Đồ án Thiết kế sản phẩm với CAD pdf

 Thuyết minh đồ án NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 1  Thuyết minh đồ án Mục Lục 1.1 Chọn loại động cơ điện 5 1.1.1 Chọn động cơ 5 1.1.2 Chọn công suất động cơ động cơ 5 1.1.3 Chọn số vòng quay của động cơ 6 1.1.4 Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ 7 1.2 Phân phối tỉ số truyền 7 1.3 Xác định các thông số trên trục 8 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 2  Thuyết minh đồ án Lời nói đầu Khoa học kỹ thuật và công nghệ không ngừng cải tiến, phát triển đã nhanh chóng làm thay đổi bộ mặt thế giới. Ngành công nghiệp thế giới nói chung và ngành công nghiệp ở nước ta nói riêng đã và đang phát triển nhanh chóng, tạo ra các sản phẩm thiết yếu phục vụ cho đời sống con người. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hoà nhập vào sự phát triển chung của các nước trên thế giới. Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu đến năm 2020 nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp phát triển, trở thành một nền kinh tế vững mạnh trong khu vực, có tiếng nói lớn hơn trong các diễn đàn kinh tế thế giới. Muốn thực hiện được điều đó một trong những ngành cần quan tâm phát triển nhất đó là ngành cơ khí chế tạo máy vì ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị công cụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân. Để thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao, đồng thời phải đáp ứng được các yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hoá theo dây truyền trong sản xuất . Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng em là sinh viên trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại Học Thái Nguyên luôn cố gắng phấn đấu trong học tập và rèn luyện, trau dồi những kiến thức đã được dạy trong trường để sau khi ra trường có thể đóng góp một phần trí tuệ và sức lực của mình vào công cuộc đổi mới của đất nước trong thế kỷ mới . Qua đồ án Thiết kế sản phẩm với CAD chúng em là: Vũ Đình Thiên, Đinh Xuân Kỷ và Nguyễn Duy Trung đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn, giúp chúng em hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư tương lai. Song với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn Kỹ thuật cơ khí và các Thầy Cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn . Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 3  Thuyết minh đồ án Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các Thầy Cô trong khoa và bộ môn Kỹ thuật cơ khí trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp-Đại Học Thái Nguyên và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thày Lê Văn Nhất và thầy Nguyễn Hoàng Nghị. Ngày tháng năm 2011 Nhóm sinh viên: Đinh Xuân Kỷ Vũ Đình Thiên Nguyễn Duy Trung Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 4  Thuyết minh đồ án Phần I Tính Toán Động Học 1.1 Chọn loại động cơ điện 1.1.1 Chọn động cơ Trong thực tế có nhiều loại động cơ khác nhau, mỗi loại động cơ đều có ưu nhược điểm riêng. Cho nên khi chọn động cơ ta cần chọn loại động cơ tối ưu và phù hợp nhất.  Đối với động cơ một chiều có ưu điểm là khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, nhưng nhược điểm của nó là đắt tiền và khó kiếm.  Đối với động cơ xoay chiều thì có Động cơ xoay chiều một pha và động cơ xoay chiều ba pha . Đối với động cơ xoay chiều một pha có công suất nhỏ và thường dùng trong sinh hoạt, nó có hiệu suất thấp và ít được dùng trong công nghiệp. Đối với động cơ ba pha cũng có hai loại là : Động cơ ba pha đồng bộ và động cơ ba pha không đồng bộ.  Động cơ ba pha đồng bộ có vận tốc góc không đổi, không phụ thuộc vào trị số của tải trọng và thực tế là không điều chỉnh được, nó có ưu điểm là hiệu suất cao, hệ số quá tải lớn nhưng nó lại có nhược điểm là thiết bị phức tạp và khá đắt tiền  Còn động cơ ba pha không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện công nghiệp.Giá thành rẻ, dễ kiếm và không cần điều chỉnh tốc độ. Từ các ưu và nhược điểm trên thì ta nên chọn động cơ ba pha không đồng bộ để sử dụng cho hộp giảm tốc cần tính. 1.1.2 Chọn công suất động cơ động cơ Công suất làm việc trên trục công tác. ( ) 3 . 5.10 .1,2 6 ct lv t P F V kw − = = = Trong đó: : t F Là lực vòng trên băng tải. :V Là vận tốc vòng băng tải. Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 5  Thuyết minh đồ án Do ma sát, hao mòn của các bộ truyền ta có hiệu suất chung của hệ dẫn động là: 2 4 1 2 . . . . 1.(0,97) .(0,995) .1 0,9362 k br br k ôl η η η η η η Σ = = = Trong đó: k η : Là hiệu suất của khớp nối. ôl η : Là hiệu suất của ổ lăn. 1br η : Là hiệu suất từ trục I đến trục II. 2br η : Là hiệu suất từ trục II đến trục III. Công suất làm việc trên trục động cơ: ( ) 6 6,41 0,9362 ct đc lv lv P P kw η Σ = = = 1.1.3 Chọn số vòng quay của động cơ Số vòng quay của trục công tác: ( ) 3 3 60.10 . 6.10 .1,2 51 . 3,14.350 ct V n v p D π = = = Trong đó: :D Là đường kính tang dẫn băng tải. :V Vận tốc vòng của băng tải. Xác định số vòng quay đồng bộ nên dùng cho động cơ: Chọn sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ là n đb =1450 (v/p). Khi đó tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống U sb được xác định: 1450 28,43 51 đb sb ct n U n = = = Ta có U sb nằm trong khoảng 8 40U = ÷ . Chọn động cơ thực tế: Kiểu động cơ Công suất (KW) Vận tốc quay (V/P) T Max /T dn T K /T dn GD 2 DK 52-4 7 1440 2 1,5 0,28 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 6  Thuyết minh đồ án 1.1.4 Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ Khi khởi động, động cơ cần sinh ra một công suất mở máy đủ lớn để hệ thống có thể làm việc được. Kiểm tra diều kiện mở máy cho động cơ theo công thức. đc đc mm bđ P P≥ ( ) . 1,5.7 10,5 đc đc K mmđm dn T P P kw T = = = ( ) . 1,5.6,41 9,615 đc đc bđ bd lv P K P kw= = = Trong đó: đc mm P : Công suất mở máy của động cơ đc bđ P : Công suất cản ban đầu trên trục động cơ. Vậy ta có: đc đc mm bđ P P> thỏa mãn được điều kiện mở máy và làm việc. 1.2 Phân phối tỉ số truyền Tỉ số truyền chung của hệ thống U Σ được xác định theo công thức: đc ct n U n Σ = Trong đó: đc n : Số vòng quay của động cơ. ct n : Số vòng quay của trục công tác. Vì các hệ dẫn động nối tiếp với nhau nên ta có: . h n U U U Σ = Trong đó: h U : Tỉ số truyền của hộp giảm tốc. n U : Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài. Do hệ dẫn động không có bộ truyền ngoài nên 1 n U = . Thay số ta có: 1440 . 28,2 51 h U U Σ = = = 1 2 . 28,2U U⇔ = Trong đó: 1 U : Là tỉ số truyền của bộ truyền cấp nhanh. Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 7  Thuyết minh đồ án 2 U : Là tỉ số truyền của bộ truyền cấp chậm. Tỉ số truyền của hộp có thể phân theo chỉ tiêu tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất. Khi này tỉ số truyền của bộ truyền cấp chậm sẽ được tính theo công thức: 2 2 3 2 1 . 1,2776. . c ba h ba K U U Ψ = Ψ Trong đó: 1 2 ; ba ba Ψ Ψ là hệ số chiều rộng bánh răng cấp nhanh và cấp chậm. Thực tế ta chọn 1 2 1,3 ba ba Ψ = Ψ Hệ số 2 1 1,3 c K = ÷ . Ta chọn 2 1,2 c K = Thay số vào ta có: 3 2 1,2776. 1,2.1,3.28,2 4,5U = = 1 2 28,2 6,3 4,5 h U U U ⇒ = = = 1.3 Xác định các thông số trên trục Ký hiệu các trục I, II, III là thứ tự các trục trong hộp giảm tốc.  Tính công suất trên các trục. Công suất danh nghĩa trên trục động cơ: ( ) 6 6,41 0,9362 ct đc lv đc lv P P P kw n Σ = = = = Công suất danh nghĩa trên các trục I, II, III: ( ) 0 . . 6,41.1.0,995 6,48 đc Iđc I P P kw η η + = = = ( ) 0 . . 6,48.0,97.0,995 6,25 II I I II P P kw η η + = = = ( ) 0 . . 6,25.0,97.0,995 6 III II II III P P kw η η + = = =  Tỷ số vòng quay của các trục. ( ) 1440 1440 1 đc I đc I n n v p n + = = = ( ) 1440 229 6,3 I II I II n n v p n + = = = Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 8  Thuyết minh đồ án 229 51 ( / ) 4,5 II III II III n n v p n + = = =  Tính mômen xoắn trên các trục 6 9,55.10 . K K K P T n = ( ) 6 6 9,55.10 . 9,55.10 .6,48 42975 . 1440 I I I P T N mm n = = = ( ) 6 6 9,55.10 . 9,55.10 .6,25 260682 . 229 II II II P T N mm n = = = ( ) 6 6 6 9,55.10 . 9,55.10 .6 1,1.10 . 51 III III III P T N mm n = = =  Bảng kết quả tính toán: Trục Thông số Động cơ I II III Công tác Công suất (kw) 6,51 6,48 6,25 6 6 Tỷ số truyền 1 6,3 4,5 1 Số vòng quay (v/p) 1440 1440 229 51 51 Mômen 42975 42975 260682 1,11.10 6 1,11.10 6 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 9  Thuyết minh đồ án Phần II Thiết Kế Các Bộ Truyền Hộp giảm tốc đang thiết kế là hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm vì vậy để tránh hiện tượng lực dọc trục trên các trục của hộp giảm tốc ta sẽ chọn bộ truyền bánh răng cấp nhanh là bánh răng trụ răng thẳng, cấp chậm là bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng (đối xứng). 3.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh 2.1.1 Chọn vật liệu Hộp giảm tốc làm việc chịu tải trung bình. Ta chọn vật liệu có ( ) 350HB Mpa≤ . Vậy ta chọn thép 45 thường hóa có: 170 217HB = ÷ ; ( ) 600 b Mpa σ = ; ( ) 340 ch Mpa σ = Chọn độ cứng của bánh răng nhỏ: 1 180HB = Để tăng khả năng chạy mòn của răng, nên nhiệt luyện bánh răng lớn đạt độ rắn thấp hơn bánh răng nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị. Chọn độ cứng của bánh răng lớn: 2 170HB = 2.1.2 Xác định ứng suất cho phép a. Ứng suất tiếp xúc cho phép [ ] 0 lim . . . . H H HL R V XH H K Z Z K S σ σ = Trong đó: 0 lim : H σ Giới hạn mỏi tiếp xúc của mặt răng ứng số chu kỳ cơ sở. Tra [ ] 6.2 I 0 2 70 Hlim HB σ ⇒ = + ( ) 0 1 2.180 70 430 Hlim Mpa σ = + = ( ) 0 2 2.170 70 410 Hlim Mpa σ = + = : H S Hệ số an toàn, tra bảng [ ] 6.2 1,1 H I S⇒ = : R Z Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt răng. : V Z Hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc vòng. : XH K Hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước răng. Do thiết kế sơ bộ nên: . . 1 R V XH Z Z K = Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 10 [...]... Thái Nguyên 29 Thuyết minh đồ án Tra bảng16.4[ II ] ⇒ D0 = 75 ⇒ Fk = 0,2 2.TI 2.42975 = 0,2 = 229,2 ( N ) d W1 75 Mômen xoắn: T1 = 42975 ( N mm ) Trục I chịu lực như hình vẽ 64,5 174 174 FK TI A C B Ft1 b Fr1 Xác định đường kính trục Đưa bài toán về sơ đồ tính toán của sức bền Vẽ biểu đồ MX; MY; MZ Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 30 D Thuyết minh đồ án 64,5 174 174 FK TI C A Ft1 64,5... đồ án g Sơ đồ tính toán 3.4 Tính toán trục I a Xác định trị số và chiều các lực, mômen tác dụng lên trục 2.TI 2.42975 = = 1743,05 ( N ) Lực vòng: Ft1 = d W1 49,31 Lực hướng kính: Fr1 = Ft1.tgα = 1743,05.tg 20 = 634,41 ( N ) ; ( α : Góc ăn khớp) Lực khớp nối: Fk = ( 0,1 ÷ 0,3) 2.TI D0 ( D0 Là đường kính vòng tròn qua tâm các bulông) Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 29 Thuyết minh đồ. .. ra: d 72,72 M 3 = Fa 3 w 3 = 2454,52 = 89246,44 ( N mm ) 2 2 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 35 Thuyết minh đồ án Trục II chịu lực như hình vẽ 78 Fr2 C B A D Fa3 Fa3 Ft3 Ft3 Fr3 E Fr3 Xác định đường kính trục Đưa bài toán về sơ đồ tính toán của sức bền Vẽ biểu đồ MX; MY; MZ Fr2 M3 A Ft3 78 Fr3 M3 Ft2 96 B 96 Ft3 Fr3 78 125638,88(N.mm) MX 36392,44(N.mm) 7068,49(N.mm) MY 398224,52(N.mm)... Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 19 Thuyết minh đồ án Z M : Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp 1/3 Tra bảng 6.5[ I ] ⇒ Z M = 274 ( Mpa ) Z H : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc ZH = 2.Cosβ b Sin ( 2.α tw ) Trong đó: β b : Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở α t : Góc profin α tw : Góc ăn khớp Với bánh răng không dịch chỉnh nên  tg 20   tg 20  0 α tw = α... điểm C: d d ≥ 3 0,1.[ σ b ] 0,1.600 ⇒ Chọn d A = d B = 25 ( mm ) ; d C = 35 ( mm ) Vậy ta làm bánh răng liền trục c Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi Bánh răng chế tạo liền trục nên ta kiểm tra tại khớp nối cứng Ta thấy tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí lắp bánh răng Ta kiểm nghiệm tại tiết diện này, trục thiết kế ra phải đảm bảo độ bền mỏi Hệ số an toàn phải thỏa mãn điều kiện: Sσ Sτ S= ≥ [ S] Sσ2 + Sτ2... ứng xuất tiếp tại tiết diện vị trí lắp bánh răng τ −1 σ −1 Sτ = ; Sσ = Kτ d τ a + ψ τ τ m Kσ d σ a + ψ σ σ m Trong đó σ −1 ;τ −1 : Là giới hạn mỏi uốn, xoắn ứng với chu kỳ đối xứng và được xác đinh: Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 32 Thuyết minh đồ án σ −1 = 0,436.σ b = 0,436.600 = 261,6 ( Mpa ) τ −1 = 0,58.σ −1 = 0,58.261,6 = 151,728 ( Mpa ) Đối với trục quay ứng suất thay đổi theo... suất quá tải cho phép Bánh răng thường hóa nên: [σ ] [σ ] H Max = 2,8.σ ch = 2,8.340 = 952 ( Mpa ) F Max = 0,8.σ ch = 0,8.340 = 272 ( Mpa ) 2.1.3 Tính toán bộ truyền cấp nhanh a Xác định sơ bộ khoảng cách trục Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 12 Thuyết minh đồ án aW1 = K a ( U1 + 1) 3 T1.K H β U1.ψ ba ( [ σ H ] ) 2 Trong đó: K a : Hệ số phụ thuộc vật liệu cặp bánh răng và loại răng... 1,44.( 4,5 + 1) 2 = 359,5 ( Mpa ) 2 80.4,5.( 72,72 ) 2  Tính giá trị ứng suất cho phép thực tế Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 21 Thuyết minh đồ án Với V2 = 0,87 ( m s ) < 4 ( m s ) ⇒ Chọn cấp chính xác 9 Khi đó cần gia công bánh răng được độ nhám Ra = 2,5 1,25 ( µ m ) do đó Z R = 0,95 V2 = 0,87 ( m s ) < 4 ( m s ) ⇒ ZV = 1 Vì đường kính vòng đỉnh d < 700 ⇒ K XH = 1 K HL = 1 0  σ H... Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 23 Thuyết minh đồ án ⇒ σ F1 = 2 T2 260682 K F Yε Yβ YF 1 2 .1,98.0,625.0,94.3,9 2 2 = = 67,76 bW 2 d W 3 m2 80.72,72.3 ⇒ σ F 2 = σ F 1 YF 2 3,6 = 67,76 = 62,54 YF 1 3,9  Với m=3 Hệ số xét đến độ nhám vật liệu YS = 1,08 − 0,0695.ln 2 = 1,059 Hệ số ảnh hưởng đến dộ nhám: YR = 1 Hệ số ảnh hưởng đến kích thước bánh răng: K XF = 1 Ứng suất cho phép thực tế [ σ ] =... Max ) = 136,62 (mm) Ta có: ∆X = X Min − X Max = 145,325 − 136,62 = 8,705 > 5 (mm) ⇒ Hộp giảm tốc thỏa mãn điều kiện bôi trơn Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 26 Thuyết minh đồ án Phần III THIẾT KẾ TRỤC 3.1 Chọn vật liệu chế tạo Hộp giảm tốc làm việc chịu tải trung bình nên ta dung thép 45 thường hóa có σ b = 600 ( Mpa ) ;σ ch = 340 ( Mpa ) ;[ τ ] = 12 ÷ 20 ( Mpa ) để chế tạo 3.2 Xác . mình vào công cuộc đổi mới của đất nước trong thế kỷ mới . Qua đồ án Thiết kế sản phẩm với CAD chúng em là: Vũ Đình Thiên, Đinh Xuân Kỷ và Nguyễn Duy Trung. Nguyên 9  Thuyết minh đồ án Phần II Thiết Kế Các Bộ Truyền Hộp giảm tốc đang thiết kế là hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm vì vậy để tránh hiện tượng lực dọc