Đồ án chi tiết máy - đồng trục - ĐHBKHCM

Đồ án chi tiết máy - đồng trục - ĐHBKHCM

Lời nói đầu

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chơng trình

đào tạo kỹ s cơ khí đặc biệt là đối với kỹ s nghành chế tạo máy 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 Nhiệm vụ đợc giao là thiết kế hệ dẫn động cơ cấu nâng gồm có hộp giảm tốc côn trụ và bộ truyền đai dẹt Hệ đợc dẫn động bằng động cơ điện thông qua bộ truyền đai, hộp giảm tốc và khớp nối sẽ truyền chuyển động tới tang Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lợng kiến thức tổng hợp còn có những mảng cha nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của các môn có liên quan song bài làm của em không thể tránh đợc những sai sót Em rất mong đợc sự hớng dẫn và chỉ bảo thêm của các thầy trong bộ môn để em cũng cố và hiểu sâu hơn , nắm vững hơn về những kiến thức đã học hỏi đợc Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Đoàn Yên Thế đã trợc tiếp hớng dẫn, chỉ bảo cho em hoàn thành tốt nhiệm vụ đợc giao Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn ! ! ! Mục Lục A Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền 3

I Xác định công suất cần thiết và chọn động cơ điện: 3

II Xác định tỉ số truyền động 4

B Thiết kế các bộ truyền 7

I Chọn vật liệu: 7

II Xác định ứng suất cho phép: 7

III Tính bộ truyền cấp nhanh 9

IV Tính bộ truyền cấp chậm: 13

V.Tính bộ truyền ngoài 18

C Thiết kế trục và then 20

i Chọn vật liệu 20

Nguyễn Đình Tân – lớp 43m Trang 1

II.Tính thiết kế trục về độ bền 20

III Tính mối ghép then 30

IV Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 33

V.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh 39

D ổ lăn 41

I Tính cho trục 1 41

II.Tính cho trục 2 43

III Tính cho trục III 45

E Nối trục đàn hồi 49

G.Tính kết cấu vỏ hộp 51

I.Vỏ hộp 51

H Bôi trơn hộp giảm tốc 56

I Các phơng pháp bôi trơn trong và ngoài hộp giảm tốc 56

K- Xác định và chọn các kiểu lắp 58

M- phơng pháp lắp ráp hộp giảm tốc 61

I-Phơng pháp lắp ráp các tiết máy trên trục 61

II- Phơng pháp điều chỉnh sự ăn khớp bộ truyền 61

III.Phơng pháp điều chỉnh khe hở các ổ lăn 61

Tài liệu tham khảo 62

A Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

I Xác định công suất cần thiết , số vòng quay sơ bộ hợp lý của động cơ điện và chọn động cơ điện:

- Công suất cần thiết đợc xác định theo công thức:

Pct=

η t P

Trong đó: Pct là công suất cần thiết trên trục động cơ(kW)

Pt là công suất tính toán trên trục máy công tác (kW)

 là hiệu suất truyền động

- Hiệu suất truyền động:  = η4o t

br c

br η

η ηd

Trong đó: o là hiệu suất của một cặp ổ lăn

c

br là hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn

t

br là hiệu suất của bộ truyền bánh răng nón

d là hiệu suất của bộ truyền đai

Thay số:  = 0,994 0,96 0,97 0,95 = 0,84

- tính pt :

+ Trớc hết ta phải xác định tính chất làm việc của động cơ

ts = 100 66 , 66

30

20 t

t t 100 t

t

ck

2 1 ck

2 2 2 1 2 1 t t

t P t P

(kw) Vì P tỉ lệ bậc nhất với T nên ta có:

P2 = 0,3P1 = 0,3 3,85 = 1,16 (kw)

 Pct =

84 , 0

84 , 2

- Xác định số vòng quay sơ bộ hợp lý của động cơ điện

+ Tính số vòng quay của trục tang :

nlv =

300 14 , 3

7 , 0 1000 60

1000 60

nlv là số vòng quay của trục máy công tác ở đây là trục tang

Ut là tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống

- Thay số nsb = 32.45 = 1440 (v/p) ; chọn ndb = 15000 (v / p)

- Chọn quy cách động cơ:

- Với những số liệu đã tính đợc kết hợp với yêu cầu mở máy và phơng pháp lắp

đặt động cơ tra bảng ta đợc động cơ với ký hiệu:

4A100L4Y3Với Pdc = 4 (kw) ; ndc= 1420 (v/p); và

dn

k T

truyền cho từng bộ truyền của hệ thống dẫn động , lập bảng công suất , mô men xoắn , số vòng quay trên các trục:

- Xác định tỷ số truyền Ut của hệ thống dẫn động

Ut =

lv

dc n n

Nguyễn Đình Tân – lớp 43m Trang 3

Trong đó: ndc là số vòng quay của động cơ.

nlv là số vòng quay của trục tang

n

t U

U

=312,,2456 = 14,09 Đây là hộp giảm tốc côn- trụ 2 cấp với Uh =14,09

Chọn Kbe= 0,3 , ψbd2= 1,2 , ko1= ko2 , Ck=

21

22 de

k k 1

k 25 , 2

1 2 1

be be

2 2 bd

U1 là tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp nhanh

U2 là tỷ số truyền của bộ truyền cấp chậm

Do đó U2= 3 , 57

95 , 3

09 , 14 1

10 55 ,

1

1 6

634 1

 +trục III

P η t 3 , 02 0 , 97 0 , 99 2 , 9

br 2

N3 = n2/U2 = 160/3,57 =45 (v/p)

Nmm45

2,9 9,55.10 n

p 9,55.10

3

3 6



- Dựa vào kết quả tính toán ở trên ta có bảng sau:

TrôcTh«ng sè

B¸nh nhá : ThÐp 45 t«i c¶i thiÖn cã

HB = 241285 lÊy gi¸ trÞ HB =245 ;

σ 1  850Mpa ; σch1  580Mpa

NguyÔn §×nh T©n – líp 43m Trang 5

Bánh lớn : Để tăng khả năng chạy mòn nhiệt luyện với độ rắn mặt răng nhỏ hơn từ 1015HB nên ta chọn thép 45 tôi cải thiện có

HB = 192240 lấy giá trị HB =230 ;

σ 2 750Mpa ; σch2 450Mpa

II Xác định ứng suất cho phép:

- Theo bảng 6-2 với thép 45 tôi cải thiện thì :

70 HB 2

0 lim

0 1 lim

σ

Mpa

530 70 230 2 70 HB

2 2

0 2 lim

σ

Mpa

414 230 8 , 1 HB 8 ,

0 2 lim

Fo  4 10 với tất cả các loại thép

- Do bộ truyền chịu tải trọng thay đổi nhiều bậc nên

13 3 12000 = 15,62.107 > NHO1 lấy KHL1=1 Tơng tự NHE2 > NHO2  KHL2 =1

lim H H

S

K σ

σ 

Sơ bộ xác định đợc

1 , 1

1 560

1 530

1 560

1 530

Theo 6-2a  

F

FL FC 0

lim F F

S

K K σ

7 , 0 530

Mpa 224 75 1

7 , 0 560

2 F

1 F

75 , 1

7 , 0 530

Mpa 224 75 1

7 , 0 560

4 F

3 F

-ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải

8 , 0

Mpa 1260 450

8 , 2

8 , 2

Mpa 1624 580

8 , 2

8 , 2

4 , 2 ch 4

, 2 max 2 F

3 , 1 ch 3

, 1 max 1 F

4 , 2 ch 4

, 2 max H

3 , 1 ch 3

, 1 max H

σ σ

σ σ

σ σ

III Tính bộ truyền cấp nhanh

1 Chiều dài côn ngoài của bánh côn chủ động đợc xác định theo công thức

3

2 H be be

H 1 2

R e

u K K 1

K T

1 u K R

95 , 3 25 , 0 2

4 , 139 2 1

2

2 2

Mô đun vòng ngoài theo (6.56)

25 , 0 5 , 0 1

2 , 2

5 , 0



be

tm te

K m

Theo bảng 6-8 tập 1 lấy trị số tiêu chuẩn mte 2 , 5mm

Tính lại giá trị mô đun ,số răng

 mtm  mte1  0 , 5 Kbe 2 , 5 1  0 , 5 0 , 25  2 , 187mm

Z 27 , 37

187 , 2

60 1

0 2

0 2

1 1

79 , 75 21 , 14 90 δ 90 δ

21 , 14 108

27 δ

Đờng kính trung bình của bánh nhỏ

dm1Z1.m tm  27 2 , 187  59 , 05mmChiều dài côn ngoài

Re 0 , 5 m te. Z Z2 0 , 5 2 , 5 27 2 108 2 139 , 15mm

2 2

m H 1 H

M

H  Z Z Zε 2 T K U  1 0 , 85 b d U σ

Hệ số trùng khớp ngang theo (6.59a)

