Hướng dẫn đồ án chi tiết máy

Hướng dẫn đồ án chi tiết máy, dành cho sinh viên các trường đại học cao đẳng, chuyên ngành cơ khí chế tạo máy, tài liệu hường dẫn làm đồ án cho môn học chi tiết máy, rất giúp ích cho bạn trong việc làm đồ án

HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Thái Nguyên, 2/2009

Các phần chính trong Thuyết minh

đồ án chi tiết máy

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Lời nói đầu

Tμi liệu tham khảo

Mục lục

Phần I: tính toán động học hệ dẫn động cơ khí

1 Tính chọn động cơ điện

1.1 Chọn kiểu loại động cơ

1.2 Chọn công suất động cơ

1.3 Chọn tốc độ đồng bộ của động cơ

1.4 Chọn động cơ thực tế

1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ

2 Phân phối tỉ số truyền

2.1 Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoμi hộp giảm tốc

2.2 Tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hộp giảm tốc

3 Tính toán các thông số trên các trục

3.1 Tính công suất trên các trục

3.2 Tính số vòng quay trên các trục

3.3 Tính mô men xoắn trên các trục

3.4 Lập bảng kết quả

Phần II: Thiết kế các chi tiết truyền động

1 Thiết kế bộ truyền đai (xích)

2 Thiết kế bộ truyền bánh răng (trục vít-bánh vít) cấp nhanh

3 Thiết kế bộ truyền bánh răng (trục vít-bánh vít) cấp chậm

4 Kiểm tra điều kiện bôi trơn cho hộp giảm tốc

5 Kiểm tra điều kiện chạm trục

6 Kiểm tra sai số vận tốc

Phần Iii: thiết kế các chi tiết đỡ nối

1 Thiết kế trục

1.1.Tính trục theo độ bền mỏi

1.1.1 Tính sơ bộ

1.1.2 Tính gần đúng 1.1.3 Tính chính xác 1.2 Tính trục theo độ bền tĩnh (tính quá tải)

1.3 Tính độ cứng cho trục

2 Tính chọn ổ lăn

1.1 Chọn phương án bố trí ổ 1.2 Tính ổ theo khả năng tải động 1.3 Tính ổ theo khả năng tải tĩnh

3 Tính chọn khớp nối

4 Tính chọn then

4.1 Tính chọn then cho trục I

4.2 Tính chọn then cho trục II

4.3 Tính chọn then cho trục III

Phần Iv: cấu tạo vỏ hộp, các chi tiết phụ vμ chọn chế độ lắp trong hộp

1 Thiết kế các kích thước của vỏ hộp

2 Thiết kế các chi tiết phụ (chốt định vị, que thăm dầu, bu lông vòng vv…)

3 Chọn các chế độ lắp trong hộp

Tμi liệu tham khảo

1 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán hệ dẫn động cơ khí, tập I,II, NXB Giáo

dục, 1999

2 Nguyễn Văn Lẫm, Nguyễn Trọng Hiệp, Thiết kế đồ án chi tiết máy, NXB

Giáo dục, 1993

3 Nguyễn Bá Dương, Nguyễn Văn Lẫm, Hoμng Văn Ngọc, Lê Đắc Phong, Tập bản vẽ chi tiết máy, NXB Đại học vμ trung học chuyên nghiệp, 1978

…

Phần I

Tính toán động học hệ dẫn động cơ khí.

1 Chọn động cơ điện:

- Chọn kiểu, loại động cơ;

- Chọn công suất động cơ;

- Chọn tốc độ đồng bộ động cơ;

- Chọn động cơ thực tế;

- Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ

Nội dung cụ thể của các bước như sau:

1 1 Chọn kiểu, loại động cơ:

a Động cơ điện một chiều:

b Động cơ điện xoay chiều:

Gồm hai loại: Động cơ ba pha đồng bộ vμ động cơ ba pha không đồng bộ

Động cơ ba pha không đồng bộ lại chia ra kiểu rôto dây cuốn vμ kiểu rôto lồng sóc Với hệ dẫn động cơ khí (hệ dẫn động băng tải, xích tải, vít tải dùng với các hộp giảm tốc) nên sử dụng loại động cơ điện xoay chiều ba pha rôto lồng sóc

