ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

MỤC LỤC Trang Phần I : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN… I.1 Chọn động cơ điện………………………………………. 3 I.2 Phân phối tỷ số truyền cho hệ thống truyền động………. 4 Phần II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY……………… II.1 Tính toán bộ truyền đai………………………………….. 6 II.2 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng………………… 9 II.3 Tính toán thiết kế trục……………………………………. 17 II.4 Chọn ổ lăn……………………………………………….. 27 II.5 Tính toán thiết kế then ……………………... … … … … 30 II.6 Chọn nối trục đàn hồi ……………………………….... 32 II.7 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc …………………………. ….. 33 II.8 Các chi tiết phụ ……………………………….... ….. … 34 Phần III: CHỌN DẦU BÔI TRƠN, BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP III.1 Chọn dầu bôi trơn …………………………….... ….. … 36 III.2 Dung sai lắp ghép ……………………………….... ….. … 36 Tài liệu tham khảo ……………………………….... ….. ……. …… 39 PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN I.1 Chọn động cơ điện 1. Xác định công suất động cơ + Do tải trọng thay đổi theo bậc nên ta coi động cơ làm việc với công suất tương đương không đổi Với là công suất lớn nhất trong các công suất tác dụng lâu dài lên trục máy công tác + Công suất cần thiết trên động cơ Với hiệu suất chung của hệ dẫn động Trong đó: k = 2 – số cặp bánh răng m = 4 – số cặp ổ lăn Tra bảng 2.3 ta có: : hiệu suất của khớp nối trục đàn hồi : hiệu suất của một cặp bánh răng : hiệu suất của một cặp ổ lăn : hiệu suất của bộ truyền đai Vậy 2. Xác định số vòng quay sơ bộ + Số vòng quay của trục máy công tác + Tỉ số truyền chung sơ bộ Chọn sơ bộ tỉ số truyền của bộ truyền đai uđ = 2,2 Chọn sơ bộ tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trụ uhgt=10 + Số vòng quay sơ bộ của động cơ + Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ nđb = 1500 vp 3. Chọn động cơ Theo bảng P1.2 phụ lục với Pct = 2,47kW và nđb = 1500 vp ta chọn động cơ DK.424 có Pđc = 2,8 kW và nđc = 1420 vp I.2 Phân phối tỉ số truyền 1. Phân phối tỉ số truyền + Tỉ số truyền chung của hệ dẫn động + Tra bảng 2.4 ta chọn tỉ số truyền của bộ truyền đai uđ = 2,2 Suy ra tỉ số truyền của hộp giảm tốc + Phân phối tỉ số truyền để đảm bảo yêu cầu bôi trơn ngâm dầu tự nhiên Ta có: Do là hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp đồng trục nên ta có thể phân uhgt theo công thức + Tính lại giá trị uđ theo ui trong hộp giảm tốc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY



-ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

GVHD : Trần Thiên Phúc SVTH : Trần Văn Linh MSSV : 20601273

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 6-2009

MỤC LỤC

Trang

Phần I : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN…

I.1 Chọn động cơ điện……… 3

I.2 Phân phối tỷ số truyền cho hệ thống truyền động……… 4

Phần II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY………

II.1 Tính toán bộ truyền đai……… 6

II.2 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng……… 9

II.3 Tính toán thiết kế trục……… 17

II.4 Chọn ổ lăn……… 27

II.5 Tính toán thiết kế then ……… … … … … 30

II.6 Chọn nối trục đàn hồi ……… 32

II.7 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc ……… … 33

II.8 Các chi tiết phụ ……… … … 34

Phần III: CHỌN DẦU BÔI TRƠN, BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP III.1 Chọn dầu bôi trơn ……… … … 36

III.2 Dung sai lắp ghép ……… … … 36

Tài liệu tham khảo ……… … …… …… 39

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ

TRUYỀN I.1 Chọn động cơ điện

1 Xác định công suất động cơ

+ Do tải trọng thay đổi theo bậc nên ta coi động cơ làm việc với công suất tương đương không đổi

2 3

T

t T

+ Tỉ số truyền chung sơ bộ

.

d hgt

u  u u

Chọn sơ bộ tỉ số truyền của bộ truyền đai uđ = 2,2

Chọn sơ bộ tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trụ uhgt=10

u u u d. hgt 2, 2.10 22

+ Số vòng quay sơ bộ của động cơ

  22.66, 67 1466, 7 /

I.2 Phân phối tỉ số truyền

1 Phân phối tỉ số truyền

+ Tỉ số truyền chung của hệ dẫn động

1420

21,366,67

dc lv

n u

n

+ u  u ud. hgt

Tra bảng 2.4 ta chọn tỉ số truyền của bộ truyền đai uđ = 2,2

Suy ra tỉ số truyền của hộp giảm tốc

d

u u

u u



2 Xác định công suất động cơ, momen và số vòng quay

1

2 6

2, 2

2, 270,99 0,99

2, 27 2,360,99.0,97

2,36

2, 460,99.0,97

1420

645,5( / )

2, 2645,5

208, 2( / )3,1

208, 2

67, 2( / )3,1

9,55.10

lv III

ol K

III II

ol br

II I

ol br

dc I

d

I II

II III

u n

u

P T

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

II.1 Thiết kế bộ truyền đai thang

1 Chọn loại đai và tiết diện đai

Theo hình 4.1 với P =2,47 kW, n1 = 1420 v/p, ta chọn đai loại A có các thông

d n

v   m s

4 Đường kính bánh đai lớn

d2 = ud1(1-ε) = 2,2.125.(1-0,01) = 272,25 mm) = 2,2.125.(1-0,01) = 272,25 mm

Với ε) = 2,2.125.(1-0,01) = 272,25 mm = 0,01 : hệ số trượt tương đối

Theo tiêu chuẩn ta chọn d2 = 280 mm

7 Chiều dài đai

Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép

10 Góc ôm α 1 trên bánh đai nhỏ

Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai

6 6

0

1400

0,971700

L

L C

II.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng

Số liệu:

 Chế độ làm việc:

 Thời gian phục vụ 7 năm, 1 năm làm việc 300 ngày, ngày làm việc hai

ca, 1 ca làm việc 8 giờ, tải va đập nhẹ

Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết

kế ta chọn vật liệu 2 cấp bánh răng như nhau

NFO1 = NFO2 = 4.106 chu kì

Số chu kì làm việc tương đương

Tương tự NHE2 = 11,9 chu kì

Vì NHE1 > NHO1 nên KHL1 = 1

NHE2 > NHO2 nên KHL2 =1

+

60 0, 75 12 0,9 1260

Tương tự NFE2 = 11,04.107 chu kì

Vì NFE1 > NFO1 nên KFL1 = 1

NFE2 > NFO2 nên KFL2 = 1

d Ứng suất cho phép được xác định sơ bộ

H

K

MPa S

f Ứng suất quá tải cho phép

a z

z

u

z

Sai lệch so với trước 0,8%

4 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền

+ Đường kính vòng chia

d1 = z1m = 32.2,5 = 80 mm

d2 = z2m = 100.2,5 = 250 mm

H Hv

H H

v b d K

do đó độ bền tiếp xúc được thỏa mãn

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

1 2

F Fv

F F

v b d K

σF1 < [σF1] = 252 MPa

σF2 < [σF2] = 236,5 MPa

Vậy độ bền uốn được thỏa

7 Các thông số và kích thước bộ truyền cấp chậm

 Khoảng cách trục : awnhanh  awchâm  165 mm

165 481,8 3,125

H ba

H

K T u

d n

v   m s

Theo bảng 6.13 ta chọn cấp chính xác 8 với v<6 m/s

2 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

H Hv

H H

v b d K

do đó độ bền tiếp xúc được thỏa mãn

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

1 1 1

1 2

F Fv

F F

v b d K

T d

4 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

+ Chiều dài mayơ bánh răng trụ: lm = (1,2÷1,5)d

lmki : chiều dài mayo của chi tiết quay thứ I trên trục k (i=2;3 k=1;2;3)

k = 15 : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

h = 15 : chiều cao nắp ổ và đầu bulong

+ Khoảng congxon trên trục thứ k tính từ chi tiết quay thứ i ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ

lc12 = 0,5(lm12 + b0I) + k3 + hn = 0,5(34+17) +15+15 = 55,5 mm

lc33 = 0,5(lm33 + b0III)+ k3 + hn = 0,5(80+23) +15+15 = 81,5 mm

+ lki : khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ k

 Trục I :

5 Xác định lực tác dụng của bộ truyền lên trục và đường kính trục

a Trục I : Chọn hệ trục tọa độ Oxyz như hình vẽ

y y

x x

+Momen uốn tổng tại các tiết diện j trên chiều dài trục

2 2 yj

M d

x x

+ Momen uốn tổng:

2 2 yj

M d

0

2(0, 2 0,3)

x

T F

y y

33 31 32 30

0/1 81,5 56,5 113 0

x x

+ Momen uốn tổng:

2 2 yj

0,75 119511,6 0,75.322597 3038660,75 135289 0,75.322597 3104110,75 322597 0,75 279377

M d





 31 3 31 3 303866

36,40,1[ ] 0,1.63

6 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

a Với thép C45 có σb = 750 MPa, σch = 450 MPa

σ-1 = 0,436σb = 0,436.750 = 327 MPaτ] = 15÷30 MPa-1 = 0,58σ-1 = 0,58.327 = 190 MPaTheo bảng 10.7 ta có hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi ψσ = 0,1 ; ψτ] = 15÷30 MPa = 0,05

b Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối

xứng, do đó: 0; max j

j

M W

- Dùng phương pháp thấm cacbon ta có hệ số tăng bền Ky = 1,9

- Theo bảng 10.12, khi dung dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then ứng với vật liệu có σb = 750MPa là Kσ = 1,95 ; Kτ] = 15÷30 MPa = 1,8

- Hệ số kích thước ε) = 2,2.125.(1-0,01) = 272,25 mmσ và ε) = 2,2.125.(1-0,01) = 272,25 mmτ] = 15÷30 MPa tra bảng 10.10: suy ra K vàK

Mmax , Tmax : momen uốn và momen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm

+ Trục I: tiết diện nguy hiểm tại ổ lăn 0

T

MPa d

T

MPa d

T

MPa d

m

i m E

i i

Q L Q

 là tải trọng ứng với thời đoạn Li

- Tải trọng hướng tâm: F r  F x2F y2

- Vì chỉ có lực hướng tâm, dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 0 và 1

- Với đường kính ngỗng trục d = 20 mm, chọn ổ bi đỡ 1 dãy cỡ trung 304 (bảngP.2.7 phụ lục) có đường kính trong d = 20 mm, đường kính ngoài, D = 52 mm, khả năng tải động C = 12,5 kN, khả năng tải tĩnh C0 = 7,94 kN

a Kiểm tra khả năng tải động, điều kiện: Cd C

- Tải trọng qui ước tác dụng lên các ổ:

Tải trọng tương đương:

3

3 3

0 3

1 ax1

i i

Vậy các ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải động

b Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh, điều kiện: Q0 C0

Theo (11.19) Q0 = X0Fr + Y0Fa = X0Fr (F0 = 0)

= 0,6.869 = 521,4 N < Fr = 869 NSuy ra: Q0 = 869 N = 0,869 kN < C0 = 7,94 kN

Vậy khả năng tải tĩnh của các ổ được đảm bảo

- Vì chỉ có lực hướng tâm, dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 0 và 1

- Với đường kính ngỗng trục d = 25 mm, chọn ổ bi đỡ 1 dãy cỡ trung 305(bảng

P.2.7 phụ lục) có đường kính trong d = 25 mm, đường kính ngoài D = 62 mm, khả năng tải động C = 17,6 kN, khả năng tải tĩnh C0 = 11,6kN

a Kiểm tra khả năng tải động, điều kiện: Cd C

- Tải trọng qui ước tác dụng lên các ổ:

- Ổ “1” chịu tải trọng lớn hơn nên ta sẽ tính theo ổ “1” Q1 = 956N

Tải trọng tương đương:

3

3 3

3

1 ax 1

i i

Vậy các ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải động

b Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh, điều kiện: Q0 C0

Theo (11.19) Q0 = X0Fr + Y0Fa = X0Fr (F0 = 0)

= 0,6.2060 = 1236 N < Fr = 2060 NSuy ra: Q0 = 2060 N = 2,06 kN < C0 = 7,94 kN

Vậy khả năng tải tĩnh của các ổ được đảm bảo

- Vì chỉ có lực hướng tâm, dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 0 và 1

- Với đường kính ngỗng trục d = 40 mm, chọn ổ bi đỡ 1 dãy cỡ trung 308(bảng

P.2.7 phụ lục) có đường kính trong d = 40 mm, đường kính ngoài D = 90 mm, khả năng tải động C = 31,9 kN, khả năng tải tĩnh C0 = 21,7 kN

a Kiểm tra khả năng tải động, điều kiện: Cd C

- Tải trọng qui ước tác dụng lên các ổ:

- Ổ “0” chịu tải trọng lớn hơn nên ta sẽ tính theo ổ “0” Q0 = 2633,95N

Tải trọng tương đương:

3

3 3

0 3

1 ax1

i i

Vậy các ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải động

b Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh, điều kiện: Q0 C0

Theo (11.19) Q0 = X0Fr + Y0Fa = X0Fr (F0 = 0)

= 0,6.2384,5 = 1426,7 N < Fr = 2394,5 NSuy ra: Q0 = 2394,5 N = 2,4 kN < C0 = 18,1 kN

Vậy khả năng tải tĩnh của các ổ được đảm bảo

2[ ]

[τ] = 15÷30 MPac] = 50 MPa ( tải va đập nhẹ)

1 Trục 1: Có hai chỗ lắp then là bánh đai và bánh răng trụ răng thẳng

57,8 10018.28.(6 3,5)

2.36395

11, 4 5025.32.8

d

c

MPa MPa MPa MPa

=> Thỏa mãn yêu cầu

2 Trục 2: Có hai chỗ lắp then là bánh răng 22 và 23

2.108252

28, 2 5030.32.8

d

c

MPa MPa MPa MPa

2.108252

22,5 5030.40.8

d

c

MPa MPa MPa MPa

=> Thỏa mãn yêu cầu

3 Trục 3: Có hai chỗ lắp then là khớp nối và bánh răng 32

80,8 10038.70.(8 5)

2.322597

24,3 5038.70.10

d

c

MPa MPa MPa MPa

2.322597

26,55 5045.45.12

d

c

MPa MPa MPa MPa

=> Thỏa mãn yêu cầu

II.6 Chọn nối trục đàn hồi

Kiểm nghiệm điều kiện bền của vòng đàn hồi và chốt

+ Điều kiện bền dập của vòng đàn hồi

[ ]0,1

Với [σd] = (2 ÷ 4)MPa : ứng suất dập cho phép của vòng cao su

[σu] = (60 ÷ 80)MPa : ứng suất cho phép của chốt

1,5.322597.41,5

70, 40,1.14 130.8

d

u

MPa Mpa

II.7 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc

- Vỏ hộp giảm tốc có nhiệm vụ đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và các

bộ phận máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng

dầu bôi trơn và bảo vệ các chi tiết tránh bụi

- Vật liệu là GX15-32

- Bề mặt ghép của vỏ hộp đi qua đường tâm trục để việc lắp ghép các chi tiết

thuận tiện

- Bề mặt lắp nắp và thân được cạo sạch hoặc mài, để lắp sít, khi lắp có một lớp

sơn mỏng hoặc sơn đặc biệt

- Quan hệ kích thước của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc

Chiều dày: thân hộp, δ

Nắp hộp, δ1

δ = 0,03a+3 = 8 mm

δ 1 = 0,9 δ = 7,2mm chọn 8 mmGân tăng cứng: chiều dày, e

Chiều cao, h

Độ dốc

e = (0,8÷1) δ = 8 mmh<58 mm

Chiểu dày bích thân hộp, S3

Đường kính ngoài và tâm lỗ vít: D3, D2

Giữa bánh răng với thành trong hộp

Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp

Giữa mặt bên các bánh răng với nhau

Δ = 8 mm

Δ1 = 30 mm

Δ2 > 8 mm

Số lượng bulong nền Z Z = 4

II.8 Các chi tiết phụ

Nắp quan sát tra bảng 18.5 trang 98 [2] ta lấy:

A

(mm)

B(mm)

K(mm)

R(mm) Vít

Sốlương

Dùng kiểm tra dầu trong hộp giảm tốc.Vị trí lắp đặt nghiêng 550 so với mặtbên, kích thước theo tiêu chuẩn.

Phần III: Chọn dầu bôi trơn, bảng dung sai lắp ghép

III.1 Chọn dầu bôi trơn

1 Chọn độ nhớt: với vận tốc vòng v = 0,87 m/s, vật liệu chế tạo bánh răng là thép có σb = 750 MPa, từ bảng 18-11 ta chọn độ nhớt của dầu ở 500C để bôi trơn bánh răng là 160

2 Từ bảng 18-13 với độ nhớt 160 ta chọn dầu ô tô máy kéo AK-15 để bôi trơn bánh răng

III.2 Chọn dung sai lắp ghép

Tùy thuộc vào trị số và đặc tính tải trọng, điều kiện sử dụng và những yêu cầu

cụ thể khác mà ta chọn kiểu lắp khác nhau

1 Dung sai và lắp ghép bánh răng

Chọn kiểu lắp trung gian H7/k6 vì mối ghép không yêu cầu tháo lắp thường xuyên, khả năng định tâm của mối ghép cao hơn

* Bảng dung sai lắp ghép bánh răng:

Mối lắp

Sai lệch giới hạntrên (μmm)

2 Dung sai và lắp ghép ổ lăn

+ Lắp vòng trong ổ lăn lên trục theo hệ thống lỗ và lắp vòng ngoài vào vỏ theo

* Bảng dung sai lắp ghép ổ lăn

Mối lắp Sai lệch giới hạn trên (μmm) Sai lệch giới hạn dưới (μmm)

-3 Dung sai và lắp ghép mối ghép then

Chọn kiểu lắp cho then bằng tùy thuộc vào đặc tính của mối ghép( ghép có độ

hở, ghép trung gian, ghép có độ dôi)

Chọn kiểu lắp trên trục là P9, trên bạc là D10

* Bảng dung sai lắp ghép then:

Kích thước

tiềt diện then

bxh

Sai lệch giới hạn chiều rộng

rãnh then Chiều sâu rãnh thenTrên trục Trên bạc Sai lệch giới

hạn trên trục t1

Sai lệch giớihạn trên bạc t2

[1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí,

Tập 1&2, Nhà xuất bản giáo dục, năm 2007.

2 Tài liệu tham khảo

[2] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất bản Đại học Quốc

gia Tp.HCM, năm 2004

[3] Trần Hữu Quế, Đặng Văn Cứ, Nguyễn Văn Tuấn, Vẽ kỹ thuật cơ

khí, Tập 1, Nhà xuất bản giáo dục, năm 2007.

[4] Trần Hữu Quế, Đặng Văn Cứ, Nguyễn Văn Tuấn, Vẽ kỹ thuật cơ

khí, Tập 2, Nhà xuất bản giáo dục, năm 2007.

[5] Nguyễn Bá Dương, Nguyễn Văn Lẫm, Hoàng Văn Ngọc, Lê Đắc

Phong, Tập bản vẽ Chi tiết máy, Nhà xuất bản Đại học và Trung

học chuyên nghiệp, năm 1978

[6] Ninh Đức Tốn – Dung sai và lắp ghép, nhà xuất bản giáo dục 1994.