đồ án thiết kế máy thiết kế trục vít bánh vít

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰCBộ môn môn máy và tự động thủy khíGiảng viên hướng dẫn: Đỗ Viết LongBộ môn: Máy và tự động thủy khíViện: Cơ khí động lực... ĐỒ ÁN MÔN H

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY

Thiết kế trục vít bánh vít

Hoàng Sỹ Nhật

Nhat.hs186014@sis.hust.edu.vn

Bộ môn môn máy và tự động thủy khí

Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Viết Long

Bộ môn: Máy và tự động thủy khí

Viện: Cơ khí động lực

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY

Sinh viên thực hiện: ……… MSSV:……… Người hướng dẫn : ………

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC TRỤC VÍT – BÁNH VÍT

Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện; 2- Khớp nối ; 3- Hộp giảm tốc Trục vít

bánh vít 1 cấp; 4- Bộ truyền xích; 5- Băng tải

Thông số thiết kế:

giờ)

YÊU CẦU:

1) 1 thuyết minh.

2) 01 bản vẽ lắp A0 ; 01 bản vẽ chi tiết theo đúng TCVN.

NỘI DUNG THUYẾT MINH

Nội dung thuyết minh cần trình bày các vấn đề sau:

1) Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền cho hệ thống truyền động

2) Tính toán thiết kế các chi tiết máy

a) Tính toán các bộ truyền hở (đai, xích hoặc bánh răng)

b) Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít)

c) Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực

d) Tính toán thiết kế trục và then

e) Chọn ổ lăn và nối trục

5 4

3 2 1

f) Chọn thân máy, bu-lông và các chi tiết phụ khác.

3) Chọn dung sai lắp ghép

4) Tài liệu tham khảo

Mục Lục

Phần 1: Chọn động cơ và tỷ số truyền 2

Phần 2 : Tính toán thiết kế các chi tiết máy 3

2.1 Tính b truyềền xíchộ 3

2.2 Tính bánh vít, tr c vítụ 5

2.3 Vẽẽ s đồề l c và tnh các l c lền b truyềềnơ ự ự ộ 8

2.4 Tính toán thiềết kềế tr c và ụ ch nọ lănổ 8

2.5 Ch n thân máy, bu-lồng và các chi tềết ph khácọ ụ 17

Phần 3 : Chọn dung sai lắp ghép 19

Phần 4 : Tài liệu tham khảo 19

Phần 1: Chọn động cơ và tỷ số truyền

1 Chọn động cơ

Pdc = =

Trong đó  = 1.2.3.4 = 0,993 0,82.0,93.0,99 = 0,70 3

1 = 0.993 hi u suâết lănệ ổ

2 = 0.78 hi u suâết b truyềền tr c vít kínệ ộ ụ

3 = 0.93 hi u xuâết b xích b truyềền h ( bồi tr n kém )ệ ộ ộ ở ơ

4 = 0.99 hi u suâết nồếi tr c ệ ụ

Ch n t sồế truyềền xích uọ ỉ x =4 , t sồế truyềền h p gi m tồếc uỉ ộ ả h = 12

uch = u u = 4.12 = 48 x h

Sồế vòng quay tr c bánh cồng tác là:ụ

n = = = 50,9 v/ph lv

Sồế vòng quay s b đ ng cơ ộ ộ ơ

n = n u =50,9.48 = 2445 v/ph sb lv ch

V yậ ch n đ ng c có kí hi u ọ ộ ơ ệ K160L2 v iớ thồng sồế nh sau:ư

P = 15 kw , n = 2950 v/ph, m = 158 kg , T / T = 2,1 k dn

2 Tỷ số truyền

Tỷ số truyền của bộ giảm tốc:

57,95

Tỷ số truyền bộ truyền trục vít: chọn u 1 =12

Tỷ số truyền xích : u = 2

3 Các thông số động học

P ct = 11,4.0,7=7.98 kW

Công suất trên trục 2 : P = 2

Công suất trên trục 1 : P = 1

Công suất trên trục động cơ : P = dc

Momen xoắn được tính theo công thức: T=

Ta có bảng bao gồm các thông số

Trục

động cơ Trục 1 Trục 2 Trục làm việc

suất (kw)

Tỷ số

Tốc

Momen

xoắn

(Nmm)

Phần 2 : Tính toán thiết kế các chi tiết máy

2.1 Tính bộ truyền xích

 Chọn loại xích Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp nên chọn xích :

con lăn

 Chọn z sao cho z = 29 – 2.u ≥ 19 1 1

Lấy z = 19 răng. 1

=>z 2 = u z = 4.83 19 = 91.77 Lấy z = 92 1 2

 Chọn bước xích p

Pt ≤ [P]

Công suất tính toán :

Pt = P k k z k 2 n

Trong đó

* k : hệ số sử dụng

k = k k a k k k đ o đc b kc

-k : hệ số tải trọng động đ

Làm việc êm => kđ = 1

-k : hệ số xét đến chiều dài xích và khoảng cách trụca

Chọn a = 40t =>k = 1a

-k : hệ số xét đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền ko = 1o

-k : hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích đc

kđc = 1,1 (dùng đĩa căng xích, hoặc con lăn căng xích)

- k : hệ số xét đến điều kiện bôi trơnb

Chọn chất lượng bôi trơn 2 =>k b=1,3

-k c: hệ số xétt đến chế độ làm việc của bộ truyền

Làm việc 3 ca : kc = 1,45

=>k = 1 1,1 1,1 1,3 1,45 = 2,28085

+)k : hệ số răng k =z z

+)k n : hệ số vòng quay chọn n = 50 (vg/ph)01

kn =

Vậy Pt = P k k z k = 8,64 2,28085 1,31 0,20 = 3 n

5.16 (kW)

Theo bảng: 5.5 trang 81 ta chọn p = 31,75 mm

thỏa mãn Pt = 5,16 (kW) < [P]=5,83 (kW)

Ta chọn lại với bước xích nhỏ hơn , 2 dãy xích Khi đó bước xích được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

P = ≤ [P]d

Với xích 2 dãy thì Kd = 1,7 (xích 2 dãy)

=> P = =3,03 kWd

Theo bảng 5.5 trang 81 => p = 25,4

Thỏa mãn Pd ≤ [P] =3,20 kW

 Tính khoảng cách trục a

Tính sơ bộ: a = 40.p = 40.25,4= 1016 sb

Số mắt xích: x = =

= 138,87

Chọn x= 138 mắt xích

Khoảng cách trục:

a=

=0,25.25,4

= 991 mm

Để xích không căng quá ta giảm một khoảng a

a= (0,002 0,004)a, chọn a= 0,003.991 = 2,97 mm

a = 988 mm

 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc của đĩa xích

Ứng xuất tiếp xúc mặt trên đĩa xích phải thỏa mãn điều kiện

≤ []

: ứng suất tiếp xúc cho phép

bảng trang 87

=

: hệ số tải động

= 1,7 do 2 dãy xích

lực va đập trên m dãy xích

diện tích chiếu bản lề bảng 5.12 trang 87

Mpa

Theo bảng 5.11 thép 45 cait thiện ứng suất tiêp xúc []= 550Mpa

Đĩa 1 có , đĩa 2 bé hơn đĩa 1 nên thỏa mãn

 Kiểm nghiệm xích theo độ bền

Theo bảng 5.2 trang78

Q = 113400 tải trọng phá hỏng

= : Lực vòng

=9,81.4.5.0,988=193,84 N

=4 bộ truyền góc nghiêng dưới 40 độ

a= 0,988m khoảng cách trục

Theo bảng 5.10 với n= 245,83 v/ph và p= 25,4 thì [S] =8,45 S=14,84 >8,45 nên thỏa mãn

 Đường kính đĩa xích

d = 1

mm

 Lực tác dụng lên trục

(k =1,15 với bộ truyền xích góc nghiêng nhỏ hơn 40 độ )x

Công suất cho phép [P]=3,2

kw

(2 dãy xích )

Khoảng cách trục a = 988 mm

Bước xích p = 25,4 mm Đường kính đĩa xích d1/d2=

154,32/743,97

Số mắt xích x = 138

2.2 Tính bánh vít, trục vít

Thông số :n = 2950 v/ph; u=12 ; T1 2 =335646Nmm

 Tính sơ bộ vận tốc trượt

v > 5 m/s Chọn đồng thanh thiếc để làm bánh vít mác БpOH , đúc ly tâm

Trục vít làm bằng thép 45, tôi bề mặt đạt 45 HRC

 Xác định ứng xuất tiếp xúc cho phép

Trong đó ứng suất tiếp xúc cho phép với 10 chu kì 7

 Ứng suất uốn cho phép

( bộ truyền làm việc một chiều)

hệ số tuổi thọ

 Tính các thông số cơ bản

+) Khoảng cách trục a

Chọn z =2 => z = u.z =12.2=24 1 2 1

q= 0,3 z = 0,3.24 = 7,2 chọn giá trị tiêu chuẩn q = 7,3 2

(bảng 7.3 )

T 2 = 353516 Nmm momen trên bánh vít

Chọn hệ số tải trọng sơ bộ K = 1,2 H

=140,47 mm

Chọn a = 145 mm w

+) Tính MODUN doc trục vít

m= 2

Chọn m = 10 (theo bảng 7.3 trang 150 tl1)

+) Tính lại khoảng cách trục a w

mm

Chọn a = 160 mm w

+) Hệ số dịch tinh

 Kiểm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc

+)Độ bền tiếp xúc bánh vít phải thỏa mãn điều kiện:

+)Góc vít lăn

+Đương kính trục vít lăn

+Tính lại vận tốc trượt

> 5 m/s

+Hệ số tải trọng

Tải trọng tĩnh nên

chọn theo bảng 7.7 bằng nội suy với cấp chính xác là 6

=>

+)

Nên thỏa mãn ứng suất tiếp của bánh vít

 Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn

Ứng suất uốn tại chân bánh vít phải thỏa mãn điều kiện +)

+) là hệ số tải trọng

+)

Vậy chọn chiều rộng bánh vít

+)

Nội suy ta được:

Thay số ta có

Nên bánh vít thỏa mãn độ bền uốn

Các thông số cơ bản bộ truyền

Ft2 Fa1

Fr2 2 22

Fr1 Ft1

Fa2 2

a2

121+bbfb2++

Khoảng cách trục : a=160mm

Môdun : m= 10

Hệ số đường kính : q =7,3

Tỉ số truyền : u = 12

Số ren trục vít và bánh vít : z =2, z = 24 1 2

Hệ số dịch chỉnh : x = 0,35

Góc vít :

Chiều rộng bánh vít : b = 70 mm 2

Đường kính vòng chia : d =73 mm, d = 240 mm1 2

Đường kính đỉnh : d = d + 2m=93, d =m.(z a1 1 a2 2

+2+2x)=267mm

Đường kính vòng đáy : d = m(q-2,4)= 49, d =m(z f1 f2 2

-2,4+2x)=223mm

Đường kính ngoài bánh vít: d am2 d a2 +1,5m=282 mm

 Tính toán nhiệt

Diện tích thoát nhiệt cần thiết

=

do tải tĩnh

Chọn

2.3 Vẽ sơ đồ lực và tính các lực lên bộ truyền

 Sơ đồ lực

b

 Xác định lực

2.4 Tính toán thiết kế trục và chọn ổ lăn

 Chọn vật liệu

Chọn thép 45 có ,[

 Tính sơ bộ trục

+) Trục vào hộp giảm tốc

Trục 1 được lắp với động cơ qua khớp nối

Theo bảng P1.7 trang 239 tl1

Chọn =>

+) Trục 2 trục bánh vít

mm

Chọn =>

 Xác định khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực

+)Từ đường kính sơ bộ ta chọn sơ bộ chiều rộng ổ lăn theo bảng 10.2

+)Chiều dài may ơ đĩa xích

Chọn

+)Chiều dài may-ơ bánh vít:

Chọn

+)Chiều dài may-ơ nửa khớp nối :

Chọn

Theo bảng 10.3 chọn các khoảng cách

khoảng cách các chi tiết quay

khoảng cách thành trong đến mút ổ

đầu bulong đến culy hoặc bánh xích

Chiều cao nắp ổ đến đầu buloong

Từ đó ta có sơ đồ kết cấu động học sau

+) Trục 1

+)Trục 2

Chiều dài may ơ lắp trên bánh vít

Chiều dài may ơ lắp đĩa xích

25/2+(12+12)+60/2=56,5 mm

 Xác định lực trên gối đỡ

+) Trên trục 1

Lực tác dụng từ khớp = 234,6…351,9 N

1173 N

Tra bảng 16.10a trang 68 tl2 : Ta có

Lấy

Theo (yoz)

Theo (xoz)

Ta có được biểu đồ như hình

+) Trục 2

Theo (yoz) Fay= 1199,92 N , Fcy= 909,92 N

Theo (xoz) Fax =7050,69N ,Fcx= 14872,99 N

 Tính chính xác đương kính trục 1

Với thép 45 có với

Tính tại các tiết diện j= 0,1,2,3 tương ứng với khớp nối ổ lăn trái, trục vít, ổ lăn phải

Do đó

Tính tương tự ta có

51410,48 Nmm

Do d = 38 mm nên đường kính nối trục tối thiểu d =0,8.38 =30,4 dc 0

mm

Chọn d = 30mm , d =d = 35 mm, d = 40 mm 0 1 3 2

 Tính chính xác đường kính trục 2

Tính tại các tiết diện j= 0,1,2,3 tương ứng với xích, ổ lăn trái, trục vít, ổ lăn phải

Tính tương tự trục 1 ta có d = 35,86 mm ;d = 42,91 mm; d0 2

3=54.13 mm, d 1 =0

Chọn đường kính tiết diện xích d =38 mm, đường kính tiết diện ổ 0

lăn d =d = 55mm; d = 60 mm 1 3 2

 Kiểm nghiệm hệ số an toàn

+) Kết cấu trục cần thỏa mãn điều kiện

Trong đó

và

-) ;

đối xứng vật liệu

-)

là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp

tại tiết diện đang xét

Do trục đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng

mi = 0, aj = maxj = Mi/Wi

Do trục quay một chiều

Xác định hệ số kể đến độ ảnh hưởng của trị số trung bình đến độ bền mỏi theo bảng 10.7 có

Xác định hệ số với các điểm nguy hiểm theo

Phương pháp gia công tiện Ra=2.5 0,63 mm theo bảng 10.8 =1,06, không dùng tăng bền bề mặt nên

Với , dùng dao phay ngón

+) Kiểm tra trục 1

Với số liệu d 0 = 34mm , d =d = 35 mm, d = 38 mm 1 3 2

* Tại trục vít d = 38 mm tra bảng 9.1a chọn then bằng có số liệu 2

như sau

b= 10mm ; h=8; t1=5

Tra bảng 10.10 được hệ số kích thước

Thay số tính

Thay vào công thức ban đầu

thỏa mãn hệ số an toàn

*) Tại ổ lăn

d 1 = 35 mm

khi đó

= 8,36

Theo bảng 10.11 với kiểu lắp K6

Vậy có:

Thay vào công thức ban đầu

+) Kiểm tra trục 2

Với các thông số d 0 =38 mm, d =d = 55mm; d = 58 mm 1 3 2

*) Tại bánh vít

d 2 = 58 mm tra bảng 9.1a ta có b=16 , h=10, t1=6 mm Như vậy:

Tra bảng 10.10 được hệ số kích thước

Thay số tính

Vậy có

*) Tại ổ lăn

D1=d3=55mm

khi đó

= 58,48

Theo bảng 10.11 với kiểu lắp K6

Vậy có:

Thay vào công thức ban đầu

 Chọn ổ lăn

*) Trục 1 d=35

a Chọn loại ổ

Do lực dọc trục lớn , tại gối “1” đặt 2 đũa côn đối nhau để hạn chế di chuyển dọc trục 2 phía , mặt khác do v trươt cũng lớn

Còn trên gối “0” dùng ổ tùy động, ở đây chọn ổ bi đỡ

-Với đường kính ngõng trục d=35 mm chọn số liệu 407 cỡ nặng

C=43.6kN C0=21,9kN d=35 mm D=100 mm r=2,5 mm B= 25 mm

Ở gối “1” tra bảng P2,11 chọn cỡ nhẹ rộng kí hiệu 7507

b Kiểm nghiệm độ bền

- Tại ổ “1”, theo bảng 11.6 ( ổ đũa côn)

X 0 =0,5 ; Y =0,22 cotg =0,22.cotg12=1,03 0

Để đảm bảo tải tĩnh thì tải trọng tĩnh Q < C 0 0

Q t0 < 40,3 kN => thỏa mãn

- Tại ổ “0” (ổ bi đỡ)

Tra bảng 11.6 X =0,6 ; Y =0,5 0 0

Q = max ( t1

Q < 21,9kN => thỏa mãn t1

c Chọn then cho trục 1

Kích thước then trên đoạn trục lắp may ơ khớp nối

Tra bảng 9.1a(tl1) với d=34mm ta có

- Chiều rộng rãnh then b =10 mm

- Chiều sâu rãnh then trên trục t =5 mm 1

- Chiều dài then l = 50 mm

*) Trục 2 d=55

a.Chọn ổ

Do yêu cầu tiếp xúc với trục vít chọn đũa côn loại 7311

C=57,9 kN C0=46,1 kN d=55 mm D=100 mm =15,33 độ B= 21 mm

tác dụng vào ổ 1 nên ta có

F a0 = F – F = 5070,74 -993,34 = 4077,40 N s1 at

F a1 = F + F = 2433,85 + 993,34 =3427,19 N s0 at

b Kiểm nghiệm tải trọng

Tra bảng 11.6

X 0 =0,5 ; Y =0,22 cotg =0,22.cotg15,33=0,80 0

0,5.14900,80+0,8.3427,19=10192,15 N

Chọn Q = 12084,36 N < 46,1 kN nên thỏa mãn t1

Chọn then cho đoạn trục chứa bánh vít, và đoạn chứa bánh xích

Với d = 38 mm ( chọn cái nhỏ hơn ) tra bảng 9.1a

- Kích thước tiết diện b*h=10*8

- Chiều sâu rãnh then t = 5 mm 1

- Chiều dài then đoạn chứa bánh vít l = 70 mm, chiều dài then đoạn chứa bánh xích

l = 63 mm

Chọn then cho trục vào

Với d = 34 mm tra bảng 9.1a

- Kích thước tiết diện b*h=10*8

- Chiều sâu rãnh then t = 5 mm 1

Ứng suất dập với mối ghép then ct 9.1

Với bánh vít

Với bánh xích

2.5 Chọn thân máy, bu-lông và các chi tiết phụ khác

 Chọn thân máy

+) Yêu cầu

- Chỉ tiêu cơ bản của hộp giảm tốc là khối lượng nhỏ và độ cứng cao.

- Vật liệu làm vỏ là gang xám GX15-32

- Hộp giảm tốc bao gồm: thành hộp, nẹp hoặc gân, mặt bích, gối đỡ, …

- Bề mặt lắp ghép giữa nắp và thân được cạo sạch hoặc mài để lắp sít, khi lắp có một lớp sơn mỏng hoặc sơn đặc biệt

- Chọn bề mặt ghép nắp và thân: song song mặt đế

+) Xác định kích thước vỏ hộp

Chiều dày – thân hộp

mm Gân tăng cứng – Chiều dày gân thân hộp

- Chiều dày gân nắp hộp

-chiều cao h

- độ dốc

m = 0,9

H < 4 36 mm chọn h= 34 mm = Khoảng 2 độ

- Đường kính

-Buloong nền,

-Bulong cạnh ổ,

-Bulong ghep bich và thân,

- Vít ghép nắp ổ,

- Vít ghép nắp cửa thăm,

Chọn

Mặt bích ghép và nắp thân

Chiều dày bích thân hộp, b

Chiều dày bích nắp hộp,

Bề rộng bích nắp hộp và thân, 39-3= 36 mm

- Bề rộng mặt ghép bulong cạnh ổ,

- Tâm lỗ buloong cạnh ổ :

C = mm

H xác định theo kết cấu, tâm lỗ bulong và

mặt tựa Mặt đế hộp

- Chiều dày: Khi không có phần lồi,

=54+2.9=72 mm Khe hở giữa các chi tiết :

 Các chi tiết liên quan đến kết cấu vỏ hộp

*) Chốt định vị

Dùng chốt côn, theo bảng 18.4a: d = 8mm ; c = 1,2 mm ; l = 40mm

*) Nắp ổ

Theo bảng 18.2

- Trục 1, trục vít

Tại ổ bi đỡ D = 100 nên D =135 , D = 110, M8 số lượng 4 cái 3 2

Tại ổ bi côn D = 72 nên D =120 , D = 84, M8 số lượng 4 cái 3 2

-Trục 2 bánh vít

Ổ đũa côn D = 100 nên D = 135 , D = 110, M8 số lượng 6 cái 3 2

*) Cửa thăm

Để kiểm tra, quan sát các chi tiết trong hộp khi lắp ghép và để đổ dầu vào hộp trên đỉnh hộp ta làm cửa thăm

Theo bảng 18.5 ta chọn kích thước

*) Nút thông hơi

Khi làm việc nhiệt độ trong hộp sẽ tăng lên, để giảm áp suất và điều hòa không khí bên trong và bên ngoài hộp ta làm nút thông hơi

Theo bảng 18.6 ta chọn thông số

5

3

0

1 5

4 5

3 6

3 2

0

2

2

1 8

3 6

3 2

*) Nút tháo dầu

Sau thời gian làm việc, dầu bôi trơn trong bể bị bẩn Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có

lỗ tháo dầu

Theo bảng 18.7 có các thông số

*) Que thăm dầu

-Đê kiểm tra mức dầu trong hộp ta dùng que thăm dầu

*) Vít tách nắp và thân hộp giảm

Có tác dụng tách nắp và thân hộp

 Bảng tổng kết bulong

Phần 3 : Chọn dung sai lắp ghép

Lắp ghép dung sai

 Trục 1

*) Cốc lót và vỏ hộp :

*) Nắp ổ với vỏ hộp :

*) Ổ bi đỡ với vỏ hộp:

*) Nắp ổ bên với cốc ổ:

*) Ổ bi côn với cốc ổ :

*) Ổ bi với trục :

*) Quạt vung dầu với trục :

 Trục 2

*) Bánh vít với trục:

*) Bạc chặn với trục :

*) Trục với ổ bi côn :

*) Ổ bi với thân máy :

Phần 4 : Tài liệu tham khảo

1 Tính toán thiềết kềế h dâẽn đ ng c khí t p 1 –ệ ộ ơ ậ Tr nh chấất, Lê Văn uy nị ể

2 Tính toán thiềết kềế h dâẽn đ ng c khí t p 2 –ệ ộ ơ ậ Tr nh chấất, Lê Văn uy nị ể