Thuyết minh tính toán thiết kế Đồ Án truyền Động cơ khí mdpr310423 thiết kế hệ thống dẫn Động vít tải

Chọn nối trục Moment xoắn tính toán cho sử dụng lựa chọn khớp nối trục: ?? = ?.. ??, là moment xoắn danh nghĩa trên trục... Tính toán thiết kế trục theo điều kiện bền tĩnh Sơ đồ phân tíc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY 

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ - MDPR310423

HỌ & TÊN SINH VIÊN: Lê Văn Khan

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Phan Thanh Nhàn

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN:

Trường ĐHSPKT TP.HCM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY, MMH: MDPR310423

Khoa: Cơ khí Chế tạo máy THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG VÍT TẢI

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy Đề số: 01 Phương án: 9

SVTH: Lê Văn Khan MSSV: 21144198

GVHD: TS Phan Thanh Nhàn Chữ ký:

Ngày nhận đề: 28/08/2024 Ngày bảo vệ:

Hình 1: Sơ đồ động Hình 2: Minh họa vít tải

Điều kiện làm việc:

- Tải trọng không đổi, quay một chiều

- Thời gian làm việc 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca) - Sai số tỉ

số truyền hệ thống ∆𝑢/𝑢 ≤ 5%

- Số liệu cho trước:

1 Loại vật liệu vận chuyển Cát

2 Năng suất Q (tấn/giờ) 45

Bảng thông số kỹ thuật hệ thống truyền động

I Tính toán, thiết kế khớp nối trục

1.1 Thông số đầu

Moment xoắn danh nghĩa cần truyền: 𝑇 = 𝑇2 = 231713 𝑁 𝑚𝑚

Đặc trưng tải trọng: vít tải

1.2 Chọn nối trục

Moment xoắn tính toán cho sử dụng lựa chọn khớp nối trục:

𝑇𝑡 = 𝑘 𝑇 = 1,5 231713 = 347569,5 𝑁 𝑚𝑚 Trong đó:

- 𝑘 = 1,5, là hệ số an toàn việc ứng với bảng 9.1[8] trong trường hợp máy công tác

là vít tải

- 𝑇 = 231713 𝑁 𝑚𝑚, là moment xoắn danh nghĩa trên trục

Tính đường kính sơ bộ tại vị trí lắp khớp nối trục 𝑑 ≥ √ 𝑇𝑡

0,2 [𝜏]

3

= √3 347569,50,2.25 =41,2 𝑚𝑚

 Chọn 𝑑 = 45 𝑚𝑚

Dựa vào moment xoắn tính toán và đường kính sơ bộ, ta chọn nối trục theo bảng 16.10a[2] có kích thước cơ bản của nối trục vòng đàn hồi như sau:

Kiểm nghiệm bền dập của vòng đàn hồi:

𝜎𝑑 =𝑍𝐷2𝑘𝑇

0𝑑𝑐𝑙3 ≤ [𝜎]𝑑

 𝜎𝑑 =2.1,5.2317138.130.14.13 = 3,67 ≤ 2 ÷ 4 𝑀𝑃𝑎

 Vòng đàn hồi thỏa mãn điều kiện bền dập

Kiểm nghiệm bền uốn chốt:

- [𝜎]𝑑 là ứng đập cho phép của vòng cao su cố giá trị cho phép: [𝜎]𝑑 = 2 ÷ 4 (𝑀𝑃𝑎)

- [𝜎]𝑢 là ứng suất cho phép của chốt, [𝜎]𝑢 = 60 ÷ 80 (𝑀𝑃𝑎)

 Chọn 𝐹𝑟𝑘𝑛 = 720 𝑁

II Tính toán thiết kế trục

2.1 Thông số đầu vào

- Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền đai, 𝐹𝑟đ = 1312,5 𝑁

- Góc nghiêng bộ truyền đai, 𝛼 = 30°

- Lực nối trục, 𝐹𝑟𝑘𝑛 = 720 𝑁

- Lực tiếp tuyến bộ truyền bánh răng, 𝐹𝑡 = 2031,7 𝑁

- Lực hướng tâm bộ truyền bánh răng, 𝐹𝑟 = 739,5 𝑁

- Lực dọc trục bộ truyền bánh răng, 𝐹𝑎 = 0 𝑁 (vì là bánh răng trụ răng thẳng)

2.3 Tính toán thiết kế trục theo điều kiện bền tĩnh

Sơ đồ phân tích lực trên bộ truyền

Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền bánh răng:

Trục dẫn, ta có 𝑇 = 60952 𝑁 𝑚𝑚, [𝜏] = 20 𝑀𝑃𝑎, là ứng suất trượt cho phép trục I:

𝑘2 = 15, 𝑘ℎ𝑜ả𝑛𝑔 𝑐á𝑐ℎ 𝑡ừ 𝑚ặ𝑡 𝑚ú𝑡 ổ đế𝑛 𝑡ℎà𝑛ℎ 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑐ủ𝑎 ℎộ𝑝, 𝑘2 = 5 ÷ 15

𝑘3 = 20, 𝑘ℎ𝑜ả𝑛𝑔 𝑐á𝑐ℎ 𝑡ừ 𝑚ặ𝑡 𝑚ú𝑡 𝑐ủ𝑎 𝑐ℎ𝑖 𝑡𝑖ế𝑡 𝑞𝑢𝑎𝑦 đế𝑛 𝑛ắ𝑝 ổ, 𝑘3 = 10 ÷ 20

ℎ𝑛 = 20, 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝑐𝑎𝑜 𝑛ắ𝑝 ổ 𝑣à đầ𝑢 𝑏𝑢𝑙ô𝑛𝑔, ℎ𝑛 = 15 ÷ 20

Sơ đồ tính khoảng cách đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp

Chiều dài mayơ bánh đai, bánh răng trên trục I [2]

Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải:

Phương trình cân bằng moment tại điểm A:

Xác định nội lực phát sinh trong trục:

Tính moment tại các tiết diện nguy hiểm:

Moment uốn tổng 𝑀𝑗 tại các tiết diện của trục I:

Các thông số chiều dài các đoạn trục khác có thể xác định dễ dàng thông qua vị trí tương quan của cặp bánh răng trên bộ truyền

𝑑𝐻 = √3 0.1[𝜎]𝑀𝑡𝑑𝐻 = √3 200669,30.1 × 67 = 31,5 𝑚𝑚

Chọn đường kính trục theo dãy tiêu chuẩn, ta có:

Các thông số chiều dài các đoạn trục khác có thể xác định dễ dàng thông qua vị trí tương quan của cặp bánh răng trên bộ truyền

𝑑𝐸 = 35 𝑚𝑚, 𝑑𝐹 = 40 𝑚𝑚, 𝑑𝐺 = 35 𝑚𝑚, 𝑑𝐻 = 32 𝑚𝑚

2.4 Chọn then và kiểm nghiệm

Chọn kích thước tiết diện then [2]

d

Kích thước tiết diện then Chiều sâu rãnh then lượng của rãnh Bán kính góc

Trục II H F 40 32 10 12 8 8 5 5 3,3 3,3 0,25 0,4 Chiều dài then tại vị trí đai:

Điều kiện bền dập và điều kiện bền cắt có dạng sau đây:

 Thỏa mãn điều kiện

 Thỏa mãn điều kiện

2.5 Tính kiểm nghiệm trục bền mỏi

Hệ số an toàn được tính theo công thức:

Các trục của hộp giảm tốc đều quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng,

do đó:

𝜎𝑚𝑗 = 0, 𝜎𝑎𝑗 = 𝜎𝑚𝑎𝑥𝑗 =𝑀𝑊𝑗

𝑗Trục quay 1 chiều ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động, do đó:

𝜏𝑚𝑗 = 0, 𝜏𝑎𝑗 = 𝜏𝑚𝑎𝑥𝑗 =2𝑊𝑇𝑗

𝑜𝑗Với 𝑊𝑗, 𝑊𝑜𝑗 là moment cản uốn và moment cản xoắn tại tiết diện j của trục được xác định theo bảng 10.6[1]

𝐾𝑥 là hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt, cho trong bảng 10.8[1]

 Các trục được gia công trên máy tiện nên các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt 𝑅𝑎 =2.5 ÷ 0.63 𝜇𝑚 nên tra bảng ta có 𝐾𝑥 = 1,1

𝐾𝑦 là hệ số tăng bền bề mặt trục, cho trong bảng 10.9[1] hụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt, cơ tính vật liệu Vì truc được làm từ thép C45 tôi cải thiện nên 𝐾𝑦 = 1,7

Theo bảng 10.12[1], phay then dùng phay ngón nên ta có: 𝐾𝜎 = 2,01, 𝐾𝜏 = 1,88

𝜀𝜎, 𝜀𝜏 là hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi

𝑠𝜎𝐶 = 𝜎−1

𝐾𝜎𝑑𝐶𝜎𝑎𝐶 + 𝜓𝜎𝜎𝑚𝐶 = 370,6

1,4 × 17,6 + 0,1 × 0= 15,1

𝑠𝜏𝐵 = 𝐾 𝜏−1

𝜏𝑑𝐵𝜏𝑎𝐵+ 𝜓𝜏𝜏𝑚𝐵 =

214,91,36 × 9,9 + 0.05 × 0 = 15,96

𝑠𝜏𝐹 = 𝐾 𝜏−1

𝜏𝑑𝐹𝜏𝑎𝐹+ 𝜓𝜏𝜏𝑚𝐹 =

214.91,48 × 9,2 + 0.05 × 0 = 15,78

𝑠𝜏𝐺 = 𝐾 𝜏−1

𝜏𝑑𝐺𝜏𝑎𝐺 + 𝜓𝜏𝜏𝑚𝐺 =

214.91,44 × 13,8 + 0.05 × 0 = 10,81

Để đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng do quá tải đột ngột, cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh Công thức kiểm nghiệm như sau:

𝜏𝐶 = 0.2𝑑𝑇𝑚𝑎𝑥3 =0.2 × 30609523 = 11,28 𝑀𝑃𝑎

𝜎𝑡𝑑𝐶 = √𝜎2+ 3𝜏2 = √17,252+ 3 × 11,282 = 26,1 𝑀𝑃𝑎 ≤ [𝜎] = 464 𝑀𝑃𝑎 Tại tiết diện D:

𝜎𝐷 = 𝑀0.1𝑑𝑚𝑎𝑥3 =0.1 × 250 3 = 0 𝑀𝑃𝑎

𝜏𝐷 = 0.2𝑑𝑇𝑚𝑎𝑥3 =0.2 × 25609523 = 19,5 𝑀𝑃𝑎

𝜎𝑡𝑑𝐷 = √𝜎2+ 3𝜏2 = √02+ 3 × 19,52 = 33,8 𝑀𝑃𝑎 ≤ [𝜎] = 464 𝑀𝑃𝑎 Tại tiết diện E:

3.1.1 Thông số đầu vào

- Phản lực tại gối đỡ B theo phương x, 𝑅𝐵𝑥 = 2822,4 𝑁

- Phản lực tại gối đỡ B theo phương y, 𝑅𝐵𝑦 = 673,3 𝑁

- Phản lực tại gối đỡ D theo phương x, 𝑅𝐷𝑥 = 346 𝑁

- Phản lực tại gối đỡ D theo phương y, 𝑅𝐷𝑦 = 756,5 𝑁

Kí hiệu d D B C (kN) Co (kN) Trọng lượng

6405 25 80 21 35,8 19,3 0,53

Kiểm nghiệm khả năng tải ổ:

Khả năng tải động của ổ được tính theo công thức 11.1[1]:

𝐶𝑑 = 𝑄 √𝐿𝑚Trong đó:

Q – tải trọng quy ước (kN);

L – tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay;

M – bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, vì đây là ổ bi nên m = 3;

Ta có, gọi 𝐿ℎ là tuổi thọ của ổ tính bằng giờ, 𝐿ℎ = 18000 𝑔𝑖ờ

Đối với ổ bi đỡ, tải trọng động quy ước được tính theo công thức 11.3[1] như sau:

𝑄 = (𝑋𝑉𝐹𝑟 + 𝑌𝐹𝑎)𝑘𝑡𝑘𝑑 (∗) Với 𝐹𝑟, 𝐹𝑎 – tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục, kN;

V – hệ số kể đến vòng quay, vì là vòng trong quay nên V = 1;

𝑘𝑡 – hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, 𝑘𝑡 = 1;

𝑘𝑑 – hệ số kể đến đặc tính của tải trọng, 𝑘𝑑 = 1 vì tải trọng tĩnh;

X − hệ số tải trọng hướng tâm;

Y – hệ số tải trọng dọc trục;

Ta có, thời gian làm việc của ổ:

𝐿 = 60𝑛1016𝐿ℎ = 60 × 710 × 18000106 = 767 𝑡𝑟𝑖ệ𝑢 𝑣ò𝑛𝑔 Với 𝑖 = 1, số dãy con lăn, ta có:

𝐶𝑑 = 𝑄 √𝐿𝑚 = 2,901 √7673 = 26,6 𝑘𝑁 < [𝐶] = 35,8 𝑘𝑁

 Khả năng tải động của ổ được đảm bảo

Theo công thức 11.18[1], tiến hành chọn ổ theo khả năng tải tĩnh nhằm đề phóng biến dạng dư, theo điều kiện sau:

 Thỏa mãn kiểm nghiệm điều kiện tải trọng tĩnh

Tuổi thọ định danh cơ bản:

𝑃 = 2,901 𝑘𝑁, 𝑡ả𝑖 𝑡𝑟ọ𝑛𝑔 độ𝑛𝑔 𝑡ươ𝑛𝑔 đươ𝑛𝑔 𝑡á𝑐 𝑑ụ𝑛𝑔 𝑙ê𝑛 ổ 𝑙ă𝑛

𝑛 = 𝑛1 = 710 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡, 𝑡ố𝑐 độ

𝑝 = 3, 𝑠ố 𝑚ũ 𝑐ủ𝑎 𝑐ô𝑛𝑔 𝑡ℎứ𝑐 𝑡í𝑛ℎ 𝑡𝑢ổ𝑖 𝑡ℎọ ổ 𝑏𝑖

3.2 Trục II

3.2.1 Thông số đầu vào

- Phản lực tại gối đỡ B theo phương x, 𝑅E𝑥 = 1420,9 𝑁

- Phản lực tại gối đỡ B theo phương y, 𝑅E𝑦 = 369,75 𝑁

- Phản lực tại gối đỡ D theo phương x, 𝑅G𝑥 = 109,2 𝑁

- Phản lực tại gối đỡ D theo phương y, 𝑅G𝑦 = 369,75 𝑁

Kiểm nghiệm khả năng tải ổ:

Khả năng tải động của ổ được tính theo công thức 11.1[1]:

𝐶𝑑 = 𝑄 √𝐿𝑚Trong đó:

Q – tải trọng quy ước (kN);

L – tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay;

M – bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, vì đây là ổ bi nên m = 3;

Ta có, gọi 𝐿ℎ là tuổi thọ của ổ tính bằng giờ, 𝐿ℎ = 18000 𝑔𝑖ờ

Đối với ổ bi đỡ, tải trọng động quy ước được tính theo công thức 11.3[1] như sau:

𝑄 = (𝑋𝑉𝐹𝑟 + 𝑌𝐹𝑎)𝑘𝑡𝑘𝑑 (∗) Với 𝐹𝑟, 𝐹𝑎 – tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục, kN;

V – hệ số kể đến vòng quay, vì là vòng trong quay nên V = 1;

𝑘𝑡 – hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, 𝑘𝑡 = 1;

𝑘𝑑 – hệ số kể đến đặc tính của tải trọng, 𝑘𝑑 = 1 vì tải trọng tĩnh;

X − hệ số tải trọng hướng tâm;

Y – hệ số tải trọng dọc trục;

Ta có, thời gian làm việc của ổ:

𝐿 = 60𝑛1016𝐿ℎ = 60 × 177,5 × 18000106 = 191,7 𝑡𝑟𝑖ệ𝑢 𝑣ò𝑛𝑔 Với 𝑖 = 1, số dãy con lăn, ta có:

Vậy khả năng tải động là:

𝐶𝑑 = 𝑄 √𝐿𝑚 = 1,468 √191,73 = 8,46 𝑘𝑁 < [𝐶] = 16,8 𝑘𝑁

 Khả năng tải động của ổ được đảm bảo

Theo công thức 11.18[1], tiến hành chọn ổ theo khả năng tải tĩnh nhằm đề phóng biến dạng dư, theo điều kiện sau:

𝑄𝑡 ≤ 𝐶0Theo công thức 11.19[1], 11.20[1], ta có:

𝑄𝑡 = 𝑋0𝐹𝑟 + 𝑌0𝐹𝑎

𝑄𝑡 = 𝐹𝑟Tra bảng 11.6[1], ta có:

𝑋0 = 0,6, 𝑌0 = 0,5, theo ổ bi đỡ 1 dãy

Ta có:

𝑄𝑡 = 𝑋0𝐹𝑟 + 𝑌0𝐹𝑎 = 0,6 × 1468,2 + 0,5 × 0 = 880,9 𝑁 < 𝐹𝑟 Như vậy 𝑄𝑡 = 𝐹𝑟 = 1468,2 𝑁 = 1,468 𝑘𝑁 < 𝐶0 = 10,2 𝑘𝑁

 Thỏa mãn kiểm nghiệm điều kiện tải trọng tĩnh

Tuổi thọ định danh cơ bản: