TIỂU LUẬN NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Ho Chi Minh University of Technology and Education KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY – BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY ………… o0o………… TIỂU LUẬN NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY GVHD: TS PHAN CƠNG BÌNH SVTH: NGUYỄN HỮU DƯ MSSV: 18143074 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022 LỜI NĨI ĐẦU Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí nơi dung khơng thể thiếu với chương trình đào tạo kĩ sư khí nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức sở kết cấu máy trình thiết kế máy.Trong q trình học mơn Chi tiết máy em làm quen với kiến thức kết cấu máy, tính chi tiết máy thường gặp.Đồ án môn học Chi tiết máy kết đánh giá thực chất q trình học tập mơn Chi tiết máy, sức bền vật liệu, học lý thuyết, vật liệu khí cơng nghệ kim loại,… Hộp giảm tốc thiết bị thiếu máy khí, có nhiêm vụ biến đổi vận tốc vào thành hay nhiều vận tốc tùy thuộc vào công dụng máy Khi nhận đồ án thiết kế Chi tiết máy thầy giao cho, em tìm hiểu cố gắng hồn thành đồ án mơn học Trong trình làm em tìm hiểu đề sau: - Cách chọn động điện cho hộp giảm tốc - Cách phân phối tỉ số truyền cho cấp hộp giảm tốc - Các tiêu tính tốn thơng số hộp giảm tốc - Các tiêu tính tốn, chế tạo truyền đai, truyền bánh trụ, trục Do lần làm quen với cơng việc tính toán, thiết kế chi tiết máy với hiểu biết hạn chế dù cố gắng tham khảo tài liệu giảng mơn học có liên quan song làm em khơng thể tránh thiếu sót Em kính mong hướng dẫn bảo nhiệt tình Thầy cô môn giúp cho sinh viên ngày tiến Cuối em xin chân thành cảm ơn Thầy cô môn, đặc biệt Thầy Phan Cơng Bình trực tiếp hướng dẫn,chỉ bảo cách tận tình giúp em hồn thành tốt nhiệm vụ giao Tp HCM, ngày 26 tháng 11 năm 2022 Sinh viên Nguyễn Hữu Dư MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Đề phương án CHƯƠNG CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.1 Thông số đầu vào .6 1.2 Chọn động điện phân phối tỷ số truyền 1.3 Các thông số trục Bảng phân phối tỷ số truyền CHƯƠNG BỘ TRUYỀN ĐAI 10 2.1 Thông số đầu vào: 10 2.2 Trình tự thực 10 Bảng thông số truyền đai .13 CHƯƠNG BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 14 3.1 Thông số đầu vào 14 3.2 Chọn vật liệu xác định ứng suất cho phép .14 3.3 Tính tốn truyền bánh 16 Bảng thông số bánh trụ thẳng 21 Bảng thông số truyền 22 CHƯƠNG TRỤC 23 4.1 Chọn vật liệu làm trục 23 4.2 Xác định tải trọng tác dụng lên trục 23 4.3 Xác định sơ đường kính trục khoảng cách gối trục 24 4.4 Xác định chiều dài may 24 4.5 Xác định chiều dài ổ trục .25 4.6 Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực 25 4.7 Xác định sơ đồ đặt lực chung, tính tốn phản lực gối đỡ 26 Đề phương án 500 150 CHƯƠNG CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.1 Thông số đầu vào + Moment trục công tác: T = 500 000 (Nmm) + Tốc độ trục công tác: v = 0,8 (v/p) 1.2 Chọn động điện phân phối tỷ số truyền 1.2.1 Xác định công suất cần thiết , số vòng quay sơ hợp lý động điện chọn động điện: - Công suất cần thiết xác định theo công thức: 𝑃𝑙𝑣 = 𝑇𝑙𝑣 𝑛𝑙𝑣 500000 150 = = 7,85 𝑘𝑊 9,55 10 9,55 106 - Tải trọng không đổi Plv = Pt - Hiệu suất truyền động:  = ol3.br.đ nt = 0,993.0,97.0,96.0,9 = 0,81 Trong đó: ơl=0,99: hiệu suất cặp ổ lăn br=0,97: hiệu suất truyền bánh đ=0,96: hiệu suất truyền xích nt=9: hiệu suất nối trục - Công suất cần thiết động Pct  - Plv   7,85  9,69(kW ) 0,81 Tốc độ sơ trục động + Tỉ số truyền chung dựa vào 3.2 usb = uh uđ = 1,6.2 =3,2 + Số vòng quay sơ nsb = nlv.usb = 150.3,2 = 480 (v/p) - Động chọn phải thoả mãn điều kiện sau: + Pđc > Pct  Pđc> 9.69 (kw) + nđc > nsb  nđc > 480 (v/p) Theo bảng Các thông số kỹ thuật động 8P (trang 237, tập 1) Ta chọn động điện M2QA180L8A Bảng 1.1 Thông số động điện Công suất Vận tốc Kiểu động (Kw) quay (v/p) Ts TN M2QA180L8A 11 730 2,2 1.2.2 Phân phối tỷ số truyền 1.2.2.1 Tỷ số truyền hệ thống uht = ubr.uđ = Trong đó: nđc 730 = = 4.87 nlv 150 n đc số vòng quay động n lv số vòng quay trục làm việc 1.2.2.2 Phân phối tỷ số truyền Chọn uh = 2,5 => uđ = uht / uh = 4,87/2,5 = 1,948 => uđ = Kiểm tra sai số : ∆𝑢 = 4.87 − (2,5.2) 100 = 2,67% < 4% 4.87 1.3 Các thông số trục 1.3.1 Công suất trục P2 = P lv   ôl P1 = P 7,85 = 8,81 (kW) 0,99.0,9 = 8,81 = 9,17 (kW) 0,99.0,97 = 9,17 = 9,65 (kW) 0,99.0,96 nt II   ôl Pđc = = P br I   ơl nt 1.3.2 Số vịng quay quay trục n1 = n2 = n u = 730 = 365 (v/p) n u = 365 = 146 (v/p) 2,5 n u = 146 = 146 (v/p) đc đ br n3 = kn 1.3.3 Mômen uốn trục Tđc= 9,55.106 Pđc 9,65 = 9,55.106 = 126243 (N.mm) 730 nđc TI= 9,55.106 P1 9,17 = 9,55.106 = 239927 (N.mm) 365 n1 TII= 9,55.106 P2 8,81 = 9,55.106 = 576271 (N.mm) 146 n2 Tlv= 9,55.106 Plv 7,85 = 9,55.106 = 513476 (N.mm) 146 nlv Bảng phân phối tỷ số truyền Trục Thông số Công suất P (kW) Động I II 9,65 9,17 8,81 Tỉ số truyền Tốc độ quay n (vịng/phút) Mơ men xoắn M (Nmm) 2,5 Công tác 7,85 730 365 146 146 126243 239927 576271 513476 CHƯƠNG BỘ TRUYỀN ĐAI 2.1 Thông số đầu vào: Công suất truyền: P1 = 9,65 kW Tỷ số truyền uđ = Số vòng quay trục dẫn nđc = 730 (vòng/phút) 2.2 Trình tự thực Dựa vào cơng suất, tốc độ trục dẫn dựa vào hình chọn đai B - Theo bảng 4.13 chọn đường kính đai nhỏ theo tiêu chuẩn d1 = 140 mm Vận tốc đai: v= π d1 n1 6.104 = π 140 730 60000 = 5,35 (m/s) < 25m/s - Đường kính bánh đai lớn Chọn ξ (hệ số trượt) = 0.02 d2 = u1 × d1 (1 − ξ) = 2.140(1 − 0.02) = 274,4 mm Theo bảng 4.26 chọn đường kính tiêu chuẩn, chọn d2 = 280 mm - Sai số tỉ số truyền 280 |2 − | |utt − u1 | 140 × 100 = % < 4% thỏa ∆u = × 100 = u1 10 - Ứng suất tiếp xúc cho phép tải: σ H max  2,8.σch1,3  2,8.580  1624Mpa σ H max  2,8.σch 2,  2,8.450  1260Mpa σ F1 max  0,8.σch1,3  0,8.580  464Mpa σ F max  0,8.σch 2,  0,8.450  360Mpa Với truyền trụ thẳng: σ H sb  550  500( Mpa) 1,1 3.3 Tính tốn truyền bánh 3.3.1 Xác định sơ khoảng cách trục a w  k a u1  1.3 T1.K Hβ σ H 2 u1.ψba Trong - K a hệ số phụ thuộc vào vật liệu cặp bánh loại Tra bảng 6.5 - trang 96 tập K a  49.5Mpa  - T1: Mômen xoắn trục bánh chủ động T1 = 239927 Nmm - Theo bảng 6.6 chọn  ba  0,4  ψbd  0,53.ψba u  1  0,53.0,4.2,5  1  0,742 - Theo bảng 6.7  K Hβ =1,025 Thay số: aw  49.5.2,5  1.3 239927.1,025  172,3mm 5002.2,5.0,4 3.3.2 Xác định thông số ăn khớp (thông số bản) - Chọn mô đun: Theo 6.17 m  0,01  0,02.aw  0,01  0,02.172,3  m  1,723  3,446 theo bảng tiêu chuẩn 6.8 Chọn m = 2,5 16 - Số bánh nhỏ: Z1 = - 2.172,3 2.aw1 = = 39,4 => Z1 = 40 m.(u1  1) 2,5.(2,5  1) Số bánh lớn: Z2 = u Z1 = 2,5.40 = 100 => Z2 =100 - Tính lại khoảng cánh trục: aw = - (z1  z2).m (40  100).2 = = 175 mm 2 Sai lệch tỷ số truyền: ∆u= u1  ut 100%  u1 280 100 140 40 100%  0%  4% 2.2,5 2.2,5   Thoả mãn điều kiện tỷ số truyền 3.3.3 Xác định ứng suất cho phép - Tỷ số truyền: uh = 2,5 - Đường kính vịng lăn: 𝑑𝑤1 = 𝑚𝑍1 = 2,5.40 = 100 - Vận tốc vòng bánh răng: v= π.d w1 n1 π.100.365 = = 1,9 m/s 60000 60000 - Ứng suất cho phép: σ H   σ H  σ F   σ H  sb sb ZV Z R K XH = 500.1.0,95.1=475 Mpa YR YS YxF = 246,86.1.1,032.1=254,76 Mpa Trong ZV = hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng với v ε α  1,88  3,2.    1,768 40 100     Zε  -  1,768  0,86 K H hệ số tải trọng tính tiếp xúc K H  K Hβ K Hα K Hv Trong + K H hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành Tra bảng 6.7 tập K Hβ  1,025 + K H hệ số kể đến phân bố không tải trọng cho đôi ăn khớp theo bảng (6.13) chọn cấp xác xác K H =1 18 + K HV hệ số kể đến tải trọng động xuất vùng ăn khớp tra phụ lục P2.3 K HV = 1.09 => K H  K Hβ K Hα K Hv = 1,025.1.1,09 = 1.1 Thay vào σ H  274.1,76.0,86 - 2.239927.1,12.2,5  1  453,47Mpa 70.2,5.1002 Xác định xác ứng suất cho phép: σH   σH .ZV Z R K XH = 500.1.0,95.1 = 475 Mpa Vì σ H ≤ σ H  Kiểm tra: [σ]H - σ [σ] H = H 475  453,47 100= 4,5% < 10% 475 Thoả mãn điều kiện bền tiếp xúc 3.3.5 Kiểm nghiệm độ bền uốn σ F1  2.T1.K F Yε Yβ YF bw d w1.m Trong đó: - Mơ men xoắn bánh chủ động T1 = 239927 (N.mm) - Mô đun m = 2,5 - Chiều rộng vành bw = 70 - Đường kính vịng lăn bánh chủ động dw1= 100 mm - Y  Hệ số kể đến trùng khớp Yε  với εα ε α hệ số trùng khớp ngang ε α  1,72  Yε   0,58 1,72 - Y  Hệ số kể đến dộ nghiêng β   Yβ  - Y F , YF Hệ số dạng bánh bánh Ta có Z1 = 40 Z2=100 Tra bảng 6-18 YF1  4, YF  3,6 19 - K F Hệ số tải trọng tính uốn K F  K Fβ K Fα K FV Trong đó: + KF = 1,025 Tra bảng 6-7 với ψ bd = 0,742 + KF = thẳng aw ν F bw d w1 với ν F  δ F g V ut 2T1.K Fβ K Fα + KFV = + Trong đó: δ F  0,011 ; ν  1,9 ; g0 = 56  ν F  0,011.56.1,9 KFV = + 175  9,79 2,5 9,79.70.100  1,14 2.239927.1,025.1 KF = 1,025.1.1,14 = 1,17 Thay số:  F1  2.239927.1,17.1.0,59.4  75,71 Mpa 70.100.2,5 F2  2.239927.1,17.0,59.1.3.6  68,15 Mpa 70.100.2,5 Vậy  F1 ≤ [  F ]= 246,86 Mpa  F ≤ [  F ]= 246,86 Mpa Như độ bền uốn thoả mãn 3.3.6 Kiểm nghiệm tải Kqt= Tmax  1,4 T σ H max  σ H K qt  453,47 1,3  522 Mpa   σ H max σ F max  σ F 1.K qt  75,71 1,3  98,4  σ F max  464 (mpa) σ F max  σ F K qt  68,15 1,3  88,6  σ F max  360 (mpa) 3.3.7 Tính lực vịng lực hướng tâm bánh - Lực vòng: Ft1 = 2.T1 2.239927 = = 4799 N d w1 100 20 - Lực hướng tâm: Fr1 = Ft1.tan αw = 4799.tan(20) = 1747 N Bảng thông số bánh trụ thẳng Thông số Khoảng cách trục Mơdun Tỉ số truyền Bề rộng Góc ăn khớp Số bánh nhỏ Số bánh lớn Đường kính vịng lăn bánh nhỏ Đường kính vịng lăn bánh lớn Ứng suất tiếp xúc Ký hiệu aw = 175 m=2 u = 2,5 b = 70 α = 20 Z1 = 40 Z2 = 100 dw1 = 100 dw2 = 250  h = 453 21 Đơn vị mm mm Độ Răng Răng mm mm mm Bảng thông số truyền Thông số Công suất trục dẫn Tỉ số truyền Moment trục dẫn Khoảng cách trục Môdun Bề rộng Góc ăn khớp Số bánh nhỏ Số bánh lớn Đường kính vịng lăn bánh nhỏ Đường kính vịng lăn bánh lớn Đường kính vịng đỉnh bánh nhỏ Đường kính vịng đỉnh bánh lớn Đường kính vịng đáy bánh nhỏ Đường kính vịng đáy bánh lớn Ứng suất tiếp xúc Lực vòng Lực hướng tâm Ký hiệu P1 = 9,17 uh = 2,5 T1 = 239927 aw = 175 m=2 b = 70 α = 20 Z1 = 40 Z2 = 100 dw1 = 100 dw2 = 250 da1 = 105 da2 = 255 df1 = 93,75 df2 = 243,75  h = 453 Ft = 4799 Fr = 1747 22 Đơn vị kW Nmm mm mm Độ Răng Răng mm mm mm mm mm mm mm N N CHƯƠNG TRỤC 4.1 Chọn vật liệu làm trục Trục phận quan trọng hộp giảm tốc có tác dụng truyền chuyển động quay bánh ăn khớp Đồng thời, trục tiếp nhận đồng thời mômem uốn mô men xoắn Do yêu cầu đặc điểm nên thiết kế đạt độ xác hình học cao Trục cịn phải đảm bảo độ cứng vững, độ bền mỏi, độ ổn định dao động Vì vậy, để đảm bảo yêu cầu làm việc trên, yêu cầu người thiết kế chọn vật liệu chế tạo hợp lý, giá thành rẻ, dễ gia cơng Từ ta chọn vật liệu chế tạo trục thép 45, thường hóa có : b = 600 Mpa , [] = 15 - 30 (Mpa) 4.2 Xác định tải trọng tác dụng lên trục - Khớp nối trục: + Frkn = (0,20,3) Ftkn với Ftkn lực vòng khớp nối + Ftkn = (2Tt)/D0 Trong đó: Tt = kT (k - hệ số an toàn k = 1,5 T – Moment trục bị dẫn T = 576271) =>Tt = 1,5.576271 = 864406 D0 = 130 tra bảng 5.2a Thay vào Frkn = (0,20,3) Ftkn = 0,3 2𝑇𝑡 𝐷0 = 3989 N - Lực hướng tâm bánh đai Frđ = 2907 N - Lực hướng tâm bánh Fr = 1747 N - Lực vòng bánh Ft = 4799 23 4.3 Xác định sơ đường kính trục khoảng cách gối trục dk= Tk 0,2.[ ] Trong đó: dk - Đường kính trục thứ k [] - Mơmen xoắn cho phép chọn [] = 12 30 Mpa Tk - Mômen xoắn trục thứ k + TI= 239927 [N.mm] + TII= 576271 [N.mm] - dsb1 = dsb2 = TI = 0,2.[ ] TII = 0,2.[ ] 3 239927 = 39 mm 0,2.12 576271 = 45,7 mm 0,2.30 Vậy ta chọn : dsb1= 40 mm dsb2= 50 mm Tra bảng 10.2 ta chiều rộng ổ: bo1= 23 mm, bo2= 27 mm 4.4 Xác định chiều dài may Trục I + Chiều rộng may bánh răng: lm1= (1,2 1,5).dsb1 = (1,2 1,5).40 Chọn lm1 =48 mm + Chiều rộng may lắp đai: lm12= (1,2 1,5).dsb1 = (1,2 1,5).40 Chọn lmc1 = 48 mm Trục II + Chiều dài may lắp khớp nối: lmc1= (1,4 2,5).dsb2 = (1,4 2,5).50 Chọn lmc1= 150 mm + Chiều