1.2 Chọn công suất động cơ:

Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ nhằm đảm bảo cho nhiệt độ của động cơ khi lμm việc không lớn hơn trị số cho phép Để đảm bảo điều kiện đó cần thoả mãn yêu cầu sau:

Pdm dc ≥ Pdt dc (kW) (1.1) Trong đó: Pdm dc - công suất định mức của động cơ;

dc - công suất đẳng trị trên trục động cơ, được xác định như sau:

dt

P

+) Trường hợp tải không đổi:

lv

dc

+) Trường hợp tải thay đổi:

ck

i ct lv

ct i dc

lv

c

dt

t

t P

P P

P ∑ ⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

≥

2

d (1.3)

Với: ct - Giá trị công suất lμm việc danh nghĩa trên trục công tác

lv

P

dc - công suất lμm việc danh nghĩa trên trục động cơ:

lv

P

Plv dc = Plv ct / η∑ (kW) (1.4) Trong đó:

ct - công suất phụ tải ở chế độ thứ i trên trục công tác

i

P

t i, t ck - thời gian lμm việc ở chế độ thứ i vμ thời gian cả chu kỳ;

η∑ - hiệu suất chung của toμn hệ thống; Khi xác định cần chú ý nh− sau:

+) Với các sơ đồ gồm các bộ truyền mắc nối tiếp:

η∑ = η 1 η 2 η 3 (1.5)

η1, η2, η3 lμ hiệu suất các bộ truyền vμ các cặp ổ lăn trong hệ truyền dẫn Giá trị của

chúng cho trong bảng 1.1

+) Với các sơ đồ gồm các bộ truyền mắc song song (các sơ đồ tách đôi), hiệu suất của cụm các bộ truyền xác định theo:

η∑= η i (1.6) Công suất lμm việc danh nghĩa trên trục công tác đ−ợc xác định theo công thức sau:

P lv ct =F v t ⋅ /103 (kW) (1.7) Với, Ft lμ lực vòng trên trục công tác (N); v lμ vận tốc vòng của băng tải (xích tải) (m/s)

Bảng 1.1 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền vμ các ổ [1]

Hiệu suất của bộ truyền hoặc ổ Tên gọi

Bộ truyền bánh răng trụ

Bộ truyền bánh răng côn

Bộ truyền trục vít

- tự hãm

-không tự hãm với Z1 = 1

Z1 = 2

Z1 = 4

Bộ truyền xích

Bộ truyền bánh ma sát

Bộ truyền đai

Một cặp ổ lăn

Một cặp ổ tr−ợt

0,96 - 0,98 0,95 - 0,97

0,30 - 0,40 0,70 - 0,75 0,75 - 0,82 0,87 - 0,92 0,95 - 0,97 0,90 - 0,96

0,99 - 0,995 0,98 - 0,99

0,93 - 0,95 0,92 - 0,94 0,20 - 0,30

0,90 - 0,93 0,70 - 0,88 0,95 - 0,96

Chú thích: Trị số hiệu suất của các bộ truyền bánh răng cho trong bảng ứng với cấp chính xác 8 vμ 9 Khi dùng bộ truyền kín với cấp chính xác 6 vμ 7 thì tăng trị số trong bảng lên 1 1,5 %

1.3 Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ

Số vòng quay đồng bộ của động cơ (còn gọi lμ tốc độ từ trường quay) được xác định theo công thức:

p

f

n db = 60 (1.8) Trong đó: f - tần số của dòng điện xoay chiều (Hz) (f = 50 Hz);

p - số đôi cực từ; p = 1; 2; 3; 4; 5; 6

Trên thực tế, số vòng quay đồng bộ có các giá trị lμ 3000, 1500, 1000, 750, 600 vμ

500 v/ph Số vòng quay đồng bộ cμng thấp thì kích thước khuôn khổ vμ giá thμnh của

động cơ cμng tăng (vì số đôi cực từ lớn) Tuy nhiên dùng động cơ có số vòng cao lại yêu cầu giảm tốc nhiều hơn, tức tỉ số truyền của toμn hệ thống tăng, dẫn tới kích thước vμ giá thμnh của các bộ truyền tăng lên Do vậy, trong các hệ dẫn động cơ khí nói chung, nếu không có yêu cầu gì đặc biệt, hầu như các động cơ có số vòng quay

đồng bộ lμ 1500 hoặc 1000 v/ph (tương ứng số vòng quay có kể đến sự trượt 3% lμ

1450 vμ 970 v/ph)

Cách xác định số vòng quay đồng bộ như sau:

+) Tính số vòng quay của trục công tác:

- Với hệ dẫn động băng tải:

D

v

nct

π

3

10 60

Trong đó:

D - đường kính tang dẫn của băng tải (mm);

v - vận tốc vòng của băng tải (m/s);

- Với hệ dẫn động xích tải:

zp

v

nct

3

10 60

Với, z lμ số răng đĩa xích tải; v lμ vận tốc vòng của xích tải (m/s); p lμ bước xích tải (mm)

+) Xác định số vòng quay đồng bộ nên dùng cho động cơ:

Chọn sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ nđb = 1500 v/ph (kể đến sự trượt

nđb = 1450 v/ph); Khi nμy tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống usb được xác định:

ct ct

db

n

Sau khi có giá trị usb ta so sánh nó với các giá trị nên dùng vμ giá trị giới hạn của hệ thống (bảng 1.2):

- Nếu usb nằm trong khoảng u nên dùng thì nđb=1500 v/ph;

- Nếu usb > u nên dùng vμ nằm trong khoảng u giới hạn thì nđb= 1000 v/ph;

- Nếu usb < u nên dùng vμ nằm trong khoảng u giới hạn thì nđb = 3000 v/ph;

Bảng 1.2 Tỉ số truyền nên dùng vμ giới hạn của các truyền động

Loại truyền động Tỉ số truyền

nên dùng

Tỉ số truyền giới hạn

Bộ truyền đai

Bộ truyền xích

Bộ truyền bánh răng trụ để hở

Bộ truyền bánh răng côn để hở

Hộp giảm tốc bánh răng trụ:

- 1 cấp

- 2 cấp

- 3 cấp

Hộp giảm tốc bánh răng côn 1 cấp

Hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ

Hộp giảm tốc trục vít 1 cấp

Hộp giảm tốc trục vít 2 cấp

Hộp giảm tốc bánh răng - trục vít

Hộp giảm tốc trục vít - bánh răng

1,5 - 4 1,5 - 5 1,5 - 6 1,3 - 4

1,5 - 8

8 - 40 31,5 - 180

1 - 5

8 - 31,5

8 - 60

300 - 800

20 - 315

20 - 315

1 - 6

1 - 6

1 - 12,5

1 - 8

1 - 11

4 - 60

25 - 326

1 - 8 6,3 - 40 6,5 - 80 42,25 - 3600 14,6 - 480 14,6 - 480

- Nếu usb nằm ngoμi khoảng tỉ số truyền giới hạn thì dạng hộp giảm tốc định thiết kế không phù hợp với số liệu đã cho Khi nμy cần chọn lại hộp giảm tốc loại khác cho phù hợp

1.4 Chọn động cơ thực tế

Căn cứ vμo công suất đẳng trị đã tính tiến hμnh tra bảng chọn động cơ có công suất định mức thoả mãn điều kiện (1.1) vμ có số vòng quay đồng bộ của động cơ lμ giá trị đã xác định đ−ợc

1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ

a Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ:

Khi khởi động, động cơ cần sinh ra một công suất đủ lớn để thắng sức ỳ của hệ thống Vì vậy cần kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ

Điều kiện mở máy của động cơ thoả mãn nếu công thức sau đảm bảo:

dc (1.12)

bd

dc

Trong đó: dc - công suất mở máy của động cơ (Kw):

mm

P = T T P với Tk

vμ Tdn vμ mô men khởi động vμ mô men danh nghĩa của động cơ (tra bảng động cơ)

P bd dc - công suất cản ban đầu trên trục động cơ (kW):

P bd dc =K bd P lv dc

Nếu động cơ đã chọn không thoã mãn điều kiện (1.12) thì cần chọn lại động cơ

có công suất định mức lớn hơn rồi kiểm nghiệm lại

b Kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ:

Với sơ đồ tải thay đổi, để tránh cho động cơ bị quá tải cần kiểm tra quá tải cho

động cơ theo điều kiện sau:

dc (1.13)

qt

dc P

Pmax ≥

với : Pmaxdc - công suất lớn nhất cho phép của động cơ (kW);

dm dn

T

T

P dm dc - công suất định mức của động cơ (kW);

