thiết kế đồ án chi tiết máy côn trụ 1 cấp

Đề tài mà em đợc giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có bộ hộp giảm tốcbánh răng côn răng thẳng và bộ truyền xích.. Hệ thống đợc dẫn động bằng động cơ điệnthông qua khớp nối, hộp g

Lời nói đầu

Thiết Kế Đồ án Chi Tiết Máy là một môn học cơ bản của ngành cơ khí Môn học nàykhông những giúp cho sinh viên có một cái nhìn cụ thể hơn thực tế hơn đối với các kiếnthức đã đợc học, mà nó còn là cơ sở rất quan trọng của các môn chuyên ngành sẽ đợchọc sau này

Đề tài mà em đợc giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có bộ hộp giảm tốcbánh răng côn răng thẳng và bộ truyền xích Hệ thống đợc dẫn động bằng động cơ điệnthông qua khớp nối, hộp giảm tốc và bộ truyền xích sẽ truyền chuyển động tới băng tải.Trong quá trình tính toán và thiết kế các chi tiết máy cho hộp giảm tốc em đã sử dụng

và tra cứu một số những tài liệu sau:

-Chi tiết máy tập 1 và 2 của GS.TS-Nguyễn Trọng Hiệp

-Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1 và 2 của PGS.TS Trịnh Chất

và TS Lê Văn Uyển

- Dung sai và lắp ghép của GS.TS Ninh Đức Tốn.

Do là lần đầu làm quen với công việc thiết kế chi tiết máy,cùng với sự hiểu biết cònhạn chế cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của các môn cóliên quan song bài làm của sinh viên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót Kínhmong đợc sự hớng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn giúp chonhững sinh viên nh chúng em ngày càng tiến bộ trong học tập

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Lê Văn Uyển đã trực tiếp hớng dẫn, chỉ bảo tận tình để em co thễ hoàn thành tốt nhiệm vụ đợc

giao Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên : Đỗ Thiện

I phần động học

1 Xác định P lv :

Công suất trên trục công tác đợc tính theo công thức 2.11 20

1

trg L

Theo đề bài : + F : Lực kéo băng tải : 2F = 5000N

3 Xác định hiệu suất của hệ dẫn động  :

Hiệu suất truyền động của toàn bộ hệ thống đợc tính theo công thức:





   

Trong đó : k : Hiệu suất nối trục đàn hồi

brc : Hiệu suất bộ truyền bánh răng côn

ol : Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn

x : Hiệu suất của bộ truyền xích

+ Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn : ol = 0,99

+ Hiệu suất của bộ truyền xích: x = 0,97

Thay vào ta tính đợc:

= 1.0,97.0,992.0,97= 0,92

4 Xác định công suất yêu cầu của động cơ:

Công suất yêu cầu của động cơ đợc tính theo công thức :

lv yc

P



Trong đó: + P yc : Công suất cần thiết trên trục động cơ(kW)

+ P lv : Công suất trên trục máy công tác(kW) +  : Hiệu suất của toàn bộ hệ thống truyền động +  : Hệ số tải trọng tơng đơng

Nh vậy ta tính đợc :

.

lv yc

trong đó : v : vận tốc dài băng tải : v = 0,85(m/s)

D : Đờng kính tang cuốn : D= 270mm Thay số vào ta có: n lv =

4

6.10 0,85 = 60,13 (v/ph)

6 Xác định u sb :

Tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống đợc tính theo:

u sb = u n u h

trong đó : u h: Tỷ số truyền sơ bộ của hộp giảm tốc

u n: Tỷ số truyền sơ bộ của bộ truyền ngoài(bộ truyền xích) Theo bảng 2.4 21

1

trg TL

7 Xác định sơ bộ tốc độ quay của động cơ điện :

Số vòng quay sơ bộ hợp lý của động cơ điện đợc tính theo công thức :

n sb = n lv u sb

trong đó: n lv : số vòng quay trục máy công tác (v/ph)

u sb : Tỷ số truyền sơ bộ của cả hệ thống truyền động

+ P dc = 5 kW > P yc

+ n dc = 960 v/ph + k

dn

T

T =2 >

mm 1

K a : Hệ số xét đến chiều dài xích : Chọn Ka = 1

Kbt : Hệ số xét đến ảnh hởng của bôi trơn : Bộ truyền làm việc trong môi trờng có

bụi , bôi trơn nhỏ giọt  Kbt = 1,3

Kc : Hệ số xét đến chế độ làm việc : Làm việc 2 ca  Kc = 1,25

Suy ra :

K =1.1.1,25.1,3.1.1,25 = 2,03Vậy ta có:

Pt =2,22.2,03.1,1.1,09 = 5,40 kW Theo bảng 5.5- trg 83

TL1 , với n 01 = 200v/ph , chọn bộ truyền xích 1 dãy có bớc xích

Tính lại khoảng cách trục a theo công thức 5.13 trg85

TL1



:

.25, 4

69 - 23 0,25 108 - 0,5 23+ 69 + 108 - 0,5 23+ 69 - 2

k d = 1,2 : Chế độ làm việc trung bình

Vận tốc vòng của xích: v = 

60000

23.25, 4.181,13 60000

1 1

Z pn

= 1,76 m/sLực vòng : F t = P

v

1000 1000.4,43/1,76 = 1261,36 NLực căng do lực li tâm sinh ra : F v = qv 2 = 2,6.1,762 = 8,05 N

TL1



, với n 01 = 200 v/ph  Chọn [s] = 8,2 Suy ra : s  [s]  Bộ truyền đủ bền

d 2 =   

 2 

p sin Z

b Kiểm nghiệm theo độ bền tiếp xúc răng đĩa xích:

Răng đĩa xích đợc kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc theo công thức 5.18 - trg87

Số răng đĩa xích Z1

Z2

2369Vật liệu đĩa

- Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện, HB 241 285, b1 = 850 MPa, ch1 = 580 MPa

- Bánh lớn : Thép 45 tôi cải thiện, HB 192 240, b2 = 750 MPa, ch2 = 450 MPa

Víi c =1 lµ sè lÇn ¨n khíp trong 1 vßng quay

Suy ra : NHE1 > NHO1 lÊy N HE1N HO1 KHL1 = 1

Kđ : Hệ số phụ thuộc loại răng : Với bánh răng côn, răng thẳng làm bằng thép

 Kđ = 100 MPa1/3  KR = 0,5.100 = 50 MPa1/3

+ Kbe : Hệ số chiều rộng vành răng  Chọn Kbe = 0,25+ KH : Hệ số xét đến sự phân bố không đều tảI trọng trên chiều rộng vành răng

+ T1 = 45859,90 Nmm : Mômen xoắn trên trục bánh chủ động

2

45859,90.1, 23 5.32

x1 = 0,39 : x2 = -0,39

 Đờng kính trung bình và môđun trung bình :

2, 28 (1- 0,5.0, 25) = 2,61 mm

5 - Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng côn :

 Kiểm nghiệm theo độ bền tiếp xúc

0,85bd u ≤ [P]H]’

Trong đó : + ZM : Hệ số kể đến cơ tính vật liệu làm bánh răng  Theo bảng

85 , 0

2

m nm

F F

d m b

Y Y Y K T

Trong đó:mnm  mtm =2,63mm

+ KF = K K K Fβ FαFv Fv : Hệ số tải trọn khi tính về uốn

KF : Hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên các đôi răng cùng ăn khớp đồng thời

 Bánh răng côn, răng thẳng  KF = 1

KF : Hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng vành răng :

z Z

F2 < [P]F2]’=236,57 MPa  Điều kiện bền uốn đợc đảm bảo

Kiểm nghiệm răng về quá tải :

σ =σF2.Kqt= 124,80.1 = 124,80 MPa<σF1 max = 360 MPa

 §¹t yªu cÇu vÒ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i

đờng kính chia ngoài de1 ; de2 de1 = mteZ1 ; de2 =mteZ2 63 mm ; 336 mmChiều cao răng ngoài he he=2hte.mte + c

+, Mômen xoắn trên trục I:

Tt = k.T1= 1,2.46357,29 = 55628,75 N.mm  55,63 N.m

Với k : hệ số chế độ làm việc, k = 1,2 (tra bảng 16.1)

Với động cơ 4A132S6Y3 tra bảng P1.7-TL1 ta có d dc=38mm

2, Kiểm tra độ bền của vòng đàn hồi

+, Điều kiện về sức bền dập của vòng đàn hồi :

d d

0 c 3

2.k.T

[P] ]Z.D d l

Với : dc=10; l3 =15; Do=71; Z = 6; k = 1,3;

 d=2.1,2.55628,75=2,09 N/mm2  [P] d] = (2 4) N/mm 2

Vậy vòng đàn hồi thỏa mãn sức bền dập

+, Điều kiện sức bền của chốt :

l0 = l1+ l2/2 = 20 + 10/2 = 25 mm ;

 d=1,2.55628,75.253 =39,18 N/mm2  [P] d] = (60 80) MPa

6.71.10 0,1 Vậy chốt đủ điều kiện làm việc

B sơ đồ đặt lực

1 Sơ đồ kết cấu chung :

C: Xác định sơ bộ đờng kính,khoảng cách các đoạn trục Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 có b= 600 MPa

ứng suất xoắn cho phép = 15…30 Mpa , chay=340Mpa

Trong đó : T : mômen xoắn trên trục cần tính

 τ : Là ứng suất xoắn cho phép Ta có  τ =12 20 MPa

 Trục I lắp với động cơ điện thông qua khớp nối đàn hồi  d1 = (0,81,2)dđc

Theo bảng P1.7 - trg242

TL1 , với động cơ 4A132S6Y3 có: d đc = 38 mm

 chọn d1 = 0,8.d đc = 0,8.38 = 30,4 mm  Lấy d1 = 30 mm

 Trục II : Với T2/2 = 233569,91/2 = 116784,96 Nmm

+ Bánh răng trụ : + Trên trục II: l m22= (1,2 1,5) d2 = (1,2 1,5).35 =42 52,5mm

 Do đó chọn lm22= 50 mm + Khớp nối đàn hồi : l m12= (1,2 2,5) d1= (1,2 2,5).30 = 3675 mm

 Do đó chọn lm12 =45+ Đĩa xích : l m31= lm33= (1,2 1,5) d2 = (1,2 1,5).35=42 52,5

= 132,98 mm chọn l 12 = 133 mm Với b13 : Chiều rộng vành răng bánh răng côn : b13 = 43 mm

 Trục II :

l22 = 0,5(lm22 + bo2) +k1 + k2 = 0,5(50 + 21) +5 +8 = 48,5 mm chọn l22=50mm

=

l

 2 t1 13 k 12

11

2935,90 80

 Tính mômen uốn tổng và mômen uốn tơng đơng và đờng kính các đoạn trục:

Với d sb=30 tra bảng 10.5 TL1 đợc   63MPa

* Tại tiết diện 1-1 :

Tại tiết diện lắp ổ lăn 1  d1 =18,84 mm

* Tại tiết diện 2-2 :

Tại tiết diện lắp ổ lăn 2  d2 = 25,18 mm

* Tại tiết diện 3-3 :

Tại tiết diện lắp bánh răng côn  d3 = 18,49 mm

* Tại tiết diện khớp nối:

*Xuất phát từ yêu cầu công nghệ ta đợc

- Đờng kính tiết diện lắp ổ lăn 1 : d =30 mm

- Đờng kính tiết diện ổ lăn 2 : d =30 mm

- Đờng kính tiết diện lắp bánh răng côn và khớp : d =22 mm

 Biểu đồ mômen

*Xuất phát từ yêu cầu công nghệ ta đợc

- Đờng kính tiết diện lắp ổ lăn : d =40 mm

- Đờng kính tiết diện lắp BR côn : d =38 mm

- Đờng kính tiết diện lắp bánh xích : d =35 mm

 Biểu đồ mômen

E tÝnh to¸n mèi ghÐp then :

1 – Chän vµ kiÓm nghiÖm mèi ghÐp then cho trôc I.

c t

F kiểm nghiệm độ bền mỏi với trục

1. Ta thấy rằng tại trục 1 tiết diện nguy hiểm nhất chình là tiết diện chứa ổ bi

Trong đó : + [P]s] : Hệ số an toàn cho phép : [P]s] = 2 2,5

+ s,s: Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện thứ j :

-1 σ

σ

s =

K σ + ψ σ -1

- -1,-1 : Giới hạn mỏi uốn và xoắn tơng ứng với chu kỳ đối xứng

- Với thép CT45 có : b=600MPa  -1 = 0,436.600 = 261,6 MPa

-1=0,58 -1= 0,58.261,6 = 151,7 MPa =0,05 ; =0

với , hệ số kể đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

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

Nếu trục tiết diện tròn:

3 32

j j

j j

Với b,t tra bảng 9.1a TL1

Với trục I mặt cắt nguy hiểm là mặt 10 và 11( tiết diện tại các ổ đỡ)

3 10

10

10

14000

5, 28 / 2650,7

a

M

N mm W

2 11

11

11

92488, 2

34,92 / 2650,70

a

M

N mm W

2 21

21

21

175000

27,85 / 6283,18

a

M

N mm W

2 22

22

22

134738, 22

29,15 / 4622,65

a

M

N mm W

2 10

2 11

2 21

2 22

K : hệ số tăng bền bề mặt trục , phụ thuộc vào phơng pháp tăng bền bề mặt , cơ tính

vật liệu Vì trục đợc lằm bằng vật liệu thép 45 thờng hóa không tăng bền bề mặt nên K y

-1 11

 Điều kiện mỏi đợc đảm bảo

G Kiểm Nghiện Trục Về Độ Bền Tĩnh

Khi quá tải đột ngột nh khi mở máy có thể gây biến dạng dẻo hoặc gãy hỏng do đó

trục tính theo độ bền mỏi cần phải đc kiểm tra độ bền tĩnh trên tiết diện vừa chịu uốnvừa chịu xoắn nên ta tính đợc ứng suất tơng đơng theo thuyết thế năng biến dạng:

Mmax  1 , 5 10  1 , 5 14000  21000

Nmm T

Mmax  1 , 5 11  1 , 5 92488 , 2  138732 , 30

Nmm T

Tmax  1 , 5 1  1 , 5 45859 90  68789 , 85

MPa

38 , 51 30

1

,

0

30 , 138732

Mmax  1 , 5 21  1 , 5 175000  262500

Nmm T

Mmax  1 , 5 22  1 , 5 134738 , 22  202107 , 33

Nmm T

Tmax  1 , 5 2  1 , 5 233569 , 81  350354 , 72

MPa

83 , 36 38

1

,

0

33 , 202107

Do yêu cầu độ cứng cao ,đảm bảo độ chích xác giữa vị trí trục và bánh răng côn ,chọn

ổ đũa côn 1 dãy Tra tra bảng P.2.11 tttkhdđck tập 1 ,dựa vào đờng kính ngõng trục

d =30 mm, ta chọn : sơ bộ ổ đũa côn cỡ trung

Ký hiệu 7206 có : C = 29,8 KN, C0= 22,3 KN,  = 13,670

Sơ đồ bố trí ổ :

Hình 6: Sơ đồ bố trí ổ lăn trên trục I

+ Tính ổ theo khả năng tải động C d = Q.mL < C

Trong đó :

m: là bậc của đờng cong, m = 10/3

L: tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay ,

L = 60.n110-6 .Lh = 60.960.10-6.15000 = 864( triệu vòng)

Q: là tải trọng động : Qi= (XiVFri + Yi.Fai)Kt.Kđ

Qi = (XVFri + YFai)Kt.Kđ

Với : Fa , Fr -tải trọng dọc trục và hớng tâm tại các ổ 0 và 1

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

Kt: hệ số kể đến ảnh hởng của nhiệt độ, lấy Kt = 1 (vì t0 < 1250)

Kđ: hệ số tải trọng động (bảng 11.3) làm việc êm lấy Kđ = 1

+, Kiểm nghiệm ổ về khả năng tải tĩnh C 0  Q t

Theo (11.19): Q’

t2=X0.Fr2+ Y0.Fa2 và (11.20) : Q‘’

t1 = Fr2 Tra bảng 11.6 tttkhdđck tập 1, ta có : X0=0,5; Y0= 0,22.cotg = 0,90

 Q’

t2 = 0,5 2754,61 + 0,90.934,51 = 2218,36N

Q‘’

t2 = Fr2=2754,61 N  Qt = Max(Q‘

t1, Q‘’

t1) = 2162,27 N < C0=29,9 KN

Vậy ổ thoả mãn về khả năng tải tĩnh

+, Kết luận: với trục I ta dùng ổ 7206 có :

nhng do tải trọng khá lớn và yêu cầu nâng cao độ cứng nên ta chọn ổ đũa côn và bố trí các ổ nh hình vẽ :

Hình 7: Sơ đồ bố trí ổ lăn trên trục II Với đờng kính các ngõng trục là d = 40 mm, theo bảng P2.11, Phụ lục chọn sơ bộ ổ

cỡ nhẹ ký hiệu 7208 có:

C = 42,4 kN, C0 = 32,7 kN, góc tiếp xúc  = 14,330

L=60.n2.10-6.lh=60.181,13.10-6.15000=163,02( triệu vòng)

+,Tính kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ

Theo bảng 11.4 , với ổ đũa đỡ – chặn : e = 1,5.tg = 1,5.tg(14,330) = 0.38

Theo (11.7) lực dọc trục do lực hớng tâm sinh ra trên ổ :

VËy æ tháa m·n t¶i tÜnh.

+, KÕt luËn: víi trôc II ta dïng æ 7208 cã :

ChiÒu cao, h

§é dèc

e= (0,8 1). = (0,8 1).10 = 8 10 e = 8 mm

lÊy h = 55 mmLÊy b»ng 2

d3=(0,8 0,9)d2=(0,8 0,9)14=11,2 12,6mm M12

d4=(0,6 0,7)d2=(0,6 0,7)12=7,2 8,4mm  M8

d5 =(0,5 0,6)d2=(0,5 0,6)14=7 8,4mm  M8

§êng kÝnh gèi trôc :

C D3/2 phải đảm bảo k 1,2d2= 16,8 mmXác định theo kết cấu

S1= 24 mm

K1  3.d1 = 3.17 = 51 mm

q  k1 + 2. = 48 +2.10 = 68 mmKhe hở giữa các chi tiết :

Khe hở giữa bánh rặng với thành

100

150 87

4

Dùa theo b¶ng 18.5 - trg92

TL2 chän vÝt M8x22 cã

c¸c th«ng sè C=125 , A=100 , B=75 , A1= 150, B = 1001 ,

d KiÓm tra møc dÇu.

-§Ó kiÓm tra møc dÇu trong hép ta dïng que th¨m dÇu, que th¨m dÇu cã kÝch thíc

E Nối trục đàn hồi

Trong nối trục đàn hồi , hai nửa nối trục nối với nhau bằng bộ phận đàn hồi Nhờ có

bộ phận đàn hồi cho nên nối trục đàn hồi có khả năng giảm va đập và chấn độnh đề phòng cộng hởng do dao động xoắn gây nên và bù lại độ lệch trục

Nối trục đàn hồi Vòng đàn hồi

lu thông , do các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm đều có vận tốc v < 12 m/s nên

ta bôi trơn bánh răng trong hộp bằng phơng pháp ngâm dầu

- Với vận tốc vòng của bánh côn v=2,75 m/s tra bảng 18.11- trg100

đồng thời có khả năng bảo vệ ổ tránh tác động của tạp chất và độ ẩm Ngoài ra mỡ

đợc dùng lâu dài ít bị ảnh hởng của nhiệt độ theo bảng15.15a - trg44

TL2 ta dùng loại mỡ

LGMT2 và chiếm 1/2 khoảng trống Để che kín các đầu trục ra , tránh sự xâm nhập củabụi bặm và tạp chất vào ổ cũng nh ngăn mỡ chảy ra ngoài , ở đây ta dùng loại vòngphớt, theo bảng 15.17 - trg50

TL2 , tra đợc kích thớc vòng phớt cho các ổ nh sau :

B¶ng thèng kª dïng cho b«i tr¬n

Tªn dÇu hoÆc mì ThiÕt bÞ cÇn b«i

tr¬n Lîng dÇu hoÆc mì Thêi gian thay dÇu hoÆc mìDÇu «t« m¸y kÐo

Mì LGMT2 TÊt c¶ c¸c æ vµ bé truyÒn ngoµi 1/2 chç rçng bé phËn æ 1 n¨m

II B¶ng kª c¸c kiÓu l¾p vµ dung sai

ghíi h¹n kiÓu l¾p

0 +0,002+0,015 +0,015-0,019

+0,02 +0,002+0,015 +0,066 +0,002

+0,32 +0,1

+0,002Trôc vµ b¸nh r¨ng

c«n

38 H7/k6 +0,025

0

+0,018 +0,002

+0,018-0,023

+0,002N¾p æ vµ th©n hép  90

H7/d11

+0,035

0 -0,12-0,34 +0,1+0,32Trôc vµ vßng ch¾n

dÇu

38 F8/k6 +0,076

+0,03 +0,021 +0,002 +0,095 +0,030Trôc vµ b¹c chÆn  38D11/k6 +0,24

V thiết kế vỏ hộp 39

Tài liệu tham khảo:

[P]TL1]: Sách Tính toán thiết kế Hệ dẫn động cơ khí, tập1 - Trịnh Chất&Lê Văn Uyển[P]TL2]: Sách Tính toán thiết kế Hệ dẫn động cơ khí, tập2 - Trịnh Chất&Lê Văn Uyển[P]TL3]: Sách Hớng dẫn làm bài tập Dung sai và lắp ghép - Ninh Đức Tốn