Thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT Tính toán thiết kế bộ truyền trục vít thực hiện theo trình tự. Thông số đầu vào: công suất truyền P trên trục vít hoặc bánh vít [hoặc mômen xoắn T], vận tốc góc ω1 và ω2 [hoặc số vòng quay n1 và tỷ số truyền u], điều kiện làm việc bộ truyền. n1 ω1 = n2 ω2 1. Xác định tỷ số truyền u = 2. Dự đoán vận tốc trượt vs theo công thức: vs ≈ 0, 02 ÷ 0, 05]ω1 ≈ [3, 7 ÷ 4, 6]n1 3 T2 105 Chọn vật liệu bánh vít, trục vít, phương pháp chế tạo, nhiệt luyện, cấp chính xác. 3. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép: a. Bánh vít có răng chế tạo từ đồng thanh thiếc Vật liệu này có giới hạn bền σ b < 300 MPa , có độ chống dính cao, ứng suất tiếp xúc cho phép được chọn theo điều kiện chống tróc rỗ bề mặt và được xác định theo công thức: [σ H ] = [0, 76 ÷ 0,9]σ b K HLCv trong đó: σ b - giới hạn bền kéo của vật liệu [bảng 7.8 [1]] Cv - hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc trượt; K HL - hệ số tuổi thọ. Hệ số [0, 76 ÷ 0, 9] được chọn theo chiều tăng độ rắn của trục vít. Tích [0, 76 ÷ 0, 9]σ b là ứng suất cho phép khi N HO = 107 . Hệ số Cv được xác định theo bảng sau: Vận tốc trượt vs , [m/s] ≤1 2 3 4 5 6 7 ≥8 Cv 1,33 1,21 1,11 1,02 0,95 0,88 0,83 0,8 PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc “Cơ sở thiết kế máy” NXB ĐHQG TP HCM Hệ số tuổi thọ K HL được xác định theo công thức sau: K HL = 8 107 N HE trong đó N HE là số chu kỳ làm việc tương đương: 4 N HE T  = 60∑  2i  ni ti  T2  với: ni , T2i , ti - số vòng quay trong một phút, mômen xoắn trên bánh vít và thời gian làm việc tính bằng giờ trong chế độ làm việc thứ i. T2 - mômen lớn nhất trong các giá trị T2i . Nếu N HE ≥ 2, 6.108 thì ta lấy N HE = 2, 6.108 chu kỳ. b. Đối với răng của bánh vít chế tạo từ đồng thanh không thiếc [ σ b > 300 MPa ] và bằng gang, ứng suất tiếp xúc cho phép được chọn theo điều kiện tránh dính, phụ thuộc vào vs [m/s] và [σ H ] không phụ thuộc số chu kỳ ứng suất: [σ H ] = [276 ÷ 300] − 25vs , MPa c. Đối với bánh vít làm bằng gang - Trục vít tôi tần số cao: [σ H ] = 200 − 35vs , - Trục vít thường hóa: MPa [σ H ] = 175 − 35vs , MPa Ứng suất tiếp xúc cho phép kiểm tra khi quá tải: - Đồng thanh thiếc: [σ H max ] = 4σ ch - Đồng thanh không thiếc: [σ H max ] = 2σ ch - Gang: [σ H max ] = 1, 65σ bF trong đó: σ ch - giới hạn chảy; σ bF - giới hạn bền uốn. PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc “Cơ sở thiết kế máy” NXB ĐHQG TP HCM 4. Xác định ứng suất uốn cho phép: a. Đối với bánh vít bằng đồng thanh quay một chiều [σ F ] = [0, 25σ ch + 0, 08σ b ] 9 106 N FE trong đó: σ ch , σ b - giới hạn chảy và giới hạn bền của vật liệu [bảng 7.8 [1]] N FE - số chu kỳ tải trọng tương đương, xác định theo công thức sau: N FE = 60.∑ [ T2 i 9 ] .ni .ti T2 với: ni , T2i , ti - số vòng quay trong một phút, mômen xoắn trên bánh vít và thời gian làm việc tính bằng giờ trong chế độ làm việc thứ i. T2 - mômen lớn nhất trong các giá trị T2i . Nếu N FE ≥ 2, 6.108 thì ta lấy N FE = 2, 6.108 chu kỳ. Nếu N FE ≤ 106 thì ta lấy N FE = 106 . b. Đối với bánh vít bằng gang - Bánh vít quay một chiều: [σ F ] = 0, 22σ bF với σ bF là giới hạn bền uốn vật liệu. - Bánh vít quay hai chiều, ta nhân giá trị trên cho 0,8 Ứng suất uốn cho phép khi quá tải: - Đối với đồng thanh: [σ F max ] = 0,8σ ch - Đối với gang: [σ F max ] = 0, 6σ bF 5. Chọn số mối ren z1 theo tỷ số truyền u. Khi z1 = 4 thì u = 8 ÷ 15 ; khi z1 = 2 thì u = 16 ÷ 30 ; khi z1 = 1 thì 80 ≥ u ≥ 30 . PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc “Cơ sở thiết kế máy” NXB ĐHQG TP HCM Tỷ số truyền bộ truyền trục vít được chọn theo dãy số tiêu chuNn sau: Dãy 1 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80 Dãy 2 9; 11,2; 14; 18; 22,4; 28; 35,5; 45; 56; 71 Tính z2 = uz1 [với z2 ≥ 28 ]. Tính lại tỷ số truyền u. Chọn hệ số đường kính q theo tiêu chuNn thỏa mãn điều kiện 0, 4 ≥ q / z2 ≥ 0, 22 [bảng 7.2 [1]], thông thường chọn q / z2 ≈ 0, 26 . 6. Chọn sơ bộ η theo công thức: η = 0, 9[1 − u ] 200 7. Tính khoảng cách trục aw theo độ bền tiếp xúc theo công thức: 2  q   170  T2 K H aw =  1 +  3    z2   [σ H ]  [ q / z2 ] Tính mođun: m = 2aw và chọn m theo tiêu chuNn: z2 + q Dãy 1 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; Dãy 2 1,5; 3; 3,5; 6; 7; 12 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25 Sau đó tính toán lại khoảng cách trục, nếu khoảng cách trục không phải tiêu chuNn hoặc số nguyên ta phải tiến hành dịch chỉnh bánh vít. Nếu bộ truyền quay tay thì ta tính môđun theo độ bền uốn bằng công thức: m= 3 1,5T2YF K F z2 q[σ F ] 8. Xác định các kích thước chính bộ truyền: Thông số hình học Công thức Trục vít Đường kính vòng chia Đường kính vòng lăn Đường kính vòng đỉnh Đường kính vòng đáy d1 = mq d w1 = m[q + 2 x] d a1 = d1 + 2m d f 1 = d1 − 2, 4m PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc “Cơ sở thiết kế máy” NXB ĐHQG TP HCM γ = arctg Góc xoắn ốc vít γ Chiều dài phần cắt ren trục vít z1 q btv ≥ [11 + 0,06 zbv ]m Bánh vít Đường kính vòng chia Đường kính vòng đỉnh Đường kính vòng đáy Khoảng cách trục Đường kính lớn nhất bánh vít d 2 = mz2 d a 2 = m[ z2 + 2 + 2 x ] d f 2 = m[ z2 − 2, 4 + 2 x] aw = 0,5m[q + z2 + 2 x] 6m d aM 2 ≤ d a 2 + z1 + 2 b2 ≤ 0, 75d a1 Chiều rộng bánh vít b2 9. Kiểm nghiệm vận tốc trượt theo công thức: ν s = mn1 z12 + q 2 19500  z2   [1 − X ] θ  - Hệ số tải trọng tính theo bảng 7.6 [1] và công thức: K β = 1 +  - Hiệu suất η theo công thức: η = 0, 95. tgγ tg [γ + ρ '] trong đó ρ ' - góc ma sát thay thế ρ ' = arctgf ' với f ' là hệ số ma sát thay thế. Giá trị hệ số ma sát thay thế f ' phụ thuộc vào vận tốc trượt vs , được xác định theo bảng 7.5 [1] nếu vật liệu trục vít là thép và bánh vít bằng đồng thanh có thiếc. Hoặc f ' có thể xác định theo công thức gần đúng: Hoặc: f '= 0, 048 [cặp thép – đồng thanh] vs0,36 f '= 0, 06 [cặp thép – gang] vs0,36 10. Nếu vật liệu bánh vít chế tạo từ đồng thanh có độ rắn cao hoặc gang thì tính toán lại giá trị ứng suất tiếp xúc cho phép với vận tốc trượt vừa tìm được, giá trị vừa tính không được nhỏ hơn 10% hoặc lớn hơn 5% giá trị sơ bộ trên mục 3. Nếu không ta tiến hành tính toán thiết kế lại. 11. Xác định số răng tương đương bánh vít zv 2 theo công thức zv 2 = z2 , chọn hệ số cos3 γ YF 2 theo bảng 7.10 [1] và kiểm nghiệm ứng suất uốn của bánh vít theo công thức: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc “Cơ sở thiết kế máy” NXB ĐHQG TP HCM σF = 1, 2.T2 .YF .K F ≤ [σ F ] d 2b2 m Thông thường giá trị ứng suất uốn tính toán σ F nhỏ hơn ứng suất uốn cho phép [σ F ] rất nhiều. 12. Kiểm nghiệm độ bền thân trục theo hệ số an toàn [tham khảo chương Trục]. 13. Tính toán nhiệt theo công thức: t1 = to + 1000 P1 [1 − η ] ≤ [t1 ] KT A[1 + ψ ] trong đó [t1 ] là nhiệt độ làm việc cho phép tùy vào loại dầu bôi trơn, có giá trị lớn nhất 95o C . 14. Xác định giá trị các lực : Ft 2 = Fa1 = 2T2 d2 Ft1 = Fa 2 = Ft 2tg [γ + ρ '] Fr1 = Fr 2 = Ft 2tgα 15. Kiểm tra độ bền uốn của trục theo công thức: σF = 2 2 M E 32 M F + 0, 75T1 = ≤ [σ F ] WE π d 3f 1 trong đó M F là tổng mômen uốn tương đương, xác định theo công thức: 2 F l F l F d  M F =  t 1  +  r 1 + a1 1  4   4   4 2 Ứng suất uốn cho phép trục vít có thể tra trong bảng 7.11 [1]. 16. Kiểm tra độ cứng trục vít theo công thức: f = l 3 Fr21 + Ft12 48 EI e ≤[ f ] trong đó: l - khoảng cách giữa hai ổ, sơ bộ có thể chọn l = [0, 9...1]d 2 Fr1 , Ft1 - tải trọng hướng tâm và lực vòng tác dụng lên bộ truyền I e - mômen quán tính tương đương mặt cắt trục vít, mm 4 : PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc “Cơ sở thiết kế máy” NXB ĐHQG TP HCM  0, 625d a1  4  0,375 +  π d f 1 d f 1  Ie =  64 Giá trị độ võng cho phép [ f ] = [0, 01 ÷ 0, 005]m , với m là môđun trục vít. Nếu không thỏa mãn điều kiện trên thì ta phải tăng hệ số đường kính q hoặc giảm khoảng cách giữa các trục aw .

PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc “Cơ sở thiết kế máy” NXB ĐHQG TP HCM

Đồ án tốt nghiệpNgô Thế Toản - Lớp CTM - K38[ ] tx = 250.0,9 = 225[ N / mm 2 ].[ ] u = 115.0,68 = 78,2[ N / mm 2 ].3] Chọn số mối ren trục vít:+ Số mối ren trục vít: Z1 = 2.+ Số răng bánh vít: Z2 = i. Z1 = 20. 2 = 40.4] Sơ bộ chọn trị số hiệu suất, hệ số tải trọng và tính công suấtbánh vít:Chọn = 0,8 [Chọn theo Z = 2]* Công suất trên bánh vít:N2 = N1. = 7,125.0,8 = 5,7.* Sơ bộ chọn hệ số tải trọng:K = 1,1 [ Giả sử V2 < 3 m/s ].5] Định mô đun [m] và q theo sức bền tiếp xúc: 1,45.10 63m. q Z 2 .[ ] tx2 K .N 2 1,45.10 6 .= n2 40.2252 1,1.5,7 .= 14,58.31m.3 q 14,58.+ Chọn q = 10. Đảm bảo q [0,25 ữ 0,3] Z2.+ Chọn m = 7. [Bảng 7-3 . [9]]6] Kiểm nghiệm vận tốc trợt, hiệu suất và hệ số tải trọng:* Vận tốc trợt: Vt.m.n17.620Vt =. z1 2 + q 2 =. 2 2 + 10 2 = 2.2[ m / s ].i.100020.1000* Các hệ số:+ Căn cứ vào Z1, q chọn: = 123144.+ Căn cứ vào vật liệu trục vít, bánh vít tra bảng:Hệ số ma sát f = 0,038.Góc ma sát = 230.* Hiệu suất :tgtg12,53 = [ 0,96 ữ 0,98].= 0,96.= 0,81 .tg [ + ]tg 12,53 + 2,18 [[ Góc = arctg f = 2,18] = 0,81 đạt yêu cầu.* Vận tốc vòng của bánh vít:9]Đồ án tốt nghiệpV2 =Ngô Thế Toản - Lớp CTM - K38 .d 2 .n 2 .m.Z 2 .n 2 3,14.7.40.31=== 0,45[ m / s ] < 3[ m / s ].60.100060.100060.1000+ Vì tải trọng không đổi và giả thiết V2 < 3 [m/s] do đó:K = Ktt . Kđ = 1.1,1 = 1,1 [Phù hợp].+ Vì V2 < 2 [m/s] nên có thể chế tạo bộ truyền với cấp chính xác 8.7] Kiểm nghiệm ứng suất uốn của bánh vít:Số răng tơng đơng của bánh vít:Z240Ztđ === 43,01 43.33oCos Cos 12 31'44"Hệ số dạng răng: y = 0,476.u ==15.10 6.K .N 2m 3 .Z 2 . y.q.n 2 [ u ].15.10 6.1,1.5,77 3.40.0,476.10.31[]= 46,46 < 78,2 N / mm 2 . Đảm bảo sức bền uốn.8] Xác định các thông số chủ yếu của bộ truyền:+ Mô đun : m = 7 [mm].+ Số mối ren trục vít: Z1 = 2.+ Số răng bánh vít: Z2 = 40.+ Hệ số đờng kính : q =10.dcq = 1 dc1 = q.m = 7.10 = 70[mm].m+ Đờng kính vòng chia trục vít: dc1 = 70[ mm].+ Góc ăn khớp: = 20.+ Góc nâng: = 123144.+ Khoảng cách trục : a = 0,5.m.[q + Z2] = 0,5.7.[10+40] = 175 [mm].* Vì không yêu cầu lấy a theo tiêu chuẩn nên ta dùng bánh răng không dịchchỉnh.* Đờng kính vòng đỉnh [Da1]:Da1 = dc1 + 2.fo.m = 70 + 2.1.7 = 84[mm].* Đờng kính vòng đáy [Di1]:Di1 = m.[q - 2,4] = 7.[10 - 2,4] = 53,2 [mm].* trục vít hớng xoắn phải.+ Bớc ren t:10Đồ án tốt nghiệpNgô Thế Toản - Lớp CTM - K38t = .m = 3,14.7 =21,98 [mm].