Thiết kế hệ thống dẫn động xe tải trên đường ray

Bộ mơn CSTKM Khoa: Cơ Khí CHI TIẾT MÁY BÀI TẬP LỚN -oOo - MÔN HỌC: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Trung MSSV: 1910647 Ngày nộp: 27/11/2021 NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN: - Tìm hiểu hệ thống truyền động máy - Xác định công suất động phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động - Tính tốn thiết kế chi tiết máy: a Tính tốn truyền ngồi (đai, xích bánh răng) b Tính tốn truyền hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít - bánh vít) c Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên truyền tính giá trị lực d Tính tốn thiết kế trục then e Chọn ổ lăn nối trục f Chọn thân máy, bulông chi tiết phụ khác g Tính tốn chi tiết hệ thống truyền động h Chọn dung sai lắp ghép - Chọn dầu bôi trơn, bảng dung sai lắp ghép Tên đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động xe tải đường ray Sơ đồ hệ thống dẫn động xe tải đường ray Thông số ban đầu: - Lực vòng thùng quay F: 1800 N Vận tốc vịng v: m/s Đường kính bánh xe: 200 - Thời gian phục vụ số ngày, số ca làm việc:5 năm, 300 ngày, ca làm việc Giáo viên hướng dân: GS.TS Nguyễn Thanh Nam Chữ ký:…… Mục lục LỜI NÓI ĐẦU…………………………………… .1 LỜI ƠN……………………………………… I PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN – CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN – PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN………………………………………… .3 Tính cơng suất cần thiết: CÁM Xác định số vòng quay sơ động cơ: .3 Chọn động Phân phối tỉ số truyền: .3 II TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG THẲNG ĐỂ HỞ 1.Chọn vật liệu bánh 2.Chọn số bánh dẫn 3.Tính lại tỉ số truyền thực tế: 4.Xác định thông số bánh 5.Xác định lực tác dụng lên truyền: 6.Kiểm nghiệm bền 7.Bảng thông số bánh răng: .7 III tạo TÍNH TỐN, THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC 1.Chọn vật liệu chế bánh răng, phương pháp nhiệt luyện, tính vật liệu 2.Xác định ứng suất tiếp xúc ứng suất cho phép .8 3.Xác định thông số truyền 4.Kiểm nghiệm độ bền 11 5.Bảng thông số bánh răng: .11 IV TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤC – THIẾT KẾ THEN .13 Chọn vật liệu, xác định đường kính trục sơ bộ: 13 Xác định lực tác dụng lên trục từ chi tiết máy lắp nó: 14 Xác định lực tác dụng lên gối đỡ .14 Tính tốn đường kính trục tiết diện nguy hiểm: 17 Thiết kế then .18 Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn .19 V TÍNH CHỌN Ổ LĂN TRONG VÀ NGỒI HỘP GIẢM TỐC VÀ NỐI TRỤC VÀ CÁC CHI TIẾT MÁY PHỤ……………………… 22 1.Chọn loại ổ lăn theo tải trọng kết cấu : .22 Thiết lập sơ đồ bố trí ổ lăn 22 Xác định phản lực Fr tác dụng lên ổ 22 Chọn sơ ổ lăn, chọn hệ số e 22 5.Tính thơng số ổ lăn 23 Tính chọn khớp nối trục 26 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc .28 Các chi tiết phụ: 29 Dung sai lắp ghép .34 KẾT LUẬN…………………………………………………………………………… 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………… 38 Lời nói đầu Đất nước ta đà phát triển khoa học kĩ thuật đóng vai trị quan trọng đời sống người Việc áp dụng khoa học kĩ thuật làm tăng suất lao động đồng thời góp phần khơng