đồ án môn học thiết kế cơ khí

ĐỀ ĐỒ ÁNĐề đồ án bản gốc có chữ ký của Giảng viên hướng dẫn đóng thay thế vào vị trí trangnày.... Đặc tính làm việc: Va đập nhẹSản phẩm cần đạt:01 bản thuyết minh trên giấy A4.. Trong đó

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

KHOA CƠ KHÍ – CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Mã đề: 2.3/2023-2

Học kỳ II Năm học 2023-2024

Sinh viên thực hiện

Mã học phần: ……….

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Văn Hải

HÀ NỘI, 12/2023

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỒ ÁN

Đánh giá của giảng viên hướng dẫn

1 Đi thông qua đầy đủ và Hoàn thành đúng tiến

………., ngày ……… tháng ……… năm …… Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Đánh giá của cán bộ hỏi thi

1 Mức độ nắm được các nội dung về tính toán 2,0

2 Mức độ nắm được các nội dung về thiết

kế/lựa chọn kết cấu các chi tiết máy 3,0

………., ngày ……… tháng ……… năm ……

Cán bộ hỏi thi(Ký và ghi rõ họ tên)

Tổng Điểm = Tổng (I) + Tổng (II) = /10

………., ngày ……… tháng ……… năm ……

Người vào điểm(Ký và ghi rõ họ tên)

ĐỀ ĐỒ ÁN

Đề đồ án (bản gốc) có chữ ký của Giảng viên hướng dẫn đóng thay thế vào vị trí trangnày

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA ĐỀ THI HỌC PHẦN

KHOA CƠ KHÍ – CƠ ĐIỆN TỬ Học kỳ : 2 Năm học 2023– 2024 (Đợt học )1

Hệ đào tạo: chính quy Bậc học: Đại họcTên học phần: Đồ án thiết kế cơ khí Số TC: 02

Hình thức thi: Vấn đáp theo thuyết minh và bản vẽ

Đề số: 2.3/2023-2

Tính toán thiết kế hệ đẫn động băng tải theo sơ đồ sau:

Số liệu cho trước:

1 Lực kéo băng tải: F = 1040 (N)

01 bản thuyết minh trên giấy A4 Trong đó yêu cầu tính chi tiết cho trục: 2

01 bản vẽ lắp hộp giảm tốc trên giấy khổ A0

Sinh viên thực hiện: Phạm Quang Hưng Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hải

(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)

Mục lục

Lời nói đầu 3

Chương 1: Tính toán động học hệ dẫn động 3

1.1 Tính chọn động cơ 3

1.2 Phân phối tỉ số truyền 4

1.3 Công thức, bảng và hình vẽ 4

Chương 2: Tính thiết kế bộ truyền ngoài (đai/xích) 7

2.1 Chọn loại xích 7

2.2 Chọn số răng đĩa xích 7

2.3 ……… Error! Bookmark not defined 2.4 ……… 8

2.5 ……… 8

Chương 3: Tính thiết kế bộ truyền trong hộp (bánh răng trụ/côn,…) 10

3.1 Chọn vật liệu 10

3.2 Xác định ứng suất cho phép 10

3.3 ……… 10

3.4 ……… 10

3.5 ……… 10

Chương 4: Tính thiết kế trục 12

4.1 Chọn vật liệu chế tạo trục 12

4.2 Tính tải trọng tác dụng lên trục 12

4.3 Tính khoảng cách giữa các điểm đặt lực 12

4.4 Tính phản lực tại các gối đỡ 12

4.5 Vẽ biểu đồ mômen uốn M , Mx y và xoắn T 12

4.6 Tính mômen uốn tổng M và mômen tương đương Mij tdij 12

4.7 Thiết kế sơ bộ kết cấu trục và chọn then 12

4.8 Kiểm nghiệm độ bền của then 12

4.9 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 12

Chương 5: Tính chọn ổ lăn 13

5.1 Chọn loại ổ lăn 13

5.2 Chọn cấp chính xác của ổ 13

5.3 Chọn sơ bộ cỡ ổ 13

5.4 Tính kiểm nghiệm khả năng tải động 13

5.5 Tính kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh 13

Chương 6: Tính kết cấu hộp giảm tốc 14

6.1 Kết cấu bánh răng/trục vít/… 14

6.2 Kết cấu gối đỡ trục 14

6.3 Chọn bề mặt lắp ghép giữa nắp và thân 14

6.4 Kết cấu bánh răng/trục vít/… 14

6.5 Các kết cấu liên quan đến cấu tạo vỏ hộp 14

6.6 Bảng dung sai và kích thước lắp ghép 15

Tài liệu tham khảo 16

Lời nói đầu

Sinh viên trình bày các nhận thức chung của bản thân về đồ án môn học này, vai trò và

ý nghĩa của đồ án, phân tích và trình bày cơ sở của sơ đồ hệ thống, các ý kiến góp ý, lờigửi gắm, lời cảm ơn, …

Chương 1: Tính toán động học hệ dẫn động

1.1 Chọn loại động cơ

Đây là hệ dẫn động băng tải nên ta chọn: Động cơ 3 pha không đồng bộ

Đồng cơ 3 pha không đồng bộ gồm 2 kiểu: rôto dây quấn và rôto ngắn mạch

- Ở đây sẽ chọn động cơ 3 pha không đồng bộ rôto ngắn mạch Lý do chọn là vì: kết cấuđơn giản, giá thành hạ, làm việc tin cậy, dễ bảo quản, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện

3 pha mà không cần biến đổi dòng điện

F: Lực kéo của băng tải (N)

v: vận tốc của băng tải (m/s)

1.2.2 Hiệu suất hệ dẫn động:

η=ηbr.ηkn.ηol3.nd

Trong đó tra bảng 2.3 Tr19.[1] có được:

- Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ ηbr = 0,97

- Hiệu suất bộ truyền đai: ηd = 0,96

- Hiệu suất ổ lăn: ηol = 0.99

- Hiệu suất khớp nối: ηkn=1

Thay số vào có:

η=ηbr.ηkn.ηol3.nd=0,97.0,96 ¿= 0,9

1.2.3 Công suất cần thiết trên trục động cơ:

Pyc= lv

η=

1,080,9 =1,2(kW)Trong đó:Plv: Công suất làm việc (kW)

- Tỉ số truyền bộ truyền đai dẹt: ud=3

- Tỉ số truyền bộ truyền bánh răng trụ: ubr=4

Vậy tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống là:

usb=ud.ubr=3.4 12=1.2.6 Số vòng quay trên trục động cơ:

suất

(kW)

Vận tốc quay(vòng/phút) Cosᵠ ᵑ% Tmax

Tdn

TK

Tdn

ddc(mm)

nđc: Số vòng quay của động cơ (vòng

phút)

nlv: Số vòng quay trên trục công tác (vòng

phút) 1.3.2 Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ:

- Chọn tỉ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc:

uch: Tỉ số truyền của cả hệ

ubr: Tỉ số truyển của truyền động bánh răng

1.4 Công thức, bảng và hình vẽ

1.4.1 Công suất trên các trục:

- Công suất trên trục công tác:

Pt: Công suất trên trục công tác (kW)

ηol: Hiệu suất ổ lăn

ηkn: Hiệu suất bộ truyền khớp nối

- Công suất trên trục I:

PI= PII

ηol.ηbr

= 1,090,99.0,97=1,135(kW) Trong đó:

PII: Công suất trên trục 2 (kW)

ηol: Hiệu suất ổ lăn

ηbr: Hiệu suất bánh răng

- Công suất trên trục của động cơ:

Pđc= PI

ηol.ηd

= 1,1350,99.0,96=1,194(kW) Trong đó:

PI: Công suất trên trục 1 (kW)

ηol: Hiệu suất ổ lăn

ηkn: Hiệu suất khớp nối

ubr: Tỉ số truyển của truyền động bánh răng

- Số vòng quay trên trục công tác:

1.4.3 Mô men xoắn trên các trục:

- Mô men xoắn trên trục động cơ:

Pđc: Công suất trên trục của động cơ (kW)

nđc: Số vòng quay trên trục của động cơ (vòng

PI: Công suất trên trục I (kW)

PII: Công suất trên trục 2 (kW)

Pt: Công suất trên trục công tác (kW)

nlv: Số vòng quay trên trục công tác (vòng

Chương 3: Tính thiết kế bộ truyền trong hộp

Thông số tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng nghiêng:

=2 HB+70

σFlim 0

=1,8 HBBánh chủ động:

- c: số lần ăn khớp trong một vòng quay c = 1

- n: số vòng quay trong một phút

- t∑: tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét Lh = 14000 (giờ)

NHE1>NH 01→lấy NHE1=NH 01→ KHL1=1

NHE2>NH 02→lấy NHE2=NH 02→ KHL2=1

NFE1>NF 01→lấy NFE1=NF 01→KFL1=1

NFE2>NF 02→lấy NFE2=NF 02→KFL2=1

Do vậy ta có:

[σ¿¿H 1]=(σHlim10

SH 1 ).ZRZV KxHKHL1=450

1,1 .1.1 409,1= (MPa)¿[σ¿¿H 2]=(σHlim20

SH 2 ).ZRZV KxHKHL2=430

1,1 .1.1 390,91= (MPa)¿[σF 1]=(σHlim10

SF1 ).YRYS.KxFKFC.KFL1=342

1,75.1 1=195,43( MPa)[σF 2]=(σHlim20

Ứng suất cho phép khi quá tải:

Tra bảng 6.5[1] tr96 → Ka = 39 (MPa1 /3

¿

T1 – momen xoắn trên trục chủ động T1=32714,659 (N.mm)

[σH]– ứng suất tiếp xúc cho phép, [σH]=400,01 (MPa)

2.110 cos 14 °2(4+1) =21,34Chọn z1=23

→z2=u.z1=4.21,34 85,36=Chọn z1=23 ;z2=90

Tỉ số truyền thực tế:

z1

=9023=3,91Sai lệch tỉ số truyền:

βb=arctan(cos αt.tanβ)=arctan(cos 20,18 ° tan 8,1°)=7,6°

dw 1=2 aw

u+1=

2.1103,91+1=44,8 (mm)

dw 2=2 aw−dw 1=2.110−44,8 175,2(mm)=Vận tốc vòng của bánh răng:

Tra phụ lục 2.3[1] tr250 với:

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc:

+ ZH−¿ hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc

ZH=√2cos βbsin 2αtw=√ 2 cos 7,6 °

sin(2.20,18 °¿)=1,75¿+ Zε−¿ hệ số trùng khớp của răng phụ thuộc vào hệ số trùng khớp ngang εa và hệ số

KH=KHαKHβKHv=1,13.1,03 0,74 0,86=Thay vào ta được:

zv 2= z2

cos3 9,0 9o=93,5Tra bảng 7.8.tr154.[1] với z = 93,5 ta được Y = 1,55v2 F

Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít theo công thức:

σF=1,4 T2.YF.KF

d2.b2.mTrong đó: : Hệ số tải trọng, = K𝐾𝐹 𝐾𝐹 Fβ.KFv

Với K = K = 1 ( Do tải trọng ko thay đổi) Fβ Hβ

=> Độ bền uốn thỏa mãn

3.8 Tính toán nhiệt truyền động trục vít:

t t1=o+1000 P1.(1−n)[KT A.(1+Ψ )]≤[td]

Kt: Hệ số tỏa nhiệt, trị số lớn dùng khi không khí lưu thông tốt

Kt = 8…17,5 (W/(m2 ºC), chọn K = 13 (W/(m2 ºC)t

𝜓: Hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp xuống bệ máy, = 0,25…0,3 𝜓

Chọn = 0,3𝜓

Lấy t = 20ºC0

η: Hiệu suất bộ truyền, η = 0,84

P1: Công suất trên trục vít (kW), P1 = 27,19 (kW)

A: Diện tích bề mặt thoát nhiệt của hộp giảm tốc (m ) A = A1 + A2 2

A1: Diện tích bề mặt hộp giảm tốc không có gân

A = 20 = 20 262,5 = 1378125 (mm ) = 1,38 (m )1 𝑎𝑤 2 2 2 2

A2: Diện tích tính toán bề mặt gân (m )2

A = 0,2 A = 0,2.1,38 = 0,276 (m )2 1 2

=> A = A + A = 1,38 + 0,276 = 1,656 (m )1 2 2

𝐹𝑟1, 𝐹𝑡1: Lực vòng tâm và lực vòng tác dụng lên bộ truyền (N)

: Mômen quán tính tương đương mặt cắt trục vít, mm (Nmm).4

=> Độ cứng của trục vít thỏa mãn điều kiện.

Tổng hợp các thông số của bộ truyền bánh răng:

Chương 4: Tính toán thiết kế trục 4

4.1 Chọn vật liệu

Với các trục trong hệ thống dẫn động băng tải sử dụng động cơ điện có tải trọng trungbình dùng ổ lăn nên ta chọn vật liệu chế tao trục là thép C45 có tôi cải thiện σb =600(MPa) và σch = 360 (MPa)

4.2.2 Kiểm nghiệm khớp nối:

a) Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng đàn hồi:

b) Kiểm nghiệm sức bền của chốt:

T: Mômen xoắn, T = T = 268807,57 (Nmm)đc

D – đường kính vòng tròn qua tâm các chốt, D = 130 (mm)o o

- Lực khớp nối tác dụng lên:

Frkn=(0,2 0,3÷ ).Ft=(0,2 ÷ 0,3).4135,5 827,1 ÷1240,65)=(

T2 – mommen xoắn trên trục bánh vít, T = 2 1841576,254 (Nmm);

u – tỷ số truyền của bộ truyền

– hiệu suất của bộ truyền

α – góc profin trong mặt cắt dọc của trục vít, α=¿20 ;o

P1 (kW) – công suất truyền của bộ truyền xích (công suất trên trục I lắp đĩa xích dẫn);

z1 – số răng đĩa dẫn của bộ truyền xích;

Px – bước xích (mm);

n1 – tốc độ quay của đĩa xích dẫn (vòng/phút);

kx – hệ số, lấy k = 1,05 Vì β = 45º x ≥ 40º so với đường ngang

+ Các thành phần lực ăn khớp tác dụng lên bánh vít truyền lên trục:

Ft =1663,4(N);Fr=¿ 3362,19(N); Fa = 9207,88(N )

+ Mômen xoắn truyền lên trục: T = T = 268807,57 (Nmm)đc

- Trục vào và trục ra của hộp giảm tốc 1 cấp, có thể tính F theo công thức:K

FK≈ 125√T =125√268807,57

1000 = 2049,42 (N) Với T tính theo (Nm)

4.3.2 Xác định đường kính sơ bộ:

dsbI ≥ 3

√ TI0,2[τ]

dsbII ≥ 3

√ TII

0,2[τ] Trong đó:

T : Mômen xoắn trên trục vít T = T = 265777,38I I 1 (Nmm)

T : Mômen xoắn trên trục bánh vít T = T = 1841576,254 (Nmm)II II 2

[τx]: Ứng suất xoắn cho phép (MPa)

Với vật liệu thép C45 thì [τ] = 15 ÷ 30 (MPa), ta tính toán với trục I của hộp giảm tốcnên ta lấy [τ] = 15 (MPa) Trục II [τ] = 20 (MPa)

dsbI ≥ 3

√ TI0,2.[τ]=

3

√265777,380,2.15 =44,58(mm)

dsbII ≥ 3

√ TII0,2.[τ]=

3

√1841576,2540,2.20 =77,22(mm)

Do đầu trục lắp bằng khớp nối với động cơ điện

=> d = (0,8 ÷ 1,2).d = (0,8 ÷ 1,2).55 = (44 ÷ 66) (mm)sbI dc

Chọn sơ bộ: d = 45 (mm)sbI

d = 80 (mm)sbII

- Chiều rộng ổ lăn b theo bảng 10.2 tr.189[1] ta có: o

Tra Bảng 10.2 Tr.189[1] với d = 45 (mm), ta lấy chiều rộng ổ lăn trên trục I sbI

Chiều dài mayo nửa khớp nối:

- Khoảng cách từ mặt nút của bánh vít đến thành trong của hộp: k = 12 (mm)1

- Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp: k = 10 (mm)2

- Phác thảo kết cấu trục II:

Chiều dài mayo bánh vít:

=> ∑Fx = 1000 + F + 1663,4 + F = 0xC xA

∑Fy = -F + 3362,19 – F = 0yC yA

∑Mx(A ) = 3362,19.210 + 9207,88.130

2 - F 420 = 0yC ∑My( A) = - 1000.507,5 - F 420 – 1663,4.210 = 0xC

=> F = -2040,03 (N)xC

F = 3106,12 (N)yC

F = -623,37 (N)xA

F = 256,07 (N)yA

- Khoảng cách từ mặt nút của bánh vít đến thành trong của hộp: k = 12 (mm)1

- Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp: k = 10 (mm)2

- Khoảng cách từ mặt nút của bánh vít đến lắp ổ: k =15 (mm)3

- Chiều cao lắp ổ và đầu bu lông: h =15n

- Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành ngoài hộp: k = 20 (mm)4

Từ các kích thước trên, xác định được:

+ Khoảng cách từ giữa vành răng bánh vít đến giữa ổ:

Từ sơ đồ tính trục tọa độ ở trên, dời Fa, Ft về đường tâm trục và vẽ các ổ về dạng gối

đỡ chặn (tại C), gối đỡ tùy động (tại A) ta được sơ đồ trục Trong đó moomen uốn do lực dọc Fa gây raMFa= a.d

2 =

9207,88.400

2 =1841576(Nmm) Để vẽ các biều đồ mômen uốn theo phương trục x và trục y thì phải tìm các phản lực ở các gối đỡ

∑Fkx=−RxA+Ft−RxC−Fk=0 (1)Trong mặt phẳng oxz, phương trình cân bằng mômen đối với điểm A:

Phương trình cân bằng hình chiếu theo phương y:

∑Fky=−RyA+Fr−RyC=0 (3)Trong mặt phẳng oyz, phương trình cân bằng mômen với điểm C:

∑Mc=−2 aRyA−MFa−aFr=0 (4)

Từ (4) ta có : RyA=−MFa+aFr

2 a =

−1841576 73.3362,19+2.73 =−10932,44 (N)Chiều thực của ,RyA ngược chiều biểu diễn

Từ (3) ta có: R = -R + F = -(-10932,44)+3362,19 = 14294,63 (N)yC yA r

- Vẽ các biểu đồ mômen, nội lực: Do ảnh hưởng của ứng suất kéo, nén do lực dọc và ứng suất cắt đến độ bền trục là nhỏ so với ứng suất uốn và ứng suất xoắn, nên bỏ qua nội lực dọc trục và cắt, chỉ vẽ mômen uốn và xoắn

Trong mặt phẳng oxz có mômen uốn tại B và C:

MuxB= R a = 2635,47.73 = 192389,31 (Nmm)xA

M = F b = 2049,42 128,5 = 263350,47(Nmm)uxC k ∑Mc=−2 aRyA−MFa−aFr=0Trong mặt phẳng oyz có mômen uốn tại B:

M = R a = 14294,63.73 = 1043507,99 (Nmm)uyB yC

Tại B mômen uốn có bước nhảy bằng M : M = 1841576 (Nmm).Fa Fa

Từ C đến D trục bị xoắn với mômen xoắn nội lực Tz:

Tz = T = 265777,38 (Nmm)

4.4.1.3 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục:

Mômen uốn tổng M và mômen tương đương M ứng với các tiết diện j được tính j tđj

theo công thức:

M = j √Mxj

2+ M2yj

M = tđj √Mj2+0,75.T2j

d = j 3√Mtđ j

¿¿ ¿

Trong đó:

M , M : Mômen uốn trong mặt phẳng yOz và xOz tại các tiết diện j:xj yj

[σ]: Ứng suất cho phép của thép chế tạo trục với vật liệu đã chọn là thép C45 có tôi cải thiện σb =600 (MPa)

Tra Bảng 10.5 Tr.195[1] với d = 55 (mm), ta được [ σ] = 50 (MPa)

=> Chọn theo tiêu chuẩn d = 36 (mm)D

Tại tiết diện ổ lăn C:

=> Chọn theo tiêu chuẩn d = 42 (mm)C

Tại tiết diện trục vít B:

=> Chọn theo tiêu chuẩn d = 60 (mm)1-B

Tại tiết diện ổ lăn A:

Với d = 80 (mm) ta chọn đường kính các đoạn trục:sbII

- Tại tiết diện lắp bánh vít: d = 100 (mm)bv

- Tại tiết diện lắp ổ lăn: d = 45 (mm)ol

- Tại tiết diện trục lắp với khớp: d = 56 (mm) Chọn theo tiêu chuẩn ta lấy d = 55Kn Kn

nhấtLớn nhất

Kiểm nghiệm độ bền của then:

Điều kiện kiểm nghiệm:

σd= 2.T

d.lt.(h−t1)≤ [σd]

τc=

2 Td.lt.b≤ [τc] Trong đó:

σd, [σd]: Ứng suất dập và ứng suất dập cho phép, [σd]= 100 (MPa)

τc, [τc]: Ứng suất cắt và ứng suất cắt cho phép, [τc] = 40 ÷ 60 (MPa)

l : Chiều dài then, l = (0,8 ÷ 0,9).l = (0,8 ÷ 0,9).60 = (48 ÷ 54) (mm) t t m12

=> Thỏa mãn điều kiện

4.4.3 Chọn then trên trục II:

Do thiết kế trục nằm trong hộp giảm tốc nên ta chọn loại then bằng và chọn loại then giống nhau trên cùng một trục

Tra Bảng 9.1a Tr.173[1], theo TCVN 2261-77 với d = 100(mm) và d = 55 BV Kn

(mm) ta được then có các thông số sau:

Tiết diện Đường

nhấtLớn nhất

Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau:

Với σ−1 và τ−1 là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng

σ−1 = 0,425 σb (đối với thép cacbon)

σ−1 = 0,425 σb = 0,425.600 = 255 (MPa)

τ−1 = 0,58.σ−1=0,58.255 = 147,9 (MPa)

Trong đó:

tại tiết diện xét

σaj= maxj−σminj

2

σmj= maxj−σminj

2 + Đối với trục đều, ứng suất thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó:

W , W : Mômen cản uốn và mômen cản xoắn tại tiết diện j của trụcj 0j

ψσ,ψτ: Hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi Tra Bảng 10.7 Tr.197[1] với σb = 600 (MPa) ta được ψσ = 0,05, ψτ= 0