Đồ án chi tiết máy thiết kế hệ dẫn động cơ khí GVHD PGS TS nguyễn văn yến

Đồ án chi tiết máy GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Yến LỜI NĨI ĐẦU Tính tốn thiết kế dẫn động khí nội dung quan trọng chương trình đào tạo kỹ sư Với em sinh viên khoa nhiệt, đồ án môn học Chi tiết máy môn giúp em học sinh hệ thống hóa lại kiến thức môn học như: Cơ sở thiết kế máy, sức bền vật liệu, vẽ kĩ thuật….Đồng thời giúp sinh viên có kĩ làm đồ án hỗ trợ cho việc làm đồ án tốt nghiệp sau Nhiệm vụ giao thiết kế hệ dẫn động khí gồm có: Hộp giảm tốc khai triển có cặp bánh trụ thẳng, tính chọn động điện truyền đai dẹt Yêu cầu có thuyết minh vẽ lắp hộp giảm tốc vẽ giấy A0 Do lần làm quen với thiết kế phải thực khối lượng kiến thức tổng hợp, cố gắng tham khảo sách tài liệu có liên quan, giảng thầy cô nỗ lực thân em tránh sai sót Vậy kính mong q thầy giáo giúp đỡ em, bảo thêm cho em để em nắm vững kiến thức mà học Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô thầy giáo môn, đặc biệt thầy Nguyễn Văn Yến giúp đỡ bảo tận tình cho em hồn thành đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày….tháng….năm 2014 Sinh viên thực đồ án: Nguyễn Phúc Trải SVTH: Nguyễn Phúc Trải Lớp: 11N Đồ án chi tiết máy GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Yến MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Phần 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN .2 a Chọn động điện: .2 Hiệu suất chung toàn hệ thống 1.1.1 Xác định sơ số vòng quay: .3 b Phân phối tỷ số truyền, số vòng quay momen xoắn: 1.2.2 Tính tốn số vịng quay trục: 1.2.3 Momen xoắn công suất trục: 1.2.4 Bảng số liệu: Phần 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN .4 a Bộ truyền đai dẹt: Bảng thông số: .6 b Thiết kế truyền hộp giảm tốc: Phần 3: TÍNH THIẾT KẾ TRỤC 13 3.1 Chọn vật liệu chế tạo trục: 13 3.2 Xác định tải trọng tác dụng lên trục: .13 3.3 Xác định sơ đường kính trục bề rộng ổ lăn: 13 3.4 Xác đinh khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực: 13 3.5 Tính trục I: 14 3.6 Tính trục II: 17 3.7 Tính trục III: 19 Phần 4: TÍNH CHỌN Ổ LĂN 21 i Tính chọn ổ lăn cho trục I: 21 ii Tính chọn ổ lăn cho trục II: 22 iii Tính chọn ổ lăn cho trục III: 22 iv Bôi trơn ổ lăn: 23 v Bôi trơn ổ lăn: 23 Phần 5: THIẾT KẾ THÂN MÁY VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC 23 Phần 1: a CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN Chọn động điện: Hiệu suất chung toàn hệ thống ηch = ηbr ηol η d = 0,972.0,993.0,96 = 0,87 Trong đó: ηbr - hiệu suất cặp bánh rang trụ ηbr =0,97 SVTH: Nguyễn Phúc Trải Lớp: 11N Đồ án chi tiết máy GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Yến ηol - hiệu suất cặp ổ lăn ηol =0,99 η d - hiệu suất truyền đai dẹt ηd =0.96 P 7, Pct = = = 8,3 ηch 0,81 