Bài tập lớn cơ sở thiết kế máy (me2129 hk222) đề số 1 thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

• Chương 2: Thiết kế bộ truyền đai thang.. • Chương 3: Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng.. • Chương 4: Thiết kế trục dẫn 1 trục trong hộp giảm tốc... MỤC LỤC Phần I: Tính toá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

GVHD: Th.S Vũ Như Phan Thiện

Sinh Viên thực hiện:

Nguyễn Tiến Đức 2111083 Đoàn Ngọc Bảo Trân 2112479

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

1- Động cơ điện; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng

1 cấp; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Bộ phận công tác (Xích tải)

Số liệu thiết kế: Phương án 14

- Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm => 300 ngày, 1 ca => 8 giờ)

- Sai số vòng quay trục máy công tác so với yêu cầu ≤ ± 3 %

- Ứng suất tiếp xúc của vật liệu chế tạo 2 bánh răng [б]𝐻 = 480MPa

- Ứng suất uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng [б]𝐹 = 240Mpa

- Ứng suất mỏi uốn của vật liệu chế tạo trục [б] − 1𝐹 = 70MPa

- Độ rắn của vật liệu chế tạo bánh răng HB = 220

- Bộ truyền đai thang (số 2) đặt nằm ngang

YÊU CẦU

• Chương 1: Chọn động cơ điện, phân phối tỉ số truyền

• Chương 2: Thiết kế bộ truyền đai thang

• Chương 3: Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

• Chương 4: Thiết kế trục dẫn (1 trục) trong hộp giảm tốc

• Chương 5: Thiết kế cặp ổ lăn (1 cặp ổ) trên trục dẫn trong hộp giảm tốc

MỤC LỤC

Phần I: Tính toán chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

Phần II: Thiết kế bộ truyền đai thang

Phần III: Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Phần IV: Thiết kế trục dẫn (1 trục) trong hộp giảm tốc

Phần V: Thiết kế cặp ổ lăn (1 cặp ổ) trên trục dẫn trong hộp giảm tốc

PHẦN I TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ

TRUYỀN

I Chọn động cơ

- Hiệu suất toàn bộ hệ thống:

 = 𝑘𝑛 𝑏𝑟 𝑑 𝑜𝑙2

Trong đó, hiệu suất các bộ truyền ta chọn từ bảng 3.3 tài liệu [I]:

𝑘𝑛 = 1 : Hiệu suất khớp nối

𝑏𝑟 = 0.97 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

𝑑 = 0.95 : Hiệu suất bộ truyền đai

𝑜𝑙 = 0.99 : Hiệu suất ổ lăn

Ta được hiệu suất toàn bộ hệ thống:  = 1*0.97*0.95*0.992 = 0.903

- Công suất cực đại trên xích tải:

Dựa vào công suất cần thiết trên trục động cơ 𝐏𝐜𝐭 = 𝟐𝟒 𝟒𝟐 𝒌𝑾, số vòng quay sơ bộ

của động cơ 𝐧𝐬𝐛 =(𝟓𝟖𝟖 ÷ 𝟐𝟒𝟓𝟎) và tài liệu [II] ta chọn loại động cơ điện loại

PHẦN 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

I Thông số ban đầu:

Sai số so với giá trị chọn được trước chấp nhận được

5 chọn khoảng cách trục a sơ bộ theo điều kiện:

2.(𝑑1+ 𝑑2) ≥ a ≥ 0,55 (𝑑1+ 𝑑2) + ℎ

= 2 (250 + 800) ≥ a ≥ 0,55 (250 + 800) + 13.5 = 2100 ≥ a ≥ 591 Chọn sơ bộ a = 800 mm

6 Chiều dài tính toán của đai:

Vậy a = 882.48 mm => Giá trị a vẫn nằm trong khoảng cho phép

8 Góc ôm đai:

𝜶1 = 180 – 57

(𝑑2− 𝑑1)

𝑎 = 144

0 28” > 𝜶min = 1200 => a, 𝑑1, 𝑑2 thoả điều kiện cho phép

9 Số vòng chạy đai trong một giây:

[p0] =9 kW , từ L0 =3750mm, v = 19.24 m/s, d1 = 250mm, tra bảng 4.8 tài liệu [1]

- Hệ số xét ảnh hưởng của góc ôm đai:

- Hệ số xét ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng của các dây đai:

Chọn sơ bộ Cz = 0,9 do chưa biết số dây đai

- Hệ số ảnh hưởng của chế độ tải trọng:

Tải va đập nhẹ, chọn Cr = 0,85

- Lực căng đai ban đầu:

𝐹0 = ℴ0 z A = 1,5 4 230 = 1380 N (do đai thang nên ℴ0 = 1,5)

- Lực tác dụng lên trục và ổ:

𝐹𝑟 = 2𝐹0 sin (ℴ1

2) = 2 1380 sin (144.27

2 ) = 2626.92 (N)

13 Ứng suất lớn nhất trong dây đai và tuổi thọ đai:

- Lực căng mỗi dây đai:

𝐹0

𝑧 = 1380

4 = 345 N

2.3600.𝑖 10

7= 3546.51 giờ Với đai thang nên ℴ𝑟 = 9Mpa và m = 8

14, Thông số của bộ truyền đai thang:

PHẦN 3 THIẾT BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG

I Thông số ban đầu:

- Công suất truyền 𝑃1 = 22,96 kW

- Moment xoắn 𝑇1 = 447485.71 N.mm

- Tỉ số truyền u = 5

- Số vòng quay trục dẫn 𝑛1 = 490vòng/phút

- Ứng suất cho phép: [ơ]H =480MPa [ơ]F =240MPa

- Độ rắn của vật liệu chế tạo bánh răng HB = 220

- Thời gian làm việc 𝐿ℎ = 8.300.5=12000 h

- Quay 1 chiều, làm việc 1 ca, tải va đập nhẹ

II Tính toán thiết kế

1 Chọn vật liệu, phương pháp nhiệt luyện:

- Độ rắn của vật liệu chế tạo bánh răng HB = 220 (180 ± 350), ta chọn nhóm vật liệu

là thép trong đó có thể là thép C40, C45, 40Cr, 40CrNi, 35CrMo

- Phương pháp nhiệt luyện thường là thường hoá hoặc tôi cải tiê

2 Chọn vật liệu, phương pháp nhiệt luyện

- Độ rắn của vật liệu chế tạo bánh răng HB=220 (180 ÷ 350) , ta chọn nhóm vật liệu là thép trong đó có thể là thép C40, C45, 40Cr, 40CrNi, 35CrMo

- Phương pháp nhiệt luyện là thường hóa hoặc tôi cải tiến

3 Trình tự thiết kế:

- Chọn hệ số 𝑏𝑑 Chọn sơ bộ hệ 𝐾𝐻:

Theo bảng 6.15, do HB < 350 và bánh răng nằm đối xứng các ổ trục nên 𝜓𝑏𝑎 = (0.3 ÷ 0.5) , chọn 𝜓𝑏𝑎 = 0.4 theo tiêu chuẩn Khi đó:

- Các thông số hình học của bộ truyền:

aw (mm) m (mm) Z1 Z2 d1 (mm) d2 (mm)

da1 (mm) da2 (mm) b1 (mm) b2 (mm) 𝛽(0) v (m/s)

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TRỤC DẪN TRONG HỘP GIẢM TỐC

4.1 Thông số ban đầu

Fr = 0,3×𝐹𝑡k = 0,3 × 15916.67 = 4775.001N

Fr ngược chiều với lực vòng Ft trên bánh răng

Ứng suất xoắn cho phép đối với thép CT45 [𝜏] = 15 ÷ 30 𝑀𝑃𝑎

với [𝜏] = 15 𝑀𝑃𝑎 đối với trục đầu vào d1 10-3

Chọn kích thước dọc trục

𝑙 ≈ 𝑙1+ 2𝑥 + 𝑤

Trong đó l1 = b1 = 109 mm (kết quả tính bộ truyền bánh răng)

x = 10 – khe hở giữa bánh răng và thành trong hộp giảm tốc

với T1 = 447485.71 Nmm tra bảng 10.3 với w = 40÷80 mm khi T = 400

Xét trong mặt phẳng yOz:

Tổng momen tại A theo phương x bằng 0

𝑀𝑥𝐴 = −𝑀1− 𝐹𝑟1 89.5 + 𝑅𝐶𝑦 179 = 0

179 115 89.5

∑ 𝐹𝑥 = 𝑅𝐴𝑥 − 𝐹𝑡1 + 𝑅𝐶𝑥 + 𝐹𝑡 = 0

𝑅𝐴𝑥 = 𝐹𝑡1 − 𝑅𝐶𝑥 − 𝐹𝑡 = 10327.39 − 3081.53 − 1268.71

= 5977.15𝑁 Vậy

𝑅𝐴𝑦= 1304.2𝑁, RAx = 5977.15 𝑁, RCy =2573.99𝑁, RCx = 3081.53𝑁Biểu đồ momen xoắn, uốn: (đơn vị: Nm)

Tính các momen tương đương tại các tiết diện A, B, C và D

𝑀𝑡𝑑𝐶 = √(𝑀𝑥𝐶)2+ (𝑀𝑦𝐶)2+ 0,75( 𝑇𝐶)2

=√0 + 1459082+ 0.75 × 447485.712 = 414091.46 Nmm

Tại D:

𝑀𝑡𝑑𝐷 = √(𝑀𝑥𝐷)2+ (𝑀𝑦𝐷)2+ 0,75( 𝑇𝐷)2

=√0 + 0 + 0.75 × 447485.712=387533.99 Nmm

Suy ra, tiết diện nguy hiểm là tại B

Xác định đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm:

Ứng suất xoắn cho phép: 15 ÷ 30 𝑀𝑃𝑎

Chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép: [𝜏] = 30𝑀𝑃𝑎 đối với trục đầu ra d2

Xác định sơ bộ đường kính trục:

Trong đó l2 = b2 = 104mm (kết quả tính bộ truyền bánh răng)

x = 10 – khe hở giữa bánh răng và thành trong hộp giảm tốc

𝑀2 = 𝐹𝑎2.𝑑2

2 =2622.82.433.33

2 = 598237.29 𝑁𝑚𝑚 Tìm các phản lực liên kết RBy, RBx, RDy và RDx

∑ 𝐹𝑥 = −𝐹𝑟3+ 𝑅𝐵𝑥 + 𝐹𝑡2− 𝑅𝐷𝑥 = 0

𝑅𝐵𝑥 = 𝐹𝑟3− 𝐹𝑡2+ 𝑅𝐷𝑥 =4775.001−10327.39 + 8390.05

= 2837.661𝑁

Vậy 𝑅𝐵𝑌= 4248.89𝑁, RBx = 2837.661 𝑁, RDy =370.70𝑁, RDx = 8390.05N

Biểu đồ momen xoắn, uốn: (đơn vị: Nm)

Tính các momen tương đương tại các tiết diện A, B, C và D

𝑀𝑡𝑑𝐶 = √(𝑀𝑥𝐶)2+ (𝑀𝑦𝐶)2+ 0,75( 𝑇𝐶)2

=√5502302+ 10865102+ 0.75 × 2148752 = 1232024.95 Nmm

Tại D:

𝑀𝑡𝑑𝐷 = √(𝑀𝑥𝐷)2+ (𝑀𝑦𝐷)2+ 0,75( 𝑇𝐷)2 =√0 + 0 + 0=0 Nmm

Suy ra, tiết diện nguy hiểm là tại C

Xác định đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm:

Theo tiêu chuẩn ta nên chọn 𝑑𝐶 = 65𝑚𝑚

Kiểm tra lại tiết diện lắp ổ lăn:

Đường kính trục lắp ổ lăn tại D chọn giống tiết diện tại B Như vậy,

đường kính trục ta vừa chọn để lắp ổ lăn đã thỏa điều kiện

Kiểm tra tại tiết diện lắp khớp nối đàn hồi:

Momen tương đương tại tiết diện lắp khớp nối

kiện

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CẶP Ổ LĂN TRÊN TRỤC DẪN

Đường kính trong d = 71mm, số vòng quay n2 = 98 vòng/phút

3 Điều kiện làm việc và thời gian làm việc:

- Quay một chiều, làm việc 2 ca, một năm làm việc 300 ngày,

một ngày làm việc 8 giờ, nhiệt độ làm việc của ổ là dưới

100oC, vòng trong quay, làm việc 4 năm

- Thời gian làm việc của ổ:

𝐿ℎ = 2.8.300.4 = 19200 𝑔𝑖ờ Thiết kế ổ trên trục I:

4 Lực hướng tâm tác động lên các ổ:

5 Đường kính trong d = 55mm, suy ra 2 chữ số cuối của kí hiệu ổ lăn là 11 Dựa vào bảng P2.7 [1] ta chọn cỡ nặng 409 có C = 102kN và Co = 81.5 kN

Chọn sơ bộ ổ đũa côn cỡ trung 7311 có thông số:

6 Tính và kiểm nghiệm khả năng tải của ổ: tiến hành cho ổ A vì ổ này chịu tải lớn hơn

tải trọng quy ước:

𝑄 = (𝑋𝑉𝐹𝑟 + 𝑌𝐹𝑎)𝑘𝑡𝑘𝑑

= (0,45.1 6117.78 + 0,22𝑐𝑜𝑡𝛼 2622,82) 1.1,3

= 6282.07 𝑁 = 6.2 𝑘𝑁 Trong đó: kd tra bảng 11.3 [1], kd = 1,3; kt = 1

Tuổi thọ của ổ tính theo triệu vòng:

𝐿 =60𝑛𝐿ℎ

106 =60.490.19200

106 = 565 𝑔𝑖ờ Tải trọng động

𝐶𝑑 = 𝑄 √𝐿𝑚 = 5,3√5653 = 43,8 𝑘𝑁 < [𝐶] = 102 𝑘𝑁 Trong đó: m = 3 (ổ bi)

Do đó ta chọn ổ đỡ cỡ nặng 7311 là hợp lý Và ta chọn 2 ổ đỡ tại A và C là giống nhau

Tính toán lại tuổi thọ của ổ lăn theo 𝐶𝑑 = 102 𝑘𝑁

7 Đường kính trong d = 70mm, suy ra 2 chữ số cuối của kí hiệu ổ lăn là 14 Dựa vào bảng P2.7 [1] ta chọn cỡ trung 312 có C = 168kN và Co = 137 kN

Chọn sơ bộ ổ đũa côn cỡ trung 7314 có thông số:

8 Tính và kiểm nghiệm khả năng tải của ổ: tiến hành cho ổ A vì ổ

này chịu tải lớn hơn

0,22 Vậy theo bảng ta tra được X= 0,5, Y = 0,22𝑐𝑜𝑡𝛼

tải trọng quy ước:

𝑄 = (𝑋𝑉𝐹𝑟 + 𝑌𝐹𝑎)𝑘𝑡𝑘𝑑 = (0,5.1 5109.34 + 0,22𝑐𝑜𝑡11.67.2262,82) 1.1,3

= 6454.38 𝑁 = 6.5 𝑘𝑁 Trong đó: kd tra bảng 11.3 [1], kd = 1,3; kt = 1

Tuổi thọ của ổ tính theo triệu vòng:

𝐿 =60𝑛𝐿ℎ

106 =60.98.19200

106 = 112.89 ℎ Tải trọng động