Đồ án: Thiết kế hệ thống dẫn động xich cơ khí

Đồ án Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 1 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí là một trong ba đồ án quan trọng của sinh viên ngành Kỹ thuật chế tạo. Đồ án này là được thực hiện nhằm mục đích rèn luyện cho sinh viên có được những kỹ năng chuyên môn trong quá trình thiết kế và trải nghiệm kiến thức của mình. Trong quá trình thực hiện, sinh viên được giao thiết kế hệ thống dẫn động xích tải. Đây là một hệ thống dẫn động khá phổ biến trong sản xuất công nghiệp. Tuy đơn giản về mặt kết cấu nhưng hệ thống này có đầy đủ những yêu cầu cơ bản để khi thực hiện, sinh viên nắm được những kỹ thuật then chốt làm nền móng cho quá trình học tập và đi sâu vào lĩnh vực Cơ Khí. Mục đích của bài tập này là làm cho sinh viên biết ứng dụng những hiểu biết của mình về Cơ khí để áp dụng thiết kế cho một bài toán thực tế trên cơ sở những gì đã học. Từ đó rút ra được những bài học kinh nghiệm đầu đời cho chính bản thân để sẵn sàng bước vào con đường Kỹ thuật chế tạo. Xin chân thành cám ơn những bài học kinh nghiệm quý báu của các Thầy Cô trong bộ môn Thiết kế máy và sự hướng dẫn nhiệt tình của PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc đã giúp cho sinh viên hoàn thành đồ án này ! Thành phố HCM, ngày 10 - 06 – 2010 SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 01 I. TÌM HIỂU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY 1. Tìm hiểu động cơ điện ba pha không đồng bộ 04 2. Tìm hiểu nối trục vòng đàn hồi 04 3. Tìm hiểu hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển 05 4. Tìm hiểu bộ truyền đai thang 05 II. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ-PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 2.1 Chọn động cơ điện 07 2.2 Phân phối tỉ số truyền 09 III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY 3.1 Thiết kế bộ truyền đai 11 3.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ 15 3.3 Thiết kế trục và chọn then 30 3.4 Chọn ổ lăn và nối trục 46 3.5 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc, bu lông và các chi tiết phụ khác 53 IV. CHỌN DUNG SAI LẮP GHÉP 57 V. HÌNH ẢNH THIẾT KẾ VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 3 ĐỀ TÀI ĐỀ SỐ 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI PHƯƠNG ÁN: 28 Hệ thống dẫn động xích tải bao gồm: · Động cơ điện 3 pha không đồng bộ · Nối trục vòng đàn hồi · Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển · Bộ truyền đai thang · Xích tải Số liệu thiết kế: · Lực vòng trên xích tải, F (N) = 7300 · Vận tốc xích tải, v (m/s): = 1,08 · Số răng đĩa xích tải dẫn, z (răng) = 11 · Bước xích tải, p (mm) = 110 · Thời gian phục vụ, L (năm) = 6 · Quay 1 chiều, làm việc 2 ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ) L h = 6×300×2×8=28800 (giờ) · Chế độ tải: T 1 = T t 1 = 60 giây T 2 = 0.87T t 2 = 12 giây T 60 0,87T T 12 T 2 T 1 + t Sơ đồ tải trọng ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 4 I. TÌM HIỀU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY: Dựa vào sơ đồ hệ thống dẫn động xích tải, ta thấy hệ thống bao gồm: một động cơ điện, một bộ truyền ngoài bằng đai thang, một bộ truyền trong kín (hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển), nối trục đàn hồi, bộ phận công tác (xích tải). Tại sao hệ thống lại phải có các bộ phận trên ? 1. Động cơ điện: 1.1 Ưu điểm của động cơ điện: · Biến đổi trực tiếp điện năng thành cơ năng. · Khởi động đơn giản, êm, có thể hãm và đảo chiều dễ dàng. · Không gây ra ôi nhiễm môi trường · Hiệu suất lớn. · Bảo trì dễ dàng. 1.2 Nhược điểm: · So với động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng dầu, động cơ điện thường có công suất thấp hơn, số vòng quay nhỏ hơn,… · Giá thành cao, riêng đối cới loại động cơ điện một chiều lại khó kiếm và tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu. Nhưng do có nhiều ưu điểm phù hợp cho các nhà máy, xưởng làm việc trong nhà, bảo đảm các vấn đề sức khỏe cho công nhân…nên động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy,… Trong đồ án này, sinh viên lựa chọn động cơ điện ba pha không đồng bộ rô to ngắn mạch do ưu điểm mạnh của động cơ này là kết cấu đơn giản, giá thành tương đối thấp, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện. Nhược điểm của nó là: hiệu suất và hệ số công suất thấp (so với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc (so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ dây quấn). Với yêu cầu thiết kế của đồ án không đòi hỏi quá khắt khe về vận tốc, nguồn điện, hiệu suất,…nên sinh viên đã sử dụng động cơ điện này để dẫn động hệ thống xích tải. 2. Nối trục vòng đàn hồi: 2.1 Ưu điểm: · Có thể nối các đầu trục có sai lệch về vị trí tương đối lớn. - Độ lệch tâm: ∆r = 2 ÷ 6 mm - Độ lệch góc: ∆α = 2 ÷ 6 0 - Độ di chuyển dọc trục: ∆a = 3 ÷ 6 mm · Có khả năng giảm chấn tốt. · Kết cấu đơn giản, lắp ghép thuận tiện 2.2 Nhược điểm: ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 5 · Kích thước khuôn khổ lớn. · Tuổi thọ thấp. · 3. Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển: 3.1 Ưu điểm: · Đơn giản nhất so với các loại hộp giảm tốc khác. · Tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc thường từ 8 ÷ 40. 3.2 Nhược điểm: · Các bánh răng bố trí không đối xứng với các ổ, làm tăng sự phân bố không đều tải trọng trên chiều dài răng. · Do đó cần chú ý thiết kế trục đủ cứng, đặc biệt là trong trường hợp các bánh răng được nhiệt luyện đạt độ rắn cao và chịu tải trọng thay đổi, vì khi đó khả năng chạy mòn của bánh răng rất kém. Tuy nhiên vì kết cấu đơn giản nên loại sơ đồ này được sử dụng nhiều trong thực tế. 4. Bộ truyền đai thang: 4.1 Ưu điểm: · Loại đai này có tiết diện hình thang, mặt làm việc là hai mặt bên tiếp xúc với các rãnh hình thang tương ứng trên bánh đai, nhờ đó hệ số ma sát giữa đai và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai dẹt và do đó khả năng kéo cũng lớn hơn · Có thể truyền động giữa các trục xa nhau (>15m). [3] · Làm việc êm và không ồn nhờ vào độ dẻo của đai, do đó có thể truyền vận tốc lớn · Tránh cho các cơ cấu không có sự dao động lớn sinh ra do tải trọng thay đổi nhờ vào tính chất đàn hồi của đai. · Kết cấu đơn giản, giá thành hạ. 4.2 Nhược điểm: · Do ma sát lớn nên hiệu suất của đai hình thang thấp hơn so với đai dẹt. · Kích thước bộ truyền lớn. · Tỷ số truyền làm việc thay đổi do hiện tượng trượt đàn hồi của đai và bánh đai, phải có cơ cấu căng đai khi sử dụng. · Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn. · Tuổi thọ thấp (từ 1000 ÷ 5000 giờ) [3] . Với ưu điểm mạnh mẽ về tỉ số truyền và khoảng cách trục, nên bộ truyền đai được sử dụng khá rộng rãi. ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 6 v SỐ LIỆU THIẾT KẾ: · Hệ dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện 2- Bộ truyền đai thang 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển 4- Nối trục đàn hồi 5- Xích tải · Số liệu thiết kế: - Lực vòng trên xích tải: F(N) = 7300 - Vận tốc xích tải v(m/s) = 1,08 - Số răng đĩa xích tải dẫn z(răng) = 11 - Bước xích tải p(mm) = 110 - Thời gian phục vụ L(năm) = 6 - Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ) - Chế độ tải: T 1 =T , t 1 =60 s ; T 2 =0,87T , t 2 =12s T 60 0,87T T 12 T 2 T 1 +1 t Hình 1: Sơ đồ tải trọng N TRUYN NG C KH GVHD: PGS.TS. Nguyn Hu Lc SVTH: Nguyn Thanh Tun <20702773> Page 7 II. XC NH CễNG SUT NG C V PHN PHI T S TRUYN CHO H THNG TRUYN NG: 2.1 Chn ng c in: Da vo hỡnh 1 (S ti trng), ta xỏc nh ng c lm vic trong trng hp ti trng thay i. Khi ú, cụng sut tớnh toỏn l cụng sut tng ng khụng i m mt mỏt nng lng do nú sinh ra trng ng vi mt mỏt nng lng do cụng sut khụng i gõy nờn trong cựng mt thi gian. ( ) 2 2 1 2 1 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1 1 2 1 2 . . . . . ( ) ( ) t td td P P T T t t T T P t P t P P t t t t = ổ ử ổ ử ổ ử ỗ ữ + ỗ ữ ỗ ữ ỗ ữ + ố ứ ố ứ ố ứ = = + + v Hiu sut chung ca h thng truyn ng: 2 4 . . . ch br d ol nt h h h h h = ỉ Tra bng 2.3/19 [1] br h =0,96 : hiu sut b truyn bỏnh rng tr c che kớn d h =0,96 : hiu sut b truyn ai ol h =0,99 : hiu sut ln nt h =0,99 : hiu sut ni trc n hi 2 4 0,96 .0,95.0,99 .0,99 0,83 ch h ị = ; v Cụng sut cn thit trờn trc ng c: 7,72 9,30 0,83 t ct P P kW h = = = v Phõn phi t s truyn: 2 2 2 1 2 1 1 2 0,87 . 60 .12 . 7300.1,08 1 . . 7,72 1000 ( ) 1000 (60 12) t T t t T F v kW t t ổ ử ổ ử + + ỗ ữ ỗ ữ ố ứ ố ứ = = + + ; ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 8 · Số vòng quay của trục máy công tác (trục xích tải) 60000. 60000.1,08 54 . 11.110 lv v n z p = = ; vòng/phút § Trong đó: v - vận tốc xích tải = 1,08m/s z - số răng đĩa xích tải = 11 răng p - bước xích = 110 mm · Tỉ số truyền toàn bộ u t của hệ thống dẫn động 1 2 . . . t d d hgt u u u u u u = = § Dựa vào B2.4/21 – [1] Hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ có u hgt = 8÷40 Truyền động đai thang có u d = 3÷5 Chọn sơ bộ tỷ số truyền (24 200) t u£ £ : u t = 27 Þ Số vòng quay sơ bộ của động cơ: . 54.27 1458 sb lv t n u u= = = vòng/phút v Chọn động cơ: tra bảng phụ lục P1.3/ -[1] · Yêu cầu: động cơ được chọn phải có công suất P dc và số vòng quay đồng bộ thỏa mãn điều kiện: 9,30 1458 / dc ct db sb P P kW n n v ph ³ = ì í = î ; Đồng thời momen mở máy thỏa điều kiện mm k dn T T T T £ § Trong đó: T mm : momen mở máy của thiết bị cần dẫn động T k : momen khởi động của động cơ T : momen tải T dn : momen danh nghĩa ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 9 · BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ki ể u đ ộ ng cơ 4A132M4Y3 n đb 1500 vòng/phút cosφ 0,87 Công suất 11kW V ậ n t ố c quay 1458 vòng/phút k dn T T 2 Hi ệ u su ấ t 0,875 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động cơ điện 2.2 Tỉ số truyền tính lại: 1458 27 54 dc t lv n u n = = = · Ta sử dụng hộp giảm tốc khai triển trong bộ truyền và phân tỉ số truyền u h theo yêu cầu bôi trơn: Dựa vào B3.1/43-[1], ta chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ khai triển thỏa mãn đồng thời ba chỉ tiêu: § Khối lượng nhỏ nhất § Mô men quán tính thu gọn nhất § Thể tích các bánh răng lớn nhúng trong dầu ít nhất Chọn u h =8 3 ≤ u d ≤ 5 → u 1 = 3,2 u 2 = 2,5 → u d = 27/8 = 3,38 v Công suất trên các trục: o Trục 3: 3 2 2 7,72 7,96 . 0,99 .0,99 td ol nt P P kW h h = = ; o Trục 2: 3 2 2 7,96 8,38 . 0,96.0,99 ol P P kW h h = = ; o Trục 1: 2 1 1 8,38 8,82 . 0,96.0,99 ol P P kW h h = = ; . Đồ án Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 1 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án Thiết kế hệ thống. ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 3 ĐỀ TÀI ĐỀ SỐ 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI PHƯƠNG ÁN: 28 Hệ thống dẫn. Sơ đồ tải trọng ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 4 I. TÌM HIỀU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY: Dựa vào sơ đồ hệ thống dẫn động