II. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP CHẬM

Thuyết minh đồ án chi tiết máy



2. Xác định ứng suất cho phép

Xác định ứng suất cho phép, ta tính toán ứng suất tiếp xúc cho phép

ứng suất uốn cho phép



  H  và



F  :



2.1 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép



  H  được xác định theo công thức 6.1[1] :



 Ho lim

[ H ] 

.Z R .ZV .K xH .K HL ( MPa )

SH

Trong đó: - Z R : Hệ số xét đến độ nhám của bề mặt răng làm việc.

- ZV : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng.

- K xH : Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng.

- Trong bước tính tốn thiết kế sơ bộ lấy: Z R .ZV .K xH  1

-  H lim : Ứng suất tiếp xúc cho phép với chu kỳ cơ sở.

o



Tra bảng 6.2[1]:



 Ho lim  2 HB  70



-Chọn độ rắn bánh nhỏ HB3  245( HB )

-Chọn độ rắn bánh lớn HB4  230( HB)

o

- Trên bánh răng nhỏ:  H lim  2 HB3  70  2.245  70  560( MPa)

o

- Trên bánh răng lớn:  H lim  2.HB4  70  2.230  70  530( MPa)



- S H : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc.

Tra bảng 6.2[1]: S H  1,1

- K HL : Hệ số xét đến tuổi thọ.



38

Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



K HL  mH

Theo công thức 6.3[1]:



N HO

N HE



Trong đó: - mH : bậc của đường cong mỏi.

Trường hợp HB �350 � Chọn mH  6

- N HO : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

2,4

N



30.

H

HO

HB

Theo công thức 6.5[1]:



- N HE : Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương.

Theo công thức 6.6[1]:



N HE  60.c.n.t�



- c : Số lần ăn khớp trong 1 vòng quay (c=1).

- n : Số vòng quay trong trong 1 phút.

-



t� Tổng số giờ làm việc.

:



1

2

t�  ( .24).( .365).5  9733,33(h)

3

3

a, Bánh răng nhỏ:

-



N HE 3  60.c.n2 .t�  60.1.241,7.9733,33  141152751,7

2,4

2,4

N HO 3  30.H HB

 16259974,39

3  30.245



Bắt đầu từ NH03 đường cong mỏi gần đúng là một đường thẳng song song với

trục hoành tức là trên khoảng này giới hạn mỏi tiếp xúc khơng thay đổi. Vì vậy khi

tính ra được NHE3> NHO3, ta lấy NHE3 = NHO3 để tính, do đó KHL3 = 1.

� Ứng suất tiếp xúc trên bánh nhỏ:



[ H 3 ] 



 Ho lim3

560

.( Z R .ZV .K xH ).K HL 3 

.1.1  509,09( MPa)

SH

1,1



b, Bánh răng lớn:

-



N HE 4  60.c.n3.t�  60.1.87, 26.9733,33  50959822,55

39



Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



-



2,4

2,4

N HO 4  30.H HB

 13972305,13

1  30.230



Bắt đầu từ NH04 đường cong mỏi gần đúng là một đường thẳng song song với

trục hoành tức là trên khoảng này giới hạn mỏi tiếp xúc không thay đổi. Vì vậy khi

tính ra được NHE4> NHO4, ta lấy NHE4 = NHO4 để tính, do đó KHL4 = 1.

� Ứng suất tiếp xúc trên bánh lớn:



 Ho lim 4

530

[ H 4 ] 

.( Z R .ZV .K xH ).K HL 4 

.1.1  481,82( MPa )

SH

1,1

Vậy ứng suất tiếp xúc cho phép của bộ truyền bánh răng (bộ truyền bánh răng

nghiêng):

[ ]  [ H 4 ] 509,09  481,82

[ H ]  H 3



 495,46( MPa)

2

2



   �1, 25   H  min



H

Xét điều kiện:

[ H ]min  [ H 4 ]

Với:



  H 



1, 25  H  min



1,25  H 4 



(Công thức 6.12[1] )



1, 25.481,82



602, 28( MPa)



Thỏa mãn điều kiện.

