Thiết kế hệ thống dẫn Động cơ khí Đề tài hộp giảm tốc hai cấp Đồng trục bánh răng trụ răng thẳng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA CƠ KHÍ PBL 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ NHÓM 21.90B ĐỀ TÀI: HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP ĐỒNG TRỤC BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG Giáo viên hướng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

PBL 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ

KHÍ NHÓM 21.90B

ĐỀ TÀI: HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP ĐỒNG TRỤC

BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG

Giáo viên hướng dẫn: TS TRẦN NGỌC HẢI

TS VÕ TRẦN ANH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC MINH ĐỨC MSSV: 101210161

NGUYỄN TRUNG HIẾU MSSV: 101210164

Lớp: 21C1C

Đà Nẵng, tháng 12

năm 2023

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 9

Chương 1: Thiết kế động học 10

1.1 Phân tích phương án 10

1.2 Tính công suất và chọn động cơ điện 11

1.2.1 Xác định công suất động cơ 11

1.2.2 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ 12

1.2.3 Quy cách chọn động cơ 12

1.3 Phân phối tỉ số truyền cho hệ thống dẫn động 13

1.3.1 Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục: 13

1.3.2 Các loại hộp giảm tốc khác 14

1.3.3 Phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc nhiều cấp 15

1.4 Tính toán động học cho hệ thống dẫn động 15

1.4.1 Công suất trên các trục 15

1.4.2 Số vòng quay của các trục 15

1.4.3 Momen xoắn trên các trục 16

1.5 Nhận xét 16

Chương 2: Tính toán thiết kế các bộ truyền 17

2.1 Thiết kế các bộ truyền ngoài 17

2.1.1 Truyền động đai dẹt 17

2.2 Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc 20

2.2.1 Chọn vật liệu 20

2.2.2 Ứng suất cho phép 21

2.2.3 Truyền động bánh răng trụ 23

2.2.3.1 Bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm 23

2.2.3.1.1 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền 23

2.2.3.1.2 Xác định các thông số ăn khớp 25

2.2.3.1.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc và độ bền uốn 26

2

2.2.3.2 Bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh: 30

2.2.3.2.1 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền 30

2.2.3.2.2 Xác định các thông số ăn khớp 30

2.2.3.2.3.Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc và độ bền uốn 31

2.3 Nhận xét 33

Chương 3: Thiết kế trục và chọn gối đỡ 34

3.1 Thiết kế trục 34

3.1.1 Chọn vật liệu 34

3.1.2 Tính thiết kế trục 34

3.1.3 Tính kiểm nghiệm về độ bền mỏi 43

3.1.4 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh 46

3.1.5 Kiểm nghiệm độ bền then 48

3.2 Chọn gối đỡ trục 49

3.2.1 Chọn ổ lăn 49

3.3 Tính chọn nối trục: 53

3.4 Nhận xét 54

Chương 4: Thiết kế vỏ hộp và dung sai lắp ghép 55

4.1 Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết máy khác 55

4.1.1 Chọn ghép nắp hộp và thân hộp 55

Kích thước gối trục 55

4.1.2 Xác định kích thước các phần tử của vỏ hộp đúc bằng gang 56

4.2 Bôi trơn, che kín hộp giảm tốc 61

4.2.1 Bôi trơn hộp giảm tốc 61

4.2.2 Bôi trơn và che kín bộ phận ổ 62

4.3 Lựa chọn kiểu lắp cho các mối ghép 62

4.3.1 Kiểu lắp ổ lăn 62

4.3.2 Dung sai lắp ghép bánh răng trên trục 62

4.3.3 Dung sai lắp ghép bạc chắn dầu trên trục 63

4.3.4 Dung sai lắp ghép nắp ổ và thân hộp 63

4.3.5 Dung sai lắp ghép chốt định vị 63

4.3.6 Dung sai lắp ghép then 63

Bảng dung sai lắp ghép bánh răng và then 63

4.4.Tính kích thước cho trục tang băng tải: 64

4.5 Nhận xét 67

Tài liệu tham khảo 70

4

NHIỆM VỤ DỰ ÁN

PBL1 là dự án đầu tiên nhằm tạo cho sinh viên bước đầu tiếp cận với kỹ năng thiết kế củamột kỹ sư, do vậy yêu cầu được đưa ra ở đây là một hệ thống cơ khí ở mức độ cơ bản Hệthống bao gồm động cơ điện, hộp giảm tốc và các bộ truyền ngoài như bộ truyền xích, bộtruyền đai, nối trục… Ở đó, đầu vào là động cơ điện xoay chiều nhằm cung cấp chuyển độngquay và momen cho hệ thống Quy trình làm việc của hệ thống là sự kết nối chuyển động từđộng cơ điện đến hộp giảm tốc có thể thông qua nối trục hay các bộ truyền đai, bộ truyềnxích Các bộ truyền và hộp giảm tốc sẽ thay dổi chuyển động ( số vòng quay, momen) đểđáp ứng thông số kỹ thuật theo yêu cầu ở đầu ra

1 Nhận nhiệm vụ ( tuần 1)

2 Tìm tài liệu tham khảo ( tuần 1 )

3 Phân tích và lựa chọn phương án ( tuần 2,3 )

4 Tính công suất và chọn động cơ điện ( tuần 2,3 )

5 Phân phối tỉ số truyền cho hệ thống dẫn động ( tuần 2,3 )

6 Tính toán động học cho hệ thống dẫn động ( tuần 2,3 )

7 Tính toán thiết kế các bộ truyền ngoài: bộ truyền đai ( tuần 4,5,6 )

8 Tính toán thiết kế các bộ truyền trong: bộ truyền bánh răng ( tuần 4,5,6 )

9 Báo cáo giữa kỳ ( tuần 7,8,9 )

10 Tính toán thiết kế trục ( tuần 7,8,9 )

11 Tính toán cấu tạo vỏ hộp, và các chi tiết máy khác ( tuần 10,11 )

12 Lựa chọn dung sai lắp ghép cơ bản ( tuần 12,13 )

13 Hoàn thiện thuyết minh và bản vẽ A0 ( tuần 14,15 )

LỊCH TRÌNH VÀ ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ PHẦN 1: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN SỐ LIỆU THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

Chương 1: Thiết kế động học ( 7 ngày từ 8/9/2023 đến 14/9/2023)

1.1 Phân tích phương án

1.2 Tính công suất và chọn động cơ điện

1.2.1 Xác định công suất động cơ

1.2.2 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ

1.2.3 Quy cách chọn động cơ

1.3 Phân phối tỉ số truyền cho hệ thống dẫn động

1.3.1 Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển

Chương 2: Tính toán thiết kế các bộ truyền ( 7 ngày từ 15/9/2023 đến 21/9/2023)

2.1 Thiết kế các bộ truyền ngoài

2.1.2.2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích.

2.1.2.3 Kiểm nghiệm xích về độ bền

2.1.2.4 Xác định các thông số của đĩa xích và lực tác dụng lên trục

2.2 Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc

2.2.3.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc và độ bền uốn

2.2.4 Truyền động bánh răng côn

2.2.4.1 Xác định chiều côn ngoài hoặc đường kính chia ngoài

2.2.4.2 Xác định các thông số ăn khớp

2.2.4.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc và độ bền uốn

2.2.4.4 Kiểm nghiệm răng về quá tải

2.2.5 Truyền động bánh răng hành tinh

Lập bảng thông số trục và chọn gối đỡ.

Chương 4: Thiết kế vỏ hộp và dung sai lắp ghép ( 7 ngày từ 29/9/2023 đến 5/10/2023)

4.1 Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết máy khác

4.1.1 Chọn ghép nắp hộp và thân hộp

4.1.2 Xác định kích thước các phần tử của vỏ hộp đúc bằng gang

4.2 Bôi trơn, che kín hộp giảm tốc

4.2.1 Bôi trơn hộp giảm tốc

4.2.2 Bôi trơn và che kín bộ phận ổ

4.3 Lựa chọn kiểu lắp cho các mối ghép

4.3.1 Kiểu lắp ổ lăn

4.3.2 Dung sai lắp ghép then

4.3.3 Chọn kiểu lắp tiêu chuẩn cho các mối ghép

4.4 Nhận xét

Bảng tổng hợp số liệu thiết kế (2 ngày từ 6/10/2023 đến 8/10/2023)

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

PHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ TRÊN PHẦN MỀM

AUTOCAD

1 Vẽ hình chiếu bằng của hộp giảm tốc ( 7 ngày từ 14/10/2023 đến 20/10/2023)

2 Vẽ hình chiếu đứng của hộp giảm tốc ( 7 ngày từ 21/10/2023 đến 27/10/2023)

3 Vẽ hình chiếu cạnh của hộp giảm tốc ( 7 ngày từ 28/10/2023 đến 3/11/2023)

4 Vẽ hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh của khớp nối ( 7 ngày từ 3/11/2023 đến 9/11/2023)

5 Vẽ chú thích các chi tiết, kích thước các chi tiết trong hộp giảm tốc ( 7 ngày từ 10/11/2023đến 16/11/2023)

6 Vẽ bảng vẽ toàn máy ( 14 ngày từ 17/11/2023 đến 30/11/2023)

6 Vẽ khung tên và bảng thông số các chi tiết trong hộp giảm tốc ( 7 ngày từ 1/12/2023 đến 7/11/2023)

8

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án PBL1: Thiết kế hệ thống cơ khí là một đồ án kết hợp liên môn giữa các học phần

lý thuyết như: Chi tiết máy, Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, Dung sai và kỹ thuật đo… Đây là một đồ án rất đỗi quan trọng trong chương trình đào tạo của sinh viên Cơ khí nói chung hay sinh viên Cơ khí Chế tạo máy nói riêng Từ những kiến thức mà nhóm sinh viên học hỏi được, từ sự chỉ dẫn của các Thầy phụ trách, cùng với những kiến thức trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm sinh viên thực hiện có thể lấy đó làm nền tảng để ứng dụng vào công việc sau khi ra trường Việc thực hiện đồ án hoặc hoàn thành bài tập là công việc rất quan trọng trong quá trình học tập bởi nó giúp cho sinh viên nắm bắt cũng như đúc kết được những kiến thức đã học ở những học phần lý thuyết Cụ thể hơn, nhóm sinh viên được các Thầy hướng dẫn thiết kế hộp giảm tốc để từ đó sinh viên có cái nhìn tổng quát hơn về các chi tiết cơ bản trong cơ khí như: bánh răng, trục, ổ lăn, … hiểu được quy trình thiết kế, mô phỏng và chế tạo một hoặc một cụm cơ cấu hay chi tiết hoàn chỉnh phục vụ một mục đích nào đó

Nhóm sinh viên xin chân thành cảm ơn các Thầy: Thầy Trần Ngọc Hải, Thầy Võ Trần Anh… đã tận tình giúp đỡ nhóm sinh viên trong quá trình thực hiện đồ án Với kiến thức cònhạn hẹp nên có thể có các thiết sót trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm sinh viên mong nhận được các ý kiến từ các Thầy để từ đó hoàn thiện được đồ án một cách tốt nhất

PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

Chương 1: Thiết kế động học 1.1 Phân tích phương án.

Đề bài: Hãy thiết kế hệ thống cơ khí sử dụng trong vận chuyển với sơ đồ và số liệu cho

trước như sau

10

1.2 Tính công suất và chọn động cơ điện.

1.2.1 Xác định công suất động cơ.

Bảng 1 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ

- Công suất cần thiết của động cơ: Do tải trọng của hệ thống thay đổi theo sơ đồ tảitrọng đã cho ta phải tính tải trọng tương đương

Bảng 2 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ

- Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

- Chọn số vòng quay đồng bộ

phút)Tra bảng phụ lục 1.3/236 [1] trong tài liệu “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động”

1.3 Phân phối tỉ số truyền cho hệ thống dẫn động.

1.3.1 Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục:

Loại này có đặc điểm là đường tâm của trục vào và trục ra trùng nhau nhờ đó có thể giảm bớt được nhiều chiều dài của hộp giảm tốc và nhiều khi giúp cho việc bố trí gọn hơn cơ cấu

