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
Thiết kế động học
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.
Phân phối tỉ số truyền cho hệ thống dẫn động
1.3.1 Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển.
1.3.2 Các loại hộp giảm tốc khác.
1.3.3 Phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc nhiều cấp.
Tính toán động học cho hệ thống dẫn động
1.4.1 Công suất trên các trục.
1.4.2 Số vòng quay của các trục.
1.4.3 Momen xoắn trên các trục.
Nhận xét
Lập bảng thông số động học.
Tính toán thiết kế các bộ truyền
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.
Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc
2.2.3 Truyền động bánh răng trụ.
2.2.3.1 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền.
2.2.3.2 Xác định các thông số ăn khớp.
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.
Nhận xét
Lập bảng thông số kết cấu.
Thiết kế trục và chọn gối đỡ
Thiết kế trục
3.1.3 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi.
3.1.4 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh.
3.1.5 Tính kiểm nghiệm trục về độ cứng.
Chọn gối đỡ trục
3.2.2 Chọn cấp chính xác ổ lăn.
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.
4.3.2 Dung sai lắp ghép then.
4.3.3 Chọn kiểu lắp tiêu chuẩn cho các mối ghép.
Bảng tổng hợp số liệu thiết kế (2 ngày từ 6/10/2023 đến 8/10/2023)
PHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ TRÊN PHẦN MỀM
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 10/11/2023 đến 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)
Đồ án PBL1: Thiết kế hệ thống cơ khí là một dự án quan trọng, kết hợp nhiều môn học lý thuyết như Chi tiết máy, Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, và Dung sai kỹ thuật Đây là cơ hội để sinh viên Cơ khí, đặc biệt là sinh viên Cơ khí Chế tạo máy, áp dụng kiến thức đã học, từ sự hướng dẫn của giảng viên đến thực tiễn Thực hiện đồ án không chỉ giúp sinh viên củng cố kiến thức lý thuyết mà còn tạo nền tảng vững chắc cho công việc tương lai Qua việc thiết kế hộp giảm tốc, sinh viên có cái nhìn tổng quát về các chi tiết cơ khí như bánh răng, trục, và ổ lăn, cũng như quy trình thiết kế, mô phỏng và chế tạo các cụm cơ cấu hoàn chỉnh.
Nhóm sinh viên xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Ngọc Hải và Thầy Võ Trần Anh đã nhiệt tình hỗ trợ trong quá trình thực hiện đồ án Với kiến thức còn hạn chế, nhóm có thể gặp một số thiếu sót và mong nhận được ý kiến đóng góp từ các Thầy để hoàn thiện đồ án tốt nhất Đà Nẵng, tháng 12 năm 2023.
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.
1.2 Tính công suất và chọn động cơ điện.
1.2.1 Xác định công suất động cơ.
- Hiệu suất chung toàn hệ thống: η ht =η đ η br 2 η ol 4 η k =0,9 6 0,97 2 0,99 4 1=0,8 7
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 tải trọng đã cho ta phải tính tải trọng tương đương
- Công suất cần thiết của động cơ:
1.2.2 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ.
- Xác định số vòng quay của trục công tác: n lv `000 v π D`000 0,9 π.3 3 0=5 6,17(vòng ph )
- Chọn sơ bộ tỷ số truyền: u ht =u đ u h =¿ 3,15.8= 25,2
Tra bảng 2.4 trong tài liệu “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động”
Bảng 2 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ
- Số vòng quay sơ bộ của động cơ: n sb =n lv u ht V,17.25,215,484( vòng ph )
1.2.3 Quy cách chọn động cơ.
- Đk chọn động cơ phải thỏa mãn:
P đc ≥ P ct =2,37(kW) n sb ≈ n lv
- Chọn số vòng quay đồng bộ n đb 00( vòng phút )
Tra bảng phụ lục 1.3/236 [1] trong tài liệu “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động”
Kiểu động cơ Công xuất
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 hộp giảm tốc này có đặc điểm là trục vào và trục ra có đường tâm trùng nhau, giúp giảm chiều dài của hộp và tạo điều kiện bố trí gọn gàng hơn cho cơ cấu.
+ Giảm kích thước chiều dài.
+ Trọng lượng bé hơn các loại khác.
+ 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: u đ =3,15 u h =u ht u đ %,28
3,15 =8,03 Đối với hộp giảm tốc đồng trục 2 cấp ta phân phối tỷ số truyền u h cho các cấp theo công thức (3.14)/44 [1]. u n =u ch =√ u h = √ 8 ,03=2 , 83
1.3.2 Các loại hộp giảm tốc khác.
- Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp nhanh Phân đôi: Ưu điểm:
+ Tải trọng phân bố đều trên các trục.
Sử dụng tối đa khả năng của vật liệu trong chế tạo bánh răng cấp chậm và cấp nhanh, đồng thời đảm bảo phân phối tải trọng đối xứng với ổ, giúp giảm thiểu sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng.
+ 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
Hình 2 Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp tách đôi [1]
Sơ đồ giảm tốc 2 cấp và 3 cấp mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, với tỉ số truyền lớn Cụ thể, hộp giảm tốc 2 cấp có phạm vi tỉ số truyền từ 8 đến 30, với một số loại đạt tối đa lên đến 50 Trong khi đó, hộp giảm tốc 3 cấp có tỉ số truyền dao động từ 50 đến 400, cho phép ứng dụng linh hoạt trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
+ Bánh răng phân bố không đối xứng với gối tựa.
+ Tải trọng phân bố không đều trên các trục.
+ 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: u n =( 1 , 2 ÷ 1 , 3 ) u c hoặc u n =0,7332 u h 0,6438
- HGT Trụ vít – bánh răng: u c =(0,03÷0,06).u h
1.4 Tính toán động học cho hệ thống dẫn động.
1.4.1 Công suất trên các trục.
1.4.2 Số vòng quay của các trục. n đc 20( vòng phút ) n I =n đc u đ 20
2,83 9,29( vòng phút ) n III =n II u cc 9,29
1.4.3 Momen xoắn trên các trục.
Lập bảng thông số động học. Động cơ I II III Tang
Chương 2: Tính toán thiết kế các bộ truyền 2.1 Thiết kế các bộ truyền ngoài.
Đai vải cao su là lựa chọn lý tưởng cho động cơ điện có công suất nhỏ nhờ vào sức bền và tính đàn hồi cao, đồng thời ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm.
- Xác định đường kính bánh đai: d 1 = (1100÷1300)√ 3 2 1420 ,84 = 138,59÷163,79 (mm)
Chọn d 1 theo tiêu chuẩn: d 10 (mm)
- Tính vận tốc v 1 v 1 = π 140 1420 60000 = 10,41 (m/s) = 10410(mm/s) < v max
- Chọn hệ số trượt tương đối: ε=0,02
Chọn d2 theo điều kiện tiêu chuẩn: d 2 = 450 (mm)
Số vòng quay thức n 2 có bánh bị dẫn trong 1 phút n 2 ' = (1 - ε ) d d 1
Không sai khác trên (3 ÷ 5)% => thỏa mãn điều kiện.
- Xác định cách trục a và chiều dài L:
Chọn a sơ bộ : a = 2( d 1 + d 2) = 2(140+450) = 1180 (mm) Tính L theo a:
(450−140) 2 4.1180 = 3307,13 (mm) Để nối đai khi tính xong tăng thêm chiều dài L là 100mm, -400mm
Ta tăng chiều dài đai
- Kiểm tra số vòng chạy trên giây: u = v L = 3307 10410 ,13 = 3,15
- Tính góc ôm đai ∝ 1 của bánh đai nhỏ:
- Chọn trước chiều dày đai δ :
Bảng 3 Tỉ số của chiều dày đai và đường kính bánh đai nhỏ
1] = 40 1 (nên dùng cho đai vải cao su)
+ Tính ứng suất có ích cho phép:
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 K 1 và K 2 trong công thức (4.11)
Bảng 5 Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm C α
+ Hệ số ảnh hưởng góc ôm: C ∝ =1−0,003.(180−α 1 ) = 1 – 0,003.(180 -165) = 0,955
Bảng 6 Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm C α
+ Hệ số ảnh hưởng vận tốc: C v = 1 - K v (0,01.v 1 2 – 1) = 1 – 0,04 (0,01.10,41 2 – 1) 0,996
Bảng 7 Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền C 0
+ Hệ số ảnh hưởng bố trí góc nghiên bộ truyền:
Chọn b theo tiêu chuẩn b = 40 (mm)
- Tính bề rộng bánh đai B:
2.2 Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc.
Trong thiết kế hộp giảm tốc với công suất trung bình hoặc nhỏ, không có yêu cầu đặc biệt nào, do đó có thể sử dụng vật liệu nhóm I Để cải thiện khả năng chống mòn của răng, nên nhiệt luyện bánh răng lớn với độ cứng thấp hơn bánh răng nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị Cả hai cấp bánh răng nên được chọn cùng một loại vật liệu.
Bảng 8 Cơ tính của một số vật liệu chế tạo bánh răng
- Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285 có δ b 1= 850 MPa, δ ch1 580 MPa
- Bánh lớn: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192…240 có δ b 2 = 750 MPa, δ ch 2 450 MPa
- Ứng xuất tiếp xúc cho phép:
Chọn độ cứng cho bánh nhỏ HB 1 = 245, bánh lớn HB 2 = 230
Bảng 9 Trị số của σ Hlim
0 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: σ Hlim1 o = 2 HB 1 + 70= 2.245 + 70 V0 MPa, S H = 1,1 σ Hlim o 2 = 2 HB 1 + 70= 2.230 + 70 S0 MPa, S H = 1,1
+ Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở về tiếp xúc
= 30,230 2 ,4 = 1,39.10 7 + Số chu kì tương đương:
Thời gian phục vụ (tuổi thọ): L h = 8.300.5000 (giờ)
= 530 1 1 , 1 = 481,8 MPa Với cấp nhanh sử dụng bánh răng trụ răng thẳng, ứng suất tiếp xúc cho phép là giá trị nhỏ nhất [ σ H ] 1 và [ σ H ] 2.
- 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: σ o Flim1 = 1,8 HB 1= 1,8.245= 441 MPa, S F = 1,75 σ o Flim2 = 1,8 HB 1= 1,8.230= 414 MPa, S F = 1,75
+ Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở về uốn
+ Số chu kì tương đương :
- Ứng xuất quá tải cho phép:
2.2.3 Truyền động bánh răng trụ.
2.2.3.1 Bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm.
2.2.3.1.1 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền. a w = K a ( μ ch +1).√ 3 [ σ H T ] II 2 μ K n HB Ψ ba = 49,5.(2,83+1).√ 3 481 157078 , 8 2 2 ,3.1 , 83.0, ,04 3 = 178,09 (mm)
- Lấy a w = 180 (mm) (theo tiêu chuẩn)
- Trong đó: Theo bảng 6.5/96 [1], chọn K a I,5
Theo bảng 6.6/97 [1], chọn Ψ ba =0,3 Ψ bd = 0,5 Ψ ba ( μ ch +1) = 0,5.0,3.(2,83+1) = 0,574
Theo bảng 6.7/98 [1], chọn K HB =1,04 (sơ đồ 4)
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
2.2.3.1.2 Xác định các thông số ăn khớp.
Bảng 13.Trị số tiêu chuẩn của modun
+ Góc nghiêng β =0 o đối với bánh răng trụ thẳng a w 2 = m ( z 1 + z 2 )
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 b w K μ H m d ( μ w 2 m 1 + 1 )
+ Có góc nghiêng β =0 o , 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: ε ∝ = [ 1 , 88−3 , 2( Z 1 1 + Z 1 2 ) ] cos β = [ 1 ,88−3 , 2( 38 1 + 106 1 ) ] cos 0 o =1,77
+ Hệ số kể đến sự trùng hợp của răng:
+ Đường kính vòng lăn bánh nhỏ: d w = 2.a μ w 2 m +1 = 2,789 2.180 + 1 = 95 (mm)
+ Vận tốc bánh chủ động: v 2 = π d w n 2
Theo bảng 6.13/106 [1], chọn cấp chính xác là 9
Bảng 15 Chọn cấp chính xác theo vận tốc vòng
+ Trong đó: Theo bảng 6.15/107 [1], chọn δ H = 0,006
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 g 0
+ Chiều rộng bánh răng: b w = Ψ ba a w = 0,3.180T (mm)
+ Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vòng ăn khớp:
II K Hβ K H ∝ = 1+ 2.157078 2 ,78.54 95 ,3.1 ,04.1 = 1,044 + Hệ số tải đến khi tiếp xúc:
Theo (6.1) tài liệu [1]: v = 0,79 m/s, ZV = 1, với cấp chính xác động học là 9, khi đó cần gia công độ nhám Ra = 10 40 μm Do đó ZR = 0,95, với da Khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo b, Trục II:
- Thông số vào: n= 159,29 (vòng/phút)
- Trục II chỉ chịu hướng tâm nên chọn ổ bi đỡ một dãy
- Chọn sơ bộ ổ lăn theo P2.7 phụ lục 1/254 [1]
Kí hiệu d,mm D,mm B,mm r,mm Đường kính bimm C, kN C o ,kN
- Ta kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn hơn:
- Kiểm nghiệm khả năng tải động:
Trong đó: ổ đỡ chỉ chịu lực hướng tâm X=1, Y=0, V= 1 (vòng trong quay) k t = 1 (nhiệt độ θ = 105 o C) k đ = 1,2 (tải trọng động)
Tải trọng động tương đương: Với m= 3
=> Khả năng tải động được đảm bảo
- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:
=> Khả năng tĩnh của ổ được đảm bảo.
- Trục III chỉ chịu hướng tâm nên chọn ổ bi đỡ một dãy
- Chọn sơ bộ ổ lăn tho P2.7 phụ lục 1/254 [1].
Kí hiệu d,mm D,mm B,mm r,mm Đường kính bi mm C, kN C o kN
- Ta kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn hơn:
- Kiểm nghiệm khả năng tải động:
Trong đó: ổ đỡ chỉ chịu lực hướng tâm X=1, Y=0, V= 1 (vòng trong quay) k t = 1 (nhiệt độ θ = 105 o C) k đ = 1,2 (tải trọng động)
Tải trọng động tương đương: Với m= 3
=> Khả năng tải động của ổ được đảm bảo.
- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:
=> Khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo.
Tính chọn nối trục
- Momen xoắn tại trục 3 : T III B7536Nmm
- Tra bảng (16.10a)/68 [2] ta có các thông số sau :
- Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng đàn hồi : σ d = 2.k T
- Trong đó [ σ d ¿=(2÷4)MPa k=(1,2÷1,5) đối với băng tải, tra bảng 16.1/58 [2] Chọn k = 1,2 σ d =2.1,2 427536
Thỏa mãn độ bền dập.
- Kiểm tra sức bền chốt : σ u = k T l 0
[ σ u ] =(60 ÷ 80 ) MPa : ứng suất cho phép của chốt σ u =1,2 427536 41,5
Thỏa mãn độ bền của chốt
Thiết kế vỏ hộp và dung sai lắp ghép
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.
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.
Lựa chọn kiểu lắp cho các mối ghép
4.3.2 Dung sai lắp ghép then.
4.3.3 Chọn kiểu lắp tiêu chuẩn cho các mối ghép.
Bảng tổng hợp số liệu thiết kế (2 ngày từ 6/10/2023 đến 8/10/2023)
PHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ TRÊN PHẦN MỀM
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 10/11/2023 đến 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)
Đồ án PBL1: Thiết kế hệ thống cơ khí là một dự án liên môn quan trọng trong chương trình đào tạo sinh viên Cơ khí, đặc biệt là Cơ khí Chế tạo máy Thông qua việc áp dụng kiến thức từ các học phần lý thuyết như Chi tiết máy, Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, và Dung sai kỹ thuật, sinh viên có cơ hội thực hành và củng cố kiến thức Dưới sự hướng dẫn của các giảng viên, nhóm sinh viên thực hiện thiết kế hộp giảm tốc, giúp họ hiểu rõ hơn về các chi tiết cơ bản trong cơ khí như bánh răng, trục, và ổ lăn Hoạt động này không chỉ cung cấp cái nhìn tổng quát về quy trình thiết kế, mô phỏng và chế tạo, mà còn là nền tảng quan trọng cho sinh viên áp dụng vào công việc sau khi tốt nghiệp.
Nhóm sinh viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Trần Ngọc Hải và Thầy Võ Trần Anh vì đã tận tình hỗ trợ trong quá trình thực hiện đồ án Chúng tôi nhận thức rằng kiến thức còn hạn chế có thể dẫn đến một số thiếu sót trong đồ án, vì vậy rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các Thầy để hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất Đà Nẵng, tháng 12 năm 2023.
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.
1.2 Tính công suất và chọn động cơ điện.
1.2.1 Xác định công suất động cơ.
- Hiệu suất chung toàn hệ thống: η ht =η đ η br 2 η ol 4 η k =0,9 6 0,97 2 0,99 4 1=0,8 7
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 tải trọng đã cho ta phải tính tải trọng tương đương
- Công suất cần thiết của động cơ:
1.2.2 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ.
- Xác định số vòng quay của trục công tác: n lv `000 v π D`000 0,9 π.3 3 0=5 6,17(vòng ph )
- Chọn sơ bộ tỷ số truyền: u ht =u đ u h =¿ 3,15.8= 25,2
Tra bảng 2.4 trong tài liệu “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động”
Bảng 2 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ
- Số vòng quay sơ bộ của động cơ: n sb =n lv u ht V,17.25,215,484( vòng ph )
1.2.3 Quy cách chọn động cơ.
- Đk chọn động cơ phải thỏa mãn:
P đc ≥ P ct =2,37(kW) n sb ≈ n lv
- Chọn số vòng quay đồng bộ n đb 00( vòng phút )
Tra bảng phụ lục 1.3/236 [1] trong tài liệu “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động”
Kiểu động cơ Công xuất
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 hộp giảm tốc này có đặc điểm là trục vào và trục ra trùng nhau, giúp giảm chiều dài tổng thể của hộp và tạo điều kiện cho việc bố trí cơ cấu gọn gàng hơn.
+ Giảm kích thước chiều dài.
+ Trọng lượng bé hơn các loại khác.
+ 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: u đ =3,15 u h =u ht u đ %,28
3,15 =8,03 Đối với hộp giảm tốc đồng trục 2 cấp ta phân phối tỷ số truyền u h cho các cấp theo công thức (3.14)/44 [1]. u n =u ch =√ u h = √ 8 ,03=2 , 83
1.3.2 Các loại hộp giảm tốc khác.
- Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp nhanh Phân đôi: Ưu điểm:
+ Tải trọng phân bố đều trên các trục.
Sử dụng tối đa khả năng của vật liệu trong chế tạo bánh răng cấp chậm và cấp nhanh giúp nâng cao hiệu suất Đồng thời, việc phân phối đối xứng với ổ và giảm sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng sẽ cải thiện độ bền và độ ổn định của bánh răng.
+ 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
Hình 2 Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp tách đôi [1]
Hộp giảm tốc 2 cấp và 3 cấp có thiết kế hiệu quả với tỉ số truyền lớn, giúp tối ưu hóa hoạt động Cụ thể, hộp giảm tốc 2 cấp có phạm vi tỉ số truyền từ 8 đến 30, với một số loại đạt đến i_max = 50 Trong khi đó, hộp giảm tốc 3 cấp có tỉ số truyền dao động từ 50 đến 400, mang lại khả năng giảm tốc mạnh mẽ cho các ứng dụng công nghiệp.
+ Bánh răng phân bố không đối xứng với gối tựa.
+ Tải trọng phân bố không đều trên các trục.
+ 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: u n =( 1 , 2 ÷ 1 , 3 ) u c hoặc u n =0,7332 u h 0,6438
- HGT Trụ vít – bánh răng: u c =(0,03÷0,06).u h
1.4 Tính toán động học cho hệ thống dẫn động.
1.4.1 Công suất trên các trục.
1.4.2 Số vòng quay của các trục. n đc 20( vòng phút ) n I =n đc u đ 20
2,83 9,29( vòng phút ) n III =n II u cc 9,29
1.4.3 Momen xoắn trên các trục.
Lập bảng thông số động học. Động cơ I II III Tang
Chương 2: Tính toán thiết kế các bộ truyền 2.1 Thiết kế các bộ truyền ngoài.
Đai vải cao su là lựa chọn lý tưởng cho động cơ điện có công suất nhỏ nhờ vào sức bền và tính đàn hồi cao, đồng thời ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm.
- Xác định đường kính bánh đai: d 1 = (1100÷1300)√ 3 2 1420 ,84 = 138,59÷163,79 (mm)
Chọn d 1 theo tiêu chuẩn: d 10 (mm)
- Tính vận tốc v 1 v 1 = π 140 1420 60000 = 10,41 (m/s) = 10410(mm/s) < v max
- Chọn hệ số trượt tương đối: ε=0,02
Chọn d2 theo điều kiện tiêu chuẩn: d 2 = 450 (mm)
Số vòng quay thức n 2 có bánh bị dẫn trong 1 phút n 2 ' = (1 - ε ) d d 1
Không sai khác trên (3 ÷ 5)% => thỏa mãn điều kiện.
- Xác định cách trục a và chiều dài L:
Chọn a sơ bộ : a = 2( d 1 + d 2) = 2(140+450) = 1180 (mm) Tính L theo a:
(450−140) 2 4.1180 = 3307,13 (mm) Để nối đai khi tính xong tăng thêm chiều dài L là 100mm, -400mm
Ta tăng chiều dài đai
- Kiểm tra số vòng chạy trên giây: u = v L = 3307 10410 ,13 = 3,15
- Tính góc ôm đai ∝ 1 của bánh đai nhỏ:
- Chọn trước chiều dày đai δ :
Bảng 3 Tỉ số của chiều dày đai và đường kính bánh đai nhỏ
1] = 40 1 (nên dùng cho đai vải cao su)
+ Tính ứng suất có ích cho phép:
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 K 1 và K 2 trong công thức (4.11)
Bảng 5 Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm C α
+ Hệ số ảnh hưởng góc ôm: C ∝ =1−0,003.(180−α 1 ) = 1 – 0,003.(180 -165) = 0,955
Bảng 6 Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm C α
+ Hệ số ảnh hưởng vận tốc: C v = 1 - K v (0,01.v 1 2 – 1) = 1 – 0,04 (0,01.10,41 2 – 1) 0,996
Bảng 7 Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền C 0
+ Hệ số ảnh hưởng bố trí góc nghiên bộ truyền:
Chọn b theo tiêu chuẩn b = 40 (mm)
- Tính bề rộng bánh đai B:
2.2 Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc.
Trong thiết kế hộp giảm tốc không yêu cầu đặc biệt, đối với hộp giảm tốc chịu công suất trung bình hoặc nhỏ, chỉ cần chọn vật liệu nhóm I Để tăng khả năng chống mòn cho răng, nên nhiệt luyện bánh răng lớn với độ cứng thấp hơn bánh răng nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị Vật liệu cho hai cấp bánh răng nên được chọn giống nhau.
Bảng 8 Cơ tính của một số vật liệu chế tạo bánh răng
- Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285 có δ b 1= 850 MPa, δ ch1 580 MPa
- Bánh lớn: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192…240 có δ b 2 = 750 MPa, δ ch 2 450 MPa
- Ứng xuất tiếp xúc cho phép:
Chọn độ cứng cho bánh nhỏ HB 1 = 245, bánh lớn HB 2 = 230
Bảng 9 Trị số của σ Hlim
0 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: σ Hlim1 o = 2 HB 1 + 70= 2.245 + 70 V0 MPa, S H = 1,1 σ Hlim o 2 = 2 HB 1 + 70= 2.230 + 70 S0 MPa, S H = 1,1
+ Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở về tiếp xúc
= 30,230 2 ,4 = 1,39.10 7 + Số chu kì tương đương:
Thời gian phục vụ (tuổi thọ): L h = 8.300.5000 (giờ)
= 530 1 1 , 1 = 481,8 MPa Với cấp nhanh sử dụng bánh răng trụ răng thẳng, ứng suất tiếp xúc cho phép là giá trị nhỏ nhất [ σ H ] 1 và [ σ H ] 2.
- 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: σ o Flim1 = 1,8 HB 1= 1,8.245= 441 MPa, S F = 1,75 σ o Flim2 = 1,8 HB 1= 1,8.230= 414 MPa, S F = 1,75
+ Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở về uốn
+ Số chu kì tương đương :
- Ứng xuất quá tải cho phép:
2.2.3 Truyền động bánh răng trụ.
2.2.3.1 Bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm.
2.2.3.1.1 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền. a w = K a ( μ ch +1).√ 3 [ σ H T ] II 2 μ K n HB Ψ ba = 49,5.(2,83+1).√ 3 481 157078 , 8 2 2 ,3.1 , 83.0, ,04 3 = 178,09 (mm)
- Lấy a w = 180 (mm) (theo tiêu chuẩn)
- Trong đó: Theo bảng 6.5/96 [1], chọn K a I,5
Theo bảng 6.6/97 [1], chọn Ψ ba =0,3 Ψ bd = 0,5 Ψ ba ( μ ch +1) = 0,5.0,3.(2,83+1) = 0,574
Theo bảng 6.7/98 [1], chọn K HB =1,04 (sơ đồ 4)
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
2.2.3.1.2 Xác định các thông số ăn khớp.
Bảng 13.Trị số tiêu chuẩn của modun
+ Góc nghiêng β =0 o đối với bánh răng trụ thẳng a w 2 = m ( z 1 + z 2 )
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 b w K μ H m d ( μ w 2 m 1 + 1 )
+ Có góc nghiêng β =0 o , 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: ε ∝ = [ 1 , 88−3 , 2( Z 1 1 + Z 1 2 ) ] cos β = [ 1 ,88−3 , 2( 38 1 + 106 1 ) ] cos 0 o =1,77
+ Hệ số kể đến sự trùng hợp của răng:
+ Đường kính vòng lăn bánh nhỏ: d w = 2.a μ w 2 m +1 = 2,789 2.180 + 1 = 95 (mm)
+ Vận tốc bánh chủ động: v 2 = π d w n 2
Theo bảng 6.13/106 [1], chọn cấp chính xác là 9
Bảng 15 Chọn cấp chính xác theo vận tốc vòng
+ Trong đó: Theo bảng 6.15/107 [1], chọn δ H = 0,006
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 g 0
+ Chiều rộng bánh răng: b w = Ψ ba a w = 0,3.180T (mm)
+ Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vòng ăn khớp:
II K Hβ K H ∝ = 1+ 2.157078 2 ,78.54 95 ,3.1 ,04.1 = 1,044 + Hệ số tải đến khi tiếp xúc:
Theo (6.1) tài liệu [1]: v = 0,79 m/s, ZV = 1, với cấp chính xác động học là 9, khi đó cần gia công độ nhám Ra = 10 40 μm Do đó ZR = 0,95, với da Khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo b, Trục II:
- Thông số vào: n= 159,29 (vòng/phút)
- Trục II chỉ chịu hướng tâm nên chọn ổ bi đỡ một dãy
- Chọn sơ bộ ổ lăn theo P2.7 phụ lục 1/254 [1]
Kí hiệu d,mm D,mm B,mm r,mm Đường kính bimm C, kN C o ,kN
- Ta kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn hơn:
- Kiểm nghiệm khả năng tải động:
Trong đó: ổ đỡ chỉ chịu lực hướng tâm X=1, Y=0, V= 1 (vòng trong quay) k t = 1 (nhiệt độ θ = 105 o C) k đ = 1,2 (tải trọng động)
Tải trọng động tương đương: Với m= 3
=> Khả năng tải động được đảm bảo
- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:
=> Khả năng tĩnh của ổ được đảm bảo.
- Trục III chỉ chịu hướng tâm nên chọn ổ bi đỡ một dãy
- Chọn sơ bộ ổ lăn tho P2.7 phụ lục 1/254 [1].
Kí hiệu d,mm D,mm B,mm r,mm Đường kính bi mm C, kN C o kN
- Ta kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn hơn:
- Kiểm nghiệm khả năng tải động:
Trong đó: ổ đỡ chỉ chịu lực hướng tâm X=1, Y=0, V= 1 (vòng trong quay) k t = 1 (nhiệt độ θ = 105 o C) k đ = 1,2 (tải trọng động)
Tải trọng động tương đương: Với m= 3
=> Khả năng tải động của ổ được đảm bảo.
- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:
=> Khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo.
- Momen xoắn tại trục 3 : T III B7536Nmm
- Tra bảng (16.10a)/68 [2] ta có các thông số sau :
- Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng đàn hồi : σ d = 2.k T
- Trong đó [ σ d ¿=(2÷4)MPa k=(1,2÷1,5) đối với băng tải, tra bảng 16.1/58 [2] Chọn k = 1,2 σ d =2.1,2 427536
Thỏa mãn độ bền dập.
- Kiểm tra sức bền chốt : σ u = k T l 0
[ σ u ] =(60 ÷ 80 ) MPa : ứng suất cho phép của chốt σ u =1,2 427536 41,5
Thỏa mãn độ bền của chốt
Bảng tổng hợp đường kính
Tiết diện Tính toán Chọn tiêu chuẩn Đơn vị d 10 22,55 25 mm d 11 0 25 mm d 12 19,95 20 mm d 13 22,62 30 mm d 20 , 0 30 mm d 21 0 30 mm d 22 28,7 36 mm d 23 32,54 36 mm d 30 0 45 mm d 31 42,007 45 mm d 32 41,03 48 mm d 33 40,09 42 mm
Stt Ký hiệu d (mm) D (mm) B (mm) D2 (mm) D3 (mm)
Chương 4: Thiết kế vỏ hộp và dung sai lắp ghép 4.1 Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết máy khác.
4.1.1 Chọn ghép nắp hộp và thân hộp.
Vỏ hộp giảm tốc có vai trò quan trọng trong việc duy trì vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận của máy Nó chịu tải trọng từ các chi tiết lắp trên vỏ, đồng thời chứa dầu bôi trơn và bảo vệ các chi tiết khỏi bụi bẩn.
Vật liệu chế tạo vỏ hộp là gang xám, GX15-32
Chọn bề mặt lắp ghép giữa nắp hộp và thân hộp theo đường tâm các trục giúp lắp đặt các chi tiết một cách thuận tiện và dễ dàng Đảm bảo bề mặt ghép song song với mặt đế để tối ưu hóa quá trình lắp ghép.
Mặt đáy hộp giảm tốc được thiết kế nghiêng 10 độ về phía lỗ tháo dầu, giúp việc tháo dầu bôi trơn trở nên dễ dàng hơn, từ đó nâng cao chất lượng làm việc của hộp giảm tốc Hộp giảm tốc đúc có các thông số cơ bản cần chú ý.
Tên gọi Biểu thức Chọn
Nắp hộp, 1 a0mm δ = 0.03 a + 3 = 8 , 4 > 6 mm δ 1 = 0.9 δ = 9 δ=¿10 mm δ 1 =9
Chiều cao, h Độ dốc e=(0,8÷1)δ=8÷10 h < 58 Khoảng 2 ° e mm hPmm Đường kính:
Bulông ghép bích nắp và thân, d3
Vít ghép nắp cửa thăm dầu, d5 d 1 >0,04a+10>12mm d 2 =(0,7÷0,8)d 1 ,6÷14,4 d 3 =(0,8÷0,9)d 2 ,2÷12,6 d 4 =(0,6÷0,7)d 2 =8,4÷9,8 d 5 =(0,5÷0,6)d 2 =7÷8,4 d 1 mm d 2 =¿14 mm d 3 mm d 4 mm d 5 =8mm
Mặt bích ghép nắp và thân:
Chiều dày bích thân hộp, S3
Chiều dày bích nắp hộp, S4
Bề rộng bích nắp hộp và thân, K3
Kích thước gối trục: Đường kính ngoài và tâm lỗ vít, Xác định theo kích thước nắp ổ
Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ:
Tâm lỗ bulông cạnh ổ: E2 và C (k là khoảng cách từ tâm bulông đến mép lỗ)
Chiều dày không có phần lồi S1
Bề rộng mặt đế hộp, K1 và q
Khe hở giữa các chi tiết:
Giữa bánh răng với thành trong hộp
Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp
Giữa mặt bên các bánh răng với nhau.
Kích thước gối trục Đường kính ngoài và tâm lỗ vít D3, D2 chọn theo bảng 18.2
Trục D (mm) D2 (mm) D3 (mm) D4 (mm) h d4 Z
4.1.2 Xác định kích thước các phần tử của vỏ hộp đúc bằng gang. a) Bu lông vòng
Hộpgiảm tốc bánh răng trụ với a = 180 mm; Tra bảng 18 – 3b [2] xác định sơ bộ khối lượng hộp 330 kg, với khối lượng này tra bảng 18 – 3a [2] sử dụng 2 bu lông
vòng với cách bố trí b.
Để nâng hạ hay vận chuyển hộp giảm tốc người ta dung vòng móc
Đường kính lỗ vòng móc d = (3 ÷ 4) δ = (19,5 ÷ 26) Chọn d = 24 mm b) Chốt định vị
Tính kích thước cho trục tang băng tải
Chọn l 42=¿60 mm l 43Pmm l 44U0mm l 41 `0mm
Hình 17 Biểu đồ Momen trục Tang
Momen uốn tương đương tại các tiết diện trục tang:
M tđ 44 = √ M x 2 43 + M 2 y 43 + 0 , 75 T 44 2 ¿ √ 62500 2 + 258221 , 85 2 + 0 ,75.212071 , 4 2 22979,08 (Nmm) Đường kính trục tại các tiết diện trục III: d j = √ 3 0 , M 1 tđj [ σ ]
Chọn [ σ ]= 58 MPa d 40 = √ 3 380338 0 , 1.58 , 1 = 40,32 d 41 = √ 3 0 , 1.58 0 = 0 (mm) d 42 = √ 3 367318 0 , 1.58 , 44 = 39,86 (mm) d 43 = √ 3 504706 0 , 1.58 , 57 = 44,313 (mm) d 44 = √ 3 322979 0 ,1.58 ,08 = 38,19 (mm)
Chọn đường kính trục tiêu chuẩn: d 40 = d 41= 45(mm) d 42 = 42(mm) d 43 = d 44= 48 (mm)
Ta lại có : D=¿ √ 3 0 ,1.( 1− M tđj β 4 ) [ σ ] với β=d 0 ( j)
D với d 0 ( j )là đường kính trong của trục rỗng tại tiết diện ( j )
Đường kính phần rỗng của trục tang tính được tính là d 0(43) = β, với D = 0,9994.34039,796 mm Do đường kính phần rỗng quá lớn, gần bằng với đường kính ngoài, nên cần chọn đường kính phần rỗng phù hợp Cuối cùng, chọn d 0(43) = 310 mm, và chiều dày của thành trục rỗng được xác định bằng D − d 0(43).