Đồ Án môn học thiết kế cơ khí tính toán thiết kế hệ Đẫn Động băng tải theo sơ Đồ sau

Họ và tên sinh viên: Mã số sinh viên: Mã đề: Đánh giá của giảng viên hướng dẫn 1 Đi thông qua đầy đủ và Hoàn thành đúng tiến Đánh giá của cán bộ hỏi thi 1 Mức độ nắm được các nội dung về

KHOA CƠ KHÍ – CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Mã đề: 2.3/2023-2

Học kỳ II Năm học 2023-2024

Sinh viên thực hiện

Mã học phần: ……….

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Văn Hải

Họ và tên sinh viên: Mã số sinh viên: Mã đề:

Đánh giá của giảng viên hướng dẫn

1 Đi thông qua đầy đủ và Hoàn thành đúng tiến

Đánh giá của cán bộ hỏi thi

1 Mức độ nắm được các nội dung về tính toán 2,0

2 Mức độ nắm được các nội dung về thiết

kế/lựa chọn kết cấu các chi tiết máy 3,0

Đề đồ án (bản gốc) có chữ ký của Giảng viên hướng dẫn đóng thay thế vào vị trí trangnày.

KHOA CƠ KHÍ – CƠ ĐIỆN TỬ Học kỳ : 2 Năm học 2023– 2024 (Đợt học 1 )

Hệ đào tạo: chính quy Bậc học: Đại học

Tên học phần: Đồ án thiết kế cơ khí Số TC: 02 Hình thức thi: Vấn đáp theo thuyết minh và bản vẽ

Đề số: 2.3/2023-2

Tính toán thiết kế hệ đẫn động băng tải theo sơ đồ sau:

Số liệu cho trước:

1 Lực kéo băng tải: F = 1040 (N)

01 bản thuyết minh trên giấy A4 Trong đó yêu cầu tính chi tiết cho trục: 2

01 bản vẽ lắp hộp giảm tốc trên giấy khổ A0

Sinh viên thực hiện : Phạm Quang Hưng

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hải

1 Động cơ

2 Nối trục đàn hồi

3 Hộp giảm tốc

4 Bộ truyền đai Dẹt

5 Băng tải

Mục lục

Lời nói đầu 3

Chương 1: Tính toán động học hệ dẫn động 3

1.1 Tính chọn động cơ 3

1.2 Phân phối tỉ số truyền 4

1.3 Công thức, bảng và hình vẽ 4

Chương 2: Tính thiết kế bộ truyền ngoài (đai/xích) 7

2.1 Chọn loại xích 7

2.2 Chọn số răng đĩa xích 7

2.3 ……… Error! Bookmark not defined. 2.4 ……… 8

2.5 ……… 8

Chương 3: Tính thiết kế bộ truyền trong hộp (bánh răng trụ/côn,…) 10

3.1 Chọn vật liệu 10

3.2 Xác định ứng suất cho phép 10

3.3 ……… 10

3.4 ……… 10

3.5 ……… 10

Chương 4: Tính thiết kế trục 12

4.1 Chọn vật liệu chế tạo trục 12

4.2 Tính tải trọng tác dụng lên trục 12

4.3 Tính khoảng cách giữa các điểm đặt lực 12

4.4 Tính phản lực tại các gối đỡ 12

4.5 Vẽ biểu đồ mômen uốn M x , M y và xoắn T 12

4.6 Tính mômen uốn tổng M ij và mômen tương đương M tdij 12

4.7 Thiết kế sơ bộ kết cấu trục và chọn then 12

4.8 Kiểm nghiệm độ bền của then 12

4.9 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 12

Chương 5: Tính chọn ổ lăn 13

5.1 Chọn loại ổ lăn 13

5.2 Chọn cấp chính xác của ổ 13

5.3 Chọn sơ bộ cỡ ổ 13

5.4 Tính kiểm nghiệm khả năng tải động 13

5.5 Tính kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh 13

Chương 6: Tính kết cấu hộp giảm tốc 14

6.1 Kết cấu bánh răng/trục vít/… 14

6.2 Kết cấu gối đỡ trục 14

6.3 Chọn bề mặt lắp ghép giữa nắp và thân 14

6.4 Kết cấu bánh răng/trục vít/… 14

6.5 Các kết cấu liên quan đến cấu tạo vỏ hộp 14

6.6 Bảng dung sai và kích thước lắp ghép 15

Tài liệu tham khảo 16

Lời nói đầu

Sinh viên trình bày các nhận thức chung của bản thân về đồ án môn học này, vai trò và

ý nghĩa của đồ án, phân tích và trình bày cơ sở của sơ đồ hệ thống, các ý kiến góp ý, lờigửi gắm, lời cảm ơn, …

Chương 1: Tính toán động học hệ dẫn động

1.1 Chọn loại động cơ

Đây là hệ dẫn động băng tải nên ta chọn: Động cơ 3 pha không đồng bộ

Đồng cơ 3 pha không đồng bộ gồm 2 kiểu: rôto dây quấn và rôto ngắn mạch

- Ở đây sẽ chọn động cơ 3 pha không đồng bộ rôto ngắn mạch Lý do chọn là vì: kết cấu đơn giản, giá thành hạ, làm việc tin cậy, dễ bảo quản, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện 3 pha mà không cần biến đổi dòng điện

F: Lực kéo của băng tải (N)

v: vận tốc của băng tải (m/s)

1.2.2 Hiệu suất hệ dẫn động:

η =η br η kn η ol3 .n d

Trong đó tra bảng 2.3 Tr19.[1] có được:

- Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ η br = 0,97

- Hiệu suất bộ truyền đai: d = 0,96

- Hiệu suất ổ lăn: ol = 0.99

- Hiệu suất khớp nối: η kn=1

Thay số vào có:

η =η br η kn η ol3 .n d =0 ,97.0 , 96.¿= 0,9

1.2.3 Công suất cần thiết trên trục động cơ:

P yc=P lv

η =1 , 08

0 , 9 =1 ,2(kW)Trong đó:P lv: Công suất làm việc (kW)

1.2.5 Chọn tỉ số truyền sơ bộ:

Theo bảng 2.4 Tr21.[1] chọn:

- Tỉ số truyền bộ truyền đai dẹt: u d=3

- Tỉ số truyền bộ truyền bánh răng trụ: u br=4

Vậy tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống là:

Kiểu động cơ Công

suất(kW)

Vận tốc quay(vòng/phút) Cosᵠ ᵑ% T max

1.3.2 Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ:

- Chọn tỉ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc:

u br=4

- Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài là bộ truyền đai dẹt có:

1.4.1 Công suất trên các trục:

- Công suất trên trục công tác:

P t: Công suất trên trục công tác (kW)

η ol: Hiệu suất ổ lăn

η kn: Hiệu suất bộ truyền khớp nối

- Công suất trên trục I:

P I= P II

η ol η br= 1 , 09

0 , 99.0 , 97=1,135(k W) Trong đó:

P II: Công suất trên trục 2 (kW)

η ol: Hiệu suất ổ lăn

η br: Hiệu suất bánh răng

- Công suất trên trục của động cơ:

P đc= P I

η ol η d= 1,135

0 , 99.0 , 96=1,194(k W) Trong đó:

P I: Công suất trên trục 1 (kW)

η ol: Hiệu suất ổ lăn

η kn: Hiệu suất khớp nối

phút) Trong đó:

n đc: Số vòng quay trên trục động cơ (vòng

phút)

u đ: Tỉ số truyền đai dẹt

- Số vòng quay trên trục II:

n II= n I

u br=331,327

4 =82, 84(vòng

phút) Trong đó:

n I: Số vòng quay trên trục I (vòng

phút)

u br: Tỉ số truyển của truyền động bánh răng

- Số vòng quay trên trục công tác:

n lv=n II

u kn=82 , 84

1 =82 , 84(vòng

phút)

1.4.3 Mô men xoắn trên các trục:

- Mô men xoắn trên trục động cơ:

T đc=9 , 55.10

6 P đc

n đc =9 , 55.106.1,194

936 =12182 ,37(N mm) Trong đó:

P đc: Công suất trên trục của động cơ (kW)

n đc: Số vòng quay trên trục của động cơ (vòng

P I: Công suất trên trục I (kW)

P II: Công suất trên trục 2 (kW)

P t: Công suất trên trục công tác (kW)

n lv: Số vòng quay trên trục công tác (vòng

phút)

1.4.4 Bảng tính lập được như sau:

Chương 2: Tính thiết kế bộ truyền ngoài (đai)

Thông số tính toán thiết kế bộ truyền đai:

- Công suất trên động cơ: Pdc = 1,194 (kW)

- Mô men xoắn trên động cơ: Tdc = 12182 ,37 (N.mm)

- Số vòng quay trên động cơ: ndc = 936 (vòng/phút)

- Tỉ số truyền của bộ đai: u = u đ = 2,825

- Góc nghiêng bộ truyền so với phương nằm ngang: β = 00

d2= d1u

1−ε=

140.2,8251−0 , 01 =399 , 49 mmChọn lại d2 theo tiêu chuẩn d2=400 mm

Lấy l tang lên 200 mm

Số lần uống của đai:

i=v

l=6,861.103

2729 , 23 =2,5<i max =3 ÷5

 Thỏa mãn số lần uốn đai trong 1s

Cần lấy l tăng lên 200 mm để nối đai

2.4 Xác định góc ôm α1 của bánh đai nhỏ

Trong đó b và δ là chiều rộng và chiều dày đai

Lực vòng:

F t=1000 P1

v =1000.1,194

6,861 =174(N )

K d: hệ số tải trọng động Tra bảng 4.7[1] tr55 ta được K d = 1,2

Chiều dày đai δ được xác định theo tỉ số δ /d1 Với loại đai dẹt, tra bảng 4.8[1] tr55 tađược δ /d 1max = 1/40 Ta có:

C v là hệ số kể đến ảnh hưởng của lực li tâm đến độ bám của đai trên bánh đai

C v =1−k v(0 , 01 v2−1) Do bộ truyền sử dụng đai vải cao su nên k v =0 , 04

→ C v =1−0 , 04(0 ,01 6,8612

−1)=1 ,02

C0 là hệ số kể đến vị trí của bộ truyền và phương pháp căng đai.

Tra bảng 4.12[1] tr57 với góc nghiêng bộ truyền là 0° ta được C0=1

Chiều rộng bánh đai B:

Tra bảng 21.16[2] tr164 theo chiều rộng b = 32 (mm) ta có B = 40±1 (mm)

2.6 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

Lực căng ban đầu:

2.7 Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích:

Chương 3: Tính thiết kế bộ truyền trong hộp

Thông số tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng nghiêng:

[σ¿¿H ]<1 , 25 σ Hmin =1 , 25.390 , 91=488 ,64 (MPa)→¿ thỏa mãn

Ứng suất cho phép khi quá tải:

[σ H]– ứng suất tiếp xúc cho phép, [σ H]=400 , 01(MPa)

Góc nghiêng răng trên hình trụ cơ sở:

β b=arctan(cos α t tanβ)=arctan(cos 20 ,18 ° tan 8 ,1 °)=7 ,6 °

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc:

+ Z ε−¿ hệ số trùng khớp của răng phụ thuộc vào hệ số trùng khớp ngang ε a và hệ

Tra bảng 7.8.tr154.[1] với zv2 = 41,55 ta được YF = 1,55

Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít theo công thức:

σ F=1 , 4 T2 Y F K F

d2 b2 m

Trong đó: 𝐾𝐹: Hệ số tải trọng, 𝐾𝐹 = KFβ.KFv

Với KFβ = KHβ = 1 ( Do tải trọng ko thay đổi)

η: Hiệu suất bộ truyền, η = 0,84

P1: Công suất trên trục vít (kW), P1 = 27,19 (kW)

A: Diện tích bề mặt thoát nhiệt của hộp giảm tốc (m2) A = A1 + A2

A1: Diện tích bề mặt hộp giảm tốc không có gân

Trong đó: [t d] là nhiệt độ làm việc cho phép tùy vào loại dầu bôi trơn, có giá trị lớn nhất

𝐹𝑟1, 𝐹𝑡1: Lực vòng tâm và lực vòng tác dụng lên bộ truyền (N)

: Mômen quán tính tương đương mặt cắt trục vít, mm4 (Nmm)

=> Độ cứng của trục vít thỏa mãn điều kiện.

Tổng hợp các thông số của bộ truyền bánh răng:

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục

Chọn khớp nối theo điều kiện:{T t ≤ T kn cf

d t ≤ d kn cf

Trong đó d t- Đường kính trục cần nối

d t =30 mm

T t –Mômen xoắn tính toán T t =k T

k -Hệ số chế độ làm việc tra bảng 16.1Tr58 [2] lấy k = 1,2

T- Momen xoắn danh nghĩa trên trục:

150 32 125 65 165 80 56 90 4 4600 5 42 30 28Tra bảng 16.10bTr69 [2] với T kn cf=125(N m)ta được

4.1.1.Kiểm nghiệm khớp nối.

Ta kiểm nghiệm theo 2 điều kiện:

a) Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi

σ d= 2 k T

Z D o d c l3≤ [σ d]

σ d -Ứng suất dập cho phép của vòng cao su [σ d]=2 ÷ 4 Mpa

Do vậy ứng suất dập sinh ra trên vòng đàn hồi:

[σ u]- Ứng suất uốn cho phép của chốt.Ta lấy [σ u]=(60÷ 80) MPa;

Do vậy, ứng suất sinh ra trên chốt:

→ F kn =0, 2 F t =0 , 2.2281, 87=456 ,37(N )

Các thông số cơ bản của nối trục vòng đàn hồi:

Thông số Kí hiệu Giá trị

Mômen xoắn lớn nhất có thể truyền được T kn cf 125(N.m)Đường kính lớn nhất có thể của nối trục d kn cf 32 (mm)

Chiều dài đoạn công xôn của chốt l1 34 (mm)

4.2 Tính sơ bộ trục:

4.2.1 Chọn vật liệu chế tạo trục:

Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 tôi cải thiện có σb = 750 Mpa,

ứng suất xoắn cho phép

4.2.3 Xác định lực từ các chi tiết, bộ truyền tác dụng lên trục

Lực từ bộ truyền đai tác dụng lên trục :

- Khoảng cách từ mặt mút chi tiết đến nắp ổ

Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục II

Trường hợp 2:

So sánh biểu đồ momen của trường hợp 1 và trường hợp 2, ta chọn tính toán thiết kế theo trường hợp 1 vì momen trên trục lớn hơn

4.3.1.3 Tính mô men tương đương

Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục II

Momen tổng,momen uốn tương đương:

d23 = 34 mm

d22 = 28 mm

4.3.1.6 Chọn và kiểm nghiệm then

a Chọn then

 Trên trục II then được lắp tại bánh răng và khớp nối

 Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng: d23=34 mm

Chọn then bằng, tra bảng B9.1aTr173[1] ta được: {b =10 mm

h =8 mm

t1=5 mm

 Lấy chiều dài then: l t=(0 , 8÷ 0 , 9) l m

 Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng

l t 3=(0 , 8÷ 0 , 9) l m 23=(0 , 8 ÷ 0 , 9).50 =40 ÷ 45 mm

Ta chọnl t 3 =45 mm

 Then lắp trên trục vị trí lắp khớp nối: d22 = 28 mm

Chọn then bằng, tra bảng B9.1aTr173[1] ta được: {b =8 mm

Kiểm nghiệm độ bền then tại vị trí lắp khớp nối

d22l t 2 (h−t1)=

2 125657 , 89 28.50 (7−4) =46 ,57 Mpa<[σ d]=100 Mpa

τ c= 2 T2

d22l t 2 b=2.125657 , 89

28.50 8 =17 , 46 Mpa<[τ c]=40 Mpa

⇒ Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

4.3.1.7 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi

Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:

s j= s σj s τj

√s2σj

+s2τj

≥[s]

-trong đó : [s] - hệ số an toàn cho phép, thông thường [s] = 1,5… 2,5 (khi cần tăng độ

cứng [s] = 2,5… 3, như vậy có thể không cần kiểm nghiệm về độ cứng của trục)

- sj và sj - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp tại tiết diện j :

ѱ σ , ѱ τ là hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi ,tra bảng B với σ b=¿

-Ky - hệ số tăng bề mặt trục, cho trong bảng 10.9 phụ thuộc vào phương pháp tăng bền

bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó

Ky = 1

-ε σ , ε τ - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi

-K σ , K τ - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn, trị số của chúng phụ thuộc

vào các loại yếu tố gây tập trung ứng suất

- Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp ổ lăn:

Ta thấy sự tập trung ứng suất tại trục lắp khớp nối là do rãnh then và do lắp ghép có độ

Vậy trục đảm bảo an toàn về độ bền mỏi

4.3.1.8 Chọn, kiểm nghiệm ổ lăn

So sánh trường hợp Fkn ngược chiều với Ft2 và trường hợp Fkn cùng chiều với Ft2 thì trường hợp Fkn cùng chiều với Ft2 ổ phải chịu lực lớn hơn do vậy ta tính ổ lăn theo trường hợp có Fkn cùng chiều với Ft2

Ta có tải trọng hướng tâm tác dụng lên 2 ổ:

a Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn

 Khả năng tải động C d được tính theo công thức: 11.1Tr213[1]

 Q – tải trọng động quy ước (KN) được xác định theo công thức

11.3Tr214[1]

Q=(X V F r +Y F a)k t k d

Trong đó:

V – hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay: V = 1

k t−¿ Hệ số ảnh hưởng của nhiệt độk t=1

⇒ 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải động

b Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ lăn

 Tra bảng B11.6Tr221[1] cho ổ 1 dãy ta được:

Chi tiết cơ bản của hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ

Chọn vật liệu làm hộp giảm tốc là gang xám GX15-32

Chọn bề mặt ghép ráp và thân đi qua tâm trục song song với đáy

5.1.2 các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc

Chiều dày :thân hộp

:Nắp hộp

=0,03a+3=0,03.110+3=6,3(mm)

>6 chọn =8 (mm)

=0,9 =7,2 (mm)Chọn =8 (mm)Gân tăng cứng: chiều dày e

: chiều cao h

:độ dốc

chọn e=8h<58 chọn h=42

khoảng 2 đến 3 độĐường kính

chọn =37chọn K3=34Kích thước gối trục

Đường kính ngoài và tâm lỗ vít

Phụ thuộc lỗ bu lôngMặt đế hộp:

Chiều dày: khi không có phần lồi ,

Bề rộng mặt đế hộp Chọn =24 (mm)

Khe hở giữa các chi tiết

Giữa bánh răng với thành trong hộp:

Giữa đỉnh bánh răng lớn và đáy hộp:

Giữa mặt bên các bánh răng với

5.2 Tính, lựa chọn bôi trơn:

Bộ truyền bánh răng có vận tốc vòng v=0,85<12nên ta chọn bôi trơn bằng cách ngâm

trong dầu bằng bánh răng bị động trong hộp giảm tốc

Do đáy hộp giảm tốc cách đỉnh răng bị động 1 khoảng 30 (mm)

Vậy chiều cao lớp dầu là 52,13 (mm)

Dầu bôi trơn trong hộp giảm tốc:vận tốc vòng của bánh răng v=0,85và

thép C45

Độ nhớt của dầu là 50oc là

tra bảng chọn được loại dầu ô tô máy kéo AK-15

5.2.3 các kết cấu liên quan đến chế tạo vỏ hộp

Đảm bảo vị trì tương đối của nắp và thân trước và sau khi gia công cũng như khi nắp ghép,khi xiết bu lông không làm biến dạng vòng ngoài của ổ

Q K

M27x

2 15 30 15 45 36 32 6 4 10 8 22 6 32 18 36 32

+Các chi tiết liên quan khác:

Lót kín bộ phận ổ nhằm mục đích bảo vệ ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn, hạt cứng và các tạp chất khác xâm nhập vào ổ, đề phòng mỡ chảy ra ngoài

Vòng phớt được dùng để lót kín và là chi tiết được dùng khá rộng rãi do có kết cấu đơngiản, thay thế dễ dàng nhưng chóng mòn và ma sát lớn khi bề mặt có độ nhám cao Tachỉ cần chọn vòng phớt cho trục vào và ra và tra bảng 15-17 trang 50 Tra theo đườngkính bạc

b = 50 Dv = 161 D = 72

c =15 da = 181 d = 34

Do = 121

5.3 dung sai lắp ghép

+ dung sai lắp ghép bánh răng

Chịu va đập nhẹ không yêu cầu tháo nắp thường xuyên ta chọn kiểu lắp trung

H7/k6

+dung sai lắp bạc lót trục

Chọn kiểu lắp trung gian D10/k6 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp

+dung sai và lắp ghép ổ lăn

Để các vòng ổ không trơn trượt trên bề mặt trục hoặc lỗ khi làm việc cần chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi cho các vòng quay

Đối với các vòng không quay ta sử dụng kiểu lắp có độ dôi hở

Chính vì vậy khi lắp ổ lăn lên trục ta chọn mối ghép k6,còn khi lắp ổ lăn vào vỏ thò ta chọn H7

+dung sai lắp ghép nắp ổ lăn

Chọn kiểu lắp H7/d11 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp

+dung sai khi lắp vòng chắn dầu

Chọn kiểu lắp trung gian D10/k6 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp

+dung sai lắp then trên trục

Theo chiều rộng chọn kiểu lắp trên trục là P9 trên bạc là D10

Bảng dung sai lắp ghép bánh răng :

Mối lắp Sai lệch giới hạn trên Sai lệch giới hạn dưới