Đồ án chi tiết máy thiết kế bằng Inventor, TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY. MỤC LỤC PHẦN I: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG 2 I. Chọn động cơ điện: 2 1. 1 Chọn tốc độ động cơ: 2 1.2 Công suất yêu cầu của động cơ: 3 1.3 Chọn động cơ điện: 4 PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY 7 I, TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI 7 1.1 Tính toán thông số 7 1.2 Thiết kế bộ truyền 8 II. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT TRONG HGT: 14 2.1 Thiết kế sơ bộ 14 2.2 Tính toán thiết kế bộ truyền 15 III. Chọn khớp nối 20 IV. THIẾT KẾ CÁC TRỤC TRONG HỘP GIẢM TỐC 21 4.1 Thiết kế trục I 21 4.2 Thiết kế trục II 34 PHẦN III. THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC 47 1. Bảng thông số kết cấu vỏ hộp 47 2. Kích thước các chi tiết 48
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG
Chọn động cơ điện
Cần biết: - Loại động cơ
- Công suất và tốc độ động cơ
- Điện áp và tần số làm việc
1 1 Chọn tốc độ động cơ: a, Tốc độ quay trên trục công tác:
vg/ph b, Xác định tỷ số truyền chung uc của hệ thống dẫn động: u c = nđb / nc c, Sơ bộ chọn trước tỷ số truyền bộ truyền ngoài:
Tra bảng 13.1 chọn sơ bộ tỉ số truyền của từng bộ truyền trong hệ thống:
- Bộ truyền động đai thang: ung =ud=2,5 d, Tính tỷ số truyền hộp giảm tốc tương ứng với tốc độ đồng bộ động cơ: u h = uc /ung e, Lập bảng thống kê (bảng 1.a) để tiện so sánh bảng thống kê thể hiện được:
Tốc độ đồng bộ động cơ: nđbu0; 1000; 1500; 3000 vg/ph
Bộ truyền ngoài và tỷ số truyền ngoài: ung=ud=2,5
Tốc độ đồng bộ động cơ ( vg/ph) nđbu0 1000 1500 3000
Tỷ số truyền chung uc=nđb/nct uc= 22,43 uc= 29,9 uc= 44,86 uc= 89,71
Tỷ số truyền ung=ud
Tỷ số truyền uh=uc/ung
Tỉ số truyền nên dùng cho bộ truyền trục vít u = 14…30
Chọn tốc độ đồng bộ động cơ: 1500 vg/ph
1.2 Công suất yêu cầu của động cơ:
Công suất trên trục công tác: Pct
Hiệu suất của hệ thống:
- Hiệu suất của khớp nối: ηk = 1
- Hiệu suất bộ truyền trụ vít: ηtv = 0,8 với z1 = 2
- Hiệu suất bộ truyền đai: ηd = 0,96
- Hiệu suất một cặp ổ lăn: ηo = 0,99
- Hiệu suất truyền động của hệ thống là: η= ηk ηtv ηd ηo 3 = 1.0,8.0,96.0,99 3 = 0,745
Công suất yêu cầu trên trục động cơ: Pyc P ct
Dựa vào công suất yêu cầu và tốc độ đồng bộ đã xác định ở trên tra bảng phụ lục P13 để chọn qui cách động cơ thỏa mãn điều kiện sau: Động cơ được chọn phải có công suất động cơ Pđc và số vòng quay đồng bộ nđb thỏa mãn điều kiện sau:
Ngoài ra động cơ được chọn cần đủ mô men khởi động thỏa mãn điều kiện sau: max k dn
Tra bảng phụ lục P13.1 và P13.2 xác định thông số và kích thước cơ bản của động cơ như sau:
- Công suất động cơ: Pđc = 11 kW
- Tốc độ quay của động cơ nđc = 1450 vg/ph
- Điều kiện về công suất và số vòng quay:
- Đường kính trục động cơ: dđc = 42 mm; L = 126 mm
Sau khi chọn được động cơ điện: tính chính xác tỷ số truyền chung: dc 1450
Xác định TSKT trên các trục của hộp giảm tốc (HGT)
Để có dữ liệu thiết kế các chi tiết của hệ dẫn động (HDĐ) và trong HGT cần xác định các thông số kỹ thuật (P, n và T) trên các trục của HGT.
Trong bảng 2 lần lượt ký hiệu các trục như sau:
- Trục I là trục hộp giảm tốc
- Trục II là trục ra (HGT một cấp)
- Trục công tác (trục tang)
- Công suất trên trục công tác là:
- Công suất động cơ trên trục II là:
- Công suất động cơ trên trục I là:
- Công suất yêu cầu của động cơ là:
Tốc độ quay của động cơ là: nđc 50 vg/ph
Tốc độ quay của trục I là: nI dc dc I n u
Tốc độ quay của trục II là: nII
17 vg/ph Tốc độ quay của trục công tác là: nct = 33,44 vg/ph
Thông số Động cơ I II Công tác uđ=2,55 uh=utv uk=1
Tốc độ quay n (vg/ph) 1450 568,47 33,44 33,44
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI
Thông số đã cho: { P,34 n50 L=1 35 00 u=2, 55 KW vg ph h
1.1 Tính toán một số thông số
- Từ P và n dựa vào hình 2.8 và bảng 2.13 , chọn đai tiết diện B có b*h*10,5 (mm) Đường kính bánh đai nhỏ d10…280 (mm), chọn d1 = 200 mm
Góc ôm α1 xác định theo công thức : α1 = 180-57(d2-d1)/a = 180 - 17670/a
Theo yêu cầu thiết kế, góc ôm α nằm trong khoảng 130 đến 150˚, do đó khoảng cách a phải nằm trong khoảng 353 589 mm.
- Xác định chiều dài dây đai theo công thức: l=2 a + π ( d 1 + d 2 )
Chọn l = 2163 mm theo tiêu chuẩn của phần mềm
- Xác định các hệ số C
1.2 Khai thác phần mềm thiết kế
Hình 1.2 Chọn tiết diện đai
Nhận xét: Với yêu cầu khi thiết kế góc ôm α trong khoảng 130 150º và số dây đai 1 ≤ z ≤ 3 thỏa mãn yêu cầu thiết kế.
1.3 Kết quả từ phần mềm:
Minimum recommended pulley datum diameter D wmin 112.000 mm
Maximum flex frequency f max 60.000 Hz
Maximum belt speed v max 30.000 mps
Base power rating P RB 6.460 kW
Modify friction with speed factor f mod 0.012 s/m
Number of belts required z er 2.042 ul
Maximum tension in belt span F tmax 359.159 N
II TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT TRONG HGT:
Thông số đầu vào: { Hướngrăng nghiêng phải n 1 L V8,47 P=9,82 h =1 3500 u tv Kw ( ( ph v h ) )
2.1 Thiết kế sơ bộ a) Xác định sơ bộ vận tốc trượt v s =4,5.10 −5 n 1 √ 3 T 2 =4,5.10 −5 568,47 √ 3 2221259=3,34( m / s) b) Xác định vật liệu: Điều kiện chọn vật liệu dựa theo vận tốc trượt sơ bộ:
Khi vt,sb < 5 m/s , chọn vật liệu đồng thau ( brass ) hoặc đồng thanh thường, không thiếc (bronze)
Khi vt,sb ≥ 5 m/s, chọn đồng thanh có thiếc (tin bronze, trong thành phần có thiếc Sn)
Dựa vào kết quả vt,sb = 3,34 m/s < 5 m/s, dựa vào số liệu phần mềm chọn vật liệu để tính toán như sau: CuAl9Fe3 theo tiêu chuẩn ISO
- Chọn vật liệu trục vít là: Thép 45,tôi cải thiện đạt độ rắn HRC>45
- Với tỉ số truyền { u Z tv 1 = 2 → Z 2 4 răng
- Tính sơ bộ q Ta có q ≥ (0,25 ÷ 0,3) Z 2 =8 ,5 … 10,2 chọn q = 9
Hình 2.2 chọn vật liệu bánh vít
Hình 2.4 Chọn cấp chính xác
2.2 Khai thác phần mềm thiết kế
- Kiểm tra vk = 2,47 thỏa mãn điều kiện chọn vật liệu bánh vít
- Xác định chính xác các hệ số:
Chế độ làm việc va đập nhẹ chọn Kđ = 1,2
Với vk = 2,47 m/s chọn cấp chính xác chế tạo 8
Chọn aw = 195 mm và các thông số m, d, x, q như bảng sau:
Hình 2.6: Chọn khoảng cách trục
Hình 2.8 Chọn cấp chính xác
2.3 Kết quả từ phần mềm:
Limit Deviation of Shaft Angle F β 0.0160 mm
Limit Deviation of Center Distance f a 0.105 mm
Type of model Component Component
Base Circle Diameter d b 76.115 mm 287.546 mm
Work Pitch Diameter d w 84.000 mm 306.000 mm
Worm gear Chamfer Angle δ 37.31 deg
Axial Tooth Thickness s x 14.137 mm 15.229 mm
Limit Circumferential Run-out F r 0.0280 mm 0.0800 mm
Limit Deviation of Axial Pitch f pt 0.0300 mm 0.0320 mm
Limit Deviation of Basic Pitch f pb 0.0280 mm 0.0300 mm
Virtual Number of Teeth z v 36.549 ul
Surface-fatigue Limiting Load Fw 14802.491 N
Bending-fatigue Limiting Load Fs 42411.501 N
Kết cấu bộ truyền trục vít - bánh vít được tính toán cụ thể ở phần III
Hình 2.10 Bộ truyền trục vít bánh vít
Do 2 đầu trục nối có sai lệch về vị trí và momen truyền không lớn, đồng thời không yêu cầu chặt chẽ về kích thước của máy nên có thể dùng nối trục đĩa đàn hồi hình sao.