2.2 Xác định ứng suất uốn cho phép

Ứng suất uốn cho phép



[ F ] 



  F  được xác định theo công thức 6.2[1] :



 Fo lim

.YR .YS .K xF .K FC .K FL ( MPa )

SF



Trong đó: - YR : Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt lượn chân răng.

- YS : Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất.

- K xF : Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn.

- Trong bước tính tốn thiết kế sơ bộ lấy: YR .YS .K xF  1

40

Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



- K FC : Hệ số kể đến ảnh hưởng đặt tải.(Bộ truyền quay 1 chiều K FC  1 )

-  H lim : Ứng suất uốn cho phép với chu kỳ cơ sở.

o



o

Tra bảng 6.2[1]:  F lim  1,8 HB

o

- Trên bánh răng nhỏ:  F lim 3  1,8.245  441( MPa )



- Trên bánh răng lớn:



 Fo lim 4  1,8.230  414( MPa)



- S F : Hệ số an toàn khi tính về uốn.

Tra bảng 6.2[1]: S F  1,75

- K FL : Hệ số tuổi thọ.



K FL  mF

Theo công thức 6.4[1]:



N FO

N FE



Trong đó: - mF : bậc của đường cong mỏi.

Trường hợp HB �350 � Chọn mF  6

- N FO : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn.

6

( N FO  4.10 với tất cả các loại thép).



- N FE : Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương.

( Do bộ truyền chịu tải trọng tĩnh nên: N FE  N HE )

a, Bánh răng nhỏ:

-



N FE 3  N HE 3  60.c.n2 .t�  60.1.241,7.9733,33  141152751,7



-



N FO 3  4.106



Bắt đầu từ NF03 đường cong mỏi gần đúng là một đường thẳng song song với

trục hoành tức là trên khoảng này giới hạn mỏi tiếp xúc không thay đổi. Vì vậy khi

tính ra được NFE3> NFO3, ta lấy NFE3 = NFO3 để tính, do đó KFL3 = 1.

41

Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



� Ứng suất uốn trên bánh nhỏ:



 Fo lim3

441

[ F 3 ] 

.YR .YS .K xF .K FC .K FL 3 

1.1.1  252( MPa )

SF

1,75

b, Bánh răng lớn:

-



N FE 2  N HE 4  60.c.n3.t�  60.1.87, 26.9733,33  50959822,55



-



N FO 4  4.106



Bắt đầu từ N F04 đường cong mỏi gần đúng là một đường thẳng song song với

trục hoành tức là trên khoảng này giới hạn mỏi tiếp xúc khơng thay đổi. Vì vậy khi

tính ra được NFE4> NFO4, ta lấy NFE4 = NFO4 để tính, do đó KFL4 = 1.

� Ứng suất uốn trên bánh lớn:



 Fo lim 4

414

[ F 4 ] 

.YR .YS .K xF .K FC .K FL 4 

1.1.1  236,57( MPa )

SF

1,75

2.3 Ứng suất cho phép khi quá tải

2.3.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải

Với bánh răng sử dụng phương pháp nhiệt luyện tôi cải thiện.

Theo công thức 6.13[1]: [ H ]max  2,8 ch

Trong đó: -  ch : Giới hạn chảy.



Tra bảng 6.1[1] ta có:



 ch3  580( MPa )

�

�

 ch 4  450( MPa)

�



- Bánh răng nhỏ: [ H 3 ]=2,8. ch3  2,8.580  1624( MPa)

- Bánh răng lớn:



[ H 4 ]=2,8. ch 4  2,8.450  1260( MPa)



2.3.2 Ứng suất uốn cho phép khi quá tải

Trường hợp HB �350 do vậy ta sử dụng công thức 6.14[1]:

[ F ]max  0,8 ch



- Bánh răng nhỏ:



[ F 3 ]=0,8. ch 3  0,8.580  464( MPa )

42



Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



[ F 4 ]=0,8. ch 4  0,8.450  360( MPa)



- Bánh răng lớn:



3. Xác định thông số cơ bản của bộ truyền

3.1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục

Đối với HGT thông số cơ bản là khoảng cách trục a w2, được xác định theo công

thức 6.15[1]:

a w2  K a (u2  1) 3



T2 K H 

[ H ]2u2 ba 2



Trong đó: - Ka: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng, theo

bảng 6.5 [1] với cặp vật liệu thép – thép Ka = 43(MPa1/3).

- T2: Momen xoắn trên trục bánh chủ động T2 = TII = 238256,10(N.mm)

- u2: Tỉ số truyền của bộ truyền cấp nhanh u2 = 2,77

- [ H ] : ứng suất tiếp xúc cho phép [ H ]  495, 46( MPa) .

-



 ba 2 



bw

aw : Hệ số giữa chiều rộng vành răng và khoảng cách trục.



Tra bảng 6.6[1]: Chọn  ba 2  0,4 (vị trí bánh răng không đối xứng với các cặp ổ

lăn).

-



KH



: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng



vành răng khi tính về tiếp xúc.

Theo cơng thức 6.16[1] ta có:



 bd  0,53. ba 2 .(u2  1)  0,53.0,4.(2,77  1)  0,8

� Tra bảng 6.7[1] : K H   1,05



Vậy ta xác định được:

a w2  K a (u2  1) 3



T2 K H 

[ H ] u2 ba 2

2



 43.(2,77  1). 3



238256,10.1,05

 157,65( mm)

(495,46)2 .2,77.0,4

43



Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



Chọn aw2 = 160(mm)

3.2 Xác định các thông số ăn khớp

3.2.1 Xác định Modul

Mô đun được xác định từ điều kiện bền uốn. Tuy nhiên để thuận tiện trong thiết

kế, sau khi tính được khoảng cách trục aw 2 có thể thức dựa theo cơng 6.17 [1] để

tính mơ đun, sau đó kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

m2 = (0,010,02). aw 2 = (0,010,02).160 = 1,6 3,2 (mm)

Theo bảng 6.8 [1]chọn mô đun theo tiêu chuẩn là m2 = 2 (mm).

3.2.2 Xác định số răng, góc nghiêng của răng và hệ số dịch chỉnh

a, Xác định số răng:Giữa khoảng cách trục aw2, số răng bánh nhỏ nhất Z1, số răng

bánh lớn nhất Z2, góc nghiêng  của răng và mô đun trong bộ truyền ăn khớp ngồi

liên hệ với nhau theo cơng thức 6.18[1]:



a w2 



m2 .( Z 3  Z 4 )

2.cos  2



Với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng: Chọn sơ bộ



 2  10�� cos 2  cos10� 0,985

- Số răng bánh nhỏ Z3:

Z3 



2.aw 2 .cos 2 2.160.0,985



 41,80

m2 . u2  1

2.(2,77  1)



Chọn Z3 = 42 ( răng).

- Số răng bánh lớn Z4: Z 4  u2 .Z 3  2,77.42  116,34

Chọn Z4 = 117 (răng).

� Số răng tổng: Z t  Z 3  Z 4  42  117  159 (răng).



• Tính lại góc nghiêng  :

44

Đại học kỹ thuật cơng nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



Ta có:



cos  2 



m2 .Z t 2.159



 0,99

0 '

0

0

2.aw2 2.160

�  2  9 4 Thỏa mãn: 8 � 2 �20



• Tính tỷ số truyền thực tế:



u2 t 



Z 4 117



 2,786

Z3 42



� Xét điều kiện sai lệch tỷ số truyền cho phép:



u2 t  u2

2,786  2,77



.100%  0,58%  4%

u2

2,77

� Chọn aw2 = 160(mm) thỏa mãn.



• Vì dịch chỉnh chất lượng ăn khớp được cải thiện rất ít và bánh răng khơng có u

cầu gì thêm nên ta khơng chọn dịch chỉnh .

3.2.3 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng cấp chậm



ST



Thơng số



Ký hiệu



T

1



Đường kính vòng



d3



chia



d4

2



Đường kính vòng



d w3



lăn

3



Cơng thức



Gía trị



m2 .Z 3

cos 2



84,85( mm)



d3 



m2 .Z 4

cos 2

2.aw 2

d w3 =

u2 t  1

d4 



236,36(mm)

84,52(mm)



dw4



d w 4 =u2t .d w3



Đường kính vòng



d a3



d a3 =d3  2.m2



88,85(mm)



đỉnh



d a4



d a4 =d 4  2.m2



240,36(mm)



235,47(mm)



45

Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



4



Đường kính vòng



db 3



db 3  d3.cos 



79,73(mm)



5



cơ sở

Đường kính vòng



db 4

df3



db 4  d 4 .cos 

d f 3  d3  2,5.m2



222,11(mm)

79,85(mm)



chân



df4



d f 4  d 4  2,5.m2



231,36(mm)



6



Góc profin răng



t



7



Góc ăn khớp



8



Chiều rộng vành



 tw

bw



�tg �

 t  arctg �

�

�cos  �

 tw   t  20011'

bw  aw2 . ba



20011'



20011'

64(mm)



răng

3.2.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều

kiện 6.33[1]:



 H  Z M .Z H .Z .



2.T2 .K H .(u2t  1)

�[ H ]

bw .u2t .d w32



Trong đó; - T2: Mômen xoắn trên bánh chủ động. ( T2  TII  238256,10( N .mm)

- bw : Chiều rộng vành răng bw  64(mm) .

-



d w3



: Đường kính vòng lăn bánh chủ động d w3  84,52( mm) .



- ZM: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, tra bảng

6.5 [1] � ZM = 274(MPa)1/3.



ZH 

- ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc



2Cos  b

Sin 2 tw



Với: -  b : Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở tg b  cos t .tg  2

Đối với bánh răng nghiêng không dịch chỉnh:



�tg �

 tw   t  arctg �

�

�cos  2 �

46

Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



Theo tiêu chuẩn:  = 200

�tg 20��  '

 tw   t  arctg �

� 20 11

�0,99 �

� tg b  cos t .tg  2  cos20011.' tg 90 4'  0,15

� b  arctg (0,190)  8031'

ZH 



Vậy



2.cos8031'

 1,75

sin 2.2011'



- Z : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng



Với hệ số trùng khớp dọc



 



Theo công thức 6.36c[1]:



bw .sin  2 64.sin(90 4' )



 1,61  1

m2 .

2.



Z 



1





Tính gần đúng   theo cơng thức:

�

�

�1

�

� 0 '

�1

�

1�

1 �

�

�

�

�

�

�

�

ea = �

1,88

3,2

+

.cos

b

=

1,88

3,2

+

.cos9 4 =1,75

�

�

�

�

�

� 2 �

�

�

�

�

�

�

�

Z

Z

42

117

�

�

3

4 �

�

�

�

� Z 



1

1



 0,76



1,75



- KH: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:

K H   1, 05



Với:



K H  K H  .K H .K Hv



: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng



vành răng.

K H



: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn



khớp.



47

Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên



Thuyết minh đồ án chi tiết máy



Trị số của cấp chính xác ( phục vụ việc xác định KH và KHV ) được tra theo

bảng 6.13 [1] phụ thuộc vào vận tốc.Với vận tốc xác định theo cơng thức:



v



 .d w3 .n2

60.103



Trong đó: -



d w3  84,52(mm)



: đường kính vòng lăn bánh nhỏ



- n2  241,7(v / ph) : số vòng quay của bánh chủ động



 .84,52.241,7

 1,07(m / s )

60.103

Với v  1,07( m / s) : Tra bảng 6.13[1] chọn cấp chính xác là 9.



�v 



Tra bảng 6.14[1] � K H  1,13

- KHv : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

Theo công thức 6.41[1]



K Hv  1 



vH .bw .d w3

2.T2 .K H  .K H



Với vH theo công thức 6.42[1]



vH   H .g o .v.



aw2

u2 t



- v  1,07( m / s)

- Tra bảng (6.15) và bảng (6.16) cấp chính xác 9 ta có :  H  0,002 và



g o  73



� vH   H .g o .v.



aw2

160

 0,002.73.1,07.

 1,18( m / s)

u2 t

2,786



48

Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên