Đồ án môn học chi tiết máy đầu đề thiết kế hệ dẫn động băng tải

Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN CƠ KHÍBỘ MƠN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ RƠ BỐTĐỒ ÁN MƠN HỌCCHI TIẾT MÁYHỌC KÌ:2022-1 MÃ ĐỀ: 4.3 ĐẦU ĐỀ: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢINgười hướng d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ RÔ BỐT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CHI TIẾT MÁY

HỌC KÌ: 2022-1 MÃ ĐỀ: 4.3 ĐẦU ĐỀ: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Sinh viên thực hiện Trần Anh Tuấn Nguyễn Đình Văn

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án chi tiết máy là một trong những đồ án quan trọng nhất của sinh viên

ngành cơ khí Đồ án thể hiện những kiến thức cơ bản của sinh viên về vẽ kĩ thuật, dung sai lắp ghép và cơ sở thiết kế máy, giúp sinh viên làm quen với cách thực hiện đồ án một cách khoa học và tạo cơ sở cho các đồ án tiếp theo.

Được sự phân công của thầy Vương Văn Thanh, nhóm em thực hiện Thiết kế

hệ dẫn động xích tải để ôn lại kiến thức và tổng hợp kiến thức đã học vào một

hệ thống cơ khí hoàn chỉnh Tuy nhiên, vì trình độ và khả năng có hạn nên chắc chắn có nhiều sai sót, rất mong nhận được những nhận xét quý báu của thầy.

Cuối cùng nhóm em xin được trân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Vương Văn Thanh đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình để nhóm em có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao Nhóm em xin trân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 9 tháng 12 năm 2022

Sinh viên thực hiện

Trần Anh Tuấn - 20195719 Nguyễn Đình Văn - 20185216

3 Công suất cần thiết trên trục động cơ 6

4 Tính số đai Z 11

6 Xác định lực căng ban đầu và lực căng lên truc 13

Phần 3 : Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng 15

7 Một vài thông số hình học của cặp bánh răng 25

8 Bảng tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng 26

I Tính toán khớp nối 27

1 Chọn khớp nối 27 2 Kiểm tra khớp nối 28

3 Lực tác dụng lên trục 28 4 Các thông số cơ bản vòng đàn hồi 29 II Thiết kế trục 29 1 Chọn vật liệu làm trục 29

2 Tính sơ bộ đường kính 29

3 Xác định lực tác dụng lên trục 30 4 Khoảng cách giữa các gối tựa và điểm đặt lực 30 III Tính toán thiết kế trục I 32

1 Tính phản lực tại gối đỡ và vẽ biểu đồ momen 32 2 Tính momen tương đương 35 3 Chọn và kiểm nghiệm then 36 4 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi 37 IV Tính toán thiết kế trục II 41 1 Tính phản lực gối tựa và vẽ biểu đồ momen 41 2 Tính momen tương đương 44 3 Chọn và kiểm nghiệm then 45

4 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi 46 Phần 5: Tính chọn và kiểm nghiệm ổ lăn 51

1 Trục 1 51

2 Trục 2 54

Phần 6: Lựa chọn kết cấu 57

1 Vỏ hộp 57

2 Một số chi tiết khác 58

Phần 7: Lắp ghép , bôi trơn và dung sai 64 1 Dung sai lắp ghép 64 2 Lắp bánh răng lên trục 64 3 Bôi trơn hộp giảm tốc 64 4 Bảng dung sai 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

TÍNH ĐỘNG HỌC

Chọn động cơ (điện):

 Thông số đầu vào:

1 Lực kéo băng tải F = 3000 (N)

 Trong đó,tra bảng 2.3[1] tr19 ta được:

 Hiệu suất bộ truyền bánh răng :η BR =0 , 97

 Hiệu suất bộ truyền đai để hở:η đ =0, 95

 Hiệu suất ổ lăn: η OL =0 , 99

 Hiệu suất khớp nối:η Kn=1

Theo bảng 2.4 Tr21 [1] ta có:

Tỉ số truyền bộ truyền đai: u đ=2.8

Tỉ số truyền bộ truyền bánh răng :u br=4

Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ thống:

Tỉ số truyền chung của hệ dẫn động:

2 Công suất trên các trục:

 Công suất trên trục công tác : P ct =P lv =7 , 2(KW )

 Công suất trên trục II ( Trục ra của hộp giảm tốc)

3 Mômen xoắn trên các trục:

 Mô men xoắn trên trục động cơ:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN

A TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

Điều kiện làm việc

1 Chọn loại đai và tiết diện đai:

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

Tra đồ thị 4.1[1] (trang 59) với các thông số P = 7,97 (kW) và n1= 2907(vg/ph), chọn được tiết diện đai: A

Chiều dài đai L :

Dựa vào bảng 4.13[1](trang 59), chọn L theo tiêu chuẩn, L= 2000 (mm)

Số vòng chạy của đai trong 1(s) là i = v L = 19 ,032 = 9,52 (m/s) < i max = 10(m/s)

4 Tính số đai z:

[P0] C a C L C u C z

Trong đó: P1: công suất trên trục bánh chủ động P1=7 , 97(kw)

[ P0] : công suất cho phép Tra bảng 4.19[1] (trang 62) hoặc bảng 4.20 [1] (trang 62) theo tiết diện đai A , d1= 125 (mm) và v = 19,03 (m/s), được:

 [ P0] = 3,02 (kW)

 L0= 1700 (mm)

K d: hệ số tải trọng động Tra bảng 4.7[1] (trang 55), được K d= 1,25

C a : hệ số ảnh hưởng của góc ôm

Với α = 1500…1800

C a = 1 – 0,0025 ( 180 – α ) = 1 – 0,0025.(180-150) = 0.93

Với α = 1500…1800 tra bảng 4.15[1](trang 61) với α = 180được C a = 1

C L: hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai Tra bảng 4.16[1]( trang 61) với L L

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

Lực căng ban đầu:

F0= 780 P v C1 K d

a Z + F v

Nếu chọn bộ truyền tự động điều chỉnh lực căng thì F v = 0 (N)

Nếu chọn bộ truyền định kỳ điều chỉnh lực căng thì F v = q m v2, với:

q m: khối lượng 1m đai , tra bảng 4.22[1]( trang 64) với tiết diện đai A , được q m = 0,105 (kg/m)

Do đó F v = 0,105.19 , 032 = 38,02 (N) Thay số vào lực căng ban đầu:

F0= 780 P v C1 K d

a Z + F v = 780.7 , 97 1 , 25 19 ,03 0 , 93 3 + 38,02 = 184,38 (N)Lực tác dụng lên trục bánh đai:

F r= 2F0.Z sin ( α1

2 ) = 2.184,38.3.sin (152, 552 ) = 1074,96 (N)

7 Tổng hợp thông số của bộ truyền đai

Thông số Ký hiệu Số liệu

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN

Trong đó : m H , m F– bậc của đường cong mỏi khi thử về ứng suất tiếp xúc Do bánh răng cóHB <350 ⇒m H =6 vàm F=6

N H 0 ,N F 0: Số chu kỳ thay đổi ứng suất khi thử về ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn :Bánh chủ động :

KR – Hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng và loại răng:

Tra bảng 6.8Tr99/TL1, chọn mte theo tiêu chuẩn : m te =3(mm)

Mô đun vòng trung bình :

m tm=(1−0 ,5 Kbe) m te=(1−0 , 5.0 ,26).3=2 ,61(mm)

4.2 Xác định số răng :

[σ H] = [σ H]sb.Z R.Z v.K xH

[σ F]= [σ F]sb.Y R.Y S.K xF

Trong đó :

[σ H]sb và [σ F]sb là ứng suất cho phép sơ bộ đã tính ở mục 2

Z R: hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc Từ dữ liệu trong trang 91 và 92 chọn :

R a ≤ 1,25 – 0,63μm => Z R = 1

Z v: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

- Nếu v = 3,65¿=> Z v = 0,85 v 0 ,1 = 0,85 3 , 65 0 ,1 = 0,97

K xH: hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng K xH= 1

Y R: hệ số ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng Chọn Y R = 1

Y s : hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với sự tập trung ứng suất