Công suất cần thiết trục động cơ: (kw) 1.1.1 Xác định sơ số vòng quay: Chọn tỷ số truyền sơ hộp giảm tốc cấp khai triển uh=14 Bộ truyền – truyền đai dẹt: uđ=2 Uch=uh.ud=14.2=28 Số vòng quay sơ động cơ: Nđc=uch.n3=28.44=1232 (vòng /phút) Chọn động cơ: Tra bảng phụ lục Bảng P.12 sách tính tốn thiết kế dẫn động khí ta động sau: Tên động Cơng suất (kw) Số vịng quay (vịng/phút) Tmax Tmin Hiệu suất DK-62-4 P=10 1460 2,3 Cosφ =0,88 b Phân phối tỷ số truyền, số vòng quay momen xoắn: 1.2.1 Tỷ số truyền chung hệ thống: ich = id = Chọn ih=14,4 Ih=in.ic mà in=1,2ich 1.2.2 ndc 1460 = = 33 n3 44 ich 33 = = 2,3 ih 14, nên ich=3,6 in=4 Tính tốn số vòng quay trục: n1 = ndc 1460 = = 635(v / p) id 2,3 n2 = n1 635 = = 159(v / p) in n3 = n2 159 = = 44(v / p) nch 3,6 1.2.3 Momen xoắn công suất trục: Công suất: P1=Pđc.ηđ.ηol=8,3.0,96.0,99=7,9 (kw) SVTH: Nguyễn Phúc Trải Lớp: 11N Đồ án chi tiết máy GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Yến P2=P1.ηol.ηbr=7,9.0,97.0,99=7,6 (kw) P3=P2.ηol ηbr=7,6.0,97.0,99=7,2 (kw) Momen xoắn: 9550.N 103 T= n 95550.8,3.103 Tdc = = 54291N mm 1460 9550.7,9.103 T1 = = 118811N mm 635 9550.7, 6.103 T2 = = 456478 N mm 159 9550.7, 2.103 T3 = = 1562727 N mm 44 1.2.4 Bảng số liệu: Trục Động Đại lượng Tỷ số truyền u I ing=2,3 II in=4 III ic=3,6 Số vịng quay n (v/p) 1460 635 159 44 Cơng suất P (kw) 8,3 7,9 7,6 7,2 Momen xoắn T (N.mm) 54291 118811 456478 1562727 Phần 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN a Bộ truyền đai dẹt: Số liệu thiết kế: Cơng suất trục P1=8,3kw; số vịng quay n1=1460 vòng/ phút; tỷ số truyền u=2,3; momen xoắn trục: T= 54291N.mm Chọn vật liệu làm dây đai: truyền quay với số vòng quay lớn nên dùng vật liệu làm dây đai đai vải cao su chúng có đặc tính sau: bền, dẻo, bị ảnh hưởng độ ẩm thay đổi nhiệt độ Đường kính bánh nhỏ: D1 = T1 = 54291 = 227mm chọn d1=250mm SVTH: Nguyễn Phúc Trải Lớp: 11N Đồ án chi tiết máy GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Yến Đai có lớp có lớp lót Đường kính bánh lớn: D2=d1.u.(1-ԑ)=250.2,3.(1-0,015)=566mm ԑ- hệ số trượt ԑ=0,015 Tính lại tỷ số truyền thực: d2 2,3 − 2, 27 = 2, 27 độ sai lệch 100% = 1,3% d1 (1 − ε ) 2,3 Thỏa mãn điều kiện cho phép Khoảnh cách trục: a≥(1,5….2)(d1 + d2) 15000 ≥ a ≥ 1,75(250+60)=1417,5(mm) lấy a=1420mm Chiều dài dây đai: π ( d1 + d ) ( d − d1 ) π (250 + 560) (560 − 250) l = 2a + + 4a = 2.1420 + + 4.1420 = 4130mm Kiểm tra lmim=v/I với i=5 π d1.ndc π 250.1460 v= lmim = 60000 60000 19,1 = = 3,82m = 19,1(m / s) Vậy l > lmim thỏa mãn Xác định lại khoảng cách trục: a = (λ + λ − 8.∆ ) / π ( d1 + d2 ) π (250 + 560) λ =l− = 4130 − = 2858 2 ∆= d − d1 560 − 250 = = 155 2 a= (2858 + 28582 − 8.1552 ) = 1420mm Góc ơm α1: α1 = 180 - (d2 - d1) 57/a = 180 - (560 - 250) 57 / 1420=1680 Thỏa mãn điều kiện đai vải cao su có α1≥1500 Tiết diện đai: a = b.