THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền cho hệ thống truyền động.. Tính toán các bộ truyền ngoài đai, xích hoặc bánh răng.. Tính các bộ truyền trong hộp gi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ (ME3139) Học kỳ I / Năm học 2021 - 2022

ĐỀ TÀI

Đề số 17: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Phương án số:01

Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2- Bộ truyền

đai thang; 3- Hộp giảm trục vít – bánh răng; 4- Nối trục đàn hồi; 5- xích tải

(Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ)

Lực vòng trên xích tải, F =27000N

Vận tốc xích tải, v= 0, 45m s/

Số răng đĩa xích dẫn, z =9 răng

Thời gian phục vụ, L =6 năm

Số ca làm trong ngày, 2 ca

Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ

Chế độ tải: T1 = T; t1 = 60 giây; T2 = 0,6T; t2 = 35 giây

YÊU CẦU

01 thuyết minh;

01 bản vẽ lắp A0; 01 bản vẽ chi tiết

NỘI DUNG THUYẾT MINH

1 Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền cho hệ thống truyền

động

2 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:

a Tính toán các bộ truyền ngoài (đai, xích hoặc bánh răng)

b Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít)

c Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực

d Tính toán thiết kế trục và then

PHẦN 1 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ

TRUYỀN 2

1.1 Chọn động cơ 2

1.1.1 Công suất trên trục công tác 2

1.1.2 Công suất tính toán 2

1.1.3 Chọn hiêu suất của hệ thống 2

1.1.4 Tính công suất cần thiết 2

1.1.5 Số vòng quay của trục công tác 2

1.1.6 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ 2

1.1.7 Chọn động cơ điện 3

1.2 Phân phối tỷ số truyền 3

1.3 Bảng đặc trị 3

1.3.1 Phân phối công suất trên các trục 3

1.3.2 Tính toán số vòng quay trên các trục 3

1.3.3 Tính toán moomen xoắn trên các trục 4

1.3.4 Bảng đặc trị 4

PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 5

2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai 5

2.2 Xác định các thông số của bộ truyền 5

2.2.1 Đường kính bánh đai nhỏ 5

2.2.2 Vận tốc đai 5

2.2.3 Định kích thước bánh đai lớn 5

2.2.4 Chọn khoảng cách trục a nhỏ nhất xác định theo điều kiện 5

2.2.5 Chọn chiều dài đai 6

2.3 Kiểm nghiệm đai 6

2.3.1 Số vòng chạy của đai trong một giây 6

2.3.2 Tính lại khoảng cách trục 6

2.3.3 Góc ôm đai của bánh đai dẫn động 6

2.3.4 Các hệ số sử dụng 6

2.3.6 Xác định chiều rộng bánh đai và đường kính ngoài bánh đai 7

2.3.7 Xác định lực tác dụng 7

2.3.8 Tìm hệ số ma sát để bộ truyền không trượt 7

2.3.9 Lực tác dụng lên trục 7

2.3.10 Ứng suất lớn nhất trong dây đai 8

2.3.11 Tuổi thọ đai 8

2.3.12 Bảng thông số bộ truyền đai 8

PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN TRONG 9

3.1 Tính toán bộ truyền trục vít – bánh vít 9

3.1.1 Tính sơ bộ vận tốc trượt 9

3.1.2 Tính thiết kế 10

3.1.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 11

3.1.4 Kiểm nghiệm độ bền uốn 12

3.1.5 Giá trị các lực tác dụng 12

3.1.6 Các thông số bộ truyền trục vít 13

3.1.7 Tính nhiệt truyền động trục vít 14

3.2 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 15

3.2.1 Chọn vật liệu 15

3.2.2 Xác định ứng suất cho phép 15

3.2.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 17

3.2.4 Xác định các thông số ăn khớp 17

3.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 18

3.2.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 20

3.2.7 Kiểm nghiệm quá tải 21

3.2.8 Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng 21

3.2.9 Các thông số và kích thước bộ truyền 21

3.2.10 Kiểm tra điều kiện bôi trơn, ngâm dầu 22

PHẦN 4 THIẾT KẾ TRỤC – THEN – Ổ LĂN – NỐI TRỤC 24

4.1 Thiết kế trục và chọn ổ lăn: 24

4.1.5 Xác định đường kính trục 28

4.1.6 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 34

4.1.7 Tính kiểm nghiệm độ bền của then 37

4.2 Chọn ổ lăn 38

4.2.1 Trục I 38

4.2.2 Trục II 41

4.2.3 Trục III 43

4.3 Tính toán nối trục: 45

4.3.1 Moment xoắn trên nối trục: 45

4.3.2 Hệ số chế độ làm việc: 45

4.3.3 Chọn nối trục 45

4.3.4 Kiểm tra độ bền uốn của chốt: 45

4.3.5 Kiểm nghiệm điều kiện bền dập giữa chốt và nòng cao su: 45

PHẦN 5 CHỌN THÂN MÁY – BU-LÔNG VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ KHÁC 49

5.1 Xác định kích thước vỏ hộp 49

5.2 Chọn các chi tiết phụ khác 50

5.2.1 Vòng móc 50

5.2.2 Chốt định vị 51

5.2.3 Cửa thăm 51

5.2.4 Nút thông hơi 52

5.2.5 Nút tháo dầu 53

5.2.6 Que thăm dầu 53

5.2.7 Đệm vênh 54

5.2.8 Vòng phớt 54

5.2.9 Vòng chắn dầu 55

5.2.10 Đai ốc và đệm cánh 55

5.2.11 Ống lót 56

5.3 Bôi trơn hộp giảm tốc 57

5.3.1 Chọn phương pháp bôi trơn hộp giảm tốc 57

6.1 Dung sai và lắp ghép bánh vít, bánh răng 59

6.2 Dung sai và lắp ghép ổ lăn 59

6.3 Dung sai khi lắp vòng chắn dầu 59

6.4 Dung sai khi lắp bạc chặn trên trục tuỳ động 59

6.7 Dung sai và lắp ghép nắp ổ 59

6.8 Dung sai lắp ghép then lên trục 59

6.9 Bảng dung sai 60

PHẦN 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án Thiết kế là một đồ án chuyên ngành chính của sinh viên ngành Cơ khí Việc tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào đạo kỹ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức quan trọng cho sinh viên về kết cấu

Quá trình tính toán và thiết kế tham khảo các giáo trình như Tính toán hệ thống dẫn động cơ khí, Cơ sở thiết kế máy, Dung sai và lắp ghép… Qua đó từng bước giúp sinh viên làm quen với công việc thiết kế phục vụ nghề nghiệp của mình khi ra trường

Em xin được chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Nam đã hướng dẫn tận tình, đưa

ra những lời khuyên và dành nhiều sự đóng góp để em có thể hoàn thành đồ án này Tuy vậy, trong quá trình thực hiện cũng không thể tránh khỏi sai sót, do đó em mong được sự góp ý thêm từ phía các giảng viên để có thể rút ra được những kinh nghiệm, phục

vụ cho công việc thiết kế sau này Em chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

Kiều Trung Tín

PHẦN 1 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.1 Chọn động cơ

1.1.1 Công suất trên trục công tác

1.1.2 Công suất tính toán

Công suất tính toán:

1.1.3 Chọn hiêu suất của hệ thống

Hiệu suất chung cho cả hệ thống truyền động:

1.1.4 Tính công suất cần thiết

14,35

0, 74

t ct

P



1.1.5 Số vòng quay của trục công tác

9.110

lv

v n

zp

1.1.6 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ

Theo bảng 2.4 trang 21 tài liệu tham khảo [1], ta chọn tỉ số truyền bộ truyền đai thang với: ud = 2

Tỉ số truyền chung được xác định: u ch =u u h dt =40.2=80

Với u = h 40 : Tỉ số truyền của của hộp giảm tốc trục vít – bánh răng

u = dt 2 : Tỉ số truyền của bộ truyền đai thang

Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

1.1.7 Chọn động cơ điện

Động cơ điện có thông số phải thỏa mãn: P dc P ct =14,35( )kW

và n dc n sb = 2727(vòng/phút) Tra bảng P1.3 tài liệu [1], ta chọn:

Động cơ 4A160M2Y3 P dc =18, 5( )kW ; n = dc 2930 (vòng/phút)

Với hệ số công suất cos= 0,92; hiệu suất  = 88,5%;

1.2 Phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động:

2930

107, 44

27, 27

ñc ch

Vì là hộp giảm tốc trục vít – bánh răng nên u =1 10; u =2 5,3

Vậy tỷ số truyền của bộ truyền đai thang:

u u

12, 40

12, 780,99.0,98

12, 78

15, 740,99.0,82

đc dt

đc dt

n n u

1 2 1

1465

146,510

n n u

2 3 2

146,5

27, 645,3

n n u

PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

(Về yêu cầu lựa chọn thiết kế bộ truyền nào trước, do hộp giảm tốc sẽ được chế tạo ở nhà máy, còn bộ truyền đai thang sẽ phải nhập từ nhà chế tạo khác Như vậy, bộ truyền đai thang sẽ cần chuẩn hóa cao hơn, tỉ số truyền khó điều chỉnh hơn so với hộp giảm tốc nên

ta chọn thiết kế trước)

- Điều kiện làm việc: Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ

2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai

Theo bảng công suất và số vòng quay hình 4.1 ta chọn loại đai thang hẹp loại SPA với các thông số bảng 4.13 tài liệu [1]:

2 0

d 

- Sai số của tỷ số truyền 0,49 %

2.2.4 Chọn khoảng cách trục a nhỏ nhất xác định theo điều kiện

- Khoảng cách trục a nhỏ nhất xác định theo điều kiện:

0.55(d +d )+  h a 2(d +d )

0,55(200 400) 10,5 + +  a 2(200 400) +

340,5  a 1200mm

Theo bảng tiêu chuẩn ta chọn L = 3150mm

2.3 Kiểm nghiệm đai

2.3.1 Số vòng chạy của đai trong một giây

1

30, 68

9, 743,15

- Khoảng cách a này nằm trong khoảng cho phép

2.3.3 Góc ôm đai của bánh đai dẫn động

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ số truyền: Cu = 1,12

0

3150

1, 032500

L

L C

L

Theo bảng 4.8 Công suất có ích cho phép  P0 theo GOST 1284.3 – 96

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng,tải va đập nhẹ, làm việc 2 ca: Cr=0,8

- Theo bảng 4.8 tài liệu [1], công suất có ích cho phép  P0 theo GOST 1284.3 – 96

2.3.5 Số đai được xác định theo công thức

P C C C C C C

Chọn z = 2 Chọn 2 đai

2.3.6 Xác định chiều rộng bánh đai và đường kính ngoài bánh đai

- Với đai thang hẹp loại SPA, ta có H =16;h0=3;t=15;e=10

0

f t f

F e F

t

F F e

F F f

2

2.3.9 Lực tác dụng lên trục

1 0

2.3.10 Ứng suất lớn nhất trong dây đai

Trong đó: r =9MPa – giới hạn mõi của đai thang

2.3.12 Bảng thông số bộ truyền đai

Bảng 2.1 Các thông số bộ truyền đai thang

PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN TRONG

3.1 Tính toán bộ truyền trục vít – bánh vít

➢ Số liệu thiết kế:

- Số vòng quay trục vít dẫn: n 1 = 1465 vòng/phút

- Tỉ số truyền: u tv = 10

- Moment xoắn trên trục bánh vít: T 2 = 833098,98 N.mm

+  : Giới hạn bền kéo của vật liệu b

+ C v: Hệ số xét đến ảnh hưởng của vấn tốc trượt Chọn C v=0,88 theo bảng 7.9

Hệ số C v theo vận tốc trượt

+ [HO]=(0, 75 0,9)− b: Ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 107 chu kỳ Dùng

đánh bóng nên [HO]=0,9b

+ K HL: Hệ số tuổi thọ tính bằng công thức KKL=8107

HE N

Với NHE là số chu kì thay đổi ứng suất tương đương:

NHE= 60

4 2

2 2

i

i i Max

T

n t T

2 2

i Max

t T

- Với bộ truyền làm việc một chiều, [FO] - ứng suất uốn cho phép ứng với 106 chu

kỳ, tính theo công thức:

[FO]=0, 25b+0, 08ch =0, 25.250 0, 08.100 150,5+ = (MPa)

và đánh bóng nên [FO] = 188,13 (Mpa) (tăng thêm 20%)

2 2 3

H

T K a

T t kt

(hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng);

Với: z1 = 4 – số mối ren trục vít, q = 10 nên hệ số biến dạng của trục vít  =70(bảng 7.5 trang 153 tài liệu tham khảo [1])

- Theo công thức ứng suất tiếp xúc:

- Với v = s 0,83m/s theo bảng 7.4 trang 152 tài liệu tham khảo [2] tra được góc ma sát hoặc tính theo công thức:

3.1.6 Các thông số bộ truyền trục vít

Bảng 3.1 Các thông số bộ truyền trục vít

-  =0, 25 - hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp xuống bệ máy;

- K = tq 29(ứng với n = q 1500 vòng/phút) – hệ số tỏa nhiệt của phần bề mặt hộp được quạt;

- Thừa nhận [ ]t d = 90 0

C (trục vít đặt dưới bánh vít) – nhiệt độ cao nhất cho phép

của dầu; t =0 200C - nhiệt độ môi trường xung quanh;

- Công suất trên trục vít:

3.2 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

➢ Số liệu thiết kế:

- Tỉ số truyền: u = br 5,3

- Công suất: P =2 12, 78 kW

- Sô vòng quay trục dẫn: n =2 146, 5vòng/phút

- Moment xoắn trên trục dẫn: T =2 833098,98 N.mm

- Thời gian làm việc: l = h 21120giờ

3.2.1 Chọn vật liệu

Do không yêu cầu gì đặt biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ta chọn vật liệu cho bánh răng như sau: chọn thép C45 với phương pháp tôi cải thiện (theo bảng 6.1 trang 92 tài liệu tham khảo [3])

Bánh nhỏ d3: Thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 241  285; có giới hạn bền

3.2.2 Xác định ứng suất cho phép

- Theo bảng 6.2 trang 94 tài liệu tham khảo [3] với thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn

0 Flim 3

4

0 Flim 4

- Ứng suất quá tải cho phép:

trí bánh răng không đối xứng với các ổ trong hộp giảm tốc và cấp chậm trong hộp giảm tốc

1/3 43

a

(theo bảng 6.5 trang 96 tài liệu tham khảo [1]);

K  = - hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

khi tính tiếp xúc (bảng 6.7 trang 98 tài liệu tham khảo [1])

- Theo tiêu chuẩn ta chọn a = w 315 mm

3.2.4 Xác định các thông số ăn khớp

- Mô-đun pháp:

(0, 01 0, 02) w (0, 01 0, 02).315 3, 2 6,3

m=  a =  = Theo bảng 6.8 trang 99 tài liệu tham khảo [1], ta chọn m = 6

m

z u z

- Tính lại : cos = ( 3 4)

2 W

m z z a

+

=6(17 86)2.315

+

=0,9810  = 11,20 0 (nằm trong khoảng 80 - 200)

3.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

- Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:

w b m

m

a d

H H

b d K

T K  K 



xuất hiện trong vùng ăn khớp;

- Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc bánh răng nhỏ:

việc, cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám R a =2,5 1,5 m , do đó Z = R 0,95;

4 177,11 380,10 [ 4 ]

Nên thỏa điều kiện ứng suất tiếp xúc

3.2.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

- Ứng suất uốn cho phép:

F

Y Y

khi tính về uốn (theo bảng 6.7 trang 98 tài liệu tham khảo [1]);

1,37

F

đồng thời ăn khớp khi tính về uốn;

F F

b d K

F F F

F

Y Y

Thỏa điều kiện độ bền uốn

3.2.7 Kiểm nghiệm quá tải

- Ứng suất uốn cực đại:

Thỏa điều kiện quá tải

3.2.8 Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng

- Lực vòng:

0 3

4

2 cos 2.4284370, 50.cos10, 20

16343, 64 6.86

Bảng 3.2 Thông số và kích thước bộ truyền bánh răng

3.2.10 Kiểm tra điều kiện bôi trơn, ngâm dầu

-Ta chọn phương pháp ngâm bánh vít trong dầu vì trục vít nằm trên, trong bộ truyền quay nhanh, nếu trục vít ngâm trong dầu sẽ mất mát công suất lớn do khuấy dầu

- Đối với cặp bánh răng trụ nghiêng:

+Phần ngâm dầu không thấp hơn chân răng và không được vượt quá 1/3 bán kính vòng đỉnh bánh răng 2 (d a4 / 6)

- Mức dầu thấp nhất ngập (0,75-2) chiều cao răng bánh vít:h2 =2, 25m=2, 25.10=22,5mm

- Khoảng cách mức dầu thấp nhất và cao nhất: hmax hmin =10 15(mm)

- Tổng hợp các điều kiện trên thì ta có điều kiện bôi trơn như sau:

Hình 3.2: Sơ đồ ngâm dầu

PHẦN 4 THIẾT KẾ TRỤC – THEN – Ổ LĂN – NỐI TRỤC

4.1 Thiết kế trục và chọn ổ lăn:

- Số liệu thiết kế:

- Quy ước các kí hiệu:

k – số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc;

i – số thứ tự của tiết diện trục trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền tải trọng;





- Đường kính sơ bộ trục III:



Chọn sơ bộ đường kính trục III là d =3 110 mm, chiều rộng gần đúng ổ lăn

- k =2 10mm - khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp

- k =3 15mm - khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

- h = n 20mm - chiều cao nắp ổ và đầu bu lông

4.1.4 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền

T F

nt

y A x

x A

F M F M

Ay By

Theo bảng 10.5 trang 195 tài liệu tham khảo [1] với đường kính trục sơ bộ

12 3 3

12

13 3 3

54846,00

188048,55 147,42

x z

Do tại vị trí d12 là bánh đai có lắp then nên tăng đường kính trục lên 5 10% 

Theo tiêu chuẩn và yêu cầu về kết cấu ta chọn các tiết diện có giá trị sau:

a a

y

y C x

x C

F M F M

Theo bảng 10.5 trang 195 tài liệu tham khảo [1] với đường kính trục sơ bộ d =2 60

mm, suy ra ứng suất cho phép [ ] =49,5MPa

23 3 3

a a

y

y E x

x K

F M F M

Theo bảng 10.5 trang 195 tài liệu tham khảo [1] với đường kính trục sơ bộ d =3 110

mm, suy ra ứng suất cho phép [ ] =48MPa

32 3 3

32

3 33

- Với thép 45 có giới hạn bền b = 600MPa, ta có:

+ Giới hạn mỏi uốn ứng với chu kỳ đối xứng:



- Momen cản uốn W đối với trục có tiết diện tròn