Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí.pdf

LI NÓI ĐẦUTính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là yêu cầu không thể thiếu đối với mộtkĩ sư ngành cơ khí, nhằm cung cấp kiến thức cơ sở về máy và kết cấu máy.. Thông qua đồ án môn học c

TRƯNG ĐI HC GIAO THÔNG VÂN TI TP H CH MINH

VIÊN CƠ KH

Đ ÁN MÔN HC

THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KH

Ng$nh : Chuyên ng$nh : Gi,ng viên hư/ng d1n : Sinh viên th4c hiê n : MSSV:

L/p:

Th$nh ph8 H9 Ch: Minh, năm 2024

LI NÓI ĐẦU

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là yêu cầu không thể thiếu đối với mộtkĩ sư ngành cơ khí, nhằm cung cấp kiến thức cơ sở về máy và kết cấu máy

Thông qua đồ án môn học chi tiết máy mỗi sinh viên được hệ thống lại kiếnthức đã học nhằm tính toán thiết kế máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làmviệc, thiết kế kết cấu chi tiết máy, vỏ khung và bệ máy, chọn cấp chính xác, lắpghép và phương pháp trình bày, bản vẽ, trong đó cung cấp nhiều số liệu mới vềphương pháp tính, về dung sai lắp ghép và các số liệu tra cứu khác Do đó khi thiếtkế đồ án chi tiết máy phải tham khảo các giáo trình như: chi tiết máy, tính toán thiếtkế hệ dẫn động cơ khí, dung sai và lắp ghép, nguyên lí máy, Từng bước giúp sinhviên làm quen với công việc thiết kế và nghề nghiệp sau này của mình

Nhiệm vụ của nhóm là thiết kế hệ dẫn động xích tải bao gồm có hộp giảm tốchai cấp khai triển, động cơ điện, bộ truyền đai, hộp giảm tốc, khớp nối, xích tải

Lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế với một khối lượng kiến thứctổng hợp lớn và có nhiều phần chúng em chưa nắm vững, dù đã tham khảo các tàiliệu xong khi thực hiện đồ án, trong tính toán không thể tránh được những thiếusót Nhóm em mong được sự góp ý và giúp đỡ từ thầy cô giáo

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo và bạn bè, đặc biệt là thầy Th.sDiệp Lâm Tùng Kha đã hướng dẫn tận tình và cho nhóm nhiều ý kiến quý báu cho

việc hoàn thành đồ án này!

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤCCHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH CÔNG XUẤT ĐỌNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ

SỐ TRUYỀN vi

1.1 Chọn động cơ vi

1.1.1 Xác định công suất động cơ vi

1.1.2 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ vii

1.1.3 Chọn quy cách động cơ vii

1.2 Xác định mômen xoắn và số vòng quay trên các trục động cơ viii

1.2.4 Công suất trên các trục viii

1.2.5 Số vòng quay trên các trục: viii

1.2.6 Mômen xoắn trên các trục: viii

CHƯƠNG 2 TÍNH BỘ TRUYỀN NGOÀI (BỘ TRUYỀN XÍCH) 1

3.1.3 Xác định ứng xuất cho phép 5

3.2 Tính toán cấp nhanh bộ truyền bánh trụ răng nghiêng 8

3.2.1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 8

3.2.2 Xác định các thông số ăn khớp 8

3.2.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 8

3.2.4 Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép 10

3.2.5 Kiểm nghiệm răng vễ độ bễn uốn 10

3.2.6 Kiểm nghiệm răng về quá tải 12

3.2.7 Các thông số kích thước bộ truyền cấp nhanh 12

3.3 Tính bộ truyền cấp chậm 12

3.3.1 Xác định khoảng cách trục 12

3.3.2 Xác định các thông số ăn khớp 13

3.3.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 13

3.3.4 Kiểm nghiệm về độ bền uốn 15

3.3.5 Các thông số tính toán được đối với bộ truyền cấp chậm 16

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRỤC 17

4.1 Xác định sơ bộ đường kính trục 17

4.2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 17

4.2.1 Tính khoảng cách đối với trục 2 17

4.2.2 Tính khoảng cách đối với trục 1 là : 18

4.2.3 tính khoảng cách các đoạn nối với trục 3 : 18

4.2.4 Tính toán lực tác dụng lên các trục 18

4.3 Lực tác dụng do bộ truyền xích gây ra 19

4.3.5 Tính mô men tương đương tác dụng lên các trục 20

4.3.6 Tính tiết diện tại các đoạn trục 20

4.3.7 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 21

4.3.8 Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục 21

CHƯƠNG 5 CHỌN Ổ LĂN CHO CÁC TRỤC CỦA HỘP GIẢM TỐCKHAI TRIỂN 25

5.1 Chọn ổ lăn đối với trục I ( trục vào ) 25

5.1.9 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn 25

5.2 Chọn ổ lăn cho trục trung gian của hộp giảm tốc 26

5.2.1 Tính kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn 27

5.2.2 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh 28

5.3 Chọn ổ lăn cho trục ra của hộp giảm tốc: 28

5.3.1 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn 29

5.3.2 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh 30

5.4 Các thông số cơ bản của ổ lăn trong hộp giảm tốc khai triển thường 30

CHƯƠNG 6 BÔI TRƠN TRONG HỘP GIẢM TỐC ,THIẾT KẾ VỎ HỘPVÀ CÁC CHI TIẾT LIÊN QUAN 34

6.1 Bôi trơn trong hộp giảm tốc: 34

6.2 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết liên quan: 34

6.2.1 Chọn bề mặt lắp ghép nắp và thân: 34

6.2.2 Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp: 34

6.2.3 Một số kết cấu khác liên quan đến cấu tạo của vỏ HGT: 36

6.3 Bảng dung sai lắp ghép 39

6.3.1 Dung sai và lắp ghép bánh răng: 40

6.3.2 Dung sai lắp ghép ổ lăn: 406.3.3 Dung sai lắp vòng chắn dầu: 406.3.4 Dung sai lắp ghép then lên trục: 40

CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH CÔNG XUẤT ĐNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ

TRUYỀN.1.1 Chọn động cơ

1.1.1 Xác định công suất động cơ

- Công suất cần thiết được xác định:

Trong đó: P : công suất cần thiết của trục động cơ (kw)ct Pt: công suất tính toán trên trục tang (kw) η : hiệu suất truyền động

Hiệu suất truyền động: η = ηKN .η η η ηolbrnbrt d

Trong đó: ηKN : là hiệu suất truyền động khớp nối ηol : hiệu suất 1 cặp ổ lăn

ηbrn: hiệu suất của bộ truyền bánh răng nghiêng.ηbrt: hiệu suất của bộ truyền bánh răng thẳng.ηd : hiệu suất của bộ truyền đai

Trị số hiệu suất tra bảng 2.3 TTTK ( Tính toán thiết kế máy)

1.1.2 Xác định s8 vòng quay sơ bộ của động cơ

- Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:

u = u u12 ud = u u = hd = =28,08- Với n số vòng quay của trục tang: n = 52 (vòng/phút)lvlv Trong đó:

u1 : tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng thẳng.u2 : tỷ số truyền của bánh răng trụ răng nghiêngux : tỷ số truyền của bộ truyền ngoài (xích) Chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc là: u =uh1.u2=14

1.2 Xác định mômen xoắn v$ s8 vòng quay trên các trục động cơ1.2.1 Công suất trên các trục

P3=P2=P1=Pdc=

1.2.2 S8 vòng quay trên các trục:

1.2.3 Mômen xoắn trên các trục:

Côngsuất(kw)

Tỷ số

Sốvòngquay(v/p)

Mômenxoắn(N.mm)

CHƯƠNG 2 TNH BỘ TRUYỀN NGOÀI (BỘ TRUYỀN XCH)2.1 S8 liệu t:nh toán

P = 5,79kwIII

nIII = 103,89 vòng/phút Đường tâm của đĩa xích làm với phương nằm ngang một góc là 60 ,bộ truyền0làm việc hai ca, môi trường có bụi ,tải trọng va đập vừa

2.1.1 Chọn loại x:ch

Vì tải trọng va đập vừa , vận tốc thấp dùng xích con lăn

2.1.2 Xác định các thông s8 của x:ch v$ bộ truyền

Theo bảng 5-4 TTTK MÁY với u=2 chọn số răng đĩa nhỏ Z = 27 do đó số1răng đĩa lớn Z =u.Z =5421

Z =54 < 120 = Z2max Theo công thức 5.3 công thức tính toán P = K.Ktz.Kn

Trong đó Z = 27, K = 25/27 = 0,92612 Với n = 200 vòng /phút01

Theo công thức 5.4 và bảng 5-6 TTTK MÁY K= Ka.K K K K Kđođccbt

Với K hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền0 K =1 đường nối 2 tâm đĩa xích làm với phương ngang 1 góc 60o 0 K =1 vì chọn khoảng cách trục a= 40pa

