thuyết minh đồ án chi tiết máy đề tài đề số 05 THIẾT kế hệ THỐNG dẫn ĐỘNG XÍCH tải phương án số 15

Chọn động cơ điện* Xác định công suất động cơ Vì động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng thay đổi nên ta chọn động cơ dựa trên công suất đẳng trị... - L là thời gian làm việc của hộp giảm t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM

KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Quyển thuyết minh đồ án chi tiết máy

MÔN HỌC: ĐỐ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD: NGUYỄN THÌ KIỀU HẠNH SVTH: ĐOÀN DUY KHANG

MSSV: 19154066 LỚP: DH19OT

ĐỀ 5 - PHƯƠNG ÁN 15

ĐỀ TÀI

Đề số 05: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Phương án số: 15

Mục lục

1 Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền 41.1 Chọn động cơ điện 4

1.2 Phân phối tỷ số truyền 5

2 Tính toán thiết kế chi tiết máy 62.1 Tính toán thiết kế chi tiết máy 62.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng9

2.2.1 Cặp bánh răng trụ răng nghiên cấp chậm 9

2.2.2 Cặp bánh răng trụ răng nghiên cấp nhanh 172.3 Thiết kế trục 25

2.4 Lựa chọn ổ lăn 442.5 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc532.6 Thiết kế các chi tiết phụ562.7 Bảng dung sai lắp ghép 59TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

1 Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền 1.1 Chọn động cơ điện

* Xác định công suất động cơ

Vì động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng thay đổi nên ta chọn động

cơ dựa trên công suất đẳng trị Công suất động cơ phải lớn hơncông suất cần thiết:

Pđc ≥ Pct; với: Pct =(P Ktđ ) ηct

=√12.20+ ¿¿¿ =0,681

- Hiệu suất chung:

ηch = ηbr1 ηbr2 ηol n ηđ = 0,97.0,97.0,99 3.0,95 = 0,867ηbr1 = ηbr2 = 0,97: hiệu suất của bộ truyền bánh răng cấp nhanh và chậmηol = 0,99: hiệu suất của các ổ lăn (4 cặp ổ lăn)

ηx = 0,95: hiệu suất của bộ truyền đai

n = 3

Ta chọn hiệu suất nối trục bằng 1

Công suất cần thiết: Pct =(6,5.0,681)0,867 =5,105 kw

Từ đây, cần phải chọn động cơ có công suất lớn hơn 5,105 kW

(1)

- Tỉ số chuyền chung sơ bộ

Tỉ số truyền chung của hệ: uch = uhgt.uđ

Theo bảng 2.2, chọn sơ bộ ux = 3; uhgt = 8 Do đó: uch = 24

Số vòng quay sơ bộ của động cơ: nđc = nct.uch = 45.24=1080 vòng/phút(2)

- Từ (1) và (2), theo bảng phụ lục ta chọn động cơ có thông số sau:

Tdn

-Tỉ số truyền thực sự lúc này là:

uch =nđc nlv =145545 = 32.33

1.2 Phân phối tỉ số truyền

Chọn sơ bộ tỉ số truyền của hộp giảm tốc là: uhgt = 8Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ đồng trục, tỉ số truyền cấp nhanh được lấybằng cấp chậm:

u1 = u2 = √2uhgt = √2 = 2,83

Tỉ số truyền cuối cùng của hộp giảm tốc: uhgt = 2,83 2= 8,009Sai số tỉ số truyền: Δ = ¿8−8,009∨¿8¿ = 0.11%

Tỉ số truyền bộ truyền đai: uđ = u gt ucℎ ℎ = 32.338.009 = 4,03Mặc dù ta chọn động cơ bằng công suất đẳng trị nhưng khi tính toán cho bảngthông số kỹ thuật, ta lại dùng động cơ làm việc tối đa, ở đây là 6.5 kW

PIII =ηbr1.ηol Pct 2 =0,97.0,996,5 2 = 6,837

PII =P=3¿ROMAN ηbr 2.ηol¿MERGEFORMAT III = 0,97.0,996,837 = 7,12

PI =P=2¿ROMAN ηđ ηo l¿MERGEFORMAT II =0,95.0,997,12 = 7,57

vượt quá 5% nên ta vẫn chọn động cơ điện 4A132S4Y3

- momen xoắn trên trục:

TI = 9,55.10 6 P=1¿ROMAN¿n1 MERGEFORMAT I = 9,55.10 6.7,57485 = 200259Nmm

n1= 1455 v/ p,tachonđai loại B với bp=14 mm ,

b0=17mm ;h=10.5mm; γ0 = 4.0mm; A = 138mm2; d1 = 140÷280mm

Theo tiêu chuẩn, ta chọn d1 = 180mm

i = v L = 13,73,15 = 4,35 [ i ] = 10s − 1, do đó điều kiện đã thỏa

8- Tính toán lại khoảng cách trục a: a = k+√k2−8 △2

4

Trong đó: k = L - π (d1+d2)2 = 3150 - π (180+710)2 = 1751,9 mm △ = (d 2− d 1)2 = 710− 1802 = 265

a = 1751,9+√1751,9 2−8.2652

Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép

α1 = 180˚- 57 (d 2− d 1) a

= 180˚- 57.(710 −180)833,8 = 143,8 = 2.5 rad10: cách hệ số sữ dụng

- hệ số xét đến ảnh hướng góc ôm đai:

Cα = 1,24.(1-e −α 1/110) = 0,9

- hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc:

Cv = 1- 0,05.(0,01.v2-1) = 1- 0,05.(0,01.13,72-1) = 0,956

- hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai Cz, ta chọn sơ bộ bằng 0.95

Z ≥ [ P 0]Cα.Cu CL Cz Cr Cv P 1 = 4,5.0,91 1,14 1,018.0.95 0,85.0,9567,5

≥ 2

ta chon Z = 2

13-Lực căng đai ban đầu:

- Lực vòng trên mỗi dây đai là: 273,7

14 - Giữa hệ số ma sát f , lực căng đai ban đầu F0 và ứng suất kéo cho phép [

σ0] có sự quan hệ

- từ công thức : F0 = Ft2 e f α+1

e f α − 1

Từ đây suy ra: f '= ¿ 1α ln 2F 0− Ft 2 F 0+Ft = 0,64

Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền không bị trược trơn

f = f '.sin20˚ = 0,22 Góc chêm đai có giá trị tiêu chuẩn 40 độ

- Lực tác dụng lên trục :

Fr = 2F0 sin(α 12 ) = 2.414.sin(143,82 ) = 787 N15- Ứng suất lớn nhất trong dây đai :

Giá trị α max vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép

với [σ]k = 8 MPa đối với đai dẹt [σ]k = 10 MPa đối với đai thang

16- Tuổi thọ đai xác định theo công thức:

Lh = ¿¿ = ¿¿ = 1989,8 giờTrong đó: σ r = 9mPa m = 8

- Lh là thời gian làm việc của hộp giảm tốc tính theo giờ (giờ)

- L là thời gian làm việc của hộp giảm tốc tính theo năm (năm)

- Kng là số ngày làm trong năm (ngày)

- tc là thời gian làm việc một ca (giờ)

- sc là số ca làm của hộp giảm tốc trong ngày (ca)

2.2.1.1 chon vật liệu:

Do không có yêu cầu đặt biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết

kế, ở đây chọn vật liệu 2 cặp bánh răng nhuư nhau

Với vật liệu đã chọn như trên, ta chọn độ rắn HB1 = 245, HB2 = 230

2.2.1.2 xác định ứng suất cho phép.

- số chu kì tahy đổi ứng suất cơ sở

N HO1 = 30HB12,4 = 30.245 2,4 = 1,63.10 7 (chu kì )

N HO2 = 30HB22,4 = 30.230 2,4 = 1,40.10 7 (chu kì )

N FO1 = N FO2 = 5.10 6 (chu kì )

- số chu kì làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi

Suy ra K HL1 =K HL2=K FL1=K FL2

Ứng suất tiếp xúc cho phép

Theo bảng 6.13, giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng xác định

Với thép 45 tôi cải thiên đạt độ rắn 180 350

[σH] ≈ 0,45([σ H 1 ]+[σ H 2])

[σH] ≈ 0,45([458,18]+[430,4])

[σ H ] min ≤ [ σH ]≤ 1,25 [σ H ] min

Ứng suất tiếp xúc khi tính toán : 430,4

Ứng suất uốn cho phép

Ta có KFc = 1 khi đặt tải một phía (bộ truyền quay một chiều ; SR =1,75 )

[ σ F] = σ oFlim K FC

S F KFL

[ σ F 1] = 441.1 11,75 = 252 MPa

[ σ F2] = 414.1 11,75 = 236,57 MPa

mn = (0,01 ÷ 0,02).aw1

= 2,5 ÷ 5Tra bảng 6.8 chọn Môđun pháp tuyến theo tiêu chuẩn :

= arc cos 4(90+32)2.250 =12,58°

2.2.1.4 các thông số hình học chủ yếu bộ truyền bánh răng

- Đường kính vòng chia:

d1 = m n Z1cosβ = cos12,584.32 = 131,14 mm

d2 = m n Z2cosβ = cos12,584.90 = 368,86 mm

Z H= √2.cos(β b)

sin (2.α tw) = √2.cos(11,81)

sin (2.20,45) = 1,73-bánh răng nghiêng không dịch chuyển

α t = α tw = arctan ( tan α cosβ ) = arctan ( cos(12,58)tan 20 ) = 20,45

- β b góc nghiêng răng trên hình trụ cơ sở

β b = cosα t tanβ = cos(20,45) tan(12,58) = 11,81

- hệ số tải trọng khi tiếp xúc

2.2.1.7kiểm nghiệm răng và độ bền uốn:

Điều kiện bền uốn

2.2.2 Cặp bánh răng trụ răng nghiên cấp nhanh

truyền u1 = 2,83

Ta có thời gian làm việc được tính theo giờ của hộp giảm tốc:

Lh = L.Kng.tc.sc = 7.180.2.8 = 20160 giờTrong đó:

- Lh là thời gian làm việc của hộp giảm tốc tính theo giờ (giờ)

- L là thời gian làm việc của hộp giảm tốc tính theo năm (năm).

- Kng là số ngày làm trong năm (ngày)

- tc là thời gian làm việc một ca (giờ)

- sc là số ca làm của hộp giảm tốc trong ngày (ca)

2.2.2.1 chon vật liệu:

Do không có yêu cầu đặt biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết

kế, ở đây chọn vật liệu 2 cặp bánh răng nhuư nhau

Với vật liệu đã chọn như trên, ta chọn độ rắn HB1 = 245, HB2 = 230

2.2.2.2 xác định ứng suất cho phép.

- số chu kì tahy đổi ứng suất cơ sở

N HO 1 = 30HB12,4 = 30.245 2,4 = 1,63.10 7 (chu kì )

N HO2 = 30HB22,4 = 30.230 2,4 = 1,40.10 7 (chu kì )

N FO1 = N FO2 = 5.10 6 (chu kì )

- số chu kì làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi Trong đó c = 1 là số lần ăn khớp của răng

Ứng suất tiếp xúc cho phép

Theo bảng 6.13, giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng xác định

Với thép 45 tôi cải thiên đạt độ rắn 180 350

Ta có KFc = 1 khi đặt tải một phía (bộ truyền quay một chiều ; SR =1,75 )

- xác định thông số ăn khớp Môđun

mn = (0,01 ÷ 0,02).aw1

= 2,5 ÷ 5Tra bảng 6.8 chọn Môđun pháp tuyến theo tiêu chuẩn :

- Đường kính vòng đáy:

Bánh dẫn: d f 1 = d1 - 2mn = 123,14 mmBánh bị dẫn: d f 2 = d2- 2mn = 360.86 mm

- Đường kính vành răng Bánh dẫn: b1 = b2 +6 = 84,75 mmBánh bị dẫn: b2 = ᴪ ba aw1 = 0.315.250 = 78,75 mm

2.2.2.5 xác định giá trị các lực tác dụng lên bô truyền

- Lực vòng

F t 1 = F t 2 = 2.T 1 cosβ m

n Z1 = 2 228777 cos12,584.32 = 3488,8 NLực hướng tâm:

F r 1 = F r 2 = F t 1 tan (α cosβ¿¿nw)¿ = 3488,8 tan(20)cos12,58 = 1301 N

Z M= 274 MPa1/3 hệ số kể đến cơ số vật liệu của các bánh răng ăn khớp

Z H: hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

Z H= √2.cos(β b)

sin (2.α tw) = √2.cos(11,81)

sin (2.20,45) = 1,73-bánh răng nghiêng không dịch chuyển

α t = α tw = arctan ( tan α cosβ ) = arctan ( cos(12,58)tan 20 ) = 20,45

- β b góc nghiêng răng trên hình trụ cơ sở

β b = cosα t tanβ = cos(20,45) tan(12,58) = 11,81

- hệ số tải trọng khi tiếp xúc

2.2.2.7 kiểm nghiệm răng và độ bền uốn:

Điều kiện bền uốn

F t 1 = F t 2 = 2.T 1 cosβ m

n Z1 = 2 228777 cos12,584.32 = 3488,8 NLực hướng tâm:

F r 1 = F r 2 = F t 1 tan (α cosβ¿¿nw)¿ = 3488,8 tan(20)cos12,58 = 1301 N

F r 3 = F r 4 = F t 3 tan (α cosβ¿¿nw)¿ = 8128,9 tan(20)cos12,58 = 3031,5 N

- Lực dọc trục:

F a3 = F a4 = F t 3 tanβ = 8128,9 tan(12,58) = 1814 NPhân tích lực trên các bánh răng

Vật liệu chế tạo trục là thép c45 tôi cải thiện Giới hạn bền σb = 850 Mpa

Ứng suất xoắn cho phép:

[τ] = 20 ÷ 25 MPa đối với trục vào, ra [τ] =10 ÷ 15 MPa đối với trục trung gianXác đinh sơ bộ đường kính trục theo công thức sau:

d ≥ 3

√ T 1

0,2[τ ] = 3

√228777 0,2.20 = 38,5 mmChọn sơ bộ đường kính các đoạn trục :Tại vị trí bánh đai d0 = 40 mm

Tại vị trí ổ lăn d = 45 mmTại vị trí bánh răng d1 = 50 mm

Xác đinh khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực

- k1 = 15 mm: khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quây đến thành trong củahộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quây

- k2 = 10 mm: khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp

- k3 = 20 mm: khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quây đến nấp ổ

- hn = 20 mm: chiều cao nắp ổ và đầu bulong Chiều dài mayo bánh răng

l11 = 2.l13 = 143 mm

Sơ đồ tính khoảng cách trục I

Suy ra Ma1 = Fa1 d12 = 778,6 131,142 = 51052,8 Nmm

AC = 71.5 mm CB = 71.5 mm BD= 79 mm

Kết quả tính từ MDsolids ta có:

RAX = 728,26 N ( RAX hướng lên) RBX = 214,26 N ( RBX hướng xuống)

RAY = 1744,40 N ( RAY hướng xuống) RBY = 1744,40 N ( RBY hướng xuống)

1 tính đường kính tại các đoạn trục

Vậy tiết diện nguy hiểm nhất tại C

T = 228777 Nmm Vây M = √M X2+M Y2 = √¿¿

= 161835.45 Nmm

Mtd = √M2+0,75T2 = √(161835.45) 2 +0,75(228777) 2

= 2255822 NmmVật liệu chế tạo trục là thép C45 tôi cải thiện Giới hạn bền σb = 850 Mpa tra bảng 10.5 lấy [σ] = 55 MPa

dc ≥ 3

√ M td

0,1[σ ] = 3

√2255822 0,1 55 = 35,96 mmTheo tiêu chuẩn và để phù hợp với kết cấu bánh răng ta chọn

dc = 40 mmTại B:

Mtd = √M2+0,75T2 = 207652,76 Nmm

dB ≥ 3

√ M td

0,1[σ] = 33,55 mmTheo tiêu chuẩn và để phù hợp với kết cấu ổ lăn ta chọn

2 kiểm nghiệm then

Kiểm nghiệm điều kiện bền đập và bền cắt đối với then bằng:

với các tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiết hành kiểm nghiệm mối ghép

độ bền đập và độ bền cắt theo công thức sau:

σ d = d.<(ℎ−t 1) 2T ≤ [σ d]

τ c = d.<.b 2T ≤ [τ c]

Tải chiệu va đập nhe nên [σ d] = 100 MPa [τ c] = (20 ÷ 30MPa)Bảng kiểm nghiện then

Đườngkính(mm)

dài then

1 (mm)

Chiều dàilàm việccủa then lt

(mm)

MômenT(Nmm)

3 kiểm nghiệm theo hệ số an toàn:

- Vật liệu trục thép C45 tôi cải thiện σ b = 850 MPa Với σ-1 = 0,436σb = 370,6 MPa; τ-1 = 0,58σ-1 = 189,66 MPa

- Hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung

Ta dùng dao phây ngó để gia công rãnh then nên từ bảng 10.12 ta có:

Kσ = 2,01

Kτ = 1,88

- hệ số tăng bề mặt β = 1,7 tra bảng 10.4 với trường hợp phu bi

- hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình :

ᴪσ = 0,1, ᴪτ = 0,05

Trong đó εσ , ετ là hệ số kích thước tra bảng 10.4

σa , τa là biên độ của ứng suất tính theo

Do trục quây nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng

Khi đó hệ số an toàn kiểm nghiệm cho trục là :

S = √Sσ Sσ Sτ2+Sτ2 = √(8,93)8,93.14,912+(14,91)2 = 7,66 ¿ [s] = 1,5Kết quả kiểm nghiệm hệ số an toàn cho thấy các đoạn trục đều thỏa nãm hệ số

an toàn kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi, ngoài ra trục còn đảm bảo độ cứng

Trục II

T = 533051 Nmm [τ] = 15 MPa

d ≥ 3

√ T 1

0,2[τ ] = 3

√533051 0,2.15 = 56,22 mmChọn sơ bộ đường kính các đoạn trục :Tại vị trí ổ lăn d = 60 mm

Tại bánh răng 2: d2 = 65 mm Tại bánh răng 3: d3 = 65 mm

Xác đinh khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực

- k1 = 15 mm: khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quây đến thành trong củahộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quây

- k2 = 10 mm: khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp

- k3 = 20 mm: khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quây đến nấp ổ

- hn = 20 mm: chiều cao nắp ổ và đầu bulong Chiều dài mayo bánh răng

Sơ đồ tính khoảng cách truc II

Suy ra Ma2 = Fa2 d 4

2 = 778,6 368,862 = 143597,2 NmmSuy ra Ma3 = Fa3 d 4

2 = 1814 131,142 = 118943,9 Nmm

AC = 99,5 mm CD = 208,5 mm DB = 80,5mm

Kết quả tính từ MDsolids ta có:

RAX = 2585,88 N ( RAX hướng xuống) RBX = 1746,62 N ( RBX hướng xuống)

RAY = 5324,96 N ( RAY hướng xuống) RBY = 684,86 N ( RBY hướng lên)

1 tính đường kính tại các đoạn trục

Vậy tiết diện nguy hiểm nhất tại C

T = 533051 Nmm Vây M = √M X2+M Y2 = √ ¿¿

= 649829,99 Nmm

Mtd = √M2+0,75T2 = √(649829,99) 2 +0,75(533051) 2

= 797111,37 NmmVật liệu chế tạo trục là thép C45 tôi cải thiện Giới hạn bền σb = 850 Mpa tra bảng 10.5 lấy [σ] = 50MPa

dc ≥ 3

√ M td

0,1[σ ] = 3

√797111,37 0,1.50 = 54,2mm

Tại A

2 kiểm nghiệm then

Kiểm nghiệm điều kiện bền đập và bền cắt đối với then bằng:

với các tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiết hành kiểm nghiệm mối ghép

độ bền đập và độ bền cắt theo công thức sau:

σ d = d.<(ℎ−t 1) 2T ≤ [σ d]

τ c = d.<.b 2T ≤ [τ c]

Tải chiệu va đập nhe nên [σ d] = 100 MPa [τ c] = (20 ÷ 30MPa)Bảng kiểm nghiện then

Đườngkính(mm)

dài then

1 (mm)

Chiều dàilàm việccủa then lt

(mm)

MômenT(Nmm)

n isfault

60 18x1

60 18x1

3 kiểm nghiệm theo hệ số an toàn:

- Vật liệu trục thép C45 tôi cải thiện σ b = 850 MPa Với σ-1 = 0,436σb = 370,6 MPa; τ-1 = 0,58σ-1 = 189,66 MPa

- Hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung

Ta dùng dao phây ngó để gia công rãnh then nên từ bảng 10.12 ta có:

Kσ = 2,01

Kτ = 1,88

- hệ số tăng bề mặt β = 1,7 tra bảng 10.4 với trường hợp phu bi

- hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình :

ᴪσ = 0,1, ᴪτ = 0,05Bảng số liệu

w

Mômencản xoắn

Trong đó εσ , ετ là hệ số kích thước tra bảng 10.4

σa , τa là biên độ của ứng suất tính theo

Do trục quây nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng

S = √Sσ Sσ Sτ2+Sτ2 = √(9,54)9,54.23,662 +(23,66) 2 = 8,85¿ [s] = 1,5Kết quả kiểm nghiệm hệ số an toàn cho thấy các đoạn trục đều thỏa nãm hệ số

an toàn kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi, ngoài ra trục còn đảm bảo độ cứng

Trục III

T = 1448709 Nmm [τ] = 20 MPa

d ≥ 3

√ T 1

0,2[τ ] = 3

√1448709 0,2.20 = 71,3 mmChọn sơ bộ đường kính các đoạn trục :Tại vị trí nối trục d0 = 75 mm

Tại vị trí ổ lăn d = 80 mmTại vị trí bánh răng d1 = 85 mm

Xác đinh khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực

- k1 = 15 mm: khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quây đến thành trong củahộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quây

- k2 = 10 mm: khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp

- k3 = 20 mm: khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quây đến nấp ổ

- hn = 20 mm: chiều cao nắp ổ và đầu bulong Chiều dài mayo bánh răng

Sơ đồ tính khoảng cách truc III