Đồ án tính toán thiết kế cơ khí

- Thiết kế các trục.- Tính chọn ổ trục, then, nối trục.- Tính chọn các chi tiết lắp trên hộp giảm tốc.. Trong đó: c: số lần ăn khớp trong một vòng quay n: số vòng quay trong một phút t:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT- ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐÀ NẴNG, NĂM 2023

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Khoa Cơ khí

Nhóm: 2 Lớp: 20 C2 Ngành: Cơ khí chế tạo máy

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải – Đề số 04

Số liệu ban đầu:

- Sơ đồ hệ thống dẫn động nhưhình dưới đây: (1 Động cơ điện,

2 Nối trục đàn hồi, 3 Hộp giảmtốc,

4 Bộ truyền xích, 5 Tang cuốnbăng tải)

- Các số liệu cho trước:

F = 2600 (N)

D = 430 (mm)Đặc tính tải:tải trọng thay đổi, rung động nhẹ

Yêu cầu khác: Kết cầu tương đốinhỏ gọn; Tỉ số truyền cần ổn địnhThời gian phục vụ: 28 000giờ

Làm việc một chiều Nội dung phần thuyết minh và tính toán:

- Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

- Thiết kế các bộ truyền có trong hệ thống

- Thiết kế các trục

- Tính chọn ổ trục, then, nối trục

- Tính chọn các chi tiết lắp trên hộp giảm tốc

- Chọn chế độ bôi trơn của hộp

PHẦN 1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 7

1.1 Xác định công suất động cơ 7

1.2 Xác định sơ bộ số vòng quay động cơ: 7

1.3 Chọn động cơ 8

1.4 Xác định thông số đầu vào thiết kế của các bộ truyền cơ khí và các trục 9 1.4.1 Phân phối công suất trên các trục 9

1.4.2 Tính số vòng quay trên các trục 9

1.4.3 Tính momen xoắn trên các trục 9

PHẦN 2 THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 11

ĐỐI VỚI BỘ TRUYỀN XÍCH 11

2.1 Chọn loại xích 11

2.2 Tính toán thiết kế 11

2.2.1 Kiểm nghiệm xích về độ bền 12

2.2.2 Đường kính đĩa xích: 12

2.2.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: 13

2.2.4 Xác định lực tác dụng lên trục: 13

ĐỐI VỚI BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 14

2.3 Cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp chậm 14

2.3.1 Chọn vật liệu 14

2.3.2 Xác định ứng suất cho phép 14

2.3.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 16

2.3.4 Xác định các thông số ăn khớp 16

2.3.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 17

2.3.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: 19

2.3.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải 20

2.4 Cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh 21

2.4.1 Chọn vật liệu 21

2.4.2 Xác định ứng suất cho phép 22

2.4.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 23

2.4.4 Xác định các thông số ăn khớp 23

2.4.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 24

2.4.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: 26

2.4.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải 27

BÔI TRƠN TRONG HỘP GIẢM TỐC 28

PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC, CHỌN Ổ LĂN VÀ CÁC CHI TIẾT MÁY KHÁC 30

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 30

3.1 Chọn vật liệu: 30

3.2 Tính toán thiết kế trục 30

3.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 31

3.4 Xác định momen tương đương và đường kính trục: 38

3.5 KIểm nghiệm trục : 39

3.5.1 Trục I : 39

3.5.2 Trục II: 41

3.5.3 Trục II: 43

3.5.4 Trục III: 45

TÍNH TOÁN Ổ LĂN 47

PHẦN 4 THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC 53

4.1 Thiết kế vỏ hộp 53

4.2 Các phụ kiện khác 56

4.2.1 Vòng móc 56

4.2.2 Bu lông vòng 56

4.2.3 Chốt định vị: 57

4.2.4 Cửa thăm 57

4.2.5 Nút thông hơi 58

4.2.6 Nút tháo dầu 59

4.2.7 Vòng phớt 59

4.2.8 Vòng chắn dầu 60

4.2.9 Mắt thăm dầu 61

PHẦN 5 DUNG SAI VÀ LẮP GHÉP 62

5.1 Dung sai và lắp ghép bánh răng trên trục: 62

5.2 Dung sai lắp ghép ổ lăn: 62

5.3 Dung sai lắp vòng chắn dầu trên trục: 62

5.4 Dung sai lắp ghép nắp ổ và thân hộp 62

5.5 Dung sai lắp ghép chốt định vị 62 5

Danh mục bả

Bảng 1-1: Thông số của động cơ điện 9

Bảng 1-2: Tổng hợp thông số của các bộ truyền 10

Bảng 2-1: Thông số và kích thước bộ truyền 21

Bảng 2-2: Thông số và kích thước bộ truyền 28

Bảng 3-1: Kích thước cơ bàn của ổ bi đỡ chặn cỡ đặc biệt nhẹ 47

Bảng 3-2: Kích thước cơ bàn của ổ bi đỡ chặn trung rộng 49

Bảng 3-3: Kích thước cơ bàn của ổ bi đỡ - chặn cỡ nặng hẹp 51

Bảng 4-1: Kích thước của các phần tử cấu tạo nên HGT 54

Bảng 4-2: Kích thước gối trục: đường kính ngoài và tâm lỗ vít (Tra bảng 18.2 [2] ) .56 Bảng 4-3 Thông số bu lông vòng 57

Bảng 4-4: Thông số chốt định vị 57

Bảng 4-5: Kích thước nắp quan sát 58

Bảng 4-6: Kích thước nút thông hơi 58

Bảng 4-7: Kích thước nút tháo dầu trụ 59

Bảng 4-8 Thông số mắt thăm dầu 61

Bảng 5-1: Bảng Dung sai lắp ghép 63

Danh mục các hìnhY

Hình 3-1: Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 30

Hình 3-2: Sơ đồ lực không gian 31

Hình 3-3: Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momen của trục 1 32

Hình 3-4: Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momen của trục 2 34

Hình 3-5: Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momen của trục 3 36

Hình 4-1 Bu lông vòng 55

Hình 4-2: Chốt định vị 56

Hình 4-3: Cửa thăm 57

Hình 4-4: Nút thông hơi 57

Hình 4-5: Nút tháo dầu 58

Hình 4-6: Vòng phớt 59

Hình 4-7: Vòng chắn dầu 59

Hình 4-8 Mắt thăm dầu 59

Phần 1 ĐỐI VỚI BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

Các thông số kĩ thuật

Tổng thời gian làm việc , làm việc 1 ca

Cặp bánh răng cấp nhanh (bánh răng trụ răng nghiêng)

 Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc, theo công thức (6.5)

 Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFO3 = NFO4 = 4.106

 Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

NHE = NFE = 60.c.n.t=60.1.500.28000=84.107

Trong đó: c: số lần ăn khớp trong một vòng quay

n: số vòng quay trong một phút

t: số giờ làm việc

Do đó hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền

NHE > NHO ; NFE > NFO nên ta lấy

KHL: hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ

Ứng suất tiếp cho phép

Theo công thức (6.1a) ta có

3

3 lim

Ứng suất uốn cho phép

Theo công thức (6.2a) ta có:

1

FC

K  (Khi đặt tải một phía, bộ truyền quay một chiều): hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải

Ứng suất quá tải cho phép

1.1.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

 Công thức 6.33, trang 105, [1] ứng suất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền

 Bánh răng nghiêng không dịch chỉnh

 Với là góc profin răng và là góc ăn khớp

 Áp dụng công thức 6.40, trang 106, [1] vận tốc vòng của bánh chủ động

 Với mm: Đường kính vòng lăn bánh chủ động

theo bảng 6.13, trang 106, [1], dùng cấp chính xác 9 ta chọn

 Công thức 6.42, trang 107, [1], ta có

Với:

Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp(bảng 6.15, trang 107, [1])

Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch bước răng 1 và 2

 Điều kiện bền uốn

 Xác định số răng tương đương

Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch bước răng 1 và 2 (bảng 6.16, trang 107,[1])

 Áp dụng công thức 6.2 và 6.2a, trang 91 và 93, [1]

 Độ bền uốn tại chân răng

115,95 MPa

1.1.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

 Hệ số quá tải động cơ max 2, 2

qt

TKT

 Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc, theo công thức (6.5)

 Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

Ứng suất tiếp cho phép

 Theo công thức (6.1a) ta có

Ứng suất uốn cho phép

Theo công thức (6.2a) ta có:

thỏa mãn điều kiện 8    20o

1.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

 Công thức 6.33, trang 105, [1] ứng suất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền

 Bánh răng nghiêng không dịch chỉnh

 Với là góc profin răng và là góc ăn khớp

 Hệ số trùng khớp dọc

 Hệ số trùng khớp ngang

 Áp dụng công thức 6.36c, trang 105, [1]

Hệ số kể đến sự trùng khớp của bánh răng

 Hệ số tải trọng khi tính tiếp xúc

Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:

 Theo (6.1) với v = 1,94 (m/s) < 5 (m/s) thìZ v 1, với cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mặt tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công với độ nhám là do đó1

R

Z , với vòng đỉnh răng là , K xH 1, do đó theo công thức 6.1 và 6.1a, trang 91

và 93, [1]

 Như vậy H H => cặp bánh răng đảm bảo độ bền tiếp xúc

1.2.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Điều kiện bền uốn

 Xác định số răng tương đương

 Áp dụng công thức 6.2 và 6.2a, trang 91 và 93, [1]

 Độ bền uốn tại chân răng

Thỏa mãn

1.2.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

 Hệ số quá tải động cơ max 2, 2

qt

TKT

 Áp dụng công thức 6.48, trang 110, [1] ứng suất tiếp quá tải

 Áp dụng công thức 6.49, trang 110, [1]

Vậy răng đảm bảo quá tải

B ng 2-2: Thông số và kích thước bộ truyền

PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC, CHỌN Ổ LĂN VÀ CÁC CHI TIẾT

MÁY KHÁCTÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

2.1 Chọn vật liệu:

- Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 có , ứng suất xoắn cho phép

- Ta chọn ứng suất xoắn cho phép của các trục :

2.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

H.nh 3-1: Kho ng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

- Chọn chiều rộng ổ lăn b0 theo bảng 10.2 :

b0 = 19, 25, 23

- Chọn các kích thước khác liên quan đến chiều dài trục chon theo bảng 10.3 :

+ Khoảng cách từ mặt mút của các chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay: k1 = 12

+ Khoảng cách từ mặt mút 6 đến thành trong của hộp (lấy giá trị nhỏ khi bôi trơn 6 bằng dầu trong hộp giảm tốc): k2 = 12

+ Khoàng cách từ mặt mút của chí tiết quay đến nắp ổ: k3 = 15

+ Chiều cao nắp ổ và đầu bulong: hn = 17

-Chọn chiều dài mayo:

+ Chiều dài mayo đĩa xích theo (10.10):

Khoảng cách từ khớp nối đến gối đỡ:

Khoảng cách từ gối đở đến răng 1 trục I:

H.nh 3-2: Sơ đồ lực không gian

H.nh 3-3: Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momen của trục 1

Tra bảng (16.10a) với T1 = ta có

Dt = 90mm: đường kính vòng trong qua tâm các chốt của nối trục đàn hồi

H.nh 3-4: Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momen của trục 2

Ta xét mặt phẳng yoz

Suy ra

(,)

Xét mặt phẳng xoz

Ta có:

Suy ra:

Trục III

H.nh 3-5: Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momen của trục 3

- Lực của xích tải tác dụng lên trục theo hướng x

Fx = Fr = 2518 (N)

Ta xét mặt phẳng yoz

Suy ra:

()

2.5 KIểm nghiệm trục :

2.5.1 Trục I :

Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

- Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện có mặt cắt nguy hiểm (tại B)

• σ-1 :giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng

• Với thép Cacbon 45 có σb = 600 (MPa)

 10,58 10,58 261,6 151,73 MPa   

- Khi trục quay 1 chiều: Công thức (10.23): Tm =Ta =TB / 2.WOB

- Theo bảng (10.6) với trục quay 1 chiều :

- Theo bảng (10.8) : Kx=1,06 Theo bảng (10.9) : Ky=1,6

- Theo bảng (10.11),với kiểu lắp k6 và σb = 600 (MPa):

Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

- Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện có mặt cắt nguy hiểm (tại B)

• σ-1 :giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng

• Với thép Cacbon 45 có σb = 600 (MPa)

σ-1 = 0,436 σb = 0,436 600 = 261,6 (MPa)

• Đối với trục quay σm = 0 ; theo công thức (10.22) :

σa = σmaxB = MB/WB

• Theo công thức (10.15):

• Theo bảng (10.6) với trục có rãnh then :

- Khi trục quay 1 chiều: Công thức (10.23): Tm =Ta =TB / 2.WOB

- Theo bảng (10.6) với trục quay 1 chiều :

- Theo bảng (10.8) : Kx=1,06 Theo bảng (10.9) : Ky=1,6

- Theo bảng (10.11),với kiểu lắp k6 và σb = 600 (MPa):

Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

- Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện có mặt cắt nguy hiểm (tại B)

- σ-1: giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng

- Với thép Cacbon 45 có σb = 600 (MPa)

- Khi trục quay 1 chiều: Công thức (10.23): Tm =Ta =TB / 2.WOB

- Theo bảng (10.6) với trục quay 1 chiều :

- Theo bảng (10.8) : Kx=1,06 Theo bảng (10.9) : Ky=1,6

- Theo bảng (10.11),với kiểu lắp k6 và σb = 600 (MPa):

2.5.4 Trục III:

Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

- Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện có mặt cắt nguy hiểm (tại C)

- Theo bảng 10.6 trục quay một chiều:

- Theo bảng (10.8) : Kx=1,06 Theo bảng (10.9) : Ky=1,6

- Theo bảng (10.11),với kiểu lắp k6 và σb = 600 (MPa):

Tra bảng P2.12 trang 263, [1] ta có bảng sau

Tra bảng P2.12 trang 263, [1] ta có bảng sau

B ng 3-3: Kích thước cơ bàn của ổ bi đỡ chặn cỡ đặc biệt nhẹ

46108 40 68 15 14,6 11,3

 Hệ số e (theo bảng 11.4, trang 216, [1])

chọn e = 0,34

 Hệ số X, Y (chọn V =1 ứng với vòng trong quay)

Lực dọc trục tác động vào ổ A, B do lực hướng tâm gây ra

Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ (to<100) nên: kt = 1

 Tuổi thọ thời gian làm việc (tính bằng triệu vòng quay )

(triệu vòng)

 Khả năng tải động:

Vì nên ổ đảm bảo khả năng tải động

 Kiểm tra tãi tĩnh

Với ổ bi đỡ - chặn α = 120 ta chọn X0 = 0,5, Y0 = 0,47

 Như vậy nên ổ đảm bảo đủ điều kiện bền tĩnh

Trục 2 :

 Số vòng quay n1 = 443,67 (vòng/phút), đường kính ngõng trục d = 30 mm

 Lực hướng tâm : =2270,96

 Lực dọc trục : =1125,73

 Fa/Fr =0,50 > 0,3 nên ta chọn ổ bi đỡ chặn, do đó chọn

Tra bảng P2.12 trang 263, [1] ta có bảng sau

Tra bảng P2.12 trang 263, [1] ta có bảng sau

B ng 3-4: Kích thước cơ bàn của ổ bi đỡ chặn trung rộng

 Hệ số e (theo bảng 11.4, trang 216, [1])

chọn e = 0,45

 Hệ số X, Y (chọn V =1 ứng với vòng trong quay)

Lực dọc trục tác động vào ổ A, B do lực hướng tâm gây ra

Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ (to<100) nên : kt = 1

 Tuổi thọ thời gian làm việc (tính bằng triệu vòng quay)

 Khả năng tải động:

Vì nên ổ đảm bảo khả năng tải động

 Kiểm tra tãi tĩnh

Tra bảng P2.12 trang 263, [1] ta có bảng sau

Tra bảng P2.12 trang 263, [1] ta có bảng sau

B ng 3-5: Kích thước cơ bàn của ổ bi đỡ - chặn cỡ nặng hẹp

 Hệ số e (theo bảng 11.4, trang 216, [1])

chọn e = 0,34

 Hệ số X, Y (chọn V =1 ứng với vòng trong quay)

Lực dọc trục tác động vào ổ A, B do lực hướng tâm gây ra

Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ (to<100) nên: kt = 1

 Tuổi thọ thời gian làm việc (tính bằng triệu vòng quay)

 Khả năng tải động:

Vì nên ổ đảm bảo khả năng tải động

 Kiểm tra tãi tĩnh

Với ổ bi đỡ - chặn α = 120 ta chọn X0 = 0,5, Y0 = 0,47

 Như vậy nên ổ đảm bảo đủ điều kiện bền tĩnh

PHẦN 3 THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC3.1 Thiết kế vỏ hộp

 Vỏ HGT có nhiệm vụ bảo đảm vị trí tương đối giữa các chi tiết và các bộ phậnmáy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, chứa dầu bôi trơn

và bảo vệ các chi tiết tránh bụi

 Chỉ tiêu cơ bản của HGT là khối lượng nhỏ, độ cứng cao

 Mặt đáy HGT nghiêng về phía lỗ tháo dầu với độ dốc khoảng 1o

 Kết cấu hộp giảm tốc đúc, với các kích thước cơ bảng như sau :

 Ta chọn vỏ hộp đúc, vật liệu là gang xám GX 15_32

 Chọn bề mặt lắp ghép giữa nắp hộp và thân hộp đi qua đường tâm các trục đểviệc tháo lắp các chi tiết được thuận tiên và dễ dàng hơn

 Các kích thuớc của hộp giảm tốc : theo bảng (17.1) :

 Chiều dày thân hộp :

B ng 4-6: Kích thước của các phần tử cấu tạo nên HGT

Chiều dày:

Thân hộp

Nắp hộp

δ = 8mm δ1 =7,2 mmGân tăng cứng:

d5 =6 mmMặt bích ghép nắp và thân:

Chiều dày bích thân hộp

Chiều dày bích nắp hộp

Bề rộng bích nắp và thân

S3 = 16 mmS4 = 16 mm

K3 = 40 mmKích thước gối trục:

Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ K2 = 38 mm

Tâm lỗ bulông cạnh ổ (k là khoảng cách từ tâm

bulông đến mép lỗ)

Chiều cao

E2 = 20mm , k ≥ 15 mm, R2 = 17 mm

C = 80 mm

h xác định theo kết cấu, phụthuộc vào lỗ bulông và kíchthước mặt tựa

S1 = 34 mmS2 = 26 mm

K1 = 51mm , q1 = 70 mmKhe hở giữa các chi tiết:

Giữa bánh răng với thành trong võ hộp

Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp

Giữa mặt bên các bánh răng với nhau

Δ = 9 mmΔ1 = 30 mm

Δ ≥ 8mm

B ng 4-7: Kích thước gối trục: đường kính ngoài và tâm lỗ vít (Tra b ng 18.2 [2] )

3.2.3 Chốt định vị:

 Mặt ghép giữa nắp và thân nằm trong mặt phẳng chứa đường tâm các trục Đểđảm bảo vị trí tương đối của nắp và thân trước và sau khi gia công cũng nhưkhi lắp gép ta dùng 2 chốt định vị Nhờ có chốt định vị, khi xiết bu lông khônglàm biến dạng vòng ngoài của ổ, do đó loại trừ được một trong các nguyênnhân làm ổ chóng bị hỏng

H.nh 4-11: Vòng phớt3.2.8 Vòng chắn dầu

 Không cho dầu mỡ trong bộ hộp tiếp xúc với bộ phận ổ lăn

H.nh 4-12: Vòng chắn dầu3.2.9 Mắt thăm dầu