Đồ án chi tiết máy - Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot pdf

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Bộ mô cơ sở thiết kế máy và Robot Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Nguyến Tuấn Khoa... Lời nói đầu Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn đ

ĐỒ ÁN

CHI TIẾT MÁY

Bộ mô cơ sở thiết kế máy và Robot

Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Nguyến Tuấn Khoa

Mục lục

Phần I

I.Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền……… Trang 3

Bảng số liệu của hộp giảm tốc ………Trang 4

Phần II :Thiết kế và tính toán các bộ truyền

1.Tính toán bộ truyền xích……… Trang 4

2.Tính bộ truyền trục vít trong hộp giảm tốc………Trang 7

3.Tính bộ truyền bánh răng………Trang 11

4.Kiểm tra điều kiện bôi trơn của hộp giảm tốc………Trang 16

Phần III :Tính toán thiết kế trục và chọn ổ lăn

1 Tính toán thiết kế trục……….Trang 17

2 Chọn ổ lăn……….Trang 34

Phần IV :Thiết kế vỏ hộp và bôi trơn hộp giảm tốc……… Trang41

Phần V : Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai ……… Trang47

Lời nói đầu

Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây là thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng với yêu cầu về lực cũng như vận tốc và các đặc trưng khác

Đồ án môn học chi tiết máy với bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kế các chi tiết máy trong lĩnh vực cơ khí nhằm nâng cao kỹ năng tính toán , hiểu sâu hơn

về kiến thức đ• học

Nội dung đồ án môn học chi tiết máy bao gồm

Tính toán chọn động cơ cho hệ dẫn động băng tải

Tính toán bộ truyền trong và bộ truyền ngoài

Thiết kế trục và chọn ổ lăn

Tính toàn vỏ hộp và các chi tiết khác

Tính toán bôi trơn

Đồ án môn học chi tiết máy là tài liệu dùngđể thiết kế chế tạo các hệ dẫn động cơ khí , nhưng đây không phải là phương án tối ưu nhất trong thiết kế hệ dẫn động do những hạn chế về hiểu biết và kinh nghiệm thực tế

Trong đồ án này có tham khảo tài liệu:

- Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tập 1[TL1], 2[TL2] : Trịnh Chất – Lê Văn Uyển

- Chi tiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp :Tập 1, Tập 2

- Dung sai và lắp ghép – Ninh Đức Tốn

Nguyễn Tuấn Khoa

Co éi?n T? 2 – K49 éHBK Hà N?i

4.Chiều cao tang : H=750 mm

5.Thời gian phục vụ: Ih=20000 giờ

a/Tính công suất

+/Để đảm bảo cho bộ truyền động băng tải làm việc ổn định và ít rung động ta phải tính toán và chọn động cơ sao cho vừa đủ công suất không quá thừa nhằm tránh vượttải và thừa tải quá nhiều

+/Từ yêu cầu: - Lực kéo băng tải : F=9000 N

Với hộp giảm tốc Trục vít –Bánh răng theo kinh nghiệm ta lấy:

ubr=(0,05 …0,06)uh=2,56 – 3,07 ; chọn ubr= 3,00

=> utv=

Ch?n ubr=17,0

=> Tính chính xác ung = uch/uh =uch/(utv.ubr) = 102,44/(3,0.17,0) = 2,009

I.3/ Tính công suất,số vòng quay, mômem xoắn trên các trục

+/Tính công suất trên các trục:

II/ Tính toán thiết kế các bộ truyền

II.1/ Thiết kế bộ truyền ngoài (xích)

a/Chọn loại xích

Vì tải nhỏ , va chạm v?a ,vận tốc thấp ?chọn xích con lăn.

b/Xác định các thông số của xích và bộ truyền:

Theo bảng 5.4 tr.80[TL1] với u=2,01 chọn số răng xích Z1=25 => Z2=2,01.25=50,25

Ko=1 : hệ số ảnh hưởng vị trí bộ truyền (đường nối 2 tâm đĩa xích

nằm nghiêng 1 góc <600 so với phương nằm ngang)

Ka=1 : hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích (chọn a=40p)

Kđc=1,1 : hệ số kể dến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích

(điều chỉnh được bằng con lăn căng xích)

Kđ=1,3 : hệ số tải trọng động (va đập vừa)

Kc=1,25 : hệ số kể dến chế độ làm việc (2 ca)

Kbt=1,3 : hệ số kể dến ảnh hưởng của việc bôi trơn (có bụi chất

lượng bôi trơn đạt yêu cầu)

F0 = 9,81.Kf.q.a : lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra

= 9,81.2.7,3.1,268=181,61(N) với Kf=2 (đường nối 2 tâm đĩa xích

nghiêng 1 góc 400 so vói phương nằm ngang );

Fv :lực căng do lực li tâm sinh ra

Fv= q.v2 : lực căng do lực li tâm sinh ra

e/ Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng đĩa xích phải thoả m•n điều kiện

?H1= [?H]

[?H] :ứng suất tiếp xúc cho phép

Kr=0,42 :hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích phụ thuộc vào Z (bảng

E=2,1.105 MPa :môđun đàn hồi

A=446 mm2 :diện tích chiếu của bản lề (bảng5.12 tr.87[TL1])

-Theo bảng 7.1 với ?pO?F 5-5-5 đúc trong khuôn kim loại:

?b=200-250 (MPa ), ?ch =80-100 (MPa);

+/ứng suất tiếp xúc cho phép:

[?H]=[?HO].KHL( theo công thức7.2);

+/Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít của bộ truyền phải thoả m•n điều

Vậy chọn vật liêu thoả m•n;

- Hiệu suất của bộ truyền:

? = 0,95 = 0,95 = 0,86 ( Theo bảng 7.4 tr.152[TL1] ,với vs=11,81 (m/s) -> góc ma sát: ? = 0,900)

KH : hệ số tải trọng

KH = KH? KHV;

KH? :hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng;

Vậy ? H= =140,78(MPa) <154,22(MPa) = [?H]

Vậy đảm bảo độ bền tiếp xúc của bánh vít ;

+/ Kiểm nghiện răng bánh vít về bền uốn:

ứng suất uốn sinh ra tại chân bánh vít phải thoả m•n điều kiện:

da1=d1+2m = m(q+2) =91,35 mm Lấy da1= 92 mm

da2= m(Z2+2+2x) = 6,3.(34+2-2.0,23)= 223,90 (mm) Lấy da2= 225 mm df1 = m(q-2,4)=6,3.(12,5-2,4) = 62,23 (mm) Lấy df1= 62 mm

df2 = m(Z2-2,4+2x)=6,3.(34-2,4-2.0,23) = 194,18 (mm) Lấy df2= 195 mm

+/ Kiểm nghiệm bánh vít về quá tải:

?Hmax= ?H = 140,78 =172,42 <[?H]max =360(MPa);

?Fmax= ?F.Kqt = 7,94.1,5 =22,28 < [?F]max = 72(MPa);

c/ Tính nhiệt truyền động trục vít:

Nhiệt độ của dầu trong hộp giảm tốc trục vít phải thoả m•n

td =to + [td];

to :nhiệt độ môi trường xung quanh;

?=0,86 (hiệu suất bộ truyền );

P1= 6,059 kW (công suất trên trục vít)

Kt =8 17,5W/(m2 0C) :hệ số toả nhiệt chọn

Kt =15 W /m2 0C ;

?=0,25 0,3 :hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp

xuống bệ máy chọn ?= 0,27 ;

? :hệ số kể đến nhiệt sinh ra trong một đơi vị thời gian

do làm việc ngắt qu•ng

? = tck/ ?(Piti/P1) = 8/(1.5+0,7.3)=1,13;

A : diện tích mặt thoát nhiệt của hộp giảm tốc (m2)

A=A1+A2 20.aw2+0,2(20 aw2) = 504600 mm2 =0,5046m2;

Vậy td =25 + =103,10>[td]

Chưa thỏa m•n về nhiệt độ của dầu bôi trơn

- Diện tích thoát nhiệt cần thiết:

Để đảm bảo giá thành khi chế tạo , và tính công nghệ ta chọn vật liệu làm

bánh răng giống như vật liệu làm trục vít

+/ Chọn vật liệu của bánh nhỏ :Thép C45 thường hóa đạt độ rắn

HB =185 ?b=600(MPa) ?ch=340(MPa);

