đồ án chi tiết máy trục vít bánh vít ( thuyết minh+ bản vẽ)

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kỹ sư 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 môn học như: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, 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.

Lời nói đầu

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chươngtrình đào tạo kỹ sư cơ khí Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinhviên có thể hệ thống hoá lại các kiến thức của các môn học như: Chi tiết máy, Sức bềnvật liệu, Dung sai, Vẽ kỹ thuật đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với côngviệc 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 truyềnkhông đổi và được dùng để giảm vận tốc góc, tăng mô men xoắn Với chức năng nhưvậy, ngày nay hộp giảm tốc được 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 được giaonhiệm vụ thiết kế hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng - trục vít, bánh vít Trong quá trìnhlàm đồ án được sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy(cô)

……… , em đã hoàn thành xong đồ án môn học của mình Do đây là lầnđầu,với trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏinhững sai sót xảy ra, em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầytrong bộ môn

Sinh viên

MỤC LỤC

PHẦN I: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 2

I Chọn động cơ điện 2

1 Xác định công suất động cơ 2

2 Xác định số vòng quay của động cơ 3

3 Chọn động cơ 3

II Phân phối tỷ số truyền 3

III Xác định thông số trên các trục 3

1 Số vòng quay 4

2 Công suất 4

3 Mô men xoắn trên các trục 4

IV Bảng kết quả tính toán 5

PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI (ĐAI DẸT) 6

I Chọn loại đai và tiết diện đai 6

II Xác định các thông số của bộ truyền 6

1 Xác định đường kính hai bánh đai d1 và d2 6

2 Xác định khoảng cách trục a 6

3 Chiều dài đai: 7

4 Xác định góc ôm đai 7

5 Tiết diện đai và chiều rộng bánh đai 7

6 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 8

7 Tổng hợp thông số của bộ truyền đai với : 8

PHẦN III: Thiết kế bộ truyền trong 9

I Chọn vật liệu 9

II Xác định ứng suất cho phép 9

Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép khi quá tải: 9

III Xác định thông số cơ bản của bộ truyền: 9

1 Xác định khoảng cách trục, đường kính vòng lăn: 9

2 Xác định các thông số ăn khớp: 10

3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 10

4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: 11

5 Kiểm nghiệm răng về quá tải: 12

PHẦN IV: Tính toán thiết kế trục 15

I Chọn vật liệu 15

II Tính sơ bộ đường kính trục 15

III Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 15

IV Tính trục I và chọn then 15

V Tính trục II và chọn then 16

VI Kiểm nghiệm trục 21

PHẦN V: Ổ trục 26

I Tính toán ổ lăn trục I 26

1 Điều kiện làm việc: 26

2 Chọn cấp chính xác cho ổ: 26

3 Khả năng tải động: 27

4 Khả năng tải trong tĩnh 27

II Tính toán ổ lăn trên trục II 28

1 Đặc điểm làm việc 28

2 Chọn cấp chính xác cho ổ: 29

3 Khả năng tải trọng động: 29

4 Khả năng tải trong tĩnh 29

PHẦN VI: Kết cấu vỏ hộp và các chi tiết khác 31

I Kết cấu vỏ hộp 31

II Kết cấu liên quan đến vỏ hộp 33

1 Vòng móc 33

2 Chốt định vị 33

3 Cửa Thăm 33

4 Nút thông hơi 33

5 Nút tháo dầu 33

6 Que thăm dầu 34

7 Cốc lót 34

III Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 34

1 Phương pháp bôi trơn 34

2 Chọn loại dầu bôi trơn 34

3 Điều chỉnh sự ăn khớp 34

4 Lắp ghép và dung sai 34

PHẦN 1: TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ

I Chọn động cơ

Động cơ điện là động cơ điện không đồng bộ ba pha vì những ưu điểm

sau:

- Rẻ, dễ kiếm, dễ sử dụng và phù hợp với lưới điện sản xuất

- Để đạt hiệu quả kinh tế cao cần chọn động cơ có kích thước và công

Tra bảng 2.3 ta được các hiệu suất:

- Hiệu suất làm việc của bộ truyền đai ηđ = 0,95

- Hiệu suất làm việc của bộ truyền trục vít bánh vít ηtv = 0,75

- Hiệu suất làm việc của khớp nối ηk = 1

- Hiệu suất làm việc của cặp ổ lăn ηổ = 0,99

Do tải trọng thay đổi nên ta có:

1.2 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ

nsb = nlv usb

nlv = 60.103 V

Tra bảng 2.2 ta có :

Tỉ số truyền đai Uđ = 3,15

Tỉ số truyền trục vít Utv =29 (Hộp giảm tốc 1 cấp)

⇨ Usb = Uđ Utv = 3,15 29 = 91,35

⇨ nsb = nlv usb = 10,51 91,35 = 960,08 (v/ph) Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ là :

2, 2

2, 0

1.4 Phân phối tỷ số truyền

- Tỉ số truyền chung của hệ dẫn động:

Ut = n dc

n lv = 10,51945 = 89,91 Trong đó ndc : Số vòng quay của động cơ

nlv : Số vòng quay trên trục công tác

Chọn tỷ số truyền đai theo tiêu chuẩn :

Uđ = 3,15

⇨ Uh = U t

U đ = 89,913,15 = 28,54

II Tính toán các thông số

1 Tính công suất mômen và số vòng quay trên các trục

N1 = n dc

U dc = 3,15945 = 300 (v/p)+ Số vòng quay trên trục II :

N2 = = n1

n hộp = 28,54300 = 10,512 (v/p)+ Số vòng quay trên trục công tác :

Nct = n2

U k = 10,5121 = 10,512 (v/ph)

- Tính toán mômen trên trục :

+ Mômen xoắn trên trục động cơ :

Tdc = 9,55 10

6 P đc

n dc = 9,55 106 3,34

945 = 33754,44 (Nmm)+ Mômen xoắn trên trục I :

Theo sơ đồ, ta thấy động cơ chuyển động quay tới bánh đai nhỏ làm bánh đai nhỏ quay trên mômen xoắn trên trục đông cơ cũng là mômen xoắn

trục bánh đai nhỏ

T1 = Tdc = 33753,44 9 (Nmm)

d1 = 168,05…206,83 Theo tiêu chuẩn chọn d1 : d1 = 180 (mm)

Vận tốc V = d1 n dc π

60000 = 180.9,45 π60000 = 8,9 (mm) Đường kính bánh đai lớn :

d2 = d1 u n

1−ε = 180.3,151−0,01 = 572 (mm) Trong đó : Hệ số trượt ε = 0,01 – 0,02 ( ta chọn 0,01 )

IV Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng

PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG

I.2 Xác định vật liệu

Vs = 1,76 < 2 (m/s)

⇨ Chọn vật liệu làm bánh vít là gangTra bảng 6.1 : Vật liệu bánh vít : gang xám

Kí hiệu : C415-32Chọn vật liệu làm trục vít : Thép 20x tôi cải thiện độ rắn >45 HRC

II Xác định ứng suất cho phép

Vì bánh vít làm từ gang, trục vít làm từ thép 20x nên ta tra bảng 6.2 ta có :

[σ H] =145 (Mpa)

2.2 Ứng suất uốn cho phép [σ F]

Bánh vít làm bằng gang và cho bộ truyền quay 1 chiều

[σ F] = 0,12 [σ bu] = 0,12 320 = 38,4 (Mpa)

2.3 Ứng suất cho phép khi quá tải

Vì bánh vít làm bằng gang nên theo công thức 6.15 ta có :

Chọn aw = 300 (mm)b) Môđun trục vít

M = 2 a w

z2+q=

2.300 58+ 16=¿ 8,108 Chọn m = 8 theo tiêu chuẩn bảng 6.6

Tính chính xác khoảng cách trục

Aw = m.(z 2+ a)

2 = 8.(58+16)2 = 296 (mm)c) Hệ số chỉnh dịch

X = a w

m - 0,5 (z2 + q) = 2968 – 0,5 (5,8 +16) = 0 |x|≤ 0,7 ( Thỏa mãn )

3.2 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt bánh vít và bộ truyền được thiết kế phải

thỏa mãn điều kiện sau :

Tính chính xác hiệu suất bộ truyền

3.3 Kiểm nghiệm độ bền uốn

- Để đảm bảo độ bền uốn răng bánh vít, ứng suất sinh ra tại răng bánh vít không

được vượt quá giá trị cho phép

σ F = 1,4.T2

' Y F K F

b2 d2.m n ≤[σ F] (**) Trong đó: mn môđun cho phép của răng (mn = m.cosγ= 8.cos7,125 = 7,938)

Ta có ZV = Z2

cos3γ=

58 cos37,125 =59,36Tra bảng 7.8 ta có YF =1,4

Thay vào (**) ta có :

OF = 1,4.1,793502,104.1,4 1,2048108.464 7,938 = 10,64 < [σ F] = 38,4 (Mpa)

3.4 Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải

- Để tránh biến dạng dư hoặc dính bề mặt răng ứng suất tiếp xúc cực đại không

vượt quá giá trị cho phép

σ H max = OH.√K qt ≤[σ H]max

Trong đó : [σ H] = 134,64 (Mpa)

Kqt = 1,25

=> σ H max = 134,64.√1,25 = 150,532 (Mpa) ≤[σ H]max

- Để tránh biến dạng dư hoặc phá hỏng tính chân răng bánh vít ứng suất uốn cực

đại không được phép vượt quá giá trị cho phép

σ F max = OF Kqt ≤[σ F]max

Mà OF = 10,64, Kqt = 1,25

=>σ F max = 10,64.1,25 = 13,3 (Mpa)≤[σ F]max

Vậy bánh vít thỏa mãn điều kiện về quá tải

Đường kính vòng dây

Df1 = m.(q-2,4) = 8.(16-2,4) = 108,8

df2 = m.( Z2-2,4+2x)

= 8.(58-2,4 +2.0) = 444,8 mmĐường kính ngoài bánh vít dam2≤ da2 +1,5.m = 480 +1,5.8=492

V Tính nhiệt trong truyền động trục vít

-Để tránh nhiệt sinh ra trong bộ truyền trục vít quá lớn thì nhiệt sinh ra trong hộp

giảm tốc trục vít phải cân bằng với lượng nhiệt thoát đi

Ta đi tính diện tích bề mặt thoát nhiệt hộp giảm tốc

Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ H] = 145 (Mpa)

Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc σ H = 134,64 < [σ H] = 145 (Mpa)

Kiểm nghiệm độ bền uốn OF = 10,64 < [

σ F] = 38,4 (Mpa)

Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá

tải

σ H max = 150,532 (Mpa) ≤[σ H]max

σ F max = 13,3 (Mpa)≤[σ F]max

2

PHẦN 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Ổ TRỤC

I Chọn vật liệu

-Chọn vật liệu là thép C45 thường hoa

-Ưu suất bền σ b = 600 (Mpa), σ ch = 340 (Mpa)

-Ưu suất xoắn cho phép :[τ] = 15 ÷ 30 (Mpa)

- Khoảng cách từ gối đỡ 0 đến 1:

l11 = (0,9÷1).daM2 =(0,9÷1).490 = 441 ÷490 = 465 (mm)Chọn l11 = 465 (mm)

- Do kết cấu ổ lưn đối xứng :

Fr1 = Fr2 = cos ⁡(7,125+3,6)9135,76.cos3,6.tan2o.cos7,125o = 3351,5 (N)

- Lực do bộ truyền đai tác dụng lên theo kết quả p3

❑

❑M =0 - Fxo.AB – Ft1.AC + Fx1.AD = 0

Fy1 = 2990,93 (N)

● Biểu đồ momen trục 1

0,25

Fy1 = -331,42 (N)

● Biểu đồ mô men

Chiều sâu

NN

LN

Theo bảng 9.1 a/173 ta có:

Đường kính

Kích thướctiết diện

Chiều sâu

NN

LN

Bộ truyền quay 1 chiều suy ra trục quay ứng với ứng suất uốn thay thế

thay đổi theo chu kỳ dx, momen xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động với

- K σ , K τ: hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn; rãnh

then và gia công bằng dao phay đĩa K σ =1,46, K τ= 1,54 (bảng 10.12)

- ε σ , ε τ: hệ số kích thước phụ thuộc vào đường kính trục (b10.10)

M1 = 734600,17 (Nmm)

T1 = 100020,3333Tra bảng 10.6 d= 50

σ mj = 0

τ σj = τ mj = τ j

2.W σj = 2.24543,69261100020,3333 = 2,0376 Tra bảng 10.10 ta có:

=> S3 = S σ 3 S τ 3

S σ 32 +S2τ 3 = 3,8517 ≥ [ s ] = 2 (Thỏa mãn) f) Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục I tại vị trí ổ lăn

τ a 0 = τ mj = τ j

2.W σj = 100020,33332.5301,44 = 9,43 Theo bảng 10.11 K σ

σ a 2=M j

w j=

86619,86 1357,168 = 63,824

τ a 2 = τ mj = τ j

2.W σj = 100020,33332.2714,336 = 18,42 Lắp ghép có độ dôi :

Bộ truyền quay 1 chiều => trục quay ứng với ứng suất uốn thay đổi theo

chu kỳ đối xứng, momen xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động với trục làm

- K σ , K τ: hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn; rãnh

then và gia công bằng dao phay đĩa K σ =1,46, K τ= 1,54 (bảng 10.12)

M2 = 2170192,17 (Nmm)

σ a 2 = M2

W2=

2170192,17 73525,22 = 29,52

τ a 2 = T2

2W02=

219496,765 2.157697,82 = 6,72 Tra bảng 10.10 ta có:

S σ 2 = K σ−1

σd 2 σ a 2+ψ τ m 2 = 1,3.29,52261,6 = 6,816

S τ 2 = K τ−1

τd 2 τ a2+ψ τ m 2 = 1,364.6,72151,728 = 16,553

=> S2 = S σ 2 S τ 2

S σ 22 +S2τ 2 = 6,3 ≥ [ s ] = 3,5 (Thỏa mãn)

Vậy tại mặt cắt nguy hiểm nhất trục đủ bền

=> Trục đủ bền và không cần kiểm tra độ cứng vững của trục

PHẦN 5 : TÍNH TOÁN CHỌN Ổ LĂN

I Chọn loại ổ lăn

1.1 Trục 1

a) Chọn loại ổ

- Vì là trục lắp trục vít – bánh vít, tải trọng dọc trục lớn để tránh giãn nở nhiệt và đảm bảo

cố định nên ta dùng 2 ổ đĩa côn đối nhau tại vị trí gối 1 ổ tròng động (ổ bi đỡ ) tại vị trí 0b) Chọn cấp chính xác

- Cấp chính các 0

c) Chọn kích thước

- Gối 12 ổ đũa côn đối nhau

Theo đường kính trục tại vị trí lắp ổ lăn d1 = 25 mm

Ta chọn ổ đũa côn cỡ trung rộng (tra bảng p2 11 trang 262T1) có:

d1

(mm)

B(mm)

C1

(mm)

T(mm)

r(mm)

r1

(mm)

61,3

51,0

- Gối 0 : ổ bi đỡ 1 dòng

Theo đường kính trục tại vị trí lắp ổ lăn do = 25 mm

Ta chọn ổ bi đỡ 1 dạng cỡ siêu nhẹ ( tra bảng p27 trang 254T1) ta có :

33,5 = 17731,34 (v/p)

nth > n1 = 300 (v/p) => Thỏa mãn

2) Chọn ổ lăn cho trục II

a) Chọn loại ổ lăn

- Vì đây là trục lắp bánh vít yêu cầu về độ cứng vững của ổ rất cao nên tại các gối 0 và 1

ta chọn ổ đũa côn Sơ đồ bố trí như hình vẽ :

b) Chọn kích thước và cấp chình xác ổ lăn

hiệu (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) k n

c) Kiểm nghiệm ổ về khả năng tải động

- Khả năng tải động Cd được tính theo công thức :

Cd = Q m

√L

Trong đó:- m : bậc của đường cong mỏi khi thử ổ lăn vì ổ lăn đũa côn nên m=10/3

- L : tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

Vậy ổ lăn 0 chịu lực dọc trục và lực hướng tâm đều lớn

- Tiến hành kiểm nghiệm cho ổ đũa côn số 0

Tra bảng 11.4 ta được : x=1; y=0

C 1 (mm)

T (mm)

- Kiểm nghiệm cho ổ đũa côn số 1

PHẦN 6 : THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC

I Tính, lựa chọn kết cấu cho các bộ phận vỏ các chi tiết

- Chiều dày bích thân hộp δ3 = (1,4÷ 1,8)d3 = (19,6÷ 25,2)

* Khe hở giữa các chi tiết

- Giữa bánh vít với thành trong hộp

Δ≥(1÷ 1,2).δ = 12 ÷ 14,4 (mm)

f) Que thăm dầu

a) Phương pháp bôi trơn

- Ngâm trục vít trong dầu , ngâm dầu ngập trục vít nhưng không vượt quá đường ngang tâm con lăn dưới cùng

- Ổ lăn vít được bôi trơn do dầu bắn lên

- Ổ lăn trên trục bánh vít được bôi trơn bằng mỡ thay mỡ định kỳ

b) Chọn loại dầu bôi trơn

- Tra bảng 18.12, 18.13 chọn loại dầu bôi trơn trên ô tô, máy kéo AK15; độ nhớt

(500c ≥135 centistoc ) (1000c ≥15 centistoc )

- Khối lượng riêng : 0,886 – 0,926 (g/m3)

2) Điều chỉnh ăn khớp

- Để đảm bảo ăn khớp chính xác giữa ren của trục vít và răng của bánh vít cần đảm bảo khoảng cách trục, góc giữa 2 trục bánh vít đã cố định trên nó nhờ độ bền điều chỉnh lấp giữa hốp ổ và vỏ hộp bộ đệm giữa cốc lót và thân hộp

III Định kiểu lắp và lập bảng dung sai

+ Đối với các vòng không quay ta sử dụng kiểu lắp có độ hở Vậy khi lắp ổ lăn lên trục

ta chọn mối ghép k6, còn khi lắp ổ lăn vào vỏ ta chọn kiểu h7

3 Φ 140 d11H7 -340 +35-12 Lỗ gối ở trục IIổ dũa côn