Đồ Án thiết kế ngành kĩ thuật cơ khí Đề tài thiết kế hệ thống dẫn Động xích tải

Phân phối tỷ số truyền và chọn động cơ Số vòng quay trục tang trống xích tải: Tỉ số truyền chung xác định theo công thức 3.12 tài liệu [1]: Trong đó - tỉ số truyền cặp bánh răng cấp nhan

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

TP HỒ CHÍ MINH, ngày 19 tháng 3 năm 2024

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

-o0o -ĐỒ ÁN THIẾT KẾ SVTH : NGUYỄN QUANG MINH MSSV : 2013775 Nhận xét của giảng viên hướng dẫn: ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

SV thực hiện: Nguyễn Quang Minh MSSV: 2013775

Người hướng dẫn: PGS TS Lưu Thanh Tùng Ký tên:

Ngày hoàn thành: Ngày bảo vệ:

ĐỀ SỐ 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Phương án số: 6

Hệ thống dẫn động xích tải gồm:

1 Động cơ điện 3 pha không đồng bộ 2 Nối trục đàn hồi

3 Hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp phân đôi cấp nhanh 4 Bộ truyền xích ống con lăn 5 Xích tải

Chế độ làm việc: quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ

Số răng đĩa xích dẫn: Z (răng) 11 11 9 9 11 11

Số ngày làm/năm: K ng (ngày) 296 192 269 356 226 260

- 01 bản vẽ lắp A0 và 01 bản vẽ chi tiết theo đúng TCVN

Nội dung thuyết minh:

1 Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động

2 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:

a) Tính toán các bộ truyền ngoài (đai, xích hoặc bánh răng)

b) Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít-bánh vít).c) Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực

d) Tính toán thiết kế trục và then

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

ĐỀ BÀI BÀI TẬP LỚN 1

BÀI TẬP 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 2

BÀI TẬP 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH 5

BÀI TẬP 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG 10

BÀI TẬP 4: THIẾT KẾ TRỤC 18

A PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG 18

I TRỤC I 19

II TRỤC II 25

B KIỂM NGHIỆM THEN 31

I TRỤC I 31

II TRỤC II 31

BÀI TẬP 5: TÍNH CHỌN Ổ LĂN & NỐI TRỤC VÒNG ĐÀN HỒI 34

A TÍNH CHỌN Ổ LĂN 34

I CHỌN Ổ LĂN TRỤC I 34

II TÍNH CHỌN Ổ LĂN TRỤC II 36

B TÍNH CHỌN NỐI TRỤC VÒNG ĐÀN HỒI 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bảng 1.1 Thông số kĩ thuật của động cơ điện 3

Bảng 1.2 Động cơ và phân phối tỉ số truyền 3

Bảng 1.3 Đặc tính kĩ thuật hệ thống truyền động 4

Bảng 2.1 Thông số bộ truyền xích 9

Bảng 3.1 Thông số bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 17

Bảng 4.1 Kiêm nghiệm then trục I và trục II 32

Bảng 4.2 Moment xoắn trục I và trục II 32

Bảng 4.3 Kiểm tra hệ số an toàn trục I và trục II 33

Bảng 5.1 Kết quả tính chọn ổ lăn 39

Hình 1 Hệ thống dẫn động băng tải 1

Hình 4.1 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền 18

Hình 4.2 Phân tích lực tác dụng lên trục I 20

Hình 4.3 Phác thảo kết cấu trục I 21

Hình 4.4 Biểu đồ moment trên trục I 23

Hình 4.5 Phân tích lực tác dụng lên trục II 25

Hình 4.6 Phác thảo kết cấu trục II 27

Hình 4.7 Biểu đồ moment trên trục II 29

CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI

1.1 Hiệu suất chung của cả hệ thống

Hiệu suất chung của cả hệ thống được tính theo công thức:

Theo bảng 3.3 tài liệu [1], ta chọn: , , ,

Từ đó ta có:

1.2 Công suất cần thiết của động cơ

Công suất bộ phận công tác là xích tải được xác định theo công thức (3.4) tài liệu [1]:

Do tải trọng thay đổi theo bậc nên ta có định công suất tương đương theo công thức(3.10) tài liệu [1]:

Công suất cần thiết của động cơ được xác định theo công thức (3.11) tài liệu [1]:

1.3 Phân phối tỷ số truyền và chọn động cơ

Số vòng quay trục tang trống xích tải:

Tỉ số truyền chung xác định theo công thức (3.12) tài liệu [1]:

Trong đó - tỉ số truyền cặp bánh răng cấp nhanh và chậm;

- tỉ số truyền của bộ truyền xích

Sau khi lựa chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền ta được thông số trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Động cơ và phân phối tỉ số truyền

Động cơ Số vòng quay động cơ Tỷ số truyền chung bánh răng Bộ truyền bánh răng Bộ truyền Bộ truyền xích

1.4 Các thông số kĩ thuật của hệ thống truyền động

Theo các thông số vừa chọn ta tính toán các giá trị công suất, mo men xoắn và số vòngquay cho từng trục:

Tính toán công suất trên các trục:

Số vòng quay các trên các trục:

Moment xoắn trên các trục:

Từ các kết quả tính toán trên ta có thông số động học của hệ thống được trình bày trongbảng 1.2 bên dưới.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH

2.1 Số liệu ban đầu

truyền ; bộ truyền làm việc 3 ca

2.2 Tính toán lựa chọn xích

a) Chọn loại xích

Chọn xích ống con lăn do tải trọng trung bình và tốc độ thấp

b) Các thông số của xích và bộ truyền xích

Chọn số răng của đĩa xích dẫn theo công thức :

(răng)

Ta chọn răng

Tính số răng đĩa xích lớn theo công thức:

(răng)

Tỉ số truyền thực tế:

Sai lệch tỉ số truyền:

Xác định các hệ số điều kiện sử dụng xích K theo công thức (5.22 tài liệu [1]):

Trong đó: - hệ số tải trọng động: nếu tải trọng có va đập thì

- hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục,

thì

- hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền, khi đường nối hai tâm đĩa xích hợp với đường nằm ngang một góc nhỏ hơn 60°thì

- hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích: nếu không điều chỉnh được hoặc không có bộ phận căng xích

Chọn xích 1 dãy, cho nên

Tính công suất tính toán Pt theo công thức (5.25) tài liệu [1]:

Theo bảng 5.4 tài liệu [1] theo cột ta chọn bước xích Theo bảng 5.2 tài liệu [1] số vòng quay tới hạn tương ứng bước xích 44.45 mm là

, nên điều kiện được thỏa

Xác định vận tốc trung bình v của xích theo công thức (5.10 tài liệu [1]):

Ta chọn (giảm khoảng cách trục (0,002÷0,004)a).

c) Tính toán kiểm nghiệm

Số lần va đập trong 1 giây được xác định theo công thức 5.27 tài liệu [1]:

Theo bảng (5.6 tài liệu [1]) với bước xích ta chọn

Kiểm tra xích theo hệ số an toàn theo công thức (5.28 tài liệu [1]):

Với [s] là hệ số an toàn cho phép phụ thuộc vào số vòng quay và bước xích chọn trong bảng 5.7 tài liệu [1]

Tải trọng phá hủy ( tra theo phụ lục 4.1 tài liệu [2] với bước

Lực căng do lực ly tâm gây nên xác định theo công thức (5.16 tài liệu [1]):

Với tra theo phụ lục 4.1 tài liệu [2]

Lực căng ban đầu của xích xác định theo công thức (5.17 tài liệu [1]):

Tính lực tác dụng lên trục theo công thức (5.19 tài liệu [1]):

