Đồ án chi tiết máy: hộp giảm tốc nguyễn văn chiến

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU HỆ THỐNG DẨN ĐỘNG BĂNG TẢI Khi ta thiết kế hệ thống dẫn động băng tải phải đảm bảo yêu cầu công suất trên trục là 9 kw số vòng quay trên trục thùng trộn là 63 vòng/phút

Giáo viên hướng dẫn: ???

Sinh viên thực hiện:

1 NGUYỄN VĂN CHIẾN (0605266)

3 KJ

4 LI ?

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU HỆ THỐNG DẨN ĐỘNG BĂNG TẢI

Khi ta thiết kế hệ thống dẫn động băng tải phải đảm bảo yêu cầu công suất trên trục là 9 kw số vòng quay trên trục thùng trộn là 63 vòng/phút, thời gian phục vụ

là 5 năm, quay một chiều, làm việc hai ca, tải trọng va đập nhẹ (một năm làm việc 300 ngày, một ca 8 giờ)

1 Công suất trên trục động cơ P =9 kW

2 Số vòng quay trên trục thùng trộn 63 vòng/phút

3 Thời gian phục vụ 5 năm

Quay một chiều, làm việc hai ca, tải trọng va đập nhẹ (một năm làm việc 300 ngày , một ca 8 giờ)

Chế độ tải trọng cho như hình sau:

Các số liệu ban đầu:

1 Lập sơ đồ động để tính toán thiết kế

2 Lập bảng thuyết minh tính toán

Để thỏa mãn yêu cầu trên ta sử dụng hộp giảm tốc đồng trục làm giảm vận tốc từ động cơ vào trục thùng trộn Hộp giảm tốc này có đặc điểm là đường tâm của trục và và trục ra là trùng nhau Do đó có thể giảm bớt chiều dài hộp giảm tốc, giúp cho việc bố trí cơ cấu gọn gàng Tuy nhiên khi sử dụng hộp giảm tốc đồng trục ta nên chú ý đến một số khuyết điểm của nó:

9 Khả năng tải của cấp nhanh không dùng hết vì tải trọng tác dụng vào cấp chậm lớn hơn cấp nhanh trong khi khoảng cách của hai trục bằng nhau

9 Phải bố trí các ổ của các trục đồng tâm bên trong hộp giảm tốc, làm phức tạp kết cấu gối đỡ và gây khó khăn cho việc bôi trơn các ổ này

9 Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn nên muốn đảm bảo

trục đủ bền và đủ cứng phải tăng đường kính trục

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 2.1 Chọn động cơ điện

2.1.1 Ý nghĩa của việc chọn động cơ

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc và động cơ biệt lập, việc chọn đúng loại động cơ ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn và thiết kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp Do đó việc chọn động cơ có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn Nếu chọn đúng

động cơ thì động cơ có tính năng làm việc phù hợp với yêu cầu truyền động của máy, phù hợp với môi trường bên ngoài, vận hành được an toàn và ổn định Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn công suất phụ tải yêu cầu thì động cơ luôn làm việc quá tải, nhiệt độ tăng quá nhiệt độ phát nóng cho phép Động cơ chóng hỏng Nhưng nếu chọn công suất động cơ quá lớn thì sẽ làm tăng vốn đầu tư, khuôn khổ cồng kềnh, động cơ luôn làm việc non tải, hiệu suất động cơ sẽ thấp khi chọn động cơ điện sao cho có thể lợi dụng được toàn bộ công suất động cơ Khi làm việc nó phải thỏa mãn ba điều kiện:

+ Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn + Có mômen mở máy đủ lớn để thắng mômen cản ban đầu của phụ tải khi mới khởi động

2.1.2 Chọn loại và kiểu động cơ

Hiện nay trong công nghiệp thường sử dụng hai loại động cơ đó là:

+ Động cơ một chiều + Động cơ xoay chiều Thông thường động cơ xoay chiều thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì có sức bền làm việc cao, moment khởi động lớn Bên cạnh đó động cơ một chiều có thể điều chỉnh êm tốc độ trong phạm vi rộng, động cơ bảo đảm khởi động êm, hãm và đổi chiều dễ dàng Nhưng giá thành đắt, khối lượng sữa chữa lớn và mau hỏng hơn động cơ xoay chiều và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu

Từ những ưu điểm trên ta chọn động cơ điện xoay chiều

2.2 Tính toán và phân phối tỷ số truyền

2.2.1 Chọn động cơ điện

Để chọn động cơ điện ta cần tính công suất cần thiết

Nếu gọi P td là công suất trên trục ( tải trọng tương đương mà máy phải làm việc khi quay), Là trường hợp tải trọng thay đổi theo bậc nên ta có:

) ( 28 8

847 0 9 45

11

45 9 0 11 1 9 9

2 2

2 1 2

2 1

2

2 2

kw t

t T T

=

= +

97,

=

η

Suy ra hiệu suất chung η của hệ thống:

η = 0 , 8777

877 , 0

28 , 8

Tra vào BảNG2.4 trang 21( Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, tác

giả TRịNH CHấT –LÊ VĂN UYểN).Theo bảng ta nên chọn tỉ số truyền như sau:

o Đai thẳng: U xich = 2

o Hộp giảm tốc hai cấp: U hop = 10

Nên tỉ số truỵền sơ bộ của hệ thống là:

20 2 10

= xixh hop

sb U U U

Vận tốc sơ bộ của động cơ là:

V sb =U sb.n=30.63=1260(vong/phut)

Î Với số liệu ta tính được

) ( 44 ,

Pct =

)/

(

V sb =

Ta tiến hành chọn động cơ

Cần phải chọn động cơ điện có công suất lớn hơn P ct = 9 , 44 (kw) Trong tiêu chuẩn có nhiều loại động cơ điện thõa mãn điều kiện này Tra vào

BảNG P1.3 trang 236 ( Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, tác giả

TRịNH CHấT –LÊ VĂN UYểN)

nên ta chọn động cơ không đồng bộ 3 pha mang số hiệu 4A132M2Y3

có các thông số kỹ thuật sau:

o Công suất:

) ( 0 ,

11 kw

P ct =

o Vận tốc:

V sb =2907(vong/ phut)

Chọn sơ bộ loại động cơ công suất định mức Pct = 11 , 0 ( kw ), có số vòng quay

là Vsb = 2907 v ng / ph t ( ò ú ) Nếu chọn động cơ điện có số vòng quay lớn

Vậy ta chọn được: động cơ không đồng bộ 3 pha mang số hiệu 4A132M2Y3

) ( 0

Đang làm tới đây:

Ở đây ta chọn động cơ A02-42-4 công suất động cơ P dc = 5,5kw, có số vòng

ich tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ nghiêng cấp chậm

ix tỷ số truyền của bộ truyền xích

Ta chọn ix = 4 theo bảng 3.2 [1]

27,88

6,974

i

u i i nh ch

ix

Để tạo điều kiện bôi trơn các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc bằng

phương pháp ngâm dầu ta lấy:

yêu cầu đặt ra

2.3 Kiểm tra điều kiện mở máy và quá tải của động cơ đã chọn

- Mômen định mức của động cơ

5,5dmdc

ndc số vòng quay của động cơ

- Mômen mở máy của động cơ

- Mômen cho phép của động cơ

n2 số vòng quay của trục 2

n3 số vòng quay của trục 3 2.4.2 Tính công suất trên các trục

-Công suất danh nghĩa trên trục động cơ

1 2 2

2 3 3

3

4,5

14504,48

14504,32

549,244,17

208,44

ct dc

dc

N

n p

n p

n p

Bảng số liệu động học và động lực học trên các trục tính được của hệ thống

Trục Tỉ số truyền

Tốc độ quay (vg/ph)

Công suất (kw)

Mômen xoắn (Nm) Trục động cơ 1

2,64

1450 4,5 29,64 Trục 1

1450 4,48 29,50

Trục 2

549,24 4,32 75,11

Thông số

Trục 3

2,64

208,44 4,17 191,05

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG XÍCH 3.1 Tìm hiểu và chọn truyền động xích

Xích truyền chuyển động và tải trọng từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ sự

ăn khớp giữa các mắt xích với răng của đĩa xích So với bộ truyền đai bộ

truyền xích cơ những ưu điểm sau:

- Không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao hơn, có thể làm việc khi có quá

tải đột ngột

- Không đòi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn

- Kích thứơc bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu truyền cùng công suất và

số vòng quay

- Bộ truyền xích truyền công suất nhờ vào sự ăn khớp giữa xích và bánh

xích, do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai và

đo đó có thể truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích bị dẫn

Tuy nhiên bộ truyền xích có những nhược điểm là do sự phân bố của các

nhánh xích trên đĩa xích không theo đường tròn mà theo hình đa giác, do đó

khi vào và ra khớp, các mắt xích xoay tương đối với nhau và bản lề xích bị

mòn gây nên tải trọng động phụ, ồn khi làm việc, có tỷ số truyền tức thời thay

đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh xích thay đổi, cần phải bôi trơn thường

xuyên và phải có bộ phận điều chỉnh xích

Có 3 loại xích chính là xích ống, xích ống con lăn và xích răng

Xích ống đơn giản, giá thành hạ và khối lượng giảm vì không dùng con lăn,

nhưng cũng vì thế mà bản lề mòn nhanh Vì vậy chỉ dùng xích ống đối với

các bộ truyền không quan trọng mặc khác yêu cầu khối lượng nhỏ

Xích ống con lăn gọi tắt là xích con lăn, về kết cấu giống như xích ống chỉ

khác ngoài ống lắp thêm thêm con lăn, nhờ đó có thể thay thế ma sát trượt

giữa ống và răng đĩa bằng ma sát lăn giữa con lăn và răng đĩa Kết quả là độ

bền của xích con lăn cao hơn xích ống, chê tạo không phức tạp bằng xích

răng, do đó xích con lăn được dùng khá rộng rải

Xích răng có khả năng tải lớn, làm việc êm, nhưng chế tạo phức tạp và giá

thành đắt hơn xích con lăn

Từ những ưu điểm trên và do bộ truyền tải không lớn nên ta chon xích

Ka=1 hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục

K0=1,25 hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền

Kdc=1,25 hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng

1

400

208,443

Dựa vào bảng 5.2 số vòng quay tới hạn ứng với bước xích 25,4mm là

nth=800vg/ph, nên điều kiện n<nth được thỏa

n số vòng quay của đĩa xích

z số răng của đĩa xích

pc bước xích

- Lực vòng có ích

1000 1000.4,17

22541,85

Ta chọn a=1012mm (vì giảm khoảng cách trục (0,002-0,004)a)

- Số lần va đâp xích trong 1giây

Q=50000N tải trọng phá hỏng tra theo bảng 5.1

[s] hệ số an toàn cho phép dựa vào số vòng quay và bước xích ta chọn [s]= (76-8,9)

F1=Ft=2254N lực trên nhánh căng

Fv lực căng do lực ly tâm gây nên theo công thức 5-16 [1]

2 2,6.1,852 8,90

v m

qm=2,6(kg/m) khối lượng của một mét xích tra theo bảng 5.1 [1]

F0 lực căng ban đầu của xích theo công thức 5-17 [1]

1.1012.2,6.9,81 25,81

o f m

3.5 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

- Đường kính vòng chia theo công thức 5-1 [1]

1

1

2 2

25,4.21

1703,14

25,4.84

6793,14

A diện tích hình chiếu của bản lề theo bảng 5.1 [1] với bước xích

25,4 ta chọn A=180mm

[σ] ứng suất tiếp xúc cho phép tra theo bảng 5.11 [3]

5 1

Như vậy có thể dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB=210 sẽ đạt được ứng

suất cho phép [σ]=600Mpa đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho đĩa răng 1

- Kiểm nghiệm độ bền của đĩa xích 2 theo công thức 5-28 [3]