- Ưu điểm:

+ Giảm kích thước chiều dài

+ Trọng lượng bé hơn các loại khác

- Nhược điểm:

+ Khả năng chịu tải trọng của cấp nhanh chưa dùng hết

+ Hạn chế khả năng chọn phương án bố trí kết cấu chung của thiết bị dẫn động

+ Khó bôi trơn bộ phận ổ trục ở giữa hộp

+ Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn

Hình 1 Sơ đồ hộp giảm tốc đồng trục [1]

u ht=n đc

n lv= 1420

Tra bảng 2.4/21 [1] trong tài liệu “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động tập 1”, ta chọn:

+ Tải trọng phân bố đều trên các trục

+ Sử dụng hết khả năng của vật liêu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấp nhanh.+ Phân phối đối xứng với ổ, sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng ít hơn.Nhược điểm:

+ Chiều rộng của hộp tăng lên một ít

+ Cấu tạo bộ phận ổ phức tạp hơn

+ Số lượng chi tiết và khối lượng gia công tăng

tách đôi [1]

- Sơ đồ giảm tốc 2 cấp và 3 cấp khai triển:

Ưu điểm: Tỉ số truyền i lớn (hộp giảm tốc 2 cấp có phạm vi tỉ số truyền i =

8 - 30; có loại imax = 50; hộp giảm tốc 3 cấp có i = 50 - 400)

Nhược điểm:

+ Bánh răng phân bố không đối xứng với gối tựa

+ Tải trọng phân bố không đều trên các trục

14

+ Trọng lượng lớn hơn các loại khác.

Hình 3 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp khai triển Hình4 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp khai triển

1.3.3 Phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc nhiều cấp.

- HGT bánh răng trụ sơ đồ khai triển, phân đôi:

Chương 2: Tính toán thiết kế các bộ truyền 2.1 Thiết kế các bộ truyền ngoài.

Ta tăng chiều dài đai

- Kiểm tra số vòng chạy trên giây:

 u ≤ [u] = (3 ÷ 5) (1/s)

 Đạt yêu cầu

- Tính góc ôm đai ∝1 của bánh đai nhỏ:

∝1 = 180O - 57(d2−d1)

 ∝1≥150O => Thỏa mãn

- Chọn trước chiều dày đai δ:

Bảng 3 Tỉ số của chiều dày đai và đường kính bánh đai nhỏ

Chọn ứng suất ban đầu: δ o = 1,8 Mpa (đai dẹt)

+ Ứng suất cho phép theo thực nghiệm:

Bảng 4 Trị số của hệ số K1 và K2 trong công thức (4.11)

Bảng 5 Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm C α

Tra bảng 4.10/57 [1], ta chọn:

+ Hệ số ảnh hưởng góc ôm: C ∝ =1−0,003.(180−α1) = 1 – 0,003.(180 -165) = 0,955

Bảng 6 Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm C α

Tra bảng 4.11/57 [1], ta chọn:

+ Hệ số ảnh hưởng vận tốc: C v = 1 - K v.(0,01.v12 – 1) = 1 – 0,04 (0,01.10 , 412 – 1) = 0,996

Bảng 7 Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền C0

2.2 Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc.

2.2.1 Chọn vật liệu.

Do không có yêu cầu đặc biệt và quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế Đôi với hộp giảm tốc chịu công suất trung bình hoặc nhỏ, chỉ cần chọn vật liệu nhóm I Để tang khả năng chạy mòn của răng, nên nhiệt luyện bánh răng lớn đặt

độ rắn thấp hơn độ rắn bánh rằn nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị Ta chọn vật liệu cho 2 cấp bánh răng như nhau

Bảng 8 Cơ tính của một số vật liệu chế tạo bánh răng

ứng với số chu kỳ cơ sở

+ Ứng suất tiếp xúc cho phép ứng suất với chu kỳ cơ sở:

Theo bảng 6.2/94 [1] với thép 45 tôi cải thiện, chọn:

N HE 1= 60.c ∑( Ti

T max)3 n i.t i= 60.1.[(T

T )3.t2].450,79Trong đó: t1= 4 h 8 h.L h; t2=4 h 8 h.L h

Thời gian phục vụ (tuổi thọ): L h= 8.300.5=12000 (giờ)

Từ đây suy ra:

N HE 1=60.1.450,79.12000.(13.0,5+0 ,63.0,5) = 19,73.107>N Ho 1

22

 [σ H]¿[σ H]2 = 481,8 MPa

- Ứng xuất uốn cho phép:

+ Ứng suất cho phép ứng với chu kỳ cơ sở:

Theo bảng 6.2/94 [1] với thép 45 tôi cải thiện, chọn:

số K

α ,

K d và

Z M Trị số

24

Bảng 11 Trị số của các hệ số Ψ ba và Ψ bdmax

Bảng 12 Trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng K Hβ và K Fβ

Bảng 13.Trị số tiêu chuẩn của modun

2.2.3.1.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc và độ bền uốn.

- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

σ H= z M z H.z ε.√2.T II K H ( μ m+1)

b w μ m d w 12

+Theo bảng 6.5/96 [1]: Z M= 274 ( MPa)

1 3

+ Có góc nghiêng β=0o, theo bảng 6.12/106 [1], chọn:

Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc Z H = 1,76

Bảng 14 Trị số của hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc Z H

+ Hệ số trùng khớp ngang:

Z ε= √4−ε α

3 = 0,86+ Đường kính vòng lăn bánh nhỏ:

Bảng16 Trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp δ H , δ F

Bảng17 Trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch bước răng g0

+ Chiều rộng bánh răng: b w= Ψ ba a w= 0,3.180=54 (mm)

+ Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vòng ăn khớp:

K Hv= 1+ 2.T v H b w d w

II K Hβ K H ∝ = 1+ 2.157078 ,3.1 , 04.1 2 ,78.54 95 = 1,044+ Hệ số tải đến khi tiếp xúc:

=> Thỏa mãn điều kiện

- Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Trong đó: Trong đó: Theo bảng 6.15/107 [1], chọn δ F= 0,016

+ Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn:

K Fv= 1+ 2.T v F b w d w 1

II K Fβ K F∝ = 1+ 2.157078 ,3.1 , 09.1 6 ,63.54 95 = 1,1+ Hệ số tải trọng khi tính về uốn:

σ F1max= σ F1.K qt = 61,78.1,4 = 86,492 MPa ¿[σ H]max = 464 MPa

σ H2max= σ F2.K qt = 59,79.1,4 = 83,706 MPa ¿[σ H]max = 360 MPa

30

- Tìm các thông số về kích thước bộ truyền cấp chậm:

2.2.3.2 Bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh:

2.2.3.2.1 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền.

- Vì đây là hộp giảm tốc đồng trục 2 cấp nên

2.2.3.2.3.Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc và độ bền uốn.

- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

σ H= z M z H.z ε.√2.T I K H ( μ m+1)

b w μ m d w 12

+Theo bảng 6.5/96 [1]: Z M= 274 ( MPa)

1 3

Z ε= √4−εα

3 = 0,86+ Đường kính vòng lăn bánh nhỏ:

- Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Trong đó: Trong đó: Theo bảng 6.15/107 [1], chọn δ F= 0,016

+ Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn:

K Fv= 1+ 2.T v F b w d w 1

I K Fβ K F ∝ = 1+ 2.57835 ,1.1 , 07.1 21 , 02.54 95 = 1,87+ Hệ số tải trọng khi tính về uốn:

σ F1max= σ F1.K qt = 37,9.1,4 = 53,06 MPa ¿[σ H]max = 464 MPa

σ H2max= σ F2.K qt = 36,68.1,4 = 51,352 MPa ¿[σ H]max = 360 MPa

- Tìm các thông số về kích thước bộ truyền:

34

Chương 3: Thiết kế trục và chọn gối đỡ 3.1 Thiết kế trục

Hình 5 Sơ đồ tính khoảng cách đối với hộp giảm tốc bánh răng đồng trục