Z

3

4  

 ε

Theo 6.60 có

732 ,

1 0

cos 108

1 27

1 2 , 3 88

, 1 ε

β cos 1

1 2 , 3 88

, 1

ε

α

2 1

3

732 , 1 4

KH là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc KH  K H β K H α K Hv

KH là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời

ăn khớp

Theo bảng 6-21  KHα  1

KH là hệ số kể đến sự phân bố không dều tải trọng trên chiều rộng vành răng

Theo bảng 6-21  K Hβ  1 , 15

KHV là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

Theo 6-63 K

α β

ν

H H 1 m

1 m H HV

K K T 2

d b

1 

m

m 1 m 0

H H

u

1 u d v g

δ ν

.

1 95 , 3 60 99 , 1 56 006 , 0

Chiều rộng vành răng

bK be.R e  0 , 25 139  34 , 75mm

14 , 1 1 15 , 1 47876 2

60 75 , 34 4 , 7



 K HV

31 , 1 14 , 1 1 15 ,

95 , 3 60 75 , 34 85 , 0

1 95 , 3 31 , 1 47876

2 87 , 0 76 , 1 274

7 , 457 4 , 463

1 F

1 1

d m b 85 , 0

Y Y Y K T

dm1Đờng kính trung bình của bánh chủ động dm1 60mm

Y là hệ số kể đến độ nghiêng của răng , với răng thẳng Y 1

Hệ số dịch chỉnh x1 = x2 = 0

Tra bảng 6-18 ta đợc YF1=3,8 ; YF2 =3,6

KF là hệ số tải trọng khi tính về uốn : KF  K Fβ K Fα K FV

Nguyễn Đình Tân – lớp 43m Trang 9

KF  hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khitính về uốn

Kbe = 40/139 = 0,228

Kbeu(2 – Kbe) = 0,228.3,95(2 – 0.228) = 0,66

Tra bảng 6-21 KFβ  1,28

KFlà hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời

ăn khớp khi tính về uốn với bánh răng thẳng KF = 1

KFV là hệ số kể đến tải trọng động xuát hiện trong vùng ăn khớp

K

α β

ν

F F 1

1 m F FV

K K T 2

d b

1 

u

1 u d V g

F F



δ ν

Tra bảng 6-15,6-16 đợc δF  0 , 016 ; g0  56

Thay số

72 , 1 34 , 1 1 28 , 1

33 , 1 1 32 , 1 47876

2

60 40 09 , 20 1

09 , 20 95

, 3

1 95 , 3 60 99 , 1 56 016 , 0 ν

K K

Y hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Y 0 , 58

73 , 1

1 ε

Mpa

F

F F F

F

8 , 76 8 , 3

6 , 3 81

σ σ

81 60

187 , 2 40 85 , 0

8 , 3 1 58 , 0 72 , 1 47876 2 σ

1

2 1 2

Nh vậy độ bền uốn đợc đảm bảo

5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Với Kqt=2,2 tra phần phụ lục , theo 6-48có

max 2

max 1 1

max 1

σ 84 , 99 3 , 1 8 , 76

σ σ

σ 3 , 105 3 , 1 81

σ σ

F qt

F F

F qt

F F

Nh vậy răng thỏa mãn điều kiện về quá tải

6 Các thông số và kích thớc của bộ truyền bánh răng cấp nhanh

Chiều dài côn ngoài Re = 139 mm

Chiều cao răng ngoài he =5,5mm

Chiều cao đầu răng ngoài hae1 hae2  2 , 5mm

Chiều cao chân răng ngoài hfe1 hfe2  3 mm

Đờng kính đỉnh răng ngoài dae1 = 72,35 mm ; dae2 = 271,23 mm

H 2 a

w

u

K T 1 u k

ψ σ

04 , 1 179706

1 57 , 3

.

2

) 110 31 ( 5 , 2

Z Z m

m H 2 H

M H

d u b

1 u K T 2 Z Z

2 sin

cos 2 α

β

 với βb là góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

t = tw = arctg(tg/cos) = arctg(tg200/cos11,720) = 20,390

tgb = cost.tg = 0,19  b = 110

Nguyễn Đình Tân – lớp 43m Trang 11

1 , 73

) 39 , 20 2 sin(

11 cos 2

1 2 , 3 88 , 1

2 1

7 , 1 72 , 11 cos 100

1 28

1 2 , 3 88 , 1 ε

ε

0 α

KH là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng ăn khớp

KHV là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

K

α β

ν

H H 2

3 w w H HV

K K T 2

d b

1 

m

w 0

H H

u

a v g δ

π

1 55 , 3

180 2 1

2

u

a d

s m

s m

w ba w

H

54 180 3 , 0 ψ

) / ( 69 , 0 54 , 3

180 59 , 0 73 002 , 0 ν

2

15 , 79 64 69 , 0

1 55 , 3 18 , 1 179706

2 76 , 0 73 , 1 274

Do đó σ H σH

Tính sai số  = 100 0 , 03 %

04 , 462

9 , 461 04 , 462

Y Y Y K T 2

3 w w

3 F F

2 3

F

β ε

ε

1

 với ε α hệ số trùng khớp ngang 0 , 58

7 , 1

1 7

, 1

εα   Yε  

Y Hệ số kể đến dộ nghiêng của răng do 0 , 921

140

72 , 11 1 72

, 11

4 4

Z

V V

ν

F F 2

3 w w F

K K T 2

d b

với

m

w 0

F F

u

a V g δ

Trong đó: δF  0 , 006; ν  0 , 66; g0=73

069 , 2 55 , 3

180 66 , 0 73 006 , 0

 F

KFV=1+2.2179706,069.54.1.79,1.,115,37 1,016

KF=1,1.1,37.1,016 = 1,53Thay vào 6.43 ta có

5 , 2 15 , 79 54

8 , 3 921 , 0 58 , 0 53 , 1 179706

8 , 3

6 , 3 41 , 105 3

4 3

Nh vậy độ bền uốn thoả mãn

5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

tùy theo cách nối đai cộng thêm từ 100… 6,4).400 (mm)

Số vòng chạy của đai i = v/l = 13,4/2,923 = 4,58 <= imax = 3… 6,4)5(m/s)

Tính góc ôm trên bánh nhỏ :

Theo (4.7) 1 = 180 – 57(d2 – d1)/as = 167,50 > min =1500

3.Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai

- theo (4.9)  Ft = 1000.P1/v = 1000.3,18/13,4 =237 N

- theo bảng (4.80 tỉ số (/d1) nên dùng là 1/40   =d1/40 = 4,5 mm

- theo bảng 4.1 chọn loại đai b.800 có lớp lót trị số t/c = 4,5 , số lớp là 3

- ứng suất có ích cho phép xác định theo (4.10)

theo bảng 4.1 lấy theo trị số tiêu chuẩn b = 32

 chiều rộng bánh đai lấy B = 40 (bảng 9.10) sách thiết kế chi tiết máy

4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

- theo 4.12 F0 = 0.b. = 2,25.32.4,5 = 324(N)

- theo 4.13 Fr = 2.F0.sin(1/2) = 2.324.sin(167,5/2) = 644 (N)

C Thiết kế trục và then

i Chọn vật liệu

Nguyễn Đình Tân – lớp 43m Trang 15

Trục là bộ phận quan trọng trong hộp giảm tốc có tác dụng truyền chuyển độngquay giữa các bánh răng ăn khớp Đồng thời , trục còn tiếp nhận đồng thời cả mômemuốn và mô men xoắn Mặt khác , theo yêu cầu thiết kế trục còn làm việc trong thờigian dài ( 5 năm , mỗi năm làm việc 300 ngày , mỗi ngày làm việc 8 giờ)

Do những yêu cầu và đặc điểm trên nên ngoài thiết kế đạt độ chính xác hìnhhọc cao Trục còn phảI đảm bảo về độ cứng vững, độ bền mỏi, độ ổn định dao động Vì vậy, để đảm bảo yêu cầu làm việc trên , yêu cầu ngời thiết kế chọn vật liệu chếtạo hợp lý , giá thành rẻ , dễ gia công từ đó ta chọn vật liệu chế tạo các trục là thép

47876 2

.

2

t m

0 1

1

1

2 0

0 1

1

1

8 , 144 21

, 14 sin 20 2 , 1621 sin

.

572 21

, 14 cos 20 2 , 1621 cos

.

r t

a

a t

r

F tg

tg

F

F

F N tg

615444

2

.

2

t w

F N d

T







F 0   3

0

4

72 , 11 cos

39 , 20 6 , 4382 cos

.

r tw

T

trong đó :

- T là mô men xoắn trên trục

-   Là ứng suất xoắn cho phép , đối với thép   =12 20(Mpa) chọn  

=15(Mpa)

15 2 , 0

3.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

Chiều dài trục cũng nh khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực phụ thuộc vào sơ đồ động , chiều dài may ơ của các chi tiết quay , chiều rộng ổ , khe hở cần thiết và các yếu tố khác

Theo bảng 10-2 tập 1 ta có thể xác định đợc chiều rộng ổ lăn b0 theo dsb

l

l

mm K

b l l

l

mm K

K b l

l

m

m

m m

183 10 2 12 3 23 52 52

2 3

4 , 102 12 79 , 75 cos 40 52 5 , 0 5 , 59 δ

cos

5

,

0

5 , 59 10 12 23 52 5 , 0

5

,

0

2 1

02 23

22

21

0 1

2 23 22 22

23

2 1 02 22

+ Kho¶ng c¸ch phÝa trong hép gi¶m tèc lÊy theo trôc II

+ kho¶ng c¸ch ®o¹n trôc phÝa ngoµi

Y = 0  FY12 - FY10 - FY11 + FY13 = 0

M0x = 0  FY12.l12 + FY11.l11 – FY13 l13 + FZ13.dm1/2 = 0

 y12

F

y10F

x10

y11F

z13

y13F

M  ; Mt®j = 2

j 2

j 0 , 75 T

Thay sè :

NguyÔn §×nh T©n – líp 43m Trang 19

(N.mm) 7

, 41637 4

, 47825 75 , 0 6 , 4271

(N.mm) 4271,6

6 , 4271 0

(N.mm) 41418

4 , 47825 75 , 0 0

(N.mm) 7

, 95768 4

, 47825 75 , 0 3 , 86349

75 , 0

(N.mm) 3

, 86349 4

, 24900 2

, 82681

(N.mm) 3

, 56206 4

, 47825 75 , 0 37996

75 , 0

(N.mm) 37996

0 37996

2 2

13

2 2

1 2

1 13

2 12

12

2 2

2 11 2

11 11

2 2

2 1 2

1 11

2 2

2 10 2

10 10

2 2

0 2

0 10

td

x y td

x y

M

M M M

M

M

T M

M

M M M

T M

M

M M

M d

3 , 56206

7 , 95768

7 , 41637

F

Fx22 z22

H×nh III

X = 0  FX22 – FX20 + Fx23 – FX21 = 0

NguyÔn §×nh T©n – líp 43m Trang 21

Moy = 0  FX22.l22 + FX23.l23 - FX21.l21 =0

FX21 = 2332,2 (N)

FX20 = 3671,4 (N)

Y = 0  FY22 - FY23 - FY21 - FY20 = 0

M0x = 0  FY22.l22 – FY23 l23 + FY21.l21 - FZ22.dm2/2 – FZ23.dm3/2 = 0

5 , 269926

d23 = 17 , 9

63 7 , 0

254020,3

3 

d21 = 7 , 1

63 7 , 0

Xác định khoảng cách các đoạn trục :

+ Khoảng cách các đoạn trục phía trong hộp giảm tốc lấy theo kích thớc trục II + Xác định lực hớng tâm Fr của khớp nối :

Fr32 = 0,3.Ft23

Trong đó : Ft23 = 4382,6

 Fr32 = 0,3.4382,6 = 1314,8

+ Xác định phản lực tại các gối trục dựa vào sơ đồ hình vẽ IV:

F x30

F x33

3

F z33 y33

F

F x31

194164,3 N.mm

264267,5 N.mm 130821,1 N.mm

615431,1 N.mm

Hình IV

Nguyễn Đình Tân – lớp 43m Trang 23

d30 = 23 , 2

63 7 , 0

3 , 548799

d33 = 24 , 2

63 7 , 0

4 , 625782

d31 = 22 , 95

63 7 , 0

III Tính mối ghép then

- Then là một tiết máy tiêu chuẩn ta có thể chọn và tính then theo đờng kính trục và chiều dài may ơ Vì các trục trong đồ án này đều nằm trong hộp giảm tốc nên

Chiều dài then l1 =(0,8 0,9 )lm12 = (0,8… 6,4)0,9) 39 = 31,2 … 6,4)35,1 lấy l1 = 34mm

Công thức kiểm tra điều kiện bền dập và bền cắt

1 t d

t h l d

T 2

b l d

T 2





Trong đó

d ứng suất dập cho phép tra bảng 9-5 tập1  d  100Mpa