Nguyên tắc chọn vật liệu để thiết kế bộ truyền bánh răng cho hộp giảm tốc

là: chọn vật liệu đảm bảo cho răng không bị gãy do quá tải đột ngột dưới tác

dụng của tải trọng va đập, răng không bị tróc vì mỏi do ứng suất tiếp xúc thay

đổi gây ra

Thép nhiệt luyện là loại vật liệu chủ yếu để chế tạo bánh răng Ngoài ra còn dùng

gang và chất dẻo

Đối với các bộ truyền chịu tải trọng nhỏ và trung bình có thể dùng thép tôi

cải thiện, thép thường hóa hoặc thép đúc để chế tạo bánh răng Độ rắn của bề

mặt răng HB<350

Đối với các bộ truyền chịu tải trọng lớn và yêu cầu kích thước nhỏ gọn thì

dùng thép cácbon hoặc thép hợp kim nhiệt luyện để đạt độ rắn bề mặt HB>350

Đối với các bộ truyền bánh răng hở, làm việc với vận tốc thấp, không có

yêu cầu kích thước phải nhỏ gọn, có thể dùng vật liệu gang

Chất dẻo thường được dùng trong các bộ truyền bánh răng chịu tải trọng

nhỏ, yêu cầu làm việc ít kêu và cần giảm tải trọng động

Dựa vào sơ đồ tải trọng và điều kiện làm việc của bộ truyền không phải

làm việc dưới tải trọng lớn và cũng không có điều kiện gì đặc biệt Ta tiến hành

chọn vật liệu theo các hàm mục tiêu

- Bền điều

- Kích thước nhỏ nhất

- Giá thành rẻ nhất

- Thuận lợi cho việc gia công cơ khí

Từ những điều kiện trên ta tiến hành chọn vật liệu cho bánh dẫn và bị dẫn

ta chọn thép 45 - tôi cải thiện với các số liệu cho ở bảng sau

Tên Vật liệu σ (Mpa) b σ (Mpa) ch HB

Bánh dẫn Thép 45 - tôi cải thiện

4.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép

sH =1,1 hệ số an toàn có giá trị tra theo bảng 6.13 [1]

- Giới hạn mỏi tiếp xúc: σ0 limH =2HB+70

Theo bảng 6.13 [1]

+ Đối với bánh dẫn: σ0 lim1H =2HB1+70 610= Mpa

+ Đối với bánh bị dẫn: σ0 lim2H =2HB2 +70 590= Mpa

- Hệ số tuổi thọ được xác định theo công thức 6-48 [1]

6 NHO

Trong đó N HO =30.HB2,4 số chu kỳ làm việc cơ sở

360

Vì NHO <1 NHE ;1 NHO <2 NHE nên 2 KHL =1

Thay thế các giá trị vừa tìm được vào công thức xác định ứng suất tiếp xúc cho

phép ta có các giá trị ứng suất đối với bánh dẫn và bị dẫn là

1,1

Mpa H

Mpa H

- Giới hạn mỏi của bánh dẫn σ0 lim1F =1,8.270 486= Mpa

- Giới hạn mỏi của bánh bị dẫn σ0 lim2F =1,8.260 468= Mpa

- Hệ số tuổi thọ được xác định theo công thức 6-48 [1]

Vì NFO <1 NFE ;1 NFO <2 NFE nên 2 KFL =1

Thay thế các giá trị vừa tìm được vào công thức xác định ứng suất uốn cho phép

ta có các giá trị ứng suất đối với bánh dẫn và bị dẫn là

1

2

486.1

2781,75

468.1

2671,1

Mpa F

Mpa F

4.3 Tính toán thiết kế cho từng cấp bánh răng

4.3.1 Xác định các thông số của bánh răng cấp nhanh

¾ Chon sơ bộ hệ số tải trọng K=1,4

Tính khoảng cách trục lấy ' 1,25θ =

Theo công thức 6-67 [1]

[ ]

2 6

1 3

' 2 2 6 3

1,05.10( 1)

.1,05.10 1,4.4,48

β

> , với cấp chính xác

9 và vận tốc vòng v= (3-8m/s) tra bảng 3.14 [2] ta tìm được kd=1,4

Do đó k=kttkd=1,4.1=1,4

Vậy hệ số k đúng với dự đoán nên không phải tính lại A

¾ Xác định môđun, số răng, góc nghiêng của răng và chiều rộng bánh

¾ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng

Hệ số dạng răng tra theo bảng 3.18 [2]

2 . ''

619,1.10 1,4.4,48

41,050,43.2 26.1450.35.1,5

F

θσ

Kết luận: Vậy bánh răng đủ bền khi làm việc quá tải

¾ Các thông số hình học của bánh răng trụ không dịch chỉnh ăn khớp

1

2 2.29,50.10

107454

2

2

2 2.75,11.10

1030146

T

d

Lực hướng tâm trên bánh răng nhỏ theo công thức 6-17 [1]

