Đồ án Thiết kế mô phỏng động lực học máy

Phần 3: Thiết kế trục, lựa chọn ổ lăn và khớp nối. I. Tính trục I. 1.1 Chọn vật liệu. Chọn vật liệu: Thép 45 tôi cải thiện σb = 750 Mpa; σch = 450 Mpa; τ = 15÷30 Mpa 1.2 Xác định các thông số của trục. 1.2.1 Các lực tác dụng lên trục. Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền bánh răng cấp nhanh Lực vòng Ft (N) 1256,749 Lực hướng kính Fr (N) 492,822 Lực dọc trục Fa (N) 503,682 + Xét chiều của các lực này ta có: Trục vào quay ngược chiều kim đồng hồ nhin từ đầu trục phải => cq = 1 Bánh răng trên trục là bánh chủ động => cb = 1 Điểm đặt lực của bộ truyền bánh răng phía dưới trục Oz => r > 0 Bánh răng chủ động có hương nghiêng răng phải => hr = 1 Fx12 = Ft = 1256,749 (N) Fy12 = Fr = 492,822 (N) Fz12 = Fa = 503,682 (N) Lực tác dụng từ khớp nối (chọn khớp nối trục dàn hồi) Theo công thức Fr = Kx . Ft Ft = = = 451 (N)(Dchọn theo bảng 1610a) Fr = (0,2…0,3)451= 90,26…135,4 (N) Nên Fk = 100 (N) 1.2.2 Tính sơ bộ đường kính trục: Tính đường kính sơ bộ trục vào Đường kính sơ bộ trục vào được tính theo công thức: d¬1¬ = ¬ = = 18,9 (mm) Chọn d¬1 = 20 ( mm) Với d¬1¬ = 20 (mm) tra bảng 10.2189 chiều rộng ổ lăn cho trục vào là b¬01¬ = 15 (mm). Chiều dài moayở của bánh răng chủ động được tính theo công thức: l¬m12¬ = (1,2…..1,5)d¬1¬¬ = (1,2…..1,5)20 = 24…30 (mm) Chọn l¬m12¬ = 25 (mm) Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực Chọn: Khoảng cánh từ mặt bên chi tiết quay đến thành trong của hộp giảm tốc k¬1¬ = 15 (mm). Khoảng cánh từ mặt bên của ổ đến thành trong của hộp giảm tốc k¬2¬ = 15 ( mm) Khoảng cánh từ mặt bên của chi tiết quay ngoài đến nắp ổ k¬3¬ = 15 (mm) Chiều cao nắp ổ và đầu bulông h¬n¬ = 20 ( mm) Khoảng cánh giữa 2 chi tiết quay trong hộp k¬4¬ = 15 (mm) Từ các thông số trên ta có thể tính được: Khoảng cách từ gối 0 đến tâm bánh răng chủ động l¬12¬ = (l¬m12¬ + b¬01¬)2 + k¬1¬ + k¬2 = (25+15)2+15+15= 50 (mm) Khoảng cách 2 gối l¬11 = 166 (mm) Khoảng cánh từ gối 0 đến khớp nối l¬13¬ = b¬01¬2 + h¬n¬ + k¬3¬ +10 = 152 + 20 + 15 + 10 = 52,5( mm ) 1.2.4 Tính toán phản lực vẽ biểu đồ momen. Tính toán phản lực, vẽ biểu đồ moment và tính kết cấu cho trục I Ứng dụng Modul Design Accelaretor trong Inventor để tính toán trục như sau: trong môi trường Assembly ta kích vào mục Design gọi lênh Shaft khi xuất hiện hộp thoại Shaft Component Generator. Trong phần Design của hộp thoại ta nhập thông số hình học của trục với: Kiểu trục là hình trụ Đường kính sơ bộ trục là 20 ( mm) Chiều dài sơ bộ trục là : l = 166 + 52,5 = 218,5 (mm) Trong phần Calculate của hộp thoại ta nhập thông số tính toán trục với Modul đàn hồi E = 2.104 ( MPa) Modul trượt G = 8.103 ( MPa) Tỷ trọng vật liệu ρ = 7680 (kgmm¬3) Vị trí gối đỡ 0 cánh mặt đầu trục là 0 (mm)(mặt đầu trái của trục) Vị trí gối đỡ 1 cách điểm giữa của trục là 52,5 (mm)(mặt đầu phải)

Phần 3: Thiết kế trục, lựa chọn ổ lăn và khớp nối.

I Tính trục I.

1.1 Chọn vật liệu.

- Chọn vật liệu: Thép 45 tôi cải thiện

σb = 750 Mpa; σch = 450 Mpa; [τ] = 15÷30 Mpaτ] = 15÷30 Mpa] = 15÷30 Mpa

+ Xét chiều của các lực này ta có:

Trục vào quay ngược chiều kim đồng hồ nhin từ đầu trục phải => cq = 1 Bánh răng trên trục là bánh chủ động => cb = 1

Điểm đặt lực của bộ truyền bánh răng phía dưới trục Oz => r > 0

Bánh răng chủ động có hương nghiêng răng phải => hr = 1

Tính đường kính sơ bộ trục vào

Đường kính sơ bộ trục vào được tính theo công thức:

d1 = 3 1

] [τ] = 15÷30 Mpa 2 ,

T

 = = 18,9 (mm)

- Chiều cao nắp ổ và đầu bulông hn = 20 ( mm)

- Khoảng cánh giữa 2 chi tiết quay trong hộp k4 = 15 (mm)

Từ các thông số trên ta có thể tính được:

- Khoảng cách từ gối 0 đến tâm bánh răng chủ động

1.2.4 Tính toán phản lực & vẽ biểu đồ momen.

Tính toán phản lực, vẽ biểu đồ moment và tính kết cấu cho trục IỨng dụng Modul Design Accelaretor trong Inventor để tính toán trục nhưsau: trong môi trường Assembly ta kích vào mục Design gọi lênh Shaft khixuất hiện hộp thoại Shaft Component Generator Trong phần Design của hộpthoại ta nhập thông số hình học của trục với:

Kiểu trục là hình trụ

Đường kính sơ bộ trục là 20 ( mm)

Chiều dài sơ bộ trục là : l = 166 + 52,5 = 218,5 (mm)

- Vị trí gối đỡ 0 cánh mặt đầu trục là 0 (mm)(mặt đầu trái của trục)

- Vị trí gối đỡ 1 cách điểm giữa của trục là 52,5 (mm)(mặt đầu phải)

- Các lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng được đặt tại vị trí cách vị trígiữa trục là 6,75 (mm)(về bên trái trục) Chiều của các lực được đặt đúngtheo hệ trục tọa độ Oxyz khi gọi lệnh Fx12, Fy12 Fz12 đều có chiều ngược vớichiều X, Y, Z

- Ngoài ra lực dọc trục từ bánh răng còn gây ra moment uốn

M = dw1.Fz13/2 = 32,42 503,682 /2 = 8165 (Nmm)

và chịu moment xoắn T = T1 =20310 (Nmm) do lực vòng của bánh răng gây ra

-Sau khi khai báo các thông số tính toán cho trục vào ta có sơ đồ các lực tác dụng lênlực như sau:

Biểu đồ momen uốn My

Biểu đồ momen uốn Mx

Kích chọn mục Ideal Deameter trong phần Graphs để có được kết quả

về đường kính lý tưởng của trục tại các mặt cắt ứng với các tải trọng như sau:

Theo đó ta có:

Đường kính tại mặt cắt lắp bánh răng là: d12=21,5232 (mm)

Đường kính tại mặt cắt gối đỡ 0 bên trái là : d10=4 (mm)

Đường kính tại mặt cắt gối đỡ 1 bên phải là : d11 = 8 (mm)

Để đảm bảo về mặt kết cấu cũng như độ bền của trục ta chọn:

d12=25 (mm) d10=d11 = 20 (mm)

Các thông số khác: + ở 2 đầu của trục có vát mép 1x450

+ Môi bậc trục đều có vo cung r = 0,5 (mm)

Tuy nhiên do bánh răng nhỏ của bộ truyền cấp nhanh quá nhỏ để đảm bảo

độ bền cho bánh răng ta chọn phương án làm bánh răng liền trục

Ta có bảng thông số như sau :

Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền bánh răng cấp nhanh

Điểm đặt lực của bộ truyền bánh răng phía trên trục Oz => r < 0

Bánh răng chủ động có hương nghiêng răng phải => hr = 1

=32,38 chän d2= 35(mm)

Xác định khoảng cánh giữa các điểm đặt lực

- Chiều cao nắp ổ và đầu bulông hn = 20 (mm)

- Khoảng cánh giữa 2 chi tiết quay trong hộp k4 = 15 (mm)

Từ các thông số trên ta có thể tính được:

- Khoảng cách từ gối 0 đên tâm bánh răng chủ động

2.2.3 Tính toán phản lực & vẽ biểu đồ momen.

- Ứng dụng modun Design Accelerator trong Inventor để tính toán trục như sau: Trong môi trường Assembly ta kích chọn vào mục Design => Gọi lệnh Shaft => xuất hiện hộp thoại Shaft Component Generator Trong phần

Design của hộp thoại ta nhập thông số hình học của trục với:

Kiểu là hình trụ

Đường kính sơ bộ 35 (mm)

Chiều dài sơ bộ L = l21 = 166 (mm)

- Các lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng tại vị trí 2 được đặt tại vị trícánh vị trí giữa trục là 33 (mm )(về bên trái trục) Chiều của các lực đượcđặt đúng theo hệ trục tọa độ Oxyz khi gọi lệnh Fx22, Fy22 đều có chiều ngượcvới chiều X, Y

- Các lực tác dụng lên bánh răng tại vị trí 3 được đặt tại vị trí cánh vị trí giữatrục là 17 (mm) (về bên phải trục) Chiều của các lực được đặt đúng theo hệtrục tọa độ Oxyz khi gọi lệnh Fx23 ngược chiều với X, Fy23 đều có chiềucùng chiều với Y Fz23 có chiều cùng chiều với Z

Sau khi khai báo các thông số tính toán cho trục vào ta có sơ đồ các lực tác dụng lên lực như sau:

Kích chọn nút Calculate ta thu được kết quả tính toán sau:

Biểu đồ lực cắt Qx

Biểu đồ momen uốn M tổng

Biểu đồ momen uốn My

Biểu đồ momen uốn Mx

Kích chọn mục Ideal Deameter trong phần Graphs để có được kết quả về đường kính lý tưởng của trục tại các mặt cắt ứng với các tải trọng như sau:

Theo đó ta có:

Đường kính tại mặt cắt lắp bánh răng nghiêng là: d23= 30,2257 (mm) Đường kính tại mặt cắt lắp ổ bi là : d20=d21 = 5 (mm)

Đường kính tại mặt cắt lắp bánh răng thẳng là : d22 = 30 (mm)

Để đảm bảo về mặt kết cấu cũng như độ bền của trục ta chọn:

Then28x8x2.5

III Tính trục III.

3.1 Chọn vật liệu.

- Chọn vật liệu: Thép 45 tôi cải thiện

σb = 750 Mpa; σch = 450 (Mpa); [τ] = 15÷30 Mpaτ] = 15÷30 Mpa] = 15÷30 (Mpa)

d3 = 3

20 2 , 0

- Chiều cao nắp ổ và đầu bulông hn = 20 (mm)

- Khoảng cánh giữa 2 chi tiết quay trong hộp k4 = 15 (mm)

Từ các thông số trên ta có thể tính được:

- Khoảng cánh từ gối 0 đến tâm bánh răng bị động

l33 = 100 (mm)Khoảng cánh 2 gối

Design của hộp thoại ta nhập thông số hình học của trục với:

Chiều dài sơ bộ L = l11 = 166 + 75 = 241 (mm)

- Trong phận Calculation của hộp thoại ta nhập thông số tính toán của trục với:

Modun đang hồi E = 2.104 (Mpa)

Modun trượt G = 8.103 (Mpa)

Tỷ trọng của vật liệu ρv= 7930 (kg/m3)

- Vị trí gối đỡ 1 cách điểm giữa trục là 75 (mm) (mặt đầu phải của trục)

- Vị trí gối đỡ 0 cách điểm giữa trục của trục là 120.5 (mm)(bên trái trục)

- Các lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng tại vị trí 3 được đặt tại vị trícánh vị trí giữa trục là 20,5 mm(về bên trái trục) Chiều của các lực được đặt

Lực tác dụng từ khớp nối được đặt tại vị trí cách giữa trục 120,5mm về phía bên tráitrục Chiều của lực tác dụng ngược với chiều của bộ truyền bánh răng.

Ngoài ra trục còn chịu moomen xoắn T = T3 = 299376 (Nmm) do khớp nối

gây ra:

- Sau khi khai báo các thông số tính toán cho trục vào ta có sơ đồ các lực tác dụng lên lực như sau:

Kích chọn nút Calculate ta thu được kết quả tính toán sau:

Biểu đồ lực cắt Qy

Biểu đồ momen uốn M tổng

Biểu đồ momen uốn Mx

Biểu đồ momen uốn My

Kích chọn mục Ideal Deameter trong phần Graphs để có được kết quả về đường kính lý tưởng của trục tại các mặt cắt ứng với các tải trọng như sau:

Theo đó ta có:

Đường kính tại mặt cắt lắp bánh răng là: d33=40 (mm)

Đường kính tại mặt cắt gối đỡ 0 bên trái là : d30=38 (mm)

Đường kính tại mặt cắt gối đỡ 1 bên phải là : d31 = 0 (mm)

Đường kính tại mặt cắt lắp đĩa xích là d32 = 38 (mm)

Để đảm bảo về mặt kết cấu cũng như độ bền của trục ta chọn:

Then50x12x3

Phần 4: Thiết kế then và ổ bi.

4.1 / Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế then

4.1.1 / Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế then trục vào.

Trong môi trường Assembly ta kích chọn vào mục Design Gọi lệnh

Key xxuất hiện hộp thoại ta nhập thông số hình học để thiết kế then như sau :

Key : ta chọn tiêu chuẩn ISO 2941 A cho then

Shaft Groove – tạo then trên trục

Reference 1 : ta chọn mặt trụ lắp bánh răng bị động có d=18(mm) Reference 2 : ta chọn mặt đầu của đoạn trục này

Sau khi chọn ta có kich thước then theo tiêu chuẩn 6x 4(mm) Ta chọn chiều dài then là 14(mm)

Trong phần Calculate của hộp thoại ta nhập thông số tính toán để tính bền cho then như :Công suất,tốc độ quay, moomen xoắn trên trục có lắpthen

Sau khi nhập các thông số thiết kế và thông số tính toán ta nhấn nút Calculate ta thu được kết quả là then đã chọn đảm bảo điều kiện bền Nhấn

OK ta thu được mô hình 3D của then trên trục như sau :

Khi đó ta có kết cấu trục vào như sau :

Then20x8x2,5

-Sau khi tính toán và chọn đường kính cùng với chiều dài các đoạn trục ta thực hiện nhập lại các thông số thiết kế hình dạng trục I trong mục Deseign Kết quả ta thu được trục ra như sau :

Sau khi chọn ta có kich thước then theo tiêu chuẩn 8x 5(mm) Ta chọn chiều dài then là 22(mm)

Trong phần Calculate của hộp thoại ta nhập thông số tính toán để tính bền cho then như :Công suất,tốc độ quay, moomen xoắn trên trục có lắpthen

Sau khi nhập các thông số thiết kế và thông số tính toán ta nhấn nút Calculate ta thu được kết quả là then đã chọn đảm bảo điều kiện bền Nhấn

OK ta thu được mô hình 3D của then trên trục như sau :

4.1.3 /Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế then trục ra.

Trong môi trường Assembly ta kích chọn vào mục Design Gọi lệnh

Key xxuất hiện hộp thoại ta nhập thông số hình học để thiết kế then như sau :

Key : ta chọn tiêu chuẩn ISO 2941 A cho then

Shaft Groove – tạo then trên trục

Reference 1 : ta chọn mặt trụ lắp bánh răng bị động có d=45(mm) Reference 2 : ta chọn mặt đầu của đoạn trục này

Sau khi chọn ta có kich thước then theo tiêu chuẩn 14x 6(mm) Ta chọn chiều dài then là 36(mm)

Trong phần Calculate của hộp thoại ta nhập thông số tính toán để tính bền cho then như :Công suất,tốc độ quay, moomen xoắn trên trục có lắpthen.

Sau khi nhập các thông số thiết kế và thông số tính toán ta nhấn nút Calculate ta thu được kết quả là then đã chọn đảm bảo điều kiện bền Nhấn

OK ta thu được mô hình 3D của then trên trục như sau :

Đặc điểm

khác

Then 36x14x6

Then 50x12x6

-Sau khi tính toán và chọn đường kính cùng với chiều dài các đoạn trục ta thực hiện nhập lại các thông số thiết kế hình dạng trục ra trong mục Deseign.Kết quả ta thu được trục ra như sau :

2007 «

Tại mục Cylindrical Face : ta chọn mặt trụ lắp ổ trên trục 1

Start plane : ta chọn mặt phẳng tính bề dày ổ

Trong phần Calculation ta nhập các thông số tính toán ổ lăn : Lực hướng tâm, lực dọc trục, Tốc độ quay của trục

Sau khi nhập xong các thông số tính toán và thiết kế phần mềm sẽ liệt kê các cỡ ổ bi đỡ chặn theo tiêu chuẩn đã chọn.Ta kích chọn loại ổ phù hợp rồi bấm nút Calculate để tính bền cho ổ Kết quả ta chọn được loại ổ có kích thước :

-Chọn cấp chính xác cho ổ trục : dùng ổ bi đỡ chặn cấp chính xác 0.

Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế ổ lăn.

Trong môi trường Assembly ta kích chọn vào mục Design Gọi lệnh

 xuất hiện hộp thoại Bearing gerenator

Trong phan Deseign ta chọn ổ bi đỡ chặn « Rolling bearing GB/T

292-2007 «

Sau khi nhập xong các thông số tính toán và thiết kế phần mềm sẽ liệt kê các cỡ ổ bi đỡ chặn theo tiêu chuẩn đã chọn.Ta kích chọn loại ổ phù hợp rồi bấm nút laanhj Calculate để tính bền cho ổ Kết quả ta chọn được loại ổ

có kích thước :

Đường kính trong d=25

Đường kính ngoài D= 52

Bề dày ổ B=15

Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế ổ lăn.

Trong môi trường Assembly ta kích chọn vào mục Design Gọi lệnh

 xuất hiện hộp thoại Bearing gerenator

Tại mục Cylindrical Face : ta chọn mặt trụ lắp ổ trên trục 1

Start plane : ta chọn mặt phẳng tính bề dày ổ

Trong phần Calculation ta nhập các thông số tính toán ổ lăn : Lực hướng tâm, lực dọc trục, Tốc độ quay của trục

Sau khi nhập xong các thông số tính toán và thiết kế phần mềm sẽ liệt kê các cỡ ổ bi đỡ chặn theo tiêu chuẩn đã chọn.Ta kích chọn loại ổ phù hợp rồi bấm nút laanhj Calculate để tính bền cho ổ Kết quả ta chọn được loại ổ

có kích thước :

Đường kính trong d=40

Đường kính ngoài D= 80

Bề dày ổ B=18

Vì vận tốc bộ truyền không lớn trục vít đặt dới nếu lấy tâm conlăn thấp nhất để giới hạn mức dầu thì dầu ngập hết đợc ren phía dới củatrục vít, do đó dùng phơng pháp bôi trơn ngâm dầu trong khi bộ truyềnlàm việc ren trục vít cuốn dầu lên bôi trơn vùng ăn khớp khi đó hộpgiảm tốc sẽ đợc bôi trơn đầy đủ.

3/Dầu bôi trơn hộp giảm tốc :

Chọn dầu bôi trơn với vận tốc trợt của bộ truyền trục vít có vận tốcv=2,5 m/s theo bảng 18.12 chọn loại dầu có độ nhớt là 260 ,độ nhớtEngle là 16 theo bảng 18.13 chọn loại dầu bôi trơn là dầu ô tô máy kéoAK-20

4/Lắp bánh răng lên trục và điều chỉnh sự ăn khớp:

Để lắp bánh răng lên trục ta dùng mối ghép then và chọn kiểu lắp

là H7/k6 vì nó chịu tải vừa

5/ Điều chỉnh sự ăn khớp:

Để điều chỉnh sự ăn khớp của hộp giảm tốc bánh răng trụ này tachọn chiều rộng bánh răng nhỏ tăng lên 10 % so với chiều rộng bánhrăng lớn

6/Bôi trơn ổ lăn

Do xét tính kinh tế của bộ truyền ,nên chọn bôi trơn ổ bằng mỡ Vận tốc bánh răng lớn nên chọn bôi trơn ổ lăn bằng mỡ

Bảng 4: Các kích thớc của các chi tiết cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc:

Tên gọi Biểu thức tính toán

N¾p hép, 1 chän  =10 > 6 mm

1 = 0,9 10 = 0,9 10 = 9 mmG©n t¨ng cøng:

E2= 1,6.d2 = 1,6 12= 19,2 mm

R2 = 1,3 d2 = 1,3 12 = 15,6mm

C  D3 / 2 víi k1,2d2=14,4 mmh: phô thuéc t©m lç bul«ng vµ kÝch thícmÆt tùa

8./ KÝch thíc r·nh l¾p vßng phít vµ vßng phít

Theo b¶ng 15.17 cã kÝch thíc nh sau

d=25,5 d1=26 d2=24 D = 38 a = 6 b = 4,3 S0=9

lç

D2=65 D3=80 D4=42 h =8 d4= M6 z= 4 Trôc 3 : D =80

D2=100 D3=125 D4=75 h=10 d4=M8 z=6

a

1 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1, 2)

T/g: Trịnh Chất – Lê Văn Uyển

NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp

4 Thiết kế chi tiết máy trên máy tính

T/g: PGS.TS An Hiệp

PGS.TS Trần Vĩnh Hưng

KS Nguyễn Văn Thiệp

NXB Giao Thông Vận Tải