Bộ môn cơ sở kỹ thuật công nghiệp đồ án môn học chi tiết máy

Giúp sinh viên hiểu được nhiều kiến thức quan trọng trước khi tốt nghiệp và trong công việc tương lai của mình.Thông qua đồ án môn học Chi tiết máy, sinh viên được hệ thống lại các kiến

Trang 1

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD: TS NGUYỄN VĂN TỰU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN : CƠ SỞ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

*** -ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

Giáo Viên Hướng Dẫn: Nguyễn Văn Tựu

Họ và Tên: Đặng Hữu Thiện MSV: 2041060541

LỚP: K65- KTCK HỌC KỲ: I(2022 - 2023)

Trang 2

LỜI ĐẦU

Chi tiết máy là một môn học khoa học nghiên cứu các phương pháp tính toán và thiết kế chi tiết máy Giúp sinh viên hiểu được nhiều kiến thức quan trọng trước khi tốt nghiệp và trong công việc tương lai của mình.

Thông qua đồ án môn học Chi tiết máy, sinh viên được hệ thống lại các kiến thức đã học nhằm tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc, thiết kế kết cấu chi tiết máy, chọn cấp chính xác, lắp ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, về dung sai lắp ghép, chế độ làm việc cũng như những hỏng hóc mắc phải khi làm việc và nguyên nhân gây ra Do đó khi thiết kế đồ án chi tiết máy phải thông thạo nhiều môn học trong ngành cơ khí cũng như các phần mềm đồ họa máy tính hay khả năng vẽ của mình Đặc biệt làm rèn luyện tính cẩn thận trong việc tính toán, cũng như các số liệu cần chọn.

Lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế, với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần em chưa nắm vững, dù đã tham khảo các tài liệu, ý kiến trên các trang mạng, cũng như những sinh viên khóa trước, trong tính toán không thể tránh được những thiếu sót Mong thầy cô giáo thông cảm.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Văn Tựu

đã hướng dẫn tận tình và cho em nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này.

Hà nội…, ngày…, tháng…, năm 2020 Sinh viên thực hiện

Đặng Hữu Thiện

Trang 3

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD: TS NGUYỄN VĂN TỰU NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn

TS Nguyễn Văn Tựu

Trang 4

Trang 5

MỤC LỤC

Phần 1 Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền ……… trang 2Phần 2 Tính toán thiết kế các bộ truyền ……….

Trang 6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNHBỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-*** -ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Tựu Sinh viên thực hiện: Đặng Hữu Thiện I NỘI DUNG:

Thiết kế hệ thống dẫn động bang tải có lược đồ dẫn động tải trọng như thể hiện trên hình 1 và hình 2.

II SỐ LIỆU KỸ THUẬT:

a) Lực vòng trên băng tải: F = 5290 (N) - Số ca trong ngày: g = 2; 8h/ca

e) Đặc điểm tải trọng: Va đập nhẹ, bộ truyền xích quay 1 chiều.

Góc nghiêng giữa đường nối tâm hai đĩa xích với đường nằm ngang: γ = 20o

Trang 7

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY GVHD: TS NGUYỄN VĂN TỰU TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 2006.

[2] Đào Ngọc Biên Phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ Tạp chí Khoa học công nghệ Hàng hải, 2011, 28 (11); 39-41.

Trang 8

HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG CÔN- TRỤ HAI CẤP Phần I: Chọn động cơ và phân phối tỷ số chuyền

Ta có lược đồ hệ dẫn động băng tải như 1.1

Hình 1.1 Lược đồ hệ dẫn động băng tải

1 Động cơ điện; 2 Khớp nối; 3 Hộp giảm tốc bánh răng côn trụ 2 cấp4 Bộ truyền xích; 5 Băng tải

I, CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN1, Chọn kiểu loại động cơ:

Hiện nay có hai loại động cơ điện là động cơ một chiều và động cơ xoay chiều Để thuận tiện, phù hợp với lưới điện hiện nay ta chọn động cơ điện xoay chiều Trong số các loại động cơ xoay chiều ta chọn loại động cơ bap ha không đồng bộ rô to lồng sóc (còn gọi là ngắn mạch) Với những ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, giá thành thấp, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện.

