ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

5, Xác định các thông số động học và ứng suất cho phép 6, Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

7, Một số thông số khác 8, Tổng hợp thông số

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRỤC 20

4, Chọn then cho trục I và kiểm nghiệm 5, Chọn then cho trục II và kiểm nghiệm 6, Chọn ổ lăn cho trục I và kiểm nghiệm 7, Chọn ổ lăn cho trục II và kiểm nghiệm

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VỎ HỘP 52

1, Các kích thước cơ bản của vỏ hộp giảm tốc 2, Tính toán kết cấu các chi tiết khác

3, Kết cấu bánh răng

4, Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 5, Bảng thống kê lắp ghép và dung sai

Lời nói đầu

Thiết Kế Đồ án Chi Tiết Máy là một môn học cơ bản của ngành cơ khí Môn học này không những giúp cho sinh viên có một cái nhìn cụ thể hơn thực tế hơn đối với các kiến thức đã được học, mà nó còn là cơ sở rất quan trọng của các môn chuyên ngành sẽ được học sau này

Đề tài mà chúng em được giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có bộ hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng và bộ truyền đai Trong quá trình tính toán và thiết kế các chi tiết máy cho hộp giảm tốc chúng em đã sử dụng và tra cứu một số những tài liệu sau:

- Chi tiết máy tập 1 và 2 của GS.TS-Nguyễn Trọng Hiệp

- Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1 và 2 của PGS.TS Trịnh Chất và TS Lê Văn Uyển

Do là lần đầu làm quen với công việc thiết kế chi tiết máy,cùng với sự hiểu biết còn hạn chế cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của các môn có liên quan song bài làm của sinh viên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn giúp cho những sinh viên như chúng em ngày càng tiến bộ trong học tập Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy

Trịnh Đồng Tính đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình để chúng em có thể

hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện Sinh viên 1 Sinh viên 2

Tống Công Đức Anh Nguyễn Văn Chuyên

Chương 1 : Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

• Dữ liệu ban đầu:

1, Lực kéo băng tải: F = 1660 (N)

Động cơ được dùng thường là loại động cơ điện 3 pha không đồng bộ, do chúng khá phổ biến, giá thành lại không cao,

Để chọn được động cơ điện phù hợp ta cần xác định các thông số sau: - Công suất yêu cầu cần có trên trục của động cơ : pyc

- Số vòng quay yêu cầu của động cơ: nyc

1.1.1, Xác định công suất yêu cầu trên trục của động cơ điện:

Công suất yêu cầu trên trục động cơ: pyc= plv

η (kW)

Trong đó: pyc là công suất yêu cầu trên trục của động cơ điện plv là công suất trên trục bộ phận máy công tác η là hiệu suất chung của toàn bộ hệ thống, Có :

Trong đó : Tra bảng 2.3 trang 19 có:

Hiệu suất 1 cặp ổ lăn ηol = 0,99 Hiệu suất khớp nối ηk = 0,99

Hiệu suất 1 cặp bánh răng trụ ηbr = 0,97 Hiệu suất bộ truyền đai ηđ = 0,95

pyc = plv

η = 3,65

0,89 = 4,1 (kW)

1.1.2, Xác định số vòng quay yêu cầu của động cơ điện:

Số vòng quay yêu cầu của động cơ điện: nyc = nlv usb

Trong đó: nlv là tốc độ quay của trục của bộ phận làm việc usb là tỷ số truyền chung của hệ

+) Với băng tải ta có:

nlv = 60000 v

πD = 60000 2,2

π 345 = 121,8 (v/ph)

Trong đó: v là vận tốc băng tải

D là đường kính tang dẫn băng tải

+) usb = ubr uđ = 2,5 4,8 = 12

Trong đó: Tra bảng 2.4 trang 21 có:

uđ là tỷ số truyền của bộ truyền đai (2…3) = 2,5

u𝑏𝑟 là tỷ số truyền của hộp giảm tốc cấp 1 bánh răng trụ (3…5,5) = 4,8 nyc = nlv usb = 121,8 12 = 1461,6 (v/ph)

Ta chọn nsb = 1500 (v/ph)

1.1.3, Chọn động cơ:

Có pyc = 4,1 (kW) và nsb = 1500 (v/ph) => dựa vào thông số động cơ hãng

VIHEM (Việt Hung) ta chọn được động cơ 3K132S4 với các thông số sau:

Tỷ số truyền chung của hệ: uc = nđc

nlv = 1445

121,8 = 11,86

Phân phối tỷ số truyền: uc = uđ ubr

Chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ là: ubr = 4,80 Tỷ số truyền của bộ truyền đai là: uđ = 2,47

1.3, Tính các thông số trên các trục

• Công suất trên các trục:

- Trên mỗi trục công tác: plv= F v

- Trục II: pII = plv

η2 = 3,65

0,99 = 3,69 (kW)

Với 𝜂2 là hiệu suất tính từ trục II của hộp giảm tốc đến trục công tác : 𝜂𝐼𝐼 = 𝜂𝑘

do trục II liên kết với trục công tác bằng khớp nối

- Trục I: pI = pII

η1 = 3,69

0,99 0,97 = 3,84 (kW)

Với 𝜂1 là hiệu suất tính từ trục I đến trục II của hộp giảm tốc: 𝜂1 = 𝜂𝑜𝑙 𝜂𝑏𝑟 𝜂𝑏𝑟 là hiệu suất của bộ truyền giữa trục I và trục II

𝜂𝑜𝑙 là hiệu suất cặp ổ trục II

- Trục động cơ: p′đc = pI

η0 = 3,84

0,99 0,95 = 4,08 (kW)

Với 𝜂0 là hiệu suất tính từ trục động cơ đến trục I của hộp giảm tốc, 𝜂0= 𝜂đ 𝜂𝑜𝑙

vì trục động cơ liên kết với trục I bằng bộ truyền đai

• Momen xoắn trên các trục:

- Momen xoắn trên trục của động cơ:

- Momen xoắn trên trục II:

Chương 2: Tính toán bộ truyền đai thang Thông số ban đầu: 2.1.1, Chọn tiết diện đai:

+) Chọn đai: Đai thang thường

+) Chọn tiết diện: Với P1= 4,08(kW) và n1= 1445(vg/ph) thì chọn đai tiết diện A

Chọn đường kính nhỏ 𝑑1 = 125 (mm) trong khoảng (100 – 200) mm

= 2 347 + 0,5 π (125+315) + (315−125)2

4 347

= 1411,16 (mm)

Theo dãy tiêu chuẩn chọn L = 1400 (mm)

+) Số vòng chạy của đai trong 1 giây: i = v

• Với 𝛼1 = 148° nội suy ra Cα = 0,914

• Với L0 = 1700 (theo tiết diện A) , L = 1400 thì tỷ số L

L0 = 0,82 nội suy được C1 = 0,955

• Với u1 = 2,47 nội suy ra Cu= 1,137

• Với v = 9,46 (m/s) và d1 = 125 (mm) tra bảng và nội suy ra [P0] =

Với t = 15, e = 10 (theo tiết diện A) → B = (2 – 1) 15 + 2 10 = 35 (mm) +) Đường kính ngoài: da= d1 + 2.h0 với h0 = 3,3 (theo tiết diện A)

→ da = 125 + 2 3,3 = 131,6 (mm)

2.2, Xác định lực ban đầu và lực tác dụng lên trục

+) Lực căng ban đầu: F0 = 780 P1 Kđ

Chương 3: Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Thông số ban đầu:

Hướng nghiêng răng bánh dẫn

(răng thẳng/nghiêng trái/nghiêng phải)

- Nghiêng phải

Hệ số an toàn theo độ bền tiếp xúc SH - 1,10 – 1,15

+) Ứng suất uốn cho phép:

+) NHO, NFO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất khi thử về ứng suất tiếp xúc và ứng suất NFO1 = NFO2 = 4.106 (MPa)

+) NHE, NFE - Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Do bộ truyền chịu tải Ta có: NHE1 > NHO1 => lấy NHE1 = NHO1 => KHL1 = 1

NHE2 > NHO2 => lấy NHE2 = NHO2 => KHL2 = 1 NFE1 > NFO1 => lấy NFE1 = NFO1 => KFL1 = 1 NFE2 > NFO2 => lấy NFE2 = NFO2 => KFL2 = 1

→Bánh răng có CCX = 9, nội suy ra KHϑ= 1,024 +) Kiểm nghiệm ứng suất:

3.1.6, Kiểm nghiệm độ bền uốn:

+) Mômen xoắn tính toán Tt = k.T = 1,2 288848 = 346618 N.mm Tra bảng với điều kiện: {Tt = 346618 ≤ Tkncf

• Kiểm nghiệm khớp nối:

a Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng đàn hồi:

, trong đó:

[σd] - Ứng suất dập cho phép của vòng cao su Ta lấy [σd] = (2 − 4)MPa Do vậy, ứng suất dập sinh ra trên vùng đàn hồi:

Các thông số cơ bản của nối trục đàn hồi:

Momen xoắn lớn nhất có thể truyền Tkncf 500 N.m Đường kính lớn nhất của trục nối dkncf 40 mm

4.2.3, Tính sơ bộ đường kính trục:

Với trục I: dsb1 = 3√62687/0,2.15 = 27,54 mm Chọn dsb1 = 30 mm Với trục II: dsb2 = 3√288848/0,2.25 = 38,66 mm Chọn dsb2 = 40mm

4.2.4, Xác định khoảng cách các gối đỡ và các diểm đặt lực: - Xác định chiều rộng ổ lăn trên trục

Tra bảng với dsb1 = 30mm và dsb2 = 40mm, ta được: {b01 = 19 mm b02 = 23 mm

- Các kích thước khác liên quan đến chiều dài trục

+) Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp, hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay: k1 = 10 mm

+) Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp: k2 = 10 mm +) Khe hở giữa các đoạn chi tiết quay và đầu vít: k3 = 15mm

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

• Chiều dài các đoạn của trục I:

+) Chiều dài moay ơ của bánh răng: lm13 = (1,2…1,5) d1 = (1,2…1,5).30 =

+) Khoảng cách từ bánh đai đến ổ lăn 1:l12 = lm12/2 + k3 + hn + b01/2 = 65 mm +) Khoảng cách từ ổ lăn 1 đến ổ lăn 2: l11= 2.57 = 114 mm

+) Khoảng cách từ ổ lăn 1 đến bánh răng: l13 = 57 mm

• Chiều dài các đoạn của trục II:

+) Chiều dài moay ơ của bánh răng: lm23 = (1,2…1,5) d2 = (1,2…1,5).40 =

+) Khoảng cách từ ổ lăn 2 đến bánh răng:l23 = b02/2 + k1 + k2 + lm23/2 = 57 mm +) Khoảng cách từ ổ lăn 1 đến ổ lăn 2: l21 = 2.57 = 114 mm

+) Khoảng cách từ ổ lăn 2 đến khớp nối: l22= b02/2 + hn + k3 + lm22/2 = 77 mm

4.3 Tính, chọn đường kính các đoạn trục 4.3.1 Tính toán chi tiết cụm trục I :

- Tính phản lực:

- Tính mô men tương đương:

Momen tổng,momen uốn tương đương:

Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :

d10 = d11 = 25 mm d13 = 28 mm d12 = 24 mm

Chọn dvai = 30 mm

Sơ đồ đường kính tại các tiết diện của trục I:

4.3.1.1, Chọn và kiểm nghiệm then: a Chọn then

• Trên trục I then được lắp tại bánh răng và bánh đai • Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng: d13 = 28 mm Chọn then bằng, tra bảng B9.1aTr173[1] ta được: {

b = 8 mm h = 7 mm t1 = 4 mm

• Lấy chiều dài then: lt = (0,8 ÷ 0,9) lm ✓ Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng

lt3 = (0,8 ÷ 0,9) lm13=(0,8 ÷ 0,9) 44 = 35,2 ÷ 39,6mm Ta chọn lt3 = 36 mm

• Then lắp trên trục vị trí lắp bánh đai: d12 = 24 mm

Chọn then bằng, tra bảng B9.1aTr173[1] ta được: { ⇒ Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

- 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:

sj = sσj sτj √sσj2 + sτj2

≥ [s]

trong đó :  s - hệ số an toàn cho phép, thông thường  s = 1,5… 2,5 (khi cần tăng độ cứng  s = 2,5… 3, như vậy có thể không cần kiểm nghiệm về độ cứng của trục) 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 :

σaj, τaj, σmj, τmj.là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j,do quay trục một chiều:

với Wj, W0j là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục

ѱσ, ѱτ là hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

trong đó : Kx - hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt cho trong bảng 10.8 trang 197 - “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1 ”, lấy Kx = 1,09

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 Ky = 1

εσ, ετ - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi

Kσ, Kτ - 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 ổ lăn:

Do vị trí này lắp bánh răng nên bề mặt trục lắp có độ dôi ra.Chọn kiểu lắp k6 Tra

4.3.1.2, Chọn, kiểm nghiệm ổ lăn cho trục I:

Ta có tải trọng hướng tâm tác dụng lên 2 ổ:

a Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn

• Khả năng tải động Cd được tính theo công thức: 11.1Tr213[1]

Trong đó:

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

Nhận thấy khả năng tải động không lớn hơn quá nhiều so với khả năng tải động cho phép nên ta có thể lấy thời hạn sử dụng của ổ bằng 1 => thỏa mãn khả năng tải động

b Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn

• Tra bảng B11.6Tr221[1] cho ổ 1 dãy ta được:

Qt1 = X0 Fr1 + Y0 Fa1 = 0,5.939,6 + 0,37.2095,51 = 1245,14 N

• Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:

Qt = max(Qt0, Qt1) = 2419,44 N = 2,42 kN < C0 = 14,9 kN ⇒ thỏa mãn khả năng tải tĩnh

4.3.2, Tính toán chi tiết cụm trục II:

Biểu đồ mômen:

Biểu đồ momen:

Từ các biểu đồ momen uốn Mx và My ở trên, ta thấy được momen uốn lớn nhất gây nguy hiểm cho trục II là momen My = 99089 (N.mm) tại tiết diện 2-1 lắp bánh răng trong trường hợp Fkn hướng ngược chiều Do đó, khi tính toán độ bền của trục ta sẽ lấy thông số của trong trường hợp Fkn hướng ngược chiều

- Tính mô men tương đương

Mômen uốn tổng và mômen tương đương Mj , Mtdj ứng với các tiết diện j được

- Đường kính trục tại các tiết diện tương ứng khi tính sơ bộ

Chọn vai trục có đường kính: dvai = 45 mm

- Sơ đồ trục II tại các tiết diện:

4.3.2.1, Chọn then:

Do các trục nằm trong hộp giảm tốc nên ta chọn loại then bằng Để đảm bảo tính công nghệ ta chọn loại then giống nhau trên cùng một trục

Khi đó, ta có thông số của các loại then được sử dụng như sau:

- Kiểm nghiệm then:

Với vật liệu moay ơ làm bằng thép, va đập nhẹ nên ta chọn [σd] = 150MPa, [τc] = 40 MPa

• Tại tiết diện lắp bánh răng (2-1):