Lực hướng tâm trên bánh răng lớn theo công thức 6-17 [1]

2

os

n r

Ftag

c

αβ

Đường kính vòng chân răng 1 49 mm

Đường kính vòng chân răng 2 141 mm

Lực hướng tâm trên bánh nhỏ 413 N

Lực hướng tâm trên bánh lớn 396 N

Lực dọc trục trên bánh nhỏ 391 N

Lực dọc trục trên bánh lớn 375 N

4.3.2 Xác định các thông số của bánh răng cấp chậm

¾ Các thông số hình học của bánh răng

Do hộp giảm tốc đồng trục nên:

Môđun mn=2mm Khoảng cách trục A=100mm Góc nghiêng β =18,840

54 2,5.2 49

146 2,5.2 141

i i

Theo bảng 3.11 [2] ta chọn cấp chính xác chê tạo cho bánh răng là cấp 9

¾ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng

Hệ số dạng răng tra theo bảng 3.18 [2]

'' .1

619,1.10 1,4.4,32

78,360,43.2 26.549,42.40.1,5

F

θσ

Kiểm nghiệm ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn

1

2 2.75,11.10

273454

2

2

2 2.191,05.10

2621146

Đường kính vòng chân răng 1 49 mm

Đường kính vòng chân răng 2 141 mm

Lực hướng tâm trên bánh nhỏ 1051 N

Lực hướng tâm trên bánh lớn 1008 N

Lực dọc trục trên bánh nhỏ 995 N

Lực dọc trục trên bánh lớn 954 N

CHƯƠNG 5 CHỌN KHỚP NỐI 5.1 Tìm hiểu và chọn khớp nối

5.1.1 Khái niệm

Khớp nối (còn gọi là nối trục, ly hợp, khớp nối trục) là cụm chi tiết máy

dùng để nối các trục( hoặc các chi tiết quay), để truyền chuyển động và công

suất nhờ khớp nối, ta nối cá trục đồng tâm, hơi lệch tâm hoặc nghiêng với nhau

một góc nào đó Ngoài chức năng chính là truyền mômen xoắn thì khớp nối dùng

để đống mở các cơ cấu, giảm rung động và va đập, ngăn ngừa quá tải, điều chỉnh

tốc độ…

5.1.2 Phân loại

4.1.2.1 Nối trục chặt

Đặc điểm của nối trục chặt là dùng để nối cứng các đầu trục có đường tâm trên

cùng một đường thẳng và không di chuyển tương đối với nhau Nối trục chặt có

cấu tạo đơn giảm nhưng đòi hỏi chế tạo, lắp ghép chính xác

a Nối trục ống

Cấu tạo bởi một ống thép hoặc gang lồng vào đoạn cuối của hai trục và ghép với

trục bằng chốt hoặc then hoa Nối trục ống chỉ dùng để nối các trục có đường

kính nhỏ (không quá 60-70mm) Nối trục ống rất đơn giản và rẻ Tuy nhiên khi

lắp cần có khoảng di chuyển dọc trục lớn và yêu cầu cao về độ chính xác của vị

trí đầu trục, nếu không sẽ xuất hiện lực uốn trục

b Nối trục đĩa

Nối trục đĩa bao gồm hai đĩa có mayơ, mỗi đĩa lắp lên đoạn cuối của mỗi

trục bằng mối ghép then Hai nữa đĩa được nối ghép với nhu băng bulong

Bulông được lắp có khe hở hoặc không có khe hở trong trường hợp lắp có khe

hở momen được truyền từ đĩa này sang đĩa khác nhờ lực ma sát sinh ra trên mặt

ghép hai đĩa do lực xiết bulông Trường hợp lắp không có khe hở mômen xoắn

được truyền trực tiếpqua thân bulông Trong trường hợp này trục và ổ sẽ chịu lực

lớn phát sinh sau khi lắp hai nữa khớp với nhau

5.1.2.2 Nối trục bù

Nối trục bù dùng để nối các đầu trục có sai lệch về vị trí tương đối giữa

các đầu trục; độ lệch dọc trục, độ lệch góc, độ lệch tâm hay độ lệch tổng hợp,

nhờ khả năng di động giữa các chi tiết cứng trong nối trục bù

a Nối trục răng