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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ MÁYĐề

Người hướng dẫn : T.S Hoàng Thăng Bình

Ngày kí duyệt đồ án: ……./……./2023 Ngày bảo vệ đồ án: ……./……./2023

Ký tên

Hà Nội, … /2023

MỤC LỤC

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 7

1.1 Số liệu cho trước (đề bài) 7

1.2 Chọn Động Cơ 7

1.3 Phân phối tỷ số truyền 8

1.4 Xác định thông số đầu vào thiết kế của các bộ truyền cơ khí và các trục 8

1.4.1 Công suất trên các trục 8

1.4.2 Số vòng quay trên các trục 9

1.4.3 Mômen xoắn T trên các trục 9

1.4.4 Bảng thông số 9

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 10

2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai 10

2.2 Chọn đường kính hai bánh đai d 1và d 2 10

2.3 Xác định khoảng cách trục a 11

2.4 Tính số đai Z 11

2.5 Các thông số cơ bản của bánh đai 12

2.6 Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 12

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG 13

3.1 Chọn vật liệu bánh răng 13

3.2 Xác định ứng suất cho phép 13

3.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 15

3.4 Xác định các thông số ăn khớp 16

3.5 Xác định các thông số động học và ứng suất cho phép 16

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 17

3.7 Một số thông số khác của cặp bánh răng 19

2

3.8 Tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng 19

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 20

CHƯƠNG 5 TÍNH CHỌN VÀ KIỂM NGHIỆM Ổ LĂN 42

5.1 Chọn ổ lăn cho trục I 42

5.2 Chọn ổ lăn cho trục II: 44

CHƯƠNG 6 KẾT CẤU VỎ HỘP GIẢM TỐC 47

6.1 Vỏ hộp 47

6.2 Các bộ phần khác của hộp giảm tốc 49

6.3 Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 51

6.4 Kết cấu bánh răng bị động (Bánh răng to) 52

6.5 Kết cấu bánh răng chủ động (Bánh răng nhỏ) 52

6.6 Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai 53

NCM Ô TÔ & XE CHUYÊN DỤNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -

NHIỆM VỤ

THIẾT KẾ MÁY

Lớp: KT ô tô 04 Khóa: K65

1 Đề tài thiết kế: Thiết kế hệ dẫn động băng tải

2 Các số liệu cho trước:

1 Lực kéo băng tải:F = 900 (N)2 Vận tốc băng tải:v = 1,52 (m/s)3 Đường kính tang:D = 385 (mm)4 Thời hạn phục vụ:lh = 9500 (giờ)5 Số ca làm việc:soca = 2 (ca)

6 Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài: @ = 120 (độ)7 Đặc tính làm việc: va đập nhẹ

3 Khối lượng thiết kế:

- 01 bản thuyết minh.

-01 bản vẽ lắp hộp giảm tốc - khổ A0.-01 bản vẽ chi tiết trục vào (1) - khổ A3

* Yêu cầu tính đầy đủ (chi tiết) cho trục: trục vào (1)

41 Động cơ

2 Nối trục đàn hồi3 Hộp giảm tốc:

bánh răng trụ

bánh răng chủ động:răng nghiêng phải 4 Bộ truyền đai:

đai thang 5 Băng tải

5 Giảng viên hướng dẫn: TS Hoàng Thăng Bình6 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 05/04/2023

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Hoàng

Thăng Bình đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình để em có thể hoàn thành tốt

nhiệm vụ được giao Em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Đồ án Thiết Kế Máy là một môn học cơ bản của ngành cơ khí động lực.Môn học này không những giúp cho sinh viên có một cái nhìn cụ thể hơn thực tếhơn đối với các kiến thức đã được học, mà nó còn là cơ sở rất quan trọng của cácmôn chuyên ngành sẽ được học sau này.

Đề tài mà em được giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có bộ hộp giảm tốcbánh răng trụ răng nghiêng và bộ truyền đai thang.Trong quá trình tính toán vàthiết kế các chi tiết máy cho hộp giảm tốc em đã sử dụng và tra cứu một sốnhững tài liệu sau:

[1][1] Tính toán thiết kế dẫn động cơ khí – tập 1 – Nhà xuất bản giáo dục; tácgiả PGS.TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển.

[2][2] Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 2 – Nhà xuất bản giáodục; tác giả PGS.TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển.

[3][3] Dung sai lắp ghép – Nhà xuất bản giáo dục; tác giả PGS.TS Ninh ĐứcTôn.

Do là lần đầu làm quen với công việc thiết kế chi tiết máy,cùng với sự hiểu biếtcòn hạn chế cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng củacác môn có liên quan song bài làm của sinh viên chúng em không thể tránh khỏinhững sai sót Kính mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của các thầycô trong bộ môn giúp cho những sinh viên như chúng em ngày càng tiến bộtrong học tập.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy LêVăn Nghĩa đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình để em có thể hoàn thành tốtnhiệm vụ được giao Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên: Nguyễn Mạnh Hà

6

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1.1 Số liệu cho trước (đề bài)

1 Lực kéo băng tải: F = 900 (N)2 Vận tốc băng tải: v = 1,52 (m/s)3 Đường kính tang: D = 385 (mm)4 Thời hạn phục vụ: lh = 9500 (giờ)5 Số ca làm việc:soca = 02 (ca)

6 Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài β = 180˚ - @ = 60 ˚7 Đặc tính làm việc: Va chạm nhẹ

1.2 Chọn Động Cơ

1.2.1 Công suất làm việc

Với trục ra 1 phía: Pt = 1000Fv =900× 1,52

1000 =1,368(kW )

1.2.2 Hiệu suất truyền động

Tra bảng 2.3 trang 19 – Tính toán thiết kế dẫn động cơ khí Tập 1 ta có: Hiệu suất khớp nối:ɳk = 0,99

Hiệu suất ổ lăn: ɳol = 0,995

Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ : ɳbr = 0,98Hiệu suất bộ truyền đai: ɳđ = 0,96

Hiệu suất ổ trượt: ɳot = 0,99

1.2.4 Số vòng quay trên trục công tác

D = z pπ với z: số răng đĩa xíchp: bước của xích tảinlv =60000 vz p =60000 v

60000 ×1,52

3.1415 ×385=75,4045 (v/ph)

1.2.5 Chọn tỷ số truyền sơ bộusb= uh.un

Theo bảng 2.4 trang 21 - Tính toán thiết kế dẫn động cơ khí Tập 1 ta có:

- Ký hiệu động cơ: 4A100L8Y3

un = 2,8uh = 3,3

1.4 Xác định thông số đầu vào thiết kế của các bộ truyền cơ khí và các trục

1.4.1 Công suất trên các trục

Công suất trên trục công tác:Plv = Pt = 1,368 (kW)

Công suất trên trục ra hộp giảm tốc:

PII = Plv / (ɳol ɳk)= 0,995× 0,991,368 = 1,3888 (kW)Công suất trên trục vào hộp giảm tốc:

8

PI = PII / (.ɳol. ɳ br) = 0,98 ×0,9951,3888 =1,4243 (kW)Công suất trên trục động cơ:

nII = nI / uh = 249,293,3 =75,60(v/ph)Số vòng quay trên trục công tác:

nlv = nII¿75,60 (v/ph)

1.4.3 Mômen xoắn T trên các trục

Mômen xoắn trên trục động cơ:Tđc = 9,55.10

TI = 9,55.106

PI

9,55 106.1,4243

249,29 =54563,22 (N.mm)Mômen xoắn trên trục ra hộp giảm tốc:

TII = 9,55.106 PII

9,55 106.1,3888

75,60 =175437,037 (N.mm)Mômen xoắn trên trục công tác:

Bảng 1: Thông số của động cơ điện

Kiểu động cơCông suấtSố vòng quayKhối lượng Đường kính trục

Pđc (kW)nđc (v/ph)(kg)(mm)

Bảng 2: Tổng hợp thông số của các bộ truyền

Trục động cơTrục vào HGT

Trục ra HGTTrục công tác

Công suất P (kW)

Mô-men xoắn T(N.mm)

20399,785 54563,22 175437,037 17280,524

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

Điều kiện làm việc:

đặc tính làm việc: va đập nhẹsố ca: 2

Góc nghiêng: β = 180˚ - @ = 60 ˚

Thông số yêu cầu :

• P1 = Pđc = 1,4910 (kW) • n1 = nđc = 936 (v/ph) • u = 3,3

2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai

Chọn loại đai thang : đai thường

tiết diện đai loại O với tiết diện đai : 47 (mm2 )

2.2 Chọn đường kính hai bánh đai d1và d2

Tra bảng 4.13[1](trang 59) được giới hạn đường kính bánh đai nhỏ : 70-140 (mm)

Dựa vào bảng 4.13[1](trang 59), chọn L theo tiêu chuẩn, L = 1400 (mm)

Số vòng chạy của đai trong 1(s) là:

L = 4,091,4 = 2,921 (m/s) ¿imax=10(m/s) (thỏa mãn) (2.6)Tính chính xác khoảng cách trục:

a=λ+√λ2−8 ∆2

4 (2.7) Trong đó:

Xác định góc ôm trên bánh đai nhỏ

- P1công suất trên trục bánh chủ động P1=¿ 1,368 (kW)

- [P0]:công suất cho phép Tra bảng 4.19[1](trang 62) hoặc bảng 4.20[1](trang 62) theo tiếtdiện đai O, d1=¿ 112 (mm), v=¿4,09 (m/s), được :

• P0=¿ 0,75(kW) • L0=¿1320 (mm)

- Kd : hệ số tải trọng động Tra bảng 4.7[1](trang 55), được Kd=¿1,1- Cα : hệ số ảnh hưởng của góc ôm

- CL: hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai Tra bảng 4.16[1](trang 61) với LL

Thay vào được

B = ( Z−1)× t + 2e = (3−1)× 12+ 2.8 = 40(mm)

Đường kính ngoài của bánh đai

da 1=d1+2 h0=112+2.2,5=117(mm) (2.13)

da 2=d2+ 2h0 = 315 + 2.2,5 = 320 (mm) (2.14)Đường kính đáy bánh đai

df 1=da 1−H =117−10=107(mm) (2.15)

df 2=da 2−¿H =320 – 10= 310(mm) (2.16)

2.6 Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Lực căng ban đầu :

F0=780× P1Kd

v CαZ +Fv (2.17)

Do Fv=0(N ), thay số vào lực căng ban đầu ta được: F0=780× P1Kd

780× 1,368× 1,1

4,09× 0,82× 3 =116,67(N ) (2.18)Lực tác dụng lên trục bánh đai

Fr=2 F0Z sin(α1

2 ¿)=2×116,67 ×3 ×sin(146,932 )=671,07 (N)¿ (2.19)

12

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG

Thông số yêu cầu: • P=PI = 1,4243(kW) • T1=TI = 54563,22 (Nmm) • n1=nI = 249,29 (v/ph) • u=ubr = 3,3

• Lh=¿ 9500 (giờ)

3.1 Chọn vật liệu bánh răng

Tra bảng 6.1[1](trang 92), chọn:Vật liệu bánh lớn

• Nhãn hiệu thép: 45

• Chế độ nhiệt luyện: Tôi cải thiện

• Độ rắn HB = 192 ÷ 240, chọn H B2 = 235 • Giới hạn bền σb 2=¿750 (MPa)

• Giới hạn chảy σch2 = 450 (MPa)Vật liệu bánh nhỏ

• Nhãn hiệu thép: 45

• Chế độ nhiệt luyện: Tôi cải thiện

• Độ rắn HB = 241 ÷ 285, chọn H B1 = 250 • Giới hạn bền σb 1=¿850 (MPa)

• Giới hạn chảy σch1=¿580 (MPa)

• σHlim0 , σFlim0 : ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở

σHlim20 = 2HB2 + 70 = 540 (MPa)

σFlim20 = 1,8H B2 = 423 (MPa) • KHL, KFL: hệ số tuổi thọ.

KHL = mH

NHEKFL = mF

* c : số lần ăn khớp trong 1vòng quay c = 1

◦ Vì NHE 2¿ NHO 2 lấy NHE 2 =NHO 2 do đó KHL2= 1◦ Vì NFE 2¿ NFO 2 lấy NFE 2 =NFO 2 do đó KFL2= 1Thay số vào công thức được :

Tra bảng 6.6[1](trang 97), HB<350 chọn được

• ψba, ψbd : hệ số chiều rộng vành răng Chọn ψba = 0,4

ψbd= 0,5 ψba (u + 1) = 0,86

• KHβ : hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng

Tra bảng 6.7[1](trang 98) với ψbd = 0,86 sơ đồ bố trí là sơ đồ 6 và HB ¿350, được : KHβ = 1,03Thay số được

Góc nghiêng của răng trên hình trục cơ sở:

βb = arctan (cos αt.tanβ)=10,79°

3.5 Xác định các thông số động học và ứng suất cho phép

dw 2=2 aw−dw 1=¿ 2 × 102 – 47,44 = 156,56 (mm)Vận tốc vòng của bánh răng

[σH] = [σH]sbZRZvKxH

[σF] = [σF]sbYRYsKxF

Trong đó:

• [σH]sb và [σF]sb là ứng suất cho phép sơ bộ đã tính ở mục 2

Ra = 1,25 ÷ 0,63 ⇒ ZR= 1

• Zv: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng.– Vì v ≤ 5 (m/s), Zv = 1

• KxH: hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng KxH = 1

• Ys: hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với sự tập trung ứng suất

[σF 1] = [σF 1]sbYRYsKxF = 264,85 (MPa)Bánh bị động:

[σF 2] = [σF 2]sbYRYsKxF = 248,96 (MPa)

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

3.6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

Với bw=ψbaba.aw=0,4.102=40,8(mm) (Chiều rộng vành răng)

εβ = bwsin β

Có εβ ¿ 1 thì Zε = √ε1α = √1,671 = 0,77• KH: hệ số tải trọng

– KHv: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.

xác của bộ truyền: CCX = 9Tra phụ lục 2.3[1](trang 250) với * CCX = 9

* HB < 350 * Răng nghiêng * v = 0,62(m/s)

Nội suy tuyến tính được KHv = 1,01Thay số được:

KH = KHβKHαKHv = 1,21• bw: chiều rộng vành răng.

bw=ψbaaw=¿ 0,4 × 102= 40,8 (mm)

• dw 1: đường kính vòng lăn (đã tính ở mục 5) dw 1=¿ 47,44 (mm)Thay số được

σH = ZMZHZε√2 T1KH(ut+1)

bwutd2w1 = 479,51 MPa◦ Thỏa mãn điều kiện σH ¿ [σH]

≤[σF 2]

• [σF 1] và [σF 2] là ứng suất uốn cho phép đã tính ở mục 5.• KF: hệ số tải trọng khi tính về uốn

6.7[1](trang 98) với ψbd = 0,86 và sơ đồ bố trí là sơ đồ 6, được:KFβ = 1,07

18

– KFα: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp KFα

= 1,37 theo bảng 6.14[1](trang 107).

Tra phụ lục 2.3[1](trang 250) với* CCX = 9

* HB < 350 * Răng nghiêng * v = 0,62 (m/s)

Nội suy tuyến tính được KFv= 1,04Thay số được:

– Zv 2 = 81,82– x1 = 0 – x2 = 0

được: YF 1 = 4 và YF 2 = 3,61Thay số được

Thỏa mãn yêu cầu

3.7 Một số thông số khác của cặp bánh răng

Thông số đầu vào:

4.1.1 Chọn khớp nối:

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục:

20

√175437,0370,2.30 =30,81(mm) (4.1) Ttlà mô men xoắn tính toán: Tt=k T

Tra bảng 16.1[2], trang 58, ta lấy k = 1,2

Do đó: Tt=k T =1,2.175437,037=210524,44(N mm)

Tra bảng 16-10a[2], trang 68, với điều kiện: {¿Tt=210524,44 (N mm)≤Tkncf

¿dt=31,81(mm)< dkncf (4.3)Ta được các thông số khớp nối như sau:

{¿Tkncf=250000(N mm)

¿D0=105(mm)

Tra bảng 16-10b[2], trang 69 với Tkncf=250(Nm), ta được:

¿dc=14 (mm)

4.1.2 Kiểm nghiệm khớp nối

4.1.2.1 Kiểm nghiệm sức bên dập của vòng đàn hồi

σd= 2 k T

Z D0.dc.l3≤ [σd] (4.4)

Trong đó: [σd] là ứng suất dập cho phép vòng cao su Ta lấy [σd]=(2÷ 4)MPa

Do vậy, ứng suất dập sinh ra trên vùng đàn hồi:

Trong đó: l0=l1+l2

2=34 +15

Fkn=0,2 Ft=0,2.3341,66=668,33(N )

4.1.4 Các thống số cơ bản của nối trục vòng đàn hồi

22

Bảng 4-1.4: Bảng thông số cơ bản của nối trục vòng đàn hồi

Mô men xoắn lớn nhất có

Chiều dài đoạn công xôn

Trong đó:

 [τ ] là ứng suất xoắn cho phép [τ ]=15(MPa)

24

Do vậy: dsb 1=√3 TI0,2.[τ ]=

√54563,220,2.15 =26,30 (mm)

Với trục II: dsb 2=√3 TII0,2.[τ ]

Trong đó:

 [τ ] là ứng suất xoắn cho phép [τ ]=30(MPa)

Do vậy: dsb 2=√3 TII0,2.[τ ]=

√175437,0370,2.30 =30,81(mm)

Ta chọn: {¿dsb 1=25 mm

¿dsb 2=30 mm

4.2.4 Xác định sơ bộ khoảng cách giữa các ổ và điểm đặt lực

Xác định chiều rộng ổ lăn trên trục:

Tra bảng 10.2[1], trang 189, với: {¿dsb 1=25(mm)

Chọn lmc 1=35(mm)

Các kích thước khác liên quan đến chiều dài trục, chọn theo bảng 10.3[1], trang 189

khoảng cách giữa các chi tiết quay: k1=15 mm

4.3.1 Với trục II

l2 c=0,5.(lmc 2+bo 2)+k3+hn=0,5.(60+19)+10+15=64,5 (mm) (4.11)

l22=0,5.(bw+bo 2)+k1+k2=0,5.(40,8+19)+15+10=54,9(mm) (4.12)

l21=2 l22=2.54,9=109,8(mm) (4.13)

4.3.2 Với trục I

l11=l21=109,8 (mm)l12=l22=54,9(mm)

l1 c=0,5.(lmc 1+bo 1)+k3+hn=0,5.(35+17)+10+15=51(mm)

26

Hình 4-3.2: Sơ đồ vị trí trục I, trục II

4.4 Xác định lực tác dụng lên gối đỡ:

Thông số đầu vào:

 Lực tác dụng lên trục I từ bộ truyền đai: Fd=(N )

Trong đó: Fi là lực thành phần

li là cánh tay đòn

li là cánh tay đònTa được:

28

Hình 4-5.1: Biểu đồ lực và Moomen tác dụng lên trục I

Với đường kính trục tại các điểm tiết diện tương ứng khi tính sơ bộ là 30mm Tra bảng

Tại tiết diện lắp ổ lăn:

d10=√3 Mtd 100,1.[σ ]=

√ ❑

0,1.63=19,98(mm) (4.16)Tại tiết diện lắp ổ lăn:

√77819,120,1.63 =23,12(mm)

Tại tiết diện bánh đai:

d13=√3 Mtd 130,1.[σ ]=

√47253,090,1.63 =19,57(mm)

30

Ta chọn đường kính theo tiêu chuẩn và đảm bảo điều kiện lắp ghép:

Tra bảng 9.1a[1], trang 173, ta có thông số của các loại then được sử dụng như sau:

kính trục

Kích thước tiết diện

Chiều sâu rãnh then

Bán kính góc lượn của rãnh

Nhỏ nhất

Lớn nhất

Bảng 4-5.1-1: Bảng thông số then

Kiểm nghiệm độ bền then:

Chiều dài then:

Kiểm nghiệm trục I theo độ bền mỏi:

Các trục trong hộp giảm tốc đều quay, ứng suất thay đổi theo chu kỳ đối xứng, ta có:Trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, ta có:

(4.19)

(trục có một rãnh then)

32

(4.20)

Trục quay một chiều nên ứng suất xoắn theo chu kỳ mạch động, ta có:

(4.21)

(4.22)

Bảng 4-5.1-2: Bảng ứng suất xoắn tại các tiết diện trục I

Xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm của trục:

Dựa vào biểu đồ mô men uốn và mô men xoắn trên trục I, các tiết diện nguy hiểm là tiếtdiện lắp bánh răng 1-2 và tiết diện lắp ổ lăn 1-0, tiết diện lắp bánh đai 1-3 Kết cấu trục

vừa thiết kế đảm bảo độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm đó thỏa

Trong đó, [ ]s là hệ số an toàn, [ ] 2,5 3s 

tiết diện xét, được tính theo công thức sau:

 

 1 và1là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng  a, avà  m, m

là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diệnxét.