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng :

6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc :

σ H =Z M Z H Z ε√2T1K H√u t2

+1

0 , 85 b u t d m 12 ≤[σ H]

ZM – Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng: Z M=274

Z H – Hệ số kể đến hình dạng hình học của bề mặt tiếp xúc Với bánh rang thẳng và dịch chỉnh đều Z H = 1,76

- K Hv : hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

Tra bảng 6.13Tr106/TL1 với bánh răng côn răng thẳng và v = 3,65 (m/s) ta được cấp chính xác của bộ truyền là: CCX = 8

Nội suy tuyến tính ta được K Hv =1 ,15

[σ¿¿F 1] ¿,[σ¿¿F 2] ¿ - ứng suất uốn cho phép đã tính ở mục 5

K F – hệ số tải trọng khi tính vê uốn :

K F α: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp bánh răng đồng thời

Yβ – Hệ số kể đến độ nghiêng của răng : Do răng thẳng : ⇒ Yβ = 1

Y F 1 ,Y F 2 – Hệ số dạng răng : Tra bảng 6.18 [109/TL1] với :

7 Thông số hình học của cặp bánh răng :

Đường kính vòng chia :

{ d e1 =m te Z1=3.28=84 (mm)

d e 2 =m te Z2=3.102=306 (mm)

Chiều cao răng ngoài : h e =2 ,2 m te =2 , 2.3=6 ,6 (mm)

Chiều cao đầu răng ngoài :

Đường kính đỉnh răng ngoài :

{ d ae1 =d e1 +2 h ae1 cosδ1=84+2.4 , 02 cos15 ,35 ° =91, 75(mm)

d ae2 =d e2 +2 h ae 2 cosδ2=306+2.1,98 cos74 ,65 °

F a 1 = F r 2 = F t 1 tan 20°.sin δ1 = 2053,23 tan 20° sin 15 , 35 °= 197,83 (N)

8 Bảng tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng :

1.1 Chọn khớp nối:

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục:

Ta chọn khớp theo điều kiện : {T t ≤ T Kn cf

d t ≤ d cf Kn

Trong đó d t- Đường kính trục cần nối:

d t =d đc =35 , 59 mm

Tt – Mô men xoắn tính toán: Tt = k.T với:

k – Hệ số chế độ làm việc, phụ thuộc vào loại máy Tra bảng 16.158 [2] lấy k = 1,3 (Băng tải)

T – Mô men xoắn danh nghĩa trên trục : T = T2 = 270463 , 75 N.mm

1.2 Kiểm tra khớp nối :

a Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng đàn hồi:

[σu] - Ứng suất cho phép của chốt [σ u]=(60÷ 80) MPa

Do vậy, ứng suất sinh ra trên chốt:

1.4 Các thông số cơ bản của nối trục vòng đàn hồi:

Số chốt Z 8

2 Thiết kế trục:

2.1 Chọn vật liệu chế tạo trục:

- Vật liệu chế tạo trục: thép 45 tôi cải thiện

- Thông số vật liệu chế tạo trục: 𝝈𝒃 = 𝟔𝟎𝟎 (𝑴𝑷𝒂); 𝝈𝒄𝒉 = 𝟑𝟒𝟎 (𝑴𝑷𝒂) và ứng suất xoắnchon phép, [τ]=15 ÷ 30 (MPa)

2.2 Tính sơ bộ đường kính trục theo momen xoắn:

Theo công thức 10.2189 [1], ta có:

Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền đai: F r= 1074,96 (N)

Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền bánh răng côn răng thẳng :

+ Lực vòng:

F t 1 =F t 2 =2053 , 23(N )

+ Lực hướng tâm:

F r 1 =F a 2 = 720,66 (N)+ Lực dọc trục:

F a 1 =F r 2 =197,83 (N)Lực tác dụng lên trục từ khớp nối: Fk = 832 , 2(N)

