Môn học Đồ Án thiết kế máy thuyết minh tính toán Đồ Án thiết kế máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY MÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THUYẾT MINH TÍNH TOÁN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY HỌC KỲ 1 – NĂM HỌ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

MÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY

HỌC KỲ 1 – NĂM HỌC 2023 - 2024

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Phan Anh

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Nam

MSSV: 21146273

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2023

D

Trường ĐHSPKT TP.HCM

Khoa : Cơ khí Chế tạo máy

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY, MMH: MDPR310423

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÙNG TRỘN

Đề số: 03 Phương án: 5

SVTH: Nguyễn Hoàng Nam

GVHD:Nguyễn Phan Anh

Ngày nhận đề:

MSSV:21146273 Chữ ký:

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:

II YÊU CẦU

1 01 bản thuyết minh tính toán (tóm tắt)

2 01 bản vẽ chi tiết (khổ A3, vẽ chì)

4 Nộp file mềm (thuyết minh, bản vẽ) trên trang Dạy học số

III NỘI DUNG THUYẾT MINH

1 Tính toán công suất và tốc độ của trục công tác

2 Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

3 Tính toán các bộ truyền:

4 Tính toán thiết kế trục - then

6 Tính toán vỏ hộp, xác định kết cấu các chi tiết máy, chọn khớp nối và các chi tiết phụ

7 Lập bảng dung sai lắp ghép

IV TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

07-09 - Tính toán thiết kế trục và vẽ kết cấu trục - then

PHẦN 01: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ TRỤC CÔNG TÁC 1.Tính toán số liệu

Thông số đầu vào:

Năng suất trộn Q (kg/h): 16000Đường kính (trong) thùng trộn D: 0,55 (m)Trọng lượng vật liệu trong thùng Gv(N): 2200Góc nâng vật liệu α: 84 (độ) = 7π/15 (rad)Các hệ số: φ = 1/3; m= 1/3; K= 200

Góc nghiêng của thùng so với phương ngang  = 3

Vật liệu trộn có khối lượng riêng  =1300 kg/m3

Trong đó: F t = 𝜋 D2/4 =π 0 ,552/4= 0,23758294 (m2) là tiết diện ngang của thùng

c Công suất cần cung cấp cho thùng:

P3 (kW): công suất mất mát do ma sát ở ổ trục thùng trộn

P3 = 0,1(P1 + P2) =0,1.( 1,99057+3,241132)=0,524128064

2 Phân phối tỉ số truyền

5.765408709

3.465163556

PHẦN 03: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

1 Thông số đầu vào

Công suất trên trục đĩa xích dẫn P1=P2 = 6,261984043 kWTốc độ quay trên trục đĩa xích dẫn n1=n2 = 267,8571429 v/ph

Tỉ số truyền u =u x = 3,4651635556Điều kiện làm việc: Có bụi

2 Trình tự thực hiện

a Chọn loại xích: Xích ống con lăn

b Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích

Chọn số răng đĩa xích :

z2=u z1 =76,47502618= ¿Chọn 82 < 120 răng (công thức 5.1)

u2 = z2/ z1=3.28Thông số theo bảng 5.6:

Công suất cho phép [P]=19,3 kWCông suất tính toán

Vì chọn 2 dãy xích nên công suất tính toán: 4,469337631 kW

Bước xích p = 31,75 mmĐường kính chốt d c =9 ,55 mmChiều dài ống B = 27,46 mm

a¿=0 ,25 p {x c −0 ,5(z2+z1)+ √ ¿¿}

a¿=965,080782 mm

k¿k0k a k đc k bt k đ k c

Lực vòng F t =1000 P/v=1767,16148 N

v =n z1 p/60000= 3,54352679Lực căng do lực li tâm sinh ra F v =q1 v2= 91,663 NLực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh raF0= ¿9.81*k f qa = 276,42618 N

Đường kính vòng chia đĩa xích nhỏ d1 253,32467 mm

Đường kính vòng chia đĩa xích lớn d2 828,922558 mm

Số dãy xích z 2

PHẦN 4: BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

1 Thông số đầu vào

Công suất trên trục đĩa xích dẫn P1=P1 = 6, 520862276 kWTốc độ quay trên trục đĩa xích dẫn n1=n1 = 750 v/ph

Tỉ số truyền u =u br = 2,8

Mô men xoắn trên trục bánh răng dẫn T1=T1 = 83032,31298 Nmm

Thời gian làm việc Lh = 18000 h

2 Trình tự tính toán

a Chọn vật liệu bánh răng

Bánh răng dẫn:

+ Vật liệu: C45+ Nhiệt luyện: Tôi cải thiện+ Độ cứng HB: 210

+ Giới hạn bền: 850 Mpa (bảng 6.1)+ Giới hạn chảy: 580 Mpa (bảng 6.1)Bánh răng bị dẫn:

+ Vật liệu: C45+ Nhiệt luyện: Thường hóa+ Độ cứng HB: 190

+ Giới hạn bền: 600 Mpa (bảng 6.1)+ Giới hạn chảy: 340 Mpa (bảng 6.1)

b Xác định ứng suất cho phép

+ Chọn độ cứng:

HB1: 210HB2: 190+ Ứng suất tiếp xúc cho phép (công thức 6.1):

[σ H 1]=σ0Hlim 1

K HL /S H = 445,4545455

[σ H 2]=σ0Hlim 2

K HL /S H = 409,0909091Trong đó: Theo bảng 6.2

σ0Hlim 1

=490

σ Hlim 20 =450

S H =1,1 (bảng 6.2)(công thức 6.5)

N HO 1 =30 H HB 1

2 , 4 = 30.2502 , 4 = 11231753,46

N HO 2 =30 H HB 2

2 , 4 = 30.2352 , 4 = 8833440,68(công thức 6.6)

N FO 1= 4000000

N FO 2= 4000000(công thức 6.6)

3 Trường hợp bánh răng côn răng thẳng

a Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài: (công thức 6.52a)

R e =K R√u2+1 3

√T1K Hβ/ ¿¿ = 149,6764407Trong đó:

δ1= ¿19 độ 39 phút 13,77 giây

δ2= ¿70 độ 20 phút 46,23 giây

f Xác định đường kính trung bình và chiều dài côn ngoài

Đường kính trung bình: 87,5 mmChiều dài côn ngoài: 148,6606875 mm

g Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc (công thức 6.58)

Hệ số ảnh tính tới độ nhám bề mặt làm việc răng Z r=1

Hệ số ảnh hưởng tính tới kích thước của bánh răng Z x=1

h Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc (công thức 6.65 và 6.66)

K qt=1

j Lực tác dụng khi ăn khớp

d a 2 =d e 2 +2h ae 2 cos δ2 = 282,6906912 mmChiều cao răng ngoài: h e =2h te m te +c=8.8

4 Tổng hợp kết quả tính toán

PHẦN 5: KHỚP NỐI TRỤC

Thông số đầu vào

Mômen danh nghĩa T: 83032,313 N.mm

Hệ số an toàn k: 2Mômen xoắn T t: 166064,626 N.mmỨng suất trục cho phép [τ ]: 15Đường kính trục d: 38,1111417Tra bảng 5.2 chọn nối trục vòng đàn hồi:

Mômen xoắn T t: 250 N.mĐường kính trục d: 40 mm

PHẦN 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

Thông số đầu vào

Lực tác dụng từ bộ truyền xích F rx= 2032.235703 (N)

Góc nghiên bộ truyền xích α = 30 (độ)Lực nối trục (lực hướng tâm) F rkn= ¿ 632.6271465 (N)Lực vòng bộ truyền bánh răng F t 1 =F t 2= ¿ 1897.881439 (N)Lực hướng tâm bộ truyền bánh răng F r 1 =F a 2= ¿ 650.5292754 (N)

Lực dọc trục bộ truyền bánh răng F a 1 =F r 2= ¿ 232.3318841 (N)

Đường kính trung bình bánh dẫn d m 1= 87,5 (mm)Đường kính trung bình bánh bị dẫn d m 2= 245 (mm)

1.Chọn vật liệu chế tạo trục

vật liệu Nhiệt luyện Độ cứng HB Giới hạn bền δb Giới hạn chảy δch

√ T2

0 ,2.[τ2] = 37,02142574 = 40 (mm)

Trong đó theo bảng 10.2:

Mô men xoắn trục dẫn T1= 83032.313 (N.mm) với [τ1] = 18

Mô men xoắn trục bị dẫn T2= 223260,604 (N.mm) với [τ2] = 22

4 Tính khoảng các gối đỡ và điểm đặt lực

Chiều rộng ổ lăn chọn theo bảng 10.2

b o 1=19

b o 2=23

Chiều dài mayo bánh răng côn trục I: l m13 = 36 mmChiều dài mayo khớp nối trục I: l m 12 = 42 mmChiều dài mayo bánh răng côn trục II: l m 23 = 48 mmChiều dài mayo dĩa xích trục II: l m 22 = 48 mmKhoảng cách k1,⁡ k2, k3, h n ⁡chọn theo bảng 10.3

k1 = 15

k2 = 10

k3 = 20

h n = 20Khoảng côngxôn (khoảng chìa) trục I:

l c 12 =0 ,5.(l m 12 +b o 1)+k3+h n = 70,5 mmKhoảng côngxôn (khoảng chìa) trục II:

l c 22 =0 ,5.(l m 22 +b o 2)+k3+h n = 75,5 mm

5.Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

Trục IMômen: M=F a 1 . d m 1

Oyz:

Trục IIMômen: M=F a 2 . d m 2

Chiều dài mayor ở bánh răng D: l tD: 32 mm

Mối ghép then làm cố định làm với tải trọng va đập nhẹ nên:

[σ d]=100[MPa]

[τ d]=30[MPa]Kiểm tra điều kiện độ bền dập và độ bền cắt của then tại khớp nối A

Chiều rộng b: 10 mmChiều cao h: 8 mmChiều sâu rãnh then trên trục t1: 5 mmChiều dài mayor ở bánh răng A: l tA: 45 mm

Chiều dài mayor ở bánh xích D: l tD: 45 mm

Mối ghép then làm cố định làm với tải trọng va đập nhẹ nên:

[σ d]=100[MPa]

[τ d]=30[MPa]Kiểm tra điều kiện độ bền dập và độ bền cắt của then tại bánh bị dẫn răng A

=>Then tại D thỏa điều kiện độ bền dập và độ bền cắt

7.Tính toán kiểm nghiệm

a.Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Trục I:

Giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng đối với thép cacbon là:

σ−1=0.436 σ b =370 ,6[MPa]

τ−1=0.58 σ−1=214,948[MPa]Theo bảng 10.6 ta tính được moment cảm uốn của trục là:

Tại B:

W B=π ⋅ d B

3

32 =2650,718801[N mm]Tại C:

3

32 =2650,718801[N mm]

σ aC=M C

W C=39,04015567[MPa]Tại D:

W oC=π ⋅ d C

3

16 =5301,437603[N mm]Tại D:

3

16 −b t1(ⅆD −t1)2

2⋅ d D =2785,721576[N ⋅ mm]Theo công thức 10.23 ta tính được ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng là:

Tại B:

2⋅W oB=7,831112917[MPa]Tại C:

2⋅W oC=7,831112917[MPa]Tại D:

2⋅W oD=14,90319666[MPa]Theo bảng 10.7 ta có được hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất

trung bình đến độ bền mỏi là:

[σ]=0.8 σ c=464[MPa]Công thức kiểm nghiệm được tính theo công thức 10.27:

Tại C:

σ tdC=√σ C2+3 τ C

2

=45,79530771[MPa]≤ 464[MPa]Vậy: Tại C trục thỏa điều kiện về bền tĩnh.

Tại D:

σ tdD=√σ D2+3 τ D2 =46,47868072[MPa]≤ 464[MPa]Vậy: Tại D trục thỏa điều kiện về bền tĩnh.

c Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Trục II:

Giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng đối với thép cacbon là:

σ−1=0.436 σ b =370 ,6[MPa]

τ−1=0.58 σ−1 =214,948[MPa]Theo bảng 10.6 ta tính được moment cảm uốn của trục là:

Tại B:

W B=π ⋅ d B

3

32 =3858,661177[N mm]Tại C:

W oC=π ⋅ d C

3

16 =8418,486564[N mm]Theo công thức 10.23 ta tính được ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng là:

Tại B:

2⋅W oB=14,46490079[MPa]Tại C:

2⋅W oC=13,26013902[MPa]Theo bảng 10.7 ta có được hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất

trung bình đến độ bền mỏi là:

[σ]=0.8 σ c=464[MPa]Công thức kiểm nghiệm được tính theo công thức 10.27:

Tại B:

σ tdB=√σ2B +3 τ B

2

=50,79808937[MPa]≤ 464[MPa]

Vậy: Tại B trục thỏa điều kiện về bền tĩnh.

PHẦN 7: Ổ LĂN

Thông số đầu vào

Lực hướng tâm bộ truyền bánh răng F r 1 =F a 2= ¿ 650.5292754 (N)

P)p

Với p = 3 Nếu tốc độ không thay đổi, thông thường tuổi thọ sẽ được tính theo số giờ hoạt động

Tải trọng động tương đương với ổ lăn:

sử dụng công thức:

L 10 h=L10 106

PHỤ LỤC Tài liệu tham khảo

[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1, NXB Giáo dục, 2006.

[2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 2, NXB Giáo dục, 2006.

[3] Nguyễn Hồng Ngân, Nguyễn Danh Sơn, Kỹ thuật nâng chuyển – Tập 2: Máy vận chuyển liên tục, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2004.

[4] Trần Thiên Phúc, Thiết kế chi tiết máy công dụng chung, Nhà xuất bản ĐHQG, 2011 [5] Catalog SKF