Phần thuyết minh:Trình bày đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế, bao gồm:- CHƯƠNG 1: Tính toán chọn động cơ điện, phân phối tỷ số truyền và mô memxoắn trên các trục- CHƯƠNG 2: Tính toá
Trang 1`BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT - CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN I - CHI TIẾT MÁY
Trang 2BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT - CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
Họ và tên sinh viên:
1.Nguyễn Như Quang Vinh MSV:21104900040
Chuyên ngành: Công nghệ kĩ thuật cơ điện tử
Đồ án môn học : Chi tiết máy Người hướng dẫn : Nguyễn Ngọc Sang
Hà Nội – Năm: 2022- 2023
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI
Loại hộp: Hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm
(1 cấp thẳng – 1 cấp nghiêng)
4 Bộ truyền xích
Các số liệu cho trước:
1 Lực kéo băng tải: F =12000N
2 Vận tốc băng tải: v = 0,39 m/s
3 Đường kính tang: D = 320 mm
4 Thời hạn phục vụ: l = 16000 giờh
5 Số ca làm việc: 2 ca
6 Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài: = 30 độ
7 Đặc tính làm việc: □ Êm □ Va đập nhẹ □ Va đập vừa
Trang 4Yêu cầu thực hiện
I Phần thuyết minh:
Trình bày đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế, bao gồm:
- CHƯƠNG 1: Tính toán chọn động cơ điện, phân phối tỷ số truyền và mô memxoắn trên các trục
- CHƯƠNG 2: Tính toán tỷ số truyền ngoài (bộ truyền đai hoặc xích)
- CHƯƠNG 3: Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng
- CHƯƠNG 4: Tính toán thiết kế trục
- CHƯƠNG 5: Tính toán chọn ổ đỡ trục, then, khớp nối, các chi tiết khác và bôi trơnhộp giảm tốc
- CHƯƠNG 6: Tính toán thiết kế kết cấu hộp
- Tài liệu kham khảo:
- [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển- Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tập 1
- [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển-Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tâp 2
II Phần bản vẽ:
2 Bản vẽ chế tạo chi tiết: 1 trục hoặc 1 bánh răng A3 1
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Trang 5LỜI NÓI ĐẦU
Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung cốt lõi không thể thiếu trông chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí Đồ án chi tiết máy là môn học giúp sinh viên có thể hệ thống hóa lại kiến thức của các môn học như: Chi tiết máy, sức bền vật liệu, dung sai lắp ghép, vẽ kỹ thuật…đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với với những kỹ năng thiết kế, tra cứu và sử dụng tài liệu được tốt hơn, vận dụng kiến thức
đã học vào việc thiết kế một hệ thống cụ thể, vận dụng khả năng sáng tạo và phát huy khả năng làm việc theo nhóm.
Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không đổi và được dung để giảm vận tốc góc, tăng mômen xoắn Với chức năng như vậy, ngày nay hộp giảm tốc được sử dụng rộng rãi trong các nghành cơ khí, luyện kim, sản xuất các loại máy công cụ…Với giới hạn của môn học và thời gian em đã được giao nhiệm vụ thiết kế hệ dẫn động băng tải.
Khi tính toán và thiết kế các chi tiết máy em đã sử dụng và tra cứu các tài liệu sau:
-Tập 1 và 2 Chi tiết máy của GS.TS- NGUYỄN TRỌNG HIỆP -Tập 1 và 2 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của PGS.TS.TRỊNH CHẤT- TS LÊ VĂN UYỂN.
-Dung sai và lắp ghép của GS.TS NINH ĐỨC TỐN.
Trong quá trình làm đồ án, nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Nguyễn Tường Vi đã giúp em đã hoàn thành đồ án môn học của mình Do đây là lần đầu, với trình độ và thời gian hạn chế nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai xót xảy ra, em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô trong bộ môn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Trang 6CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ
TRUYỀN VÀ MÔ MEN XOẮN TRÊN CÁC TRỤC
1.1.Nguyên tắc chọn động cơ điện:
- Chọn động cơ điện bao gồm những việc chính là chọn loại động cơ, kiểu động
cơ, sao cho có công suất và số vòng quay phù hợp với yêu cầu của đề bài Chọn đúng loại động cơ thì động cơ làm việc phù hợp với yêu cầu truyền động của máy, phù hợp với môi trừng làm việc bên ngoài, vận hành an toàn ổn định
- Các loại động cơ điện thường dùng hiện nay bao gồm:
+ Động cơ một chiều: có giá thành đắt, khối lượng sửa chữa nhiều và nhanh hỏng, cần thêm các thiết bị chỉnh lưu
+ Động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ kiểu lồng sóc: có giá thành rẻ, cấu tạo và vận hành đơn giản, mắc trực tiếp với dòng điện xoay chiều
+ Động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ: có giá thành đắt, mở máy phức tạp
+ Động cơ điện không đồng bộ 1 pha: có công suất nhỏ, chủ yếu dung cho các thiết
bị sinh hoạt như máy khâu, quạt điện…
Vì vậy khi chọn động cơ cho hộp giảm tốc thường chọn: Động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ kiểu lồng sóc
Bước 1: Chọn động cơ
Công suất cần thiết của động cơ được xác định theo công thức:
N đc ≥ N lv=Nct
Trang 7Trong đó :
- N đc : Công suất định mức của động cơ điện được chọn
- N ct : Công suất cần thiết trên trục động cơ
- N lv : Công suất làm việc trên trục tang quay hoặc đĩa xích
- η :Là hiệu suất truyền động
N lv= F v
1000= 12000 0,39.
1000 =4,68(kW )
Với :
- F là lực kéo băng tải hoặc xích tải ( N )
- V là vận tốc băng tải hoặc xích tải ( m/s )
- Ƞ là hiệu suất truyền động
-η k = 0.99 - là hiệu suất bộ truyền khớp nối trục
-η ol = 0,995 - là hiệu suất các ổ lăn (được che kín)
-η brt = 0,97 - là hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng (được che kín)
-η brn = 0,97 - là hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ nghiêng (được che kín)
-η x = 0,93 - là hiệu suất truyền xích (hở)
- Công suất cần thiết yêu cầu của động cơ là
b Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ:
- Để tính toán và thiết kế ra hộp giảm tốc có kích thước không qúa lớn, ta sẽxác định tính toán số vòng quay sơ bộ cho động cơ Số vòng quay sơ bộ động cơđược tính toán theo công thức:
Trang 8(+) n sb=nlv i c
Với :
-n¿sb
¿: số vòng quay sơ bộ của động cơ
-i c: tỷ số truyền chung của cả hệ thống
-n lv: số vòng quay trên trục công tác
-n lv=60000.v
π D =60000.0,39π 3220 = 23 ( vòng/phút )
Trong đó:
- v = 0,39 (m/s)- là vận tốc băng tải hoặc xích tải
- D = 320 (mm)- là đường kính tang quay
i c: tỷ số truyền chung của cả hệ thống (Chọn sơ bộ i c ≈ 50)
Trang 9Bước 2 : Phân phối tỉ số truyền
a Xác định tỉ số truyền i của hệ thống dẫn động
Tỉ số truyền của hệ thống dẫn động được xác định bằng tỉ số của số vòng quay đầu vào của bộ truyền và số vòng quay đầu ra của bộ truyền theo công thức 1.9 trong tài liệu đồ án 1 CTM :
Tính tỷ số truyền chung theo công thức:
i c =i ng i
h> ¿ =n dc
n lv¿
Với : n dc= 968 (v/p) là số vòng quay của động cơ điện chọn được
n lv= 23 (v/p) là số vòng quay trên trục băng tải
i c =i ng i tr=n đc
n lv
=968
23=42
b.Phân phối tỉ số truyền
Tỉ số truyền của hệ thống dẫn động được phân phối cho bộ truyền trong hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài (bộ truyền xích )
Trang 10Bước 3: Xác định công suất, số vòng quay và mômen trên các trục
ηol, η , η , η lần lượt là hiệu suất của ổ lăn, khớp nối và bánh răng.kn brt br
+ i , i – tỷ số truyền bộ truyền cấp nhanh,cấp chậm; 1 2
+ n -số vòng quay của trục động cơ.đc
Trang 11Momen xoắn (N.mm)
Trang 12CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI
2.1 Tính toán bộ truyền xích
Bộ truyền xích truyền chuyển động và tải trọng từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ sự
ăn khớp giữa các mắt xích với răng của đĩa xích
Ưu điểm:
+ Không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao hơn, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột
+ Không đòi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn
+ Kích thứơc bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu truyền cùng công suất và số vòng quay
+ Bộ truyền xích truyền công suất nhờ vào sự ăn khớp giữa xích và bánh xích, do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai và đo đó có thể truyền côngsuất và chuyển động cho nhiều đĩa xích bị dẫn
Nhược điểm: Do sự phân bố của các nhánh xích trên đĩa xích không theo đường tròn
mà theo hình đa giác, do đó khi vào và ra khớp, các mắt xích xoay tương đối với nhau
và bản lề xích bị mòn gây nên tải trọng động phụ, ồn khi làm việc, có tỷ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh xích thay đổi, cần phải bôi trơn thườngxuyên và phải có bộ phận điều chỉnh xích
Có 3 loại xích chính là xích ống, xích ống con lăn và xích răng như thể hiện trên hình:
- Xích ống: đơn giản, giá thành hạ và khối lượng giảm vì không dùng con lăn, nhưng cũng vì thế mà bản lề mòn nhanh Vì vậy chỉ dùng xích ống đối với các bộ truyền không quan trọng mặc khác yêu cầu khối lượng nhỏ
- Xích ống con lăn gọi tắt là xích con lăn, về kết cấu giống như xích ống chỉ khác ngoài ống lắp thêm thêm con lăn, nhờ đó có thể thay thế ma sát trượt giữa ống và răng đĩa bằng ma sát lăn giữa con lăn và răng đĩa Kết quả là độ bền của xích con lăn cao hơn xích ống, chê tạo không phức tạp bằng xích răng, do đó xích con lăn được dùng khá rộng rải
- Xích răng có khả năng tải lớn, làm việc êm, nhưng chế tạo phức tạp và giá thành đắt hơn xích con lăn
Trang 13Hình 2 1.Các loại xích
a Chọn loại xích
- Nếu xích làm việc với vận tốc dưới 10 ÷15 m/s thì nên chọn ống xích con lăn
- Nếu vận tốc xích trên 10 ÷15 m/s, yêu cầu làm việc êm, không ồn nên chọn xích răng(chế tạo phức tạp, giá thành cao)
Bảng 2 1.Các kích thước chủ yếu của xích ống con lăn 1 dãy
Ta có : v=0,39 m/s
=> Chọn loại xích ống con lăn vì rẻ hơn xích răng, vả lại không yêu cầu bộ truyền làm
Trang 14Sử dụng mặt cắt 3:3
My3 + Ye.(71+L3) -Fr32.L3 = 0
My3 = - Ye.(71+L3) + Fr32.L3
Tại D l3=0 suy ra My3 = -110243,12 N.mm
Tại C l3 = 79,5 suy ra My3 = -65700,86 N.mm
Sử dụng mặt cắt 4:4
My4 + Ye.L4 = 0
My4 = - Ye.L4
Tại E l4=0 suy ra My4 = 0 N.mm
Tại D l4 = 71 suy ra My4 = -110243,12 N.mm
•Áp dụng các hệ phương trình cân bằng lực của hệ lực phẳng tác dụng lên trục 2 lần
lượt trong mặt phẳng xoz ta có:
{ ∑F x=0
∑m A=0 →{ Xa −Ft 31+Ft2−Ft32+Xe=0
Ft 31 AB −Ft 2 AC +Ft 32 AD −Xe AE=0
Trang 15Tại C l2 = 79,5 suy ra Mx2 = -235689,5 N.mm
Sử dụng mặt cắt 3:3
Mx3 + Xe.(71+l3 ) – Ft32.l3= 0Mx3 = - Xe.(71+l3 ) + Ft32.l3Tại D l3=0 suy ra Mx3 = -328943 N.mm
Trang 16Hình4. 2 Các biểu đồ momen trên trục II
+ Với trục III ta có:
•Áp dụng hệ phương trình cân bằng lực của hệ lực phẳng tác dụng lên trục 3 lần lượt
trong mặt phẳng yoz ta có:
Trang 17Fxy = Fx Sin30 = 6680,66.sin30 = 3340 N
Tại C l2 = 159 suy ra Mx2 = -941007,3 N.mm
Sử dụng mặt cắt 3:3
Mx3 + Fxy.(39,5+L3) + Yd.L3 = 0
Trang 18My3 = - Fxy.(39,5+L3) - Yd.L3
Tại D l4 = 39,5 suy ra My4 = -131930 N.mm
Áp dụng hệ phương trình cân bằng lực của hệ lực phẳng tác dụng lên trục 3 lần lượt
trong mặt phẳng xoz ta có:
Trang 19Tại A l1=0 suy ra My1 = 0
Tại B l1 = 71 suy ra My1 = 466135,59 N.mm
Sử dụng mặt cắt 2:2
My2 - Xa.(71+l2 ) + Ft41.l2= 0My2 = Xa.(71+l2 ) – Ft41.l2Tại B l2=0 suy ra My2 = 466135,59 N.mm
Tại C l2 = 159 suy ra My2 = 586862,7N.mm
Sử dụng mặt cắt 3:3
My3 + Xd.l3 – Fxx.(39,5+l3)= 0My3 = - Xd.l3 + Fxx.(39,5+l3)Tại D l3=0 suy ra My3 = 228547 N.mm
Tại C l3 = 79,5 suy ra My3 = 629760,44 N.mm
Sử dụng mặt cắt 4:4
My4 - Fxx.l4 = 0
My4 = Fxx.l4
Tại E l4=0 suy ra My4 = 0
Tại D l4 = 39,5 suy ra My4 = 228547 N.mml
Ngoài ra, ta có: M t 41 =F t 41 d ω 3
2 =5806.375
2 =1088625(N mm)
Trang 20Hình4 3 Các biểu đồ momen trên trục III
Trang 21*Xác định đường kính trục tại các tiết diện nguy hiểm.
- Theo công thức (4.22), công thức (4.24), công thức (4.25) trong tài liệu CTM ta
lần lượt tính được các momen uốn tổng Mj và momen tương đương Mtdj tại các tiết
diện j trên chiều dài trục
Trang 246.Kích thước và kiểu lắp trục III
4.6.Kiểm tra độ bền mỏi
Để trục không bị hỏng vì mỏi thì tại các tiết diện phải thoả mãn điều kiện sau:
Trang 25S i= σi τi
√S σi
2+Sτi2≥[S]
-Trong đó :
[S]:là hệ số an toàn cho phép, thông thường [S] =1,5 2,5
S σivà Sτilà hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j :
Trang 26Tiết diện Đường kính
Ky =1
Bảng4 3.Trị số của hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx
Trang 27Bảng4 4.Trị số của hệ số tăng bền Ky
Bảng4 5.Trị số của Kτ và Kσđối với trụ có rãnh then, trục then hoa và trục cắt ren
Theo bảng 4.6 với trục có rãnh then được gia công bằng dao phay ngón, thì hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then ứng với vật liệu có σ b=600(Mpa ) là : Kτ=1,54 ; Kσ=1,76
Theo bảng 10.10 tài liệu [1] ta có các thông số sau:
Tiết diện Đường kính trục
Trang 2822 42 0,85 0,78
Bảng4 6.Các lực momen uốn và xoắn tác dụng lên các trục
Mặc khác, tra bảng 4.6 ứng với kiểu lắp đã chọn σ b=600(Mpa ) và đường kính của tiết diện nguy hiểm, tra được các tỷ số K σ
ε σ
và K τ
ε τ
do lắp căng tại các tiết diện này, trong cơ
sở đó dùng giá trị lớn hơn trong hai giá trị đó để tính toán, kết quả được ghi trong bảngsau:
Rãnhthen
Lắpcăng
- σ ch = 340: giới hạn chảy của vật liệu trục (Mpa)
Từ biểu đồ mô men ta thấy:
Trang 29+ Trục I tiết diện nguy hiểm nhất là 11
+ Trục II tiết diện nguy hiểm nhất là 22
+ Trục III tiết diện nguy hiểm nhất là 31
Do đó, thay các trị số trên vào ta được bảng kết quả như sau:
Bảng4 7.Trị số momen trên tiết diện nguy hiểm
Theo bảng 9.5 tài liệu [1] với tải trọng tĩnh, va đập nhẹ, dạng lắp cố định:
[σ d]=100 (Mpa)
[τ c]=(60/3 90/3)=20 30(Mpa)Vậy các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt
Trang 30CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC, KHỚP NỐI, CÁC CHI TIẾT KHÁC VÀ BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC
5.1 Tính toán lựa chọn ổ lăn
Trang 32Tra bảng 14P tài liệu tham khảo trang 339
Trang 33Xa=8494,78 N Ya= 561 N
Xd=2668,78 N Yd= 7005,11 N
Fa1 = 0 N
Nên ta chọn ổ bi đỡ 1 dãy cho trục III
Q = (Kv R + m.At).Kn.Kt ( ct 8-2 tr 159 tài liệu tham khảo )
2 Tính toán chọn then (then bằng hay then hoa)
Then dùng để truyền momen xoắn từ trục đến các chi tiết lắp trên trục hoặc ngược lại.Then là một chi tiết tiêu chuẩn vì vậy khi tính toán chọn then thì then được chọn phải đảm bảo điều kiện bền dập và bền cắt
Trong đó: + T: Mô men xoắn cần truyền, N.mm
+ d: Đường kính trục tại vị trí lắp then, mm
+ l: Chiều dài then, mm
+ b: Chiều rộng then, mm
+ t: Biểu thị phần then lắp trong rãnh của trục và rãnh của may ơ, mm + σd, [σ]d: Ứng suất dập tính toán và ứng suất dập cho phép bảng 5.7 (tra bảng 7- 20[1]), N/mm2 109
Trang 34+ τc, [τ]c: Ứng suất cắt tính toán và ứng suất dập cho phép bảng 5.8 (tra bảng 7- 21[1]), N/mm2
Vậy then làm việc đủ bền
Trang 3510 M8 15 42 20 10 15 1,5
Bảng 5.2 Kích thước vòng đàn hồiTheo bảng 16.1 tài liệu [2] k =1,4
Ứng suất dập của vòng đàn hồi xác định theo công thức 69 tài liệu [2],
=> Khớp nối đàn hồi trên đảm bảo độ bền
5.3 Tính toán bôi trơn: Chọn chế độ bôi trơn, dầu bôi trơn
5.3.1 Chế độ bôi trơn hộp giảm tốc
- Đối với hộp giảm tốc được bôi trơn bằng việc ngâm các bánh răng và các chi tiết phụ trong dầu chứa ở hộp, đây là cách bôi trơn ngâm dầu
5.3.2 Dầu bôi trơn hộp giảm tốc
Độ nhớt của dầu bôi trơn bánh răng được tra theo bảng 5.25/128 (bảng 10-20), sau đó dựa vào độ nhớt tra loại dầu phù hợp theo bảng 5.24/128 (bảng 10-17 [1])
=> Chọn dầu oto máy kéo AK-20
5.3.3 Kiểm tra mức dầu
- Mức dầu trong hộp giảm tốc được kiểm tra bằng các thiết bị chỉ dầu Đểtránh sóng dầu làm vết chỉ dầu bị sai lệch người ta lắp thước chỉ dầu trong mộtống bao hoặc trong một cái hốc
Trang 36CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU HỘP 6.1 Tính kết cấu của vỏ hộp.
- Vỏ hộp của hộp giảm tốc có nhiệm vụ đảm bảo vị trí tương đối giữa cácchi tiết và bộ phận máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền tới ,đựng dầu bôi trơn, bảo vệ các chi tiết may tránh bụi bặm
- Chỉ tiêu cơ bản của hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ, vìvậy vật liệu nên dùng của hộp giảm tốc là GX15-32
6.2 Kết cấu vỏ hộp giảm tốc:
Hình 6.1 Các Thông số kết cấu hộp giảm tốc