Giá trị Tmax/T dn tra bảng thông số động cơ;

- công suất đặt lên trục động cơ khi quá tải, chính lμ công suất trên trục

động cơ của giá trị tải lớn nhất trong sơ đồ tải

dc

qt

P

Nếu điều kiện (1.13) không thoả mãn, cần chọn lại động cơ điện rồi kiểm tra lại

2 Phân phối tỉ số truyền

Tỉ số truyền (TST) chung của toμn hệ thống u∑ xác định theo:

ct

dc

n

n

Trong đó: nđc - số vòng quay của động cơ đã chọn (v/ph);

nct - số vòng quay của trục công tác (v/ph)

Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp có:

u∑ = u 1 u 2 u 3 (1.15)

Với: u 1, u 2, u 3 tỉ số truyền của các bộ truyền trong hệ thống

Sau đây trình bμy cách phân phối TST của một số trường hợp cụ thể:

2.1 Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoμi hộp giảm tốc

Ký hiệu uh lμ TST của hộp giảm tốc (HGT); ung lμ TST của bộ truyền ngoμi hộp TST của bộ truyền ngoμi thường được xác định theo kinh nghiệm như sau:

+) Với hệ dẫn động gồm HGT 1 cấp nối với 1 bộ truyền ngoμi hộp thì:

u ng = (0,7 ữ 0,75) u h

Do đó:

ung = ( 0 , 7 ữ 0 , 75 ) u∑ (1.16) Hay ta có:

ng

h u

u

u = ∑ (1.17)

Nếu bộ truyền ngoμi lμ bộ truyền đai, để giảm sai số do việc quy chuẩn đường kính các bánh đai, nên quy chuẩn giá trị tính được theo dãy TST tiêu chuẩn như sau: 1,00; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,00; 2,24; 2,50; 2,80; 3,15; 3,55; 4,00; 4,50; 5,00

+) Với hệ dẫn động gồm HGT 2 cấp bánh răng nói với 1 bộ truyền ngoμi hộp thì:

u ng = ( 0,15 ữ 0,1 ) u h

Hay

ung = ( 0 , 15 ữ 0 , 1 ) u∑ (1.18) (trị số nhỏ dùng khi uh lớn)

+) Với hệ dẫn động gồm HGT trục vít 2 cấp; trục vít - bánh răng hoặc bánh răng - trục vít nối với 1 bộ truyền ngoμi hộp thì:

u ng = ( 0,125 ữ 0,025 ) u h

Hay

ung = ( 0 , 125 ữ 0 , 025 ) u∑ (1.19) (trị số nhỏ dùng khi uh lớn)

2.2 Tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc

a Với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển

- Tỉ số truyền của hộp có thể phân theo chỉ tiêu tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất (cũng chính lμ để bôi trơn HGT hợp lý nhất) Khi nμy TST của bộ truyền cấp chậm được xác định theo công thức sau [2]:

1

0,96

ba

h ba

ψ

=

⋅ ⋅u

,3

(1.20)

Trong đó: ψba1 ; ψba2 - hệ số chiều rộng bánh răng cấp nhanh vμ cấp chậm

Trong thực tế, thường ψba2/ ψba1= 1, 2 1 ữ ; nếu chọn ψba2/ ψba1= 1 ,3 thì ta có công thức sau [2]:

u2 = 1,1 ⋅ u3 h (1.21)

- Tỉ số truyền của hộp cũng có thể phân theo hμm đa mục tiêu với thứ tự ưu tiên các hμm đơn mục tiêu sau: khối lượng các bộ truyền, mô men quán tính thu gọn vμ thể tích các bánh lớn nhúng dầu nhỏ nhất; khi nμy tỉ số truyền các cấp có thể tra bảng 3.1 [1] hoặc tính theo công thức:

u1 ≈ 0 , 8253 uh2 (1.22)

b Với hộp giảm tốc bánh răng đồng trục

- Với HGT bánh răng đồng trục có thể tính TST bộ truyền cấp nhanh u1 theo công thức [3]:

1

2

1,34 ba 7,9 0.4 0,033 2,5

h ba

ψ

⎛ ⎞

= ⋅⎜ ⎟ ⋅ + + ⋅ ư

⎝ ⎠ u h (1.23)

c Với hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ 2 cấp:

Với HGT bánh răng côn - trụ 2 cấp, để nhận được chiều cao của HGT nhỏ nhất

có thể tính tỉ số truyền bộ truyền bánh răng cấp nhanh u1 công thức sau [4]:

2

5 , 0 1

073 , 1

be be

h ba

K K

u u

ư

≈ ψ (1.24)

Trong đó: K be - hệ số chiều rộng vμnh răng bánh răng côn; K be = 0,25 ữ 0,3;

ψba2 - hệ số chiều rộng bánh răng trụ; ψba2 =0,3ữ0,4

Khi K be = 0,3 vμ ψ ba2 = 0,4 (các giá trị tối ưu) ta có [4]:

2 1 , 32 uh

u ≈ (1.25)

d Với hộp giảm tốc bánh răng cấp nhanh tách đôi

Với HGT cấp nhanh tách đôi, để nhận được kích thước tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất (cũng chính lμ để bôi trơn HGT hợp lý nhất), TST của bộ truyền bánh răng cấp chậm xác định theo công thức [5]:

0.333

2 2 2

1

ba

K

ψ

⎝ u ⎟⎠ (1.26) Với K C2 = ữ1 1,3

e Với hộp giảm tốc bánh răng cấp chậm tách đôi

Với HGT cấp chậm tách đôi, để nhận được kích thước tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất (cũng chính lμ để bôi trơn HGT hợp lý nhất), TST của bộ truyền bánh răng cấp chậm xác định theo công thức [6]:

3 2

1

ba

K

ψ

⋅

(1.27) Với K C2 = ữ1 1,3

f Với hộp giảm tốc bánh răng - trục vít:

- Với HGT bánh răng - trục vít, để bánh răng lớn không nhúng sâu quá trong dầu cũng như để có thể bố trí gọn HGT, tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng u1 có thể tra theo đồ thị hình 3.25 [1], hoặc có thể tính theo công thức sau (dùng khi uh < 100):

5 0 , 012 0 , 17

- Để nhận được kích thước của bộ truyền trục vít - bánh vít nhỏ nhất vμ kết cấu của hộp hợp lý, tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng u1 được xác định theo công thức: +) Khi mô men xoắn trên trục ra Tr = 105 ữ 106 Nmm thì:

u1 ≈ Tp + 1 , 1 ư 0 , 22 Tp + 0 , 123 (1.29) +) Khi mô men xoắn trên trục ra Tr = 106 ữ 8.106 Nmm thì:

u1 ≈ 0 , 97 Tp + 1 , 89 ư 0 , 032 Tp + 0 , 181 (1.30) Trong đó:

5

10

r

p T

T =

Tr - mô men xoắn trên trục ra (Nmm)

g HGT trục vít 2 cấp:

Với HGT trục vít 2 cấp có thể phân phối tỉ số truyền nhằm đạt được kết cấu của HGT lμ hợp lý nhất [7], khi nμy tỉ số truyền của bộ truyền trục vít - bánh vít cấp chậm

sẽ lμ:

u2 ≈30,97 (1.31)

Tỉ số truyền bộ truyền trục vít bánh vít cấp nhanh u1 xác định theo công thức:

u1 = u / uh 2 (1.32)

8

Chú ý: nếu u1<8 thì lấy u1=8 vμ tính lại u2 theo công thức:

u2 = u /h (1.33)

3 Tính toán các thông số trên các trục

Ký hiệu các chỉ số tính toán như sau: chỉ số "đc" ký hiệu trục động cơ; các chỉ

số "I", "II", "III" chỉ trục số I, II vμ III

3.1 Tính công suất trên các trục

Với sơ đồ tải thay đổi, chọn công suất danh nghĩa lμ công suất lớn nhất

- Công suất danh nghĩa trên trục động cơ tính theo công thức (1.4):

ct

P

η∑

- Công suất danh nghĩa trên các trục I, II vμ III xác định theo các công thức sau:

PI = Pdcηdc I oữ η

PII = PI ⋅ ηI IIữ ⋅ ηo

PIII = PII ⋅ ηII IIIữ ⋅ ηo

3.2 Tính số vòng quay của các trục