dài may bánh răng: lm2= (1,2 1,5).dsb2= (1,2 1,5).50 Chọn lm 23 = 60 mm 24 4.5 Xác định chiều dài ổ trục Ta có + k1- khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay đến thành hộp, khoảng cách chi tiết quay Tra bảng 10.3/1 chọn k1 = 10 mm +k2 - khoảng cách từ mặt cạnh ổ đến thành hộp Tra bảng 10.3/1 k2 =10 mm + k3 - Khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay đến lắp ổ Tra bảng 10.3/1 k3 = 15 mm + h - Chiều cao lắp ổ đầu bulông, tra bảng 10.3/1 lấy hn = 20 mm 4.6 Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực Trục I + l 13  0,5.lm2  b02   k1  k2 = 0,5.(65+25)+10+10 = 63,5 mm (trong bo2 chiều rộng ổ bo2 =27 mm) + l12 = 0,5(bo2 + lm12) + hn +k3 = 0,5 (27+60) + 20+15 = 78,5 mm + l11 = l13 = 63,5.2 = 127 Trục II + l23 = 0,5(bo2 + lm12) + hn + k3 = 0,5(27 + 150) + 20 + 15 = 123,5 mm 25 4.7 Xác định sơ đồ đặt lực chung, tính tốn phản lực gối đỡ 4.7.1 Xác định sơ đồ đặt lực chung Hình 3.1 Sơ đồ đặt lực chung trục 26 4.7.2 Phản lực gối đỡ 4.7.2.1 Phản lực trục I PTCB: Mặt phẳng yOz - MB = -Frđ.78,5 – Fr1.63,5 – RDy.127 = => RDy = -2670 N (RDy ngược chiều chọn biểu đồ) - ∑Fy = -RBy + 2670 - 1747 + 2907 = => RBy = 3830 N Mặt phẳng xOz - MB = -Ft.63,5 + RDx.127 = => RDx = 2400 N - ∑Fx = RBx - 4799 + 2400 = => RBx = 2400 N Moment tương đương đường kính trục tiết diện nguy hiểm ([𝜎] = 55) 𝑀𝑡đ𝐴 = 33,5 𝑚𝑚 0,1[𝜎] 𝑀𝑡đ𝐵 = 38,3 𝑚𝑚 0,1[𝜎] 𝑀𝑡đ𝐶 = 38,2 𝑚𝑚 0,1[𝜎] 2 𝑀𝑡đ𝐴 = √𝑀𝑥𝐴 + 𝑀𝑦𝐴 + 0.75𝑇𝐴2 = 207783 => 𝑑𝐴 = √ 2 𝑀𝑡đ𝐵 = √𝑀𝑥𝐵 + 𝑀𝑦𝐵 + 0.75𝑇𝐵2 = 308624 => 𝑑𝐵 = √ 2 𝑀𝑡đ𝐶 = √𝑀𝑥𝐶 + 𝑀𝑦𝐶 + 0.75𝑇𝐶2 = 308480 => 𝑑𝐶 = √ 2 𝑀𝑡đ𝐷 = √𝑀𝑥𝐷 + 𝑀𝑦𝐷 + 0.75𝑇𝐷2 = => 𝑑𝐷 = 𝑑𝐵 Chọn 𝑑𝐵 = 𝑑𝐷 = 40 𝑚𝑚 𝑑𝐴 = 35 𝑚𝑚 𝑑𝐶 = 45 𝑚𝑚 27 Trục I 28 4.7.2.2 Phản lực trục II PTCB: Mặt phẳng yOz - MB = Fr2.63,5 – RDy.127 = => RDy = 874 N - ∑Fy = -RBy + 1747 - 874 = => RBy = 874 N Mặt phẳng xOz - MB = Ft.63,5 + RDx.127 – Frkn.250,5 = => RDx = 5469 N - ∑Fx = RBx + 1747 + 5469 - 3989= => RBx = -6279 N (RBx ngược chiều chọn biểu đồ) Moment tương đương đường kính trục tiết diện nguy hiểm ([𝜎] = 50) 2 𝑀𝑡đ𝐵 = √𝑀𝑥𝐵 + 𝑀𝑦𝐵 + 0.75𝑇𝐵2 = => 𝑑𝐵 = 𝑑𝐷 2 𝑀𝑡đ𝐶 = √𝑀𝑥𝐶 + 𝑀𝑦𝐶 + 0.75𝑇𝐶2 = 641182 => 𝑑𝐶 = √ 𝑀𝑡đ𝐶 = 50,42 𝑚𝑚 0,1[𝜎] 2 𝑀𝑡đ𝐷 = √𝑀𝑥𝐷 + 𝑀𝑦𝐷 + 0.75𝑇𝐷2 = 701296 => 𝑑𝐷 = √ 𝑀𝑡đ𝐵 = 51,96 𝑚𝑚 0,1[𝜎] 𝑀 2 𝑀𝑡đ𝐸 = √𝑀𝑥𝐸 + 𝑀𝑦𝐸 + 0.75𝑇𝐸2 = 499065 => 𝑑𝐸 = √ 𝑡đ𝐸 = 46 mm 0,1[𝜎] Chọn 𝑑𝐵 = 𝑑𝐷 = 55 𝑚𝑚 𝑑𝐶 = 60 𝑚𝑚 𝑑𝐸 = 50 𝑚𝑚 29 Trục II 30