đồ án môn học chi tiết máy thiết kế hệ dẫn động băng tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN CƠ KHÍBỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ RÔ BỐTĐỒ ÁN MÔN HỌCCHI TIẾT MÁYHỌC KÌ MÃ ĐỀ:Thông tin sinh viênSinh viên 1Sinh viên 2... Tính toán thiết kế hệ dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ RÔ BỐT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

HỌC KÌ

20192

MÃ ĐỀ:

DVT.2.N.7

Thông tin sinh viên Sinh viên 1 Sinh viên 2

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chươngtrình đào tạo kỹ sư cơ khí Đồ án môn học Chi tiết máy giúp cho sinh viên có thể

hệ thống hóa lại kiến thức của các môn học như: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu,Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kĩ thuật Môn học Chi tiết máy là một môn khoa học cơ

sở nghiên cứu về phương pháp tính toán và thiết kế các chi tiết máy có công dụngchung từ đó giúp sinh viên có những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạtđộng và phương pháp tính toán các chi tiết máy, làm cơ sở vận dụng vào thiết kếmáy, vì vậy thiết kế đồ án môn Chi tiết máy là một công việc quan trọng và rất cầnthiết

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp có tỷ số truyền khôngđổi, và được dùng để giảm vận tốc góc, tăng mômen xoắn Với chức năng như vậy,ngày nay hộp giảm tốc được sử dụng rộng rộng rãi trong các ngành cơ khí, hóachất, luyện kim, công nghiệp đóng tàu…Trong giới hạn môn học chúng em đượcgiao nhiệm vụ thiết kế hệ dẫn động băng tải sử dụng hộp giảm tốc một cấp bánhrănh trụ răng thẳng

Trong quá trình làm đồ án, được sự giúp đỡ nhiệt tình của PGS.Đỗ Văn Trường,chúng em đã hoàn thành xong đồ án môn học của mình Do đây là đồ án đầu tiêncủa khóa học, với trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thiết kế khôngtránh khỏi những sai sót xảy ra nên chúng em rất mong được sự góp ý của các thầy

cô trong bộ môn để chúng em hiểu biết hơn về hộp giảm tốc một cấp bánh răngtrụ-răng thẳng cũng như các kiến thức về thiết kế các hộp giảm tốc khác

Em xin chân thành cảm ơn!

M C L C Ụ Ụ

MỤC LỤC 3

PHẦN 1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 5

1.1 C HỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 5

1.1.1 Xác định công suất của động cơ điện 5

1.1.2 Xác định hiệu suất hệ dẫn động 5

1.1.3 Công suất cần thiết trên trục động cơ 6

1.1.4 Số vòng quay trên trục công tác 6

1.1.5 Chọn tỉ số truyền sơ bộ: 6

1.1.6 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ : 6

1.1.7 Chọn động cơ: 6

1.2 P HÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN .6

1.3 X ÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRÊN CÁC TRỤC 7

1.3.1 Số vòng quay trên các trục: 7

1.3.2 Công suất các trục : 7

1.3.3 Mô men xoắn : 7

B ẢNG 1: T HÔNG SỐ ĐỘNG HỌC 8

PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC BỘ TRUYỀN 8

2.1 B Ộ TRUYỀN ĐAI 8

2.1.1 Chọn loại đai và tiết diện đai 8

2.1.2 Chọn đường kính hai bánh đai: .9

2.1.3 Xác định khoảng cách trục a 9

2.1.4 Tính số đai Z 10

2.1.5 Các thông số cơ bản của bánh đai 10

2.1.6 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 11

B ẢNG 2 T ỔNG KẾT CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ TRUYỀN ĐAI : 12

2.2 T ÍNH BỘ TRUYỀN TRONG HỘP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG ( ) 13

2.2.1 Chọn vật liệu bánh răng : 13

2.2.2 Xác định ứng suất cho phép 13

2.2.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: 15

2.2.4 Xác định thông số ăn khớp 16

2.2.4.1 Mô đun pháp: 16

2.2.4.2 Xác định số răng: 16

2.2.4.3 Xác định góc nghiêng của răng: 16

2.2.4.4 Xác đinh góc ăn khớp α tw : 16

2.2.5 Xác định các hệ số của một thông số động học: 17

2.2.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 18

2.2.6.1 Kiềm nghiệm về ứng suất tiếp xúc 18

2.2.6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn: 19

2.2.7 Một vài thông số hình học của cặp bánh răng 19

Bảng 3 Bảng tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng: 21

PHẦN 3 TÍNH TRỤC, CHỌN Ổ LĂN 22

3.1 C HỌN KHỚP NỐI KHÔNG YÊU CẦU ( KIỂM NGHIỆM ) 22

3.2 T ÍNH SƠ BỘ TRỤC : 23

3.2.1 Chọn vật liệu chế tạo trục: 23

3.2.2 Xác định sơ bộ đường kính trục: 23

3.2.3 Xác định lực từ các chi tiết, bộ truyền tác dụng lên trục (kèm sơ đồ đặt lực chung) 23

3.2.4 Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực 25

3.3 T ÍNH CHỌN ĐƯỜNG KÍNH CÁC ĐOẠN TRỤC , .28

3.3.1 Tính chi tiết trục I 28

3.3.1.1 Tính phản lực và vẽ biểu đồ mô men trục 1 28

3.3.1.2 Xác định đường kính tại các tiết diện trên trục 1 31

3.3.1.3 Chọn then và tính mối ghép then trục 1 32

a Chọn then trục 1 32

b Kiểm nghiệm then trục 1 32

3.3.1.4 Kiểm nghiệm trục 1 về độ bền mỏi 33

3.3.1.5 Tính chọn và kiểm nghiệm ổ lăn trục 1 37

a Chọn ổ lăn trục 1 37

b Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn trục 1 38

c Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn trục 1 39

3.3.2 Tính chi tiết trục II 40

3.3.2.1 Tính phản lực và vẽ biểu đồ mômen trục 2 40

3.3.2.2 Xác định đường kính tại các tiết diện trên trục 2 41

3.3.2.3 Chọn và kiểm nghiệm then trục 2 43

3.3.2.4 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi trục 2 45

3.3.2.5 Tính chọn và kiểm nghiệm ổ lăn trục 2 49

a Chọn ổ lăn trục 2 50

b Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn trục 2 51

c Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn trục 2 53

Bảng thông số đường kính trục 53

Bảng thông số then 53

Bảng thông số ổ lăn 53

PHẦN 4: LỰA CHỌN KẾT CẤU 54

4.1 T ÍNH LỰA CHỌN KẾT CẤU CHO CÁC BỘ PHẬN CÁC CHI TIẾT , , .54

4.1.1 Thiết kế vỏ hộp 54

4.1.2 Các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc 54

4.2 T ÍNH LỰA CHỌN BÔI TRƠN , .56

4.3 D UNG SAI LẮP GHÉP 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁYTÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Số liệu cho trước:

1.Lực kéo băng tải F = 2275 (N)

2 Vận tốc băng tải v = 0,85 (m/s)

3 Đường kính tang D = 180 (mm)

4 Thời gian phục vụ l = 14500 (giờ)h

5 Số ca làm việc soca = 3 (ca)

7 Đặc tính làm việc: Êm

PH N 1 TÍNH TOÁN Đ NG H C Ầ Ộ Ọ

1.1 Chọn động cơ điện.

1.1.1 Xác định công suất của động cơ điện

- Công suất trục công tác:

Pct=F v1000

- Trong đó : F là lực kéo băng tải

Hiệu suất bộ truyền khớp nối trục: ηk=0,99

Hiệu suất cặp ổ lăn: ηol=0,99

Hiệu suất bộ truyền bánh răng: η br =0,97

Hiệu suất bộ truyền đai: η đ =0,95

1.1.4 Số vòng quay trên trục công tác

Với hệ dẫn động băng tải:

u hsb: Tỉ số truyền động sơ bộ bánh răng hộp giảm tốc Chọn uhsb=3 ÷ 5

uđsb: Tỉ số truyền sơ bộ của bộ truyền đai, chọn u đsb =2 ÷ 4

1.1.6 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ :

Công suất động cơ: P đc =2,2(kW)

Số vòng quay thực tế: n đc =950(vg/ ph)

1.2 Phân ph i t s truy n.ố ỉ ố ề

- Xác định tỉ số truyền toàn bộ (u ) của hệ dẫn động :

- Công suất trên trục II: P2= Pct

1.3.3 Mô men xoắn :

Momen xoắn trên trục động cơ:

T1=9,55.10 6 ∙P1

n 1

=9,55.10 6

∙361,222,05 =54198,27 (N.mm)Momen xoắn trên trục II:

Các thông số yêu cầu:

- Công suất trên trục chủ động: P P 1 = đc =2,20(kW)

- Số vòng quay trên trục chủ động: n 1 =n đc =950(vg/ ph)

- Tỉ số truyền bộ truyền đai:u=u đ =2,63

2.1.1 Chọn loại đai và tiết diện đai.

Chọn đai thang thường

Tra đồ thị 4.1[1]( trang 59) với các thông số:P = 2,20 (kW) và n 1= 950 (vg/ ph) ta chọn tiết diện đai: A

2.1.2 Chọn đường kính hai bánh đai:

Kiểm tra về vận tốc đai:

Chiều dài đai : L=2.a sb +π.d1 +d 2

(d d 2 − 1)2

4.asbL=2.355+ π.140 355+

(355 140 − ) 2

Dựa vào bảng 4.13[1](trang 59) chọn L theo tiêu chuẩn :Chọn L = 1600 (mm)

Số vòng chạy của đai trong l (s) là i=v

P1: Công suất trên bánh đai chủ động P = 2,20 (kW)1

:Công suất cho phép.Tra bảng 4.19[1](trang 62) theo tiết diện đai ,A

d1=140 (mm) và v= ¿ 6,96 (m/s) Ta có: {¿ P0=1,72 ( kW)

¿ L 0 =1700 (mm): Hệ số tải trọng động Tra bảng 4.7[1](trang 55) ta được kd =1

Tra bảng 4.15[1](trang 61)với α1=149,1° ta được:Cα=0,92

: Hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai

0

=0,94 ta được: C L =1,0: Hệ số ảnh hưởng của tỷ số truyền

Tra bảng 4.17[1](trang 61) với ut=2,59 ta được :Cu=1,135

: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai

Tra bảng 4.18[1](trang 61) theoZ ' =P1

2.1.5 Các thông số cơ bản của bánh đai.

Tra bảng 4.21[1](trang 63) ta được :{¿ 0 =3,3 (mm)

Đường kính ngoài của bánh đai:

2.1.6 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.

Lực căng ban đầu: F 0 =780.P1 k d

v.C α Z +Fv

Bộ truyền định kì điều chỉnh lực căng tra :

- khối lượng 1(m) đai

tra bảng 4.22[1] (trang 64) với tiết diện đai A ta được =0,105 (kg/m)Nên F v =q m v 2

F r =2.F 0 Z sin (α1

2)=2.139,1.2 sin(149,1°

B ng 2 T ng k t các thông s c a b truy n đai:

2.2 Tính bộ truyền trong hộp (bánh răng trụ răng nghiêng)

Thông số yêu cầu:

NHE1>NH01 lấy N =HE1 NH01 KHL1=1

NFE1>NF01 lấy NFE1=NF01 KFL1=1

Bánh bị động:

NHE2>NH02 lấy N =HE2 NH02 KHL2=1

NFE2>NF02 lấy NFE2=NF02 K FL2 =1

Thay số vào công thức được:

Ứng suất cho phép khi quá tải:

{¿[σH]max =2,8.max(σch1,σch2)=2,8.580=1624(MPa)

u.ψ ba

Tra bảng 6.5[1](trang 96) được:

Ka= 43 Mpa - hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng1/3

[σH]= 495,45 (Mpa) - ứng suất tiếp xúc cho phép

u= 4 – tỷ số truyền

ψba,ψbd – hệ số chiều rộng vành răng Tra bảng 6.6[1]( trang 97)

ψ bd=0,53.ψ ba (u+1)=0,53.0,4.(4+1)=1,06

PHẦN 3 TÍNH TRỤC, CHỌN Ổ LĂN

3.1 Chọn khớp nối (không yêu cầu kiểm nghiệm).

Sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục

Đường kính trục cần nối: d t =d sb =3√ T II

0,2.[τ]=3√208344,41

Mô men xoắn tính toán:

k: hệ số làm việc phụ thuộc loại máy Tra bảng 16.1[2](trang 58), lấy k = 1,2

Ta chọn khớp theo điều kiện:

Dựa vào trị số của Tt và đường kính của trục chỗ có nối trục có thể tra kích thước

cơ bản của nối trục vòng đàn hồi theo bảng 16-10a[2](trang 68) được kích thước

cơ bản của nối trục đàn hồi, (mm):

T(Nm

m L l d1 D0 Z nmax B B1 l1 D3 l2

Dựa vào trị số của Tt và đường kính của trục chỗ có nối trục có thể tra kích thước

cơ bản của vòng đàn hồi theo bảng 16-10b[2](trang 69) được kích thước cơ bản của vòng đàn hồi:

T(Nm) dc d1 D2 L l1 l2 l3 h

3.2 Tính sơ bộ trục:

3.2.1 Ch n v t li u ch t o tr c:ọ ậ ệ ế ạ ụ

Fk =0,2.Ft= 0,2 3968,46 = 793,69 (N)

Trục 2

Trục 1

3.2.4 Xác đ nh kho ng cách gi a các đi m đ t l cị ả ữ ể ặ ự

Theo bảng 10.3[1](trang189) chọn :

Trục II:

chiều dài moay ơ bánh răng trụ răng nghiêng lớn:

3.3.1.2 Xác đ nh đị ườ ng kính t i các ti t di n trên tr c 1ạ ế ệ ụ

tiết diện j trên trục thứ i, theo công thức 10.15 đến công thức 10.17 tr 195 sáchTTTKHDĐCKT1,ta có:

Mô men tương đương:

Mtđ12=√M 12

2

+0,75.T 12 2

Tại tiết diện (1-0):

Mô men uốn tổng cộng:

M 10 =√M 2x 0+M y 02=√21994 43472 48719 2 + 2 = (N.mm)

Mô men tương đương:

Mtđ10=√M 10 2

+ 0,75.T 10 2

Tại tiết diện (1-1):

2

+ M y 1 2

Tại tiết diện (1-3):

Mô men uốn tổng cộng:

M13=√M 2x 3

+ M y3 2

b Kiểm nghiệm then trục 1

Theo công thức 9.1 tr 173 sách TTTKHDĐCKT1 và 9.2 tr 173, điều kiện bền dập và điều kiện cắt như sau:

[τ] - ứng suất cắt cho phép, thép 45 chịu tải trọng tĩnh

- Ứng suất cắt :

d l 12 t 12 b=

2.54199 20.32.6=28,23< [τ c]=60÷ 90(Mpa)

=> Đảm bảo điều kiện bền dập và bền cắt

sσj , sτj – hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và ứng suất tiếptại tiết diện j Theo công thức CT

- aj, mj – biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp Theo công thức CT

k dj =

kτ

ετ+kx−1

ky (6)Trong đó:

trục đến giới hạn mỏi, theo bảng B

Đối với bề mặt trục lắp có độ dôi:

kσdij =

2,44+1−11,6 = 1,525Đối với trục có rãnh then:

Biết k = 2,01 ; k =1,88

k dij =

1,86+1−11,6 = 1,1625

πdij316

πdij3

b t1(dij−t1)22dij

và W = oij

πdij3

16-b.t1(dij−t1)2

Ta tiến hành kiểm nghiệm đối với tiết diện nguy hiểm nhất trên trục là tiết diện

có mômen uốn tổng cộng lớn nhất và tiết diện có rãnh then Ta tiến hành kiểm nghiệm tại 2 tiết diện (1-2); (1-3)

Tại tiết diện 1-2 có d = 20 mm12

10.10

→

→ Vậy trục I đảm bảo điều kiện bền mỏi.

F r 1(1) =√Fx 12

+F y 1 2

Tra phụ lục 2.12 trang 263, tập 1, với d=25 mm ta được thông số

b Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn trục 1

11.1

213[1]

Cd = Q

m√LTrong đó:

m – bậc của của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m = 3 (ổ bi)

L – tuổi thọ của ổ (triệu vòng quay)

Fa và F – tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục tác dụng lên ổ.r

V – hệ số kể đến vòng nào quay, V =1 (vòng trong quay)

kt – hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, k = 1 khi nhiệt độ t 150 CO

kd – hệ số kể đến đặc tính của tải trọng, lấy k = 1 (theo Bd

11.3

215[1])

X ,Y – hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục

- Xác định lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra ở trên ổ lăn:

Fs0(1) = e Fr0(1) = 0,36 661,18 = 238,03 (N)

+ Tổng ngoại lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn [1] và [0]:

Fa0(1) = Fs1(1) + F = 575.89+ 718,64 = 1294,37(N)at

Fa1(1) = Fs0(1) - F =238,03– 718,64 = -480,61 (N) at

+ Lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 1 và 0:

Fa0(1) = Max ( Fa0(1) ,Fs0(1) ) = 1294,37(N)

Fa1(1) = Max ( Fa1(1) , Fs1(1) ) = 575,73(N)

+ Q = (0,5.X0 0.V.Fr0(1) + Y0 Fa0(1)).kt kđ

= (0,5.0,45.1.661,18 + 1,5.1294,37).1.1 = 2090,32(N) + Q = (0,5.X1 1.V.Fr1(1) + Y1.Fa1(1)).k kt d

c Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn trục 1

Với X , Y : hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trụco 0

Fa2= 718,64 (N)

Ft2 = 2356,45 (N)Giải hệ ta có:

3.3.2.2 Xác đ nh đị ườ ng kính t i các ti t di n trên tr c 2ạ ế ệ ụ

diện j trên trục thứ i, theo công thức 10.15 đến công thức 10.17 tr 195 sáchTTTKHDĐCKT1,ta có:

Mịj =

Mtdij =

Tại tiết diện (2-2):

Mô men tương đương:

Mtđ22=√M 22

2

+0,75.T 22 2

Tại tiết diện (2-1):

Mô men uốn tổng cộng:

Tại tiết diện (2-0):

2

+M y 0 2

Mô men uốn tổng cộng:

yij xij M

Mô men tương đương:

Chiều cao then:h=8(mm)

1 Chiều sâu rãnh then trên trục t =5 1 (mm)

Chiều sâu rãnh then trên lỗ t = 3,3 2 (mm)

Chọn l= 50 (mm)

+Kiểm nghiệm then:

Ứng suất dập:

Tra bảng 9.5[1](trang 178) với dạng lắp cố định,vật liệu may ơ là thép làm việc

d d l h t d

[ d]

2 [ ]

TII

c d l b c

[ ]C

=(40÷60) MPa

τc=2.208344,4134.50.10 =27,23<[ ]τc

Chọn then bằng tra bảng 9.1a[1](trang 173) ta có:

Chiều rộng then:b= 10 mm

Chiều cao then : h= 8 mm

Chọn l =40 (mm)

+Kiểm nghiệm then:

Ứng suất dập:

Tra bảng 9.5[1](trang 178) với dạng lắp cố định,vật liệu may ơ là thép làm việc

σ d =2.208344,4138.40.(8 5 − )=91,38<[ ]σd =150 Mpa

Ứng suất cắt:

=(40÷60) MPa

τ c =2.208344,4138.40.10 =27,41<[ ] τcVậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt

[ ]C

2

[ ] ( TII 1 )

d d l h t d

[ d]

2 [ ]

TII

c d l b c

[ ]C

[ ]C

sj và sj - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉxét đến ứng suất tiếp tại tiết diện j :

suất tiếp tại tiết diện j,do quay trục một chiều:

là hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ

djK

j

mjajdjK

0

1

MPa66,189327.58,0158

T jmj

j

W , W0j j

,

b0,1

0,05

và - hệ số xác định theo công thức sau :

Ky - hệ số tăng bề mặt trục, cho trong bảng 10.9[1](trang 197) phụ thuộc vàophương pháp tăng bền bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương

giới hạn mỏi

phụ thuộc vào các loại yếu tố gây tập trung ứng suất

Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp khớp nối:

Ta thấy sự tập trung ứng suất tại trục lắp khớp nối là do rãnh then và do lắp ghép

có độ dôi Tra bảng 10.11[1](trang 198)

Ảnh hưởng của độ dôi:

1

yKxKKdjK

1

Do tiết diện này nằm ở ổ lăn nên tiết diện bề mặt trục lắp có độ dôi ra.Chọn kiểu lỗ.Tra bẳng 10.11[1](trang 198) nên ta có:

So sánh trường hợp F ngược chiều với F và trường hợp F cùng chiều kn t23 kn

với F thì trường hợp F cùng chiều với F ổ phải chịu lực lớn hơn do vậy ta tínht23 hn t23

ổ lăn theo trường hợp có F cùng chiều với Fkn t23

Fr 1 2( )=√Fx 12

+ F y 1 2

b Ki m nghi m kh năng t i đ ng c a lăn tr c 2 ể ệ ả ả ộ ủ ổ ụ

m – bậc của của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m = 3 (ổ bi)

L – tuổi thọ của ổ (triệu vòng quay)

L = 60×n×Lh ×10-6 = 60 90,3 14500 10 = 78,56 (triệu vòng)-6

Q – tải trọng động quy ước (KW), xác định theo CT

11.3

214[1]