BÁO cáo đồ án NGUYÊN lý CHI TIẾT máy đồ án TÍNH TOÁN và THIẾT kế ĐỘNG học hệ dẫn ĐỘNG cơ KHÍ

Đây là lần đầu tiên em được làm quen với công việc tính toán, thiết kế một hệ thống dẫn động cơ khí, bên cạnh đó với sự hiểu biết còn hạn chế cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ VÀ CÔNG NGHỆ

i LỜI CẢM ƠN

Khi nhận đồ án thiết kế Nguyên lý chi tiết máy thầy giao cho, em đã tìm hiểu và cố gắng hoàn thành đồ án môn học này

Đây là lần đầu tiên em được làm quen với công việc tính toán, thiết kế một hệ thống dẫn động cơ khí, bên cạnh đó với sự hiểu biết còn hạn chế cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo tài liệu và bài giảng của các môn học có liên quan song bài làm của em không thể tránh được những thiếu sót và chưa được đầy đủ Em kính mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của các Thầy cô bộ môn giúp cho sinh viên ngày càng tiến bộ

Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy cô bộ môn, đặc biệt là thầy Đỗ Minh Cường đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo một cách tận tình giúp em hoàn thành tốt đồ

án của mình

ii DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ động của hệ thống dẫn động 1

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán khoảng cách đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp 26

Hình 3.2 Sơ đồ đặt lực chung 27

Hình 3.3 Sơ đồ phản lực tại trục I 27

Hình 3.4 Sơ đồ nội lực trục I 30

Hình 3.5 Sơ đồ phản lực tại trục II 31

Hình 3.6 Sơ đồ nội lực trục II 35

Hình 3.7 Nối trục đàn hồi 47

Hình 3.8 Kích thước bu-lông 50

Hình 3.9 Hình dạng nắp quan sát 51

Hình 3.10 Hình dạng nút thông hơi 52

Hình 3.11 Hình dạng nút tháo dầu trụ 52

Hình 3.12 Hình dạng và kích thước của que thăm dầu 53

Hình 3.13 Hình dạng chốt định vị 53

Hình 4.1 Kích thước bulong 55

Hình 4.2 Kích thước nút tháo dầu 57

Hình 4.3 Kích thước của quê thăm dầu 57

Hình 4.4 Chốt định vị 57

Hình 4.5 Kích thước vòng thớt 59

iii DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thông sơ của động cơ điện 4AX90L4Y3 [1] 4

Bảng 1.2 Bảng thông số động học của hệ thống truyền động [1] 6

Bảng 2.1 Tổng hợp thông số bộ truyền xích 12

Bảng 2.2 Tổng hợp thông số bộ truyền bánh răng 22

Bảng 3.1 Các thông số của trục nối đàn hồi 46

Bảng 3.2 Thông số của vòng đàn hồi 46

Bảng 3.3 Kích thước nắp quan sát 51

Bảng 3.4 Kích thước nút thông hơi 52

Bảng 3.5 Kích thước nút tháo dầu trụ 52

Bảng 4.1 Thông số vòng phớt 59

Bảng 4.2 Bảng thống kê dùng cho bôi trơn 59

Bảng 4.3 Bảng thống kê kiểu lắp và dung sai 60

iv MỤC LỤC

PHẦN I TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 1

1.1 Chọn sơ đồ động 1

1.1.1 Thông số đầu vào 1

1.2 Chọn đông cơ điện và phân phối tỉ số truyền 2

1.2.1 Công suất làm việc của bộ phân công tác 2

1.2.2 Hiệu suất hệ dẫn động 2

1.2.3 Công suất yêu cầu trên động cơ điện 2

1.2.4 Số vòng quay trên trục công tác 3

1.2.5 Chọn tỉ số truyền sơ bộ 3

1.2.6 Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ 3

1.2.7 Chọn động cơ 3

1.3 Phân phối tỉ số truyền của hệ thống 4

1.3.1 Tỷ số truyền hệ thống 4

1.3.2 Phân phối tỉ số truyền của hệ dẫn động 4

1.4 Tính toán các thông số trên các trục hệ dẫn động 5

1.4.1 Công suất trên các trục [1] 5

1.4.2 Số vòng quay trên các trục [1] 5

1.4.3 Mômem xoắn trên các trục [1] 5

PHẦN II THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 7

2.1 Tính toán thiết kế các bộ truyền xích: 7

2.1.1 Chọn loại xích: 7

2.1.2 Chọn số răng cho đĩa xích 7

2.1.3 Xác định khoảng cách trục và số mắc xích 9

2.1.4 Xác định thông số đĩa xích 10

2.1.5 Xác định lực tác dụng lên trục : 11

2.1.6 Tổng hợp thông số của bộ truyền xích 12

2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng 13

v

2.2.1 Thông số yêu cầu 13

2.2.2 Chọn vật liệu bánh răng 13

2.2.3 Xác định ứng suất cho phép 14

2.2.4 Xác định sơ bộ khoảng cách trục : 16

2.2.5 Xác định các thông số ăn khớp: 17

2.2.6 Xác định ứng suất cho phép 18

2.2.7 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 19

2.2.8 Một số thông số khác của cặp bánh răng : 22

2.2.9.Tổng hợp các thông số của bộ truyền bánh răng 22

PHẦN III THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ, NỐI 24

3.1 Chọn vật liệu chế tạo trục: 24

3.2 Xác định sơ bộ đường kính trục: 24

3.3 Xác định khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực 25

3.3.1 Xác định chiều dài các may ơ: 25

3.3.2 Xác định chiều dài giữa các ổ trục: 25

3.4 Xác định sơ đồ đặt lực chung, tính toán phản lực tại các gối đỡ, vẽ biểu đồ mô men 27

3.4.1 Vẽ sơ đồ đặt lực chung 27

3.4.2 Tính phản lực tại các gối đỡ: 27

3.5 Tính chọn then: 35

3.6 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi: 38

3.6.1 Kiểm nghiệm trục I: 38

3.6.2 Kiểm nghiệm trục II: 40

3.7 Thiết kế đỡ trục: 42

3.7.1 Tính chọn trục I: 42

3.7.2 Tính chọn trục II: 44

3.8 Tính chọn khớp nối trục: 46

3.8.1 Chọn trục nối đàn hồi: 46

vi

3.8.2 Kiển nghiệm bền dập cho vòng đàn hồi: 47

3.9 Tính kết cấu vỏ hộp 48

3.9.1 Vỏ hộp 48

3.10 Một số chi tiết khác 51

3.10.1 Cửa thăm 51

3.10.2 Nút thông hơi 51

3.10.3 Nút tháo dầu 52

3.10.4 Kiểm tra mức dầu 52

3.10.5 Chốt định vị 53

3.10.6 Ống lót và nắp ổ 53

PHẦN IV THIẾT KẾ KẾT CẤU VỎ HỘP GIẢM TỐC VÀ CÁC CHI TIẾT BU-LÔ NG CỦA HỘP GIẢM TỐC 54

4.1 Vỏ hộp 54

4.1.1 Chọn bề mặt lắp ghép giữa nắp và thân 54

4.1.2 Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp 54

4.2 Một số chi tiết khác 56

4.2.1 Cửa thăm 56

4.2.2 Nút thông hơi 56

4.2.3 Nút tháo dầu 56

4.2.4 Kiểm tra mức dầu 57

4.2.5 Chốt định vị 57

4.2.6 Ống lót và nắp ổ 58

4.3 Bôi trơn hộp giảm tốc 58

4.3.1 Các phương pháp bôi trơn trong và ngoài hộp giảm tốc 58

4.3.2 Bôi trơn ổ lăn 58

4.3.3 Điều chỉnh sự ăn khớp 59

4.3.4 Bảng thống kê kiểu lắp và dung sai 60

PHẦN V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

vii 5.1 Kết luận 615.2 Kiến nghị 61Tài liệu tham khảo 62

1 PHẦN I TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

2

- Đặc tính làm việc: Va đập nhẹ

1.2 Chọn đông cơ điện và phân phối tỉ số truyền

1.2.1 Công suất làm việc của bộ phân công tác

Công suất làm việc của bộ phận công tác được [1]:

+ ƞbr = 0,97: là hiệu suất của 1 bộ truyền bánh răng

+ Ƞôl = 0,99: là hiệu suất của một cặp ổ lăn

+ Ƞx = 0,96: là hiệu suất của bộ truyền xích

+ Ƞnt = 1: là hiệu suất của nối trục

Ƞ = ƞbr×(ƞôl)3×ƞx= 0,97×(0,99)3×1×0,96 = 0,9

1.2.3 Công suất yêu cầu trên động cơ điện

Công suất yêu cầu trên động cơ điện có công thức [1] là:

Trong đó:

+ Plv: là công suất làm việc của bộ phận công tác (kW)

+ Ƞ: hiệu suất hệ dẫn động của hệ thống

Pct = Pl v = ,, = 1,58(kW)

3 1.2.4 Số vòng quay trên trục công tác

Số vòng quay trên trục công tác có công thức [1]:

1.2.6 Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ

Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ có công thức [1]:

4 Bảng 1.1 Thông sơ của động cơ điện 4AX90L4Y3 [1]

Kiểu động

cơ

Công suất (kW)

+ uht: tỉ số truyền chung của hệ dẫn động

+ nđc: là số vòng quay của động cơ (vòng/phút)

+ nlv: số vòng quay của trục công tác (vòng/phút)

1.3.2 Phân phối tỉ số truyền của hệ dẫn động

Phân phối tỉ số truyền của hệ dẫn động được xác định [1]:

Trong đó:

+ uh: tỉ số truyền của hộp giảm tốc

+ ung: tỉ số truyền của bộ truyền ngoài

Ta có: un = ux × unt = 4 × 1 = 4

Với:

+ unt: tỉ số truyền của nối trục (unt = 1)

+ ux: tỉ số truyền của bộ truyền xích

Vậy tỉ số truyển của hộp giảm tốc là:

ubr = = = 5

5 1.4 Tính toán các thông số trên các trục hệ dẫn động

1.4.1 Công suất trên các trục [1]

Công suất trên trục công tác là: Pct = Plv = 1,43 (KW)

Công suất trên trục II:

1.4.3 Mômem xoắn trên các trục [1]

Công thức mômem xoắn là:

T =

69,55 10 P

= , × × , = 10626 (N.mm) Mômem xoắn trên trục I

 

= , × × , = 10491 (N.mm) Mômem xoắn trên trục II

 

= , × × , =50263 (N.mm) Mômem xoắn trên trục công tác

10626 10491 50263 192345

7 PHẦN II THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN

2.1 Tính toán thiết kế các bộ truyền xích:

 Các thông số ban đầu:

2.1.2 Chọn số răng cho đĩa xích

Với ux = 4, ta chọn số răng đĩa xích nhỏ là:

Theo công thức trong tài liệu trang 80 của TTTKHDĐCK (1), tao có:

8

 Pt – công suất tính toán (kW) ;

 P – công suất cần truyền (kW) ;

 [P] – công suất cho phép (kW) ;

Tra bảng 5.6 tra81 sách TTTKHDĐCK 1, ta được :

- kđ : hệ số tải trọng động (do đặc tính làm việc va đập nhẹ) ⇒ kđ = 1,2

- k0 : với β = 0o vì đường nối tâm trùng phương ngang ⇒ ko = 1

- ka : hệ số ảnh hưởng khoảng cách trục và chiều dài xích ⇒ ka = 1 chọn a = (30 ÷ 50)p

- kđc : hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng ⇒ kđc =1,1

- kbt : môi trường làm việc có bụi, chất lượng bôi trơn II ⇒ kbt = 1,3

- kc : chế độ làm việc của bộ truyền, số ca =2 ⇒ kc = 1,25

10 ứng với chế độ làm việc trung bình:

 kf – hệ số phụ thuộc võng f của xích và vị trí bộ truyền,: kf = 6

ứng với bộ truyền nằm ngang;

Tra bảng 5.10 tr86 sách TTTKHDĐCK[1] với p= 19,05 (mm) và n=400 (v/p) được [s]=9,3

11 Tra bảng 5.2 tr78 sách TTTKHDĐCK[1] được d1’=11,91 (mm)

o Modun đàn hồi E=2,1.105 (Mpa)

→ Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng đĩa xích phải nghiệm điều kiện:

12 Trong đó kx=1,15 vì 𝛽 ≤ 40o

10 Đường kính vòng đỉnh

đĩa xích nhỏ

da1 p 0,5 + 𝑐𝑜𝑡𝑔( ) 148,5

(mm)

2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng

2.2.1 Thông số yêu cầu

14

 Thép 50 tôi thường hóa có độ cứng HB 179…228

 Chọn độ cứng HB2 = 180

 Giới hạn bền 𝜎 = 640 (MPa)

 Giới hạn chảy 𝜎 = 350 (MPa)

Chú ý: là chọn vật liệu 2 bánh răng là vật liệu nhóm I có HB ≤ 350 và chọn

 SH,SF – Hệ số an toàn khi tính về ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn:

- Tra bảng 6.2 TTTKHDĐCK[1] trang 94, ta được :

 Bánh răng chủ động : SH1=1,1 ; SF1=1,75

 Bánh răng bị động : SH2= 1,1; SF2 =1,75

 σo

H lim , σo

F lim - ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép với chu kỳ cơ sở:

- Tra bảng 6.2 TTTKHDĐCK[1] trang 94, ta được :

HBF

Do NHE1>NH01, lấy NHE1 = NH01 do đó KHL1 = 1

Do NFE1>NF01, lấy NFE1 = NF01 do đó KFL1 = 1s

 Bánh răng bị động :

Do NHE2>NH02, lấy NHE2 = NH02 do đó KHL2 = 1

Do NFE2>NF02, lấy NFE2 = NF02 do đó KFL2 = 1

 Như vậy, thay vào cong thức để tính ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn:

 Bánh răng chủ động:

16 [𝜎 ] = KHL1 =

 ka :hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng

Tra bảng 6.5[1] - trang 96 được ⇒ka = 49,5 (Mpa)

 T1: Momen xoắn trên trục chủ động ⇒T1 = 10491(Nmm)

 [𝜎 ] : ứng suất tiếp cho phép ⇒ [𝜎 ] = 381,8(Mpa)

17 2.2.5 Xác định các thông số ăn khớp:

+ Hệ số dịch tâm (theo CT 6.22[1] -tr100)

+ Hệ số dịch tâm (theo CT 6.23[1] -tr100)

ky = . = . = 0

Tra bảng 6.10a [1] – trang 101 : ky = 0, suy ra kx=0

- Hệ số giảm đỉnh răng (theo CT 6.24[1] –tr100)

∆y = ( ) = .( )=0

19

- Yr : Hệ số ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng Yr = 1

- Ys : Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với sự tập trung ứng suất

2.2.7 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc:

H H w w H HV

K K T d b





với

u a v

g w H

bw ba w

H

6 , 34 108 32 , 0 ψ

06 , 4 5 108 6 , 2 56 006 , 0

36 6 , 34 06 , 4

5 6 , 34

) 1 5 ( 28 , 1 10491 2 87 , 0 76 , 1 274

⇒ Thỏa mãn điều kiện

2 Kiểm nghiệm độ bền uốn

𝜎 = . . . .

. ≤ [𝜎 ]

𝜎 = 𝜎 ≤ [𝜎 ]

 KF𝛼: Hệ số phân bố không đều tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp

 Hệ số nghiêng của răng Do răng thẳng 𝑌 = 1

 𝑌 , 𝑌 Hệ số dạng răng Tra bảng 6.18 tr109 sách TTTKHDĐCK[1], ta được

22 2.2.8 Một số thông số khác của cặp bánh răng :

2.2.9.Tổng hợp các thông số của bộ truyền bánh răng

Bảng 2.2 Tổng hợp thông số bộ truyền bánh răng

24 PHẦN III THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ, NỐI

3.1 Chọn vật liệu chế tạo trục:

Trục là bộ phận quang trọng trong hộp giảm tốc có tác dụng truyền chuyển động quay giữa các bánh răng ăn khớp Đồng thời, trục còn tiếp nhận mômen uốn và moomen xoắn

Do những yêu cầu và đặc điểm trên nên ngoài thiết kế đạt độ chính xác hình học cao Trục còn phải đảm bảo về 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 công Từ đó ta chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45, thường hóa có : b = 600 Mpa , [] = 15…30 (Mpa)

Với 𝑇 = 50263 𝑁𝑚𝑚

[𝜏] = 30 (Mpa)

→ d =

, = 23,2 (mm) Chọn d = 25 (mm)

Từ đường kính trục ta chọn chiều rộng ổ lăn tương ứng tra bảng 10.2 tr189 sách TTTKHDĐCK[1]

d = 20 → b = 15 (mm)

d = 25 → b = 17 (mm)

25 3.3 Xác định khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực

3.3.1 Xác định chiều dài các may ơ:

27 3.4 Xác định sơ đồ đặt lực chung, tính toán phản lực tại các gối đỡ, vẽ biểu đồ

29 Tại 1 (z=l12) =>Mx = 5670 (Nmm)

 Momen tại các tiết diện :