Từ kết quả từ phần I, đường kính trục động cơ điện dc = 42 mm
Momen tính toán xác định như sau:
Tra bảng 11.3 xác định các kích thước cơ bản của nối trục như sau:
Lỗ khoan nmax (vg/ph)
D,mm L,mm E,mm l,mm d0,mm
IV THIẾT KẾ CÁC TRỤC TRONG HỘP GIẢM TỐC
Sơ đồ lực chung: Với trục vít có hướng răng ren phải
Hình 4.1 Sơ đồ lực chung
4.1 Thiết kế trục I a) Sơ đồ lực
Hình 4.2 Sơ đồ lực trục I
Worm Worm gear Pitch Diameter d 81.000 mm 306.000 mm
- Do góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền đai = 0 nên lực Frd cùng phương ngược chiều với OX.
- Momen uốn do lực Fa1 gây ra:
Bảng 5: Thông số các lực trục I
Lực và momen Điểm 0 Điểm 1
Muz -164,959 Nm 164,959 Nm b) Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục
- Đường kính sơ bộ: dsb 3
- Tại vị trí lắp bánh đai: theo tiêu chuẩn đường kính thân trục d0 = 40 mm lmđ = (1,2 1,5)d0 ; chọn lmđ = 60 mm
- Tại vị trí lắp ổ lăn: dol=dA=dB= 45 mm
- Tại vị trí phần cắt ren trục vít: d1= df = 59,4 mm lren = 120 mm
Chọn k1=k2=k3 mm; hn = 20 mm ־ Xác định vị trí gối tựa và khoảng cách giữa các điểm đặt lực: l11 = 0,5lmđ + k3 + hn + 0,5B = 0,5.60+10+20+0,5.25 = 72,5 mm l12 = l13 = (0,4 0,45)da = (0,4 0,45).336= 135 151 chọn l12 =l13 = 150 mm Đoạn 1: Đường kính d1@ mm; l1=lmđ + k3 + hn = 90 mm Đoạn 2: Đường kính d2= 45 mm; l3= B = 25 mm Đoạn 3: Đường kính d3 = 50 mm; l3= l12 - 0,5B - 0,5lren = 77,5 mm Đoạn 4: Đường kính d4Y,4 mm; l4= lren= 120 mm Đoạn 5: Đường kính d5P mm; l5= l13 - 0,5B - 0,5lren = 77,5 mm Đoạn 6: Đường kính d6= 45 mm; l6= B = 25 mm c) Khai thác phần mềm
Hình 4.11 Biểu đồ ứng suất tổng
Radial Force Bending Moment Continuous Load
Y X Size Directio n Y X Size Directio n Y X Siz e Directio n Lengt h
Axial Force Torque Deflection Deflection
-164.959 N m 23.861 microm 30.232 microm 38.514 microm 51.72 deg 0.03 deg
N 164.959 N m -27.674 microm -25.984 microm 37.961 microm 223.20 deg 0.01 deg
Index Type Location Reaction Force
2 Fixed 402.5 mm 652.469 N 2306.216 N 2396.737 N 74.20 deg -14662.900 N d) Chọn then
- Chọn then tại vị trí lắp bánh đai
Xác định sơ bộ kích thước then: lmđ = 60 mm
Chiều dài then : lt = (0,85…0,95).lm = 49,5…57 mm
Theo tiêu chuẩn phần mềm chọn lt = 50 mm
Hình 4.13 Tab Calculation e) Chọn ổ lăn theo phần mềm thiết kế:
Index Type Location Reaction Force
- Do trục chịu tác dụng bởi lực hướng tâm và lực dọc trục nên chọn loại ổ đũa côn
Thông số phản lực tại gối tựa RA = 4627,7 N tính toán cho cả 2 gối trục
- Chọn loại ổ đũa côn kí hiệu : BS 3134 SKF
4.2 Thiết kế trục II a) Sơ đồ lực chung
Hình 5.1 Sơ đồ lực chung Thông số tính toán
Worm Worm gear Pitch Diameter d 81.000 mm 306.000 mm
- Chiều dài moay ơ khớp nối L = 126 mm
- Momen uốn do lực Fa2 gây ra: Ma2=Fa2d2/2= 3927,5.0,306/2 = 600,9 Nm Bảng 6: Thông số giá trị lực trục II
Lực và momen Điểm 2 Điểm 3
Muz -2243,439 Nm 2243,439 Nm b) Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục
- Đường kính sơ bộ: dsb 3 3 2243439
- Tại vị trí lắp khớp nối: theo tiêu chuẩn đường kính thân trục d0 = 62 mm lm = L/2= 63 mm với L = 126 mm
- Tại vị trí lắp ổ lăn: dol = 65 mm
- Tại vị trí lắp bánh vít: d2 = 70 mm lmbv= (1,2 1,5)d2 ; chọn lmbv= 90 mm
Xác định vị trí gối tựa và khoảng cách giữa các điểm đặt lực: l21 = 0,5lmkn + k3 + hn + 0,5B = 0,5.63+10+20+0,5.33 = 78 mm l22 = l23 = 0,5B + k1 + k2 + 0,5lmbv = 0,5.33+10+10+0,5.90 = 81,5 mm Đoạn 1: Đường kính d1 = 65 mm; l1=B= 33 mm Đoạn 2: Đường kính d2u mm; l2= k1 + k2= 20 mm Đoạn 3: Đường kính d3p mm; l3=lmbr = 90 mm Đoạn 4: Đường kính d4e mm ; l4=k1 + k2 + B = 53 mm Đoạn 5: Đường kính d5b mm; l5=lmkn + k3 + hn = 93 mm
Hình 5.2 Kết cấu trục II c) Khai thác phần mềm
Hình 5.10 Ứng suất uốn tổng cộng
Radial Force Bending Moment Continuous Load
Y X Size Directio n Y X Size Directio n Y X Siz e Directio n Lengt h
N -2243.439 N m 2.685 microm -7.877 microm 8.322 microm 288.83 deg 0.00 deg
2243.439 N m -2.519 microm 8.161 microm 8.541 microm 107.15 deg 0.01 deg
Index Type Location Reaction Force
2 Free 179.5 mm 1140.290 N 7331.450 N 7419.597 N 81.16 deg d) Chọn then
- Chọn then tại vị trí lắp bánh răng
Xác định sơ bộ kích thước then: lmbv = 90 mm
Chiều dài then : lt = (0,85…0,95).lm = 76…85 mm
Theo tiêu chuẩn phần mềm chọn lt = 80 mm
- Tại vị trí lắp khớp nối:
Xác định sơ bộ kích thước then: lmkn = 63 mm
Chiều dài then : lt = (0,85…0,95).lm = 53,5…60 mm
Theo tiêu chuẩn phần mềm chọn lt = 56 mm
Hình 5.14 Tab calculation f) Chọn ổ lăn theo phần mềm thiết kế:
Index Type Location Reaction Force
- Do trục chịu tác dụng bởi lực hướng tâm và lực dọc trục nên chọn loại ổ đũa côn
Thông số phản lực tại gối tựa RC = 9646,8 N tính toán cho cả 2 gối trục
Hình 5.16 Tab calculation e) Mô hình 3D
THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC
Bảng thông số kết cấu vỏ hộp
Tên gọi Công thức tính Kết quả
Nắp hộp δ2 δ= 0,03a+3mm δ1= 0,9.δ aw 5 mm δ= 8 mm δ1= 7 mm
Chiều cao h Độ dốc e=(0,8 ÷ 1¿ δ h < 58 e=8 mm h@ mm
- Bu lông ghép bích nắp và bích thân d3
- Vít ghép nắp ổ với vỏ hộp d4
- Vít ghép nắp cửa thăm d5 d1= 0,04.a+10 d2= 0,8.d1 d3= 0,8.d2 d4= 0,7.d2 d5= 0,5.d2 d1 mm d2= 12mm d3= 10 mm d4= 8mm d5= 6 mm
Chiều dày mặt bích ghép nắp và thân hộp:
Chiều dày mặt đế hộp S khi không có phần lồi
K1Emm Kích thước gối trục.
- Tâm bu lông cạnh ổ: E2 và
- Bề rộng mặt ghep bulong cạnh ổ
- Bề rộng bích nắp và thân
Khe hở giữa các chi tiết:
- Giữa bánh răng với thành trong hộp ∆
- Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp ∆ 1
Số lượng bu lông nền Z
2 Kết cấu các chi tiết
- Kết cấu bánh vít bao gồm vành răng bánh vít bằng kim loại màu ghép với thân bánh vít bằng gang hoặc thép.
Các kích thước được xác định như sau:
- Chiều dày vành thân bánh vít: S ≥ 2m
- Chiều dày đĩa thân bánh vít: C = (0,25…0,35)b2
- Đường kính chiều dài may ơ:
Chiều dài vít l < 0,3b2 Đường kính vít d = (1…1,2)m