Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== Lời nói đầu () Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong ch- ơng trình đào tạo kỹ s cơ khí. Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hoá lại các kiến thức của các môm học nh: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kỹ thuật đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này. Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không đổi và đợc dùng để giảm vận tốc góc, tăng mô men xoắn . Với chức năng nh vậy ,ngày nay hộp giảm tốc đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí , luyện kim, hoá chất , trong công nghiệp đóng tàu . Trong giới hạn của môn học em đợc giao nhiệm vụ thiết kế hộp giảm tốc trục vít - bánh vít. Trong quá trình làm đồ án đợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Lê Văn Uyển, em đã hoàn thành xong đồ án môn học của mình. Do đây là lần đầu, với trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót xảy ra , em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy trong bộ môn . Sinh viên Phạm Văn Toàn ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển 1 Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== Phụ lục: Trang Phần I Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền. 3 1. Chọn động cơ. 3 2. Phân phối tỷ số truyền . 3 3. Tính các thông số trên các trục và lập bảng. 5 Phần II Tính toán thiết kế chi tiết máy. 7 I. Thiết kế bộ truyền: 7 1. Thiết kế hộp giảm tốc. 7 1.1. Thiết kế bộ truyền bánh trụ răng thẳng. 7 1.2. Thiết kế bộ truyền trục vít , bánh vít. 15 2. Thiết kế bộ truyền xích. 22 3. Chọn khớp nối. 26 II. Tính trục-ổ lăn: 27 A. Tính trục- then. 27 1. Chọn vật liệu 27 2. Xác định lực tác dụng lên trục 27 3. Tính thiết kế trục 28 4. Tính chính xác trục theo hệ số an toàn. 31 B. Tính chọn ổ lăn. 43 1. Tính chọn ổ lăn cho trục I 43 2. Tính chọn ổ lăn cho trục II 44 3. Tính chọn ổ lăn cho trục III 47 Phần III : Thiết kế kết cấu (vỏ hộp giảm tốc,các chi tiết,bôi trơn điều chỉnh ăn khớp và lắp ghép ). 50 1. Kết cấu vỏ hộp giảm tốc, bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 50 2. Kết cấu chi tiết 51 3. Một số kết cấu khác. 53 4. Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai 54 ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển 2 Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== phần I : chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền 1. chọn động cơ: 1.1 Xác định công suất đặt trên trục động cơ : . td ct yc P P P = = (KW) Trong đó : ct P :Công suất trên một trục công tác 1000 .vF P ct = (KW) Với : F là lực kéo trên băng tải:F=15000 (N), v là vận tốc dài trên băng tải:v=0,30 (m/s). ct P = 15000.0,30 1000 = 4,5 (KW) :Hệ số kể đến sự biến đổi của tải trọng. ckck i ck ii k i ck ii t t T T t t T T t t T T t t P P 2 2 1 21 2 1 1 2 1 2 1 1 2 1 .)(.)(.)(.)( +=== == 2 2 5 3 1 . 0,8 . 0,93 8 8 = + = Xác định hiệu suất truyền động : 3 1 . . . . k m i ol tv br x kn i = = = Tra bảng 2.3[I] - trang 19 ta có : ol =0,992: Hiệu suất của một cặp ổ lăn đợc che kín . tv = 0,8: Hiệu suất của bộ truyền trục vít, chọn 1 Z = 2 đối với bộ truyền trục vít không tự hãm đợc che kín. br = 0,97: Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ đợc che kín. x = 0,92: Hiệu suất bộ truyền xích để hở. kn = 1 : Hiệu suất của nối trục đàn hồi. = 0,992 3 . 0,8 . 0,97 . 0,92 . 1 = 0,6969. Vậy: 4,5 0,93. 6,01. 