Tại tiết diện 0 : Mx = 0 , My = 0

Tại tiết diện 1 : Mx = 5670 , My =9

Tại tiết diện 2 : Mx = 10578 , My = -5005,8

Tại tiết diện 3 : Mx = 0 , My = 0

Momen tổng tại các tiết diện: Theo công thức (10.15 và 10.16) tr194 sách TTTKHDĐCK[1]: ta có 𝑀 = 𝑀 + 𝑀 + 0,75 𝑇

d1= 25 mm ( lắp ổ lăn) d2= 25 mm ( lắp bánh răng)

d3=20 mm (lắp khớp nối) d0= 25 mm ( lắp ổ lăn )

Hình 3.4 Sơ đồ nội lực trục I

1

31 3.4.2.2 Trục II

33 Tại 5(z=l21=96) => Mx2= 7699,2 (Nmm)

- Xét đoạn 7-5(3-3)

Mx3= -Fx3.z

Tại 7 ,z=0 => Mx3 = 0

Tại 5 ,z=l22 => Mx3 = -11199,6 (Nmm)

- Mômen tại các tiết diện là:

 Tại tiết diện 4

d4 = 30 mm (lắp ổ lăn)

d7 = 25 mm (đĩa xích )

d5 = 30 mm (lắp ổ lăn)

d6 = 35 mm (lắp bánh răng)

35 Hình 3.6 Sơ đồ nội lực trục II

Vậy điều kiện bền dập và bền cắt thỏa mãn

 Với d2 = 25 (mm) tra bảng 9-1a tr173 sách TTTKHDĐCK[1] có:

 [𝜎 ] ứng suất dập cho phép tra bảng 9-5 tr178 sách TTTKHDĐCK[1],

ta được [𝜎 ] = 150(𝑀𝑝𝑎) ( với vật liệu là thép, dạng lắp cố định và điều kiện làm việc tĩnh)

37 Chiều dài then lt = (0,8…0,9).lm2 = (0,8…0,9).35 = (18…31,5)

 [𝜎 ] ứng suất dập cho phép tra bảng 9-5 tr178 sách TTTKHDĐCK[1],

ta được [𝜎 ] = 150(𝑀𝑝𝑎) ( với vật liệu là thép, dạng lắp cố định và điều kiện làm việc tĩnh)

 [𝜎 ] ứng suất dập cho phép tra bảng 9-5 tr178 sách TTTKHDĐCK[1],

ta được [𝜎 ] = 150(𝑀𝑝𝑎) ( với vật liệu là thép, dạng lắp cố định và điều kiện làm việc tĩnh)

 [𝜏 ] ứng suất cắt cho phép

Với trục làm bằng thép 45 và tải trọng tĩnh thì: [𝜏 ] = (60 .90) = 90(𝑀𝑝𝑎)

 [s]- Hệ số an toàn cho phép , thông thường [s]= 1,5…2,5

 sj- Hệ số an toàn chỉ xét riêng về ứng suất pháp tại tiết diện j

 Theo bảng 10.12 tr199 sách TTTKHDĐCK[1] ta dùng dao phay ngón

 hệ số tập trung ứng suất đối với rãnh then ứng với vật liệu b = 600 MPa

Vậy S ≥ [s] = 1,5 … 2,5 Trục I thỏa mãn điều kiện bền mỏi

3.6.2 Kiểm nghiệm trục II:

Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thoả mãn điều kiện sau

S = .  [s]

 Với :

 [s]- Hệ số an cho phép thông thường [s]= 1,5…2,5

 s- Hệ số an toàn chỉ xét riêng về ứng suất tiếp tại tiết diện đang xét

Với tiết diện d7= 20 mm, b = 6 (mm); h = 6 (mm) ; t1 = 3,5 (mm)

- Trục quay nên ứng suất thay đổi theo chu kỳ đối xứng do đó

 Kx- Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, nó phụ thuộc vào

phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt , tra bảng 10.8/1/ được Kx= 1,06

 Ky – Hệ số tăng bền bề mặt, với b= 600 Mpa tra bảng 10.9/1/ được ky= 1,7 ( tập trung ứng suất ít)

 Theo bảng 10.12 tr199 sách TTTKHDĐCK[1] ta dùng dao phay ngón  hệ

số tập trung ứng suất đối với rãnh then ứng với vật liệu có b = 600 MPa ta chọn K = 1,55 và K = 1,54