δ = Ft kd [σ F ] Lực vòng: Ft = 1000 P 8,3 = 1000 = 435( N ) v 9,1 Chọn chiều dày dây đai cho: δ δ  ≤ ÷ = → δ max = 6, 25mm chọn δ d  d1  max 40 =6mm Theo bảng 4.1 ta số lớp 4; đai có lớp lót; kí hiệu đai B800 Ứng suất có cho phép: [σF]= [σF]o.Cα.Cv.Co [σF]o=k1-k2 δ /d1 Đối với đai vải cao su, truyền đặt thẳng đứng chọn σo=1,6Mpa Vậy: k1=2,3; k2=9 SVTH: Nguyễn Phúc Trải Lớp: 11N Đồ án chi tiết máy GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Yến [σF]o=2,3 – 9.6/250 = 1,8Mpa Cα- hệ số kể đến ảnh hưởng góc ơm α1 bánh đai nhỏ đến khả kéo đai: Cα= 1-0,003(180-α)=1-0,003(180-168)=0,964 Cv-hệ số kể đến ảnh hưởng lực li tâm đến độ bám đai bánh đai Cv= 1- kv(0,01v2-1) kv=0,04 _ với đai vải cao su Cv=1-0,004(0,01.19,1-1)=0,89 C0- hệ số kể đến ảnh hưởng vị trí truyền không gian phương pháp căng đai; bảng 4.12 cho ta C0=1 [σF]=1,8.0,964.0,89.1=1,54Mpa Bề rộng đai: chọn kd=1,5 bảng 4.7 b= Ft kd 435.1,5 = = 70, 6(mm) [ σ F ] δ 1,54.6 chọn b=71mm Lực tác dụng lên trục: Fr=2F0sin(α1/2) với F0=σ0δb=1,8.6.71=766,8N → Fr=2.766,8.sin(168/2)=1525N Bảng thông số: Thông số Loại đai Chiều dài dây đai Đường kính bánh nhỏ Đường kính bánh lớn Khoảng cách trục Góc ơm bánh nhỏ Tiết diên đai Lục vịng Chiều dày dây đai Bề rộng bánh đai Bề rộng dây đai Ký hiệu B800 l d1 d2 a α1 A Ft δ B b Giá trị 4130mm 250mm 560mm 1420mm 1680 423,7mm 435N 6mm 85mm 70,6mm b Thiết kế truyền hộp giảm tốc: 2.2.1 Chọn vật liệu: Vật liệu chế tạo bánh nhỏ thép 45 cải thiện có HB241…285 Giới hạn bền σb=850MPa Giới hạn chảy σch=580MPa Vật liệu chế tạo bánh lớn thép 45 cải thiện đạt độ rắn HB192…240 Giới hạn bền σb= 750MPa Giới hạn chảy σch=450MPa Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép, ứng suất uốn cho phép ứng suất tải Ứng tiếp xúc cho phép: [σH]=σ0Hlim.kHL/Sh Ứng suất uốn cho phép: [σF]=σ0Flim kFC kHC/SF Ứng suất tiếp xúc tải: [σH]qt=2,8.σch Ứng suất uốn tải: [σF]qt=0,8 σch Tra bảng 6.2: - Bánh nhỏ: σ0Hlim1=2HB+50 (MPa), SH1=1,1; SF1=1,75 σ0Flim1=1,8HB - Bánh lớn: σ0Hlim2=2HB+50 (MPa), SH2=1,1; SF2=1,75 σ0Flim2=1,8HB σ0Hlim1= 2HB+50 = 2.263+50 = 576(MPa) σ0Flim1=1,8HB = 1,8.263 = 473(MPa) SVTH: Nguyễn Phúc Trải Lớp: 11N Đồ án chi tiết máy - σ0Hlim2= 2HB+50 = 2.235+50= 520(MPa) σ0Flim2=1,8HB=1,8.235=423(MPa) Chọn kFC=0,75- truyền làm việc hai chiều HB NHE kHL=1 NFE > NFO kFL= Vậy ta có: [σH]1= σ0Hlim1.kHL1/SH1=576.1/1,1=524(MPa) [σH]2= σ0Hlim2.kHL2/SH2=520.1/1,1=472(MPa) [σF]1=σ0Flim.1.kFC1 kHC1/SF1=473.0,75.1/1,75=202,7(MPa) [σF]2=σ0Flim2 kFC2 kHC2/SF2=423.0,75.1/1,75=181(MPa) Ứng suất tiếp xúc cho phép trung bình: [σ ] + [σ H ] 524 + 472 [σ H ] = H = = 498(MPa) - Ứng suất thỏa mãn: [σ H ] < 1,25 [σ H ] =1,25.472=590(MPa) Ứng suất uốn cho phép trung bình: [σ ] + [σ F ] 202, + 181 [σ F ] = F = = 194,35(MPa) 2 - Ứng suất tiếp xúc tải: [σH1]qt=2,8σch1=2,8.580=1624(MPa) [σH2]qt=2,8σch2=2,8.450=1260(MPa) Ứng suất tiếp xúc tải trung bình: [σH]=1442(MPa) - Ứng suất uốn tải: [σ F ] qt=0,8σch=0,8.580=464(MPa) [σ F ] qt=0,8σch=0,8.450=360(MPa) Ứng suất uốn tải trung bình: [σ]qt=412(MPa) 2.2.2 tính thiết kế truyền cấp chậm: 2.2.2.1các thông số bản: SVTH: Nguyễn Phúc Trải Lớp: 11N Đồ án chi tiết máy - GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Yến Khoảng cách trục: aw = K a (u + 1) T1k HB [σH ] u.ϕba Với: ka=49,5 MPa1/3, tỷ số truyền u=3,6 Momen xoắn T1=456478Nmm KHB=1,07 φba=0,4 - φbd=0,53.φba.(u+1)=0,53.0,4.(3,6+1)=0,975 Vậy aw=252mm Chọn a=225mm Modun: m=0,0012.aw=225.0,0111=2,5 Số hệ số dịch chỉnh: z1 = 2aw 2.225 = = 39 Lấy z1=39 m(u + 1) 2,5.(3, + 1) z2=u.z1=39.3,6=140 tính lại khoảng cách trục: aw = m( z1 + z2 ) (39 + 140) = 2,5 = 223, 75mm 2 Cần dùng dịch chỉnh: hệ số dịch tâm: Y= aw/m – (z1+z2)/2=225/2,5 – (39+140)/2=0,5 Hệ số ky=1000.y/zt=1000.0,5/(39+140) = 2,3 Kx=0,032 (tra bảng 6.10) Y=kxzt/1000=0,032.179/1000=0,0057 Tổng hệ số dịch chỉnh: Xt=y+ y= 0,5+0,0057=0,5057 Hế số dịch chỉnh bánh nhỏ bánh lớn: X1=0,5[xt – (z1-z2).y/zt]=0,5[0,5057-(140-39).0,5/179]=0,11 X2=xt-x1=0,5057-0,11=0,3957 - Góc ăn khớp: Cosαtw=zt.m.cosα/2aw=179.2,5 cos20/(2.225)=0,934 αtw=20,850 2.2.2.2 kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: Ứng suất tiếp xúc thỏa mãn: σ H = zm z H zε 2T1k H (u + 1) ≤ [σH ] bw u.d w12 Zm- tra bảng 6.5 zm=274MPa1/3 Z H = cos βb / sin 2α tw Bánh trụ thẳng nên βb=0 − εα ZH=1,74; zε = Ԑα=[1,88-3,2(1/z1+1/z2)cosβ=[1,88-3,2(1/36+1/130)]=1,766 Vậy zԐ=0,86 KH=kHBkHαkHV=1,07.1.1=1,07 KHB,kHα tra bảng kHB=1,07; kHα=1 KHV=1+vHbwdw1/(2T1kHBkHα) VH=δH g0.v.(aw/u)1/2 δH=0,004(tra bảng 6.15); g0=73(tra bảng 6.16); Vận tốc vòng: SVTH: Nguyễn Phúc Trải Lớp: 11N Đồ án chi tiết máy GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Yến V=0,816m/s; dw1=98mm Cấp xác VH=0.0175 Chiều rộng vành bw=φba.aw= 0,4.225=90mm σ H = zm z H zε 2T1k H (u + 1) 2.456478.1, 07.(3, + 1) = 274.1, 74.0,86 = 492 MPa bw u.d w1 90.982.3, Vậy ta thấy [σH]=498(MPa)>σH=492MPa Vậy liệu dảm bảo điều kiện bền tiếp xúc 2.2.2.3 Kiểm nghiệm độ bền uốn: σ F1 = 2T1.k F Yε YB YF ; bw d w m σF2=σF1.YF2/YF1 YԐ=1/Ԑα=1/1,766=0,566 Yβ=1-β/140=1 (răng thẳng nên β=0) YF1,YF2 - tra bảng 6.18 Zv1=z1=39; x1=0,11 nên tra YF1=3,53 Zv2=z2=140; x2=0,3957 nên tra YF2=3,53 KF=kFβ.kFα.kFv tra bảng 6.7 ta có kFβ=1,16 kFα=1(bánh rang trụ rang thẳng) VF=δF.g0.v.(aw/u)1/2 đó: δF=0,011 VF=0,011.73.0,774.(225/3,6)1/2=4,91 KFv=1+(vF.bw.aw)/(2T1.kFβ.kFα)=1+(4,91.90.98)/(2.456478.1,16.1)=1,04 KF=1,16.1.1,04=1,2064 Vậy: σ F = 2.456478.1, 2064.0,566.1.3,53 = 176,32( MPa ) 90.98.2,5 Ta thấy: σF1