Thuyết minh Đồ án chi tiết máy tính toán và thiết kế hộp giảm tốc bánh trục vít – bánh vít

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC BÁNH TRỤC VÍT – BÁNH VÍT NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ... BỘ GIÁO DỤC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC BÁNH TRỤC VÍT – BÁNH VÍT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

Tp Cần Thơ, tháng 3 năm 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Lớp: DH22OTO09

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

HỘP GIẢM TỐC BÁNH TRỤC VÍT – BÁNH VÍT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

Tp Cần Thơ, tháng 3/2024

YÊU CẦU ĐỀ TÀI, HÌNH ẢNH GV CUNG CẤP:

Bảng phân công nhiệm vụ nhóm 16.1

NHẬN XÉT CỦA GV HƯỚNG DẪN

I VỀ HÌNH THỨC

………

………

………

………

………

………

………

II VỀ NỘI DUNG ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

III KẾT LUẬN Đạt: ………

………

………

………

LỜI NÓI ĐẦU

Với nhiều sự nỗ lực và cố gắng của bản thân, đến nay Đồ án chi tiết máy về tính toán và thiết kế hộp giảm tốc trục vít – bánh vít của nhóm 6.1 đã hoàn thành Để hoànthành được đồ án này nhóm chúng tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của quý thầy cô, bạn bè … Để tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, nhóm 6.1 xin chân thành cảm ơn

Thiết kế Đồ án Chi tiết máy là môn học cơ bản của ngành cơ khí nói chung cũng như Công Nghệ Kỹ Thuật ÔTÔ nói riêng, môn này giúp sinh viên rèn luyện cũng như có cái nhìn cụ thể, thực tế hơn với những kiến thức mà chúng ta được học chắc chắn sẽ giúp chúng ta có được nền tảng cơ bản về khối ngành Cơ Khí

Đề tài mà chúng em nhận được là Tính toán và thiết kế hộp giảm tốc bánh trục vít – bánh vít và nhiệm vụ của nhóm 6.1 là tính động cơ ,sau đó chuyền động qua đai dẹt tiếp đến chuyền động qua trục vít – bánh vít

Trong quá trình tính toán và thiết kế, chúng em đã tham khảo tài liệu sau:

1 Giáo trình Đồ án thiết kế máy

2 Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí Tập 1 ( Trịnh Chất – Lê Văn Uyển)

3 Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí Tập 2 ( Trịnh Chất – Lê Văn Uyển)

Do đây là lần đầu tiên làm quen với công việc tính toán và thiết kế chi tiết máy cùng với sự hiểu biết còn hạn chế nên nhóm chúng em không tránh thoát được sự thiếu sót

Em kính mong nhận được sự giúp đỡ cũng như chỉ dẫn của thầy để chúng em có thể ngày càng phát triển và ngày càng tiến bộ hơn

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

NHÓM 6.10

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GV HƯỚNG DẪN i

LỜI NÓI ĐẦU ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

PHẦN I 1

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 1

1 Tính chọn động cơ điện 1

1.1 Chọn kiểu loại động cơ 1

1.2 Chọn công suất động cơ 1

1.3 Chọn tốc độ đồng bộ động cơ 1

1.4 Chọn đồng bộ thực tế 1

1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ 2

2 Phân phối tỉ số truyền 2

2.1 Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc 2

2.2 Tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc 2

3 Tính toán các thông số trên các trục 2

3.1 Tính công suất trên các trục 2

3.2 Tính số vòng quay trên các trục 2

3.3 Tính mô men xoắn trên các trục 2

3.4 Lập bảng kết quả 2

PHẦN II THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG 3

2.1 Thiết kế bộ truyền đai (hoặc xích) 3

2.1.1 Tiểu mục 3

1.1.2 Tiểu mục 3

2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng (hoặc trục vít - bánh vít) cấp nhanh 4

2.2.1 Tiểu mục 4

2.2.2 Tiểu mục 4

2.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng (hoặc trục vít - bánh vít) cấp chậm 4

2.3.1 Tiểu mục 4

2.3.2 Tiểu mục 4

2.4 Kiểm tra điều kiện bôi trơn cho hộp số giảm tốc 5

2.4.1 Tiểu mục 5

2.4.2 Tiểu mục 5

2.5 Kiểm tra điều kiện chạm trục 5

2.5.1 Tiểu mục 5

2.5.2 Tiểu mục 5

2.6 Kiểm tra sai số vận tốc 5

2.6.1 Tiểu mục 5

2.6.2 Tiểu mục 5

PHẦN III THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ NỐI 6

3.1 Thiết kế trục 6

3.1.1 Tính trục theo độ bền mỏi 6

3.1.1.1 Tính sơ bộ 6

3.1.1.2 Tính gần đúng 6

3.1.1.3 Tính chính xác 6

3.1.2 Tính trục theo độ bền tĩnh (tính quá tải) 6

3.1.3 Tính độ cứng cho trục 7

3.2 Tính chọn ổ lăn 7

3.2.1 Chọn phương án bố trí ổ 7

3.2.2 Tính ổ theo khả năng tải động 7

3.2.3 Tính ổ theo khả năng tải tĩnh 7

3.3 Tính chọn khớp nối 7

3.4 Tính chọn then 7

3.2.1 Tính chọn then cho trục I 7

3.2.2 Tính chọn then cho trục II 7

3.2.3 Tính chọn then cho trục III 7

PHẦN IV CẤU TẠO VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ LẮP TRONG HỘP 8

4.1 Thiết kế các kích thước của vỏ hộp 8

4.1.1 Tiểu mục 8

4.1.1.1 Tiểu mục 8

4.1.1.2 Tiểu mục 8

4.1.2 Tiểu mục 8

4.2 Thiết kế các chi tiết phụ (chốt định vị, que thăm dầu, bu lông vòng, )8

4.2.1 Tiểu mục 8

4.2.2 Tiểu mục 8

4.2.2.1 Tiểu mục 8

4.2.2.2 Tiểu mục 8

4.3 Chọn các chế độ lắp trong hộp 9

4.3.1 Tiểu mục 9

4.3.2 Tiểu mục 9

4.3.2.1 Tiểu mục 9

4.3.2.2 Tiểu mục 9

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 10

TÀI LIỆU THAM KHẢO 11

PHỤ LỤC 14

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 HAWT Horizontal xis ind A W Turbine

2 VAWT Vertical xis ind A W Turbine

4 MPPT Maximum ower oint P P Tracking

5 PWM Pulse idth W Modulation

6 NACA National dvisory ommittee for A C Aeronautics

7 BMS Battery anagement M System

9 LiPo Lithium-Ion Polymer

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1: So sánh tuabin HAWT và VAWT 22

Bảng 3.1: Quan hệ độ cong (m) và vị trí độ cong (p) trên cánh NACA 5 số [43] .58

Bảng 4.1: Vận tốc gió trung bình tháng và năm (m/s) tại TPHCM [9] 60

Bảng 4.2: Tọa độ biên dạng cánh NACA 2412 nửa cánh bên trái 66

Bảng 4.3: Tọa độ biên dạng cánh NACA 2412 nửa cánh bên phải 67

Bảng 4.4: Simulation Properties 69

Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng 71

Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển sạc Hybrid Controler MPPT 300W102 Bảng 4.7: Thông số vận hành khi không tải 102

Bảng 4.8: Thông số vận hành khi có tải 103

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1: Hệ thống trụ đèn chiếu sáng cho cầu vượt 1

Hình 1.1: Kết cấu chung của trụ đèn chiếu sáng 3

Hình 1.2: Trụ đèn cao áp 4

Hình 3.1: Khí động học cánh rotor [21] 6

PHẦN I

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

Hình 1a: hộp giảm tốc trục vít/ bánh vít Hình 1b: động cơ 4A100L2Y3

1.1 Chọn kiểu loại động cơ

Chọn động cơ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán và thiết kế máy, vì

bộ giảm tốc và động cơ biệt lập nên việc chọn đúng loại động cơ ảnh hưởng rất nhiềuđến việc thiết kế hộp giảm tốc cũng như bộ truyền ngoài hộp

Muốn chọn đúng động cơ cần cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi sử dụng củatừng loại và chú ý đến các yêu cầu cụ thể của thiết bị cần dẫn động

Để chọn được động cơ thì ta phải biết 2 thông số:

Thông số thứ nhất là P (công suất cần thiết trên trục động cơ)ct

Thông số thứ hai là n (số vòng quay sơ bộ trên động cơ)sb

Sau khi đã biết được cả 2 thông số Pct và nsb chúng ta tiến hành tra bảng sẽ tìmđược động cơ phù hợp

1.2 Chọn công suất động cơ ( P ) ct

Để biết được công suất cần thiết trên trục động cơ (P ) chúng ta cần biết côngct suất của bộ phận làm việc (P ) và công suất mất mát (P ) qua hệ thống chuyển độnglv mm

Trong đó F: lực kéo của băng tải hoặc xích tải

V: vận tốc của băng tải hoặc xích tải

là hiệu xuất của hệ thống chuyển động,Ƞ

Với được tính là tích của hiệu suất thành phần.Ƞ

Ƞ Ƞ= ol

4

× Ƞ k × Ƞ đ × Ƞ tv bv/Tra bảng trong sách hướng dẫn ta được:

Ƞ=0,99 4× 0,992× 0,95 ×0,3 0,27= Vậy công suất cần thiết được tính:

P ct ≥ P lv+ Pmm= P lv

Ƞ=1,3750,27=5,1kW

Như vậy: công suất của bộ phận làm việc

Plv chỉ cần 1,375kW nhưng công suất động cơ yêu cầu tối thiểu P phải làct5,1kW sự tăng công suất này là do mất mát qua hệ thống chuyển động

Công suất mất mát (P mm) được xác định bởi công thức:

P mm=(1

Ƞ−1) P lv=( 1

0,27 −1)×1,375 =3,71 kW

Lưu ý : - Liệt kê đủ các hiệu suất thành phần.

-Phân tích kỹ điều kiện làm việc ban đầu của hệ thống chuyển động làđiều kiện hở hay điều kiện kín

1.3 Chọn tốc độ đồng bộ động cơ (n ) sb

Để xác định được số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ chúng ta phải biết sốvòng quay trên trục làm việc (n ) được xác định bởi công thức:lv

n sb=nlv u c(1)Trong đó: n : số vòng quay trên trục làm việclv

U : tỉ số chuyền chung của hệ.c

Số vòng quay làm việc được tính bằng số liệu đầu bài cho:

n lv=60000.V

π D =60000×1,25

π ×300 =79,58(v / p)

Trong đó: V: là vận tốc băng tải

D: là đường kính tang băng tải

Đối với tỉ số chuyền chung của hệ u được tính bằng tích của tỉ số của bộ truyềncngoài và tỉ số truyền của bộ truyền trong

n sb =n lv u c=79,58×(20÷ 120)=(1591 9548÷ )

Vậy chúng ta chọn n 1500v/psb

1.4 Chọn đồng bộ thực tế:

Chúng ta đã xác định được công suất cần thiết trên trục động cơ P =5,1kW vàct

số vòng quay sơ bộ trên trục đồng cơ n =1500 v/psb

Tra bảng:

Bảng P.13: sách Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí Tập 1

( Trịnh Chất – Lê Văn Uyển)/trang 236

Dựa vào bảng trên ta có thể chọn được động 4A112M4Y3

1.5 Các thông số động cơ bản của động cơ đã chọn:

Bảng P1.7: sách Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí Tập 1

( Trịnh Chất – Lê Văn Uyển)/trang 241

- Ở bảng trên ta tra bảnh động cơ 4A112M cần chú ý các thông số:

Kích thước khối của động cơ kích thước dài nhất l30=452mm

Động cơ: 4A112M4Y3; P =5,5kW, n =1500v/p, n =1425v/p, Tdc sb dc k/T =2dn

a Điều kiện mở máy:

Khi mở máy moment tải không được vượt quá moment khởi động của độngcơ(T<Tk) nếu không động cơ sẽ không chạy Trong catalog của động cơ đềucho tỷ số Tk/Tdn, đó cũng là một số liệu tham khảo khi chọn nhãn hiệu cho động

cơ, với điều kiện:

Vậy động cơ thoả mãn yêu cầu mở máy

b Kiểm tra động cơ theo các điều kiện làm việc:

Điều kiện: Tmaxqldc< [T ]; [Tdc dc]= Ƞ.2.T

Theo số liệu động cơ đã chọn có [T¿¿dc ]=19,9 m/ s¿ >T maxqldc =47,8 m/ s

Vậy động cơ đạt các yêu cầu làm việc

u c= dc

n lv

=142579,58 =18

2.1 Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc

Do đường kính bánh răng đai trong bộ chuyền đai được tiêu chuẩn hoá do đó

để tránh độ sai lệch tỉ số truyền không quá một giá trị cho phép (≤ 4 %) nên chọn uđtheo dãy sau (ương ứng với dãy đường kính tiêu chuẩn):

2 ; 2,24 ; 2,5 ; 2,8 ; 3,15 ; 3,56 ; 4 ; 4,5 ; 5Chọn tỉ số chuyền cho bộ chuyền ngoài: u đ=2,8

2.2 Tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc

Vậy: u tv bv/ =u c

u đ

=182,8 =6,43

3.1 Tính công suất trên các trục

Công suất trên trục 2 sẽ tính từ công suất trên trục công tác chia cho hiệu suất

từ trục công tác lên trục 2:

P2= P lv

Ƞ ol × Ƞ k

= 1,3750,99×0,99=1,4 kW

Công suất trên trục 1 sẽ tính từ công suất trên trục 2 chia cho hiệu suất từ trục 2lên trục 1:

3.2 Tính số vòng quay trên các trục

Trục 1: n1=n dc

u =1425

2,8 ≈ 509 v / p

Trục 2: n2= 1

u tv /bv

=5096,43≈ 79,16 v/pTrục công tác: n ct=n2

u k=79,16

1 ≈ 79,16 v/pKiểm tra sai số trục công tác: ∆ u=79,57 79,16−

79,57 ×100 0,52%=Sai số ¿ 4 % vậy thoả với điều kiện sai số cho phép

3.3 Tính mô men xoắn trên các trục

Moment xoắn theo các trục được tính theo công thức sau:

PHẦN II.

THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG

2.1 Thiết kế bộ truyền đai:

Hình 1.1: Bộ truyền đai

Truyền động đai được dùng để truyền động giữa các trục xa nhau Đai đượcmắc lên hai bánh với lực cảng ban đầu F , nhờ đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt0tiếp xúc giữa đai và bánh đai và nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi

Nhờ đai có độ dẻo, bộ truyền làm việc êm, không ổn, thích hợp với vận tốc lớn Chỉ tiêu về khả năng làm việc của truyền động đai là khả năng kéo và tuổi thọcủa đai

Thiết kế truyền động đai gồm các bước :

 Chọn loại đai

 Xác định các kích thước và thông số bộ truyền

 Xác định các thông số của đai theo chỉ tiêu về khả năng kéo của đai và về tuổithọ

 Xác định lực căng đai và lực tác dụng lên trục

2.1.1 Chọn loại đai:

Trong công nghiệp, người ta sử dụng các loại đai dẹt sau đây: đai da, đai vải cao su, đai vải bông và đai sợi tổng hợp Đai da có độ bền mòn cao, chịu va đập tốt nhưng không dùng được ở nơi có axit hoặc ẩm ướt, giá thành lại đắt nên ít dùng Đai vải cao

su gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hóa, được xếp từng lớp cuộn từng vòng kín hoặc cuộn xoắn ốc Nhờ các đặc tính: bền, dẻo, ít bị ảnh hưởng của độ ẩm và sựthay đổi nhiệt độ, đai vải cao su được dùng khá rộng rãi Đai sợi bông nhẹ, mềm, thích hợp với bánh đai đường kính nhỏ và với vận tốc lớn nhưng khả năng tải và tuổi thọ thấp Đai sợi len nhờ có độ đàn hồi tốt nên chịu được tải trọng va đập, đồng thời cũng ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm, axit, tuy nhiên khả năng tải lại thấp hơn các loại đai khác Các loại đai dẹt trên đây được chế tạo thành những cuộn dài, sốlớp, chiều rộng b và chiều dày δ của đai được tiêu chuẩn hóa Chọn loại đai nào là tùythuộc vào điều kiện làm việc cụ thể (công suất, vận tốc, môi trường làm việc, ) Hiện nay, đai vải cao su và đai sợi tổng hợp được dùng nhiều hơn cả

Hình 1.2: bộ truyền đai dẹt

-Thông số yêu cầu:

P1=P =5,1(kW)dc

T =T =34179(N.mm)1 dc

N =n =1425(v/p)1 dc

u =u =2,81 d

1 Chọn Vật liệu và bề dày dây đai: ( bảng 4.1)

-Chọn dạng đai là đai dẹt với vật liêu đai là vải cao su

2 xác thông số của bộ truyền:

n1 – số vòng quay của bánh chủ động (v/ph);

T1 – mômen xoắn trên trục bánh đai nhỏ (mm)

Chọn d1 theo tiêu chuẩn: 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180,

,225, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500,560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1250, 1400,

1600, 1800, 2000 và phải lớn hơn dmin ghi trong bảng 4.6

Theo tiêu chuẩn ta chọn d2=500

Trị số của d2 cũng nên lấy theo tiêu chuẩn Từ d1, d2 tiêu chuẩn cần tính lại tỉ sốtruyền thực tế của bộ truyền đai và số vòng quay thực của bánh đai lớn Sai số về tỉ sốtruyền không được vượt quá 3 đến 4%

Tỉ số truyền thực tế của bánh đai lớn: u= d2

d1(1−ε)=

500

180(1 0,01− )=2,81Sai số so với tỉ số truyền ban đầu:

∆ u=2,81 2,8−

2,81 × 100 0,35= < ¿ (3% - 4%) ( đạt yêu cầu)

5.chọn khoảng cách trục a theo điều kiện:

15m≥ a ≥ 1,5(d1+ d2)=1,5 ×(180 500+ )=1020 mmChọn a bằng 1020 mm

Trong đó : i là số lần uốn của đai trong 1 giây i≤ i max=(3÷ 5)

8 Kiểm tra lại số vòng chạy i của đai trong 1 giây:

9 Tính góc ôm đai α1 của bánh đai nhỏ theo công thức:

Góc ôm α1 trên bánh đai dẫn tính theo công thức:

điều kiện góc ôm đối với đai vải cao su :α1=162,11° ≥150°(đạt yêu cầu)

Khi cần thiết tăng góc ôm đai thì ta tăng khoảng cách trục a hoặc sử dụng bánh căngđai

Xác định tiết diện đai dẹt:

Diện tích tiết diện đai dẹt được xác định từ chỉ tiêu về khả năng kéo của đai\

Chiều dài đai δ được chọn theo tỉ số δ /d1sao cho trị số này không vượt quá một trị sốcho phép nhầm hạn chế sinh ra ứng suất uốn trong đai và tăng tuổi thọ cho đai

δ /d1≤ (δ/d1)max Trị số (δ /d1)maxcho trong (bảng 4.8) theo trị số nên dùng này vàđường kính d chọn 1 δ theo (bảng 4.1)

Trong đó:

[σ F]0 ứng suất có ích cho phép xác định bằng thực đối với các loại đai được xác địnhtheo công thức: [σ F]0=k1−k2δ

d1

Với k và k là số số (bảnh 4.9) phụ thuộc vào ứng suất cân bằng ban đầu 1 2 σ0

Để chọn ứng suất căng ban đầu có thể dựa vào hướng dẫn sau đây:

Đối với đai vải cao su: σ0=1,6 MPa ta chọn được k và k theo (bảng 4.9):1 2

C α hệ số kể đến ảnh hưởng bởi góc ôm α1 của bánh đai nhỏ đến khả năng kéo của đaitra ( bảng 4.10):

Với α1=162 ° ta chọn được hệ số C α=0,94

C vhệ số kể đến ảnh hưởng của lực li tâm đến độ bám của đai trên bánh đai, trị số C vtra

trong (bảng 4.11):

Với vận tốc v=13,43m/s ta tra được C v=0,95

C0 hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền trong không gian và phương pháp căngđai, trị số cho trong (bảng 4.12):

2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng (hoặc trục vít - bánh vít) cấp nhanh

Nội dung thuyết minh

Điều kiện

2.2.1 Tiểu mục

Nội dung thuyết minh

2.2.2 Tiểu mục

Nội dung thuyết minh

2.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng (hoặc trục vít - bánh vít) cấp chậm

Nội dung thuyết minh