+ Chiều dài phần có ren L:L [11 + 0,06.Z2].m = [11 + 0,06.40 ].7 = 93,8 [mm].Lấy L = 150 [mm].* Đờng kính vòng chia [vòng lăn] của bánh vít:dc2 = d2 = Z2.m = 40.7 = 280 [mm].+ Đờng kính vòng đỉnh [trong mặt cắt chính] của bánh vít:Da2 = m.[Z2 + 2] = 7.[40 + 2] = 294 [mm].+ Chiều rộng bánh vít:B 0,75. Da1 = 0,75.84 = 63 [mm].Lấy B = 60 [mm].9] Tính lực tác dụng:* Lực vòng P1 trên trục vít bằng lực dọc trục Pa2 trên bánh vít:2M 1P1 = Pa 2 =dc169,55.10.N 1 M1 =[ N / mm] n12.9,55.10 6.7,125 P1 = Pa 2 == 3136[ N ].70.620N 1 : Công suất trên trục vít [KW].n1 : Số vòng quay [V/ph].* Lực vòng P2 trên bánh vít bằng lực dọc trục Pa1 trên trục vít:2.M 2 2, M 1 ..i 2.9,55.10 6.7,125.0,81.20P2 = Pa1 ==== 12699 [N].dc 2dc 2280.620* Lực hớng tâm trên trục vít bằng lực hớng tâm trên bánh vít:Pr1 = Pr2 = P2.tg . = 12699.tg 20 o = 4622[ N ].11Đồ án tốt nghiệpNgô Thế Toản - Lớp CTM - K3810] Kết cấu trục vít - bánh vít:[H2].Xoắn phảiPr2P a2P2B ánh vítP a1P1H2: Kết cấu trục vít - bánh vít.[Lực tác dụng lên bộ truyền trục vít bánh vít]IV. Kiểm nghiệm sức bền trục vít: P r 11] Các thông số về trục vít:+ Vật liệu: Thép 45.Trục vít+ Tôi bề mặt: 45 ữ 50 HRC.+ Đờng kính vòng chia của ren: dc = 70 [mm].2] Các lực tác dụng lên trục vít:+ Lực vòng P.12Đồ án tốt nghiệpNgô Thế Toản - Lớp CTM - K38+ Lực dọc trục P1.+ Lực hớng tâm Pr.: Bánh vít tác dụng lên.P = 3136 [N]; Pa1 = 12699 [N]; Pr = 4622 9N].+ Lực R do tác động của bánh đai:R = 1440 [N].+ Mô men xoắn trên trục: T = 49396[Nmm].[T - Mô men xoắn do động cơ tạo ra]3] Tính phản lực tại các gối đỡ ổ - vẽ biểu đồ mô men:* Dùng toạ độ XYOZ ta lần lợt xét các mặt phẳng khác nhau:+ Trong mặt phẳng đứng YOZ: Lấy mô men đối với điểm B, mô mennày phải bằng 0. mBy = R.109,5 + Fr.119,5 R AY .2.119,5 = 0 [1]Từ [1] ta rút ra R AY :R AY =R.109,5 + Fr.119,5 1440.109,5 + 4622.119,5== 2970[ N ].239239Mặt khác:R AY + R BY + R = Fr[2]Từ [2] ta rút ra R BY :R BY = Fr R R AY = 4622 1440 2970 = 212.* Trong mặt phẳng XOZ: m. Ax = 119,5.P 2.119,5.R BX = 0 [3]Từ [3] ta rút ra R BX :R BX =119,5.P P 3136= == 1568[ N ].2.119,5 22R AX = P R BX = 3136 1568 = 1568[ N ].4] Kiểm nghiệm hệ số an toàn về mỏi của trục vít:* Tại tiết diện nguy hiểm: Chụi tải trọng lớn và tập trung ứng suất.+ Tiết diện I-I: Là tiết diện nguy hiểm nhất.Hệ số an toàn [S] tính theo công thức:S .SS= [S][4]22S + S+ S là hệ số an toàn chỉ xét ứng suất uốn.13