CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
3.1. Tính toán cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh
Do hộp giảm tốc chịu công suất trung bình và nhỏ nên chọn vật liệu nhóm I. có độ rắn HB 350 , bánh răng được thường hóa hoặc tôi cải thiện. Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền có khả năng chạy mòn.
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ở đây chọn vật liệu 2 cặp bánh răng như nhau.
Theo bảng 6.1, trang 92, [1] ta chọn
Bánh nhỏ (bánh chủ động): thép 40XH tôi cải thiện đạt độ rắn HB230…300 có , , ta chọn độ rắn của bánh nhỏ là HB1 = 300HB
Bánh lớn (bánh bị động): thép 40XH tôi cải thiện đạt độ rắn HB ≥ 241 có , , Để tăng khả năng chạy mòn của răng, nên nhiệt luyện bánh răng lớn đạt độ rắn thấp hơn bánh nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị, ta chọn độ rắn của bánh nhỏ là HB2 = 290HB.
3.1.2. Xác định ứng suất cho phép.
- Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở (6.5 trang 93 [1])
đối với tất cả các loại thép
- Số chu kì làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi (6.7 trang 93[1])
- Công thức 6.8 trang 93[1]: (Vì độ rắn mặt răng HB ≤ 350)
Ta thấy nên chọn để tính toán Suy ra (trang 94[1])
a. Ứng suất cho phép
- Theo bảng 6.2, trang 94[1] với thép C45 được tôi cải thiện ta có () Giới hạn mỏi tiếp xúc
Bánh chủ động Bánh bị động Giới hạn mỏi uốn Bánh chủ động Bánh bị động
b. Ứng suất tiếp cho phép
- Tính toán sơ bộ (6.1a trang 93 [1])
- Điều kiện: Theo công thức 6.12 trang 95 [1]
(Thỏa mãn điều kiện ứng suất tiếp xúc cho phép) c. Ứng suất uốn cho phép
- Tra bảng 6.2, trang 94, [1] ta có ) và (do quay 1chiều);
d. Ứng suất quá tải cho phép
Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải.Theo công thức 6.13 trang 95 [1],ta có
Ứng suất uốn cho phép khi quá tải ( 6.14 trang 96[1])
3.1.3. Xác định sơ bộ khoảng cách trục - Theo công thức 6.15a, trang 96 [1]
Với:
- Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng ( với vật liệu là thép và loại răng nghiêng ) bảng 6.5, trang 96 [1]
- hệ số chiều rộng vành răng.
- Tra bảng 6.6 trang 97[1] chọn : hệ số chiều rộng vành răng.
- Tính theo công thức 6.16 trang 97[1]:
( ứng với sơ đồ 5) Trị số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, với bảng 6.7, trang 98[1]
- Với khoảng cách tính được ta chọn khoảng cách trục theo tiêu chuẩn trang 99[1] là .
3.1.4. Xác định các thông số ăn khớp.
- Môdun được tính theo công thức 6.17 trang 97[1]:
- Theo bảng 6.8, trang 99, [1] chọn - Với bánh răng nghiêng
- Công thức 6.31, trang 103[1], số răng của bánh răng nhỏ
Số răng của bánh răng lớn Chọn
Ở đây z1>30 nên không cần dịch chỉnh để đảm bảo khoảng cách trục cho trước, mặt khác dịch chỉnh ở bánh răng nghiêng hiệu quả không cao vì dịch chỉnh làm giảm khả năng trùng khớp.
- Tổng số răng răng -Tính lại
3.1.5. Các thông số hình học của bộ truyền.
- Theo bảng 6.11 trang 104[1]:
- Đường kính vòng chia:
- Đường kính đỉnh răng
- Đường kính chân răng
- Đường kính vòng lăn
- Chiều rộng vành răng:
3.1.6. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
- Công thức 6.33, trang 105[1] ứng xuất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền Trong đó
- Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp (bảng 6.5, trang 96[1]) - Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc (công thức 6.34, trang 105[1])
Với Góc nghiêng răng trên hình trụ cơ sở Bánh răng nghiêng không dịch chỉnh Với là góc profin răng và là góc ăn khớp - Hệ số kể đến sự trùng khớp của bánh răng
Hệ số trùng khớp dọc (công thức 6.37, trang 105[1]) Hệ số trùng khớp ngang
Áp dụng công thức 6.36c với , trang 105 [1]:
- Hệ số tải trọng khi tính tiếp xúc (công thức 6.39, trang 106[1])
Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng (bảng 6.7, trang 98, [1])
- Áp dụng công thức 6.40, trang 106, [1] vận tốc vòng của bánh chủ động Với theo bảng 6.14, trang 107[1], dùng cấp chính xác 9 ta chọn
- Công thức 6.42, trang 107, [1], ta có Với
Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp (bảng 6.15, trang 107[1])
Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch bước răng 1 và 2 (bảng 6.16, trang 107[1]).
: hệ số tải trọng xuất hiện trong vùng ăn khớp (P 2.3 tr250 )
Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền phải thoã mãn điều kiện:
Như vậy => cặp bánh răng đảm bảo độ bền tiếp xúc.
3.1.7. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
- Xác định số răng tương đương
- Theo bảng 6.7, trang 98[1], (ứng với sơ đồ 5) theo bảng 6.14, trang 107[1] với v = 2,98 m/s và cấp chính xác 9,
- Áp dụng công thức 6.47, trang 109, [1]
Với
Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp (bảng 6.15, trang107[1])
Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch bước răng 1 và 2 (bảng 6.16, trang107, [1])
- Áp dụng công thức 6.46, trang 109, [1]
- Áp dụng công thức 6.45, trang 109, [1]
- Hệ số dạng răng theo bảng 6.18, trang 109 [1]
Đối với bánh dẫn:
Đối với bánh bị dẫn:
- Áp dụng công thức 6.2 và 6.2a, trang 91 và 93[1]
- Độ bền uốn tại chân răng
3.1.8. Kiểm nghiệm răng về quá tải - Hệ số quá tải
- Áp dụng công thức 6.48, trang 110[1] ứng suất tiếp quá tải - Áp dụng công thức 6.49, trang 110, [1]
Bảng 3.1 : Thông số và kích thước bộ truyền cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh.
Thông số Giá trị
Khoảng cách trục Modul pháp Chiều rộng vành
răng Tỷ số truyền Góc nghiêng răng Số răng bánh răng Hệ số dịch chỉnh Đường kính vòng
chia Đường kính đỉnh
răng Đường kính đáy
răng Góc profin răng
Góc ăn khớp
3.2.1.Chọn vật liệu
Do hộp giảm tốc chịu công suất trung bình và nhỏ nên chọn vật liệu nhóm I. có độ rắn HB 350 , bánh răng được thường hóa hoặc tôi cải thiện. Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, đồngthời bộ truyền có khả năng chạy mòn.
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ở đây chọn vật liệu 2cặp bánh răng như nhau.
Theo bảng 6.1, trang 92, [1] ta chọn
Bánh nhỏ (bánh chủ động): thép 40XH tôi cải thiện đạt độ rắn HB230…300 có , , ta chọn độ rắn của bánh nhỏ là HB1 = 300HB
Bánh lớn (bánh bị động): thép 40XH tôi cải thiện đạt độ rắn HB ≥ 241 có , , Để tăng khả năng chạy mòn của răng, nên nhiệt luyện bánh răng lớn đạt độ rắn thấp hơn bánh nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị, ta chọn độ rắn của bánh nhỏ là HB2 = 290HB.
3.2.2. Xác định ứng suất cho phép.
- Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở (6.5 trang 93 [1])
đối với tất cả các loại thép
- Số chu kì làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi (6.7 trang 93[1])
- Công thức 6.8 trang 93[1]: (Vì độ rắn mặt răng HB ≤ 350)
Ta thấy nên chọn để tính toán Suy ra (trang 94[1])
a. Ứng suất cho phép
- Theo bảng 6.2, trang 94[1] với thép C45 được tôi cải thiện ta có () Giới hạn mỏi tiếp xúc
Bánh chủ động Bánh bị động Giới hạn mỏi uốn Bánh chủ động Bánh bị động
b. Ứng suất tiếp cho phép
- Tính toán sơ bộ (6.1a trang 93 [1])
- Điều kiện: Theo công thức 6.12 trang 95 [1]
(Thỏa mãn điều kiện ứng suất tiếp xúc cho phép) c. Ứng suất uốn cho phép
- Tra bảng 6.2, trang 94, [1] ta có ) và (do quay 1chiều);
d. Ứng suất quá tải cho phép
Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải.Theo công thức 6.13 trang 95 [1],ta có
Ứng suất uốn cho phép khi quá tải ( 6.14 trang 96[1])
Vì đây là hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục nên Với
Chiều rộng vành răng: Với điều kiện trị số cấp chậm trong hộp giảm tốc lấy lớn hơn 20 … 30% nên ta chọn = 0,5.
;
Trị số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, với bảng 6.7, trang 98, [1]
3.2.4. Xác định các thông số ăn khớp.
- Môdun được tính theo công thức 6.17 trang 97[1]:
- Theo bảng 6.8, trang 99, [1] chọn - Với bánh răng nghiêng
- Công thức 6.31, trang 103[1], số răng của bánh răng nhỏ
Số răng của bánh răng lớn Chọn
Ở đây z3>30 nên không cần dịch chỉnh để đảm bảo khoảng cách trục cho trước, mặt khác dịch chỉnh ở bánh răng nghiêng hiệu quả không cao vì dịch chỉnh làm giảm khả năng trùng khớp.
- Tổng số răng răng -Tính lại
3.2.5. Các thông số hình học của bộ truyền.
- Theo bảng 6.11 trang 104[1]:
- Đường kính vòng chia:
- Đường kính đỉnh răng
- Đường kính chân răng
- Đường kính vòng lăn
- Chiều rộng vành răng:
3.2.6. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
- Công thức 6.33, trang 105[1] ứng xuất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền Trong đó
- Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp (bảng 6.5, trang 96[1]) - Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc (công thức 6.34, trang 105[1])
Với Góc nghiêng răng trên hình trụ cơ sở Bánh răng nghiêng không dịch chỉnh Với là góc profin răng và là góc ăn khớp - Hệ số kể đến sự trùng khớp của bánh răng
Hệ số trùng khớp dọc (công thức 6.37, trang 105[1])
Hệ số trùng khớp ngang
Áp dụng công thức 6.36c với , trang 105 [1]:
- Hệ số tải trọng khi tính tiếp xúc (công thức 6.39, trang 106[1])
Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng (bảng 6.7, trang 98, [1])
- Áp dụng công thức 6.40, trang 106, [1] vận tốc vòng của bánh chủ động Với theo bảng 6.14, trang 107[1], dùng cấp chính xác 9 ta chọn
- Công thức 6.42, trang 107, [1], ta có Với
Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp (bảng 6.15, trang 107[1]) Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch bước răng 1 và 2 (bảng 6.16, trang 107[1]).
: hệ số tải trọng xuất hiện trong vùng ăn khớp (P 2.3 tr250 )
Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền phải thoã mãn điều kiện:
Như vậy => cặp bánh răng đảm bảo độ bền tiếp xúc.
3.2.7. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
- Xác định số răng tương đương
- Theo bảng 6.7, trang 98[1], (ứng với sơ đồ 5) theo bảng 6.14, trang 107[1] với v = 2,98 m/s và cấp chính xác 9,
- Áp dụng công thức 6.47, trang 109, [1]
Với
Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp (bảng 6.15, trang107[1])
Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch bước răng 1 và 2 (bảng 6.16, trang107, [1])
- Áp dụng công thức 6.46, trang 109, [1]
- Áp dụng công thức 6.45, trang 109, [1]
- Hệ số dạng răng theo bảng 6.18, trang 109 [1]
Đối với bánh dẫn:
Đối với bánh bị dẫn:
Với
- Áp dụng công thức 6.2 và 6.2a, trang 91 và 93[1]
- Độ bền uốn tại chân răng
3.2.8. Kiểm nghiệm răng về quá tải - Hệ số quá tải
- Áp dụng công thức 6.48, trang 110[1] ứng suất tiếp quá tải - Áp dụng công thức 6.49, trang 110, [1]
Bảng 3.2 : Thông số và kích thước bộ truyền cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp chậm
Khoảng cách trục Modul pháp Chiều rộng vành
răng Tỷ số truyền Góc nghiêng răng Số răng bánh răng Hệ số dịch chỉnh Đường kính vòng
chia Đường kính đỉnh
răng Đường kính đáy
răng Góc profin răng
Góc ăn khớp