đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD

Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD Lời nói đầu Khoa học kỹ thuật và công nghệ không ngừng cải tiến, phát triển đã nhanh chóng làm thay đổi bộ mặt thế giới. Ngành công nghiệp thế giới nói chung và ngành công nghiệp ở nước ta nói riêng đã và đang phát triển nhanh chóng, tạo ra các sản phẩm thiết yếu phục vụ cho đời sống con người. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hoà nhập vào sự phát triển chung của các nước trên thế giới. Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu đến năm 2020 nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp phát triển, trở thành một nền kinh tế vững mạnh trong khu vực, có tiếng nói lớn hơn trong các diễn đàn kinh tế thế giới. Muốn thực hiện được điều đó một trong những ngành cần quan tâm phát triển nhất đó là ngành cơ khí chế tạo máy vì ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị công cụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân. Để thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao, đồng thời phải đáp ứng được các yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hoá theo dây truyền trong sản xuất . Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng em là sinh viên trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại Học Thái Nguyên luôn cố gắng phấn đấu trong học tập và rèn luyện, trau dồi những kiến thức đã được dạy trong trường để sau khi ra trường có thể đóng góp một phần trí tuệ và sức lực của mình vào công cuộc đổi mới của đất nước trong thế kỷ mới . Qua đồ án Thiết kế sản phẩm với CAD chúng em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn, giúp chúng em hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư tương lai. Song với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn Kỹ thuật cơ khí và các Thầy Cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn . Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các Thầy Cô trong khoa và bộ môn Kỹ thuật cơ khí trường Đại Học Kỹ Thuật 1 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD Công Nghiệp-Đại Học Thái Nguyên và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Quang Hưng và thầy Nguyễn Hoàng Nghị. Ngày 14 tháng 6 năm 2013 Nhóm sinh viên: Nguyễn Văn Bình Lê Ngọc Chính Nguyễn Ngân Giang MỤC LỤC 2 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD PHẦN I: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 5 1. Chọn động cơ. 5 2. Phân phối tỉ số truyền. 9 3. Tính toán các thông trên trục. 10 PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 11 I. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh. 13 II. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm. 26 III. Kiểm tra điều kiện bôi trơn và điều kiện trạm trục. 38 PHẦN III: THIẾT KẾ TRỤC. 42 I. Chọn vật liệu. 42 II. Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục 42 III. Xác định sơ bộ khoảng cách trục 43 IV. Xác định khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực 44 V. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục. 47 PHẦN IV : CHỌN Ổ LĂN VÀ THEN CHO CÁC TRỤC. 71 I. Chọn ổ lăn cho trục I. 71 II. Chọn ổ lăn cho trục II. 74 III. Chọn ổ lăn cho trục III. 77 IV. Tính mối ghép then. 81 PHẦN V : TÍNH CHỌN KHỚP NỐI 86 PHẦN VI : THIẾT KẾ VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ LẮP. 90 I. Thiết kế các kích thước chi tiết và vỏ hộp giảm tốc đúc. 90 II. Chọn chế độ lắp. 96 3 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (Trịnh Chất – Lê Văn Uyển), Nhà xuất bản giáo dục – tập 1, 2. 2. Chi tiết máy (Nguyễn Trọng Hiệp) , Nhà xuất bản giáo dục – tập 1, 2. 3. Giáo trình Chi tiết máy, Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp. 4. Tập bản vẽ chi tiết máy. 4 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD Phần I TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 1. Chọn động cơ điện 1.1 Chọn kiểu , loại động cơ Việc chọn động cơ điện dung cho hộp giảm tốc hiện nay thật là đơn giản song chúng ta cần phải chọn động cơ sao cho phù hợp nhất với hộp giảm tốc của chúng ta, phù hợp với điều kiện sản xuất, điều kiện kinh tế…Dưới đây là một vài loại đông cơ có măt trên thị trường a. Động cơ điện một chiều : Loại động cơ này có ưu chiều dễ dàng Tuy nhiên, chúng lại có nhược điểm là giá thành cao, mau hỏng hơn điểm là có thể thay đổi trị số của mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo động cơ điện xoay chiều, và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu. Do đó chúng được dùng trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm b. Động cơ điện xoay chiều : Bao gồm 2 loại: một pha và ba pha - Động cơ một pha có công suất nhỏ có thể mắc vào mạng điện chiếu sáng nên thường dùng trong các thiết bị dân dụng như quạt, máy giặt… - Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi động cơ xoay chiều ba pha. Chúng gồm có hai loại là: đồng bộ và không đồng bộ. + Động cơ ba pha đồng bộ: Có tốc độ quay không đổi, không phụ thuộc vào trị số của tải trọng và không điều chỉnh được. So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất và cosϕ cao, hệ số quá tải lớn nhưng có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp , giá thành cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ, do đó chúng được dùng cho các trường hợp cần công suất lớn (trên 100kw), khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc. + Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu: rôto dây cuốn và rôto lồng sóc. Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy thấp nhưng cosϕ thấp, giá thành cao, kích thước lớn và vận hành phức tạp. Do đó chỉ dùng thích hợp trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ đã được lắp đặt. Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc (còn gọi là rôto ngắn mạch) có ưu điểm là: Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, dễ bảo quản. Tuy nhiên loại này lại có nhược điểm là hiệu suất và hệ số công suất thấp so với động cơ ba pha đồng bộ, không điều chỉnh vận tốc được. 5 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD Từ những ưu, nhược điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc của ta và được sự chỉ dẫn của thầy cô, em đã chọn Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc. 1.2. Chọn công suất động cơ Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ, nhằm đảm bảo cho nhiệt độ của động cơ khi làm việc không vượt quá trị số cho phép. Để đảm bảo điều kiện đó cần thoả mãn yêu cầu sau dc dt dc dm PP ≥ (kW) (1) Theo đề bài ra, đây là trường hợp tải không đổi nên: dc dc dm lv P P ≥ (kW) (2) Trong đó: - Công suất định mức của động cơ. dc dt P - Công suất đẳng trị trên trục động cơ. dc lv P - Công suất làm việc danh nghĩa trên trục động cơ ∑ = η ct lv dc lv P P (kW) (3) Với: ct lv P - Công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác. η Σ - Hiệu suất chung của toàn hệ thống Trong hộp giảm tốc gồm các bộ truyền mắc nối tiếp nên : 4 2 . . k ol br η η η η Σ = Tra bảng( 2.3 ) [I] ta có: η k = 1 - Trị số hiệu suất của khớp nối. η br = 0,97 - Trị số hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ. η ol = 0,99 - Trị số hiệu suất của ổ lăn. Hiệu suất chung của toàn hệ thống: 2 2 4 4 1 0 97 0 99 0 904 η η η η ∑ = = = . . . , , , k br ol 6 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD Công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác được xác định theo công thức sau: 3 . 4200.2,5 10,5( ) 10 1000 ct t lv F v P kW = = = (4) Trong đó: F t - Lực vòng băng tải (N). v - Vận tốc băng tải (m/s). Thay vào (3) ta có: 10 5 11 62 0 904 = = , , ( ) , dc lv P kW (5) Như vậy, động cơ cần chọn phải có công suất : dc dm P ≥ 11,62 (kW) 1.3. Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ Số vòng quay đồng bộ của động cơ được xác định theo công thức: n db = 60.f / p Trong đó: n db - Số vòng quay đồng bộ của động cơ điện. f - Tần số của dòng điện xoay chiều f = 50 (Hz) p - Số cặp cực từ. Trên thực tế,số vòng quay đồng bộ có các giá trị là 3000 ,1500 1000, 700, 650 và 500v/p .Số vòng quay đồng bộ càng thấp thì kích thước khuôn khổ và giá thành của động cơ tăng (vì số đôi cực từ lớn). Tuy nhiên dùng động cơ có số vòng cao lại yêu cầu giảm tốc nhiều hơn, tức tỉ số truyền của toàn hệ thống tăng, dẫn tới kích thước và giá thành của các bộ truyền tăng lên. Do trạm dẫn băng tải không có yêu cầu gì đặc nên ta chọn các động cơ có p = 2 tương ứng với số vòng quay đồng bộ là 1500 vòng/phút (tương ứng số vòng quay có kể đến sự trượt 3% là 1455 vòng/phút). Số vòng quay của trục công tác là: 3 3 60.10 . 60.10 .2,5 73,5( / ) . 3,14.650 ct v n v ph D = = = Π Trong đó: n ct - Số vòng quay của trục công tác (vòng/phút). 7 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD D - Đường kính tang dẫn của băng tải (mm) v - vận tốc vòng của băng tải (m/s) Tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống u sb : 1455 19,8 73,5 db sb ct n u n = = = (thuộc khoảng u nên dùng)-Theo bảng 2.4 [I] Vậy ta chọn sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ là : n db =1500(v/p) 1.4. Chọn động cơ thực tế Từ(1),(2),(3)và(5)tacó: 11,62( ) dc dc dc dm dt lv P P P kW ≥ ≥ = và n db =1500(v/p) Tra bảng P1.2 – tr 235 – HDĐCK 1 ta chọn được động cơ DK.63-4 với các thông số sau: Kiểu Công suất (kW) Tốc độ quay (vòng/phút) Cos ϕ k dn T T axm dn T T Khối lượng (kg) DK.63-4 14 1460 0,88 1,4 2,3 190 1.5. Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ a. Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ Khi khởi động, động cơ cần sinh ra một công suất đủ lớn để thắng sức ỳ của hệ thống. Vì vậy cần kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ. Điều kiện mở máy của động cơ thoả mãn nếu công thức sau đảm bảo: dc bd dc mm PP ≥ (6) Trong đó: dc mm P - Công suất mở máy của động cơ (kW). dc dm dn K dc dmmm dc mm P T T PKP == (kW) => 1 4 14 19 6 = = , . , ( ) dc mm P kW (7) Với: T k - Momen khởi động của động cơ. T dn - Momen danh nghĩa của động cơ. 8 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD dc bd P - Công suất cản ban đầu trên trục động cơ (kW). 1 5 11 62 17 43= = =. , . , , ( ) dc dc bd bd lv P K P kW (8) Từ (7) và (8) ta thấy dc bd dc mm PP ≥ thỏa mãn (6). Vậy động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện mở máy. b. Kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ: Với sơ đồ tải trọng có tính chất không đổi và quay một chiều, nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ. Vậy động cơ DK.63-4 thỏa mãn điều kiện làm việc đã đặt ra. 2. Phân phối tỉ số truyền Tỉ số truyền chung của toàn hệ thống (u ∑ ) xác định theo: Trong đó: n dc - Số vòng quay của động cơ đã chọn (vòng/phút). n ct - Số vòng quay của trục công tác (vòng/phút). Hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp nên ta có: . ng h u u u ∑ = ng u : là tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài h u : là tỉ số truyền của hộp giảm tốc Ta có ng u = 1 vì không có bộ truyền ngoài => 1 2 . 19,86 h u u u u ∑ = = = Với: u 1 - là tỉ số truyền của bộ truyền cấp nhanh u 2 - là tỉ số truyền của bộ truyền cấp chậm. 2.1. Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp 9 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD Với hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm, để nhận được kích thước tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất cũng chính là để bôi trơn HGT hợp lý nhất, TST của bộ truyền bánh răng cấp chậm 2 u được tính theo công thức: 2 2 3 2 1 . 1,2776. . C ba h ba K u u ψ ψ ≈ (9) Trong đó: h u 19,86u ∑ = = 1 2 ; ba ba ψ ψ là hệ số chiều rộng bánh răng cấp nhanh và cấp chậm Chọn 1 2 1,3 ba ba ψ ψ = Hệ số 2 1 1,3 C K = ÷ , chọn 2C K = 1,3 Thay vào (9) ta có: 3 2 u =1,2776. 1,3.1,3.19,86 =4,12 => Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp nhanh u 1 là : 1 2 19,86 4,82 4,12 u u u ∑ = = = 3. Tính toán các thông số trên các trục Ký hiệu các chỉ số tính toán như sau: Chỉ số "dc" ký hiệu trục động cơ, các chỉ số “I”, “II”, “III”, “ct” lần lượt là ký hiệu của các trục 1, 2, 3 và trục công tác. 3.1. Tính công suất trên các trục Với sơ đồ tải trọng không đổi ta có: - Công suất danh nghĩa trên trục động cơ tính theo công thức: 11,62( ) dc dc lv P P kW = = - Công suất danh nghĩa trên các trục I, II, III và trục công tác (ct) xác định theo các công thức sau: 1 I . . 11,62.1.0,99 11,50( ) dc dc ol P P kW η η ÷ = = ≈ II I I II . . 11,50.0,97.0,99 11,05( ) ol P P kW η η ÷ = = ≈ 10 [...]... công tác: 11 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD 9,55.106.Pct 9,55.106.10,51 Tct = = = 1365585, 03( N mm) n ct 73,5 3.4 Bảng kết quả Thông số Tỷ số truyền Mômen xoắn KW N.mm 1460 Động cơ Công suất v/ph Trục Tốc độ quay 11,62 76007,53 73,5 10,51 1365585,03 I II U1=4,82 U2=4,12 III Công tác 1 Phần II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 12 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD I.Bộ truyền bánh răng cấp... bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp, với bánh răng thẳng ta có KHα = 1 19 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD Giá trị của vận tôc vòng được xác định theo CT (6.40)[I] v= π d w1.n1 60000 Với : dw1 - đường kính vòng lăn bánh nhỏ tính theo công thức ở Bảng 6.11[I] 2.aw1 2.168 dw1= u + 1 = 4,826 + 1 = 57, 67 (mm) m n1 - số vòng quay của bánh chủ động : n1=1460 (v/p) Vậy: v= 3,14.57,... vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng Tra bảng ( 6.5 ) [I] : Ka= 49,5( MPa1/3) với răng thẳng T1 - momen xoắn trên trục bánh chủ động (N.mm) T1=75222,60 (N.mm) [ σ H ] - ứng suất tiếp xúc cho phép MPa 16 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD [σ H ] = 500( MPa ) u1 - tỉ số truyền từ truc I sang trục II : u1 = 4,82 ψ ba - hệ số ; Tra bảng 6.6 [I] vị trí các bánh răng đối xứng với các trục trong... trị số môdul tiêu chuẩn b/Góc nghiêng răng Đối với cặp bánh răng trụ răng thẳng β =0o c/ Xác định số răng của bộ truyền: (bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng) +/ số răng bánh nhỏ : tính theo CT 6.19 [I] Z1 = 2.aw1 2.170 = = 23,37 m.(u1 + 1) 2,5.(4,82 + 1) Lấy Z1 = 23 +/ số răng bánh lớn : Z2 = u1.Z1 = 4,82 23 = 110,86 17 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD Lấy Z2 = 111 ⇒ Tỉ số truyền thực tế là; Um... vòng KxH - hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng Trong thiết kế sơ bộ lấy : Z R Z v Z xH = 1 ⇒ 0 [ σ H ] = σ H lim K HL SH 0 σ H lim - ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở tra theo bảng ( 6.2 ) [ I] Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1 = 255 (HB) ; độ rắn bánh lớn HB2 = 240 (HB) Khi đó: 13 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD K HL 0 [σ H ]1lim = 2.HB1 + 70 = 2.255 +70 =580 MPa = 2.HB2... ứng suất KXF - Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng độ bền uốn Trong thiết kế sơ bộ: YR.YS.KXF = 1 KFC - Hệ số kể đến ảnh hưởng đặt tải, lấy KFC = 1.( Bộ truyền quay 1 chiều) 0 σ F lim - ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở Ta có : => 0 σ F lim =1,8HB theo bảng 6.2 [I] 0 σ F 1lim = 1,8.210 = 378 (MPa) 27 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD => σ F 2lim = 1,8.200 = 360 (MPa) 0 KFL:... phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp Giá trị của vận tôc vòng được xác định theo CT 6.40 [I] v= π d w3 n2 60000 Với : dw3 - là đường kính vòng lăn bánh nhỏ tính theo công thức ở Bảng 6.11 [I] dw3 = 2.aw 2 2.190 = = 74, 22 (mm) um + 1 4,12 + 1 n2 - số vòng quay của bánh chủ động : n2 = 302,9 (v/p) 32 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD Vậy: v= 3,14.74, 22.302,9 = 1,177 (m/s)... (v/p) n3 = 73,5 (v/p) 26 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD t Σ – tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét t Σ = 7.365.1/4.24.1/3 = 5110 (giờ) Vậy NHE1=60 1 302,9 5110 = 9,28.107 NHE2=60 1 73,5 5110 = 2,25.107 Ta có: NHE1 > NHO1 nên lấy NHE1 = NHO1 để tính => KHL1 = 1 NHE2 > NHO2 nên lấy NHE1 = NHO2 để tính => KHL2 = 1 Vậy ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ và bánh lớn là : [ σ H1 ]= 0... ba aw 168 50 24 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD bw1 = bw 2 + (5 ÷ 10) 55 Số răng bánh răng nhỏ z1 23 Số răng bánh răng lớn z2 111 d1 = m.z1 d2 = m.z2 277,5 da1 = d1+2.m 6 2,5 da2 = d2+2.m 282,5 df1 = d1-2,5m 51,25 df2 = d2-2,5m 271,25 dw1 = 2.aw/(u+1) 57,67 dw2 = dw1.u Đường kính chia 57,5 278,32 d Đường kính đỉnh răng da Đường kính đáy răng df Đường kính lăn dw II Bộ truyền bánh răng cấp chậm... suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: Với bánh răng tôi cải thiện theo CT (6.13) [I] ta có: [ σ H ] max = 2,8 [ σ ch ] = 2,8.450 = 1260 (Mpa) - Ứng suất uốn cho phép khi quá tải: theo CT (6.14) [I] ta có: [ σ F ] max = 0,8 [ σ ch ] = 0,8.450 = 360 (Mpa) 3 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền 28 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD 3.1 Xác định khoảng cách trục - Với hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm . 10,51 1365585,03 Phần II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 12 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD I.Bộ truyền bánh răng cấp nhanh 1. Chọn vật liệu. - Vì hộp giảm tốc thiết kế chịu công suất , vận. VI : THIẾT KẾ VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ LẮP. 90 I. Thiết kế các kích thước chi tiết và vỏ hộp giảm tốc đúc. 90 II. Chọn chế độ lắp. 96 3 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD. LỤC 2 Đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD PHẦN I: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 5 1. Chọn động cơ. 5 2. Phân phối tỉ số truyền. 9 3. Tính toán các thông trên trục. 10 PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