2.4 Xác định sơ bộ khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:

Hình 1 Sơ đồ khoảng cách của hộp giảm tốc bánh răng côn 1 cấp

Chọn các kích thước trong hộp giảm tốc:

Tra bảng 10.3 trang 189 [1] chọn:

khoảng cách giữa các chi tiết quay

+ k3 = 10 (mm): Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

+ hn = 20 (mm): Chiều cao nắp ổ và đầu bulong

➢ Chiều dài may-ơ bánh răng côn: Theo công thức 10.12 Tr189[1] ta có:

Khoảng cách các điểm đặt lực trên các trục:

➢ Khoảng công-xôn (khoảng chìa): theo công thức 10.14 Tr190[1]

3 Tính toán thiết kế trục I

3.1 Tính phản lực tại các gối tựa và vẽ biểu đồ momen:

Giả sử các lực tác dụng lên trục I có chiều như hình vẽ sau:

Hình 3 Biểu đồ momen các lực tác dụng lên trục I

73.2 Tính momen tương đương:

Chọn vật liệu làm trục: thép 45, dsbmax = 30 (chọn), tra bảng 10.5(tr195) [1] ta có [σ] =

63 MPa Theo công thức 10.15194 [1] và 10.16194 [1] ta có:

 Tại tiết diện 2:

Suy ra chọn được: {d2=d3=25 mm

d0=d1=30 mm

3.3 Chọn và kiểm nghiệm then:

a Chọn then:

- Trên trục I then được lắp tại bánh răng (vị trí 3) và bánh đai.

- Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng côn: d3=25 mm Chọn then bằng, tra bảng

b Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt:

Theo công thức 9.1 và 9.2Tr173[1] ta có:

{σ d 3= 2 T1

d3l t 3 (h−t1)=

2.77611, 99 25.30 (7−4) =68 , 99 Mpa<[σ d]=150 Mpa

τ c= 2 T1

d3l t 3 b=2.77611 , 99

25.30 8 =25 , 87 Mpa<[τ c]=60 Mpa

⇒ Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

Kiểm nghiệm độ bền then tại vị trí bánh đai:

{σ d 2= 2 T1

d2l t 2 (h−t1)=

2.77611, 99 25.30 (7−4) =68 , 99 Mpa<[σ d]=150 Mpa

τ c= 2 T1

d2l t 2 b=2.77611 ,99

25.30 8 =25 ,87 Mpa<[τ c]=60 Mpa

⇒ Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

3.4 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi:

Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:

s j= s σj −s τj

√s σj2+s τj

Trong đó : [s] - hệ số an toàn cho phép, thông thường [s] = 1,5 ÷ 2,5 sj và sj - hệ số

an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp tại tiết diện j :

Với W j ,W 0 j là momen cản uốn và momen cả xoắn tại tiết diện j của trục.

ψ σ ,ψ τ là hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi ,trabảng B10.7197 [1] với σ b= ¿600 MPa,ta có:

Ky - hệ số tăng bề mặt trục, cho trong bảng 10.9 phụ thuộc vào phương pháp tăng bền

bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó

Do tiết diện này lằm ở ổ lăn nên tiết diện bề mặt trục lắp có độ dôi Chọn kiểu lỗ.Tra bẳng B10.11198 [1] nên ta có:{¿K σ /ε σ =2 , 06

⇒ Vậy trục đảm bảo an toàn về độ bền mỏi

4 Tính toán thiết kế trục II:

4.1 Tính phản lực tại các gối tựa và vẽ biểu đồ momen:

Hình 5 Biểu đồ momen các lực tác dụng lên trục II

4.2 Tính momen tương đương:

Chọn vật liệu làm trục: thép 45, d sbmax=50 (chọn), tra bảng 10.5[1]trang 195 ta có

[σ]=50(MPa) Theo công thức 10.15[1] và 10.16[1] trang 184 ta có:

 Tại tiết diện 20

Đường kính trục tại các tiết điện, tính sơ bộ:

 Tại tiết diện lắp ổ lăn

 Tại tiết diện lắp bánh răng: d23=45(mm)

 Tai tiết diện lắp ổ lăn: d20=d21=40(mm)

 Tại tiết diện lắp khớp nối: d22=35(mm)

4.3 Chọn và kiểm nghiệm then:

a Chọn then:

 Tại tiết diện 23 lắp bánh răng côn có d23=45(mm)

 Tại tiết diện lắp khớp nối có d22=35(mm):

b Kiểm nghiệm then:

Theo công thức 9.1 và 9.2 [1] trang 173 ta có:

4.4 kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi:

Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:

 [s] - hệ số an toàn cho phép, thông thường [s]=2 ÷ 4

 s σj ;s τj - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp tại tiết diện j:

{ σ aj=M j

w j

τ aj =τ mj= T j

2 w Oj

 W j ;W 0 j - moment xoắn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục

 ψ σ ;ψ τ - là hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bềnmỏi,tra bảng 10.7[1] trang 197 với σ b =600(MPa) ,ta có:

tăng bền bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó K y=1.

 ε σ ;ε τ - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giớihạn mỏi

 K σ ;K τ - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn, trị số của chúng phụ thuộc vào các loại yếu tố gây tập trung ứng suất

- Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp khớp nối (tiết diện 22):

 Ảnh hưởng của rãnh then:

o Tra bảng 10.10[1] trang 198 có ε τ=0.81

o Tra bảng 10.12[1] trang 199 có K τ=1.54

o ảnh hưởng của độ dôi: K ε τ

τ

=1.540.81 =1.90

Ta thấy sự tập trung ứng suất tại trục lắp bánh đai là do rãnh then và do lắp ghép có độdôi Tra bảng 10.11[1] trang 198:

ε σ =2.06

K τ

ε τ =1.64

 Ảnh hưởng của rãnh then:

o Tra bảng 10.10[1] trang 198 có {ε σ=0.85

2× 40316

TÍNH CHỌN VÀ KIỂM NGHIỆM Ổ LĂN

2135 ,35= ¿0 ,3¿

- Do có lực dọc trục (do bánh răng côn sinh ra) và nhằm đảm bảo cứng, vững nên ta chọn ổ lăn là loại ổ đũa côn

- Chọn loại ổ lăn sơ bộ là ổ đũa côn cỡ nhẹ tra bảng P 2.11262 [1] ta có:

Với d =30 mm⇒ chọnổ đỡ lăn có:{Kí hiệu:7206

⇒ Hệ số e=1 , 5 tan α=1 ,5 tan 13 ,67 °=0 ,36

b Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn:

 Sơ đồ bố trí ổ:

 Khả năng tải động C d được tính theo công thức: 11.1213[1] :

V – hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay: V = 1

k t− ¿ Hệ số ảnh hưởng của nhiệt độk t=1

k d – Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, tải trọng tĩnh, hộp giảm tốc công suất nhỏ: k d=1

X hệ số tải trọng hướng tâm

√636 , 77=23 ,69 KN <C=29 , 8 KN

⇒ 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải động.

c Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn:

 Tra bảng 11.6221[1] cho ổ đũa côn 1 dãy ta được:

Q t =max(Q t 0 , Q t 1)=2625 , 65 N =2 ,6 KN<C0=22,3 KN

⇒ 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải tĩnh.

2 Trục II:

a Chọn loại ổ lăn:

Phản lực hướng tâm tác dụng lên các ổ lăn:

 Tại vị trí ổ lăn 0 (tiết diện 20): {F x 20 =461.20(N)

Chọn sơ bộ ổ đũa côn cỡ trung

Đường kinh trục tại tiết diện lắp ổ lăn: d ôl =40(mm) Tra bảng P2.11[1] trang 261 có được các thông số sau:

V - hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay: V = 1

kt - Hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ, kt = 1

kd - Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, tải trọng tĩnh, hộp giảm tốc công suất nhỏ, kd = 1

X - hệ số tải trọng hướng tâm

Y - hệ số tải trọng dọc trục

Tải trọng tương đương trên các ổ:

√175.42=8.92(kN )<C=61

⇒ 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải động.

c kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh:

Tra bảng 11.6 [1] trang 221 cho ổ đũa côn 1 dãy ta được: