩa nhỏ trên trục chủ động của bộ truyền thí nghiệm. n1 = 70,37 là số vòng quay thực trên trục chủ động ._.