2, Tính toán momen thực tế trên băng tải, chọn số vòng quay động cơ và xác định hiệu suất toàn bộ hệ thống.

a, Momen thực tế trên băng tải:

Trang 9

b, Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ (ĐC):

- Số vòng quay đồng bộ của ĐC (còn gọi là tốc độ từ trường quay) được xác

c, Xác định hiệu suất của toàn bộ hệ thống:

Hiệu suất của toàn bộ hệ thống được xác định theo công thức sau:

Trong đó: ηht - Hiệu suất của toàn bộ hệ thống;

ηk- Hiệu suất khớp nối, thường lấy ηk=1;

ηổ - Hiệu suất truyền động của cặp ổ lăn;

ηxích - Hiệu suất truyền đọng của bộ truyền xích Tra bảng 2.3 [1, Tr 19], ta được:

(1.2)

Trang 10

⇒ ηht=1 0,96 0,97 0,994 0,92 0,82=

[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 2006.

3, Chọn động cơ điện theo công suấta, Mômen đẳng trị trên băng tải:

Trong đó: T - Mômen thứ k của phổ tải trọng tác động lên băng tải;k tk - Thời gian tác động của mômen thứ k.

Từ đề bài, ta có: T =T; t11=50%t=0,5t T =0,8T;t =50%t=0,5t22

Trang 11

Từ các thông số đã tính toán ở trên, theo bảng P1.1 [1, Tr.234] có thể chọn loại động cơ K mang nhãn hiệu K132M4, có các thông số kĩ thuật như sau:

Bảng 1.1 Bảng đặc trưng cơ - điện của động cơ đã chọn

Công suấtVận tốc quay

Đặc điểm của động cơ điện K:

- Về phạm vi công suất: Với cùng số vòng quay đồng bộ (n ) 1500 vg/ph,đb động cơ K có phạm vi công suất 0,75 ÷ 30 kW lớn hơn của động cơ DK, nhỏ hơn động cơ 4A.

- Động cơ K có khối lượng nhỏ hơn so với động cơ DK và đặc biệt có mômen

khởi động cao hơn 4A và DK.

Trang 12

4, Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ đã chọn: a, Kiểm tra điều kiện mở máy:

Khi mở máy mômen tải không vượt quá mômen khởi động của động cơ (T<Tk) nếu không động cơ sẽ không chạy Trong các catalog của động cơ đều cho tỷ số Tk/Tdn, đó cũng là số liệu cần để tham khảo khi chon nhãn hiệu động cơ, với điều

Trang 13

Hình 1.2 Lược đồ tải trọng tác dụng lên trục băng tải b, Kiểm nghiệm động cơ theo các điều kiện làm việc:

Tmaxqtđc ≤ [T ]; [T ] = η 2 Tđcđcht

Trong đó: Tmaxqtđc - Mômen quá tải lớn nhất của động cơ; Tmaxqtđc = K Tqt cản

[Tđc] - Mômen cho phép của động cơ; T - Mômen tải của động cơ đã chọn; Kqt - Hệ số quá tải của động cơ, K = 1,4; Tcản - Mômen cản của động cơ, T =cản9550 Pđtbt

II, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

Để phân phối tỷ số truyền cho các bộ truyền, cần tính tỷ số truyền chung cho

Trang 14

ung = u uknxích

ukn tỉ số chuyền của khớp nối (ukn =1) ⇒ u = ungxích

uxích - Tỷ số truyền của bộ truyền xích.

Theo bảng 2.4 [1, tr21], ta có tỉ số truyền nên dùng của bộ truyền xích là u = 2…5.xích Trong đó: u - Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng côn;1

u - Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ.2

Với hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ 2 cấp, nếu hàm mục tiêu là kích thước của vỏ hộp giảm tốc nhỏ nhất, nên chọn tỷ số truyền cấp chậm (u ) tính theo công thức2 thực nghiệm trong tài liệu [2, tr40], theo đó ta lấy:

Trang 15

III, XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌCVÀ LỰC CỦA CÁC TRỤC

Nhằm thuận tiện cho việc tính toán và theo dõi, các trục được ký hiệu bằng chữ số La Mã từ I đến IV, như thể hiện trên hình 1.3.

Hình 1.3 Ký hiệu các trục trong hệ thống dẫn động băng tải 1, Tính toán tốc độ quay của các trục 2, Tính công suất trên các trục

Gọi công suất trên các trục I, II, II, IV lần lượt là P , P , P , P , ta có:IIIIIIIV - Công suất danh nghĩa trên trục động cơ:

Trang 16

PIII = P ηIIBrtrụ η = 4,647 0,97 0,99 = 7,59(kW)ổ - Công suất danh nghĩa trenm trục IV:

PIV = P η η = 4,463 0,92 0.99 =6,9(kW)IIIxíchổ 3, Tính mômen xoắn trên các trục

Gọi mômen xoắn tren các trục I,II,III,IV là TI,T ,T ,TIIIIIIV có kết quả:

Phần 2: Tính toán thiết kế các bộ truyền I, Thiết kế bộ truyền bánh răng

Trang 17

1, Bộ truyền bánh răng côn – răng thẳng cấp nhanh: a, Chọn vật liệu:

Đối với hộp giảm tốc côn – trụ 2 cấp chịu công suất nhỏ (Pdmdc =5,5kW), chỉ cần chọn vật liệu nhóm I là được Vì vật liệu nhóm I có độ rắn HB ≤ 350, bánh răng được thường hóa và tôi cải thiện Nhờ độ rắn thấp nên có thể cắt rang chính xác sau khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền có khả năng chạy mòn.

Theo bảng 6.1 [1, tr92] ta chọn:

- Bánh nhỏ ( bánh 1): Thép 45 tôi cải thiện; đạt độ rắn HB = (241…285); Giới hạn bền σ = 850MPa; Giới hạn chảy σ = 580MPa Chọn độ rắn bề mặt làb1ch1 HB1 = 250.

- Bánh lớn ( bánh 2): Thép 45 tôi cải thiện; đạt độ rắn HB = (192…240); Giới hạn bền σ = 750MPa; Giới hạn chảy σ = 450MPa Chọn độ rắn bề mặt là HB =b2ch22 240.

b, Xác định ứng suất cho phép:

Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ ] và ứng suất uốn cho phép [σ ] được xác địnhHF theo công thức sau đây: KxH - hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng; YR - hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng; Ys - hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất; KxF - hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn Trong thiết kế sơ bộ, lấy ZRZv K = 1 và Y Y K = 1 do đó công thức (2.1)xHRsxF và (2.2) trở thành:

Trang 18

lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở, trị số của chúng được lấy theo Bảng 6.2 [1, tr.94].

Vởi thép tôi cải thiện đại độ rắn HB = 180…350, có:

o = 2HB + 70 ; S = 1,1;H

o = 1,8HB ; S = 1,75;F SH, S – lần lượt là hệ số ân toàn khi tính về tiếp súc và uốn.F Thay số vào có kết quả:

KHL, K – lần lượt là hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụFL và chế độ tải trọng của bộ truyền, được xác định theo công thức sau:

Trang 19

⇒NHO 1 = 30 × 2502,4 = 17067789

NHO2 = 30 × 2402,4 = 15474913

NFO – số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn: NFO = 4 × 10 đối với tất cả các loại thép;6

NHE, N – số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Khi bộ truyền chịu tảiFE trọng tĩnh:

NHE = N = N = 60.C.nFE1 Σ.t (2.6) C - Số chu kỳ ăn khớp trong một vòng, C = 1;

ni - Số vòng quay bánh răng trong một phút; tΣ - tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét; tΣ =12năm.12tháng.25ngày.6giờ.3ca = 64800 (giờ)

thay số vào công thức (2.6), ta được:

NHE = N = N = 60×1×1445×64800 = 5618160000 (giờ)FE ⇒NHE1 > NHO1; N > NFE1FO1

Tính toán tương tương tự có kết quả: N > NHE2HO2; N > NFE2FO2

Ta lấy N = N ; N = N , khi đó ta có kết quả K = 1 và K = 1 (đườngHEHOFEFOHLFL cong mỏi gần đúng là đường thẳng song song với trục hoành, tức là trên khoảng này giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn không thay đổi).

Thay số vào (2.1a) và (2.1b), ta được:

Với bộ truyền bánh răng côn - răng thẳng ứng suất tiếp xúc cho phép là giá trị nhỏ hơn 2 giá trị của [σ ] và[σ ], tức [σ ] = 500 MPa.H1H2H

Trang 66

- Momen xoắn từ trục I truyền cho trục II, TII=104115(Nmm) ;

Trang 67

Fa 2=412,38 ( N ) ; Fa 3=554(N )Fr 2= 121,29 (N) ; Fr 3=1171,54 (N)Ma 2=38472,9(Nmm) ; Ma 3=18484,21(N )

Mt 2=110136,68 (Nmm) ; Mt 3=104114,8 (Nmm)

* Tính phản lực tại 2 gối A và D trên trục II:

Giả thiết chiều của các phản lực RAy,RAx,RDy,RDx tại các gối A và D theo 2 phương x và y như thể hiện trên hình 4.4, ta có:

- Phản lực trên các gối đỡ trong mặt phẳng zOy: + Phương trình cân bằng mômen tại gối A như sau:

Vậy RDy có chiều cùng với chiều giả thiết + Phương trình cân bằng lực theo phương y:

∑F(y )=RAy+RDy+ Fr 2−Fr 3=0

⇒ RAy=Fr3−RDy−Fr2=1171,54 1012,14 121,29 38,11−−=(N)

Vậy RAy có chiều cùng với chiều giả thiết - Phản lực trên các gối đỡ trong mặt phẳng zOx:

+Phương trình cân bằng mômen tại gối A như sau:

Trang 68

+ Phương trình cân bằng theo phương x:

∑Fx=RAx−RDx+Ft 2+ Ft 3=0

⇒ RAx=RDx−Ft 2−Ft 3=2636,72−1181−3120,48

¿−1664,76(N )

Vậy RAx có chiều ngược lại với giả thiết

Đặt các lực tác dụng lên trục ta vẽ được được biểu đồ momen như nhình vẽ:

Hình 4.5 biểu đồ nội lực và bản vẽ phác trục II

(*) Xác định đường kính các đoạn trục: Tại các mặt cắt A,B,C,D:

Với d11=35 (mm) ,Vật liệu thép 45 có σ ≥ 600MPa, theo bảng 10.5 [1, tr.195] có kết quả ứng suất cho phép [σ] =63MPa

Trang 69

Đường kính tại các mặt cắt được tính theo công thức (4.2):

* Xét mặt cắt trục tại điểm B (điểm lắp bánh răng côn lớn z2): Từ biểu đồ mo men ta thấy:

+ Với mặt cắt bên trái điểm B có:

* Xét mặt cắt trục tại điểm C (điểm lắp bánh răng trụ nhỏ z3): Từ biểu đồ momen có kết quả:

+ Xét mặt cắt bên trái điểm C có:

Trang 70

Xuất phát từ yêu cầu độ bền, lắp ghép (dễ tháo lắp và cố định các chi tiết trên trục), khả năng công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục dựa theo dãy tiêu chuẩn

Trang 71

III, Tính cho trục III:

Trang 72

Trang 73

Các phản lực: RAy=205,72(N) ;RCy=−3515,8(N)RAx=1648,16 ( N ) ;RCx=2072,32(N)

Hình 4.7 biểu đồ nội lực và bản vẽ phác trục III

(a) Xác định đường kính các đoạn trục, đặt các lực tác dụng lên trục và vẽ biểu đồ momen:

Từ biểu đồ momen ở hình trên ta đi xác định đường kính các mặt cắt tại các điểm A, B, C, D theo công thức (4.2):

Trang 74

Với dIII=50 (mm) ,Theobảng10.5[1, tr.195] có kết quả: [σ]=50 MPa.

* Xét mặt cắt trục tại điểm B (điểm lắp bánh răng trụ): Từ biểu đồ momen ta thấy:

Trang 75

* Xét mặt cắt bên phải điểm D ( điểm lắp đĩa xích nhỏ) có:

(b) Định kết cấu trục: Dựa theo các kích thước mặt cát trục vừa chọn ở trên ta xác định được kết cấu trục như hình vẽ.

4 Tính cho trục IV

Sơ đồ tính toán trực IV như hình vẽ:

Chiều dài may ơ xích: lmx= ( 1,2 … 1,5)d=65 (1,2 … 1,5) (mm)

lmx= ( 78 …97,5)(mm) lấylmx=80(mm)

Trang 76

Lực vòng trên băng tải: Ft=1859,6 (N)

Momen xoắn trên trục IV là TIV=508192(Nmm)

* Tính trục tại hai gối A và C

Thay RCy vào (*) có kết quả RAy=278,94 1837,35−=−1558,41(N)

Vậy RAy ngược chiều so với giả thiết

Trang 77

* Xét mặt cắt trục tại điểm B (điểm lắp băng tải): Từ biểu đồ momen ta thấy:

Trang 78

Trang 79

dD=44,48+(44,48. 4

* Vậy xuất phát từ yêu cầu độ bền, lắp ghép (dễ tháo lắp và cố định các chi tiết trên trục), khả năng công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục theo dãy tiêu chuẩn như sau có kết quả các đường kính trục sơ bộ là :

dB=60( mm);dA=dC=55(mm);dD=52(mm)

a) Định kết cấu trục: Dựa theo các kích thước mặt cắt trục vừa chọn ở trên ta xác định được kết câu trục như hình vẽ:

Phần 5: Tính chọn then

Then dùng để cố định bánh răng trên trục theo phương tiếp tuyến và truyền mô men xoán từ trục đến các chi tiết lắp trên trục đến các chi tiết lắp trên trục và ngược lại Thật ra, ứng suất dập và ứng suất cắt cũng biến đổi theo thời gian.

I) Chọn then cho trục I

Đường kính trục tại điểm lắp bánh răng côn nhỏ d=20(mm), theo bảng 9.1a [1, tr.173] có kết quả kích thước của then:

Trang 80

Theo tiêu chuẩn bảng 9.1a [1, tr.173] chọn chiều dài then lt 1=25(mm).

(a)Kiểm nghiệm sức bền dập cho then:

[σd] - ứng suất dập cho phép, theo bảng 9,5 [1, tr.178] với dạng răng lắp cố định , vật liệu mayơlà thép , đặc tính tải trọng tĩnh:[σd¿=150 MPa;

⇒ σd= 2 32311 20 19.(6−3,5 )=68,02 ⇒ σd=68,02 MPa<[σd]=150 MPa.

Vậy then đảm bảo đủ điều kiện bền dập

(b)Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then:

Vậy then đảm bảo điều kiện bền cắt.

II) Chọn then cho trục II

Tại mặt cắt lắp bánh răng cônvà bánh răng trụ có d=40(mm), theo bảng 9.1a [1, tr.173] có kết quả kích thước của then:

b=12 ; h=8 ; t1=5 ;t2=3,3

bán kicnhs góc lượn: + nhỏ nhất: 0,25 + lớn nhất: 0,4