nhỏ việc thay sức lao động người lao động cách có hiệu nhất, bảo đảm an tồn cho họ q trình làm việc Các hệ thống khí thay tuyết vời cho sức người việc tự động hóa sản xuất tăng suất lao động Kết hợp với việc điều khiển chúng, ta góp phần vào cơng tự động hóa đại hóa mà đất nước Việt Nam thực Môn học chi tiết máy giúp cho sinh viên Cơ khí có kiến thức việc tính tốn, thiết kế hệ thống truyền động khí, để từ có cách nhìn hệ thống sản xuất, việc điều khiển hệ thống tự động nhà máy, xí nghiệp hay phân xưởng Trong phạm vi môn học, kiến thức từ môn sở Nguyên Lý Máy, Cơ lý thuyết, Vẽ kỹ thuật áp dụng giúp sinh viên có nhìn tổng quan cách tính tốn lựa chọn chi tiết cho hệ thống dẫn động khí Từ đây, cộng với kiến thức chuyên ngành, em tiếp cận với hệ thống thức tế, có nhìn tổng quan để chuẩn bị cho đồ án luận văn tốt nghiệp Lời cám ơn Em xin chân thành cảm ơn Thầy GS.TS Nguyễn Thanh Nam tận tâm hướng dẫn em hoàn thành tập lớn Chi tiết máy Đây khởi đầu cho việc tính tốn thiết kế nên khơng tránh thiếu sót thiếu kinh nghiệm việc tính tốn, chọn lựa chi tiết Em kính mong dẫn thêm Thầy để em củng cố kiến thức đúc kết thêm kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc sau I Phân tích phương án – Chọn động điện – Phân phối tỉ số truyền Hệ thống truyền động xích tải gồm: 1) Động điện; 2) truyền bánh trụ thẳng để hở; 3) Hộp giảm tốc bánh nghiêng; 4) Nối trục vòng đàn hồi; 5) Bộ phận cơng tác Thơng số đầu vào: … Tính cơng suất cần thiết: - Cơng suất xích tải: Pct = = = 1,8 kW - Tính hiệu suất truyền động: Theo bảng 3.3 Trang 96 ta chọn: ƞkn = 0,99: Hiệu suất nối trục đàn hồi ƞol = 0,99: Hiệu suất ổ lăn ƞbr2 =0,98: Hiệu suất bánh trụ nghiêng ƞbr1 =0,95: Hiệu suất truyền bánh trụ - Công suất cần thiết trục động cơ: Pđc = = = 2,01 kW Xác định số vòng quay sơ động cơ: - Số vịng quay trục cơng tác: nct = = = 95,5 vg/ph - Tỉ số truyền hộp giảm tốc cấp bánh trụ: ubr2 = 3,3 - Tỉ số truyền truyền bánh thẳng để hở: ubr1 = - Số vòng quay sơ động cơ: nsb = nlv ubr2 ubr1 = 95,5.3,3.3 = 945,45 vg/ph Chọn động Theo bảng P1.2, Phụ lục tài liệu [1] với Pdc ≥ Pct ndc ≥ nsb, ta chọn động 4A100L6Y3 với thông số sau: TK Tdn Phân phối tỉ số truyền: - Tỷ số truyền hệ dẫn động: u = ndc / nlv = = 9,95 - Chọn ubr2 = 3,32 , tính: ubr1 = u / ubr2 = =3 Tmax Tdn - Tính cơng suất trục: Pct = 1,8 kW PII = = 1,91 kW PI = = 1,97 kW Pđc = = 2,01 kW - Tính tốc độ quay trục: nđc = 950 vg/ph nI = = = 950 vg/ph n II = = = 286,1 vg/ph nct = = = 95,4 vg/ph - Tính momen xoắn trục: Tđc = TI = TII = Tct = - Tính tốc độ quay trục: nI = 950 vg/ph nII = = = 286,4 vg/ph n III = = = 95,5 vg/ph - Bảng đặc tính: Trục Động I II 2,01 1,97 1,91 Cơng tác Thông số Công suất (KW) Tỷ số truyền 3,32 1,8 95,4 Số vòng quay (vg/ph) 950 950 286,1 95,5(0,1 %) Moment xoắn 20205,7 19803,6 63755,6 180188,6 (N.mm) 8 II Tính tốn thiết kế truyền bánh thẳng để hở Thông số đầu vào: PII = 1,91 kW nII = 286,1 vg/ph ubr1= Cơng suất truyền Momen xoắn Ti số truyền Số vịng quay trục dẫn Số vòng quay trục bị dẫn Thời gian làm việc Quay chiều, làm việc ca, tải tĩnh Chọn vật liệu bánh Dựa vào bảng 6.13: Bánh nhỏ (bánh dẫn) : chọn thép C45 cải thiện; độ rắn ; giới hạn bền MPa giới hạn chày Bánh lớn (bánh bị dẫn): chọn thép C45 cải thiện; độ rắn , theo quan hệ nên độ rắn bánh lớn ; giới hạn bền ; giới hạn chày Số chu kỳ làm việc sở Số chu kỳ làm việc tương đương: Vì cho nên: - Giới hạn mỏi tiếp xúc uốn bánh xác định : - Ứng suất tiếp xúc cho phép Tra bảng 6.13 ta có =1,1 Ứng suất tiếp xúc cho phép tính tốn: - Ứng suất uốn cho phép Tra bảng 6.13 ta có =1,75 Chọn số bánh dẫn Ta chọn số bánh dẫn z1 = 20 Số bán bánh bị dẫn: z2 = u.z1 = 3.20 = 60 Hệ số dạng : Đối với bánh dẫn: YF1 = 3,47 + = 3,47 + = 4,13 Đối với bánh bị dẫn: YF2 = 3,47 + = 3,47 + = 3,69 Đặc tính so sánh độ bền bánh ( độ bền uốn): Bánh dẫn: = = 62,26 Bánh bị dẫn: = = 65,50 Ta tính tốn thiết kế theo bánh dẫn có độ bền thấp Tính lại tỉ số truyền thực tế: Sai số tỉ số truyền: (chấp nhận) Xác định thông số bánh Chọn hệ số chiều rộng vành hệ số xét đến ảnh hưởng phân bố tải trọng không đồng theo chiều rộng vành Môđun độ bền uốn: - Theo tiêu chuẩn ta chọn m=3mm Các thơng số hình học chủ yếu truyền bánh răng: Đường kính vịng chia d1 = = 20.3 = 60 mm - d2 = = 60.3 = 180 mm Khoảng cách trục truyền bánh = = 120 mm Chiều rộng vành răng: + Bánh bị dẫn: + Bánh dẫn: - Vận tốc vòng bánh v = = = 0,90 m/s Ta có: theo bảng 6.3, bánh trụ thẳng v =0,9 nên ta chọn cấp xác với Xác định lực tác dụng lên truyền: Lực vòng Ft = Lực hướng tâm Fr = Kiểm nghiệm bền Kiểm nghiệm ứng suất uốn với hệ số , Độ bền uốn thõa Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc: Bảng thông số bánh răng: Thông số bánh bánh thẳng Khoảng cách trục (aw, 120 mm) Số z1 20 z 60 Đường kính vịng chia d1 (mm ) d2 ( mm) Đường kính vịng đỉnh da1 (mm) da2 (mm Đường kính vịng đáy df1 (mm) df2 (mm Chiều rộng vành b1 (mm) 53 b 48 (mm) 60 180 66 186 52,5 172,5 20 0,90 Vận tốc vòng v (m/s) III Tính tốn, thiết kế truyền hộp giảm tốc Thông số cho trước: PI = 1,97 kW nI = 950 vg/ph ubr2= 3,32 Công suất truyền Momen xoắn Ti số truyền Số vòng quay trục dẫn Số vòng quay trục bị dẫn Thời gian làm việc Quay chiều, làm việc ca, tải tĩnh Chọn vật liệu chế tạo bánh răng, phương pháp nhiệt luyện, cơtính vật liệu Dựa vào bảng 6.13: Bánh nhỏ (bánh dẫn) : chọn thép C45 cải thiện; độ rắn ; giới hạn bền MPa giới hạn chày Bánh lớn (bánh bị dẫn): chọn thép C45 cải thiện; độ rắn , theo quan hệ nên độ rắn bánh lớn ; giới hạn bền ; giới hạn chày Xác định ứng suất tiếp xúc ứng suất cho phép Số chu kỳ làm việc tương đương: Vì cho nên: - Giới hạn mỏi tiếp xúc uốn bánh xác định : • Số vịng quay tới hạn ổ: Theo bảng 11.7, tài liệu [*], với ổ bi Đỡ - Chặn bôi trơn mỡ:[n] = 1,3 - Đường kính tâm lăn = = = 65 m - Suy ra: [n] = = 2000 (vg/ph) > = 76,344 (vg/ph) Tính chọn khớp nối trục -Sử dụng nối trục đàn hồi có ưu điểm cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ thay khả làm việc tin cậy, dùng rộng rãi -Nối trục đàn hồi có cấu tạo Hình 16-6 [2] (trang 67) -Momen xoắn trục II: TII = 609226,69 Nmm = 609,23 Nm -Đường kính trục đầu vào: d = 55 mm -Theo Bảng 16.10a 16.10b [2] (trang 68), ta có bảng thơng số nối trục sau: -Kiểm nghiệm sức bền dập vịng đàn hồi: Trong đó: MPa : ứng suất dập cho phép vòng cao su, lấy MPa k = 1,5 : hệ số chế độ làm việc, tra Bảng 16-1 [2] (trang 58) Vậy nối trục thỏa sức bền dập -Kiểm nghiệm sức bền chốt: Trong đó: MPa : ứng suất dập cho phép chốt, lấy MPa -Kiểm tra chốt theo độ bền uốn (do lực tập trung chốt vị trí đặt lực lc/2): Thiết kế vỏ hộp giảm tốc - Chọn loại vỏ hộp giảm tốc, vật liệu - Vỏ hộp giảm tốc có nhiệm vụ đảm bảo vị trí tương đối chi tiết phận máy, tiếp nhận tải trọng chi tiết lắp vỏ truyền đến, đựng dầu bôi trơn bảo vệ chi tiết tránh bụi - Chỉ tiêu hộp giảm tốc khối lượng nhỏ độ cứng cao - Vật liệu chế tạo vỏ hộp gang xám, GX15-32 - Chọn bề mặt lắp ghép nắp hộp thân hộp qua đường tâm trục để lắp chi tiết thuận tiện dễ dàng Bề mặt ghép song song với mặt đế - Mặt đáy hộp nghiêng góc từ phía lỗ tháo dầu nhằm thuận tiện việc tháo dầu: dầu bôi trơn thay sẽ, tăng chất lượng làm việc cho hộp giảm tốc - Bề mặt lắp ghép nắp thân cạo mài để lắp sít, lắp có lớp sơn mỏng sơ đặc biệt Xác định thông số vỏ hộp giảm tốc theo kết cấu: - Mặt đế hộp: Chiều dày khơng có phần lồi S1 Bề rộng mặt đế hộp K1 q + + (3 ) = 22 + 18 + (3 ) = (43 ), chọn = 43 mm 1,6 =1,6.14 =22,4, chọn = 22 mm 1,3 =1,3.14 =18,2, chọn =18 mm h xác định theo kết cấu, phụ thuộc tâm lỗ bulong kích thước mặt tựa Khe hở chi tiết: Giữa bánh với thành hộp Giữa đỉnh bánh lớn với đáy hộp 1,2 10,8, chọn = 15mm Giữa mặt bên bánh với (3 ) =(27 ) chọn = 30 mm = mm, lấy = 10 mm Số lượng bulông Z = (L+B)/(200300) = (550+300)/ (200300) = (2.834,25); chọn Z = Sơ chọn L = 550 mm B = 300 mm ( L,B chiều dài rộng hộp.) Các chi tiết phụ: - Chốt định vị : Mặt ghép nắp than nằm mặt phẳng chứa đường tâm trục lỗ trụ (đường kính D) lắp nắp than hộp gia cơng đồng thời để đảm bảo vị trí trương đối nắp than trước sau khí gia cơng lắp ghép, dùng chốt định vị, xiết bulơng khơng làm biến dạng vịng ngồi ổ (do sai lệch vị trí tương đối nắp than), loại trừ nguyên nhân làm ổ chóng bị hỏng Ta dùng chốt định vị hình có thơng số chọn từ 18-4b tài liệu [1]: - Nắp ổ: Che chắn ổ lăn khỏi bụi từ bên Làm vật liệu GX15-32 Kết cấu nắp ổ hộp giảm tốc, bảng 18.2 (tài liệu [1]): - Nắp cửa thăm: Để kiểm tra, quan sát chi tiết máy hộp lắp ghép để đổ dầu vào hộp, đỉnh hộp có làm cửa thăm, cửa thăm đậy nắp Kích thước cửa thăm chọn theo kích thước năp hộp - Nút thơng hơi: Khi làm việc, nhiệt độ hộp tăng lên Để giảm áp suất điều hịa khơng khí bên bên ngồi hộp, người ta dùng nút thơng Nút thơng lắp nắp cửa thăm Kích thước nút thông tra bảng 18-6 [1]: - - - Nút tháo dầu: Sau thời gian làm việc dầu bôi trơn chứa hộp bị bẩn (do bụi hạt mài) bị biến chất, cần phải thay dầu Để tháo dầu cũ, đáy hộp có lỗ tháo dầu Lúc làm việc, lỗ bịt kín nút tháo dầu Kết cấu kích thước nút tháo dầu tra bảng 18-7 tài liệu [1] (nút tháo dầu trụ) sau: Que thăm dầu: Để kiểm tra mức dầu hộp ta dùng que thăm dầu - Vít vịng: - Vịng phớt: Vịng phớt loại lót kín động gián tiếp nhằm mục đích bảo vệ ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn, hạt cứng tạp chất khác xâm nhập vào ổ Những chất làm cho ổ chóng bị mài mịn bị hoen gỉ Ngồi vịng phớt cịn để phịng dầu chảy ngồi Tuối thọ ổ lăn phụ thuộc nhiều vào vòng phớt Vòng phớt dùng rộng rãi có kết cấu đơn giản, thay dễ dàng Tuy nhiên có đặc điểm chóng mịn ma sát lớn bề mặt có độ nhám cao - Vòng chắn dầu: Để ngăn cách mỡ phận ổ với dầu hộp Dung sai lắp ghép Dung sai ổ lăn: Vòng ổ lăn chịu tải hoàn toàn, ta lắp ghép theo hệ thống trục lắp trung gian để vịng ổ khơng trượt bề mặt trục làm việc Do đó, ta phải chọn mối lắp k6, lắp trung gian có độ dơi, tạo điều kiện mịn ổ (trong q trình làm việc quay làm mịn đều) Vịng ngồi ổ lăn khơng quay nên chịu tải cục bộ, ta lắp theo hệ thống lỗ để ổ di chuyển dọc trục nhiệt độ tăng trình làm việc, ta chọn kiểu lắp trung gian H7 Lắp ghép bánh trục Bánh lắp trục chịu tải vừa, tải trọng tĩnh, làm việc êm, ta chọn kiểu lắp ghép H7/k6 Lắp ghép nắp ổ thân hộp: Để dễ dàng cho việc tháo lắp điều chỉnh, ta chọn kiểu lắp lỏng H7/e8 Lắp ghép vòng chắn dầu trục: Để dễ dàng tháo lắp, ta chọn kiểu lắp trung gian H7/Js6 Lắp chốt định vị: Để đảm bảo độ đồng tâm không bị sút, ta chọn kiểu lắp chặt P7/h6 Lắp ghép then: Theo chiều rộng, chọn kiểu lắp trục P9/h9 kiểu lắp bạc Js9/h9 Theo chiều cao, sai lệch giới hạn kích thước then h11 Theo chiều dài, sai lệch giới hạn kích thước then h14 - Bảng dung sai lắp ghép Kết luận Trong kinh tế thị trường nay, sản phẩm muốn thành công phải đáp ứng yêu cầu chất lượng, giá thành, mẫu mã đặc biệt yếu tố thời gian Một sản phẩm tung thời điểm, đáp ứng nhu cầu khách hàng chắn gặt hái thành công ngược lại Muốn thõa mãn yêu cầu trên, người kỹ sư thiết kế phải thực có tảng kiến thức vững chắc, phương pháp làm việc đắn Qua thời gian thực tập lớn Chi tiết máy, em nắm vững cách phân tích cơng việc thiết kế cách đặt vấn đề cho tốn thiết kế Từ đó, em biết cách xử lý vấn đề sát thực hơn, biết cách kết hợp kiến thức học vận dụng vào việc thiết kế tối ưu hóa thiết kế Mặc dù cố gắng với kinh nghiệm hạn chế nên việc thiết kế phạm vi tập lớn không tránh khỏi thiếu sót Cuối ,một lần em xin chân thành cảm ơn Thầy GS.TS Nguyễn Thanh Nam tận tình hướng dẫn em thực tập lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Chất Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí(Tập 1,2), NXB Giáo Dục, 20… Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy (tập 1&2), NXB Giáo Dục, 20… Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 20… Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập Chi tiết máy, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 20… … ... Tên đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động xe tải đường ray Sơ đồ hệ thống dẫn động xe tải đường ray Thông số ban đầu: - Lực vòng thùng quay F: 1800 N Vận tốc vịng v: m/s Đường kính bánh xe: 200 -... 27/11/2021 NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN: - Tìm hiểu hệ thống truyền động máy - Xác định công suất động phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động - Tính tốn thiết kế chi tiết máy: a Tính tốn truyền ngồi... tốn thiết kế Từ đó, em biết cách xử lý vấn đề sát thực hơn, biết cách kết hợp kiến thức học vận dụng vào việc thiết kế tối ưu hóa thiết kế Mặc dù cố gắng với kinh nghiệm hạn chế nên việc thiết kế