Trong đó: - hệ số trọng lượng xích: khi xích nằm ngang hoặc khi góc nghiêng giữa đường tâm trục và phương nằm ngang nhỏ hơn

Đường kính đĩa xích:

Từ các tính toán, thông số bộ truyền xích được trình bày dưới bảng sau

Bảng 2.1 Thông số bộ truyền xích

Tính toán thiết kế

Dạng xích Xích ốngcon lăn  Đường kính vòng chia:

Bánh dẫn d1, mm

Bánh bị dẫnd2, mm 353.72

707.44 Bước xích p c , mm 44.45 

Khoảng cách trục a , mm  1886.29 Đường kính vòng ngoài:

kiện  

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

CẤP NHANH VÀ CẤP CHẬM

A THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẶP CẤP NHANH

1 Số liệu ban đầu

Mômen xoắn trên trục của bánh dẫn Tỉ số truyền Số vòng quay

2 Chọn vật liệu và ứng suất cho phép

Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn Theo bảng 6.13 tài liệu [1], đối với bánh dẫn

ta chọn vật liệu là thép C45 nhiệt luyện bằng phương pháp tôi cải thiện độ rắn bề mặt

, đối với bánh bị dẫn ta chọn vật liệu là thép C45 thường hóa đạt độ rắn bề mặt

Ta có:

Từ đây suy ra:

(chu kì)

(chu kì) Tương tự:

(chu kì)

(chu kì)

Cho nên:

Theo bảng 6.13 tài liệu [1], giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng xác định như sau:

Tính ứng suất tiếp xúc cho phép theo công thức (6.39 tài liệu [1]):

Khi thấm nito và tôi bề mặt , do đó:

Do nên chọn Tính ứng suất uốn cho phép theo công thức (6.47 tài liệu [1]):

Trong đó: - hệ số xét đến ảnh hưởng khi quay hai chiều đến độ bền mỏi;

khi quay 1 chiều

- hệ số an toàn trung bình, tra theo bảng 6.13 tài liệu [1] ta có

3 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Theo bảng 6.15 tài liệu [1] do bánh răng nằm không đối xứng các ổ trục nên

, chọn theo tiêu chuẩn Khi đó:

Theo bảng 6.4 tài liệu [1], ta chọn

; Khoảng cách trục bộ truyền bánh răng xác định theo công thức (6.90 tài liệu [1]):

Ta chọn răng, suy ra số răng bánh bị dẫn:

răngGóc nghiêng răng:

Tỷ số truyền sau khi chọn số răng:

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

Đường kính vòng chia:

Đường kính vòng đỉnh:

Theo bảng 6.3 tài liệu [1] ta chọn cấp chính xác 8 với

Hệ số tải trọng tính theo bảng 6.6 tài liệu [1]:

;Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc theo công thức 6.55 tài liệu [1]:

Do đó độ bền tiếp xúc được thỏa.

Trong đó: - hệ số xét đến cơ tính vật liệu, nếu cặp vật liệu đều bằng thép thì

- hệ số xét đến ảnh hưởng điều kiện bôi trơn, thông thường

- hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng,

Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn:

Ứng suất uốn tính toán theo công thức (

Do đó độ bền uốn được thỏa.

Trong đó: - hệ số trùng khớp ngang,

- hệ số trùng khớp dọc,

- hệ số xét đến phân bố tải trọng không đều giữa các răng,

do

- hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám, khi phay và mài răng

- hệ số kích thước, khi tôi bề mặt và thấm nitơ thì

- hệ số độ nhạy vật liệu bánh răng đến sự tập trung tải trọng

Qua quá trình tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng được trình bày trong bảng sau

Bảng 3.1 Thông số bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Tính toán thiết kế

Khoảng cách trục a w , mm  120 Góc nghiêng răng β, độ 16.6 

Chiều rộng vành răng

Bánh dẫn b1, mm

Bánh bị dẫn b2, mm

 29

Ứng suất tiếp xúc

uốnỨng suất uốn σ F 2 , MPA  205.71 5959

B THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG CẶP CẤP CHẬM

1 Số liệu ban đầu

Mômen xoắn trên trục của bánh dẫn Tỉ số truyền Số vòng

2 Chọn vật liệu và ứng suất cho phép

Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn Theo bảng 6.13 tài liệu [1], đối với bánh dẫn

ta chọn vật liệu là thép 40Cr tôi bề mặt đạt độ rắn bề mặt , đối với bánh bị

dẫn ta chọn vật liệu là thép 40Cr tôi thể tích đạt độ rắn bề mặt

Số chu kì làm việc cơ sở:

chu kì

chu kì

(chu kì)Tương tự:

(chu kì)

(chu kì)

Cho nên:

Theo bảng 6.13 tài liệu [1], giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng xác định như sau:

Tính ứng suất tiếp xúc cho phép theo công thức (6.39 tài liệu [1]):

Khi tôi cải thiện , do đó:

Chọn Tính ứng suất uốn cho phép theo công thức (6.47 tài liệu [1]):

Trong đó: - hệ số xét đến ảnh hưởng khi quay hai chiều đến độ bền mỏi;

khi quay 1 chiều

- hệ số an toàn trung bình, tra theo bảng 6.13 tài liệu [1] ta có

3 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Theo bảng 6.15 tài liệu [1] do bánh răng nằm đối xứng các ổ trục nên ,

chọn theo tiêu chuẩn Khi đó:

Theo bảng 6.4 tài liệu [1], ta chọn

; Khoảng cách trục bộ truyền bánh răng xác định theo công thức (6.90 tài liệu [1]):

Môđun răng

Theo tiêu chuẩn ta chọn

Tổng số răng răng

Số răng bánh dẫn:

răng

Tỷ số truyền sau khi chọn số răng:

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

Đường kính vòng chia:

Đường kính vòng đỉnh:

Khoảng cách trục:

Chiều rộng vành răng:

- Bánh bị dẫn:

- Bánh dẫn:

Vận tốc vòng quay bánh răng:

Theo bảng 6.3 tài liệu [1] ta chọn cấp chính xác 9 với

Hệ số tải trọng tính theo bảng 6.5 tài liệu [1]:

; Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc theo công thức 6.63 tài liệu [1]:

Do đó độ bền tiếp xúc được thỏa

Trong đó: - hệ số xét đến cơ tính vật liệu, nếu cặp vật liệu đều bằng thép

thì

- hệ số xét đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc

- hệ số xét đến tổng chiều dài tiếp xúc,

- hệ số ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

- hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng, khi thì

- hệ số xét đến ảnh hưởng điều kiện bôi trơn, thông thường

- hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng,

Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn:

Ứng suất uốn tính toán theo công thức:

- hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám, khi phay và mài răng

- hệ số kích thước, khi tôi bề mặt và thấm nitơ thì

- hệ số độ nhạy vật liệu bánh răng đến sự tập trung tải trọng

Từ các tính toán trên, thông số bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được trình bày trong bản sau

Bảng 3.1 Thông số bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Chiều rộng vành răng

Bánh dẫn b1, mm

Bánh bị dẫn b2, mm

 42.8

Ứng suất uốn σ F 1 , MPa 285.71    264.87 Thỏa độ bền

uốn

C KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC

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

1 Mức dầu ngập thấp nhất (0.75÷2) chiều cao răng của bánh răng 2 (nhưng ít nhất 10mm)

2 Khoảng cách giữa mức dầu thấp nhất và cao nhất

3 Mức dầu cao nhất không được ngập quá 1/3 bán kính bánh răng 4 ( )

Tổng hợp ba điều kiện trên thì để đảm bảo điều kiện bôi trơn phải thỏa mãn bất đẳng thứcsau:

nếu

nếu

Hình 4.1 Bôi trơn hộp giảm tốc bằng bể chứa dầu

Đối với hộp giảm tốc ta đang khảo sát do , cho nên ta sử dụng bất đẳng thức :

Do đó hộp giảm tốc đang khảo sát thỏa mãn điều kiện bôi trơn

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TRỤC

A PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG

Hình 4.1 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền

Lực tác dụng lên bộ truyền xích:

Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng răng nghiêng:

Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng răng thẳng:

Lực tác dụng lên nối trục

Theo bảng 16 – 1 tài liệu [3], ta chọn

Moment xoắn tính toán:

Ta dùng nối trục vòng đàn hồi, theo phụ lục 11.6 tài liệu [2], ta chọn

Hình 4.2 Phân tích lực tác dụng lên trục I

Chọn vật liệu trục là thép C45, chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép ,

Xác định đường kính sơ bộ trục theo công thức 10.5 tài liệu [1]:

Theo tiêu chuẩn ta chọn

Chọn kích thước dọc trục theo bảng 10.4 tài liệu [3]:

Vẽ biểu đồ moment uốn và xoắn

Trong mặt phẳng nằm ngang , phương trình cân bằng moment:

, Suy ra:

Phương trình cân bằng lực theo trục :

Trong mặt phẳng thẳng đứng , vì và nằm đối xứng hai ổ nên ta có:

Moment do lực dọc trục gây ra:

chọn

chọn

chọn

chọn

Hình 4.4 Biểu đồ moment trục I

Các biểu đồ moment thì tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí D

Moment uốn tại D:

Moment xoắn tại D:

Ta bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc trục nên ứng suất pháp tại tiết diện này thay đổi theo chu kì đối xứng với biên độ:

Do đường kính trục tại C và D khá lớn so với bánh răng tại trục I nên ta thiết kế bánh răng liền trục

Khi đó:

Ứng suất xoắn:

Trong đó moment cản xoắn:

Khi ứng suất thay đổi theo chu kì mạch động:

Theo bảng 10.4 tài liệu [1] ta chọn và

Hệ số và tra theo hình (2.11 tài liệu [1]).

Hệ số tra theo hình 2.10 tài liệu [1]

Xác định hệ số an toàn tại D theo công thức:

Hình 4.5 Phân tích lực tác dụng lên trục II

Chọn vật liệu trục là thép 40Cr, chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép

Xác định đường kính sơ bộ trục theo công thức

Theo tiêu chuẩn ta chọn

Chọn kích thước dọc trục

Vẽ biểu đồ moment uốn và xoắn

Trong mặt phẳng thẳng đứng , vì và và nằm đối xứng với hai ổ, nên:

Trong mặt phẳng nằm ngang , vì lực nắm đối xứng với hai ổ, nên:

chọn

chọn

chọn Tại A và B chọn

Các biểu đồ moment thì tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí D nhưng tại D là bánh răng liềntrục nên ta tiến hành kiểm tra tại C và E

Moment uốn tại D:

Moment xoắn tại E:

Ta bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc trục nên ứng suất pháp tại tiết diện này thay đổi theo chu kì đối xứng với biên độ:

Khi ứng suất thay đổi theo chu kì mạch động:

Theo bảng 10.6 tài liệu [1] ta chọn với , Theo bảng 10.4 tài liệu [1] ta chọn và

Hệ số và tra theo hình (2.11 tài liệu [1])

Hệ số tra theo hình 2.10 tài liệu [1]

Xác định hệ số an toàn tại D theo công thức:

Hình 4.5 Phân tích lực tác dụng lên trục II

Chọn vật liệu trục là thép 40Cr, chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép

Xác định đường kính sơ bộ trục theo công thức

Theo tiêu chuẩn ta chọn

Chọn kích thước dọc trục

Vẽ biểu đồ moment uốn và xoắn

Trong mặt phẳng thẳng đứng , phương trình cân bằng moment: