thiết kế hệ thống dẫn động tời kéo

thiết kế hệ thống dẫn động tời kéo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Giáo viên hướng dẫn : Phạm Phú Lý

Thời gian hoàn thành đồ án : 10 tuần

15ph

40ph 2s

PV

2 Vận tốc kéo cáp : V = 0,99 m/s 1 Động cơ điện

3 Đường kính tang D = 725 mm 2 Bộ truyền đai dẹt

5 Thời gian phục vụ T = 6 năm 4 Nối trục đàn hồi

Một năm làm việc 285 ngày, một ngày làm việc 14 giờ 5 Tang

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với nhiều ngành trong các trường kỹ thuật sau khi học xong phần lý thuyết sẽ bước sang giai đoạn làm đồ án môn học Đối với môn học cơ sở thiết kế máy cũng không ngoại lệ

Thiết kế chi tiết máy là một bước ngoặc cho việc nghiên cứu, là cơ sở tính toán và thiết kế các bộ truyền động cơ khí cũng như các chi tiết máy Đây là đề tài thiết kế chính xác đầu tiên của sinh viên các ngành liên quan đến cơ khí chế tạo máy Nhiệm vụ chung là thiết

kế hệ thống dẫn động từ động cơ đến cơ cấu chấp hành

Đề tài: “ Thiết kế hệ thống dẫn động tời kéo với hộp giảm tốc khai triển” Ưu và nhược

điểm của loại này là:

Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, số lượng các chi tiết máy trong hộp ít

- Phương án cố định các bánh răng, ổ trên trục, trên gối đỡ dễ thực hiện

- Độ chính xác về vị trí tương đối giữa các trục không yêu cầu cao lắm

- Điều chỉnh sự ăn khớp của các cặp bánh răng, khe hở của các ổ lăn dễ dàng

Hộp giảm tốc khai triển được dùng khá rộng rãi trong các hệ thống dẫn động

Tuy còn mang nặng tính lý thuyết nhưng đồ án loại này đã giúp sinh viên bước đầu làm quen và hoàn thiện dần kĩ năng đào sâu nghiên cứu Nó giúp sinh viên ý thức hơn về công việc của mình

Do đây là lần đầu tiên làm đồ án nên không khỏi tránh được những thiếu sót trong quá trình tính toán thiết kế Mong quí thầy cô chỉ bảo tận tình để giúp mỗi sinh viên hoàn thiện hơn kĩ năng của mình

Xin chân thành cám ơn quí thầy cô!

c Chọn động cơ:

Từ bảng 2P/322 Chọn động cơ AO2-42-6 với các chỉ số như sau:

Công suât P = 4,0 kW vân tôc quay: n = 960 /

Khôi luong : 65 (kg) Hiêu suât : = 84,5%

dc chung

ct

n u

b Phân phối tỷ số truyền:

Để tạo điều kiện bôi trơn các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc ta chọn

phương pháp bôi trơn dầu ta chọn: u 1 = (1,2 ÷ 1,3) u 2

chung Ngoai dai

2, 94

3, 06( ) 0, 99.0, 97

3, 06

3,19( ) 0,97.0,99

' 1 3,19

3,36( ) 0,96.0,99

u n

II Tính toán bộ truyền ngoài

Bộ Truyền đai dẹt

Ta có:

Công suất trên trục động cơ: Pđộngcơ = 3,36 (kW)

Tốc độ quay: nđộngcơ = 960 (vong/phut)

Trong đó: P Công suất trên trục dẫn, kW

n Số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn

2

180' (1 ) (1 0, 01) .960 305,5( / )

560

d dc d

3 Định khoảng cách trục A và chiều dài đai L:

Chiều dài tối thiểu của đai:

ax

9 3( ) 3000( ) 3

Tùy theo cách nối đai, tăng thêm chiều dài đai khoảng 100 ÷ 400mm

4 Kiểm nghiệm góc ôm trên bánh nhỏ:

Điều kiện được thỏa mãn

5 Xác định tiết diện đai:

Chiều dày đai δ được chọn theo tỷ số

1

1 40

d D

Theo bảng 5-3/87 chọn đai vải cao su loại A có chiều dày δ = 4,5mm

Lấy ứng suất căng ban đầu σo = 1,8N/mm2, theo trị số 1 180

Ct = 0,9 Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng, tra bảng 5-6/89

Cα = 0,95 Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm, tra bảng 5-7/90

Cv = 0,99 Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc, tra bảng 5-8/90

6 Xác định chiều rộng B của bánh đai:

Theo bảng 5-10/91 ứng với chiều rộng của đai b = 45 (mm) ta tìm được:

Chiều rộng B của bánh đai: B = 60 (mm)

7 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Lực căng ban đầu được tính theo công thức:

S   b

Trong đó:

δ = 4,5 Chiều dày đai, mm

σ0 = 1,8 Ứng suất căng ban đầu, N/mm2

b= 45 Chiều rộng của đai, mm

HB2 = 220 (Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi dưới 100mm)

A Bộ truyền cấp nhanh: Bánh trụ răng thẳng, tỉ số truyền u1 = 3,84

2 Xác định ứng suất cho phép:

a Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Số chu kỳ tương đương:

u Số lần ăn khớp của 1 răng khi bánh răng quay 1 vòng

Mi; ni; Ti Momen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i

Mmax Momen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng

No Số chu kỳ cơ sở đường cong mỏi tiếp xúc

kN’ Hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc

Số chu kỳ làm việc tương đương của bánh nhỏ:

b Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kỳ tương đương:

max

m i

No Số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn

kN’’ Hệ số chu kỳ ứng suất uốn

m Bậc đường cong mỏi uốn, lấy m= 6 đối với thép thường hoá

u Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay 1 vòng

Giới hạn mỏi uốn của thép 55: σ-1= 0,4 σb1 = 0,4.660 = 264 (N/mm2)

Giới hạn mỏi uốn của thép 45: σ-1= 0,4 σb2 = 0,4.600 = 240 (N/mm2)

Hệ số an toàn n= 1,5; Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng Kσ= 1,8

Vì ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động nên tính ứng suất uốn cho phép bằng công thức sau:

  0 '' 1, 4 1, 6  1 ''

N N

u

K K

6 Tính vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:

Vận tốc vòng của bánh răng trụ:

1,13( / ) 60.1000 60.1000.( 1) 60.1000.(3,84 1)

9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

Đối với bánh răng trụ răng thẳng: Z td Z

19,1.10

0, 517

y

N mm y

ax 2

df1=d1 – 2,5.m

df2=d2 – 2,5.m

63,75 263,75

mm

mm

2 2.9,55.10 3,19

2720( )70.320

x t

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Số chu kỳ tương đương:

u Số lần ăn khớp của 1 răng khi bánh răng quay 1 vòng

Mi; ni; Ti Momen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i

Mmax Momen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng

No Số chu kỳ cơ sở đường cong mỏi tiếp xúc

kN’ Hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc

Số chu kỳ làm việc tương đương của bánh nhỏ:

b) Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kỳ tương đương:

max

m i

No Số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn

kN’’ Hệ số chu kỳ ứng suất uốn

m Bậc đường cong mỏi uốn, lấy m= 6 đối với thép thường hoá

u Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay 1 vòng

Giới hạn mỏi uốn của thép 55: σ-1= 0,4 σb1 = 0,4.660 = 264 (N/mm2)

Giới hạn mỏi uốn của thép 45: σ-1= 0,4 σb2 = 0,4.600 = 240 (N/mm2)

Hệ số an toàn n= 1,5; Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng Kσ= 1,8

Vì ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động nên tính ứng suất uốn cho phép bằng công thức sau:

  0 '' 1, 4 1, 6  1 ''

N N

u

K K

n2 Số vòng quay trong 1 phút của bánh bị dẫn

θ‘ Hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải

2 6

6 Tính vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:

Vận tốc vòng của bánh răng trụ:

.1 1 2 1 2 .215.83,3

0, 45( / )60.1000 60.1000.( 1) 60.1000.(3, 2 1)



 , cấp chính xác 9 và vận tốc vòng v < 3 m/s tra bảng 3-14/48 tìm được:

Kd = 1,2

Vậy hệ số tập trung tải trọng K=Ktt.Kd= 1,04.1,2 = 1,248 không khác nhiều so với trị số

dự đoán (K= 1,3) nên không cần tính lại khoảng cách trục A

s 0, 99

td

Z Z

s 0,99

td

Z Z

19,1.10 ''

ax 2

11 Các thông số chủ yếu của bộ truyền:

Kết quả

df1=d1 – 2,5.m

df2=d2 – 2,5.m

94,5 316,5

2 Tính đường kính sơ bộ của trục:

P Công suất truyền, [kW]

n Số vòng quay trong 1 phút của trục

Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng, trong 3 trị số dI ; dII ; dIII trên ta chọn trị số dII =

40 [mm] để chọn loại ổ bi đỡ cỡ trung bình, tra bảng 14P/339 ta có được chiều rộng của ổ B

- Khoảng cách giữa các chi tiết quay: c = 10 mm

- Khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay tới thành trong của hộp: a = 12 mm

- Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp: l2 = 10 mm

- Chiều cao của nắp và đầu bulông: l3 = 16 mm

- Khoảng cách từ nắp ổ đến mặt bên bánh đai: l4 = 15 mm

- Chiều rộng bánh răng: bI = 52 mm ; bII = 65 mm

- Chiều rộng bánh đai:Bdai = 60 mm

- Chiều rộng của ổ lăn: B = 23 mm

- Khe hở giữa trục và bánh răng: l7 = 20 mm

- Chiều dài phần mayơ lắp với trục: l5 = 60 mm

b B

m m

M oy (N.mm)

95361 78663

Tính đường kính trục ở 2 tiết diện n-n và m-m:

0,1.[ ]

td M

3 168741

32,3( ) 0,1.50

m m

Lấy dn-n = 30 (mm) đường kính lắp ổ lăn, đường kính đầu trục ra dra = 28(mm),

dm-m = 35 (mm) do đoạn trục này có làm rãnh then để cố định bánh răng theo phương tiếp tuyến Những trị số đã chọn phù hợp với tiêu chuẩn

b B

Tính momen uốn ở tiết diện nguy hiểm:

Tiết diện i-i:

/

M   M M

122577 25466

Tính đường kính trục ở 2 tiết diện i-i và j-j:

0,1.[ ]

td M

Tính đường kính trục ở tiết diện k-k:

0,1.[ ]

td M

k k

Lấy dk-k = 65 (mm) do đoạn trục này có làm rãnh then để cố định bánh răng theo phương tiếp tuyến, đường kính lắp ổ lăn d = 60 (mm), đường kính đầu trục ra

d = 60 (mm) Những trị số đã chọn phù hợp với tiêu chuẩn

Trong các công thức trên :

σ-1 và τ-1 Giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng

Đối với trục II:

5 Khớp nối trục:

Nối trục được dùng để nối cố định các trục, chỉ khi nào dừng máy, tháo nối trục thì các trục mới rời nhau Nối trục được chia ra làm các loại: nối trục chặt, nối trục bù và nối trục đàn hồi

Trong nối trục đàn hồi hai nửa nối trục nối với nhau bằng bộ phận đàn hồi Nhờ có bộ phận đàn hồi cho nên nối trục đàn hồi có khả năng giảm va đập và chấn động, đề phòng cộng hưởng do dao động xoắn gây nên và bù lại độ lệch trục Ở đây chọn nối trục vòng đàn hồi

Nối trục vòng đàn hồi cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và giá rẻ, do đó được dùng khá rộng rãi

Chọn vật liệu làm nối trục: thép rèn 35; vật liệu chế tạo chốt: thép 45 thường hoá

c

hồi

nmax[vg/ph]

dc lc Ren

Số chốt

Z

Đường kính ngoài

t d

lv Chiều dài toàn bộ của vòng đàn hồi;

[σ]d Ứng suất dập cho phép của vòng cao su; [σ]d = (2÷3) [N/mm2]

Vậy các kích thước của nối trục thoả mãn điều kiện bền uốn và bền dập

Phản lực tại khớp nối được bỏ qua (P  k 0)

c

   [N/mm2] < [τ]c

Trục II:

Tại tiết diện i-i và j-j

Đường kính trục để lắp then là: 50 mm; Tra (bảng 7-23/143) tìm được:

d

   [N/mm2] < [σ]d Ứng suất cắt cho phép:   2

   [N/mm2] < [σ]d Ứng suất cắt cho phép:   2

Trong đó: Q Tải trọng tương đương, [daN]

n Số vòng quay của ổ, [vong/phut]

h Thời gian phục vụ, [giờ]

Vì FrA > FrB nên chỉ tính cho gối đỡ tại A và chọn ổ cho gối trục này, còn gối trục kia lấy

Vai trục và lỗ của vỏ hộp hoặc của ống lót cần đủ cao để các vòng ổ có thể tựa một cách

4 Bôi trơn ổ lăn:

Bôi trơn bộ phận ổ nhằm giảm mất mát ma sát giữa các chi tiết lăn, chống mòn, tạo điều kiện thoát nhiệt tốt, bảo vệ bề mặt làm việc của chi tiết không bị hoăn gỉ, giảm tiếng ồn và bảo vệ ổ khỏi bụi

Việc chọn hợp lý loại dầu và cách bôi trơn làm tăng tuổi thọ của bộ phận ổ

Điều kiện chọn chất bôi trơn:

 Vận tốc của vòng ổ quay

 Tải trọng tác động

 Nhiệt độ làm việc và đặc điểm của môi trường xung quanh

Thường dùng mỡ hoặc dầu để bôi trơn

Dùng mỡ ít bị chảy ra ngoài; lấp kín khe hở của các chi tiết máy quay và chi tiết máy cố định, nhờ đó bảo vệ khỏi bụi bặm; mỡ có thể dùng cho các bộ phận ổ làm việc lâu dài; chống mòn tốt, độ nhớt ít thay đổi khi nhiệt độ ít biến thiên

Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mỡ, vì vận tốc bộ truyền bánh răng thấp, không thể dùng phương pháp bắn toé để hắt dầu trong hộp vào bôi trơn bộ phận ổ Có thể dùng mỡ loại T ứng với nhiệt độ làm việc từ 600 – 1000C và vận tốc dưới 1500 v/ph

Lượng mỡ chứa 2/3 chỗ rỗng của bộ phận ổ Để mỡ không chảy ra ngoài và ngăn không cho dầu rơi vào bộ phận ổ, nên làm vòng chắn dầu

Bôi trơn ổ bằng mỡ là phương pháp đơn giản nhất vì không cần những thiết bị đặc biệt để dẫn dầu vào ổ, chỉ cần nhét mỡ vào bộ phận ổ với một lượng đủ để bôi trơn suốt thời kỳ làm việc Tuy nhiên không nên cho mỡ quá nhiều vì lượng mỡ thừa sẽ làm tăng nhiệt độ trong ổ Khối lượng mỡ cho vào lần đầu trong bộ phận ổ nên theo quy định: khi số vòng quay ổ nhỏ và trung bình mỡ lấp đầy dưới 2/3 thể tích rỗng của bộ phận ổ Khi tra thêm mỡ có thể tháo nắp ổ hoặc dùng những nút hoặc vú mỡ Cần thay mỡ hoàn toàn sau một thời gian nhất định, thường thay mỡ lúc sửa chữa định kỳ

Khi bôi trơn ổ bằng mỡ cần thiết kế các chi tiết che không cho các mảnh kim loại hoặc những tạp chất khác từ dầu chứa trong hộp bắn vào

Bôi trơn bằng mỡ có nhược điểm là làm tăng kích thước chiều dài của bộ phận ổ chẳng hạn cần chứa các vòng chắn dầu

5 Che kín ổ lăn:

Để che kín các đầu trục ra, tránh sự xâm nhập của bụi bặm và tạp chất vào ổ, cũng như ngăn mỡ chảy ra ngoài, ở đây dùng loại vòng phớt là đơn giản nhất Tuy nhiên nhược điểm của vòng phớt là chóng mòn, vì hệ số ma sát lớn

Để tăng độ tin cậy của vòng phớt nên gia công bề mặt trục đạt độ bóng cao

Để dầu không chảy ra ngoài, nên làm nắp điều chỉnh áp lực ép vòng phớt trong rãnh

V THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC

và độ cứng lớn nên làm thêm các gân

Để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc người ta lắp các bulông vòng trên nắp hoặc làm vòng móc

Để cố định hộp giảm tốc trên bệ máy, ở thân hộp có làm chân đế Mặt chân không nên làm phẳng, mà nên làm hai dãy lồi song song hoặc những phần lồi nhỏ nhằm giảm tiêu hao vật liệu, giảm thời gian gia công và tạo khả năng lưu thông không khí để thoát nhiệt

Đáy hộp nên làm nghiêng từ 10 – 20 về phía lỗ tháo dầu ra

Để quan sát các chi tiết máy trong hộp và rót dầu vào hộp, trên đỉnh nắp hộp có làm cửa thăm có nắp đậy

Các kích thước của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc:

Chiều dày thành thân hộp:

Đường kính bulông vòng chọn theo trọng lượng hộp giảm tốc, với khoảng cách trục A

của hai cấp 172 x 215, tra bảng 10-11a/275 và 10-11b/276 chọn bulông M16

2 Một số chi tiết khác

a Cửa thăm

Để kiểm tra, quan sát các tiết máy trong hộp khi lắp ghép và để đổ dầu vào hộp, trên đỉnh

hộp có lắp cửa thăm Dựa vào bảng 10-12/227 ta chọn kích thước của cửa thăm:

thước vít

Số lượng vít

150 100 190 140 175 130 120 12 M8 x 22 4

b Nút thông hơi

Khi làm việc nhiệt độ trong hộp tăng lên, để giảm áp suất và điều hòa không khí bên trong và bên ngoài hộp, người ta dùng nút thông hơi Nút thông hơi được lắp trên nắp cửa

thăm (hình vẽ nắp cửa thăm) Theo bảng 10-16/279 ta chọn các kích thước của nút thông

hơi như sau:

g Kiểm tra mức dầu

Để kiểm tra mức dầu trong hộp ta dùng que thăm dầu, que thăm dầu có kết cấu và kích thước như hình vẽ

h Chốt định vị

Mặt ghép giữa nắp và thân nằm trong mặt phẳng chứa đường tâm các trục Lỗ trụ lắp ở trên nắp và thân hộp được gia công đồng thời, để đảm bảo vị trí tương đối của nắp và thân trước và sau khi gia công cũng như khi lắp ghép, ta dùng 2 chốt định vị, nhờ có chốt định vị khi xiết bulông không làm biến dạng vòng ngoài của ổ

Bánh răng 3

Bánh răng 4

k Kết cấu trục:

Giảm ứng suất tập trung trên trục:

Ở các tiết diện của trục thay đổi, người ta thường làm góc lượn để giảm ứng suất tập

trung Bán kính góc lượn phải nhỏ hơn bán kính hoặc chiều dài cạnh vát của chi tiết lắp trên

nó, nhằm đảm bảo chi tiết tỳ sát vào mặt định vị của vai trục

Truc I: Đường kính vai trục: dv = 40mm

Truc II: Đường kính vai trục: dv = 60mm

Truc III: Đường kính vai trục: dv = 73mm

Bán kính góc lượn: tra bảng 7-15/135 & 7-16/135

Trục Đường kính Phần trục mang tiết máy Phần trục không mang tiết máy

VII BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC:

Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoát nhiệt tốt và đề phòng các chi tiết máy bị hoăn gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộ truyền trong hộp giảm tốc

Việc chọn hợp lý loại dầu, độ nhớt và hệ thống bôi trơn sẽ làm tăng tuổi thọ của các bộ truyền tức là nâng cao thời gian sử dụng máy

Vận tốc nhỏ nên chọn phương pháp bôi trơn bộ truyền bánh răng là ngâm các bánh răng trong hộp dầu

Đối với những hộp giảm tốc nhiều cấp, nếu các bánh răng không ngâm được trong dầu thì làm nghiêng bề mặt ghép nắp và thân hộp Đối với hộp giảm tốc đặt đứng có thể dùng thêm bánh răng bôi trơn hoặc vòng bôi trơn

Dung lượng của dầu trong hộp thường lấy khoảng 0,4 0,8 lít cho 1kW công suất truyền, trị số nhỏ dùng cho hộp giảm tốc cỡ lớn