Đồ Án thiết kế Đề tài 10 thiết kế hệ thống dẫn Động xích tải

Môn học Đồ án thiết kế máy là một môn học giúp cho sinh viên chuyên ngành Cơ Khí cónhững kiến thức cơ bản về việc thiết kế các hệ thống truyền động cơ khí, để từ đó có cách nhìn về hệ th

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023

Trang 2

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Học kỳ I năm học 2023-2024 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Danh MSSV: 2110897

Thời gian phục vụ, L (năm): 5

Số ngày làm/năm,𝐾𝑛𝑔 (ngày): 281

Số ca làm trong ngày (ca) : 1

Chế độ tải: T1 = T ; t1 = 32 giây ; T2 = 0,6T ; t2 = 40 giây ; T3 = 0,3T ; t3 = 50 giây

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kĩ thuật đang ngày càng phát triển và đóng một vai trò hết sức quan trọngđối với sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và đời sống con người Việc áp dụng khoahọc kĩ thuật chính là làm tăng năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất đồng thời nó cũng gópphần không nhỏ trong việc thay thế sức lao động của người lao động một cách có hiệu quả nhất, bảođảm an toàn cho họ trong quá trình làm việc Các hệ thống cơ khí chính là sự thay thế tuyết vời chosức người trong việc tự động hóa sản xuất và tăng năng suất lao động

Môn học Đồ án thiết kế máy là một môn học giúp cho sinh viên chuyên ngành Cơ Khí cónhững kiến thức cơ bản về việc thiết kế các hệ thống truyền động cơ khí, để từ đó có cách nhìn về

hệ thống sản xuất, về việc điều khiển các hệ thống tự động trong các nhà máy, xí nghiệp hay phânxưởng Mục đích của môn học giúp sinh viên hệ thống lại những kiến thức đã học nhằm tính toánthiết kế các hệ thống dẫn động các chỉ tiêu về khả năng làm việc, thiết kế kết cấu, cách chọn cấpchính xác , chế độ làm việc và dung sai lắp ghép

Trong phạm vi đồ án, các kiến thức từ các môn cơ sở như Nguyên Lý Máy, Cơ lý thuyết, Vẽ

kỹ thuật, Chi tiết máy,…được áp dụng giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về một hệ thống dẫnđộng cơ khí Từ đây, cộng với những kiến thức chuyên ngành, em sẽ tiếp cận được với các hệ thốngthức tế, có được cái nhìn tổng quan hơn để chuẩn bị cho đồ án tiếp theo và luận văn tốt nghiệp

Đề tài thiết kế của em được thầy Vũ Công Hòa giao cho là Thiết kế hệ dẫn động xích tải vớinhững kiến thức đã được học và các tài liệu tham khảo cùng với sự hướng dẫn của thầy và sự giúp

đỡ của bạn bè em đã hoàn thành được đồ án này

Lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế, với một khối lượng kiến thức lớn, do đó cónhiều phần em chưa hiểu mặc dù đã tham khảo nhiều tài liệu, trong tính toán không thể tránh đượcnhững thiếu sót Mong thầy thông cảm và nhận được sự đóng góp ý kiến, giúp em có được nhữngkiến thức cần thiết để sau này ra trường có thể ứng dụng trong công việc

Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Công Hòa đã tận tình hướng dẫn và cho em nhiều ý kiếnquý báu để hoàn thành đồ án thiết kế này

Trang 4

MỤC LỤC

ĐỀ TÀI 1

SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1

PHẦN 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 7

CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 7

Chọn hiệu suất của hệ thống 7

Tính công suất cần thiết: 7

Xác định số vòng quay sơ bộ và chọn động cơ điện: 7

PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 9

Tỉ số truyền của hệ thống: 9

Công suất trên các trục: 9

Số vòng quay trên các trục: 9

Tính moment xoắn trên các trục: 10

Bảng đặc tính 10

PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH 11

THÔNG SỐ BAN ĐẦU 11

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ: 11

Chọn loại xích 11

Xác đị nh các thông số của xích và bộ truyền: 11

Tính kiểm nghiệm xích về độ bền: 13

Tính các đường kính đĩa xích 13

Kiểm nghiệm xích về độ bền tiếp xúc 14

Xác định lực tác dụng lên trục: 15

PHẦN 3: TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 16

TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP NHANH 16

Chọn vật liệu: 16

Tính toán số chu kỳ cơ sở, số chu kì thay đổi ứng suất tương đương 17

Trang 5

Tính các giá trị ứng suất: 19

Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng 21

Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng 22

Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc 23

Kiểm nghiệm lại ứng suất tiếp xúc cho phép 27

Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất uốn: 27

Kiểm nghiệm răng về quá tải 29

TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP CHẬM 30

Chọn vật liệu: 30

Tính toán số chu kỳ làm việc cơ sở, số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương 30

Tính các giá trị ứng suất: 32

Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng 33

Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng 33

Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc 34

Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất uốn: 36

Kiểm nghiệm răng về quá tải 38

Điều kiện bôi trơn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp: 38

Bảng kết quả tính 40

PHẦN 4: TÍNH THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 41

SƠ ĐỒ LỰC TÁC DỤNG LÊN CÁC TRỤC 41

Chọn vật liệu 42

Chọn sơ bộ đường kính trục 42

Xác định chiều dài các trục 43

Xác định chiều dài các mayơ 44

Tính toán khoảng cách các trục 46

Xác định trị số lực tác dụng lên bánh răng 47

Tính toán các phản lực có trên trục: 48

Biểu đồ moment trục I: 49

Tính toán đường kính tại các vị trí của trục I 50

Biểu đồ moment trục II: 53

Trang 6

Tính toán đường kính tại các vị trí của trục II 53

Biểu đồ moment trục III 56

Tính toán đường kính tại các vị trí của trục III 56

TÍNH MỐI GHÉP THEN 57

Kiểm nghiệm then: 58

Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi: 59

Kiểm nghiệm về độ bền tĩnh 64

PHẦN 5 THIẾT KẾ Ổ LĂN VÀ CHỌN KHỚP NỐI 65

Thiết kế ổ trên trục I 65

Thông số tại các ổ lăn tại A và B trên trục I: 65

Tính chọn ổ lăn theo khả năng tải động 65

Khả năng tải động tính toán 65

Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay 66

Tải trọng quy ước trên ổ 66

Kiểm nghiệm khả năng tải tỉnh: 66

Thiết kế ổ trên trục II 67

Chọn các hệ số 68

Tải trọng quy ước: 68

Thiết kế ổ trên trục III 69

Chọn các hệ số 70

Tải trọng quy ước: 70

Trang 7

Nối trục đàn hồi 71

PHẦN 6 THIẾT KẾ VÕ HỘP GIẢM TỐC VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ 73

Thiết kế vỏ hộp 73

Kết cấu vỏ hộp: 73

Kết cấu bánh răng 73

Các kích thước của vỏ hộp giảm tốc: 73

Kích thước gối trục: Đường kính ngoài và tâm lỗ vít 74

Nắp ổ 75

Các chi tiết thành phần 75

Bulong vòng 75

Chốt định vị 75

Cửa thăm 76

Nút thông hơi 76

Nút tháo dầu 77

Que thăm dầ u 77

Vòng phớt 78

Vòng chắn dầu 78

Bôi trơn trong hộp giảm tốc 79

Bôi trơn ổ lăn 79

PHẦN 7: DUNG SAI LẮP GHÉP 81

Chọn cấp chính xác: 81

Chọn kiểu lắp: 81

Bảng dung sai lắp ghép bánh răng và then: 81

KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

Trang 8

Chọn hiệu suất của hệ thống:

Hiệu suất truyền động của hệ thống: η = ηkn × η2 × ηx × η5 (1.1)

Tra bảng 2.3 tài liệu số (II) ta có:

ηkn = 0,98 : Hiệu suất khớp nối

ηbr = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

ηx = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền xích

ηol = 0,99 : Hiệu suất của ổ lăn

Ta được: η = ηkn × η2 × ηx × η5 = 0,98 × 0,972 × 0,96 × 0,995 = 0,8418

Tính công suất cần thiết:

Công suất làm việc trên trục xích tải:

Plv = Ft × v

=1000

3800 × 3,08

1000Công suất tương đương (công suất tính

t1 + t2 + 𝑡3

12 × 32 + 0,62 × 40 + 0,32 × 50

= 7,5599 kW

32 + 40 + 50Công suất cần thiết trên trục động cơ:

Ptd7,5599

Trang 11

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢICác thông số động cơ điện:

Tên động cơ Công suất

(kW)

Vận tốcquay(vg/ph)

=0,96 × 0,99= 12,3148 kW

PII = η

x ol

PII

× η

𝑏

=0,99 × 0,96= 13,6337 kWol

=kW 0,99 × 0,98= 14,0525

u

η

n

Trang 12

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢITại trục động cơ có Pđc = 14,0525 𝑘𝑊 < 15kW (hợp lí)

Số vòng quay trên các trục:

vòng

nI = 𝑛đ𝑐 = 2930 (

phút)

Trang 14

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH

THÔNG SỐ BAN ĐẦU:

Công suất: PIII = 12,3148 (kW)

Tỉ số truyền: ux = 2,79

Số vòng quay: nIII = 293,3462(vòng/ phút)

Moment xoắn: TIII = 400913,119(Nmm)

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ:

Chọn loại xích: Bộ truyền xích ống con lăn.

Xác định các thông số của xích và bộ truyền:

Theo bảng 5.4, với ux = 2,79, số răng đĩa nhỏ z1 = 29 − ux × 2 = 23,42 (2.1)

Trang 15

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢITra bảng 5.6 và bảng 5.7 tài liệu số [II]

k0 = 1 − Đường nối 2 tâm đĩa xích so với đường nằm ngang

(ở đây là 0°) ka = 1 − Chọn khoảng cách trục a = 40p

Trang 16

kđc = 1 − Chọn vị trí trục được điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích

kbt = 1,3 − Chọn phương pháp bôi trơn đạt yêu cầu, môi trường làm

việc có bụi kđ = 1,5 − Tải trọng va đập nhẹ

p = 31,75 mm thỏa mãn điều kiện bền mòn:

Pt < [P] = 19,3 kWĐồng thời theo bảng 5.8 tài liệu số [II], p < pmax

(65 − 23)2 × 31,75

4 × π2 × 1270= 125,11Chọn số mắt xích chẵn x = 126, tính lại khoảng cách trục theo công thức (5.13)

z2 − z 1 2

] }π

as = 0,25 × 31,75 × {126 − 0,5 × (65 + 23) + √[126 − 0,5 × (65

2

] }π

Trang 17

i = z1 × nIII = 23 × 293,3462 = 3,5698 < [i] = 25 (bảng 5.9) (2.10)

Trang 18

= 19,0297

Theo bảng 5.10 tài liệu [II] với n = 200 vòng/phút thì hệ số an toàn [s] =

8,5 Vậy s > [s]: bộ truyền xích đảm bảo đủ bền

Tính các đường kính đĩa xích:

Đường kính vòng chia của đĩa xích:

d1 = p π =sin ( )31,75 π = 233,1702 mm (2.14)sin (z1)

d2 = π sin (z2)

= π = 657,1679 mmsin (65)

Đường kính vòng đỉnh của đĩa xích:

)t

( Cần tính lại F

Trang 19

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI)] = 246,8734 mm (2.15a)

π

da2 = p × [0,5 +

Trang 20

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢIĐường kính vòng đáy của đĩa xích:

Tra d1 = 19,05 mm tại bảng 5.2 tài liệu số [II]

Kiểm nghiệm xích về độ bền tiếp xúc:

kr − hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích, phụ thuộc vào z

Với z = 23 ta dùng phép nội suy tính ra:

𝑘 = 𝑘

+ (𝑧 − 𝑧 ) × 𝑘2 − 𝑘1 = 0,48 + (23 − 20) × 0,36 − 0,48 = 0,444

kd − hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy, kd = 1 ( xích 1 dãy)

(𝑡𝑟83 𝑇𝐿𝐼𝐼) Fvđ − lực va đập trên m của dãy xích (m = 1), N

Fvđ = 13 × 10−7 × nIII × p3 × m = 13 × 10−7 × 293,3462 × 31,753 × 1 = 12,2055 N

A − diện tích chiếu của bản lề, mm2, tra bảng 5.12, A

= 262 mm2 E − modun đàn hồi, MPa

105

= 2,1 × 105 MPa

Với E1, E2 lần lượt là modun đàn hồi của vật liệu làm con lăn và răng đĩa Ở đây là chọn vật liệu

làm con lăn và răng đĩa là thép nên E1 = E2 = 2,1 × 105 Mpa

Suy ra:

d

Trang 21

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI0,47 × √kr × (Ft × kđ + Fvđ) ×

Trang 22

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢITra bảng 5.11 tài liệu [II] dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB210 sẽ đạt được ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] = 600MPa, đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa 1 Tương tự, σH 2 ≤ [σH](với cùng vật liệu và nhiệt luyện).

Xác định lực tác dụng lên trục:

Theo 5.20, lực tác dụng lên trục:

𝐹𝑟 = 𝑘𝑥 × 𝐹𝑡 = 1,15 × 3800 = 4370 𝑁 (2.19)Trong đó:

𝑘𝑥 − ℎệ 𝑠ố 𝑘ể đế𝑛 𝑡𝑟ọ𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑥í𝑐ℎ, 𝑘𝑥 = 1,15 𝑏ộ 𝑡𝑟𝑢𝑦ề𝑛 𝑛ằ𝑚 𝑛𝑔𝑎𝑛𝑔

Trang 23

PHẦN 3: TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP NHANH.

THÔNG SỐ BAN ĐẦU:

Thời gian làm việc Lh = 5 × 281 × 8 × 1 = 11240 giờ

Quay một chiều, làm việc 1 ca, tải va đập nhẹ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ:

Chọn vật liệu:

Ở đây ta dùng hộp giảm tốc (bộ truyền kín) được bôi trơn tốt thì dạng hỏng chủ yếu là tróc rỗ

bề mặt răng và ta tiến hành thiết kế theo ứng suất tiếp xúc

Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn Chọn thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB241…285.Có σch = 580 MPa và σb = 850 MPa Theo bảng 6.1 ta chọn độ rắn trung bình cho từng bánh dẫn như sau:

Trang 24

1 2

Bánh dẫn ta chọn độ rắn trung bình H1 = 250 HB

Dựa vào quan hệ H1 ≥ H2 + (10 ÷ 15)HB

Ta chọn độ rắn trung bình cho bánh bị dẫn H2 = 235 HB

Tính toán số chu kỳ cơ sở, số chu kì thay đổi ứng suất tương đương

Số chu kỳ làm việc cơ sở

NH01 = 30 × H2,4 = 30 × 2502,4 = 1,71 × 107 Chu kỳ

NH02 = 30 × H2,4 = 30 × 2352,4 = 1,47 × 107 Chu kỳ

NF0 − Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi

thử về uốn NF0 = 4 × 106 đối với tất cả các

loại thép

Trang 25

NHE1 = 60c ∑ ( 3

Trang 26

= =

=

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI) nIt1

Tmax

0,3T 3

NHE1 = 60 × 1 × (( )

T

× t1 + ( T ) ) × t2 + ( T × t3) × 11240 × 2930Trong đó

t1

32

122 ck

,

t2 = t 40 122

+ 0,63 × 40

× t2 + (

0,3T

6

)T

Tmax0,3T

3

× t2 + (

T)

,

t2

= 40 t122

122+ 0,33 × 50 ) × 11240 × 818,4358

122

Trang 27

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢITương tự:

Ti

NFE2 = 60c ∑ ( )mFnIIt1

T 6

Tmax

× t2 + (

0,3T

6

)T

Trang 28

Trang 29

Khi tôi cải thiện thì SH = 1,1

Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh chủ động

[σH

1 ] = K σ 0Hlim1 × 0,9×

SHHL

(3.1.6)Xác định điều kiện giá trị

[σH]

[σH]min ≤ [σH] ≤ 1,25 × [σH]min 441,8182 ≤ 454,2567 ≤ 552,2728Trong đó [σH]min là giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị [σH1], [σH2]

[σH]min = [σH2] = 441,8182 MPaThỏa mãn điều kiện

Ứng suất uốn cho phép:

[σF] = K σ 0Flim × K FC ×

SF

FL

(3.1.7)

Trang 30

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢIChọn KFC = 1 , SF = 1,75

] = σ 0Flim2 × K FC ×

K

SFFL

Trang 31

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢITheo bảng 6.15 do bánh răng nằm đối xứng với các ổ trục nên 𝚿ba = 0,3 ÷ 0,5 Chọn 𝚿ba

= 0,4 theo tiêu chuẩn

𝚿bd = 𝚿ba × (u1 +

1)

=2

0,4 × (3,58 + 1)

= 0,916 ≈ 1 (3.1.8)2

Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng

Khoảng cách trục bộ truyền bánh răng xác định theo công thức:

3 TI × KHβ

aω = Ka × (uI + 1) × √

ba× [σH

]2 ×

uI

= 43 × (3,58 + 1) × √

0,4 × (454,2567 )2 × 3,58

Trang 32

I

u∗

Theo tiêu chuẩn ta chọn m = 3 mm

Chọn sơ bộ góc nghiêng β = 35° trong đó 40° ≥ β ≥ 30°

Số răng z2 = uI × z1 = 3,58 × 19 = 68,02 Lấy z2 = 69 răng

Tính lại góc nghiêng răng:

β = arcosm × (z2 +

z1) 2 ×

aω

= arcos

3 × (69 +19)

2 × 160

= 34,41° (3.1.12)

Thỏa điều kiện 40° ≥ β ≥

30° Tỷ số truyền sau khi chọn số

Tính lại khoảng cách trục:

|3,63 − 3,58|

Trang 33

Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng:

Đường kính vòng chia:

Trang 34

ZM − hệ số kể đến cơ tính của vật liệu bánh răng.

Do cặp bánh răng đều bằng thép nên ZM = 274 (MPa)1/3

ZH là hệ số xét đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc

Trang 35

°

HTrong đó:

sin (2 ×

Trang 36

+ )] × cosβ (3.1.20)

z2

1

ε𝝰 = [1,88 − 3,2 ×(

19

Trang 38

δH − hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp δH = 0,002

go − hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và 2 go = 47

=

60000

= 10,72 (

m

sChọn cấp chính xác gia công bánh răng:

Theo bảng 6.13 tài liệu [II] ta thấy vận tốc v = 10,72 nhỏ hơn 15 m/s vậy nên ta chọn cấp chính xác cần thiết là 7

Suy ra:

Trang 39

𝐾𝑙 là hệ số xét đến ảnh hưởng điều kiện bôi trơn Chọn 𝐾𝑙 =

1 KHL − hệ số tuổi thọ Tính bên trên ta có 𝐾𝐻𝐿 = 1

𝐾𝑥𝐻 là hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng

Dể dàng thấy được 𝜎𝐻 ≤ [𝜎𝐻] thỏa điều kiện bền tiếp xúc

Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất uốn:

Trang 41

YF1, YF2 là hệ số dạng răng của bánh 1 và 2 phụ thuộc vào số răng tương đương và hệ số dịch chỉnh

zi

zvi = cos3 β (3.1.34)

Tra bảng 6.18 tài liệu [II] suy ra YF1 = 3,8 và YF2 = 3,6

KF − hệ số tải trọng khi tính về uốn KF = KFβ × KF𝝰 × KFv

KFβ − hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răngkhi tính về uốn KFβ = 1,08

KF𝝰 −hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	2,59 MB