Bài giảng đồ án cơ sở thiết kế máy

Chọn động cơ Bước 1: Xác định công suất làm việc- Hệ thống tải trọng không đổi- Hệ thống tải trọng thay đổi theo bậcPlv: Công suất trên trục máy công tác kWF: Lực kéo băng tải, xích tải

Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí

ĐỒ ÁN

CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

Giảng viên: ThS Phạm Thanh Tùng

[1] Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí- Trinh Chất, Lê Văn Uyển, tập 1,2 [2] Chi tiết máy- Nguyễn Trọng Hiệp, tập 1,2

[3] Cơ sở thiết kế máy – PGS TS Nguyễn Hữu Lộc

ĐỘNG CƠ TRUYỀN CÁC BỘ BỘ PHẬN

CÔNG TÁC

Động cơ điện xoay

Băng tải/ Xích tải

Động Học Các Cụm Chi Tiết Truyền

- Kết cấu vỏ hộp

- Nắp ổ, nút thông hơi, tháo dầu, chốt định vị,

- Bôi trơn, điều chỉnh ăn khớp, dung sai,…

- Thể hiện đầy

đủ theo quy ước, đúng kích thước, kết cấu, dung sai.

CHƯƠNG I: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ

TRUYỀN CƠ KHÍ

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN Ổ LĂN VÀ THEN

CHƯƠNG V: KẾT CẤU VỎ VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ

CHƯƠNG VI: BẢN VẼ

1 Chọn động cơ

 Bước 1: Xác định công suất làm việc

- Hệ thống tải trọng không đổi

- Hệ thống tải trọng thay đổi theo bậc

Plv: Công suất trên trục máy công tác (kW)

F: Lực kéo băng tải, xích tải (N)

v: Vận tốc băng tải, xích tải (m/s)

Hình 1.1: Sơ đồ tải trọng

thay đổi theo bậc (1.1)

(1.2)

 Bước 2: Xác định hiệu suất hệ dẫn động

Hiệu suất hệ thống được tính bằng tích các bộ phận tham gia vào hệ thống

Hiệu suất các bộ truyền và ổ lăn tra theo Bảng 2.3 tài liệu tham khảo [1]

ɳ1; ɳ2: Hiệu suất các bộ truyền

ɳol: Hiệu suất 1 cặp ổ lăn m: Số cặp ổ lăn

ɳot: Hiệu suất 1 cặp ổ trượt n: Số cặp ổ trượt

ɳk: Hiệu suất khớp nối k: Số khớp nối

(1.3)

Bảng 1.1: Hiệu suất các bộ truyền và ổ lăn

 Bước 3: Xác định công suất động cơ

Công suất cần thiết trên trục động cơ:

(1.4)

Pct = Plv/ɳ

Pct: Công suất cần thiết trên trục động cơ (kW) ɳ: Hiệu suất hệ dẫn động

 Bước 4: Xác định số vòng quay trên trục công tác

Với hệ dẫn động băng tải:

(1.5) Với hệ dẫn động xích tải:

(1.6)

 Bước 5: Chọn sơ bộ tỉ số truyền

Trong đồ án này, tỉ số truyền được xác định theo:

(1.7)

Bảng 1.2: Tỉ số truyền nên dung cho các bộ truyền trong hệ (Bảng 2.4 [1])

 Bước 6: Xác định số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ

(1.8)

 Bước 7: Chọn động cơ

Tra bảng ở phụ lục trong tài liệu [1], chọn động cơ thỏa mãn các yêu cầu:

(Tmm ≥ Tmm yc) Chú ý: - Ưu tiên chọn động cơ có công suất gần với Pct nhất

- Khi không có yêu cầu cụ thể về momen mở máy, đk thứ 3 được bỏ qua

Pđc ≥ Pct

2 Phân phối tỉ số truyền

 Bước 1: Xác định tỉ số truyền chung thực tế của hệ dẫn động

 Bước 2: Phân phối tỉ số truyền

ut = uđ(x).ubr

Chú ý: Nếu ưu tiên đảm bảo tỉ số truyền HGT nên chọn trước ubr sau đó

tính uđ(x) = ut/ubr

3 Tính các thông số trên trục

 Bước 1: Xác định công suất trên các trục

- Trục 2: P2 = Plv/ɳ2

Plv: Công suất trên trục công tác

ɳ2: Hiệu suất tính từ trục 2 HGT đến trục công tác

- Trục 1: P1 = P2/ɳ1

P2: Công suất trên trục 2

ɳ1: Hiệu suất tính từ trục 1 đến trục 2 HGT

- Trục động cơ: P’đc = P1/ɳ0

P1: Công suất trên trục 1

ɳ0: Hiệu suất tính từ trục động cơ đến trục 1 HGT

3 Tính các thông số trên trục

 Bước 2: Xác định số vòng quay trên các trục

- Trục động cơ: nđc – Số vòng quay trên trục động cơ đã chọn

3 Tính các thông số trên trục

 Bước 3: Xác định momen xoắn trên các trục

Momen xoắn trên các trục (Nmm) được tính qua công suất (kW)

và số vòng quay của trục (v/ph) theo công thức:

4 Lập bảng kết quả tính toán động học

CHƯƠNG I: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ

TRUYỀN CƠ KHÍ

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN Ổ LĂN VÀ THEN

CHƯƠNG V: KẾT CẤU VỎ VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ

CHƯƠNG VI: BẢN VẼ

ĐỘNG CƠ TRUYỀN CÁC BỘ BỘ PHẬN

CÔNG TÁC

Động cơ điện xoay

Băng tải/ Xích tải

1 Chọn loại đai và tiết diện đai

2 Chọn đường kính 2 bánh đai d1 và d2

3 Xác định khoảng cách trục a

4 Tính số đai Z

5 Xác định các thông số cơ bản của bánh đai

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

7 Tổng hợp thông số của bộ truyền đai

1 Chọn loại đai và tiết diện đai

Chọn loại đai thang: (hay sử dụng đai thang thường hoặc đai thang hẹp)

Tra đồ thị Hình 4.1[1] trang 59 với các thông số P = … (kW) và n1 = …

(v/ph), chọn được tiết diện đai.

Ví dụ: Với công suất P=7,5 kW và tốc độ quay

n1= 1240 v/ph, chọn được tiết diện đai

Hình 2.1: Sơ đồ chọn loại tiết diện đai hình thang (Hình 4.1[1] trang 59)

2 Chọn đường kính 2 bánh đai d1 và d2

Chọn d1

Kiểm tra vận tốcđai < vmax

2 Chọn đường kính 2 bánh đai d1 và d2

 Bước 1: Chọn d1

Tra bảng 4.13[1] được giới hạn đường kính bánh đai nhỏ Chọn d1 theo

dãy đường kính tiêu chuẩn trong bảng 4.21[1].

NXác định góc ôm trên bánh đai

nhỏ α > 1200

 Bước 1: Tính asb

Tra bảng 4.14[1], từ tỉ số truyền thực ut được tỉ số a/d2 Từ đó tính được asb

Bảng 2.2: Bảng 4.14[1] trang 59

3 Xác định khoảng cách trục a

 Bước 2: Tính chọn chiều dài đai L

Chọn chiều dài đai L gần nhất theo tiêu chuẩn bảng 4.13[1]

 Bước 3: Kiểm tra số vòng chạy của đai trong 1s

(Vg/s)

(2.5)

(2.6)

4 Xác định số đai

Trong đó:

P1: Công suất trên trục bánh chủ động

[P0]: Công suất cho phép Tra bảng 4.19[1] với đai thang thường, 4.20[1] với đai

CL: Hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai Tra bảng 4.16[1]

Cu: Hệ số ảnh hưởng của tỉ số truyền Tra bảng 4.17[1]

Cz: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai Tra bảng 4.18[1]

(2.12) (2.11)

5 Xác định các thông số cơ bản của bánh đai

Tra bảng 4.21[1] được

Chiều rộng bánh đai:

Đường kính ngoài của bánh đai:

Đường kính đáy bánh đai:

6 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên các trục

Lực căng đai:

Trong đó: qm: khối lượng 1m đai, tra bảng 4.22[1]

Lực căng ban đầu:

7 Tổng hợp thông số bộ truyền đai

3 Xác định bước xích

k0: Hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền Tra bảng 5.6[1]

ka: Hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích Tra bảng 5.6[1] với a = (30÷50)p

kđc: Hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích Tra bảng 5.6[1]

kbt: Hệ số ảnh hưởng của bôi trơn Tra bảng 5.6[1]

kđ: Hệ số tải trọng động Tra bảng 5.6[1]

kc: Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền Tra bảng 5.6[1]

 Bước 2: Tra bảng 5.5[1] với điều kiện Pt ≤ [P] và n01 được

3 Xác định bước xích

Bảng 2.1: Công suất cho phép [P] của xích con lăn (Bảng 5.6[1])

4 Xác định khoảng cách trục và số mắt xích

Chọn sơ bộkhoảng cách trục a

Tính chọn số mắt xích

Tính lại khoảng cách trục

Xác định số lần va đập của xích

Kiểm nghiệm điều kiện số lần va đập

N

4 Xác định khoảng cách trục và số mắt xích

 Bước 1: Chọn sơ bộ khoảng cách trục a

a = 40p

 Bước 2: Tính chọn số mắt xích

Để xích không quá căng cần giảm:

 Bước 3: Tính lại khoảng cách trục

4 Xác định khoảng cách trục và số mắt xích

 Bước 4: Xác định số lần va đập của xích a

Tra bảng 5.9[1] với loại xích ống con lăn và bước xích p được số

lần va đập cho phép của xích [i]

 Bước 5: Kiểm nghiệm điều kiện về số lần va đập của xích

Kiểm tra i ≤ [i], nếu sai tăng x và tính lại a và i

Bảng 2.2: Số lần va đập cho phép [i] (Bảng 5.9[1])

5 Kiểm nghiệm xích về độ bền

 Bước 1: Xác định tải trọng phá hỏng Q (N), khối lượng 1m xích (kg)

Tra bảng 5.2[1] với bước xích p (mm)

Bảng 2.3: Các thông số của xích con lăn (Bảng 5.9[1])

5 Kiểm nghiệm xích về độ bền

 Bước 2: Xác định hệ số tải trọng động kđ([1]trang 85)

 Bước 3: Xác định lực vòng Ft

 Bước 4: Xác định lực căng do lực ly tâm sinh ra Fv

 Bước 5: Xác định lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra F0

Trong đó: kf: Hệ số phụ thuộc độ võng của xích:

(2.12)

(2.13)

(2.14)

5 Kiểm nghiệm xích về độ bền

 Bước 6: Xác định hệ số an toàn

 Bước 7: Xác định hệ số an toàn cho phép

Tra bảng 5.10[1] với bước xích p (mm) và n1(vg/phút) được [s]

Bảng 2.4: Trị số của hệ số an toàn (Bảng 5.10[1])

(2.15)

≥ [s]

6 Xác định thông số của đĩa xích

 Bước 1: Xác định đường kính vòng chia

 Bước 2: Xác định đường kính đỉnh răng

(2.17) (2.16)

6 Xác định thông số của đĩa xích

 Bước 3: Xác định bán kính đáy răng

 Bước 4: Xác định đường kính chân răng

Trong đó: tra bảng 5.2[1] được d’1

 Bước 5: Kiểm nghiệm răng đĩa xích về độ bền tiếp xúc

6 Xác định thông số của đĩa xích

kd: Hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các dãy xích (=1 nếu dung 1 dãy)

A: Diện tích chiếu của bản lề Tra bảng 5.12[1]

kvđ: Lực va đập trên m dãy xích

Fvđ= 13.10-7n1p3m

Tra bảng 5.11[1], chọn vật liệu đĩa xích, được [σH] (Mpa)

Kiểm tra điều kiện σH ≤ [σH]

7 Xác định lực tác dụng lên trục

(2.21)

8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích

1 Chọn vật liệu bánh răng

2 Xác định sơ bộ ứng suất cho phép

3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục/chiều dài côn ngoài

4 Xác định các thông số ăn khớp

5 Xác định chính xác ứng suất cho phép

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

7 Xác định các thông số khác của bộ truyền BR

8 Tổng hợp các thông số bộ truyền BR

2 Xác định sơ bộ ứng suất cho phép

Ứng suất cho phép:

- giới hạn bền mỏi tiếp xúc và giới hạn bền mỏi uốn CT bảng 6.2[1]

SH , SF – hệ số an toàn khi tính tiếp xúc và uốn Tra bảng 6.2[1]

KFC – hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải KFC = 1 khi đặt tải 1 phía

KHL, KFL – hệ số tuổi thọ

(2.1a)

(2.1b) Trong đó:

(2.2a) (2.2b)

mH, mF – bậc của đường cong mỏi HB < 350, mH = mF = 6

NH0, NF0 – Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở NH0 = 30HB2.4, NF0=4.106với thép

NHE, NFE – Số chu kỳ chịu tải

NHE = NFE = 60cntƩVới c,n, tƩ lần lượt là: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay, vận tốc vòng, tổng thời

gian làm việc của bánh răng

(2.3)

(2.4)

2 Xác định sơ bộ ứng suất cho phép

 Đối với bánh răng trụ răng thẳng, bánh côn răng thẳng

[σH] = min([σH1], [σH2])

Trong đó: [σH1], [σH2] - Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng 1 và bánh răng 2

 Đối với bánh răng trụ răng nghiêng, bánh côn răng nghiêng

[σH] = ([σH1] + [σH2])/2 ≤ (1.15 - 1.25)[σH]min

(2.5)

(2.6)

3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục/chiều dài côn ngoài

3.1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục BT bánh răng trụ

Ka: Hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng Tra bảng 6.5[1]

u: Tỉ số truyền

[σH]sb: Ứng suất tiếp xúc cho phép

T1: Momen xoắn trên trục chủ động

Ψba: Hệ số chiều rộng vành răng Tra bảng 6.6[1]

KHβ: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng Tra bảng 6.7[1]

(2.7)

(2.8)

3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục/chiều dài côn ngoài

3.2 Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài BT bánh răng côn

KR: Hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng và loại răng (KR=50 MPa1/3)

u: Tỉ số truyền

[σH]sb: Ứng suất tiếp xúc cho phép

T1: Momen xoắn trên trục chủ động

Kbe= 0.25 ÷ 0.3 : Hệ số chiều rộng vành răng (Trị số nhỏ khi u > 3)

KHβ: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng Tra bảng 6.21[1] theo Kbe

(2.9)

4 Xác định các thông số ăn khớp

4.1 Xác định các thông số ăn khớp BT bánh răng trụ thẳng

 Bước 1: Tính chọn Mô đun m

Tra bảng 6.8[1] chọn m theo tiêu chuẩn

(mm) (2.10)

 Bước 2: Xác định số răng

Chọn Z1 ≥ 17Chọn Z2 gần với giá trị tính được

(2.13)

(2.14)

𝑢𝑡 = 𝑍2

𝑍1

4 Xác định các thông số ăn khớp

4.1 Xác định các thông số ăn khớp BT bánh răng trụ thẳng

 Bước 3: Xác định lại khoảng cách trục

(mm) (2.15)

Làm tròn thành số nguyên tận cùng 0 hoặc 5 và không <

 Bước 4: Xác định hệ số dịch chỉnh nếu

Hệ số dịch tâm (2.16) (2.17)Tra bảng 6.10a được kx theo ky

(2.21)

4 Xác định các thông số ăn khớp

4.2 Xác định các thông số ăn khớp BT bánh răng trụ nghiêng

 Bước 1: Tính chọn Mô đun m

Tra bảng 6.8[1] chọn m theo tiêu chuẩn

(mm) (2.24)

 Bước 2: Xác định số răng

Chọn Z1 ≥ 17Chọn Z2 gần với giá trị tính được

4 Xác định các thông số ăn khớp

4.2 Xác định các thông số ăn khớp BT bánh răng trụ nghiêng

 Bước 3: Xác định góc nghiêng của răng

(2.30)

 Bước 4: Xác định góc ăn khớp

Góc nghiêng răng trên trục cơ sở

(2.32)(2.31)

4 Xác định các thông số ăn khớp

4.3 Xác định các thông số ăn khớp BT bánh răng côn thẳng

 Bước 1: Xác định Mô đun

Đường kính vòng chia ngoài

(mm) (2.33)Trang bảng 6.22[1] được Z1p theo de1 và tỉ số truyền u

Mô đun vòng trung bình

Tính chọn sơ bộ Z1

Đường kính vòng trung bình

(2.34)(mm) (2.35)

Mô đun vòng ngoài

(2.36)

(2.37)

Trang bảng 6.8[1] chọn mte theo tiêu chuẩn

Tính lại mô đun vòng trung bình (2.38)

 Bước 5: Xác định đường kính trung bình và chiều dài côn ngoài

(2.46)

(2.47)Đường kính trung bình

Chiều dài côn ngoài

5 Xác định chính xác ứng suất cho phép

 Bước 1: Xác định vận tốc vòng của bánh răng

Vận tốc vòng của bánh răng côn

(2.48)

Vận tốc vòng của bánh răng trụ

(2.49)Trong đó:

dω: đường kính vòng lăn (2.50)

(2.51)

5 Xác định chính xác ứng suất cho phép

 Bước 2: Xác định ứng suất cho phép

(2.52)Trong đó:

• [σH]sb; [σF]sb - Ứng suất cho phép sơ bộ đã tính ở mục 2

• ZR - Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt răng làm việc Trang 91[1]

• Zv - Hệ số ảnh hưởng của vận tốc vòng

Nếu v > 5 m/s, Zv = 0.85v0.1

Nếu v < 5 m/s, Zv = 1

• KxH - Hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng Trang 91[1]

• YR - Hệ số ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng Trang 92[1]

• YS - Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với sự tập trung ứng suất Trang 92[1]

• KxF – Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bền uốn Trang 92[1]

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

a) Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

6.1 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ (thẳng/nghiêng)

 Bước 1: Xác định ZM – Hệ số kể đến cơ tính vật liệu Tra bảng 6.5[1]

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

a) Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

6.1 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ (thẳng/nghiêng)

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

a) Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

6.1 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ (thẳng/nghiêng)

 Bước 5: Xác định hệ số tải trọng KH

• KHβ – Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng (mục 3)

• KHα – Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp Bảng 6.13; 6.14[1] với br nghiêng, =1 với br thẳng

• KHv – Hệ số tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp Bảng 6.13[1] & phụ lục 2.3[1] hoặc công thức 6.41[1]

(2.62)

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

a) Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

6.1 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ (thẳng/nghiêng)

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

b) Kiểm nghiệm về độ bền uốn

6.1 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ (thẳng/nghiêng)

(2.63)

 Bước 1: Xác định hệ số tải trọng khi tính về uốn KF

• KFβ – Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng Tra bảng6.7[1] theo ψbd

• KFα – Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớpkhi tính về uốn Bảng 6.13; 6.14[1] với br nghiêng, = 1 với br thẳng

• KFv – Hệ số tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn Bảng 6.13[1] & phụ lục 2.3[1] hoặc công thức 6.46[1]

(2.64)

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

b) Kiểm nghiệm về độ bền uốn

6.1 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ (thẳng/nghiêng)

 Bước 3: Xác định hệ số kể đến độ nghiêng của răng

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

a) Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

6.2 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng côn

 Bước 1: Xác định ZM – Hệ số kể đến cơ tính vật liệu Tra bảng 6.5[1]

 Bước 2: Xác định ZH – Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc (dịch chỉnh đều, răngthẳng =1.76)

 Bước 3: Xác định chiều rộng vành răng b

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

a) Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

 Bước 5: Xác định hệ số tải trọng KH

• KHβ – Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng (mục 3)

• KHα – Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp Bảng 6.13; 6.14[1]

• KHv – Hệ số tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp Bảng 6.13[1] & phụ lục 2.3[1] hoặc công thức 6.41[1]

(2.72)

6.2 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng côn