0,6969 yc P = = (KW) 1.2 Xác định tốc độ đồng bộ của động cơ điện : ' db n = n ct .U x .U h Trong đó: + n ct : là tốc độ của bộ phận công tác ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển 3 Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== 0,30 60000. 60000. 15,92 . 3,14.360 ct v n D = = = (vòng/phút) (Với D là đờng kính tang: D =360 mm ) + U x : Tỉ số truyền của bộ truyền xích, chọn U x = 2,0 . Tra bảng 2.4[I] - trang 21,ta chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng - trục vít: U h = 55. ' db n = 15,92 . 2 . 55 =1751(vòng/phút). Chọn tốc độ đồng bộ của động cơ điện : n đb = 1500 (vòng/phút). 1.3 Chọn động cơ: Động cơ điện phải thoả mãn các yêu cầu: dc yc P P ; n đb ' db n ; K yc dn T K T > Tra bảng P1.1[I] - trang 234,ta chọn loại động cơ điện có kí hiệu : K160S4 với các thông số : + Công suât động cơ: dc P = 7,5 KW. + Tốc độ quay của động cơ: n dc = 1450 (vòng/phút) + 2,2 K yc dn T K T = > = 1 1,5 . mm T T = +Khối lợng của động cơ : M = 94 (kg). + Hiệu suất : % = 87,5 + Cos = 0,86. + Tra bảng P1.4[I] - trang 239 ta có đờng kính trục động cơ điện: d dc =38(mm) 2. phân phối tỷ số truyền : 2.1 Xác định tỉ số truyền chung : 1450 91,08. 15,92 dc c ct n U n = = = 2.2 Phân phối tỉ số truyền c U cho bộ truyền ngoài và trong hộp giảm tốc : U c = U x . U h Chọn tỷ số của bộ truyền ngoài : U x = 2,30. 91,08 39,60. 2,30 c h x U U U = = = 2.3 Phân phối tỉ số truyền U h cho các bộ truyền (U 1 và U 2 ) U h = U 1 . U 2 Chọn tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng là : U 1 = 2,40. tỷ số truyền bộ truyền trục vít : 2 1 39,60 16,50 2,40 h U U U = = = . số răng bánh vít: 2 1 2 . 2.16,50 33Z Z U= = = ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển 4 Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== tỷ số truyền thực của bộ truyền trục vít là : U 2 = 2 1 33 16,50 2 Z Z = = . Tính chính xác lại tỷ số truyền bộ truyền xích: 1 2 91,08 2,30 . 2,40.16,50 c x U U U U = = = . 3.Tính các thông số trên các trục và lập bảng : Công suất trên trục công tác: ct P = 4,5 (KW). Công suất trên trục 3: P 3 = . ct ol x P = 4,5 0,992.0,92 = 4,93 (KW). Công suất trên trục 2: P 2 = tvol P . 3 = 4,93 0,992.0,8 = 6,21 (KW). Công suất trên trục 1: P 1 = brol P . 2 = 6,21 0,992.0,97 = 6,45 (KW). Tốc độ trục 1: n 1 =n dc =1450 (vòng/phút). Tốc độ trục 2: n 2 = 1 1 u n = 1450 2,40 = 604,17 (vòng/phút). Tốc độ trục 3: n 3 = 2 2 u n = 604,17 16,50 = 36,62 (vòng/phút). Tốc độ trục công tác: n ct = x u n 3 = 36,62 2,30 =15,92 (vòng/phút). Tính mô men xoắn trên các trục: áp dụng công thức : T i =9,55. 10 6 . i i p n ta có: Mômen xoắn trên trục động cơ: T dc =9,55.10 6 . dc dc P n = 9,55.10 6 . 7,5 1450 = 49397 (N.mm) Mômen xoắn trên trục 1: T 1 =9,55.10 6 . 1 1 P n = 9,55.10 6 . 6,45 1450 =42481 (N.mm) Mômen xoắn trên trục 2: T 2 =9,55.10 6 . 2 2 P n = 9,55.10 6 . 6,21 604,17 =98160 (N.mm) Mômen xoắn trên trục 3: T 3 =9,55.10 6 . 3 3 P n = 9,55.10 6 . 4,93 36,62 =1285677 (N.mm) Mômen xoắn trên trục công tác: T ct =9,55.10 6 . ct ct P n = 9,55.10 6 . 4,5 15,92 = 2699435 (N.mm) ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển 5 Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== Từ các số liệu tính toán trên ta có bảng kết quả sau: Bảng 1: phần II :tính toán thiết kế chi tiết máy. I-Thiết kế bộ truyền: 1. Thiết kế hộp giảm tốc. ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển Trục Động cơ I II III Công tác Khớp nối U 1 = 2,40 U 2 =16,50 U x = 2,30 P (KW) 7,5 6,45 6,21 4,93 4,5 n (vg/ph) 1450 1450 604,17 36,62 15,92 T (N.mm) 49397 42481 98160 1285677 2699435 6 Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== 1.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng: Số liệu thiết kế: P 1 = P I = 6,45 (KW) T 1 =T I = 42481 (Nmm) ( Lấy ở bảng1 ) n 1 = n I = 1450 (vòng/phút) U 1 = 2,40 Thời hạn phục vụ : l h = 10000 (giờ). Tính toán: a.Chọn vật liệu chế tạo bánh răng: Dựa theo quan điểm thống nhất hoá trong thiết kế ta chọn vật liệu chế tạo bánh răng giống vật liệu chế tạo trục vít, Theo bảng 6.1[I]- trang 92, ta chọn mác thép : C45. +Chọn bánh răng nhỏ là thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn từ HB =241 ữ 285 có độ bền : b1 = 850 (MPa), ch1 = 580 (MPa). +Chọn bánh răng lớn là thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn từ HB=192 ữ 240 có độ bền : : b2 = 750 (MPa), ch2 = 450 (MPa). b.Xác định ứng suất cho phép: ứng suất tiếp xúc cho phép [ H ] và ứng suất uốn cho phép [ F ] đợc xác định theo công thức: [ H ] = H o H S lim .Z R . Z v . K xH . K HL [ F ] = 0 limF F S .Y R .Y S .K xF .K FC .K FL Thiết kế sơ bộ ta lấy: Z R . Z v . K xH =1 và Y R .Y S .K xF =1. Tra bảng 6.2[I]- trang 94,với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB =180 ữ 350 thì : o Hlim = 2HB + 70 , S H = 1,1. o Flim = 1,8HB , S F = 1,75. Chọn độ rắn bánh răng nhỏ : HB 1 = 255. o Hlim1 = 2HB 1 + 70 = 2.255 + 70 = 580 (MPa). o Flim1 = 1,8HB 1 = 1,8.255 = 459 (MPa). Chọn độ rắn bánh răng lớn : HB 2 = 240. o Hlim2 = 2HB 2 + 70 = 2.240 + 70 = 550 (MPa). o Flim2 = 1,8HB 2 = 1,8.220 = 432 (MPa). áp dụng công thức tính số chu kì cơ sở khi thử về tiếp xúc (6.5[I]-trang 93) : N Ho = 30.HB 2,4 ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển 7 Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== N Ho1 = 30.255 2,4 = 1,79.10 7 N Ho2 = 30.240 2,4 = 1,55.10 7 áp dụng công thức 6.7[I]-trang93, tính số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng khi thử về tiếp xúc ta có : N HE = = n i ii i tn T T c 1 3 max )( 60 N HE2 = 2 3 3 3 7 1 1 1 max 1450 5 3 60. . . . ( ) . 60.1. .10000.(1 . 0,8 . ) 29,62.10 2,40 8 8 i i i i i T t n c t u T t = = + = Vì N HE2 = 29,62.10 7 > 1,55.10 7 = N Ho2 Hệ số tuổi thọ: K HL2 = 1 N HE1 = U 1 . N HE2 > N Ho1 =1,79.10 7 Hệ số tuổi thọ: K HL1 = 1 Vậy, sơ bộ xác định ứng suất tiếp xúc cho phép,theo công thức 6.1a[I]-trang 93 ta có: [ H ] = o Hlim . H HL S K [ H1 ] = 580. 1,1 1 = 527,3 (MPa) [ H2 ] = 550. 1,1 1 = 500 (MPa) Vì bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng nên ứng suất tiếp xúc cho phép là : [ H ] =min{[ Hi ] }=[ H2 ] = 500 (MPa) áp dụng công thức 6.7[I]-trang 93, tính số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng khi thử về uốn : N FE = = n i ii i tn T T c 1 6 max2 2 )( 60 N FE2 = 2 6 6 6 7 1 1 1 max 1450 5 3 60. . . . ( ) . 60.1. .10000.(1 . 0,8 . ) 26,22.10 2,40 8 8 i i i i i T t n c t u T t = = + = Vì N FE2 = 26,22.10 7 > 4.10 6 = N FEo K FL2 = 1 N FE1 = U 1 . N FE2 > 4.10 6 = N FEo K FL1 = 1 Đối với bộ truyền quay một chiều K FC = 1 Vậy, sơ bộ xác định ứng suất tiếp xúc cho phép, theo 6.2a[I]-trang93 : [ F ] = o Flim .K FC . F FL S K [ F1 ] = 459.1. 75,1 1 = 262,29 (MPa). [ F2 ] = 432.1. 75,1 1 = 246,86 (MPa). ứng suất cho phép khi quá tải,theo 6.13[I]-trang 95 và 6.14[I]-trang 96: ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển 8 Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== [ H ] max = 2,8. ch2 = 2,8.450 = 1260 (MPa) [ F1 ] max = 0,8. ch1 = 0,8.580 = 464 (MPa) [ F2 ] max = 0,8. ch2 = 0,8.450 = 360 (MPa). c. Tính thiết kế: Xác định sơ bộ khoảng cách trục : 3 1 2 1 1 ][ . )1( baH H aw U KT UKa += Tra bảng 6.5[I] - trang 96,ta có đối với cặp bánh răng trụ thẳng : thép thép thì K a = 49,5. H K : là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc. Tra bảng 6.6[I] - trang 97,ta có đối với cặp bánh răng phân bố đối xứng so với các ổ trong hộp giảm tốc ta chọn : ba = 0,4. Theo công thức 6.16[I] trang97: bd = 0,53. ba (U 1 +1) = 0,53.0,4.