+) Chiều dài then: lt= (0,8…0,9) lm23 = (0,8…0,9).50 = 40…45 mm ⇨ thỏa mãn điều kiện bền

• Tại tiết diện lắp khớp nối (2-3):

+) Chiều dài then: lt= (0,8…0,9) lm22 = (0,8…0,9).60 = 48…54 mm

- Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục II:

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

+) σaj , σmj, τaj, τmj là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp Do trục quay 1 chiều nên

Ky = 1 vì không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt

• Kiểm nghiệm tại tiết diện bánh răng (2-1):

⇨ Thỏa mãn điều kiện bền mỏi

• Kiểm nghiệm tại tiết diện khớp nối (2-3):

4.3.2.2, Chọn ổ lăn cho trục II: - Phản lực hướng tâm lên các ổ

+) Phản lực hướng tâm tác dụng lên tiết diện ổ lăn (2-0):

Fr20 = √X12 + Y12 = √(−1738,41)2+ 945,582 = 1978,94 (N)

+) Phản lực hướng tâm tác dụng lên tiết diện ổ lăn (2-2):

Vậy để đảm bảo tính đồng bộ cho ổ lăn ta chọn ổ…… Vì hệ thống các ổ lăn trong hộp giảm tốc nên ta chọn cấp chính xác bình thường và độ đảo hướng tâm 20 μm

- Chọn kích thước ổ lăn

Chọn theo khả năng tải động

Đường kính trục tại chỗ lắp ổ lăn: d20 = d22 = 40 mm

Tra bảng tr 264, trong điều kiện làm việc va đập nhẹ nên dùng loại ổ cỡ nhẹ hẹp, ta

chọn được loại ổ bi đỡ - chặn có kí hiệu 46208 với các thông số sau:

Tải quy ước: Q = max(Q0, Q1) = Q0 = 2374,73 (N)

- Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả năng tải động ⇨ Thỏa mãn khả năng tải động

- Kiểm nghiệm theo khả năng tải tĩnh

Chương 5: Thiết kế vỏ hộp giảm tốc

5.1, Các kích thước cơ bản của hộp giảm tốc 5.1.1, Kết cấu vỏ hộp:

Hộp giảm tốc để đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng dầu bôi trơn bảo vệ các chi tiết máy tránh bụi bẩn Chi tiết cơ bản của hộp giảm tốc yêu cầu độ cứng cao và khối lượng nhỏ

Vì vậy, ta có thể chọn vật liệu làm hộp giảm tốc là gang xám GX15-32

Chọn bề mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục song song với đáy

5.1.2, Thiết kế vỏ hộp:

Dùng phương pháp đúc để chế tạo nắp ổ, vật liệu là gang xám GX15-32

Quan hệ kích thước của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc

5.2, Kết cấu các chi tiết

5.2.3, Chốt định vị:

Đảm bảo vị trí tương đối của nắp và thân trước sau khi gia công cũng như khi lắp ghép, khi xiết bu lông không làm biến dạng vòng ngoài của ổ, do đó loại trừ được một trong các nguyên nhân làm ổ chóng bị hỏng

Để kiểm tra và quan sát các chi tiết máy trong khi lắp ghép và để đổ dầu vào hộp, trên đỉnh hộp có làm một cửa thăm Dựa vào bảng 18.5 tr 92, ta chọn được kích

5.2.5, Nút thông hơi:

Khi làm việc, nhiệt độ trong hộp tăng lên Để giảm áp suất và điều hào không khí bên trong và bên ngoài hộp, người ta dùng nút thông hơi Nút thông hơi thường được lắp trên nắp cửa thăm hoặc ở vị trí cao nhất của nắp hộp Tra bảng 18.6, ta

Sau một thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn (do bụi bặm và hạt mài) hoặc bị biến chất, do đó cần phải thay dầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có lỗ tháo dầu Lúc làm việc, lỗ được bịt kín bằng nút tháo dầu Tra bảng 18.7, ta được: