thiết kế chi tiết máy công dụng chung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Trần Thiên Phúc THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY CÔNG DỤNG CHUNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - 2011 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 7 Phần 1 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY CÔNG DỤNG CHUNG 9 Chương 1 MỞ ĐẦU 11 Chương 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 12 2.1 Phân loại và chọn sơ đồ hộp giảm tốc 12 2.2 Chọn động cơ điện 15 2.3 Phân phối tỉ số truyền 20 2.4 Bảng thơng số kỹ thuật 21 2.5 Ví dụ 23 Chương 3 TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG 35 3.1 Các quan hệ hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng 35 3.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng 39 3.3 Bơi trơn bánh răng 62 3.4 Ví dụ 62 Chương 4 TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT 101 4.1 Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền trục vít 101 4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít 104 4.3 Ví dụ 115 Chương 5 TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 121 5.1 Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền đai 121 5.2 Vận tốc và tỉ số truyền 121 5.3 Lực và ứng suất bộ truyền đai 122 5.4 Hiện tượng trượt 124 5.5 Thiết kế truyền động đai dẹt 124 5.6 Thiết kế truyền động đai hình thang 131 5.7 Thiết kế bộ truyền đai có bánh căng 136 5.8 Ví dụ 137 Chương 6 TRUYỀN ĐỘNG XÍCH 142 6.1 Tổng quan về bộ truyền xích 142 6.2 Thiết kế bộ truyền xích 142 6.3 Kiểm nghiệm bộ truyền xích 150 4 6.4 Thơng số bộ truyền xích và lực tác dụng lên trục 153 6.5 Ví dụ 153 Chương 7 THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 158 7.1 Khái niệm chung 158 7.2 Thiết kế trục 159 7.3 Tính mối ghép then và then hoa 169 7.4 Ví dụ 175 Chương 8 THIẾT KẾ Ổ TRỤC 185 8.1 Thiết kế gối đỡ trục dùng ổ lăn 185 8.2 Thiết kế gối đỡ trục dùng ổ trượt 211 Chương 9 KHỚP NỐI 229 9.1 Nối trục chặt 229 9.2 Nối trục bù 233 9.3 Nối trục đàn hồi 238 9.4 Ví dụ 243 Chương 10 THIẾT KẾ KẾT CẤU CHI TIẾT MÁY VÀ BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC 244 10.1 Cấu tạo bánh răng, trục vít, bánh vít 244 10.2 Cấu tạo bánh đai 253 10.3 Cấu tạo đĩa xích 254 10.4 Hộp giảm tốc 256 10.5 Kết cấu hộp giảm tốc hàn 276 10.6 Bơi trơn hộp giảm tốc 276 Chương 11 CÁC CHI TIẾT PHỤ 286 11.1 Định vị ổ trên trục và trong vỏ hộp 286 11.2 Ống lót và nắp ổ 294 11.3 Vú tra mỡ trên ổ lăn 297 11.4 Lót kín bộ phận ổ 298 Ch ương 12 SỐNG LĂN 313 12.1 Cơ sở lý thuyết 313 12.2 Thiết kế sống lăn 320 12.3 Ghép nối sống lăn 323 12.4 Ví dụ 325 5 Chương 13 DUNG SAI VÀ LẮP GHÉP 327 13.1 Dung sai, lắp ghép các mặt trơn 327 13.2 Độ nhám bề mặt 332 13.3 Độ chính xác bề mặt 333 13.4 Dung sai, lắp ghép các chi tiết máy ăn khớp 335 13.5 Dung sai, lắp ghép các chi tiết máy ghép 339 13.6 Dung sai, lắp ghép các chi tiết đỡ 341 13.7 Các quy định về việc trình bày dung sai, lắp ghép trên thuyết minh và bản vẽ 343 Phần 2 CÁC BẢNG TRA CỨU THÔNG SỐ 351 Chương 14 Phụ lục - các bảng tra dung sai lắp ghép bề mặt trơn 353 Chương 15 Phụ lục - các bảng tra dung sai hình dạng, vị trí và nhám bề mặt 410 Chương 16 Phụ lục - các bảng tra dung sai truyền động bánh răng 439 Chương 17 Phụ lục - các bảng tra dung sai lắp ghép ổ lăn 469 Chương 18 Phụ lục - các bảng tra dung sai lắp ghép then và then hoa 476 Chương 19 Phụ lục - các bảng tra tiêu chuẩn động cơ và ổ lăn - sống lăn 492 TÀI LIỆU THAM KHẢO 539 7 LễỉI NOI ẹAU Thit k chi tit mỏy, cm chi tit mỏy v ton mỏy c khớ l mt nhim v khụng th thiu i vi ngi k s C khớ. Cụng vic ny cn phi ng hnh vi cỏc mụn hc, k nng khỏc cú liờn quan nh V k thut, Dung sai - Lp ghộp, tra cu bng biu Tp sỏch THIT K CHI TIT MY CễNG DNG CHUNG ra i nhm giỳp cho cỏc k s C khớ, sinh viờn C khớ thun li hn trong cụng tỏc thit k mỏy. Tp sỏch bao gm hai phn chớnh nh sau: Phn 1: THIT K CC CHI TIT MY CễNG DNG CHUNG, trỡnh by cỏc bc thit k mt h thng truyn v bin i chuyn ng, t chn ng c in phự hp, thit k cỏc b truyn trong, b truyn ngoi cho n tớnh toỏn cỏc chi tit mỏy , chi tit mỏy ghộp thụng dng cng nh la chn dung sai, lp ghộp thớch hp cho chỳng. Phn 2: LIT Kấ CC BNG TRA CU THễNG S, trỡnh by h thng cỏc bng tra cỏc giỏ tr tiờu chun, quy nh phc v cho cụng vic tớnh túan thit k chi tit mỏy núi trờn. Tp sỏch ny hon thnh vi s úng gúp cụng sc cho vic trỡnh by hỡnh thc, tớnh toỏn cỏc vớ d v su tm cỏc bng tra cu t cỏc ngun, k c t nh sn xut ca rt nhiu cỏc sinh viờn thuc Khoa C khớ, Trng i hc Bỏch khoa - i hc Quc gia TPHCM. Tỏc gi xin chõn thnh cỏm n v ghi nhn s úng gúp ca cỏc sinh viờn Lờ Thanh Quang, Vừ Minh Thnh, Nguyn Vừ Trung Chỏnh, Nguyn Hng c, Trng Tn Lc v Cao ỡnh in. Tp sỏch c thc hin vi s nghiờm tỳc v c gng ht mc ca tỏc gi, tuy nhiờn cng khú trỏnh khi nhng s sút. Chỳng tụi rt mong nhn c nhng ý kin úng gúp xõy dng t quý v hon thin hn tp sỏch ny. Mi ý kin úng gúp, trao i v ni dung tp sỏch xin uc gi v Khoa C khớ, Trng i hc Bỏch khoa - i hc Quc gia TPHCM S 268 Lý Thng Kit, Phng 14, Qun 10, TP H Chớ Minh. in thoi: 08.38654535 Email: vpkck@hcmut.edu.vn. Tỏc gi Trn Thiờn Phỳc 9 Phần 1 THIEÁT KEÁ CAÙC CHI TIEÁT MAÙY COÂNG DUÏNG CHUNG MỞ ĐẦU 11 Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1 BA THÀNH PHẦN CỦA MỘT MÁY CƠ KHÍ Các máy móc cơ khí thơng thường được chia thành ba thành phần: - Thành phần sinh cơ năng như động cơ điện, động cơ đốt trong, động cơ thủy lực hoặc khí nén… Đây là thành phần có nhiệm vụ biến các loại năng lượng thành cơ năng làm nguồn năng lượng chính cho họat động của cả hệ thống máy. - Thành phần chấp hành (hay còn gọi là cơ cấu chấp hành) như trục chính của máy cơng cụ, gầu ngoạm của máy đào hay tay gắp của cánh tay robot… Đây là thành phần có nhiệm vụ biến cơ năng thành các chuyển động có ích thực hiện nhiệm vụ cụ thể của hệ thống máy. - Thành phần truyền và biến đổi chuyển động (hay còn gọi là hệ thống dẫn động cơ khí). Đây là thành phần kết nối hai thành phần nói trên, làm nhiệm vụ chuyển cơ năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ cũng như biến đổi dạng thức chuyển động thành các dạng chuyển động cần thiết. Thơng thường các động cơ của thành phần sinh cơ năng có chuyển động quay tròn cơ bản (ngoại trừ động cơ tịnh tiến linear motor với đặc điểm là rất đắt tiền), trong khi đó cơ cấu chấp hành có thể có các dạng thức chuyển động rất phong phú như tịnh tiến, quay, lắc, quay gián đoạn…Vì lý do này thành phần truyền và biến đổi chuyển động đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống máy móc. 1.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN VÀ BIẾN ĐỔI CHUYỂN ĐỘNG Hệ thống truyền và biến đổi chuyển động của máy móc cơ khí được cấu tạo từ những chi tiết máy. Do đó, việc tính tốn thiết kế một máy cơ khí nào đó cũng đồng nghĩa với việc tính tốn thi ết kế các loại chi tiết máy. Dĩ nhiên, để cơng việc tính tốn mang tính bao qt và chính xác hơn, ta khơng chỉ tính tốn các chi tiết máy độc lập đơn lẻ mà còn lưu ý đến sự ảnh hưởng lên nhau của các chi tiết máy trong cụm chi tiết máy và tồn máy. Số chủng loại các chi tiết máy là khá nhiều, tuy nhiên số các chủng loại chi tiết máy thường được sử dụng thì khơng nhiều và nhóm này thường được gọi là các chi tiết máy cơng dụng chung. Một đặc điểm cần lưu ý n ữa là các chi tiết máy cơng dụng chung hầu hết đều được tiêu chuẩn hóa hoặc một phần trong chúng được tiêu chuẩn hóa. Chính vì thế ngồi việc tính tốn thiết kế, việc tính tốn để lựa chọn theo tiêu chuẩn cũng là một cơng việc thường thấy khi thiết kế các chi tiết máy cơng dụng chung. Trong khn khổ giới hạn của tập tài liệu này, chúng ta chỉ đề cập đến tính tốn thiết kế và lựa chọn các chi tiết máy cơng dụng chung mà thơi. 12 CHƯƠNG 2 Chương 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 2.1 PHÂN LOẠI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ HỘP GIẢM TỐC Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ truyền bánh răng hay trục vít, tạo thành một tổ hợp biệt lập để giảm số vòng quay và truyền cơng suất từ động cơ đến máy cơng tác. Ưu điểm của hộp giảm tốc là hiệu suất cao, có khả năng truyền những cơng suất khác nhau, tuổi thọ lớn, làm việc chắc chắn và sử dụng đơn giản. Hộp giảm tốc được phân loại theo các đặc điểm: - Loại truyền động (bánh răng trụ, bánh răng cơn, trục vít, bánh răng - trục vít) - Số cấp (một cấp, hai cấp…) - Vị trí tương đối giữa các trục trong khơng gian (nằm ngang, thẳng đứng…) - Đặc điểm của sơ đồ động (khai triển, đồng trục, có cấp tách đơi…) 2.1.1 Hộp giảm tốc bánh răng đồng trục Ưu điểm Cho phép giảm kích thước chiều dài, trọng lượng của hộp giảm tốc so với các loại hộp giảm tốc khác. Nhược điểm - Nhược điểm chính của hộp giảm tốc đồng trục chính là khả năng tải trọng của cấp nhanh chưa dùng hết vì lực sinh ra trong q trình ăn khớp của các bánh răng cấp TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 13 chậm lớn hơn nhiều so với cấp nhanh, trong khi đó khoảng cách trục của 2 cấp lại bằng nhau. - Hạn chế khả năng chọn phương án bố trí kết cấu chung cuả thiết bị dẫn động vì chỉ có một đầu trục vào và một đầu trục ra. - Khó bơi trơn bộ phận ổ trục ở giữa hộp. - Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn, do đó muốn bảo đảm trục đủ bền và cứng cần phải tăng đường kính trục. - Do đó, hộp giảm tốc đồng trục rất ít dùng. 2.1.2 Hộp giảm tốc phân đơi (cấp nhanh và cấp chậm) Ưu điểm - Tải trọng phân bố đều trên các ổ trục. - Sử dụng hết khả năng của vật liệu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấp nhanh. - Bánh răng phân bố đối xứng so với ổ, sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng ít hơn so với sơ đồ khai triển thơng thường. Nhược điểm - Chiều rộng củ a hộp giảm tốc tăng lên. - Cấu tạo của bộ phận ổ phức tạp hơn - Số lượng chi tiết và gia cơng tăng. Lưu ý: Khi chọn ổ cho hộp giảm tốc phân đơi thì nên chọn loại ổ sao cho trục còn lại có khả năng điều chỉnh vị trí theo chiều trục để bù lại sai số góc nghiêng của banh răng (ổ tự lựa). 2.1.3 Hộp gi ảm tốc khai triển Thường được dùng với phạm vi tỉ số truyền u = 8 ÷ 30, giới hạn trên là u max = 50 (tiêu chuẩn GOST 2188 – 55 14 CHÖÔNG 2 Nhược điểm - Bánh răng phân bố không đối xứng đối với gối tựa. Vì thế tải trọng phân bố không đều trên các ổ trục. - Các ổ trục được chọn theo phản lực lớn nhất nên trọng lượng hộp giảm tốc có tăng hơn so với các loại sơ đồ khác 2.1.4 Hộp giảm tốc côn - trụ Ưu điểm Truyền momen xoắn và chuyển động quay giữa các trục giao nhau. Nhược điểm - Giá thành đắt, khó chế tạo do đòi hỏi khắt khe về dung sai. - Khó lắp ráp - Khối lượng và kích thước lớn hơn so với hộp giảm tốc bánh răng trụ. 2.1.5 Hộp giảm tốc trục vít Tùy theo vị trí tương đối giữ trục vít và bánh vít, sơ đồ hộp giảm tốc trụv vít được chia thành ba loại chính: trục vít đặt bên, đặt dưới và đặt cạnh. Đối với hộp giảm tốc trục vít đặt dưới, xác suất rơi của bột kim loại, sản phẩm của mài mòn vào chỗ ăn khớp ít hơn so với loại có trục vít đặt trên. Hộp giảm tốc có trục vít đặt cạnh được dùng để dẫn động các cơ cấu xoay như cần trục. [...]... 0,5me z12  z22 2 sin 1 Chi u dài cơn ngồi Re  Chi u rộng vành răng cơn be  Chi u dài cơn trung bình Rm = Re(1 – 0,5. be ) Đường kính chia ngồi de1 = mez1; de2 = mez2 Góc cơn chia 1 1  arctg   , 2  900  1 u Mơđun vòng trung bình mm  me 1  0,5be  Đường kính vòng chia trung bình dm1 = mmz1; dm2 =mmz2 b Re CHƯƠNG 3 39 3.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG Để thiết kế bộ truyền bánh răng,... các bộ truyền, thiết bị Vì vậy muốn hợp lý thì nên tính tốn vài ba phương án khác nhau Nếu có kinh nghiệm thực tiễn thì người thiết kế có thể chọn ngay số vòng quay hợp lý Các loại động cơ thường sử dụng - Động cơ một chi u: Khởi động êm, hãm và đổi chi u dễ dàng tuy nhiên giá thành đắt, khối lượng sửa chữa lớn và mau hỏng - Động cơ xoay chi u ba pha:  Động cơ khơng đồng bộ: Phù hợp sử dụng khi u cầu... b - góc cơn chia Trong bộ truyền bánh răng cơn có mặt cơn lăn và mặt cơn chia Khi hệ số dịch chỉnh x1 + x2 = 0 thì hình cơn lăn và cơn chia trùng nhau - chi u rộng vành răng Khoảng cách giữa mặt mút lớn và mặt mút bé của bánh răng cơn CHƯƠNG 3 38 me - mơđun vòng ngồi Giá trị me được tiêu chuẩn d d  z mm - mơđun vòng trung bình u  1  e 2  m 2  2 - tỉ số truyền 2 de1 d m1 z1 Re - chi u dài cơn... quay xấp xỉ 1500 vòng/phút có giá thành rẻ, dễ chế tạo hơn các loại động cơ khác nên trong q trình thiết kế người ta thường sử dụng loại động cơ này Do vậy, khi chọn tỉ số truyền sơ bộ và tính tốn chọn động cơ, người ta cố gắng làm cho kết quả gần với giá trị 1500 vòng/phút đồng bộ Căn cứ và cơng suất cần thiết và số vòng quay sơ bộ của động cơ, ta sẽ tiến hành chọn động cơ phù hợp với hai thơng số trên... < 100kW, khơng điều chỉnh vận tốc  Động cơ đồng bộ: Giá thành đắt, mở máy phức tạp nhưng hệ số cơng suất cos cao hơn động cơ khơng đồng bộ Phù hợp sử dụng khi u cầu cơng suất > 100kW và khơng cần điều chỉnh vận tốc - Động cơ xoay chi u một pha khơng đồng bộ: Thường dùng khi cơng suất u cầu khơng lớn lắm Tùy vào điều kiện bố trí máy mà chọn động cơ kiểu đứng hoặc nằm CHƯƠNG 2 16 Chọn cơng suất động... bảng 2.1 ta thu được kết quả sau br1  0,96; br 2  0,97; ol  0,99; x  0,92 ch  0,96.0,97.0,993.0,92  0,831 Cơng suất cần thiết: Pct  3  3,609 kW 0,831 Do hệ thống có sơ đồ tải trọng khơng đổi theo thời gian, ta sử dụng ln cơng suất này để chọn động cơ Từ đây, cần phải chọn động cơ có cơng suất lớn hơn 3,609 kW (1) Xác định số vòng quay sơ bộ Chọn tỉ số truyền Tỉ số truyền chung của hệ: uch... dùng để tính tốn các bộ truyền bánh răng và tính tốn kết cấu trục, then… TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 2.5 VÍ DỤ 2.5.1 Hộp giảm tốc cơn trụ hai cấp Hệ thống dẫn động thùng trộn gồm 1- Động cơ điện 3 pha khơng đồng bộ; 2- Nối trục đàn hồi 3- Hộp giảm tốc; 4- Bộ truyền xích ống con lăn; 5- Thùng trộn Số liệu thiết kế Cơng suất trên trục thùng trộn : P = 3 kW Số vòng... kW Số vòng quay trên trục thùng trộn : n = 51 vòng/phút Thời gian phục vụ : L = 6 năm Quay một chi u, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ) a Chọn động cơ Xác định cơng suất động cơ Cơng suất động cơ phải lớn hơn cơng suất cần thiết Pdc  Pct Với Pct  P ch Hiệu suất chung của hệ thống 23 CHƯƠNG 2 24 ch  br1br 2ol 3 x br1 - hiệu suất của bộ truyền bánh... q nhiệt độ cho phép - Có khả năng qua tải trong thời gian ngắn - Momen mở máy đủ lớn để thắng momen phụ tải ban đầu a- Động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng khơng đổi Động cơ phải có cơng suất định mức lớn hơn hoặc bằng cơng suất cần thiết: Pdc  Pct (2.1) P ch (2.2) Pct  với ch - hiệu suất cả hệ thống Pct - cơng suất cần thiết Pdc - cơng suất của động cơ P - cơng suất trên trục cơng tác b- Động... trục; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Xích tải TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN Số liệu thiết kế: Lực vòng trên xích tải Vận tốc xích tải Số răng đĩa xích tải dẫn Bước xích tải Thời gian phục vụ 27 : F = 6500 N : v = 1,1 m/s : z = 9 răng : p = 110 mm : L = 6 năm Quay một chi u, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ) Chế độ tải: T1 = T; T2 . THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY CÔNG DỤNG CHUNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - 2011 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 7 Phần 1 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY CÔNG DỤNG CHUNG. hưởng lên nhau của các chi tiết máy trong cụm chi tiết máy và tồn máy. Số chủng loại các chi tiết máy là khá nhiều, tuy nhiên số các chủng loại chi tiết máy thường được sử dụng thì khơng nhiều. thì khơng nhiều và nhóm này thường được gọi là các chi tiết máy cơng dụng chung. Một đặc điểm cần lưu ý n ữa là các chi tiết máy cơng dụng chung hầu hết đều được tiêu chuẩn hóa hoặc một phần