đồ án thiết kế đề số 2 thiết kế hệ thống dẫn động xích tải phương án 11

5 CHƯƠNG 1:CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN I.Xác định công suất cần thiết, số vòng quay sơ bộ hợp lý của động cơ và động cơ điện - Hiệu suất truyền động: 3  : Hiệu suất bộ tr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

2

ĐỀ SỐ 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2- Bộ truyền đai

thang;; 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Xích tải (Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ)

CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN (Phương án 11)

-Lực vòng trên xích tải F 5000N -Vận tốc xích tải v 1, 3m/s

- Số răng đĩa xích dẫn z 11răng -Bước xích p 110mm

-Thời gian phục vụ L  năm 6 -Số ngày làm/năm K 250ngày

3

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 4

LỜI CÁM ƠN 4

CHƯƠNG 1:CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 5

I.Xác định công suất cần thiết, số vòng quay sơ bộ hợp lý của động cơ và động cơ điện 5

II.Chọn động cơ điện: 5

III Phân phối tỷ số truyền 6

IV.Tính toán và lập bảng đặc tính theo mẫu : 6

V.Bảng thông số kỹ thuật 7

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI 8

I.Chọn loại đai và tiết diện đai: 8

II.Xác định các kích thước và thông số bộ truyền: 8

CHƯƠNG III:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN KÍN 12

I.Bộ truyền cấp chậm 12

II.Bộ truyền cấp nhanh 18

III.Kiểm tra bôi trơn ngâm dầu 25

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 27

I.Tính toán thiết kế trục 27

II.Tính toán thiết kế then 35

CHƯƠNG V: CHỌN Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC ĐÀN HỒI 40

I.Tính toán chọn ổ lăn : 40

II.Tính toán nối trục đàn hồi 46

CHƯƠNG VI: CHỌN THÂN MÁY, BULONG VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ 48

CHƯƠNG VII: CHỌN DUNG SAI LẮP GHÉP 52

I Dung sai lắp ghép bánh răng 52

II.Dung sai lắp ghép ổ lăn 52

III Dung sai lắp ghép then 53

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

4

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án hệ thống truyền động là môn cơ bản của ngành cơ khí, là môn có thể giúp sinh viên có cái nhìn cụ thể về các kiến thức là cơ sở để học các môn khác sau này Học tốt môn này sẽ giúp cho sinh viên có cái nhìn về công việc tương lai, qua đó có cái nhìn đúng đắn hơn về con đường học tập đồng thời tăng thêm lòng nhiệt huyết cho mỗi sinh viên

Sau khi đã được trang bị đủ các kiến thức cần thiết từ các môn học: chi tiết máy, sức bền vật liệu, cơ lưu chất, vẽ cơ khí Em đã đủ tự tin để bước vào và hoàn thành nhiệm vụ trong môn Đồ án thiết kế Môn học cho em và các bạn có cơ hội tiếp xúc , tìm hiểu và đi sâu vào thiết kế một hệ thống dẫn động thực tiễn, cũng là cơ hội giúp chúng em nắm rõ những kiến thức và học thêm được rất nhiều về phương pháp làm việc khi thực hiện thiết kế, đồng thời cũng sử dụng thực tiễn kiến thức đã học đi vào thực tế Ngoài ra em còn được thêm kĩ năng sử dụng các phần mềm hỗ trợ thiết kế: Autocad

LỜI CÁM ƠN

Trong khi thực hiện đồ án, xin chân thành cảm ơn thầy Thân Trọng Khánh Đạt cũng như các thầy cô khác đã tận tình giúp đỡ, giải đáp các thắc mắc, chỉ ra cho em những lỗi sai dù là nhỏ nhất Sự giúp đỡ của thầy đã và đang thầy là nguồn động lực lớn lao cỗ vũ tinh thần cho chúng em trên con đường học tập, rèn luyện đầy gian lao vất vả Trong quá trình hoàn thành bài tập này, mặc dù đã có những cố gắng và sự chuẩn bị chu đáo nhưng vẫn không thể tránh khỏi những sai sót Em sẽ rất vui lòng nhận được những phản hồi, những ý kiến đóng góp, phê bình của thầy/cô cùng các bạn

5

CHƯƠNG 1:CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

I.Xác định công suất cần thiết, số vòng quay sơ bộ hợp lý của động cơ và động cơ điện

- Hiệu suất truyền động: 3

  : Hiệu suất bộ truyền đai Vậy, hiệu suất truyền động là:  0,83

Công suất trên trục xích tải: 5000.1,3 6,5(kW)

Pt là công suất trên trục xích tải, kW

-Công suất của động cơ:

u là tỉ số truyền của bộ truyền đai:u d 2, 2

-Số vòng quay của trục máy công tác:

II.Chọn động cơ điện:

Ở đây , ta chọn động cơ thõa mãn điều kiện sau: - Pdc  Pct Pdc 5,96(kW)

6 -ndb nsb ndb 1419(vòng/phút)

Tra bảng P1.3 [1], ta chọn được động cơ sau:

III Phân phối tỷ số truyền

8

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGỒI I.Chọn loại đai và tiết diện đai:

Các thơng số của động cơ và tỷ số của bộ truyền đai: -ndc 1455(vòng/phút)

-P dc 7, 728(kW) -u d 2, 2

Theo sơ đồ hình 4.2 [TL1]

Ta chọn đai là đai hình thang thường loại B

Chọn đường kính bánh dai nhỏ trong khoảng: d 1 140280(mm)

Như vậy, khoảng cách trục a 480(mm)thỏa mãn điều kiện cho phép

Chiều dài đai L:

     (đạt yêu cầu về tuổi thọ) Tính lại khoảng cách trục a theo L:

Vì góc ôm bánh đai nhỏ trong trường hợp này luôn nhỏ hơn góc ôm bánh đai lớn nên nếu góc ôm bánh đai nhỏ thõa thì góc ôm bánh đai lớn cũng được thỏa

C :là hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai, trị số củaClcho trong bảng 4.16 [1] phụ

thuộc tỉ số chiều dài đai của bộ truyền đang xét L và chiều dài đai L0 lấy làm thí nghiệm (

L ghi trong bảng 4.19 [1]) Chọn C l 0,86

Cu là hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền (u tăng làm tăng đường kính bánh đai lớn, do đó đai ít bị uốn hơn khi vào tiếp xúc với bánh đai này), trị số của Cu cho trong bảng 4.17 [1]

C 

10

Cz là hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai, trị số cho

trong bảng 4.18 [1] Khi tính có thể dựa vào tỉ số PI/[P0] = Z’ để tra Cz trong bảng 4.18 [1]

Như vậy, ta sẽ chọn số đai z3

Từ số đai z3,ta tính chiều rộng bánh đai B và đường kính ngoài của bánh đai da:

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục: Lực căng trên 1 đai được xác định như sau:

11

Bảng thông số kỹ thuật bộ truyền đai:

Tỉ số truyền thực tế

Lực tác dụng lên trục

r

12

CHƯƠNG III:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN KÍN I.Bộ truyền cấp chậm

-Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng

Ta chọn loại vật liệu hai cấp của bánh răng như nhau (C40 tôi cải thiện) Ta chọn như sau: Độ rắn bánh nhỏ là 260HB

Độ rắn bánh lớn là 250HB

-Ứng suất tiếp xúc cho phép

Khi chưa có kích thước bộ truyền ta có thể tính sơ bộ:

m Bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6 Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương:

-Ứng suất uốn cho phép

Khi chưa có kích thước bộ truyền ta có thể chọn sơ bộ:

Giới hạn mỏi uốn, tương ứng với chu kỳ cơ sở NFO được chọn phụ thuộc vào độ rắn bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp nhiệt luyện, tra theo bảng 3.5:

m Bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6 Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương:

Chọn khoảng cách trục theo tiêu chuẩn: a w 200(mm)

Trong đó: K Ka, d:Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng(bảng 6,5[1])

16

-Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc tính toán được xác định theo (3.51)

Hệ số cơ tính vật liệu: do cặp bánh răng bằng thép nên ZM 274(tra bảng 6,5[1])

Hệ số ảnh hưởng của tổng chiều dài tiếp xúc theo (3.55):

Hệ số ảnh hưởng của độ nhám bề mặt: Khi Ra = 1,25 ÷ 2,5µm thì ZR = 0,95 Hệ số ảnh hưởng vận tốc vòng, khi H ≤ 350 tính theo (3.61[2]):

Hệ số xét đến ảnh hưởng của điều kiện bôi trơn, thông thường chọn Kl = 1 Hệ số ảnh hưởng của kích thước răng:

-Kiểm nghiệm ứng suất uốn

Hệ số dạng răng được tính bằng công thức thực nghiệm (3.66):

Hệ số xét đến ảnh hưởng khi quay hai chiều đến độ bền mỏi: KFC 1 khi quay 1 chiều Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám: Y R 1khi phay và mài răng

Hệ số kích thước: khi tôi bề mặt và thấm nitơ

Ta kiểm nghiệm độ bền uốn cho bánh bị dẫn là bánh có độ bền thấp hơn Ứng suất uốn được tính theo (3.65):

Vậy độ bền uốn được thỏa

II.Bộ truyền cấp nhanh

-Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng

Ta chọn loại vật liệu hai cấp của bánh răng như nhau (C40 tôi cải thiện) Ta chọn như sau: Độ rắn bánh nhỏ là 260HB

Độ rắn bánh lớn là 250HB

-Ứng suất tiếp xúc cho phép

Khi chưa có kích thước bộ truyền ta có thể tính sơ bộ:

m Bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6 Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương:

-Ứng suất uốn cho phép

Khi chưa có kích thước bộ truyền ta có thể chọn sơ bộ:

Giới hạn mỏi uốn, tương ứng với chu kỳ cơ sở NFO được chọn phụ thuộc vào độ rắn bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp nhiệt luyện, tra theo bảng 3.5:

m Bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6 Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương:

Chọn khoảng cách trục theo tiêu chuẩn: a w 160(mm)

Trong đó: K Ka, d:Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng(bảng 6,5[1])

-Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc tính toán được xác định theo (3.51)

Hệ số cơ tính vật liệu: do cặp bánh răng bằng thép nên ZM 274(tra bảng 6,5[1])

Hệ số ảnh hưởng của tổng chiều dài tiếp xúc theo (3.55):

Hệ số ảnh hưởng của độ nhám bề mặt: Khi Ra = 1,25 ÷ 2,5µm thì ZR = 0,95 Hệ số ảnh hưởng vận tốc vòng, khi H ≤ 350 tính theo (3.61[2]):

0,85 0,923

Z  v 

Hệ số xét đến ảnh hưởng của điều kiện bôi trơn, thông thường chọn Kl = 1 Hệ số ảnh hưởng của kích thước răng:

-Kiểm nghiệm ứng suất uốn

Hệ số dạng răng được tính bằng công thức thực nghiệm (3.66):

Hệ số xét đến ảnh hưởng khi quay hai chiều đến độ bền mỏi: KFC 1 khi quay 1 chiều Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám: Y R 1khi phay và mài răng

Hệ số kích thước: khi tôi bề mặt và thấm nitơ

Ta kiểm nghiệm độ bền uốn cho bánh dẫn là bánh có độ bền thấp hơn Ứng suất uốn được tính theo (3.65):

Vậy độ bền uốn được thỏa

III.Kiểm tra bôi trơn ngâm dầu

Tính từ tâm thì mức dầu phải cách tâm lớn hơn 2 / 3R của bánh răng lớn nhất( điều này đảm bảo mức dầu sẽ thấp hơn 2 / 3R của tất cả bánh răng)

Mức dầu phải cao hơn đỉnh phía dưới của bánh lớn là 10mm

27

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN I.Tính toán thiết kế trục

-Vật liệu chế tạo trục và ứng suất cho phép

Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép C45 thường hóa có  

600MPa,HB=170-217, 15 30MPa

     với trục vào và lấy trị số nhỏ đối với trục vào của hộp gia tốc, lấy trị số lớn đối với trục ra của hộp giảm tốc

-Tính đường kính sơ bộ của bộ trục của các trục:

Chọn ứng suất xoắn cho phép:   20(MPa)

Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành hộp: k 1 33(mm)

Khoảng cách từ mặt mút của ổ lăn quay đến thành trong của hộp: k 2 5(mm) Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết chi tiết quay đến nắp ổ: k 3 10(mm) Chiều cao nắp ổ và đầu bulông: h n 29(mm)

Chiều dài mayơ bánh đai: Chọn lm12 63(mm)

Chiều dài mayơ bánh răng trụ trên trục I: lm13 64(mm) Chiều dài mayơ bánh răng trụ thứ hai trên trục II: lm22 64(mm)

28

Chiều dài mayơ bánh răng trụ thứ ba trên trục II: lm23 80(mm) Chiều dài mayơ bánh răng trụ trên trục III: lm32 80(mm)

Chiều dài mayơ khớp nối : lmkn (1, 4 2,5) dIII (1, 4 2,5) 80 100(mm)   Chọn lmkn 100(mm)

29

-Trục I

Biểu đồ momen trục 1

-Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực của đai -Khoảng cách từ đai đến gối đỡ b01

35

II.Tính toán thiết kế then

-Mối ghép then và then hoa được dùng để truyền momen xoắn từ trục đến các chi tiết lắp trên trục hoặc ngược lại

-Mối ghép then nhờ đơn giản về chế tạo và dễ dàng lắp ghép nên được dùng khá rộng rãi.Trong chế tạo máy thường dùng hơn cả là loại then bằng, TC2261-77

-Do đó ta chọn mối ghép then bằng đầu tròn

-Trong quá trình làm việc,mối ghép then và then hoa có thể bị hỏng do dập bề mặt làm việc,ngoài ra then có thể hỏng do bị cắt.Khi thiết kế thường dựa vào đường kính trục để chọn kích thước tiết diện then,chiều dài then lấy bằng 0,8÷0,9 chiều dày moay ơ.Và để làm việc được ta cần tiến hành kiểm nghiệm

Chọn then theo tiết diện trục:

Tiết diện Đường kính, mm Loại then,bxhxl

Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn Hệ số an toàn được tính theo công thức

Trong đó:  s :hệ số an toàn cho phép

s s : Hệ số an toàn chỉ xét riêng cho ứng suất uốn và ứng suất xoắn Giá trị s s , được xác định theo công thức:

40

CHƯƠNG V: CHỌN Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC ĐÀN HỒI I.Tính toán chọn ổ lăn :

Chọn ổ lăn được xác định theo 2 chỉ tiêu :

→ Khả năng tải động nhằm đề phòng tróc rỗ bề mặt làm việc → Khả năng tải tĩnh nhằm đề phòng biến dạng dư

Do ổ lăn lằm việc với số vòng lăn lớn (n > 10 vòng/phút)nên không chọn ổ theo khả năng tải tĩnh mà chọn ổ theo khả năng tải động Khả năng tải động Cdđược tính như sau:

md

C  QL

Trong đó: + Q: là tải trọng quy ước (kN)

+ m: Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn Với ổ bi thì m 3và với ổ đũa thì 10

Với tải trọng tĩnh, không va đập và hộp giảm tốc có công suât nhỏ K d 1

V : hệ số ảnh hưởng của vòng nào quay V 1 (vòng trong quay)

- Chọn V 1 1 ứng với vòng trong quay

- Lực dọc trục tác dụng vào ổ bi A, B do lực hướng tâm FR gây ra:

Thỏa khả năng quay của ổ Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh :

- Chọn V 1 1 ứng với vòng trong quay

- Lực dọc trục tác dụng vào ổ bi A, B do lực hướng tâm FR gây ra:

Thỏa khả năng quay của ổ Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh :

- Chọn V 1 1 ứng với vòng trong quay

- Lực dọc trục tác dụng vào ổ bi A, B do lực hướng tâm FR gây ra:

Thỏa khả năng quay của ổ Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh : Thỏa mãn khả năng tải tĩnh

II.Tính toán nối trục đàn hồi

Sử dụng nối trục đàn hồi do nó có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ thay thế và khả năng làm việc đáng tin cậy

48

CHƯƠNG VI: CHỌN THÂN MÁY, BULONG VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ

Kích thước cơ bản của vỏ hộp Khe hở giữa các chi tiết

- Giữa bánh răng với thành trong hộp - Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp

Để kiểm tra, quan sát các chi tiết máy trong hộp khi lắp ghép và để đổ dầu vào trong hộp, trên đỉnh hộp có làm cửa thăm Cửa thăm được đậy bằng nắp Trên nắp có lắp thêm nút thông hơi Kích thước cửa thăm được chọn theo bảng 18-5 tài liệu [1] như sau:

lượng

50

-Nút thông hơi

Khi làm việc, nhiệt độ trong họp tăng lên Để giảm áp suất và điều hòa không khí bên trong và bên ngoài hộp, người ta dùng nút thông hơi Nút thông hơi được lắp trên nắp cửa thăm Kích thước nút thông hơi tra bảng 18-6 tài liệu [1]:

M27x2 15 30 15 36 6 4 18 6 22 36 32 10

-Nút tháo dầu

Sau một thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn (do bụi và do 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

Kết cấu và kích thước của nút tháo dầu tra bảng 18-8 tài liệu [1] như sau:

51

-Que thăm dầu

Để kiểm tra mức dầu trong hộp ta dùng que thăm dầu:

-Vòng phớt

Vòng phớt là loại lót kín động gián tiếp nhằm mục đích bảo vệ ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn, hạt cứng và các tạp chất khác xâm nhập vào ổ Những chất này làm ổ chóng bị mài mòn và bị han gỉ Ngoài ra, vòng phớt còn đề phòng dầu chảy ra ngoài Tuổi thọ ổ lăn phụ thuộc rất nhiều vào vòng phớt

Vòng phớt được đùng rất rộng rãi do có kết cấu đơn giản, thay dễ dàng Tuy nhiên có nhược điểm là chóng mòn và ma sát lớn khi bề mặt trục có độ nhám cao

-Vòng chắn dầu

Để ngăn cách mỡ trong bộ phận ổ với dầu trong hộp

52

CHƯƠNG VII: CHỌN DUNG SAI LẮP GHÉP

Căn cứ vào yêu cầu làm việc của từng chi tiết trong hộp giảm tốc, ta chọn các kiểu lắp ghép sau:

Bảng 7.1 Bảng dung sai lắp ghép các chi tiết

I Dung sai lắp ghép bánh răng

Bảng7 2 Bảng dung sai lắp ghép bánh răng

II.Dung sai lắp ghép ổ lăn

Vòng trong ổ lăn chịu tải tuần hoàn, ta lắp ghép theo hệ thống trục lắp trung gian để vòng ổ không trượt trên bề mặt trục khi làm việc Do đó, ta phải chọn mối lắp k6, lắp trung gian có độ dôi, tạo điều kiện mòn đều ổ (trong quá trình làm việc nó sẽ quay làm mòn đều)

Vòng ngoài của ổ lăn không quay nên chịu tải cục bộ, ta lắp theo hệ thống lỗ Để lỗ có thể di chuyển dọc trục khi nhiệt độ tăng trong quá trình làm việc, ta chọn kiểu lắp trung gian H7

53

III Dung sai lắp ghép then

Theo chiều rộng, chọn kiểu lắp ghép trên trục là mối ghép bình thường N9/h9 và kiểu lắp ghép trên bạc là Js9/h9

Theo chiều cao, sai lêch giới hạn kích thước then là h11 Theo chiều dài, sai lêch giới hạn kích thước then là h14

Qua thời gian làm đồ án môn học thiết kế máy, em đã nắm vững hơn về cách phân tích một công việc thiết kế, cách đặt vấn đề và giải quyết vấn đề cho bài toán thiết kế

Vì đặc trưng nghiên cứu của môn học là tính toán hệ thống truyền động nên qua đó giúp cho sinh viên có cách xử lý thiết thực hơn và biết cách kết hợp, vận dụng kiến thức vào thiết kế, có những phương án tối ưu, phù hợp nhất

Dù đã cố gắng hoàn thành đồ án một cách kỹ lưỡng, có trách nhiệm cùng với sự hướng dẫn của thầy Thân Trọng Khánh Đạt, nhưng do hiểu biết còn hạn chế, chưa có kinh nghiệm trong thực tế, nên chắc chắn bản báo cáo đồ án này vẫn còn có sai sót Vì vậy, em rất mong sẽ nhận được những sửa chữa, đóng góp, góp ý của quý thầy/cô cùng tất cả quý đọc giả để em rút kinh nghiệm, xử lí những lỗi sai, bổ sung thêm kiến thức