Hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ thẳng - thẳng (khai triển) đường kính trục dẫn O75

Hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ thẳng - thẳng (khai triển) đường kính trục dẫn O75, bánh răng nghiêng, hộp giảm tốc đồng trục, khai triển , thuyết minh, nguyên lý Hộp giảm tốc, quy trình sản xuất Hộp giảm tốc, kết cấu Hộp giảm tốc, động học hộp giảm tốc

Mục lục

PHẦN MỘT : HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC.. 4

BÀI 1 : MỤC ĐÍCH NỘI DUNG YÊU CẦU THIẾT KẾ.. 4

1.Mục đích. 4

2. Nội dung. 4

3. Trình tự tính toán thiết kế. 4

3.1 Giai đoạn 1 : 4

3.2 Giai đoạn 2 : 4

3.3 Giai đoạn 3. 5

3.4 Giai đoạn 4. 5

3.5 Giai đoạn 5. 5

4. Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế. 5

BÀI 2 : ĐỘNG CƠ ĐIỆN - HỘP GIẢM TỐC – TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG. 7

1.  Động cơ điện. 7

1.1 Các loại động cơ điện. 7

1.2.Phương pháp chọn động cơ. 8

2.Hộp giảm tốc. 9

2.1.Xác định tỉ số truyền u_t của hệ thống dẫn động. 9

2.2.Phân phối tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống u_t, cho hộp giảm tốc u_h và bộ truyền ngoài u_n. 10

2.3.Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục. 10

PHẦN HAI : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN.. 12

BÀI 1: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC.. 12

1. Chọn vật liệu. 12

2. Xác định ứng suất cho phép [s_H], [s_F]. 13

3.Truyền động bánh răng. 15

3.1 Tính toán cấp nhanh. 15

3.2 Tính toán cấp chậm.. 22

BÀI 2 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI. 31

1.       Chọn loại đai. 31

2.       Xác định các thông số của bộ truyền. 31

2.1. Đường kính của bánh đai nhỏ được xác định theo công thức thực nghiệm sau : 31

2.2.Khoảng cách trục được xác định theo công thức sau : 32

2.3.Chiều dài đai được xác định. 32

2.4.Góc ôm a₁ trên bánh đai nhỏ được tính theo công thức : 32

3.       Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai. 32

4.       Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục. 33

PHẦN BA : THIẾT KẾ TRỤC  VÀ THEN.. 34

BÀI 1 : THIẾT KẾ TRỤC.. 34

1.       Chọn vật liệu. 34

2.       Tính thiết kế trục. 34

2.1  Xác định các lực tác dụng lên trục. 34

2.2. Xác định sơ bộ đường kính trục. 38

2.3.     Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực. 39

2.4.     Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng nên trục. 40

2.5.     Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục. 40

3.       Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi. 49

BÀI 2 : TÍNH CHỌN THEN.. 53

1. Chọn kích thước tiết diện then theo đường kính trục. 53

2.       Kiểm tra then tại tiết diện ghép có bộ truyền. 53

PHẦN BỐN : THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC.. 55

1.       Chọn loại ổ lăn. 55

2.       Chọn cấp chính xác ổ lăn. 55

3.       Chọn kích thước ổ lăn. 55

4.       Tính kiểm tra khả năng tải của ổ. 56

4.1.     Kiểm tra khả năng tải động của ổ. 56

4.2.     Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ. 58

PHẦN NĂM : THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC.. 59

1.       Tính chọn khớp nối 59

1.1      Chọn khớp nối 59

1.2      Kiểm nghiệm về độ bền của vòng đàn hồi và chốt 59

2.       Chọn kết cấu hộp giảm tốc. 60

2.1 Chọn bề mặt ghép nắp thân. 60

2.2 Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp. 61

2.3 Các chi tiết liên quan đến vỏ hộp giảm tốc. 62

PHẦN SÁU : BÔI TRƠN - LẮP GHÉP - ĐIỀU CHỈNH.. 66

1.       Bôi trơn. 66

1.1      Chọn phương pháp bôi trơn. 66

1.2      Chọn loại vật liệu bôi trơn. 66

1.3      Các chi tiết liên quan. 66

2.       Xác định và chọn các kiểu lắp. 68

3.   Thống kê kiểu lắp có trong hộp giảm tốc. 69

3.1 Trục I có các kiểu lắp sau : 69

3.2 Trục II có các kiểu lắp sau : 69

3.3 Trục III có các kiểu lắp sau : 70

4.   Phương pháp lắp giáp hộp giảm tốc. 72

4.1 Cố định ổ trên trục và trong vỏ hộp. 72

4.2 Lắp bánh răng, bánh đai, .. , lên trục. 72

4.3 Điều chỉnh bánh răng. 72

4.4 Điều chỉnh khe hở các ổ lăn. 72

 

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

PHẦN MỘT : HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

BÀI 1 : MỤC ĐÍCH NỘI DUNG YÊU CẦU THIẾT KẾ

1.Mục đích.