+/ Chọn vật liệu của bánh lớn giống như vật liệu làm bánh nhỏ

nhưng có HB =170 ?b=600(MPa) ?ch=340(MPa) b/ứng suất cho phép

+/ứng suất tiếp xúc cho phép:

[?H] =?0Hlim.KHL/SH ;

Với ?0Hlim : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với chu kỳ cơ sở;

SH :hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc;

mH : bậc của đường cong mỏi mH =6 do HB <350;

NH0 : số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

?0Flim :ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở ;

SF : hệ số an toàn khi tính về uốn;

Vậy ứng suất cho phép:

+/ Xác định thông số cơ bản

aw=Ka(u+1) (6.15a);

Ka= 43 :hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và

loại răng ( theobảng6.5)

u=3,00 : tỷ số truyền của cặp bánh răng;

T1=272644(Nmm) :mômen xoắn trên trục chủ động

[?H] = 386,37(MPa)

?ba=0,25 chọn sơ bộ theo (bảng 6.6)

KH? :hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều

rộng vành răng khi tính về tiếp xúc

KH?=1,037 với ?bd=0,53?ba(u+1) = 0,53.0,25(3+1)=0,53 theo(bảng6.7sơ đồ 5)

+/Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả m•n điều kiện: ?H =ZM ZH Z? [?H];

ZMơ = 274MPa1/3 : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh

răng ăn khớp (theo bảng6.5);

KH? : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho

các đôi răng đồng thời ăn khớp

KH? = 1,13(với v=?.dw1.n1/60000 = 1,08 (m/s) theo bảng 6.14)

KHV :hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp KHV=1,01(theo bảng p2.3 )

=>KH=1,172

=> ?H = 274.1,724.0,76 = 356,53MPa

- Tính chính xác [?H]’= [?H]ZRZVKxH = [?H].1.1.1= 386,37MPa, do h? s? xột d?n d? nham c?a m?t rang làm vi?c :ZR = 0,95 v?i Ra<2,5…1,25àm; h? s? xột d?n ?nh hu?ng c?a v?n t?c vũng ZV = 1 v?i v <5m/s; h? s? xột d?n ?nh hu?ng c?a kớch thu?c bỏnh rang KxH = 1 do da < 700 mm

Mặt khác : = =2,95% < 10 %

=> Không thừa bền

Vậy điều kện bền tiếp xúc thoả m•n

+/Kiểm nghiệm về độ bền uốn

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng ứng suất sinh ra tại mặt răng không được vượt quá giá trị cho phép:

Y?=1- ?0/140 = 0,91: h? s? k? d?n d? nghiêng c?a rang

YF1 ,YF2 :hệ số dạng răng của bánh 1 và 2

?F2= ?F1ơ.YF2/YF1= 72,91 < 185,14(MPa);

Vậy điều kiện bền uốn được thoả m•n;

+/Kiểm nghiệm độ quá tải

?Hmax= ?H = 356,53 =436,66<[?H]max =952(MPa);

?F1max= ?F1.Kqt = 74,73.1,5 =113,0< [?F1]max = 272(MPa);

?F2max= ?F.Kqt = 72,91.1,5 =109,4< [?F2]max = 272(MPa);

Đảm bảo điều kiện quá tải đủ bền;

Bảng thông số cơ bản của bộ tuyền trong HGT

Bộ truyền trục vít Bộ truyền bánh răng

Đường kính chân răng (mm) df1/df2=62 /198 df1/df2= 112/352,5

Đường kính ngoài bánh vít daM2 da2+1,5m =233,35 chọn daM2=230

Chiều dài phần cắt ren trục vít b1>(11+0,06Z2)m=82.15

lấy b1 = 85(bảng 7.10)

II.4/ Kiểm tra điều kiện bôi trơn của hộp giảm tốc

Để thoả m•n điều kiện bôi trơn hộp giảm tốc

awtv+df1tv/2?df2br/2

Với awtv=145 mm df1tv=62 mm df2br=352,5mm

?awtv+df1tv/2 =145+62/2=176? df2br/2=352,5/2=176,25mm

Vậy hộp giảm tốc thoả m•n điều kiện bôi trơn

Phần III / Tính toán thiết kế trục và chon ổ lăn

III.1/ Tính toán thiết kế trục:

a/ Chọn vật liệu:

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có ?b= 600 MPa

ứng suất xoắn cho phép [?] = 12 20 Mpa

+/Từ đường kính sơ bộ theo bảng 10.2 ta chọn sơ bộ chiều rộng ổ lăn:

k1 =8 :Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành

trong của hộp hoặc k/c giữa các chi tiết quay

k2=10: Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp

k3=12: Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ

hn =15 :Chiều cao nắp ổ và đầu bulông

+/Đối với bánh răng trụ răng nghiêng

Ft4=Ft3= 2.T2/dw3=2.272644/120=4640 N

Với T2=272644 Nmm : Là mô men xoắn trên trục bánh 1 trên trục2

dw3=117,5 mm : Là đường kính vòng lăn bánh 1 trên trục 2

+/Đối với khớp nối :

- Chọn khớp nối : Nối trục đàn hồi

Dựa vào mô men xoắn : Tt=k.T? [T]

Do máy công tác là băng tải nên k=1,2 1,5 ? chọn k=1,5

d =36 là đường kính sơ bộ của trục trục vít

Lực trên khớp nối Frk=109 N có chiều ngược chiều Ft1 làm tăng ứng

Với số liệu như sau: d1=214,2 (mm) là đường kính của bánh vít

d2= 120 (mm) là đường kính của bánh răng 1 trục 2

Mô men xoắn trên trục 2 T2=272644 Nmm

Lực trên bánh vít Ft 2=2580N Fa 2=470N Fr 2=939N

Lực tác dụng lên bánh răng Ft3=4640 N Fr3=1794 N Fa3=1159N

-Trên mặt phẳng x0y chỉ có mô men xoắn T2=272644 Nmm

->Biểu đồ mômen và kết cấu của trục:

Với số liệu như sau:

d2=360 (mm) là đường kính của bánh răng

=>X0= Fxx+Fr4-X1 = 5062+1794-9049= -2193(N)

- Trên mặt phẳng x0y chỉ có mô men xoắn T3=795.031 Nmm

->Biểu đồ mômen và kết cấu của trục:

f/Kiểm ngiệm độ bền của trục.

+/Do trục đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng:

?mi = 0, ?aj=?mạxj= Mi/Wi

Mi : Mômen uốn tổng tại điểm i

+/Do trục quay một chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động:

Ky : hệ số tăng bền bề mặt Ky=1 (không tăng bền bề mặt)

K? : hệ số tập trung ứng suất khi uốn

K? : hệ số tập trung ứng suất khi xoắn

Bảng(10-12):dùng dao phay ngón,hệ số tập trung ứng suất tải r•nh ứng suất vật liệu: K?2 =1,76; K?2 =1,54

Ky : hệ số tăng bền bề mặt Ky=1 (không tăng bền bề mặt)

K? : hệ số tập trung ứng suất khi uốn

K? : hệ số tập trung ứng suất khi xoắn

Bảng(10-12):dùng dao phay ngón,hệ số tập trung ứng suất tải r•nh ứng suất vật liệu: K?2 =1,76; K?2 =1,54

Bảng(10-10):tra được hệ số kích thước ?? = 0,88 ?? =0,81

Với kết quả tính toán như trên thì trục thoả m•n độ bền

g/ Kiểm nghiệm độ bền của then :

Nguyên nhân hỏng then chủ yếu do bị dập hay bị cắt , do vậy ta kiểm nghiệm độ bềndập và độ bền cắt của then :

?d = 2T / [d.lt ( h - t1)] [?d] ?c = 2T / (d.lt b) [?c]

Với ?d:là ứng suất dập ?c : là ứng suất cắt

T : mô men xoắn trên các trục d : đường kính trục

h : chiều cao của then b : chiều rộng của then

t1 : chiều sâu r•nh then trên trục

lt : chiều dài r•nh then

Theo bảng 9.5: Với mối ghép cố định , trạng thái làm việc va đập vừa

Nên ta chọn được [?d]=100 Mpa

Với thép 45, do tải trọng va đập vừa nên có được

[?c]=(60 90)(1-1/3)=40 60 Mpa (theo trang 174 T1)

Bảng 3: Kết quả kiểm nghiệm các then

Tiết diện Số then đối xứng d lt b x h t1 T ?d ?c

Tính phản lực trên gối trong mặt phẳng oxy

a/Chọn loại ổ :Theo bảng( P2.7, 2.11)

Do lực dọc trục lớn ,tại gối “0”đặt 2 ổ đũa côn đối nhau kiểu v để hạn

chế sự di chuyển dọc trục về 2 phía

Còn trên gối “1” dùng ổ tuỳ động , ở đây chọn ổ bi đỡ

- Tại gối “1” v?i đường kính ngỗng trục : d =35 mm có số liệu của ổ 700106

C=7,74 kN C0 = 5,79 kN

d=35 mm r = 0,5 mm

D = 62 mm B =9 mm

- Tại gối “0”:

Do Fa13 /Fr10 = 2580/300 = 8,6 > 1,5 nên tại gối “0”dùng ổ đũa côn cỡ nhẹ

Ký hiệu 7207 (bảng p2.11) số liệu như sau

C =35,2 kN C0 = 26,3 kN

d = 35 mm ? = 13,83o

-/ Xác định tải trọng quy ước :

Do tại gối “0” có lắp hai ổ đũa côn theo kiểu chữ v nên

kt =1 : hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ

kđ =1,5 : hệ số ảnh hưởng của tải trọng (do tải trọng va đập vừa) Vậy tải trọng quy ước trên ổ 1:

X0= 0,5 Y0= 0,22cotg? =0,22.cotg13,67=0,9

Để đảm bảo khả năng tải tĩnh thì Qt< C0

C0ơ : khả năng tải tĩnh

-/ Xác định tải trọng quy ước :

Q0=(X.V.Fr11+Y.Fa11).kđ.kt = X.V.Fr11.kđ.kt (do lực dọc trục Fa1=0) =1.1.976.1.1,5=1464 N

-/ Xác định tải trọng tương đương

Khi đó lực tác dụng lên ổ “1” ngược chiều với F21 =>Fr21= 4082(N)

- Lực dọc trục Fat = Fa3- Fa2=1159 - 470 = 689 (N)

Sơ đồ lắp ổ

- Theo công thức ổ đũa côn : e = 1,5tg? = 1,5tg13,830 = 0,369

Theo 11.7 lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra trên các ổ

Do 2 ổ cùng loại nên chỉ cần xét ổ chịu tải trọng lớn hơn, xét ổ “0”

Theo(11.1) khả năng tải động của ổ Cd=Qtd.L0,3

Với Li=60.n2.Lh/106=60.172,65.20000/106=207,18 (triệu vòng )

Để đảm bảo khả năng tải tĩnh thì Qt<C0

C0ơ : khả năng tải tĩnh

Với sơ đồ bố trí như hình vẽ ta có

?Fa0=Fs1- Fat = 3538 - 1159= 2379 N > Fso

Để đảm bảo khả năng tải tĩnh thì Qt<C0

C0ơ :khả năng tải tĩnh

Vậy khả năng tải tĩnh thoả m•n

Phần VI : Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và bôi trơn

1/Tính kết cấu của vỏ hộp:

Chỉ tiêu của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ, do vậy chọn vật liệu để đúc hộp giảm tốc là gang xám có kí hiệu GX 15-32

Chọn bề mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục

2/Bôi trơn trong hộp giảm tốc:

Vì vận tốc bộ truyền không lớn trục vít đặt dưới nếu lấy tâm con lăn thấp nhất

để giới hạn mức dầu thì dầu ngập hết được ren phía dưới của trục vít, do đó dùng phương pháp bôi trơn ngâm dầu trong khi bộ truyền làm việc ren trục vít cuốn dầu lên bôi trơn vùng ăn khớp khi đó hộp giảm tốc sẽ được bôi trơn đầy đủ

3/Dầu bôi trơn hộp giảm tốc :

Chọn dầu bôi trơn với vận tốc trượt của bộ truyền trục vít có vận tốc