(TIỂU LUẬN) đồ án môn học thiết kế hệ thống cơ khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT ĐỒ ÁN MƠN HỌC Thiết kế hệ thống khí NGUYỄN XUÂN TÙNG Tung.nx187510@sis.hust.edu.vn Chuyên ngành Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: Ths Hồng Văn Bạo Bộ mơn: Cơ sở thiết kế máy Robot Viện: Cơ Khí HÀ NỘI 7/2021 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ SME.EDU - Mẫu 6.a Học kỳ: Bộ môn Cơ điện tử Năm học: 2020 - 2021 ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Thời gian thực hiện: 15 tuần; Mã đề: VCK04-… Ngày giao nhiệm vụ:… /…/2021; Ngày hoàn thành: …/…/2021 Họ tên sv: Nguyễn Xuân Tùng MSSV: 20187510 Mã lớp:121804 Mã HP: ME4506 Chữ ký sv: …… Ngày …/…/20… Ngày …/…/20… Ngày …/…/20… ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN NGƯỜI RA ĐỀ CB Hướng dẫn (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) I Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ dẫn động cho kho hàng tự độn Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 II Số liệu cho trước: Thời hạn phục vụ: lh = 17500 (h) Đặc tính tải trọng: Va đập vừa Cụm xe nâng: Đường kính lăn bánh d3 = 190 (mm) Chiều cao xe nâng h = 312,5 (mm) Chiều dài xe nâng L = 1250 (mm) Vận tốc nâng Vn = 34 (m/ph) Trọng lượng tối đa xe nâng (1, 2, 3, 4, 9) Gn = 300 (kg) Cụm xe di chuyển: Trọng lượng tối đa hàng xe di chuyển ngang (5,6,7,8,11,12,13) Gd = 160 (kg) Đường kính bánh xe d8 = 150 (mm) 10 Vận tốc xe di chuyển hàng Vx = 10 (m/ph) 11 Chiều dài xe di chuyển L1 = 700 (mm) 12 Chiều dài phần đặt hàng xe L2 = 600 (mm) III Nội dung thực hiện: Phân tích ngun lý thơng số kỹ thuật - Tổng quan hệ thống - Nguyên lý hoạt động - Xác định thành phần thông số/yêu cầu kỹ thuật hệ thống Tính tốn thiết kế - Tính tốn động học - Tính tốn thiết kế truyền khí - Tính chọn động Thiết kế chi tiết xây dựng vẽ lắp - Xây dựng vẽ lắp 2D/3D: hệ dẫn động xe nâng - Xây dựng vẽ chế tạo chi tiết Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, thay cách lưu trữ hàng hóa thủ cơng tốn nhiều diện tích nhân công lao động, nhiều công ty giới trang bị hệ thống kho hàng tự động cho văn phòng, nhà xưởng minh, Với công việc ứng dụng cơng nghệ cao việc cất giữ hàng hóa, quản lý hàng hóa cách khoa học, có hệ thống có tính linh hoạt cao, từ nâng cao hiệu hoạt động giảm giá thành hoạt động Cách mạng khoa học kỹ thuật phát triển, đặc biệt lĩnh vực điện tử, công nghệ thông tin thúc đẩy ngành khác phát triển Xu hướng phát triển lĩnh vực công nghiệp giới tự động hóa, linh hoạt sản xuất theo hướng ứng dụng loại xe tự động vào hoạt động sản xuất lưu kho Ở Việt Nam nay, việc ứng dụng tự động hóa vào sản xuất thực hạn chế mẻ Những kỹ sư phải có kiến thức thiết kế, chế tạo loại xe tự hành công nghiệp Từ suy nghĩ này, em tìm hiểu thực đồ án:” Thiết kế hệ thống dẫn động kho hàng tự động” Là sinh viên khí năm chuyên ngành điện tử, chưa tiếp xúc nghiên cứu hướng ứng dụng nên em gặp khơng khó khăn tiếp cận với đề tài Tuy nhiên hướng dẫn, bảo tận tình thầy ThS Hồng Văn Bạo mà em phần thực đề tài Do đồ án mà em thực nên khơng tránh khỏi nhũng sai sót thiếu kinh nghiệm thực tế Em mong nhận bảo thầy cô để đồ án hoàn thiện Sau em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Hoàng Văn Bạo hướng dẫn bảo giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi giúp em thực đồ án Hà Nội, ngày tháng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng năm Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 MỤC LỤC CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ LỸ THUẬT ……… 1.1 Tổng quan hệ thống…………………………………………………………… 1.2 Xác định thành phần hệ thống dẫn động…………………………… CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRONG HỆ THỐNG CƠ KHÍ ……… 2.1 Tính tốn động học…………………………………………………………….3 2.2 Phân phối tỉ số truyền………………………………………………………… 2.3 Tính thơng số trục……………………………………………… 2.4 Tính thiết kê………………………………………………………………… 15 CHƯƠNG TÍNH TỐN TRỤC………………………………………………… 31 3.1 Chọn khớp nối…………………………………………………………….… 31 3.2 Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực…………………… 34 3.3 Xác định lực tác dụng lên trục I………………………………………… 36 3.4 Xác định lực tác dụng lên trục II………………………………………… 37 3.5 Xác định lực tác dụng lên trục III……………………………………… 39 3.6 Xác định đường kính chiều dài đoạn trục…………………………… 41 3.7 Tính chọn then……………………………………………………………… 44 3.8 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi…………………………………………… 47 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ CHỌN Ổ LĂN…………………………………… 50 4.1 Chọn ổ lăn cho trục I………………………………………………………… 50 4.2 Chọn ổ lăn cho trục II……………………………………………………… 53 4.3 Chọn ổ lăn cho trục III…………………………………………………… 54 CHƯƠNG LỰA CHỌN KẾT CẤU…………………………………………… 57 5.1 Tính, lựa chọn kết cấu cho phận, chi tiết………………………… 57 5.2 Một số chi tiết khác………………………………………………………… 60 5.3 Bôi trơn cho hộp giảm tốc…………………………………………………… 64 5.4 Kết cấu bánh răng…………………………………………………………… 65 5.5 Xác định chọn kiểu lắp……………………………………………… 66 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT…………………………………………… 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………… 72 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Chuyển động nâng Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống…… …………………………………………………… Hình 2.2 Sơ đồ động học Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên bàn nâng ………………………………………… Hình 2.4 Sơ đồ động hộp giảm tốc xe nâng…………………………………… 12 Hình 3.1 Sơ đồ đặt lực chung………………………………………………….… 35 Hình 3.2 Sơ đồ đặt lực biều đồ momen trục I…………………………………… 37 Hình 3.3 Sơ đồ đặt lực biều đồ momen trục II……………… …………………39 Hình 3.4 Sơ đồ đặt lực biều đồ momen trục III…………………………….… 41 Hình 5.1 Kích thước nút thơng hơi………………………………………… 61 Hình 5.2 Que thăm dầu dùng hộp giảm tốc……………………………… 61 Hình 5.3: Kích thước chốt định vị……………………………………………….…62 Hình 5.4 Cấu tạo bulơng vịng hộp giảm tốc……………………………… 62 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Hiệu suất phận , truyền cụm truyền động Bảng 2.2 Tỉ số truyền sơ phận, truyền cụm truyền chuyển động………………………………………………………………………………….8 Bảng 2.3 Bảng thông số động điện chọn…………………………… ….9 Bảng 2.4 Lập bảng thông số Động học…………………………………….…….12 Bảng 2.5 Thông số truyền giảm tốc thứ I……………………………21 Bảng 2.6 Thông số truyền giảm tốc thứ II………………………… 29 Bảng 3.1 Kết tính tốn hệ số an tồn tiết diện trục………….50 Bảng 5.1 Kết cầu vỏ hộp…………………………………………………………….58 Bảng 5.2 Thông số kết cấu bánh răng………………………………………………64 Bảng 5.3 Dung sai lắp ghép trục I………………………………………….….66 Bảng 5.4 Dung sai lắp ghép trục II…………………………………………… 67 Bảng 5.5 Dung sai lắp ghép trục III……………………………………….……68 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ LỸ THUẬT 1.1 Tổng quan hệ thống Hệ gồm có thành phần chuyển động độc lập bao gồm cấu nâng (1), chuyển động tịnh tiến xe (2) lăn chuyển hàng (3) Có thể hình dung trình làm việc hệ sau: Đầu tiên xe lấy hàng nâng hạ đến dãy (tầng) yêu cầu thông qua phận nâng (1), tiếp xe di chuyển vào kho thông qua bánh xe (2), đến nơi, hàng hóa xe xếp vào kho chứa thơng qua lăn gắn xe (3) Các thông số quan trọng hệ thống: Thời hạn phục vụ l h = 17500 (h) Đặc tính tải trọng: va đập vừa Cụm xe nâng: Đường kính lăn bánh d = 190 (mm) Chiều cao xe nâng: h = 312,5 (mm) Chiều dài xe nâng: L = 1250 (mm) Vận tốc nâng: V n = 34 (m/ph) Trọng lượng tối đa xe nâng Gn = 300 (kg) Cụm xe di chuyển: Trọng lượng tối đa hàng xe Gd = 160 (kg) Đường kính bánh xe d s = 150 (mm) 10 Vận tốc xe di chuyển hàng Vx = 10 (m/ph) 11 Chiều dài xe di chuyển L1 = 700 (mm) 12 Chiều dài phần đặt hàng xe L = 600 (mm) Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 1.2 Xác định thành phần hệ thống dẫn động Hệ có thành phần độc lập, tách biệt nhau, bao gồm hệ thống nâng hạ sử dụng bàn nâng xe chở hàng Hệ thống lăn cấu giữ xe nâng Hệ bao gồm: - động - hộp số cấp - gắn với cột dẫn hướng cố định - bánh nằm trục hộp số liên kết với - bánh xe có nhiệm vụ tỳ dẫn hướng cho cấu - khung xe khớp nối  Hệ thống có nhiệm vụ nâng hạ xe tới ray dẫn để vào kho Nguyên lý hoạt động: Khi có tín hiệu điều khiển, động cấp điện quay kéo theo toàn giá nâng di chuyển tịnh tiến dọc trục Z đến vị trí yêu cầu nhờ truyền – bánh biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Chiều chuyển động giá nâng phụ thuộc vào chiều điện áp đặt vào động Việc dừng khống chế hành trình giá nâng phụ thuộc vào cảm biến cơng tắc hành trình đặt dọc theo ray dẫn hướng Hnh 0.1 Chuyển động nâng Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 5.2.5 Chốt định vị  Chức năng: nhờ có chốt định vị, xiết bu lơng khơng làm biến dạng vịng ngồi ổ (do sai lệch vị trí tương đối nắp thân) loại trừ nguyên nhân làm ổ chóng bị hỏng  Chọn loại chốt định vị chốt  Thơng số kích thước: B18.4aTr90[2] ta được: d=6 mm, c=0,6 mm, L=20÷160mm Chọn L=48 mm Hình 5.3: Kích thước chốt định vị 5.2.6 Bulơng vòng Để nâng vận chuyển hộp giảm tốc nắp thân thường lắp thêm bulơng vịng Kích thước bulơng vịng chọn theo khối lượng hộp giảm tốc Với hộp giảm tốc bánh trụ cấp tra bảng 18.3b[2] ta có Q = 300(kG), theo bảng 18.3a[2] ta dùng bulơng vịng M10 - Chiều dày vịng móc: S = (2 ÷3).𝛿 = 2.10=20 - Đường kính vịng móc: d = (3÷4) 𝛿 =3.10=30 Hình 5.4 Cấu tạo bulơng vịng hộp giảm tốc 62 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 5.2.7 Vòng phớt - Chức : Bảo vệ ổ lăn khỏi bám bụi, chất lỏng hạt cứng tạp chất xâm nhập vào ổ, chất làm ổ chóng bị mài mịn han gỉ Ta cần chọn vòng phớt cho trục vào trục - Thơng số kích thước: tra bảng 15.17tr50[2] ta d d1 d2 D a b S0 Trục I 30 31 29 43 4,3 Trục III 45 51,5 49 69 6,5 12 5.2.8 Nắp ổ lăn 5.3 Bôi trơn cho hộp giảm tốc 5.3.1 Bôi trơn hộp giảm tốc - Do truyền bánh hộp giảm tốc có v < 12m/s nên ta chọn phương pháp bôi trơn ngâm dầu Vật liệu bánh thép C45 𝜎𝑏 ≈ 470 ÷ 1000 Tra bảng 18.11[2] ta độ nhớt 80 11 ứng với 1000C Tra bảng 18.13[2] ta chọn loại dầu bơi trơn AK-15 có độ nhớt 20 Centistoc - Bôi trơn ổ lăn: v 2,5.m12 = 2,5 2,5 = 6,25  Bánh không liền trục + Bánh 3: X3 = 𝑑𝑓3 − 𝑑3 – t2 = 88,5−44 -3,3 = 18,95 > 2,5.m34 = 2,5.3 = 7,5  Bánh không liền trục 65 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 5.5 Xác định chọn kiểu lắp  Dung sai lắp ghép bánh răng: Do không yêu cầu tháo lắp thường xuyên nên chọn kiểu lắp trung gian H7/k6  Dung sai lắp ghép bạc lót trục: Chọn kiểu lắp trung gian D10/k6 để thuận tiện cho trình tháo lắp  Dung sai lắp ghép ổ lăn: Để vịng khơng trơn trượt bề mặt trục lỗ làm việc, ta cần chọn kiểu lắp trung gian có độ dơi cho vịng quay Đối với vịng khơng quay ta sử dụng kiểu lắp có độ dơi hở Chính vậy, lắp ổ lăn lên trục ta chọn mối ghép k6, lắp ổ lăn vào hộp chọn mối ghép H7  Dung sai lắp ghép nắp ổ lăn : Chọn kiểu lắp H7/d11 để thuận tiện cho trình tháo lắp  Dung sai lắp ghép nắp vòng chắn dầu: Chọn kiểu lắp ghép D11/k6 để thuận tiện cho trình tháo lắp  Dung sai lắp ghép then trục: Theo chiều rộng then, ta chọn kiểu lắp N9/h9 Bảng 5.3 Dung sai lắp ghép trục I STT Vị trí lắp ghép Bánh trụ thẳng Bạc lót trục Vịng chắn dầu Nắp ổ Kích thước Kiểu lắp Dung sai ES es EI ei +15 +2 ∅25 H7/k6 +21 ∅25 D10/k6 +149 +15 +65 +2 D11/k6 +195 +15 +65 +2 H7/d11 +30 ∅25 ∅80 -100 -290 66 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 Vòng ổ lăn Vòng ổ lăn Then lắp bánh Then lắp khớp nối trục I ∅25 ∅80 ∅8 ∅5 k6 +15 +2 H7 +30 N9/h9 0 -36 -36 N9/h9 0 -30 -30 Bảng 5.4 Dung sai lắp ghép trục II STT Vị trí lắp ghép Kích thước Kiểu lắp Dung sai ES es EI ei Bánh trụ thẳng ∅40 H7/k6 +25 +18 +2 Bánh trụ thằng ∅44 H7/k6 +25 +18 +2 Vòng chắn dầu D11/k6 +240 +18 +80 +2 Nắp ổ ∅40 +35 -340 Vịng ổ lăn k6 Vịng ngồi ổ lăn ∅40 H7/d11 Then lắp bánh Then lắp bánh ∅90 ∅90 ∅12 ∅12 -120 +18 +2 H7 +35 N9/h9 0 -43 -43 N9/h9 0 -43 -43 67 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 Bảng 5.5 Dung sai lắp ghép trục III STT Vị trí lắp ghép Bánh trụ thẳng Bạc lót trục Vịng chắn dầu Nắp ổ Vịng ổ lăn Vịng ngồi ổ lăn Then lắp bánh Kích thước Kiểu lắp Dung sai ES es EI ei +18 +2 ∅50 H7/k6 +25 ∅45 D10/k6 +180 +18 +80 +2 ∅100 D11/k6 +240 +18 +80 +2 H7/d11 +35 -340 ∅45 ∅45 ∅100 ∅14 k6 -120 +18 H7 +35 N9/h9 +2 0 -43 -43 68 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 CHƯƠNG KIỂM NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU TẢI Ta có vài kích thước tiêu biểu: - Chiều dài bàn nâng: 2020mm Chiều cao bàn nâng : h = 312,5mm Chiều dài xe di chuyển : 700mm Trọng lương xe hàng tối đa : 160kg Theo vẽ trọng lương khung hộp giảm tốc : 54kg 150kg (r1 = 0.33m, r2 = 1,01m, r3 = 1,36m, y = h = 0.3125m) 𝑇= 𝐹 Cân momen ta có : { 𝑇 𝑦 = 𝑃1 𝑟1 + 𝑃2 𝑟2 + 𝑃3 𝑟3  𝑇 = 𝐹 = 1029,25 { 𝑇 312.5 = 150.0,33 + 58.0,625 + 160.0, 975  T = F = 1029,25 9,8 = 10086 (N) 69 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 Mô ứng suất Inventor, ta được: 70 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 Mà ứng suất max = 207 MPa  Vậy nên ta thấy hệ thống thỏa mãn điều kiện bền 71 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, NXB giáo dục, 2006 [2] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 2, Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, NXB giáo dục, 2006 [3] Thiết kế chi tiết máy, Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm, NXB giáo dục, 1999 [4] Dung sai lắp ghép kỹ thuật đo lường, PGS.TS Ninh Đức Tốn – GVC Nguyễn Thị Xuân Bảy, NXB giáo dục, 2006 72 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 73 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 74 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 75 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 76 ... Xuân Tùng - 20187510 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ SME.EDU - Mẫu 6.a Học kỳ: Bộ môn Cơ điện tử Năm học: 2020 - 2021 ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Thời gian thực hiện: 15 tuần;... quan hệ thống - Nguyên lý hoạt động - Xác định thành phần thông số/yêu cầu kỹ thuật hệ thống Tính tốn thiết kế - Tính tốn động học - Tính tốn thiết kế truyền khí - Tính chọn động Thiết kế chi... /T ( cần)  Kết quả: - Chọn động điện phù hợp - Tra thông số động Sơ đồ động học hệ thống xe Hnh 2.1 Sơ đồ hệ thống Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 Hnh 2.2 Sơ đồ động học Hnh 2.3 Sơ đồ lực tác