Củng cố các kiến thức về nguyên lý làm việc, kết cấu và tính toán thiết kế các chi tiết máy ® các chi tiết máy có công dụng chung ® đặc trưng về mặt lý thuyết.

Vận dụng các kiến thức đã học của các môn chi tiết máy, nguyên lý máy, công nghệ chế tạo, cơ khí đại cương, sức bền vật liệu, hình họa vẽ kỹ thuật thiết kế ra một bộ phận máy dẫn đến hộp giảm tốc có kích thước hình dạng cụ thể phục vụ cho hệ thống dẫn động của máy.

2. Nội dung

Mỗi sinh viên thiết kế hệ thống dẫn động xích tải, băng tải thùng trộn nguyên liệu … Chủ yếu là thiết kế hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài.

Một bản vẽ lắp A₀

Một bản vẽ chế tạo một chi tiết điển hình A₂ hoặc A₃

Một bản thuyết minh dài 60 - 80 trang.

3. Trình tự tính toán thiết kế

3.1 Giai đoạn 1 :

Chuẩn bị tài liệu

Nghiên cứu kỹ đầu đề thiết kế

Chuẩn bị các kiến thức tin học phục vụ đồ án môn học

3.2 Giai đoạn 2 :

Tính toán thiết kế xác định các thông số chủ yếu của hệ thống dẫn động

          -Xác định công suất cần thiết số vòng quay hợp lý của động cơ điện từ đó chọn được     động cơ điện cụ thể (Thường chọn động cơ 4A)

• Xác định tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống (u_t)

Phân phối tỉ số truyền cho từng bộ truyền.

Lập bảng công suất mômen xoắn số vòng quay cho từng trục.

• Thiết kế bộ truyền

Xác định các kích thước hình học chủ yếu của bộ truyền như khoảng cách trục, đường kính…

Vẽ theo tỉ lệ 1:1 để tìm ra sự bất hợp lý của hộp giảm tốc suy ra nếu không hợp lý tính chọn lại

Xác định khoảng cách đặt lực, gối tựa, chiều dài trục

• Tính trục của hộp giảm tốc

Tính sơ bộ

Tính chính xác

• Tính chọn then để lắp các chi tiết máy quay
• Tính chọn ổ : Chủ yếu là ổ lăn, ổ trượt.
• Tính chọn các nối trục (khớp nối)
• Tính chọn thiết kế vỏ hộp giảm tốc (thường là đúc)
• Tính chọn hoặc thiết kế các chi tiết liên quan đến vỏ hộp giảm tốc như bulông, móc vòng, cửa thăm, nút tháo dầu, que thăm dầu, chốt định vị, quạt gió thông hơi.
• Tính chọn bôi trơn hộp giảm tốc

Bôi trơn các ổ đỡ (dầu hoặc mỡ)

Bôi trơn các bộ truyền

Phương pháp bôi trơn (Sương mù, dòng bôi trơn, bắn, phun…)

• Điều chỉnh khe hở của ổ lăn và sự ăn khớp của các bộ truyền.
• Thể hiện được các mối ghép của các chi tiết.

Chọn các kiểu lắp cho các mối ghép

Thông qua các bảng thống kê các mối ghép.

• Những vấn đề bảo dưỡng khi dùng hộp giảm tốc như là thống kê các loại dầu mỡ, thời hạn thay dầu mỡ, thời hạn điều chỉnh ổ lăn, sự ăn khớp của bánh răng, bộ truyền.

3.3 Giai đoạn 3.

Vẽ lắp các bản vẽ chế tạo hộp giảm tốc trên khổ A₀ và khung tên và bảng khối lượng theo mẫu 1.5 trang 12 Tập 1

3.4 Giai đoạn 4.

Vẽ bản vẽ chế tạo, một chi tiết điển hình như bánh răng hoặc trục do giáo viên hướng dẫn chỉ định (theo bảng 1.4)

3.5 Giai đoạn 5.

Hoàn thành thuyết minh.

4. Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế

Thực hiện đúng nhiệm vụ của đồ án theo các số liệu yêu cầu thiết kế

           Kết cấu về chi tiết máy phải đảm bảo chỉ tiêu làm việc, độ bền, tuổi thọ và cả độ tin cậy

           Đảm bảo kích thước nhỏ gọn, tháo lắp bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện.

Vật liệu và phương pháp nhiệt luyện phải được lựa chọn hợp lý (Dễ kiếm, rẻ tiền, có trên thị trường)

Chọn dạng công nghệ gia công hợp lý

Vận dụng các tiêu chuẩn ngành, tiêu chuẩn nhà nước để chọn tối đa các chi tiết đã được tiêu chuẩn hóa ví dụ : Ổ lăn, bánh đai.

Lựa chọn có căn cứ hợp lý các kiểu lắp, dung sai, cấp chính xác nhám bề mặt các chi tiết

 

BÀI 2 : ĐỘNG CƠ ĐIỆN - HỘP GIẢM TỐC – TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG.

          1.  Động cơ điện

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy. Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc và động cơ biệt lập, việc chọn đúng loại động cơ có ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn và thiết kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp. Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi sử dụng của từng loại, đồng thời cần chú ý đến yêu cầu làm việc cụ thể của thiết bị cần được dẫn động.

1.1 Các loại động cơ điện

1.1.1 Động cơ điện một chiều

Cho phép thay đổi trị số của momen và vận tốc góc trong phạm vi  rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, do đó được dùng  rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm …

Nhược điểm của chúng là đắt, riêng loại động cơ điện một chiều lại khó kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu.

1.1.2 Động cơ điện xoay chiều ba pha.

           a) Động cơ điện xoay chiều ba pha đồng bộ.

Động cơ ba pha đồng bộ có vận tốc góc không đổi, không phụ thuộc vào trị số của tải trọng và thực tế không điều chỉnh được.

So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất và cosj hệ số quá tải lớn, nhưng có nhược điểm : Thiết bị tương đối phức tạp, giá thành tương đối cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ. Vì vậy động cơ ba pha đồng bộ được sử dụng trong những trường hợp hiệu suất động cơ và trị số cosj có vai trò quyết định (thí dụ khi yêu cấu công suất động cơ lớn – trên 100kw lại ít phải mở máy và dừng máy) cũng như khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc.

b) Động cơ ba pha không động bộ gồm hai kiểu : Roto dây quấn và roto lồng sóc.

Động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vị nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy nhỏ nhưng hệ số công suất cosj thấp, giá thành cao, kích thước lớn và vận hành phức tạp, dùng thích hợp khi cần điều chỉnh trong phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây truyền công nghệ đã được lắp đặt.

Động cơ ba pha không đồng bộ roto lồng sóc có ưu điểm : Kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện. Nhược điểm của nó là : Hiệu suất và hệ số công suất thấp (So với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc (so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn).

Chú ý : Các hệ thống dẫn động cơ khí thương sử dụng động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ roto lồng sóc vì những ưu điểm của loại động cơ này. Để dẫn động các thiết bị vận chuyển, băng tải, xích tải thùng trộn…

1.2.Phương pháp chọn động cơ

Xác định công suất cần thiết

Xác địng số vòng quay sơ bộ

Dựa vào bảng phụ lục theo điều kiện dẫn đến chọn động cơ hợp lý

1.2.1Xác định công suất cần thiết

 

2. Hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và đuợc dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn và là bộ máy trung gian giữa động cơ điện và bộ phận làm việc của máy công tác.

Tuỳ theo tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc, người ta phân ra : hộp giảm tốc một cấp và hộp giảm tốc nhiều cấp.

Tùy theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra :

• Hộp giảm tốc bánh răng trụ : khai triển, phân đôi, đồng trục.
• Hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn - trụ.
• Hộp giảm tốc trục vít – bánh răng.
• Hộp giảm  bánh răng - trục vít.

Ở đây ta thiết kế một hộp giảm tốc hai cấp + một bộ truyền ngoài. Sau đây là phương pháp tính hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng.

Sau khi phân tích và lựa chọn số vòng quay đồng bộ để chọn động cơ ở trên ta cần tiến hành phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hộp, cần tiến hành tính toán động học.

Tính toán động học hệ thống dẫn động cơ khí được thực hiện theo các bước sau :

2.1.Xác định tỉ số truyền u_t của hệ thống dẫn động.

2.3.Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục.

Dựa vào cc P_ct và sơ đồ hệ thống dẫn động, có thể tính được công suất, mômen và số vòng quay trên các trục, phục vụ các bước tính toán thiết kế các bộ truyền, trục và ổ.

BẢNG 1 : CÔNG SUẤT - TỈ SỐ TRUYỀN - SỐ VÒNG QUAY - MÔMEN

Trục Thông số	Động cơ		1		2		3
Công suất P, kW	11		8,760		8,412		8,078
Tỉ số truyền u		2,282		6,07		3,29
Số vòng quay n, vòng/phút	1458		638,913		105,257		32
Mômen xoắn T, Nmm	0,072.106		0,131.106		0,763.106		2,411.106

PHẦN HAI : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN

BÀI 1: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC

Truyền động bánh răng dùng để truyền động giữa các trục, thông thường có kèm theo sự thay đổi về trị số và chiều của vận tốc hoặc mômen.

Đây là bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trong quá trình làm việc, răng của bánh răng có thể bị hỏng ở mặt răng như tróc rỗ, mòn, dính hoặc hỏng ở chân răng như gẫy, trong đó nguy hiểm nhất là tróc rỗ mặt răng và gãy răng. Đó là các phá hỏng mỏi do tác dụng lâu dài của ứng suất tiếp và ứng suất uốn thay đổi có chu kỳ gây nên. Ngoài ra răng có thể bị biến dạng dư, gẫy giòn lớp bề mặt, hoặc phá hỏng tĩnh ở chân răng do quá tải. Vì vậy khi thiết kế cần tiến hành tính truyền động bánh răng về độ bền tiếp xúc của mặt răng làm việc và độ bền uốn của chân răng, sau đó kiểm nghiệm răng về quá tải.

Vậy để thiết kế truyền động bánh răng cần tiến hành theo các bước sau đây :

- Chọn vật liệu.

- Xác định ứng suất cho phép.

- Tính sơ bộ kích thước của một bộ truyền, trên cơ sở đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyền rồi tiến hành kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và về quá tải.

- Lập bảng thể hiện thông số kích thước hình học của bộ truyền sau khi thiết kế.

1. Chọn vật liệu.

Chọn vật liệu thích hợp là một bước quan trọng trong việc tính toán thiết kế chi tiết máy nói chung và truyền động bánh răng nói riêng.

Đối với bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc hai cấp không có yêu cầu đặc biệt về kích thước thì nên chọn cùng một loại vật liệu để giảm bớt chủng loại.

Vật liệu làm bánh răng có hai nhóm :

- Nhóm I có độ rắn HB £ 350, bánh răng được thường hóa tôi cải thiện. Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền này có khả năng chạy mòn.

- Nhóm II có độ rắn HB ³ 350, bánh răng được tôi thể tích, tôi bề mặt, thấm cacbon, thấm nitơ… Do đó độ rắn mặt răng cao cho nên phải gia công trước khi nhiệt luyện, bộ truyền này có khả năng chạy mòn kém.

Trong đầu thiết kế đã cho tải trọng nhỏ và trung bình, khả năng công nghệ không cao và cũng không có yêu cầu về kích thước nhỏ gọn do đó vật liệu làm bánh răng nên chọn ưu tiên ở nhóm I.

Đối với một cặp bánh răng ăn khớp, khi dã chọn vật liệu bánh răng ở nhóm I phải chú ý tới tần số chịu tải cuả răng và khả năng chạy mòn của răng. Trong cùng một thời gian làm việc thì bánh răng nhỏ chịu tải nhiều lần hơn bánh răng lớn vì n₁ = u.n₂. Để đảm bảo sức bền đều của răng và khả năng chạy mòn của bộ truyền nên nhiệt luyện bánh răng lớn có độ rắn mặt răng thấp hơn bánh răng nhỏ.

BẢNG 2 : CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ CẤP NHANH

         

Thông số	Kí hiệu	Công thức tính và giá trị
Khoảng cách trục chia Khoảng cách trục Đường kính chia Đường kính lăn   Đường kính đỉnh răng   Đường kính đáy răng   Đường kính cơ sở   Góc prôfin gốc Góc prôfin răng Góc ăn khớp Tổng hệ số dịch chỉnh Hệ số trùng khớp ngang	a aw d dw   da   df   db   a at atw xt ea	a = 0,5m(z1 + z2) = 246,75mm aw = a + ym = 250mm d1 = mz1 = 70mm, d2 = mz2 = 423,5mm dw1 = 2aw/(um + 1) = 70,922mm dw2 = dw1u = 429,078mm da1 = d1 + 2(1 + x1 - Dy)m = 77,77mm da2 = d1 + 2(1 + x2 - Dy)m = 435,925mm df1 = d1 – (2,5 – 2x1)m = 62,328mm df2 = d2 – (2,5 – 2x2)m = 420,483mm db1 = d1cosa = 65,778mm db2 = d2cosa = 397,96mm Theo TCVN 1065-71, a = 200 at = arctg(tga/cosb) = 200 atw = arccos(acosat/aw) = 21,9550 xt = 0,973 ea = 1,694

 

    BẢNG 3 : CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ CẤP CHẬM

         

Thông số	Kí hiệu	Công thức tính và giá trị
Khoảng cách trục chia Khoảng cách trục Đường kính chia Đường kính lăn   Đường kính đỉnh răng   Đường kính đáy răng   Đường kính cơ sở   Góc prôfin gốc Góc prôfin răng Góc ăn khớp Tổng hệ số dịch chỉnh Hệ số trùng khớp ngang	a aw d dw   da   df   db   a at atw xt ea	a = 0,5m(z1 + z2) = 299,250mm aw = a + ym = 300mm d1 = mz1 = 140mm, d2 = mz2 = 458,5mm dw1 = 2aw/(um + 1) = 140,351mm dw2 = dw1u = 459,649mm da1 = d1 + 2(1 + x1 - Dy)m = 147,343mm da2 = d2 + 2(1 + x2 - Dy)m = 466,634mm df1 = d1 – (2,5 – 2x1)m = 131,614mm df2 = d2 – (2,5 – 2x2)m = 450,905mm db1 = d1cosa = 131,557mm db2 = d2cosa = 430,849mm Theo TCVN 1065-71, a = 200 at = arctg(tga/cosb) = 200 atw = arccos(acosat/aw) = 20,3900 xt = 0,217 ea = 1,776

BÀI 2 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI

Truyền động đai được dùng để truyền chuyển động và mômen xoắn giữa các trục xa nhau. Đai dược mắc nên hai bánh với lực căng ban đầu F_o, nhờ đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai và nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi.

Thiết kế truyền đai gồm các bước :

• Chọn loại đai.
• Xác định các kích thước và thông số bộ truyền.
• Xác định các thông số của đai theo chỉ tiêu về khả năng kéo của đai và về tuổi thọ.
• Xác định lực căng đai và lực tác dụng lên trục.

Theo hình dạng tiết diện đai, phân ra : đai dẹt (tiết diện chữ nhật), đai hình thang (đai hình chêm), đai nhiều chêm (đai hình lược) và đai răng. Dưới đây trình bày cách tính toán thiết kế bộ truyền đai phẳng (đai dẹt).

1. Chọn loại đai.

 Ở đây ta chọn loại đai vải cao su vì đai vải cao su gồm nhiều lớp vải và cao su có độ bền

mòn cao, đàn hồi tốt, ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm và thường được sử dụng rộng rãi.  

PHẦN BA : THIẾT KẾ TRỤC  VÀ THEN

BÀI 1 : THIẾT KẾ TRỤC

Trục dùng để đỡ các chi tiết quay, bao gồm trục tâm và trục truyền. Trục tâm có thể quay cùng với các chi tiết lắp trên nó hoặc không quay, chỉ chịu được lực ngang và mômen uốn.

Trục truyền luôn luôn quay, có thể tiếp nhận đồng thời mômen uốn và mômen xoắn. Các trục trong hộp giảm tốc, hộp tốc độ là những trục truyền.

Chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn các trục là độ bền, ngoài ra là độ cứng và đối với các trục quay nhanh là độ ổn định dao động.

Tính toán thiết kế trục bao gồm các bước :

• Chọn vật liệu.
• Tính thiết kế trục về độ bền.
• Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi.
•      Trường hợp cần thiết tiến hành kiểm nghiệm trục về độ cứng. Đối với trục quay nhanh còn kiểm nghiệm trục về độ ổn định dao động.

1. Chọn vật liệu.

Vật liệu làm trục thường chọn thép 45 tôi cải thiện (dùng cho hộp giảm tốc tải trung bình và không yêu cầu đặc biệt về điều kiện làm việc).

Với tải nặng trục quay nhanh dùng thép hợp kim.

1. Tính thiết kế trục.

Tính toán thiết kế trục nhằm xác định đường kính và chiều dài và các đoạn trục đáp ứng các yêu cầu về độ bền, kết cấu, lắp ghép và công nghệ. Muốn vậy cần biết trị số, phương, chiều và điểm đặt của tải trọng (các lực) tác dụng lên trục, khoảng cách giữa các gối đỡ đến các chi tiết lắp trên trục.

Tính thiết kế trục tiến hành theo các bước sau :

• Xác định các lực tác dụng lên trục.
• Tính sơ bộ đường kính trục.
• Định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt tải trọng.
• Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục.

2.1  Xác định các lực tác dụng lên trục.

Các lực  chủ yếu tác dụng lên trục là mômen xoắn và các lực tác dụng khi ăn khớp trong bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục vít – bánh vít, lực căng đai, lực căng xích, lực lệch tâm do sự không đồng trục khi lắp hai nửa khớp nối di động. Trọng lượng bản thân trục và trọng lượng các chi tiết lắp trên trục chỉ được tính đến ở các cơ cấu tải nặng, còn các lực ma sát trong các ổ được bỏ qua.

a) Lực từ các bộ truyền trong hộp giảm tốc.

Như đã biết lực tác dụng khi ăn khớp trong các bộ truyền được chia làm ba phần : lực vòng F_t lực hướng tâm F_r và lực dọc trục F_a.

Ở đây ta chỉ xét cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng.

BÀI 2 : TÍNH CHỌN THEN

Mối ghép then và then hoa được dùng để truyền mômen xoắn từ trục đến các chi tiết lắp trên trục hoặc ngược lại.

Then là một chi tiết đã được tiêu chuẩn hoá.

Mối ghép then và then nhờ đơn giản về chế tạo và lắp ghép nên được dùng khá rộng rãi. Thường dùng hơn cả là then bằng.

1. Chọn kích thước tiết diện then theo đường kính trục.

 Kích thước của then tra theo bảng 9.1 trang 173 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1 ”, trị số của mômen cản uốn và xoắn tính theo công thức trong bảng 10.6 trang 196 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1 ” ứng với các tiết diện như sau :

 

PHẦN BỐN : THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC

 

ổ trục dùng để đỡ trục, giữ cho trục có vị trí xác định trong không gian, tiếp nhận tải trọng và truyền đến bệ máy. Tuỳ theo dạng ma sát trong ổ, người ta phân ra ổ trượt và ổ lăn. Chúng khác nhau về cấu tạo, lắp ghép, phạm vi sử dụng và phương pháp tính toán thiết kế ổ.

Nhờ có nhiều ưu điểm như mômen ma sát và mômen mở máy nhỏ, ít bị nóng khi làm việc, chăm sóc, bôi trơn đơn giản, thuận tiện trong sửa chữa, thay thế v.v... nên ổ lăn được dùng ngày càng rộng rãi.

 Khi thiết kế máy, cơ cấu hoặc bộ phận máy, không thiết kế ổ lăn mà chọn ổ lăn tiêu chuẩn để dùng, dựa theo hai chỉ tiêu cơ bản : khả năng tải động C và khả năng tải tĩnh C₀.

Muốn chọn ổ lăn cần phải biết :

• Trị số, chiều đặc tính tác dụng của tải trọng
• Tần số quay của vòng ổ
• Tuổi thọ cần thiết bằng giờ hoặc triệu vòng quay
• Các yêu cầu cụ thể liên quan đến kết cấu máy hoặc bộ phận máy và điều kiện sử dụng
• Giá thành ổ.

Chọn ổ lăn bao gồm các bước sau đây :

• Chọn loại ổ
• Chọn cấp chính xác ổlăn
• Chọn kích thước ổ
• Trường hợp cần thiết cần kiểm tra khả năng quay nhanh của ổ.

 

1. Chọn loại ổ lăn

Có nhiều loại ổ lăn :

• Theo hướng tác dụng của tải trọng do ổ tiếp nhận, chia ra : ổ đỡ, ổ chặn, ổ đỡ – chặn và ổ chặn - đỡ.
• Theo dạng con lăn : ổ bi và ổ đũa.
• Theo số dãy con lăn : ổ lăn một dãy, ổ lăn hai dãy và nhiều dãy.
• Theo đặc điểm kết cấu : ổ tự lựa và không tự lựa, vòng trong lắp trên mặt trụ hoặc mặt côn.

Vì ổ lăn ở đây chỉ chịu lực hướng tâm nên ưu tiên dùng ổ bi đỡ một dãy để có kết cấu đơn giản nhất, giá thành hạ nhất. ổ bi đỡ một dãy chịu được lực hướng tâm, chịu được lực dọc trục không lớn, cho phép vòng ổ nghiêng dưới 1/4 độ, làm việc với số vòng quay cao, giá thành ổ thấp nhất.

2. Chọn cấp chính xác ổ lăn

Khi chọn loại ổ lăn đã đề cập đến giá thành của ổ, vấn đề này còn liên quan rất chặt chẽ đến cấp chính xác ổ lăn. Tiêu chuẩn GOST 520 -71 quy định ổ lăn có 5 cấp chính xác : 0, 6, 5, 4 và 2 theo thứ tự độ chính xác tặng dần. Độ chính xác của ổ lăn được quyết định bởi độ chính xác của các kích thước lắp ghép của vòng ổ và độ chính xác khi quay của các vòng ổ. Độ đảo hướng tâm và độ đảo dọc trục đặc trưng  độ chính xác khi quay có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các vòng quay vì các độ đảo này sẽ tác động đến các chi tiết lắp ghép với ổ, gây nên các hậu quả xấu : tải trọng động, dao động và tiếng ồn.

Đối với hộp giảm tốc, hộp tốc độ và những kết cấu khác trong nghành chế tạo máy, thường dùng ổ lăn cấp chính xác bình thường (0).   

3. Chọn kích thước ổ lăn

Với tải trọng trung bình và chỉ có lực hướng tâm ta dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 0 và 1. Dựa vào đường kính đường kính các đoạn trục đã tính ở phần trên ta chọn ổ bi đỡ một dãy như sau

thiết kế hộp giảm tốc, bánh răng nghiêng, hộp giảm tốc đồng trục, khai triển , thuyết minh,  nguyên lý máy, quy trình sản xuất, kết cấu, động học hộp giảm tốc!

PHẦN NĂM : THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC

1. Tính chọn khớp nối

Chọn khớp nối

Nối trục đàn hồi là hai nửa trục nối với nhau bằng bộ phận đàn hồi. Bộ phận đàn hồi có thể là kim loại hoặc cao su.

Nối trục đàn hồi có khả năng : giảm va đập và chấn động, đề phòng cộng hưởng do dao động xoắn gây nên và bù lại độ lệch trục.

Trong thiết kế khớp nối  thường dựa vào mômen xoắn tính toán , được xác định theo công thức sau đây để chọn kích thước khớp nối :

 

1. Chọn kết cấu hộp giảm tốc

Vỏ hộp giảm tốc có nhiệm vụ bảo đảm vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng dầu bôi trơn, bảo vệ các chi tiết máy tránh bụi bặm.

Chỉ tiêu cơ bản của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ.

Hộp giảm tốc bao gồm : thành hộp, nẹp hoặc gân, mặt bích, gối đỡ ...

Vật liệu phổ biến dùng để đúc hộp giảm tốc là gang xám GX15-32 (chỉ dùng thép khi chịu tải lớn và đặc biệt khi chịu va đập).

2.1 Chọn bề mặt ghép nắp thân

Bề mặt ghép của vỏ hộp (phần trên của vỏ là nắp, phần dưới là thân) thường đi qua đường tâm các trục. Nhờ đó việc lắp ghép các chi tiết sẽ thuận tiện hơn. Sau khi đã lắp ghép lên trục các chi tiết như bánh răng, bạc, ổ ...(không phụ thuộc vào các trục) sau đó từng trục sẽ được đặt vào vỏ hộp.

Bề mặt lắp ghép thường chọn song song với mặt đế. Tuy nhiên, cũng có thể chọn bề mặt ghép không song song với mặt đế, nếu nhờ đó có thể giảm được trọng lượng và kích thước của hộp giảm tốc (khi chênh lệch đường kính giữa các cấp quá lớn và thường khi hộp giảm tốc nhiều cấp), cũng như tạo điều kiện bôi trơn tốt cho cặp bánh răng bằng phương pháp ngâm dầu. Sau đây là hình vẽ sơ bộ hộp giảm tốc.

PHẦN SÁU : BÔI TRƠN - LẮP GHÉP - ĐIỀU CHỈNH

1. Bôi trơn

Chọn phương pháp bôi trơn

            a) Bôi trơn hộp giảm tốc

Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoát nhiệt tốt và đề phòng các tiết máy bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộ truyền trong hộp giảm tốc.

Với vận tốc vòng nhỏ ta bôi trơn bộ truyền bằng cách bôi trơn ngâm dầu

Lấy chiều sâu ngâm dầu là 1/4 bán kính của bánh răng cấp chậm. Do đáy hộp giảm tốc cách chân răng 1 lượng là 36mm vậy chiều cao của lớp dầu cần phải có trong hộp giảm tốc là 94,329mm.

b) Bôi trơn ổ lăn

Khi ổ được bôi trơn đúng kỹ thuật, nó sẽ không bị mài mòn bởi vì chất bôi trơn sẽ giúp tránh không để các chi tiết kim loại trực tiếp tiếp xúc với nhau. Ma sát trong ổ sẽ giảm, khả năng chống mòn của ổ tăng lên, bảo vệ bề mặt không bị han gỉ, đồng thời giảm được tiếng ồn.

Các ổ lăn được bôi trơn bằng dầu hoặc mỡ. Nhưng ở đây ta chọn phương pháp bôi trơn bằng mỡ vì so với dầu thì mỡ bôi trơn được giữ trong ổ dễ dàng hơn, đồng thời có khả năng bảo vệ ổ tránh tác động của tạp chất và độ ẩm. Mỡ có thể dùng cho ổ làm việc lâu dài (khoảng 1 năm), độ nhớt ít bị thay đổi khi nhiệt độ thay đổi nhiều. 

Chọn loại vật liệu bôi trơn

4.   Phương pháp lắp giáp hộp giảm tốc

4.1 Cố định ổ trên trục và trong vỏ hộp

ổ lăn được lắp trên trục hoặc trên vỏ hộp bằng phương pháp ép trực tiếp hoặc phương pháp nung, để tránh biến dạng đường lăn và không cho các lực tác dụng trực tiếp qua các con lăn, cần tác dụng lực đồng đều trên vòng trong khhi lắp ổ trên trục hoặc vòng ngoài trên vỏ, mặt khác để dễ dàng lắp ổ trên trục hoặc vỏ, trước khi lắp cần bôi trơn một lớp dầu mỏng lên trục, lên lỗ hộp.

4.2 Lắp bánh răng, bánh đai, .. , lên trục

Để truyền mômen xoắn từ trục đến bánh răng ở đây ta dùng then bằng. Mặc dù thiết kế có quy định kiểu lắp, nhưng cho đến nay, mối ghép then không được lắp lẫn hoàn toàn, vì việc chế tạo rãnh then trển trục thường bằng dao phay, độ chính xác thấp, dung sai theo chiều rộng không được đảm bảo. Để khắc phục thiếu sót trên, khi lắp cần cạo dũa khích thước then theo kích thước của rãnh. Điều này sẽ làm tăng thời gian lắp và giảm thời làm việc của mối ghép.

Lắp bánh răng, bánh đai, khớp nối dùng phương pháp ép trực tiếp hoặc phương pháp nung nóng. Bánh răng, bánh đai, khớp nối cần được lắp đúng vị trí đã định. Nếu chiều dài của mayơ lớn hơn nhiều so với đường kính trục tại chỗ lắp thì cần có biện pháp đơn giản để khống chế sự dịch chuyển của chúng theo phương dọc trục.

4.3 Điều chỉnh bánh răng

Sai số về chế tạo các chi tiết theo kích thước chiều dài và sai số về lắp ghép làm cho vị trí vị trí bánh răng trên trục không chính xác. Trong hộp giảm tốc bánh răng trụ, để bù vào sai số đó thường lấy chiều rộng bánh răng nhỏ tăng lên 10% so với chiều rộng bánh răng lớn.

4.4 Điều chỉnh khe hở các ổ lăn

Sự tồn tại khe hở trong ổ lăn (khe hở dọc trục và khe hở hướng tâm), cũng như biến dạng của trục dưới tác dụng của ngoại lực là nguyên nhân làm trục bị đảo và dao động.

Khe hở ảnh hưởng đến sự phân bố tải trên các con lăn và độ bền lâu của ổ cho nên chúng ta phải điều chỉnh khe hở cho hợp lý để giảm tiếng ồn, giảm dao động, tăng độ cứng của gối trục.

Điều chỉnh ổ bằng cách dịch chuyển vòng ngoài bằng cách điều chỉnh những tấm đệm điều chỉnh, trong đó đệm điều chỉnh được đặt giữa nắp và vỏ hộp. Đệm bằng kim loại :sắt tây hoặc đồng có chiều dày từ 0,1 đến 0,15mm.

Tài liệu tham khảo

1. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập một, hai của PGS.TS. Trịnh Chất – TS. Lê văn Uyển nhà suất bản Giáo dục.
2. Chi tiết máy tập một, tập hai của Nguyễn Trọng Hiệp nhà suất bản Giáo dục.
3. Bài giảng và hướng dẫn làm bài tập dung sai của Ninh Đức Tốn Trường đại học bách khoa Hà Nội.