K hệ số ảnh hưởng đến việc điều chỉnh độ căng của xíchđc K = 1 điều chỉnh bằng một trong các đĩa xíchđc

K = 1,25c K hệ số tải trọng động , tải trọng va đập vừa K = 1,3đ đ K hệ số ảnh hưởng của bôi trơn bt

Môi trường có bụi chọn chất lượng bôi trơn là II Suy ra K = 1,3 (bảng 5.7) như vậy P = 1,25.6,31.1.1.1.1,3.0,926.1,418btt= 17,5 kw

Theo bảng 5.5 TTTK MÁY với n = 200 vòng /phút chọn bộ truyền xích 101dãy có bước xích P = 31,75 thoả mãn điều kiện bền P < [P] = 19,3 kw đồng thờit theo bảng 5.8 thoả mãn P < Pmax

Khoảng cách trục a = 40.P = 40.3,0 = 1200 mm Theo công thức 5.12 TTTK MÁY số mắt xích : x =

x =120,517 Lấy số mắt xích chẵn x = 120 tính lại khoảng cấch trục theo côngthức 5.13 TTTK MÁY

2.1.3 B,ng kiểm nghiệm x:ch về độ mòn

Theo bảng 5.2 tải trọng phá hỏng Q = 88500(N)

Khối lượng một 1 m xích = 3,8 kg K : hệ số tải trọng động với chế độ làm việc trung bình K = 1,2đ đ

suy ra lực vòng F lực căng do lực ly tâm sinh ra (N)v F = q v = 3,8.2 = 15,2 (N)v 2 2 F = 9,81 k q.a0f

Trong đó k = 2(bộ truyền nghiêng một góc 60 so với phương ngang)f 0 F = 9,81.2.3,8.1,257 = 93.72 (N)0

Do đó Theo bảng 5.10 với n = 102.74 vòng /phút [S] = 8,5 vậy S > [S] bộ truyền đảm bảo đủ bền

2.1.4 Đường k:nh đĩa x:ch

Theo công thức 5.17 và bảng 13.4 TTTK MẤY:

d = 561,89 mma2 với bán kính con lăn d = d -2rf11 theo bảng 5.2 ta có d = 19,05 mm1 r = 0,5025d + 0,05 = 9,62 mm1

d = 273 - 19,25 = 253,75 mm f1 tương tự d = 526,76 mmf2

2.1.5 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa x:ch

với F lực vòng ; F lực va đập trên m dãy xích (m = 1)tvd F tính theo công thức F =13.10tdvd -7.n p1 3 (m)

F = 13.10vd -7.141.31,753.1 = 5,87 R là hệ số không đều tải trọng R = 1 đ đ K : là hệ số tải trọng động theo bảng 5.6 ta có K = 1,3đđ K : hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích phụ thuộc Zr Trong đó Z = 27 suy ra K = 0,396 ; E = 2,1.10 Mpar 5 A = 262 (mm ) bảng 5.122

Như vậy dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB =210 sẽ đạt được ứngsuất tiếp xúc cho phép Mpa đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răngđĩa 1 tương tự với cùng vật liệu và nhiệt luyện

2.1.6 Xác định l4c tác dụng lên trục

Theo công thức 5.20 ; F = Knx.Ft TTTK MÁY K = 1,05 với bộ truyền nghiêng với phương ngang một góc là 60x 0 F = 1,05 3155 = 3312,75 (N)r

CHƯƠNG 3 TNH TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CẤP NHANH VÀ CẤP

CHẬM TRONG HỘP GIM TỐC KHAI TRIỂN3.1 Các s8 liệu t:nh toán:

, Phân tỷ số truyền u = 14 cho các cấpn Xuất phát từ quan điểm bôi trơn ta tính toán ở phần trước được u = u1nhanh = 4.05

u = u2chậm = 3,46

3.1.3 Xác định ứng xuất cho phép

theo bảng 6.2 với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 180 – 350

, S = 1,1H , S = 1,75F S , S : là hệ số an toàn khi tính theo sức bền tiếp xúc và uốnHF

lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứngvới số chu kỳ cơ sở

Chọn độ rắn bánh nhỏ HB = 250, độ rắn bánh lớn là HB = 230 khi đó12

số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc là N = 30HBHo 2,4

N số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn Fo N = 4.10 đối với tất cả các loại thépFo 6

Tính toán ta có N = 30.250 = 1,7.10F01 2,4 7 N = 30.230 = 1,4.10F02 2,4 7 Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương khi tính theo sức bền uốn và tiếpxúc là : N , NFEHE

Vì bộ truyền làm việc với tải trọng thay đổi nhiều bậc N và N đượcFEHEtính như sau:

N = 60CHE N = 60CFE Ti , ni, ti : lần lượt là momen xoắn số vòng quay và tổng số giờ làm việc ởchế độ i của bánh răng đang xét

m : số mũ của phương trình đường cong mỏi uốnF T , Ti max : là momen xoắn ở các chế độ tải trọng và momen lớn nhất trongcác momen

N = 60CHE2 N = 60.1HE2 = 4,5.108>1,4.107 do đó K = 1

HL2

N = u N = 5,1.4,8.10 = 22,92.10 > NHE11HE2Ho1 Do đó K = 1HL1

Sơ bộ xác định được: [ ] = [ ] = [ ] = Cấp nhanh sử dụng răng nghiêng nên ta có [ ] =

Do dó theo 6.2a với bộ truyền quay một chiều K = 1FC K : là hệ số xét đến đặt tải trọng FC

[ F1] = KFC.K /SFLF = = 114,3 Mpa [ F2] = Flim2K K /SFCFLF = 1.1 = 236,6 Mpa ứng suất quá tải cho phép theo 6.10 và 6.11 có

[ H]max = 2,8 ch2 = 2,8.450 = 1260 Mpa [ F1]max = 0,8 ch1 = 0,8.580 = 464 Mpa [ F2]max = 0,8 ch2 = 0,8.450 = 360 Mpa

3.2 T:nh toán cấp nhanh bộ truyền bánh trụ răng nghiêng3.2.1 Xác định sơ bộ kho,ng cách trục

Ta có a = Kw1a(u1 + 1) K : là hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại rănga T : là mô men xoắn trên bánh chủ động (Nmm)1

[ H] : là ứng suất tiếp xúc cho phép Mpa , U là tỷ số truyền , 1ba : là hệ số chiều rộng vành răng ba = bw/aw

a = 43(4.05 +1)w1 Trong đó theo chọn = 0,3 , răng nghiêng K = 43 , abd = 0,5 ba(u + 1) = 0,5.0,3.(4,05 + 1) = 0,915 Do ta chọn = 1,15

a = 102,83 mm ta chọn a = 102 mmw1w1

3.2.2 Xác định các thông s8 ăn kh/p

Theo 6.17 ta có m =( 0,01 0,02 ).a = (0,01 0.02 ).102 w  m = 1,02 – 2,04 ta chọn m = 2 , chọn sơ bộ = 10 do đó0 cos = cos10 = 0,9848, theo 6.31 số bánh răng nhỏ0 z = 2 a cos / m(u +1) = 1w1 = 16.47 chọn z = 161 Số bánh răng lớn z = u z = 4,05.16 = 64,8 lấy z =65 răng2112 Do đó tỷ số truyền thực sẽ là u =65/16 = 4,08t

cos = m.( z +z )/2 a = 2.(16+65)/2.102 = 0,9509812w suy ra = 18,014o

3.2.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Theo 6.33 ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc =ZM.Z ZH

Trong đó : - Z : Hệ số xét đến ảnh hưởng cơ tính vật liệu;M - Z : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc;H - Z : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng; - K : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc;H - b : Chiều rộng vành răng.w

- d : Đường kính vòng chia của bánh chủ động;w Theo bảng 6.5 ta có Z = 274 Mpa theo 6.35 góc nghiêng của răng trênM 1/3hình trụ cơ sở tg = cos tg với tg = tg suy ra

= = arctg = arctg = 20,943 suy ra tg = cos tg = cos20,93.tg18,014 = 0,3037 suy ra = 16,894 do đó Z = H

Z : là hệ số hình dạng bề mặt tiếp xúc ,theo công thứcH

nên Z tính theo công thứcZ =

với Suy ra Z = đường kính vòng lăn bánh nhỏ d = 2aw1w1/(ut + 1) =

ta có v = với v = 5,145 m/s tra bảng 6.13 dùng cấp chính xác 8 theo bảng 6.14 shd vớicấp chính xác 9 và v < 10 m/s ta tra ra KH = 1,13 và KF = 1,37

: hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp tra bảng 6.15go :hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bánh răng 1 và 2 tra bảng 6.16 = 0,002.56 5,145

Tra bảng 6.15 được tra bảng 6.16 được g = 56o K : hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớpHV Theo 6.14 có K 1 + HV

K = KHH KH KHV = 1,15.1,13.1,051 = 1,366 K : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi đồng thờiH ăn khớp

K tra theo bảng (6.7)H Thay các giá trị vừa tính được vào ta được

3.2.4 Xác định ch:nh xác ứng suất tiếp xúc cho phép

Theo 6.1 với v = 5,145 m/s < 10 m/s chon sơ bộ Z = 1v Với cấp chính xác động học là 8 chọn cấp chính về mức tiếp xúc là 7 dođó chọn Z = 0,95.với dư < 700 mm suy ra K =1RaxH

do đó cần tăng thêm khoảng cách trục và tiến hành kiểm nghiệmlại ta được : a = 115 mm ; w

3.2.5 Kiểm nghiệm răng vễ độ bễn u8n

=2.T1.KF ; K : Hệ số tải trọng khi tính về uốn, K = KFFF.K KFFV Y : Hệ số kể đến sự trùng khớp

Y :hệ số kể đến độ nghiêng của răng Y :hệ số dạng răng của bánh răng chủ động 1F1 Theo bảng 6.7 ta có

Theo bảng 6.14 với v <10 m/s và cấp chính xác 8 ta suy ra

trong đó theo bảng 6.15 ta có ; Theo bảng 6.16 tra được g = 56o

suy ra K = 1 +Fv Do đó K = F

Số răng tương đương Z = v1 ; Z = v2 Với a = 110 mm w chọn Z = 17 răngv1 Z = u.Z = 5,1.17,15 = 87,46 chọn Z = 87 răng212

Chọn tỷ số truyền thiết kế là u = tk

Z = v1 ; Z = v2 Theo bảng 6.18 ta được Y = 4,08 , Y = 3,6F1F2 Với m = 2 mm , Y = 1,08 – 0,0695.ln2 = 1,032S Y = 1 ( bánh răng phay ) , K = 1RxF

Thay các giá trị vứa tính được vào công thức ta có

< [ ]

3.2.6 Kiểm nghiệm răng về quá t,i

Theo 4.68 với K =qt

3.2.7 Các thông s8 k:ch thư/c bộ truyền cấp nhanh

khoảng cách trục a = 110 mmw1 Mođun pháp m = 2 mm Chiều rộng vành răng b = 33 mm w Tỉ số truyền u = 4.05tk Góc nghiêng của răng =18,0140 Số răng bánh răng z = 16 , z =65 răng 12 Hệ số dịch chỉnh x =0 , x = 012

Theo các công thức trong 6.11 ta có Đường kính vòng chia d = 35,75 ( mm ) ; d = 182,97 ( mm ) 12 Đường kính đỉnh răng d = 39,75 ( mm ) ; d = 186,97 ( mm )a1a2 Đường kính đáy răng d = 30,75 ( mm ) ; d = 177,97 ( mm )f1f2

3.3 T:nh bộ truyền cấp chậm3.3.1 Xác định kho,ng cách trục

a = Kw2a(u2 +1) Theo bảng 6.6 chọn với răng nghiêng K = 43a

chọn sơ bộ theo 6.31 số bánh răng nhỏ

Chọn Z =25 răng1 Z = u.Z = 3,47 25 =86,75 21Z2 =chọn bằng 87

Tỷ số truyền thực u =87/25 = 3,48t

3.3.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Trong đó : - Z : Hệ số xét đến ảnh hưởng cơ tính vật liệu;M - Z : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc;H - Z : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng; - K : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc;H - b : Chiều rộng vành răng.w

- d : Đường kính vòng chia của bánh chủ động;w2 Với Z = 247m

với

Do đó Đường kính vòng lăn bánh nhỏ

với v=1.76 m/s theo bảng 6.13 dùng cấp chính xác 9 Theo bảng 6.14 với cấp chính xác 9 và v<2.5 m/s suy ra

Theo bảng 6.42 Trong đó theo bảng 6.14 chọn ; theo bảng 6.16 g = 730

do đó với với Số răng tương đương Z = v1 = Z = v2 =