Đang tải... (xem toàn văn)
Bài Tập Lớn Chi Tiết máy Đề 5 thầy Nguyễn Văn Thạnh Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh. Thiết kế Hộp giảm tốc bao gồm: Bánh răng trụ răng thẳng 12, Trục vít bánh vít 34, Bộ truyền xích 56, Thiết kế trục chịu tải 1,2,3,4 và chọn ổ lăn tương ứng cho từng trục.
1.Thiết kế bánh trụ thẳng 12: Chọn vật liệu chế tạo bánh răng: Thép 40Cr Thường hóa cải thiện Bánh dẫn: σb = 930 MPa ; σch = 690 MPa ; HB = 260…280 Bánh bị dẫn: σb = 830MPa ; σch = 540 MPa ; HB = 240…260 Số chu kỳ làm việc sở NHO = 30HB2,4 = 30.2702,4 = 2,05.107 chu kỳ Và: NFO1 = NFO2 = 5.106 chu kỳ Xác định ứng suất tiếp làm việc cho phép: Số chu kỳ làm việc tương đương: Bánh làm việc với chế độ tải trọng không đổi: NHE = 60cnLh = 60.1.1500.19800 = 1,782.109 chu kỳ Với c = 1; n = 1500; Lh = 10.300.0,66 = 19800 h Vì NHE > NHO nên NHE = NHO Và lấy giá trị KHL = Theo bảng 6.13, Ta chọn giới hạn mỏi tiếp xúc cho phép sH cho bánh dẫn : Vì chọn thép 40Cr thường hóa cải thiện nên: σ OH lim = 2HB + 70 = 610; sH = 1,1 Ứng suất tiếp xúc cho phép: [σH ] = σ OH lim 0,9 K HL sH = = 499,1 MPa Theo bảng 6.13, Ta chọn giới hạn mỏi tiếp xúc cho phép sH cho bánh bị dẫn : Vì chọn thép 40Cr thường hóa cải thiện nên: σ OH lim = 2HB + 70 = 570; sH = 1,1 Ứng suất tiếp xúc cho phép: [σH ] = σ OH lim 0,9 K HL sH = = 466,4 MPa Vì bánh trụ thẳng nên chọn [σH] = 466,4 MPa Xác định ứng suất uốn cho phép: Số chu kỳ làm việc tương đương NFE = 60cnLh = 1,782.109 chu kỳ Vì NFE > NFO ta lấy NFE = NFO nên KFL = Theo bảng 6.13, Ta chọn giới hạn mỏi tiếp xúc cho phép sH cho bánh bị dẫn : Vì chọn thép 40Cr thường hóa cải thiện nên: σ OH lim = 1,8.HB = 450; sH = 1,75 Ứng suất tiếp xúc cho phép: [σF ] = σ OF lim K FL sF = = 257 MPa Theo bảng 6.13, Ta chọn giới hạn mỏi tiếp xúc cho phép sH cho bánh dẫn : Vì chọn thép 40Cr thường hóa cải thiện nên: σ OH lim = 1,8.HB = 486; sH = 1,75 Ứng suất tiếp xúc cho phép: [σF ] = σ OF lim K FL sF = = 277.71 MPa Vậy chọn [σF] = 257 MPa Xét truyền bôi trơn tốt (hộp giảm tốc kín), tính toán thiết kế theo độ bền tiếp xúc: Vì bánh xếp đối xứng trục có HB < 350HB, nên chọn ψba = 0,3~0,5 lấy ψba =0,4 ψ bd = Vậy: ψ ba (u + 1) = = 1,4 Theo ψbd ta KH = KHβ = 1,07 Tính toán khoảng cách trục aω: aw = 50(u ± 1) T1 K H β ψ ba [ σ H ] u = =131,76 Với T1 = = 47750 N.mm Theo dãy ta chọn aω = 160 mm Vì HB1 ,HB2 < 350HB nên m = (0,01~0,02).160 = 1,6 ~ 3,2 Theo dãy ta chọn m = 2,5 mm Xác định số : z1.(1+6) = = 18 z2 = 108 Thông số hình học truyền : Đường kính vòng chia : d1 = 18.2,5 = 45 mm d2 = 108.2,5 = 270 mm Đường kính vòng đỉnh : dω1 = d1 + 2.m = 50 mm dω2 = d2 + 2.m = 275 mm Đường kính vòng đáy : df1 = d1 - 2.m = 40 mm df2 = d2 - 2.m = 265 mm Chiều rộng vành răng: Bánh bị dẫn: b2 = ψba.a = 64 mm Bánh dẫn: b1 = b1 + = 71 mm Tính vận tốc vòng bánh răng: v = = 3,53429 (m/s) Vậy cấp xác truyền Xác định lực tác dụng lên truyền: Ft = Ft1 = Lực vòng : Lực hướng tâm: 2T1 d1 = 2122,2 N Fr = Fr1 = Ft1tgα nw =772,418 N Chọn hệ số tải trọng động KHV KFV: Dựa vào cấp xác, vận tốc vòng bánh độ cứng bánh ta chọn hệ số tải trọng động KHV = 1,199 ;KFV = 1,395 Dựa vào cấp xác vận tốc vòng bánh ta chọn hệ số phân bố tải trọng không KHα = 1,142 Vì cấp xác = nên ta lấy KFα = KH = KHβ.KHVKHα = 1,3692 Ta có ZM = 275 MPa1/2 vật liệu thép ZH = = 1,764 MPa1/2 Zε = = 0,7732 MPa1/2 Với εα = [1,88 – 3,2()] =1,673 Xác định ứng suất tính toán σH : σH = Z M Z H Zε d w1 2T1 K H (u + 1) ≤ [σ H ] bwu σH = =403,32 Mpa < [σH] Vậy thiết kế thỏa mãn điều kiện ứng suất tiếp xúc YF = 3, 47 + Xác định hệ số 13, 27,9 x − + 0, 092 x zv zv Cho hệ số dịch chỉnh x = YF = 3,3592 σF = YF Ft K F ≤ [σ F ] bw m σF = 71 < [σF] Vậy ứng suất uốn thỏa mãn điều kiện cho phép 2 Thiết kế trục vít bánh vít 34: Dự đoán vận tốc trượt vs: vs ≈ 0, 02 ÷ 0, 05)ω1 ≈ (3, ÷ 4, 6) n1 T2 105 = 1,655 ~2,058 m/s Chọn vật liệu làm bánh vít trục vít Đồng BrSnP10-1 σb = 260 MPa, σch = 150 MPa Vít thép C45 σb = 700 MPa, σch = 350 MPa, HB = 250…300 HB Được mài bóng, hệ số tải trọng tĩnh K = 1,3 MoMen tải lớn = 2.T2 max Chọn mối ren z1 = u = 20 z2 = 40 => q = 10 Hiệu suất truyền động : η = 0,9(1 – u/200) = 0,81 Số chu kỳ ứng suất tương đương : NHE = 60ncLh = 1,485.106 chu kỳ [σH] = 0.76σb.=250,8 MPa Tính khoảng cách trục aω theo độ bền tiếp xúc : Với tỷ số truyền u = 20, hiệu suất chuyền động η= 0,81 => T2 = 4641300 Nmm 2 q 170 T2 K H aw = + ÷ ÷ z2 [σ H ] ( q / z2 ) = 278,744 mm m = (2.aω)/(z2 + q) =11,14 Vậy chọn m = 12,5 Tính lại aω = 312,5 mm lấy aω = 315 mm Hệ số dịch chỉnh x : x = aω/m – 0,5.(q + z2) = 0,2 -0,7 < x < 0,7 Vậy giá trị dịch chỉnh thỏa mãn yêu cầu Kiểm tra độ bền uốn: σF = Với F12 = (2T2max)/(m.z2) = 18565,2 N = 0,2 => γ = 11,31o Số tương đương : zv2 = z2/cos3γ = 42,42 Hệ số dạng phụ thuộc YF2 = 1,516 NFE = 60.c.n2.Lh = 1485000 h Ứng suất uốn cho phép [σF] : [σF] = (0,25σch + 0,08σb) = 53,396 MPa σF = = 18,013 MPa < [σF] Vậy độ bền uốn thỏa mãn Kích thước trục vít: Đường kính vòng chia : d1 = mq = 12,5.10= 125 mm Đường kính vòng đỉnh : da1 = d1 + 2m = 150 mm Đường kính vòng đáy : df1 = d1 – 2,4m = 95 mm Đường kính vòng lăn : dω1 = m(q + 2x) = 130 mm Chiều dài phần cắt ren trục vít b >= (11 + 0,06z2)m + 25 = 192,5 mm Bước ren bước xoắn ốc : p = π.m = 39,27 mm pz = pz1 = 78,54 mm Kích thước bánh vít : Đường kính vòng chia : d2 = mz2 = 500mm Đường kính vòng đỉnh : da2 = m(z2 + + 2x) = 530 mm Đường kính vòng đáy : df2 = m(z2 – 2,4 + 2x) = 475 mm Khoảng cách trục : aω = 0,5m(q + z2 + 2x) = 315 mm Đường kính lớn bánh vít daM2 thỏa mãn Xác định lực Ft = Fa1 = 2T2 d2 = 17419,2 N Ft1 = Fa = Ft 2tg (γ + ρ ') Fr1 = Fr = Ft 2tgα = 4217,366 N = 6340,07 N Kiểm tra độ cứng trục vít: f = l Fr21 + Ft12 ≤[ f ] 48 EI e Với E = 2,1.105 (Trục vít thép) Ie = 261355903,7 mm4 f = 0,0173 thỏa mãn Thiết kế truyền xích 56: Chọn loại xích lăn z1 = 29 – 2u = 25,5 => z1 = 25 z2 = 43 => u ≈ 1,72 Tính toán hệ số điều kiện sử dụng xích: Xích nằm ngang, khoảng cách xích a = 40pc, trục không điều chỉnh được, bôi trơn nhỏ giọt, truyền êm, làm việc ca K = 1,25 Pt = KK z K n P1 ≤ [ P] Kx Kz = 1, Kn = 4, Kx = 2,5 ( dãy xích) Pt = 11,4 KW Chọn bước xích pc =50,8 mm; d0 =14,29 mm; b0 = 45,21 mm có công suất cho phép 22,9 KW tốc độ quay tối đa 50 vg/ph a = 40pc = 2032 mm Vận tốc trung bình v xích: v= n1 pc Z1 60000 Lực vòng có ích = 0,232 m/s Ft = 1000 P v = 24568,966 N Kiểm nghiệm bước xích pc ≥ 2,82 T1K P1 K = 600 z1[ p0 ]K x z1n1[ p0 ]K x =44,144 mm Vậy độ dài bước xích thỏa mãn X= 2a Z1 + Z Z − Z1 pc + + ÷ pc 2π a = 114 bước Chiều dài xích L = Xpc = 5791,2 mm Tính lại khoảng cách trục a: Z − Z1 Z1 + Z Z1 + Z a = 0, 25 pc X − + X − ÷ ÷ − 8 2 2π Tính độ chùng xích delta a = 0,004a = 8,1 mm Vậy khoảng cách trục a là: a = 2019 mm Lực tác dụng lên xích Lực tác dụng lên trục: Fr = Km.Ft Ft = 1000P1/v = 24568,966 N Fr = 6555 N = 2026,77511 mm Thiết kế trục ổ đỡ Chọn vật liệu làm trục thép 40Cr, ứng suất xoắn cho phép [τ] = 10MPa Trục 1: Chọn đường kính sơ trục: d ≥ = 28,795 mm Ứng suất uốn cho phép: [σF] = Với đường kính phôi 28,795 mm < 60 mm σ-1 = 451 MPa; σb = 883 MPa; σch = 736 MPa Hệ số an toàn [s] = làm việc không đảo chiều εσ = 0,83 30 ≥ d ≥ 20 mm thép hợp kim β = 0,9 hệ số tăng bền bề mặt phương pháp gia công mài tinh σb = 883 MPa Kσ = 2,15 phay rãnh then dao phay đĩa Chỉ số mũ đường cong mỏi với thép hợp kim C = 20 30 m = = 6,94 10,46 Ta chọn m = 10 KL = NLE = 60cnLh = 1,782.109 chu kỳ Vì NLE > 5.106 nên KL = [σF] = 78,348 MPa Cân lực: RBy + RAy – Fr1 = Ft1 - RAx - RBx = RBy.2 = Fr1 RBx.2 = Ft1 RBy = RAy = Fr1/2 = 363,371 N RBx = RAx = Ft1/2 = 1061,1 N Mx = 18168,55 Nmm My = 106110 Nmm Độ dài trục nối AB: 100 mm ( chiều rộng vành bánh 71 mm) Trục có momen tương đương lớn C Mc = Mc = 115323,1953 Nmm Xác định đường kính tiết diện nguy hiểm σF = MC/W = 32MC/πd3 ≤ [σF] d ≥ = 24,507 mm Vì C lắp trục có rãnh then nên ta tăng đường kính d lên 5% => d ≥ 25,733 mm ta chọn d = 26 mm Lựa chọn ổ lăn trục 1: Q = (VXFr + ỲFa)KσKt Fr = = 1121,59 N Do lực dọc trục nên X = Y = Các hệ số V, Kσ, Kt chọn vòng quay Q = (1.1121,59 + 0.0).1.1 = 1121,59 N Thời gian làm việc theo triệu vòng quay L = =1782 triệu vòng quay Khả tải động tính toán: Ctt = Q=11653,21N=11,65 kN Chọn ổ bi đỡ cỡ nhẹ mã 206 với khả tải tĩnh C = 15,3kN khả tải động C0= 10,2 kN Trục 2: Chọn đường kính sơ trục: d ≥ = 52,32 mm Ứng suất uốn cho phép: [σF] = Với đường kính phôi 52,32 mm < 60 mm σ-1 = 451 MPa; σb = 883 MPa; σch = 736 MPa Hệ số an toàn [s] = làm việc không đảo chiều εσ = 0,70 60 ≥ d ≥ 50 mm thép hợp kim β = 0,9 hệ số tăng bền bề mặt phương pháp gia công mài tinh σb = 883 MPa Kσ = 2,15 phay rãnh then dao phay đĩa Chỉ số mũ đường cong mỏi với thép hợp kim C = 20 30 m = = 6,94 10,46 Ta chọn m = 10 KL = NLE = 60cnLh = 2,97.108 chu kỳ Vì NLE > 5.106 nên KL = [σF] = 66,077 MPa Cân lực: RBy + RAy – Fr2 – Fr3= -Ft2 - RAx - RBx + Ft3= -200.RAy + 250Fr2 + 100Fr3 –62,5Fa3= -250Ft2 - 200RAx + 100Ft3= RBy = 8420,4305N RAy = -1307,9425 N RBx = 2639,233 N RAx = -544,067 N MDx = 263923,3 Nmm MDy = 842043,05 Nmm Độ dài trục nối AC: 100 mm , CB: 200 mm Trục có momen tương đương lớn D Mc = Mc = 916652,8266 Nmm Xác định đường kính tiết diện nguy hiểm σF = MC/W = 32MC/πd3 ≤ [σF] d ≥ = 51,767 mm Vì C lắp trục có rãnh then nên ta tăng đường kính d lên 5% => d ≥ 54,355 mm ta chọn d = 55 mm Lựa chọn ổ lăn trục 2: Q = (VXFr + ỲFa)KσKt Fr = = 8824,35 N Chọn ổ bi đỡ chặn cỡ trung ký hiệu 46311 có tải trọng tĩnh C = 68900N tải trọng động C0 = 57400 N Fa/C0 = 0,3 => e = 0,52 S = 0,52.Fr = 0,52.8824,35 = 4588,662 N Với e = 0,34 tỷ số Fa/(VFr) > e ,ta có X = 0,45 Y =1,04 Các hệ số V, Kσ, Kt chọn vòng quay Q = (0,45.8824,35 + 1,04.17419,2).1.1 = 22881,12 N Thời gian làm việc theo triệu vòng quay L = =297 triệu vòng quay Khả tải động tính toán: Với thời gian làm việc giảm 1/2 Ctt = Q=121167,49N = 121,17 kN Ta Chọn ổ bi đỡ chặn cỡ trung ký hiệu 46311 có tải trọng tĩnh C = 68900N tải trọng động C0 = 57400 N sử dụng ổ gối đỡ Trục 3: Chọn đường kính sơ trục: d ≥ = 129,61 mm Ứng suất uốn cho phép: [σF] = Với đường kính phôi 129,61 mm < 300 mm σ-1 = 392 MPa; σb = 785 MPa; σch = 569 MPa Hệ số an toàn [s] = làm việc không đảo chiều εσ = 0,6 140 ≥ d ≥ 120 mm thép hợp kim β = 0,9 hệ số tăng bền bề mặt phương pháp gia công mài tinh σb = 883 MPa Kσ = 2,15 phay rãnh then dao phay đĩa Chỉ số mũ đường cong mỏi với thép hợp kim C = 20 30 m = = 6,94 10,46 Ta chọn m = 10 KL = NLE = 60cnLh = 1,485.107 chu kỳ Vì NLE > 5.106 nên KL = [σF] = 49,23 MPa Cân lực: -RBy - RAy + Fr4 = -Ft4 + RAx + RBx – Fr5= -150RBy + 75Fr4 +500Fa4= -75Ft4 + 150RBx – 175Fr5= RBy = 17227,92 N RAy = -10887,85 N RBx = 16357,1 N RAx = 7617,1 N MCx = 571282,5 Nmm MCy = 1292094,25 Nmm Độ dài trục nối AB: 150 mm; BD: 50mm Trục có momen tương đương lớn C Mc = Mc = 4027255,351 Nmm Xác định đường kính tiết diện nguy hiểm σF = MC/W = 32MC/πd3 ≤ [σF] d ≥ = 93,52 mm Vì C lắp trục có rãnh then nên ta tăng đường kính d lên 5% => d ≥ 98,2 mm ta chọn d = 100 mm Lựa chọn ổ lăn trục 2: Q = (VXFr + ỲFa)KσKt Fr = = 23756,28 N Chọn ổ bi đỡ chặn cỡ siêu nhẹ ký hiệu 46120 có tải trọng tĩnh C = 50200 tải trọng động C0 = 48500 N Fa/C0 = 0,086 => e = 0,41 S = 0,41.Fr = 0,41.8824,35 = 3617,98N Với e = 0,34 tỷ số Fa/(VFr) > e ,ta có X = 0,45 Y =1,34 Các hệ số V, Kσ, Kt chọn vòng quay Q = (0,45.23759,28 + 1,34.4217,37).1.1 = 16342,95 N Thời gian làm việc theo triệu vòng quay L = =14,85 triệu vòng quay Khả tải động tính toán: Ctt = Q =40170,38N (Thỏa mãn) Vậy ta chọn ổ bi đỡ chặn cỡ siêu nhẹ ký hiệu 46120 có tải trọng tĩnh C = 50200 tải trọng động C0 = 48500 N Trục 4: Chọn đường kính sơ trục: d ≥ = 155,29 mm Ứng suất uốn cho phép: [σF] = Với đường kính phôi 155,29 mm < 300 mm σ-1 = 392 MPa; σb = 785 MPa; σch = 569 MPa Hệ số an toàn [s] = làm việc không đảo chiều εσ = 0,55 d = 155,29 mm thép hợp kim β = 0,9 hệ số tăng bền bề mặt phương pháp gia công mài tinh σb = 883 MPa Kσ = 2,15 phay rãnh then dao phay đĩa Chỉ số mũ đường cong mỏi với thép hợp kim C = 20 30 m = = 6,94 10,46 Ta chọn m = 10 KL = NLE = 60cnLh = 8,63.106 chu kỳ Vì NLE > 5.106 nên KL = [σF] = 45,13 MPa Cân lực: RBy + RAy – Fr1 = RBy.2 = Fr1 RBy = RAy = Fr1/2 = 3277.5 N My = 81937,5 Nmm Độ dài trục nối AB: 50 mm Trục có momen tương đương lớn C Mc = Mc = 6487201,54 Nmm Xác định đường kính tiết diện nguy hiểm σF = MC/W = 32MC/πd3 ≤ [σF] d ≥ = 112,86 mm Vì C lắp trục có rãnh then nên ta tăng đường kính d lên 5% => d ≥ 118,5 mm ta chọn d = 120 mm Các đường kính khác chọn hình Lựa chọn ổ lăn trục 1: Q = (VXFr + ỲFa)KσKt Fr = = 3277.5N Do lực dọc trục nên X = Y = Các hệ số V, Kσ, Kt chọn vòng quay Q = (1 3277.5+ 0.0).1.1 = 3277.5N Thời gian làm việc theo triệu vòng quay L = =8,6 triệu vòng quay Khả tải động tính toán: Ctt = Q=84046,32N=84,05 kN Vậy ta chọn ổ bi đỡ chặn Ký hiệu 46224 có Tải trọng tĩnh C = 148000 N tải trọng động C0 = 153000N