LỜI NÓI ĐẦU Đồ án thiết kế máy là nội dung không thể thiếu với chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ sở về kết cấu máy và các quá trình cơ bản khi thiết kế m.
LỜI NÓI ĐẦU Đồ án thiết kế máy nội 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 trình học mơn Thiết kế máy em làm quen với kiến thức kết cấu máy, phận máy tính chi tiết máy thường gặp Đồ án Thiết kế máy giúp em hệ thống lại kiến thức học tìm hiểu sâu Thơng qua việc hồn thiện đồ án, em áp dụng kiến thức từ môn học Truyền động khí, Sức bền vật liệu, Vẽ kỹ thuật, Vẽ kỹ thuật khí, Kỹ thuật đo khí,… Hộp giảm tốc cấu truyền động nhờ ăn khớp trực tiếp bánh Hộp giảm tốc dùng để giảm vận tốc góc tăng momen xoắn, hộp giảm tốc phận trung gian động máy công tác Đề tài giao Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp khai triển dẫn động tời kéo Dùng hộp giảm tốc hai cấp khai triển bánh trụ, dẫn động động điện có kết hợp với truyền ngồi (bộ truyền đai) Trong q trình làm em tìm hiểu nội dung sau: - Cách chọn động điện cho hộp giảm tốc - Cách phân phối tỉ số truyền cho cấp hộp giảm tốc - Cách thiết kế truyền ngồi hộp giảm tốc - Các tiêu tính tốn thơng số hộp giảm tốc - Các tiêu tính tốn, chế tạo bánh trục - Cách xác định thông số then - Kết cấu, công dụng cách xác định thông số hộp giảm tốc - Cách tính tốn xác định chế độ bơi trơn cho chi tiết hộp giảm tốc - Cách thể vẽ tiêu chuẩn Do lần đầu làm đồ án tìm hiểu với lượng kiến thức tổng hợp nên cịn phần chưa hồn tồn nắm vững Trong trình làm đồ án em tham khảo nhiều tài liệu giáo trình có liên quan song sai sót điều khó tránh khỏi Em mong nhận hướng dẫn thêm thầy để em nắm vững củng cố lại kiến thức học Em xin chân thành cảm ơn thầy môn, đặc biệt thầy Đặng Phước Vinh nhiệt tình hướng dẫn em q trình hồn thành đồ án Đồ án Thiết kế máy SVTH: Trần Nguyễn Khánh Hà Trang MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC Chọn công suất động điện: A Phân phối tỉ số truyền PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI (BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT) Chọn loại đai Xác định đường kính bánh đai Định khoảng cách trục A chiều dài đai L .6 Kiểm nghiệm góc ôm bánh nhỏ Xác định tiết diện đai Định chiều rộng B bánh đai 7 Tính lực căng lực tác dụng lên trục .7 PHẦN III: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG .8 A Bộ truyền bánh cấp nhanh (bộ truyền bánh thẳng) .8 Chọn vật liệu chế tạo bánh .8 Định ứng suất cho phép Chọn sơ hệ số tải trọng Chọn hệ số chiều rộng bánh .9 Xác định khoảng cách trục A .9 Tính vận tốc vịng chọn cấp xác chế tạo bánh .9 Định xác hệ số tải trọng K khoảng cách trục A .9 Xác định mo-đun, số răng, chiều rộng bánh 10 Kiểm nghiệm sức bền uốn 10 10 Kiểm nghiệm sức bền bánh chịu tải đột ngột .10 11 Định thơng số hình học chủ yếu truyền 11 12 Tính lực tác dụng lên trục .11 PHẦN IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 16 A Thiết kế trục 16 Chọn vật liệu .16 Tính sức bền trục .16 Đồ án Thiết kế máy B Tính then 25 PHẦN IV: THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRUC .26 A Chọn ổ lăn 26 PHẦN V: THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC 29 Vỏ hộp 29 Một số chi tiết khác 30 Bôi trơn hộp giảm tốc 31 Lắp bánh trục 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 Đồ án Thiết kế máy PHẦN I: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC Chọn cơng suất động điện: a Tính tốn cơng suất cần thiết động điện: Xác định chế độ làm việc động cơ: Động làm việc chế độ dài hạn với tải trọng thay đổi: Nt = PV β η P = 3400 N; V = 0.1 m/s; : hệ số tải trọng tương đương β= √ ( ) ( ) 2 M2 M3 t 2+ t M2 M2 t ck = √ 2 ( ) 15+ ( 0.3 ) 15 =0.64 40 η : hiệu suất truyền cặp ổ có hệ thống dẫn động η = ηđ.ηbr2.η ổ4.ηnt Với: Bộ truyền đai: ηđ = 0,95 η Bộ truyền bánh răng: ηbr = 0,96 Cặp ổ lăn: ηổ = 0,99 Nối trục: η nt = η = 0,95.0,962.0,994.1 = 0,84 Vậy: Công suất cần thiết động cơ: Nct ≥ N t PV 3400.0,8 0,64 = 2072 W = β= 0,84 η η b Xác định sơ số vòng quay động cơ: y 48 (vòng/phút) ( πDV ) = 60000( π0.8 320 ) Số vòng quay tang: nlv=60000 Chọn số vòng quay sơ động cơ: nsbđc = nlv.it Với ut tỉ số truyền toàn bộ: it = iđ.ihgt = 30 (chọn iđ = 3,25; ihgt = 9.23 – theo B2.2 – Tài liệu [*]) nsbđc = 48.30 = 1440 (vòng/phút) c Chọn động Động điện phải có thơng số thỏa mãn N ≥ Nct = 2072 W nđc y nsbđc = 1440 (vòng/phút) Tra bảng phụ lục P1.1 tài liệu [*], ta chọn: Động AO2 – 31 - Mm M max M Công Vận tốc Hiệu suất Khối lượng M đm M đm M đm suất (kW) quay % động (kg) (v/ph) 2.2 1430 82.5 1.8 2.2 1.2 34 Đồ án Thiết kế máy A Phân phối tỉ số truyền Tỉ số truyền động chung i= nđc 1430 = = 29.8 nct 48 Với ingoài = 3,25 (như trên) => ihộp = 9,17 (= inhanh.ichậm) inhanh: tỉ số truyền cấp nhanh truyền bánh trụ thẳng ichậm : tỉ số truyền cấp chậm truyền bánh trụ nghiêng để tạo điều kiện bôi trơn truyền bánh hộp giảm tốc phương pháp ngâm dầu, ta chọn : inhanh y (1.2 ÷ 1.3) ichậm Lấy: inhanh = 3,4 ichậm = Trục i n (vòng/phút) Trục động iđ = 9.17 ≈ 2.7 3.4 I II inhanh = 5.52 III ichậm = 4.6 1430 440 129 48 N (kW) 2.2 2.07 1.97 1.87 Mx (N.mm) 14692 44928 145841 372052 Đồ án Thiết kế máy PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI (BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT) Chọn loại đai Chọn đai vải cao su có sức bền tính đàn hồi cao, chịu ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm Xác định đường kính bánh đai Đường kính bánh đai nhỏ: D1=( 1100 ÷ 1300 ) √ √ N đc N1 =( 1100 ÷ 1300 ) ≈ 127 ÷150 (mm) nđc n1 Tra bảng 5.1 tài liệu [*] ta chọn D1 = 140mm Kiểm nghiệm vận tốc đai: v= ( ) π D1 n1 π 140.1430 m = =10,5 < ( 25÷ 30 ) m/ s 60.1000 60.1000 s Đường kính chọn thỏa mãn điều kiện vận tốc đai Đường kính bánh đai lớn: D2=i đai D1 (1 − ε )=3,25.140 0,99=450,45(mm) Dựa vào bảng 5.2 tài liệu [*] chọn D2=450 mm Số vòng quay thực n2 bánh bị dẫn phút: n ' =0,99 140 1430=440,44(vg/ pℎ) 450 Sai số vòng quay n2 so với yêu cầu ban đầu: ∆ n= 440.44 − 440 =0,1 % => đạt yêu cầu, không cần chọn lại D 440 Định khoảng cách trục A chiều dài đai L Hạn chế số vòng chạy đai giây: umax =5, xác định chiều dài tối thiểu Lmin đai: Lmin = v u max = 10,5 =2,1 ( m) =2100(mm) Xác định sơ khoảng cách trục A=2.2100 − π ( 140+450 )+ √2 ¿ ¿ ¿) A không thỏa mãn điều kiện: A ≥ ( D1 + D2 ) =2 ( 140+ 450 )=1180 Chọn lại A=1180(mm) Tính lại L theo A (Công thức 5.1 tài liệu [*]): ( 450 −140) π L=2.1180 + ( 140+ 450 ) + =3307(mm) 4.1180 Để nối đai, tăng thêm chiều dài đai khoảng (100 ÷ 400) mm tùy theo cách nối Kiểm nghiệm góc ơm bánh nhỏ Đồ án Thiết kế máy Dựa vào công thức 5.1 tài liệu [*] ta tính được: α 1=180 °− D − D1 450 −140 57 °=180 ° − 157° =165 °>150 ° => thỏa mãn A 1180 Xác định tiết diện đai Xác định chiều dày đai [ ] δ δ ≤ D1 D Chiều dày đai δ chọn theo tỉ số Với loại đai vải cao su, ta chọn [ ] δ D1 max = max 1 => δ ≤ 140=3.5( mm) 40 40 Dựa vào bảng 5.3 tài liệu [*] ta chọn đai vải cao su loại có lớp lót chiều dày 3mm Xác định chiều rộng đai b≥ 1000 N v δ [ σ p ] o C t Cα C v C b [ σ p ]o : ứng suất có ích cho phép đai (N/mm2) Chọn ứng suất căng ban đầu σ o=1,8 N/mm2, với D1 140 ≈ 45 = δ Theo bảng 5.5 tài liệu [*] chọn [ σ p ] o=2,28 ¿) C t : hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng, theo bảng 5.6 tài liệu [*] Tải trọng mở máy 200% tải trọng bình thường, tải trọng làm việc có dao động nhỏ => C t=0,8 C α : hệ số xét đến ảnh hưởng góc ơm, theo bảng 5.7 tài liệu [*] Với α = 165 => C α =0,96 C v : hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc, theo bảng 5.8 tài liệu [*] Với v= 10,5 m/s => C v =1 C b : hệ số xét đến bố trí truyền, theo bảng 5.9 tài liệu [*] Bộ truyền tự căng, đường nối tâm truyền nằm ngang: C b=1 b ≥ 1000.2,2 y 40 (mm) 10,5.3.2,28 0,8 0,96 1.1 Dựa vào bảng 5.4 chọn chiều rộng đai b = 40 mm Định chiều rộng B bánh đai Dựa vào bảng 5.10 tài liệu [*] ta chọn B = 50 mm Tính lực căng lực tác dụng lên trục Lực căng So =σ o δb=2,8.3.40=216 N Lực tác dụng lên trục R=3 S o sin α1 165° =3.216 sin ≈ 642 N 2 Đồ án Thiết kế máy PHẦN III: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG A Bộ truyền bánh cấp nhanh (bộ truyền bánh thẳng) Chọn vật liệu chế tạo bánh Dựa vào bảng 3.6 3.8 ta chọn vật liệu có thơng số sau Bánh nhỏ: thép 45 σ b = 600 N/mm2; σ ch= 300 N/mm2; HB = 200 Phôi rèn (giả thuyết đường kính phơi 100mm) Bánh lớn: thép 35 σ b = 500 N/mm2; σ ch= 260 N/mm2; HB = 170 Phơi rèn (giả thuyết đường kính phơi 100 ÷ 300mm) Định ứng suất cho phép a Ứng suất tiếp xúc cho phép [ σ ]tx =[ σ ] Notx k ' N [ σ ] Notx : ứng suất tiếp xúc cho phép bánh làm việc lâu dài (N/mm2), dựa vào bảng 3.9 tài liệu [*] ta có: [ σ ] Notx 3=2,6.200=520( N /mm 2) [ σ ] Notx4 =2,6.170=442(N /mm2 ) k ' N : hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc Xác định số chu kì tương đương bánh lớn: ( ( )) N tđ 4=60.1 129.6 300 18 + Do lấy k ' N =1 10 3 =96580107>10 [ σ ]tx = [ σ ] Notx Lấy ứng suất nhỏ để tính tốn [ σ ]tx 4=442(N /mm2 ) b Ứng suất uốn cho phép Răng làm việc hai mặt (chịu ứng suất thay đổi chiều) [ σ ]u= σ− k ' 'N n Kσ n: hệ số an tồn Đối với thép thường hóa, lấy n = 1,5 σ −1: giới hạn mỏi uốn chu kỳ đối xứng σ −1= 0,4 σ bk Bánh nhỏ : σ 3−1= 0,4.600 = 240 (N/mm2) Bánh lớn :σ 4−1 = 0,4.500 = 200 (N/mm2) K σ : hệ số tập trung ứng suất chân Đối với thép thường hóa, lấy K σ =1,8 k ' ' N : hệ số chu kỳ ứng suất uốn Đồ án Thiết kế máy Xác định số chu kì tương đương bánh lớn ( ( )) N tđ 4=60.1 129.6 300 18 + 10 =94109556 > 5.106 Do lấy k ' ' N =1 Ta xác định ứng suất uốn cho phép: 200 =74,1(N.mm2) 1,5.1,8 240 [ σ ]u 3= =88,9 (N.mm2) 1,5.1,8 [ σ ]u = Đối với bánh lớn: Đối với bánh nhỏ: Chọn sơ hệ số tải trọng K= K tt K d = 1,4 Trong đó: K – hệ số tải trọng K tt - hệ số tập trung tải trọng K d - hệ số tải trọng động Chọn hệ số chiều rộng bánh b A Bộ truyền bánh trụ chịu tải trung bình, chọn ψ A = =0,4 Xác định khoảng cách trục A Đối với truyền bánh trụ thẳng: A ≥ ( i± ) √( ) √( Lấy A = 133mm =132.68 mm ) 1,4.2,07 0,4.129 1,05.10 1,05.10 KN =( 3,4+1 ) 442.3,4 [ σ ]tx i nℎanℎ ψ A nII Tính vận tốc vịng chọn cấp xác chế tạo bánh Vận tốc vòng: v= πA n I π 133 440 = ≈1,4 (m/ s) 60.1000.( inℎanℎ +1) 60000.(3,4 +1) Dựa vào bảng 3.11 tài liệu [*] ta chọn cấp xác chế tạo IT9 Định xác hệ số tải trọng K khoảng cách trục A Hệ số tải trọng K: K= K tt K đ K tt : hệ số tập trung tải trọng i+1 3,4+ ψ D=ψ A =0,4 =0,88 tra bảng 3-12 tài liệu [*] 2 K tt bảng +1 1,05+1 K tt = = =1,025 2 Đồ án Thiết kế máy b, Tính gần trục Chọn kích thước sau: - Khoảng cách chi tiết quay: C = 12mm - Khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay đến thành hộp a = 12mm - Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành hộp: l = 7mm - Chiều cao nắp đầu bulong l3 = 15mm - Khoảng cách từ nắp ổ đến mặt cạnh chi tiết quay hộp l = 15mm - Chiều dài phần mayor lắp với trục l5 = 1,3d - Chiều rộng bánh răng: b1 = 55mm, b2 = 64mm - Chiều rộng bánh đai: Bđai = 50mm Trục I: Chiều dài đoạn trục: l5 BI 17 l I = +l +l + =13+15+15+ =51,5 mm 2 B b 17 55 I l I = +l 2+ a+ = +7+ 12+ =55 mm 2 2 b B 55 17 I l I = + c+ b2 +a+l + = +12+64 +12+7+ =131 mm 2 2 Lực tác dụng: Fdy = 642N Ft1 = 1498N Đồ án Thiết kế máy Fr1 = 545N Tính phản lực gối trục: ∑ mAx =F t l2I − RBx (l3I + l2I )=¿ ¿> R Bx = F t l I I I = 1498.55 =443 N 55+131 l +l ¿> R Ax=F t − R Bx=1498− 443=1055 N ∑ mAy =Fdy l + F r l − R By (l +l )=0¿> R By = I I I I ¿> R Ay=F dy + R By − F r 1=642+339 −545=436 N F r l 2I + F dy l 1I (l I +l I ) = 545.55+642.51,5 =339 N 55+131 Tính momen uốn tiết diện nguy hiểm: Tiết diện n-n: Mu/n-n = Fdy.l 1I = 642.51,5 = 33063N Tiết diện m-m: Mu/m-m = √ M uy2 + M ux2 Muy = RBy.l 3I = 339.131 = 44409 N.mm Mux = RBx.l 3I = 443.131 = 58033 N.mm => Mu/m-m = √ 444092 +580332 =73075 N.mm l 3I l 2I Tính tiết diện trục tiết diện nguy hiểm: lI ... => ihộp = 9,17 (= inhanh.ichậm) inhanh: tỉ số truyền cấp nhanh truyền bánh trụ thẳng ichậm : tỉ số truyền cấp chậm truyền bánh trụ nghiêng để tạo điều kiện bôi trơn truyền bánh hộp giảm tốc phương... 29 Một số chi tiết khác 30 Bôi trơn hộp giảm tốc 31 Lắp bánh trục 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 Đồ án Thiết kế máy PHẦN I: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC Chọn cơng suất... 2 Đồ án Thiết kế máy PHẦN III: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG A Bộ truyền bánh cấp nhanh (bộ truyền bánh thẳng) Chọn vật liệu chế tạo bánh Dựa vào bảng 3.6 3.8 ta chọn vật liệu có thơng số sau Bánh