Hướng dẫn Đồ án Chi tiết máy

ch 13 4 Xác định khoảng cách trục và số mắt xích 14 5 Kiểm nghiệm xích về độ bền 14 6 Xác định thông số của đĩa xích 15 7 Xác định lực tác dụng lên trục 16 8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích 17 IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG 18 1 Chọn vật liệu bánh răng 18 2 Xác định ứng suất cho phép 19 3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 21 4 Xác định các thông số ăn khớp 21 4.1 Mô đun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.2 Xác định số răng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.3 Xác định lại khoảng cách trục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.4 Xác định hệ số dịch chỉnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.5 Xác định góc ăn khớp tw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 5 Xác định ứng suất cho phép 22 6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 23 6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 7 Một số thông số khác của cặp bánh răng 26 8 Tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng 26 V TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG 27 1 Chọn vật liệu bánh răng 27 2 Xác định ứng suất cho phép 28 3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 30 4 Xác định các thông số ăn khớp 30 4.1 Mô đun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.2 Xác định số răng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.3 Xác định góc nghiêng của răng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2 4.4 Xác định góc ăn khớp tw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5 Xác định các thông số động học và ứng suất cho phép 31 6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 32 6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 7 Một số thông số khác của cặp bánh răng 35 8 Tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng 35 VI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 36 1 Chọn vật liệu bánh răng 36 2 Xác định ứng suất cho phép 37 3 Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài 39 4 Xác định các thông số ăn khớp 39 4.1 Mô đun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2 Xác định số răng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.3 Xác định góc côn chia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.4 Xác định hệ số dịch chỉnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.5 Xác định đường kính trung bình và chiều dài côn ngoài . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5 Xác định ứng suất cho phép 40 6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 41 6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 7 Thông số hình học của cặp bánh răng 44 8 Tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng 45 3 TÍNH ĐỘNG HỌC Dữ liệu cho trước: Thiết kế băng tải Thiết kế xích tải Lực kéo băng tải F = ... N Lực kéo xích tải F = ... N Vận tốc băng tải v = ... m/s Vận tốc xích tải v = ... m/s Đường kính tang D = ... mm Số răng đĩa xích tải z = ... Bước xích tải p = ... mm Mục tiêu: • Xác định được công suất và số vòng quay cần thiết của động cơ, từ đó chọn lựa được loại động cơ phù hợp • Xác định được tỉ số truyền của bộ truyền trong (bánh răng) và bộ truyền ngoài (đai hoặc xích) • Xác định được công suất, mômen xoắn của các bộ truyền Phương pháp: • Từ dữ liệu của băng tải (xích tải), xác định được công suất và số vòng quay làm việc. • Kết hợp với hiệu suất của các bộ phận trong hệ dẫn động, xác định được công suất cần thiết của động cơ • Tỉ số truyền của bộ truyền trong và ngoài chưa biết, tuy nhiên có thể chọn sơ bộ tỉ số truyền trong các khoảng hợp lý (xem tài liệu tham khảo). Lưu ý, để đảm bảo kích thước của bộ truyền ngoài không quá lớn với bộ truyền trong thì tỉ số truyền của bộ truyền trong phải lớn hơn tỉ số truyền của bộ truyền ngoài. • Sau khi chọn sơ bộ các tỉ số truyền, xác định tỉ số truyền chung (sơ bộ) của hệ dẫn động và xác định được số vòng quay cần thiết của động cơ • Dựa vào công suất cần thiết và số vòng quay của động cơ, chọn động cơ thoả mãn hai điều kiện sau. Công suất của động cơ được chọn phải lớn hơn công suất cần thiết (nhưng không được chênh lệch quá nhiều, gây lãng phí). Số vòng quay của động cơ gần với số vòng quay cần thiết (nếu không chọn được thì phải thay đổi tỉ số truyền sơ bộ và xác định lại số vòng quay cần thiết của động cơ) • Sau khi chọn được động cơ, xác định chính xác tỉ số truyền của hệ dẫn động. Từ đó xác định chính xác tỉ số truyền của bộ truyền trong và ngoài • Từ các tỉ số truyền đã xác định ở trên, kết hợp với công suất của băng tải (xích tải), xác định được công suất và mô men xoắn của các bộ truyền (mô men xoắn trên các trục) 1 Chọn động cơ điện 1.1 Công suất làm việc Plv = F  v 1000 = : : : (kW) Chú ý: với đề 3 Plv = 2 F  v 1000 = : : : (kW) 4 1.2 Hiệu suất hệ dẫn động Trong thực thế, băng (xích) tải được thiết kế hoặc chế tạo trước. Sau đó mới thử nghiệm, tính toán để xác định chính xác lực và vận tốc phù hợp với nhu cầu. Với đồ án này, nhiệm vụ của sinh viên là chọn động cơ và thiết kế bộ phận giảm tốc, do vậy khi tính toán các bạn không cần kể đến các bộ phận của băng (xích) tải. Hiệu suất của hệ dẫn động (giảm tốc) cụ thể như sau:  = br 2 ôlđ(x)kn Tra bảng (2.3)[1](trang 19): • Hiệu suất bộ truyền đai (xích) đ(x) = : : : • Hiệu suất bộ truyền bánh răng br : : : • Hiệu suất một cặp ổ lăn ôl = : : : • Hiệu suất khớp nối kn = 1 Do vậy:  = br 2 ôlđ(x)kn = : : : 1.3 Công suất cần thiết trên trục động cơ Pyc = Plv  = : : : (kW) 1.4 Số vòng quay trên trục công tác Với hệ dẫn động băng tải nlv = 60000 v  D = : : : (v/ph) Với hệ dẫn động xích tải nlv = 60000 v z  p = : : : (v/ph) 1.5 Chọn tỉ số truyền sơ bộ Chọn sơ bộ: • Tỷ số truyền của bộ truyền xích ux = 2 : : : 3 • Tỷ số truyền của bộ truyền đai uđ lấy theo dãy 2; 2;24; 2;5; 2;8; 3;15. • Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ ubr = 4 : : : 5 • Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng côn ubr = 3;5 : : : 4 Tỷ số truyền sơ bộ usb = uđ(x)  ubr =





= : : : 1.6 Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ nsb = nlv  usb =





= : : : (v/ph) 5 1.7 Chọn động cơ Tra bảng ở phục lục trong tài liệu [1], chọn động cơ thỏa mãn các yêu cầu: nđc  nsb = : : : (v/ph) Pđc  Pyc = : : : (kW) Chú ý: Ưu tiên động cơ có công suất gần với Pyc nhất. Thông số động cơ được chọn: • Ký hiệu động cơ: ... • Công suất động cơ P = : : : (kW) • Vận tốc quay n = : : : (vòng/phút) • Đường kính động cơ d = : : : (mm) 2 Phân phối tỷ số truyền Ở phần trên, tỷ số truyền của hệ dẫn động được tính sơ bộ. Sau khi chọn được động cơ, cần phải tính và phân phối tỷ số truyền. Các bước như sau: Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động uch = nđc nlv = : : : Có thể chọn tỷ số truyền của bộ truyền đai (xích) trước sau đó từ uch tính được tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng (ubr = uch/uđ(x)) hoặc ngược lại chọn tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trước. Chú ý: tỷ số truyền đai, xích, bánh răng phải phù hợp với giá trị trong khoảng cho phép. Cụ thể: • Tỷ số truyền của bộ truyền xích ux = 2 : : : 3 • Tỷ số truyền của bộ truyền đai uđ lấy theo dãy 2; 2;24; 2;5; 2;8; 3;15. • Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ ubr = 4 : : : 5 • Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng côn ubr = 3;5 : : : 4 3 Tính các thông số trên trục 3.1 Công suất Công suất trên các trục được tính từ trục công tác (trục làm việc) Công suất trên trục công tác Pct = Plv = : : : (kW) Công suất trên trục 2 (trục ra của hộp giảm tốc) P2 = Pct x = : : : (kW) (đề 1; 3) P2 = Pct kn = : : : (kW) (đề 2; 4) 6 Công suất trên trục 1 (trục vào của hộp giảm tốc) P1 = P2 ôlbr = : : : (kW) Công suất thực tế trên trục động cơ Pđc = P1 ôlkn = : : : (kW) (đề 1; 3) Pđc = P1 ôld = : : : (kW) (đề 2; 4) 3.2 Số vòng quay Số vòng quay trên các trục được tính từ trục động cơ, theo số vòng quay động cơ đã chọn. Số vòng quay trên trục động cơ nđc = : : : Số vòng quay trên trục 1 n1 = nđc = : : : (v/ph) (đề 1; 3) n1 = nđc uđ = : : : (v/ph) (đề 2; 4) Số vòng quay trên trục 2 n2 = n1 ubr = : : : (v/ph) Số vòng quay trên trục công tác nct = n2 ux = : : : (v/ph) (đề 1; 3) nct = n2 = : : : (v/ph) (đề 2; 4) 3.3 Momen xoắn Momen xoắn trên các trục tính theo công thức Ti = 9;55 106  Pi ni trong đó Pi và ni là công suất và số vòng quay trên trục i Momen xoắn trên trục động cơ Tđc = 9;55 106  Pđc nđc = : : : (Nmm) Momen xoắn trên trục 1 T1 = 9;55 106  P1 n1 = : : : (Nmm) Momen xoắn trên trục 2 T2 = 9;55 106  P2 n2 = : : : (Nmm) Momen xoắn trên trục công tác Tct = 9;55 106  Pct nct = : : : (Nmm) 7 3.4 Bảng thông số Sau khi xác định được thông số trên các trục, kết quả được tổng hợp trong bảng thông số. Động cơ Trục 1 Trục 2 Trục công tác Tỷ số truyền ukn (hoặc uđ) ubr ux (hoặc ukn) Công suất P (kW) Pđc P1 P2 Pct Số vòng quay n (v/ph) nđc n1 n2 nct Momen xoắn T (Nmm) Tđc T1 T2 Tct Chú ý: 1. Công suất của động cơ là công suất thực tế đã tính ở trên, không phải là công suất danh nghĩa 2. Để đảm bảo kích thước của hộp giảm tốc không quá nhỏ (dẫn đến khó chọn lựa các chi tiết), đề nghị sinh viên tính khoảng cách a như sau: a = 1;23 (ubr + 1) 3 r T1 ubr • Nếu 120  a : đạt yêu cầu • Nếu a < 120 cần phải tính toán lại từ mục 2. Phân phối tỷ số truyền, cụ thể là phải tăng ubr 8 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG Thông số yêu cầu: • P1 = : : : (kW) • n1 = : : : (v/ph) • u = : : : • Hệ số tải trọng động kđ Mục tiêu: • Xác định thông số của đai thang thoả mãn yêu cầu tải (thông số yêu cầu) • Bộ truyền đai thang phải có kích thước hợp lý (ví dụ khoảng cách trục không quá lớn, số lượng đai không quá nhiều) Phương pháp: • Thiết kế bộ truyền đai dựa trên chỉ tiêu khả năng kéo và tuổi thọ • Đai là chi tiết có sẵn, thiết kế đai là quá trình chọn đai để thoả mãn các chỉ tiêu trên 1 Chọn loại đai và tiết diện đai Chọn loại đai thang: (hay sử dụng đai thường hoặc đai hẹp) Tra đồ thị 4.1[1](trang 59) với các thông số P = : : : (kW) và n1 = : : : (v/ph), chọn được tiết diện đai : : : : 2 Chọn đường kính hai bánh đai d1 và d2 Tra bảng 4.13[1](trang 59) được giới hạn đường kính bánh đai nhỏ. Chọn d1 theo tiêu chuẩn cho trong bảng 4.21[1] (trang 63) phần chú thich. Kiểm tra về vận tốc đai v =   d1  n1 60000 = : : : : : : =


< vmax vmax = 25 (m/s) với đai thang thường và vmax = 40 (m/s) với đai thang hẹp. Nếu không thỏa mãn thì giảm d1 và tính lại. Xác định d2 theo công thức d2 = u d1  (1 ) Chọn hệ số trượt  = 0:02, do vậy d2 = u d1  (1 0:02) = : : : Theo bảng 4.21[1] (trang 63) phần chú thích chọn d2 : : : (mm). 9 Chú ý: chọn d2 gần với giá trị vừa tính được nhất. Tỷ số truyền thực tế ut = d2 d1(1 ) = : : : : : : = : : : Sai lệch tỷ số truyền
u = ut uu  100% = : : :% < 4% Nếu sai chọn lại d1 và tính lại 3 Xác định khoảng cách trục a Khoảng cách trục sơ bộ được xác định theo công thức asb = 1;5d2 Dựa vào ut = : : : , tra bảng 4.14[1](trang 60), chọn a d2 = : : : , từ đó tính được asb = : : : (mm). Chiều dài đai L L = 2asb +  d1 + d2 2 + (d2 d1)2 4asb Thay số được L = : : : Dựa vào bảng 4.13[1](trang 59), chọn L theo tiêu chuẩn, L = : : : . Chú ý: chọn L gần với giá trị tính được nhất và là giá trị hay sử dụng. Số vòng chạy của đai trong 1(s) là i = v L = : : : : : : = : : : Kiểm tra i < imax = 10 (m/s). Nếu không thỏa mãn: giảm L hoặc chọn lại d1, d2. Tính chính xác khoảng cách trục: a = + p 2 8
2 4 trong đó:  = L d1 + d2 2 = : : :
= d1 + d2 2 = : : : Tính được a = : : : (mm). Xác định góc ôm trên bánh đai nhỏ 1: 1 = 180  57 (d2 d1) a = Kiểm tra điều kiện 1


 120 Nếu không thỏa mãn: tăng L hoặc thay đổi d1, d2. 10 4 Tính số đai Z Z = P1Kd [P0]CCLCuCZ ; trong đó: P1: công suất trên trục bánh chủ động P1 = (kW) [P0]: công suất cho phép. Tra bảng 4.19[1](trang 62) hoặc bảng 4.20[1](trang 62) theo tiết diện đai : : : , d1 = : : : (mm) và v = : : : (m/s), được: • [P0] = : : : (kW) • L0 = : : : (mm) Kd: hệ số tải trọng động. Tra bảng 4.7[1](trang 55), đượcKd = : : : C: hệ số ảnh hưởng của góc ôm Với  = 150 : : : 180 C = 1 0:0025 (180 ) = : : : Với  = 120 : : : 150, tra bảng 4.15[1](trang 61) với  = : : : được C = : : : CL: hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai. Tra bảng 4.16[1](trang 61) với L L0 = : : : : : : , được CL = : : : . Cu: hệ số ảnh hưởng của tỷ số truyền. Tra bảng 4.17[1](trang 61) với ut = : : : , được Cu = : : : CZ : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai. Tra bảng 4.18[1](trang 61) theo Z 0 = P [P0] = : : : : : : = : : : , được CZ = : : : . Số đai Z = PKd [P0]CCLCuCZ = : : : Chọn Z = : : : (là số nguyên và lớn hơn giá trị vừa tính được). 5 Tổng hợp các thông số của bộ truyền đai thang Thông số Ký hiệu Loại đai ... Đường kính bánh đai nhỏ d1 ... mm Đường kính bánh đai lớn d2 ... mm Số đai Z ... Khoảng cách trục a ... mm Góc ôm bánh đai nhỏ 1 : : : Lực căng ban đầu F0 ... N Lực tác dụng lên trục Fr ... N 11 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH Điều kiện làm việc: (lấy từ đầu đề thiết kế) • Đặc tính làm việc: • Số ca: • Góc nghiêng  = Thông số yêu cầu: (lấy từ phần kết quả động học) • P = PII = : : : (kW) (Ký hiệu II có nghĩa là trục 2) • T1 = TII = : : : (Nmm) • n1 = nII (v/ph) • u = ux Chú ý: với đề 3 • P = PII 2 = : : : (kW) • T1 = TII 2 = : : : (Nmm) • n1 = nII (v/ph) • u = ux Mục tiêu: • Xác định thông số của bộ truyền xích thoả mãn yêu cầu • Bộ truyền xích phải có kích thước hợp lý (ví dụ khoảng cách trục không quá lớn, số dãy xích không quá nhiều) Phương pháp: • Thiết kế bộ truyền xích dựa trên chỉ tiêu đảm bảo độ bền mòn • Xích là chi tiết có sẵn, thiết kế xích là quá trình chọn xích để thoả mãn các chỉ tiêu trên 1 Chọn loại xích Chọn xích ống con lăn (trong đồ án này, chỉ dùng xích ống con lăn do tải trọng không lớn) 12 2 Chọn số răng đĩa xích • Z1 = 29 2u =


 19, nếu không thỏa mãn lấy Z1 = 19 • Z2 = uZ1 =


 Zmax, nếu không thỏa mãn thì phải giảm Z1 và tính lại • Lưu ý: số răng đĩa xích nên chọn là số lẻ Tỷ số truyền thực tế ut = Z2 Z1 = : : : Sai lệch tỷ số truyền
u = ut uu  100% = : : :% Kiểm nghiệm
u < 4%, nếu sai chọn lại Z1 và tính lại. 3 Xác định bước xích Bước xích p được tra theo bảng 5.5[1](trang 81) với điều kiện Pt  [P ]. Pt: công suất tính toán. Pt = P k kz kn • P : công suất bộ truyền. P = : : : (kW) • Chọn bộ truyền xích tiêu chuẩn có số răng Z01 = 25, vận tốc đĩa xích nhỏ n01 chọn gần với n1 nhất và nằm trong dãy 50, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1600 (v/ph). Từ đó tính được hệ số răng kz: kz = z01 z1 • kn: hệ số vòng quay kn = n01 n1 • k = k0 ka kdc kbt kd kc với – k0: hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền. Tra bảng 5.6[1](trang 82) với  = : : :, được k0 = : : : . – ka: hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích. Chọn a = (30 50) p sau đó tra bảng 5.6[1](trang 82), được ka = 1 – kdc: hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích. Tra bảng 5.6[1](trang 82) được kdc = : : : – kbt: hệ số ảnh hưởng của bôi trơn. Tra bảng 5.6[1](trang 82) được kbt = : : : – kd: hệ số tải trọng động. Tra bảng 5.6[1](trang 82) được kd = : : : – kc: hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền. Tra bảng 5.6[1](trang 82) với số ca làm việc : : : được kc = : : : Thay số k = k0 ka kdc kbt kd kc = : : : 13 Do vậy Pt = P k kz kn = : : : (kW) Tra bảng 5.5[1](trang 81) với điều kiện Pt =


 [P ] và n01 = : : : (v/ph), được: • Bước xích p = : : : (mm) • Đường kính chốt dc = : : : (mm) • Chiều dài ống B = : : : (mm) • Công suất cho phép [P ] = : : : (kW) 4 Xác định khoảng cách trục và số mắt xích Chọn sơ bộ a = 40 p Số mắt xích x = 2 a p + Z1 + Z2 2 + (Z2 Z1)2 p 4 2 a = : : : Chọn số mắt xích là số chẵn x = : : : Tính lại khoảng cách trục a = p 4 24x Z1 + Z2 2 + s x Z1 + Z2 2 2 2  Z2 Z1  235 = : : : Để xích không quá căng cần giảm a một khoảng:
a = 0:003 a = : : : (mm) Do vậy a = a
a = : : : (mm) Số lần va đập của xích i i = Z1 n1 15x = : : : Tra bảng 5.9[1](trang 85) với loại xích ống con lăn và bước xích p = : : : (mm) được số lần va đập cho phép của xích [i] = : : : . Kiểm tra i  [i], nếu sai phải tăng x và tính lại a và i. 5 Kiểm nghiệm xích về độ bền s = Q kd Ft + F0 + Fv  [s] • Q: tải trọng phá hỏng. Tra bảng 5.2[1](trang 78) với p = : : : (mm) được – Q = : : : (N) – Khối lượng 1m xích q = : : : (kW) 14 • kd: hệ số tải trọng động Chế độ làm việc trung bình kd = 1:2 • Ft: lực vòng Ft = 1000P v = : : : (N) • Fv: lực căng do lực ly tâm sinh ra. Fv = q v 2 = : : : (N) • F0: lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra: F0 = 9:81 kf q a kf : hệ số phụ thuộc độ võng của xích. Nếu  = 0, kf = 6 Nếu   40, kf = 4 Nếu  > 40, kf = 2 Nếu  = 90, kf = 1 F0 = 9:81 kf q a = : : : (N) • [s]: hệ số an toàn cho phép. Tra bảng 5.10[1](trang 86) với p = : : : (mm) và n1 = : : : (v/ph), được [s] = : : : Kiểm nghiệm s = Q kd Ft + F0 + Fv =


 [s] Nếu sai thì phải tăng bước xích và tính lại. 6 Xác định thông số của đĩa xích Đường kính vòng chia d1 = p sin   Z1  = : : : (mm) d2 = p sin   Z2  = : : : (mm) Đường kính đỉnh răng da1 = p  0:5 + cot   Z1  = : : : (mm) da2 = p  0:5 + cot   Z2  = : : : (mm) Tra bảng 5.2[1](trang 78), được d01 = : : : (mm). Bán kính đáy r = 0:5025 d01 + 0:05 = : : : (mm) Đường kính chân răng df1 = d1 2 r = : : : (mm) 15 df2 = d2 2 r = : : : (mm) Kiểm nghiệm răng đĩa xích về độ bền tiếp xúc H = 0:47 r kr (FtKd + Fvd) E Akd trong đó: • Kd: hệ số tải trọng động (đã xác định ở mục 5) • A: diện tích chiếu của bản lề. Tra bảng 5.12[1](trang 87) với p = : : : (mm) được A = : : : • kr: hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích. Tra bảng (trang 87) với Z1 = : : : được kr = : : : • kd: hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các dãy xích. Nếu dùng 1 dãy xích kd = 1 • kvd: lực va đập trên m dãy xích Fvd = 13 107 n1 p3 = : : : (N) Thay số được: H = 0:47 r kr (FtKd + Fvd) E Akd = : : : (MPa) Tra bảng 5.11[1](trang 86) chọn vật liệu làm đĩa xích là ..., với các đặc tính ..., có [H ] = : : : (MPa)  H (MPa) 7 Xác định lực tác dụng lên trục Fr = kx Ft trong đó: kx = 1:15 nếu   40 kx = 1:05 nếu  > 40 Fr = kx Ft = : : : (N) 16 8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích Thông số Ký hiệu Loại xích xích ống con lăn Bước xích p ... mm Số mắt xích x ... Chiều dài xích L ... mm Khoảng cách trục a ... mm Số răng đĩa xích nhỏ Z1 ... Số răng đĩa xích lớn Z2 ... Đường kính vòng chia đĩa xích nhỏ d1 ... mm Đường kính vòng chia đĩa xích lớn d2 ... mm Đường kính vòng đỉnh đĩa xích nhỏ da1 ... mm Đường kính vòng đỉnh đĩa xích lớn da2 ... mm Bán kính đáy r ... mm Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ df1 ... mm Đường kính chân răng đĩa xích lớn df2 ... mm Lực tác dụng lên trục Fr ... N 17 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG Thông số yêu cầu: • P = PI = : : : (kW) • T1 = TI = : : : (Nmm) • n1 = nI (v/ph) • u = ubr • Lh = (giờ) Mục tiêu: • Xác định thông số của bộ truyền bánh răng thoả mãn độ bền • Bộ truyền bánh răng phải có kích thước hợp lý (ví dụ khoảng cách trục không quá lớn hoặc quá nhỏ) Phương pháp: • Thiết kế bộ truyền bánh răng dựa trên chỉ tiêu đảm bảo độ bền mỏi tiếp xúc và uốn. • Phương pháp thiết kế bánh răng phải theo chuẩn, hướng dẫn dưới đây là rút gọn của chuẩn ISO 1 Chọn vật liệu bánh răng Tra bảng 6.1[1](trang 92), chọn: Vật liệu bánh lớn • Nhãn hiệu thép: ... • Chế độ nhiệt luyện: ... • Độ rắn HB =


 : : : , chọn HB2 = : : : • Giới hạn bền b2 = : : : (MPa) • Giới hạn chảy ch2 = : : : (MPa) Vật liệu bánh nhỏ • Nhãn hiệu thép: ... • Chế độ nhiệt luyện: ... • Độ rắn HB =


 : : : , chọn HB1 = : : : • Giới hạn bền b1 = : : : (MPa) • Giới hạn chảy ch1 = : : : (MPa) Chú ý: chọn vật liệu 2 bánh răng là vật liệu nhóm I có HB < 350 và chọn HB1 = HB2 + 10 15 18 2 Xác định ứng suất cho phép [H ] = 0Hlim SH ZR ZvKxH KHL [F ] = 0Flim SF YR YS KxF KFL Chọn sơ bộ ZR ZvKxH = 1 YR YS KxF = 1 • SH ;SF : hệ số an toàn khi tính về ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn. Tra bảng 6.2[1](trang 94) được – Bánh chủ động SH1 = : : : ; SF1 = : : : – Bánh bị động SH2 = : : : ; SF2 = : : : • 0Hlim ;0Flim: ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở. 0Hlim = 2HB+ 70 0Flim = 1:8HB – Bánh chủ động 0Hlim1 = 2HB1 + 70 = : : :MPa 0Flim1 = 1:8HB1 = : : :MPa – Bánh bị động 0Hlim2 = 2HB2 + 70 = : : :MPa 0Flim2 = 1:8HB2 = : : :MPa • KHL ;KFL: hệ số tuổi thọ. KHL = mH r NH0 NHE KFL = mF r NF0 NFE – mH ;mF : bậc của đường cong mỏi. Bánh răng có HB < 350,mH = mF = 6 – NH0 ;NF0: số chu kỳ thay đổi ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn. * Bánh chủ động NH01 = 30HB12:4 = : : : NF01 = 4 106 * Bánh bị động NH01 = 30HB22:4 = : : : NF02 = 4 106 – NHE ;NFE: số chu kỳ thay đổi ứng suất. NHE = NFE = 60 c n t 19 * c: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay. c = 1 * n: vận tốc vòng của bánh răng. * t: tổng số giờ làm việc của răng. t = Lh Bánh chủ động NHE1 = NFE1 = 60 c n t = : : : Bánh bị động NHE2 = NFE2 = NHE1 u = : : : Bánh chủ động:  Nếu NHE1 > NH01 lấy NHE1 = NH01 do đó KHL1 = 1  Nếu NHE1 < NH01 thì KHL1 = 6 r NH01 NHE1 = : : :  Nếu NFE1 > NF01 lấy NFE1 = NF01 do đó KFL1 = 1  Nếu NFE1 < NF01 thì KFL1 = 6 r NF01 NFE1 = : : : Bánh bị động:  Nếu NHE2 > NH02 lấy NHE2 = NH02 do đó KHL2 = 1  Nếu NHE2 < NH02 thì KHL2 = 6 r NH02 NHE2 = : : :  Nếu NFE2 > NF02 lấy NFE2 = NF02 do đó KFL2 = 1  Nếu NFE2 < NF02 thì KFL2 = 6 r NF02 NFE2 = : : : Thay số vào công thức được: - Bánh chủ động [H1] = 0Hlim1 SH1 KHL1 = : : :MPa [F1] = 0Flim1 SF1 KFL1 == : : :MPa - Bánh bị động [H2] = 0Hlim2 SH2 KHL2 = : : :MPa [F2] = 0Flim2 SF2 KFL2 = : : :MPa Với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng [H ]sb = min([H1;[H2]) = : : :MPa 20 3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục aw = Ka (u+ 1) 3 s T1KH [H ]2sb u ba • Ka: hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng. Ka = 49:5 (Mpa) • T1: momen xoắn trên trục chủ động. T1 = : : : (Nmm) • [H ]sb: ứng suất tiếp xúc cho phép. [H ]sb = : : : (MPa) • u: tỷ số truyền. u = : : : • ba ; bd: hệ số chiều rộng vành răng. Chọn ba = 0:3 0:4 bd = 0:5 ba (u+ 1) • KH: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng. Tra bảng 6.7[1](trang 98) với bd = : : : , HB < 350 và sơ đồ bố trí là sơ đồ 6, được: KH = : : : Thay số được aw = Ka (u+ 1) 3 s T1KH [H ]2 u ba = : : :mm Chọn aw = : : : (Chú ý: làm tròn thành số nguyên tận cùng là số 5 hoặc 0) 4 Xác định các thông số ăn khớp 4.1 Mô đun m = (0:01 0:02) aw = : : : Tra bảng 6.8[1](trang 99), chọnm theo tiêu chuẩn. m = : : : (mm). 4.2 Xác định số răng Z1 = 2 aw m (u+ 1) = : : : Chọn Z1 = : : : (Z1 phải lớn hơn 17) Z2 = uZ1 Chọn Z2 = : : : (gần với giá trị tính được nhất) Tỷ số truyền thực tế ut = Z2 Z1 = : : : Sai lệch tỷ số truyền
u = ut uu  100% = : : : % Nếu
u > 4% thì phải chọn lại Z1 và Z2. 21 4.3 Xác định lại khoảng cách trục aw = (Z1 + Z2)m 2 = : : : (mm) Chọn aw = : : : (mm). (Chú ý: làm tròn thành số nguyên tận cùng là số 5 hoặc 0 và không bé hơn aw) 4.4 Xác định hệ số dịch chỉnh Nếu aw = aw thì hệ số dịch chỉnh x1 = x2 = 0 Nếu aw 6= aw, hệ số dịch chỉnh được tính như sau: Hệ số dịch tâm y = aw m Z1 + Z2 2 = : : : ky = 1000 y Z1 + Z2 = : : : Tra bảng 6.10a[1](trang 101) với ky = : : : , được kx = : : : Hệ số giảm đỉnh răng
y = kx (Z1 + Z2) 1000 = : : : Tổng hệ số dịch chỉnh xt = y +
y = : : : Hệ số dịch chỉnh của bánh răng chủ động x1 = 1 2  xt (Z2 Z1) y Z2 + Z1  = : : : Hệ số dịch chỉnh của bánh răng bị động x2 = xt x1 = : : : 4.5 Xác định góc ăn khớp tw costw = (Z1 + Z2)m cos 20 2 aw = : : : Do đó tw = arccos(costw) = : : : 5 Xác định ứng suất cho phép Tỷ số truyền thực tế ut = : : : Đường kính vòng lăn dw1 = 2 aw ut + 1 = : : : (mm) dw2 = 2 aw dw1 = : : : (mm) 22 Vận tốc vòng của bánh răng v =  dw1 n1 60000 = : : : (m/s) Ứng suất cho phép tính ở mục 2 chỉ là ứng suất cho phép sơ bộ. Sau khi xác định được vật liệu, các kích thước và thông số động học của bánh răng, cần phải xác định chính xác ứng suất cho phép. [H ] = [H ]sb ZR ZvKxH [F ] = [F ]sb YR YS KxF trong đó: • [H ] và [F ] là ứng suất cho phép sơ bộ đã tính ở mục 2. • ZR: hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc. Từ dữ liệu trong trang 91 và 92 chọn: Ra =





) ZR = : : : • Zv: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng. – Nếu v > 5 (m/s), Zv = 0:85 v0:1 = : : : – Nếu v  5 (m/s), Zv = 1 • KxH : hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng. KxH = 1 • YR: hệ số ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng. Chọn YR = 1 • Ys: hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với sự tập trung ứng suất Ys = 1:08 0:0695 ln(m) vớim là mô đun = : : : (mm) Ys = 1:08 0:0695 ln(m) = : : : • KxF : hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bền uốn. KxF = 1 Thay số được [H ] = [H ]sb ZR ZvKxH = : : : Bánh chủ động: [F1] = [F1]sb YR YS KxF = : : : Bánh bị động: [F2] = [F2]sb YR YS KxF = : : : 6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc H = ZM ZH Z s 2T1KH (ut + 1) bw ut d2w1  [H ] • ZM : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng. ZM = 274 23 • ZH : hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc ZH = s 2 sin(2tw) = : : : • Z: hệ số trùng khớp Z = r 4  3 : hệ số trùng khớp ngang  = 1:88 3:2  1 Z1 + 1 Z2  = : : : Do đó Z = r 4  3 = : : : • KH : hệ số tải trọng KH = KH KHKHv – KH: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng (đã xác định ở mục 3). KH = : : : – KH: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp. KH = 1 với răng thẳng. – KHv: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra bảng 6.13[1](trang 106) với bánh trụ răng thẳng và v = : : : (m/s), được cấp chính xác của bộ truyền: CCX = : : : Tra phụ lục 2.3[1](trang 250) với * CCX = ... * HB < 350 * Răng thẳng * v = : : : (m/s) Nội suy tuyến tính được KHv = : : : Thay số được: KH = KH KHKHv = : : : • bw: chiều rộng vành răng. bw = ba aw = : : : làm tròn (số nguyên) bw = : : : (mm) • dw1: đường kính vòng lăn (đã tính ở mục 5). dw1 = : : : Thay số được H = ZM ZH Z s 2T1KH (ut + 1) bw ut d2w1 = : : :  Trường hợp H < [H ] – Kiểm tra: [H ] H [H ] 100% =


< 10% 24 – Nếu không thỏa mãn tức là thừa bền, cần phải giảm ba hoặc aw  Trường hợp H > [H ] – Kiểm tra: H [H ] [H ] 100% =


< 4% – Nếu thỏa mãn, giữ nguyên kết quả tính toán và tăng chiều rộng vành răng bw bw = bw  H [H ]  – Nếu không thỏa mãn, cần phải tăng aw và tính lại 6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn F1 = 2T1KF Y Y YF1 bw dw1m  [F1] F2 = F1 YF2 YF1  [F2] • [F1] và [F2] là ứng suất uốn cho phép đã tính ở mục 5. • KF : hệ số tải trọng khi tính về uốn KF = KFKF KFv – KF: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng. Tra bảng 6.7[1](trang 98) với bd = : : : và sơ đồ bố trí là sơ đồ 6, được: KF = : : : – KF: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp. KH = 1 với răng thẳng. – KFv: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra phụ lục 2.3[1](trang 250) với * CCX = ... * HB < 350 * Răng thẳng * v = : : : (m/s) Nội suy tuyến tính được KHv = : : : Thay số được: KF = KFKF KFv = : : : • Y: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Y = 1  = : : : • Y: hệ số kể đến độ nghiêng của răng. Do răng thẳng Y = 1 • YF1 và YF2: hệ số dạng răng. Tra bảng 6.18[1](trang 109) với: 25 – Zv1 = Z1 = : : : – Zv2 = Z2 = : : : – x1 = : : : – x2 = : : : được: YF1 = : : : và YF2 = : : : Thay số được F1 = 2T1KF Y Y YF1 bw dw1m =


 [F1] F2 = F1 YF2 YF1 =


 [F2] Nếu không thỏa mãn phải tăngm và tính lại. 7 Một số thông số khác của cặp bánh răng Đường kính đỉnh răng da1 = d1 + 2 (1 + x1)m = : : : da2 = d2 + 2 (1 + x2 +
y k2)m = : : : Đường kính đáy răng df1 = d1 (2:5 2x1)m = : : : df2 = d2 (2:5 2x2)m = : : : Lực vòng Ft1 = Ft2 = 2T1 dw1 = : : : (N) Lực hướng tâm Fr1 = Fr2 = Ft1 tanw = : : : (N) 8 Tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng Thông số Ký hiệu Khoảng cách trục aw : : : (mm) Số răng Z1 : : : Z2 : : : Mô đun m : : : (mm) Hệ số dịch chỉnh x1 : : : (mm) x2 : : : (mm) Góc ăn khớp w : : : Chiều rộng vành răng bw1 : : : (mm) bw2 : : : (mm) Đường kính vòng lăn dw1 : : : (mm) dw2 : : : (mm) Đường kính đỉnh răng da1 : : : (mm) da2 : : : (mm) Đường kính đáy răng df1 : : : (mm) df2 : : : (mm) Lực ăn khớp Lực vòng Ft : : : (N) Lực hướng tâm Fr : : : (N) 26 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG Thông số yêu cầu: • P = PI = : : : (kW) • T1 = TI = : : : (Nmm) • n1 = nI (v/ph) • u = ubr • Lh = (giờ) Mục tiêu: • Xác định thông số của bộ truyền bánh răng thoả mãn độ bền • Bộ truyền bánh răng phải có kích thước hợp lý (ví dụ khoảng cách trục không quá lớn hoặc quá nhỏ) Phương pháp: • Thiết kế bộ truyền bánh răng dựa trên chỉ tiêu đảm bảo độ bền mỏi tiếp xúc và uốn. • Phương pháp thiết kế bánh răng phải theo chuẩn, hướng dẫn dưới đây là rút gọn của chuẩn ISO 1 Chọn vật liệu bánh răng Tra bảng 6.1[1](trang 92), chọn: Vật liệu bánh lớn • Nhãn hiệu thép: ... • Chế độ nhiệt luyện: ... • Độ rắn HB =


 : : : , chọn HB2 = : : : • Giới hạn bền b2 = : : : (MPa) • Giới hạn chảy ch2 = : : : (MPa) Vật liệu bánh nhỏ • Nhãn hiệu thép: ... • Chế độ nhiệt luyện: ... • Độ rắn HB =


 : : : , chọn HB1 = : : : • Giới hạn bền b1 = : : : (MPa) • Giới hạn chảy ch1 = : : : (MPa) Chú ý: chọn vật liệu 2 bánh răng là vật liệu nhóm I có HB < 350 và chọn HB1 = HB2 + 10 15 27 2 Xác định ứng suất cho phép [H ] = 0Hlim SH ZR ZvKxH KHL [F ] = 0Flim SF YR YS KxF KFL Chọn sơ bộ ZR ZvKxH = 1 YR YS KxF = 1 • SH ;SF : hệ số an toàn khi tính về ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn. Tra bảng 6.2[1](trang 94) được – Bánh chủ động SH1 = : : : ; SF1 = : : : – Bánh bị động SH2 = : : : ; SF2 = : : : • 0Hlim ;0Flim: ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở. 0Hlim = 2HB+ 70 0Flim = 1:8HB – Bánh chủ động 0Hlim1 = 2HB1 + 70 = : : :MPa 0Flim1 = 1:8HB1 = : : :MPa – Bánh bị động 0Hlim2 = 2HB2 + 70 = : : :MPa 0Flim2 = 1:8HB2 = : : :MPa • KHL ;KFL: hệ số tuổi thọ. KHL = mH r NH0 NHE KFL = mF r NF0 NFE – mH ;mF : bậc của đường cong mỏi. Bánh răng có HB < 350,mH = mF = 6 – NH0 ;NF0: số chu kỳ thay đổi ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn. * Bánh chủ động NH01 = 30HB12:4 = : : : NF01 = 4 106 * Bánh bị động NH01 = 30HB22:4 = : : : NF02 = 4 106 – NHE ;NFE: số chu kỳ thay đổi ứng suất. NHE = NFE = 60 c n t 28 * c: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay. c = 1 * n: vận tốc vòng của bánh răng. * t: tổng số giờ làm việc của răng. t = Lh Bánh chủ động NHE1 = NFE1 = 60 c n t = : : : Bánh bị động NHE2 = NFE2 = NHE1 u = : : : Bánh chủ động:  Nếu NHE1 > NH01 lấy NHE1 = NH01 do đó KHL1 = 1  Nếu NHE1 < NH01 thì KHL1 = 6 r NH01 NHE1 = : : :  Nếu NFE1 > NF01 lấy NFE1 = NF01 do đó KFL1 = 1  Nếu NFE1 < NF01 thì KFL1 = 6 r NF01 NFE1 = : : : Bánh bị động:  Nếu NHE2 > NH02 lấy NHE2 = NH02 do đó KHL2 = 1  Nếu NHE2 < NH02 thì KHL2 = 6 r NH02 NHE2 = : : :  Nếu NFE2 > NF02 lấy NFE2 = NF02 do đó KFL2 = 1  Nếu NFE2 < NF02 thì KFL2 = 6 r NF02 NFE2 = : : : Thay số vào công thức được: - Bánh chủ động [H1] = 0Hlim1 SH1 KHL1 = : : :MPa [F1] = 0Flim1 SF1 KFL1 == : : :MPa - Bánh bị động [H2] = 0Hlim2 SH2 KHL2 = : : :MPa [F2] = 0Flim2 SF2 KFL2 = : : :MPa Với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng [H ]sb = [H1 + [H2] 2 = : : :MPa 29 3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục aw = Ka (u+ 1) 3 s T1KH [H ]2sb u ba • Ka: hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng. Ka = 43 (Mpa) • T1: momen xoắn trên trục chủ động. T1 = : : : (Nmm) • [H ]sb: ứng suất tiếp xúc cho phép. [H ]sb = : : : (MPa) • u: tỷ số truyền. u = : : : • ba ; bd: hệ số chiều rộng vành răng. Chọn ba = 0:3 0:4 bd = 0:5 ba (u+ 1) • KH: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng. Tra bảng 6.7[1](trang 98) với bd = : : : , sơ đồ bố trí là sơ đồ 6 và HB < 350, được: KH = : : : Thay số được aw = Ka (u+ 1) 3 s T1KH [H ]2sb u ba = : : :mm Chọn aw = : : : (Chú ý: làm tròn thành số nguyên tận cùng là số 5 hoặc 0) 4 Xác định các thông số ăn khớp 4.1 Mô đun m = (0:01 0:02) aw = : : : Tra bảng 6.8[1](trang 99), chọnm theo tiêu chuẩn. m = : : : (mm). 4.2 Xác định số răng Chọn sơ bộ  = 10 ! cos  = 0:9848. Z1 = 2 aw cos  m (u+ 1) = : : : Chọn Z1 = : : : (Z1 phải lớn hơn 17) Z2 = uZ1 Chọn Z2 = : : : (gần với giá trị tính được nhất) Tỷ số truyền thực tế ut = Z2 Z1 = : : : Sai lệch tỷ số truyền
u = ut uu  100% = : : : % Nếu
u > 4% thì phải chọn lại Z1 và Z2. 30 4.3 Xác định góc nghiêng của răng cos  = m (Z1 + Z2) 2 aw = : : :  = arccos(cos ) = : : : 4.4 Xác định góc ăn khớp tw t = tw = arctan  tan cos   = : : : Góc nghiêng của răng trên hình trục cơ sở b = arctan(cost tan ) = : : : 5 Xác định các thông số động học và ứng suất cho phép Tỷ số truyền thực tế ut = : : : Đường kính vòng lăn dw1 = 2 aw ut + 1 = : : : (mm) dw2 = 2 aw dw1 = : : : (mm) Vận tốc vòng của bánh răng v =  dw1 n1 60000 = : : : (m/s) Ứng suất cho phép tính ở mục 2 chỉ là ứng suất cho phép sơ bộ. Sau khi xác định được vật liệu, các kích thước và thông số động học của bánh răng, cần phải xác định chính xác ứng suất cho phép. [H ] = [H ]sb ZR ZvKxH [F ] = [F ]sb YR YS KxF trong đó: • [H ]sb và [F ]sb là ứng suất cho phép sơ bộ đã tính ở mục 2. • ZR: hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc. Từ dữ liệu trong trang 91 và 92 chọn: Ra =





) ZR = : : : • Zv: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng. – Nếu v > 5 (m/s), Zv = 0:85 v0:1 = : : : – Nếu v  5 (m/s), Zv = 1 • KxH : hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng. KxH = 1 • YR: hệ số ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng. Chọn YR = 1 31 • Ys: hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với sự tập trung ứng suất Ys = 1:08 0:0695 ln(m) vớim là mô đun = : : : (mm) Ys = 1:08 0:0695 ln(m) = : : : • KxF : hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bền uốn. KxF = 1 Thay số được [H ] = [H ]sb ZR ZvKxH = : : : Bánh chủ động: [F1] = [F1]sb YR YS KxF = : : : Bánh bị động: [F2] = [F2]sb YR YS KxF = : : : 6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc H = ZM ZH Z s 2T1KH (ut + 1) bw ut d2w1  [H ] • ZM : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng. ZM = 274 • ZH : hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc ZH = s 2 cos b sin(2tw) = : : : • Z: hệ số trùng khớp. Phụ thuộc hệ số trùng khớp ngang  và hệ số trùng khớp dọc  – : hệ số trùng khớp ngang  =  1:88 3:4  1 Z1 + 1 Z2  cos  = : : : – : hệ số trùng khớp dọc  = bw sin  m = : : : Nếu  < 1 thì Z = s (4 )(1 ) 3 +   = : : : Nếu   1 thì Z = r 1  = : : : • KH : hệ số tải trọng KH = KH KHKHv 32 – KH: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng (đã xác định ở mục 3). KH = : : : – KH: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp. KH = 1 với răng thẳng. – KHv: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra bảng 6.13[1](trang 106) với bánh trụ răng nghiêng và v = : : : (m/s), được cấp chính xác của bộ truyền: CCX = : : : Tra phụ lục 2.3[1](trang 250) với * CCX = ... * HB < 350 * Răng nghiêng * v = : : : (m/s) Nội suy tuyến tính được KHv = : : : Thay số được: KH = KH KHKHv = : : : • bw: chiều rộng vành răng. bw = ba aw = : : : làm tròn (số nguyên) bw = : : : (mm) • dw1: đường kính vòng lăn (đã tính ở mục 5). dw1 = : : : Thay số được H = ZM ZH Z s 2T1KH (ut + 1) bw ut d2w1 = : : :  Trường hợp H < [H ] – Kiểm tra: [H ] H [H ] 100% =


< 10% – Nếu không thỏa mãn tức là thừa bền, cần phải giảm ba hoặc aw  Trường hợp H > [H ] – Kiểm tra: H [H ] [H ] 100% =


< 4% – Nếu thỏa mãn, giữ nguyên kết quả tính toán và tăng chiều rộng vành răng bw bw = bw  H [H ]  – Nếu không thỏa mãn, cần phải tăng aw và tính lại 33 6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn F1 = 2T1KF Y Y YF1 bw dw1m  [F1] F2 = F1 YF2 YF1  [F2] • [F1] và [F2] là ứng suất uốn cho phép đã tính ở mục 5. • KF : hệ số tải trọng khi tính về uốn KF = KFKF KFv – KF: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng. Tra bảng 6.7[1](trang 98) với bd = : : : và sơ đồ bố trí là sơ đồ 6, được: KF = : : : – KF: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp. KH = 1 với răng thẳng. – KFv: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra phụ lục 2.3[1](trang 250) với * CCX = ... * HB < 350 * Răng nghiêng * v = : : : (m/s) Nội suy tuyến tính được KHv = : : : Thay số được: KF = KFKF KFv = : : : • Y: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Y = 1  = : : : • Y: hệ số kể đến độ nghiêng của răng. Y = 1  140 = : : : • YF1 và YF2: hệ số dạng răng. Phụ thuộc số răng tương đương Zv1 và Zv2 Zv1 = Z1 cos3  = : : : Zv2 = Z2 cos3  = : : : Tra bảng 6.18[1](trang 109) với: – Zv1 = : : : – Zv2 = : : : – x1 = 0 – x2 = 0 34 được: YF1 = : : : và YF2 = : : : Thay số được F1 = 2T1KF Y Y YF1 bw dw1m =


 [F1] F2 = F1 YF2 YF1 =


 [F2] Nếu không thỏa mãn phải tăngm và tính lại. 7 Một số thông số khác của cặp bánh răng Đường kính đỉnh răng da1 = d1 + 2m = : : : da2 = d2 + 2m = : : : Đường kính đáy răng df1 = d1 2:5m = : : : df2 = d2 2:5m = : : : Lực vòng Ft1 = Ft2 = 2T1 dw1 = : : : (N) Lực hướng tâm Fr1 = Fr2 = Ft1 tan 20 cos  = : : : (N) Lực dọc trục Fa1 = Fa2 = Ft1 tan  = : : : (N) 8 Tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng Thông số Ký hiệu Khoảng cách trục aw : : : (mm) Số răng Z1 : : : Z2 : : : Mô đun pháp m : : : (mm) Góc nghiêng của răng  : : : Chiều rộng vành răng bw1 : : : (mm) bw2 : : : (mm) Đường kính vòng lăn dw1 : : : (mm) dw2 : : : (mm) Đường kính đỉnh răng da1 : : : (mm) da2 : : : (mm) Đường kính đáy răng df1 : : : (mm) df2 : : : (mm) Lực ăn khớp Lực vòng Ft : : : (N) Lực hướng tâm Fr : : : (N) Lực dọc trục Fa : : : (N) 35 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG Thông số yêu cầu: • P = PI = : : : (kW) • T1 = TI = : : : (Nmm) • n1 = nI (v/ph) • u = ubr • Lh = (giờ) Mục tiêu: • Xác định thông số của bộ truyền bánh răng thoả mãn độ bền • Bộ truyền bánh răng phải có kích thước hợp lý (ví dụ khoảng cách trục không quá lớn hoặc quá nhỏ) Phương pháp: • Thiết kế bộ truyền bánh răng dựa trên chỉ tiêu đảm bảo độ bền mỏi tiếp xúc và uốn. • Phương pháp thiết kế bánh răng phải theo chuẩn, hướng dẫn dưới đây là rút gọn của chuẩn ISO 1 Chọn vật liệu bánh răng Tra bảng 6.1[1](trang 92), chọn: Vật liệu bánh lớn • Nhãn hiệu thép: ... • Chế độ nhiệt luyện: ... • Độ rắn HB =


 : : : , chọn HB2 = : : : • Giới hạn bền b2 = : : : (MPa) • Giới hạn chảy ch2 = : : : (MPa) Vật liệu bánh nhỏ • Nhãn hiệu thép: ... • Chế độ nhiệt luyện: ... • Độ rắn HB =


 : : : , chọn HB1 = : : : • Giới hạn bền b1 = : : : (MPa) • Giới hạn chảy ch1 = : : : (MPa) Chú ý: chọn vật liệu 2 bánh răng là vật liệu nhóm I có HB < 350 và chọn HB1 = HB2 + 10 15 36 2 Xác định ứng suất cho phép [H ] = 0Hlim SH ZR ZvKxH KHL [F ] = 0Flim SF YR YS KxF KFL Chọn sơ bộ ZR ZvKxH = 1 YR YS KxF = 1 • SH ;SF : hệ số an toàn khi tính về ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn. Tra bảng 6.2[1](trang 94) được – Bánh chủ động SH1 = : : : ; SF1 = : : : – Bánh bị động SH2 = : : : ; SF2 = : : : • 0Hlim ;0Flim: ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở. 0Hlim = 2HB+ 70 0Flim = 1:8HB – Bánh chủ động 0Hlim1 = 2HB1 + 70 = : : :MPa 0Flim1 = 1:8HB1 = : : :MPa – Bánh bị động 0Hlim2 = 2HB2 + 70 = : : :MPa 0Flim2 = 1:8HB2 = : : :MPa • KHL ;KFL: hệ số tuổi thọ. KHL = mH r NH0 NHE KFL = mF r NF0 NFE – mH ;mF : bậc của đường cong mỏi. Bánh răng có HB < 350,mH = mF = 6 – NH0 ;NF0: số chu kỳ thay đổi ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn. * Bánh chủ động NH01 = 30HB12:4 = : : : NF01 = 4 106 * Bánh bị động NH01 = 30HB22:4 = : : : NF02 = 4 106 – NHE ;NFE: số chu kỳ thay đổi ứng suất. NHE = NFE = 60 c n t 37 * c: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay. c = 1 * n: vận tốc vòng của bánh răng. * t: tổng số giờ làm việc của răng. t = Lh Bánh chủ động NHE1 = NFE1 = 60 c n t = : : : Bánh bị động NHE2 = NFE2 = NHE1 u = : : : Bánh chủ động:  Nếu NHE1 > NH01 lấy NHE1 = NH01 do đó KHL1 = 1  Nếu NHE1 < NH01 thì KHL1 = 6 r NH01 NHE1 = : : :  Nếu NFE1 > NF01 lấy NFE1 = NF01 do đó KFL1 = 1  Nếu NFE1 < NF01 thì KFL1 = 6 r NF01 NFE1 = : : : Bánh bị động:  Nếu NHE2 > NH02 lấy NHE2 = NH02 do đó KHL2 = 1  Nếu NHE2 < NH02 thì KHL2 = 6 r NH02 NHE2 = : : :  Nếu NFE2 > NF02 lấy NFE2 = NF02 do đó KFL2 = 1  Nếu NFE2 < NF02 thì KFL2 = 6 r NF02 NFE2 = : : : Thay số vào công thức được: - Bánh chủ động [H1] = 0Hlim1 SH1 KHL1 = : : :MPa [F1] = 0Flim1 SF1 KFL1 == : : :MPa - Bánh bị động [H2] = 0Hlim2 SH2 KHL2 = : : :MPa [F2] = 0Flim2 SF2 KFL2 = : : :MPa Với bộ truyền bánh răng côn răng thẳng [H ]sb = min([H1;[H2]) = : : :MPa 38 3 Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài Re = KR p u2 + 1 3 s T1KH Kbe (1Kbe)u [H ]2sb • KR: hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng và loại răng. Ka = 50 (Mpa) • T1: momen xoắn trên trục chủ động. T1 = : : : (Nmm) • [H ]sb: ứng suất tiếp xúc cho phép. [H ]sb = : : : (MPa) • u: tỷ số truyền. u = : : : • Kbe: hệ số chiều rộng vành răng. Chọn sơ bộKbe = 0:25 0:3 ! Kbe u 2Kbe = : : : • KH: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng. Tra bảng 6.21[1](trang 113) với – Kbe u 2Kbe = : : : – Sơ đồ bố trí là sơ đồ I, trục lắp trên ổ đũa – HB < 350 – Loại răng thẳng được: KH = : : : Thay số được Re = KR p u2 + 1 3 s T1KH Kbe (1Kbe)u [H ]2sb = : : : 4 Xác định các thông số ăn khớp 4.1 Mô đun Đường kính vòng chia ngoài de1 = 2Rep 1 + u2 = : : : Tra bảng 6.22[1](trang 114) với de1 = : : : (mm) và tỷ số truyền u = : : : , được số răng Z1p = : : : . Với HB < 350! Z1 = 1:6Z1p = : : : Chọn Z1 = : : : (số nguyên). Đường kính vòng trung bình và mô đun vòng trung bình dm1 = (1 0:5Kbe) de1 = : : : mtm = dm1 Z1 = : : : Mô đun vòng ngoài mte = mtm (1 0:5Kbe) = : : : Tra bảng 6.8[1](trang 99), chọnmte theo tiêu chuẩn: mte = : : : (mm) Mô đun vòng trung bình mtm = (1 0:5Kbe)mte = : : : 39 4.2 Xác định số răng Z1 = dm1 mtm = : : : Chọn Z1 = : : : (số nguyên) Z2 = uZ1 Chọn Z2 = : : : (gần với giá trị tính được nhất) Tỷ số truyền thực tế ut = Z2 Z1 = : : : Sai lệch tỷ số truyền
u = ut uu  100% = : : : % Nếu
u > 4% thì phải chọn lại Z1 và Z2. 4.3 Xác định góc côn chia 1 = arctan  Z1 Z2  2 = 90  1 = : : : 4.4 Xác định hệ số dịch chỉnh Với bộ truyền bánh răng côn răng thẳng, sử dụng dịch chỉnh đều x1 + x2 = 0 Tra bảng 6.20[1](trang 112) với Z1 = : : : ; ut = : : : , được x1 = : : : , từ đó x2 = x1 = : : : 4.5 Xác định đường kính trung bình và chiều dài côn ngoài Đường kính trung bình dm1 = mtm Z1 = : : : dm2 = mtm Z2 = : : : Chiều dài côn ngoài Re = mte 2 q Z21 + Z 2 2 = : : : 5 Xác định ứng suất cho phép Tỷ số truyền thực tế ut = : : : Vận tốc vòng của bánh răng v =  dm1 n1 60000 = : : : (m/s) 40 Ứng suất cho phép tính ở mục 2 chỉ là ứng suất cho phép sơ bộ. Sau khi xác định được vật liệu, các kích thước và thông số động học của bánh răng, cần phải xác định chính xác ứng suất cho phép. [H ] = [H ]sb ZR ZvKxH [F ] = [F ]sb YR YS KxF trong đó: • [H ]sb và [F ]sb là ứng suất cho phép sơ bộ đã tính ở mục 2. • ZR: hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc. Từ dữ liệu trong trang 91 và 92 chọn: Ra =





) ZR = : : : • Zv: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng. – Nếu v > 5 (m/s), Zv = 0:85 v0:1 = : : : – Nếu v  5 (m/s), Zv = 1 • KxH : hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng. KxH = 1 • YR: hệ số ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng. Chọn YR = 1 • Ys: hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với sự tập trung ứng suất Ys = 1:08 0:0695 ln(m) vớimtm là mô đun = : : : (mm) Ys = 1:08 0:0695 ln(m) = : : : • KxF : hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bền uốn. KxF = 1 Thay số được [H ] = [H ]sb ZR ZvKxH = : : : Bánh chủ động: [F1] = [F1]sb YR YS KxF = : : : Bánh bị động: [F2] = [F2]sb YR YS KxF = : : : 6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc H = ZM ZH Z s 2T1KH p u2t + 1 0:85 b ut d2m1  [H ] • ZM : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng. ZM = 274 • ZH : hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc. Với bánh răng thẳng và dịch chỉnh đều ZH = 1:76 41 • Z: hệ số trùng khớp Z = r 4  3 : hệ số trùng khớp ngang  = 1:88 3:2  1 Z1 + 1 Z2  = : : : Do đó Z = r 4  3 = : : : • KH : hệ số tải trọng KH = KH KHKHv – KH: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng (đã xác định ở mục 3). KH = : : : – KH: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp. KH = 1 với răng thẳng. – KHv: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra bảng 6.13[1](trang 106) với bánh côn răng thẳng và v = : : : (m/s), được cấp chính xác của bộ truyền: CCX = : : : Tra phụ lục 2.3[1](trang 250) với * CCX = ... * HB < 350 * Răng thẳng * v = : : : (m/s) Nội suy tuyến tính được KHv = : : : Thay số được: KH = KH KHKHv = : : : • b: chiều rộng vành răng. b = KbeRe = : : : làm tròn (số nguyên) b = : : : (mm) • dw1: đường kính trung bình (đã tính ở mục 5). dm1 = : : : Thay số được H = ZM ZH Z s 2T1KH p u2t + 1 0:85 b ut d2m1  [H ]  Trường hợp H < [H ] – Kiểm tra: [H ] H [H ] 100% =


< 10% – Nếu không thỏa mãn tức là thừa bền, cần phải giảm chiều rộng vành răng b hoặc Re  Trường hợp H > [H ] 42 – Kiểm tra: H [H ] [H ] 100% =


< 4% – Nếu thỏa mãn, giữ nguyên kết quả tính toán và tăng chiều rộng vành răng b b = b  H [H ]  – Nếu không thỏa mãn, cần phải tăng Re và tính lại 6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn F1 = 2T1KF Y Y YF1 0:85 b dm1mtm  [F1] F2 = F1 YF2 YF1  [F2] • [F1] và [F2] là ứng suất uốn cho phép đã tính ở mục 5. • KF : hệ số tải trọng khi tính về uốn KF = KFKF KFv – KF: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng. Tra bảng 6.21[1](trang 113) với * Kbe u 2Kbe = : : : * Sơ đồ bố trí là sơ đồ I, trục lắp trên ổ đũa * HB < 350 * Loại răng thẳng được: KF = : : : – KF: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp. KF = 1 với răng thẳng. – KFv: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. Tra phụ lục 2.3[1](trang 250) với * CCX = ... * HB < 350 * Răng thẳng * v = : : : (m/s) Nội suy tuyến tính được KFv = : : : Thay số được: KF = KFKF KFv = : : : • Y: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Y = 1  = : : : • Y: hệ số kể đến độ nghiêng của răng. Do răng thẳng Y = 1 43 • YF1 và YF2: hệ số dạng răng. Tra bảng 6.18[1](trang 109) với: – Zv1 = Z1 cos 1 = : : : – Zv2 = Z2 cos 2 = : : : – x1 = : : : – x2 = : : : được: YF1 = : : : và YF2 = : : : Thay số được F1 = 2T1KF Y Y YF1 0:85 b dm1mtm =


 [F1] F2 = F1 YF2 YF1 =


 [F2] Nếu không thỏa mãn phải tăngm và tính lại. 7 Thông số hình học của cặp bánh răng Đường kính vòng chia de1 = mte Z1 = : : : de2 = mte Z2 = : : : Chiều cao răng ngoài he = 2:2mte = : : : Chiều cao đầu răng ngoài hae1 = (hte + x1)mte = : : : hae2 = (hte + x2)mte = : : : Chiều cao chân răng ngoài hfe1 = hte hae1 = : : : hfe2 = hte hae2 = : : : Đường kính đỉnh răng ngoài dae1 = de1 + 2hae1 cos 1 = : : : dae2 = de2 + 2hae2 cos 2 = : : : Lực ăn khớp trong bộ truyền bánh răng côn Ft1 = Ft2 = 2T1 dm1 = : : : (N) Fr1 = Fa2 = Ft1 tan 20 cos 1 = : : : (N) Fa1 = Fr2 = Ft1 tan 20 sin 1 = : : : (N) 44 8 Tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng Thông số Ký hiệu Chiều dài côn ngoài Re : : : (mm) Mô đun vòng ngoài mte : : : (mm) Số răng Z1 : : : Z2 : : : Chiều rộng vành răng b : : : (mm) Hệ số dịch chỉnh x1 : : : (mm) x2 : : : (mm) Góc côn chia 1 : : : 2 : : :  Đường kính vòng chia ngoài de1 : : : (mm) de2 : : : (mm) Đường kính đỉnh răng ngoài dae1 : : : (mm) dae2 : : : (mm) Chiều cao đầu răng ngoài hae1 : : : (mm) hae2 : : : (mm) Chiều cao chân răng ngoài hfe1 : : : (mm) hfe2 : : : (mm) Lực ăn khớp trên bánh chủ động Lực vòng Ft1 : : : (N) Lực hướng tâm Fr1 : : : (N) Lực dọc trục Fa1 : : : (N) 45