( 2,40 +1) = 0,7208. Tra bảng 6.7[I] - trang 98,chọn H K ứng với sơ đồ 5 ( bánh răng phân bố không đối xứng ). Khi bd = 0,6 H K = 1,03 Khi bd = 0,8 H K = 1,05 Khi bd = 0,7208 sử dụng phơng pháp nội suy ta có : H K = 1,05 - )7208,08,0.( 6,08,0 03,105,1 = 1,04208. 3 2 42481.1,04208 49,5(2, 40 1) 500 .2, 40.0, 4 w a = + = 95,80 (mm) Chọn a w = 95 (mm) Xác định các thông số ăn khớp : mô đun : m = ( 0,01 ữ 0,02 ).a w = ( 0,01 ữ 0,02 ).95 = 0,95 ữ 1,9 (mm) Tra bảng 6.8[I] - trang 99 ,ta chọn mô đun tiêu chuẩn m = 1,5 (mm). Số răng bánh nhỏ : 1 1 2. 2.95 37, 25 ( 1) 1,5(2, 40 1) w a Z m U = = = + + chọn Z 1 = 37. số răng bánh lớn: Z 2 = U 1 .Z 1 = 2,40.37 = 88.8. lấy Z 2 = 89. Nh vậy tỉ số truyền thực: U ' 1 2 1 Z Z = = 89 37 =2,40= U 1 . Do đó: 1 2 ( ) 1,5(37 89) 94,5 2 2 w m Z Z a + + = = = (mm). Để đảm bảo khoảng cách trục w a =95 (mm) cần phải tiến hành dịch chỉnh: Tính hệ số dịch chỉnh tâm theo công thức 6.22[I]-trang 100 : ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển 9 Đồ án môn học Chi tiết máy ============================================== 1 2 95 0,5( ) 0,5(37 89) 0,33 1,5 w a y Z Z m = + = + = 1000 1000.0,33 2,62 37 89 y t y K Z = = = + (theo công thức 5.23[I]-trang 100). Tra bảng 6.10 - trang 101 ,ta có : Khi y K = 2 x K = 0,032 Khi y K = 3 x K = 0,064 Khi y K = 2,62 sử dụng phơng pháp nội suy ta có : 0,064 0,032 0,032 (2,62 2) 0,052 3 2 x K = + = . Hệ số giảm đỉnh răng : . 0,052.(37 89) 0,0066 1000 1000 x t K Z y + = = = Tổng hệ số dịch chỉnh,theo 6.25[I]-trang 100: x t = y+y = 0,33+0,0066 = 0,3366 Hệ số dịch chỉnh bánh răng 1 : 2 1 1 ( ) (89 37)0,33 0,5.( ) 0,5.(0,3366 ) 0,1 89 37 t t Z Z y x x Z = = = + Hệ số dịch chỉnh bánh răng 2 : x 2 = x t - x 1 = 0,3366 - 0,1 = 0,2366 Góc ăn khớp : . cos( ) (37 89).1,5.cos(20) ( ) 0,9347 2 2.95 t tw w Z m Cos a + = = = (chọn =20 o ) tw = 21,81 o = 21 o 4836. d. Tính kiểm nghiệm: * kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc: áp dụng công thức 6.33[I]-trang 105, tính ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền: H = Z M Z H Z 1 1 2 1 1 2. . .( 1) . . H w w T K u b u d + [ H ] ; Trong đó : Z M : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, Tra bảng 6.5[I] - trang 96 ,ta có Z M = 274 (Mpa) 1/3 Z H : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc Z H = 2 sin 2 w = 0 2 sin(2.21,81 ) = 1,70. Z là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng : Z = 3 4 ============================================ Sinh viên thiết kế: Phm Vn Ton: CTM8-K49 Giáo viên h ớng dẫn :TS: Lê Văn Uyển 10 [...]... : z1 = 2 ; z2 = 33 Hệ số dịch chỉnh bánh vít : x = - 0,5 Góc vít : w = 15,94 0 Chiều dài phần cắt ren của trục vít: b1 = 100 (mm) Chiều rộng bánh vít : b2 = 75 (mm) Đờng kính chia : Đờng kính vòng lăn truc vít: d1 = 80 (mm); d2 = 330(mm) dw1 =70 (mm) Đờng kính vòng đỉnh : da1 = 100 (mm); da2 = 340 (mm) Đờng kính ngoài bánh vít : daM2 = 355 (mm); Đờng kính đáy : df1 = 56 (mm); df2 = 296 (mm) = 52o8 . = 75 (mm) Đờng kính chia : d 1 = 80 (mm); d 2 = 330(mm) Đờng kính vòng lăn truc vít: d w1 =70 (mm). Đờng kính vòng đỉnh : d a1 = 100 (mm); d a2 = 340 (mm)