Đồ án thiết kế trục vít bánh vít

Nội dung đồ án là thiết kế một hệ dẫn động băng tải với các thông số về thời gian làmviệc, tải trọng, điều kiện làm việc...Với mục đích đó yêu cầu người học viên cần sử dụngtổng hợp các

Lời nói đầu

Tính toán thiết kê hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chươngtrình đào kỹ sư cơ khí nhằm giúp Sinh Viên (Học Viên) có được những kiến thức cơ sở vềkết cấu máy

Nội dung đồ án là thiết kế một hệ dẫn động băng tải với các thông số về thời gian làmviệc, tải trọng, điều kiện làm việc Với mục đích đó yêu cầu người học viên cần sử dụngtổng hợp các kiến thức được học về: Nguyên lý máy, Cơ lý thuyết, Chi tiết máy, Sức bềnvật liệu, Vật liệu học, và các công cụ khác như Kỹ năng sử dụng các phần mềm trợ giúpthiết kế như: Maple, Mechanical Desktop, AutoCAD, Matlab, để có thể nâng cac năngsuât tính toán

Với mục đích và yêu cầu này trong đồ án em đã thiết kế được Hệ dẫn động băng tải vớikết cấu như bản vẽ chế tạo Trong quá trinh tĩnh toán các kết quả đã được đưa vào thử lạitrên phần mềm trơ giúp thiết kế cơ khí Mechanical Desktop 6.0 tuy nhiên do mới làmquen với việc hoạt động độc lập trong tính toán thiết kế nên chắc chắn đồ án không thểtránh khỏi những sai sót nhỏ Em rất mong được sự chí bảo của các thầy giáo cũng nhưcác bạn để đồ án đạt được tính thực tế cao nhất

Em xin chân thành cảm ơn !

Nqày 12 tháng 04 năm 2003 Học viên

Dương Văn Thạch

TÍNH CHỌN ĐỘNG cơ VÀ CÁC THAM số CHUNG

I/ Các thông số chung

+ Thời gian làm việc của các bộ truyền và động cơ: tz =

7x2x26x12x14 = 61152 h Công suất trên trục băng tải:

p = = 3700.1,05 = 3 885 N

1000 1000 +Trons đó : F - Lực kéo băng tải (N)

V- Vận tốc băng tải (m/s)+ Mômen xoắn của băng tải khi làm việc toàn tải:

+ Hiệu suất làm việc của các bộ phận của hệ thống và hệ thốn2:

- Hiệu suất của khóp nối : ĩ] k =1

- Hiệu suất của bộ truyền đai : % = 0,95

- Hiệu suất bộ truyền trục vít -bánh vít: TỊ lv = 0,87

=> Hiệu suất hệ thống : rị - ĩf k x TỊ d X ĩ] lv x rf ô

ĨJ = \ X 0,95 X 0,87 X 0,99 4 = 0,794 II/ Tính chọn động cơ điện.

ì đẳng trị băng tải: k.P\+t 2 P22= |o,5.t.P 2 + 0,5i.(Q>8.P)2 =0)949P

V => Động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc V/ Phân phối

V 2 Tính tỷ số truyền của từng bộ truyền

VChọn tỷ số truyền của bộ truyền đai : u ể =3,5 tỷ số

truyền của bộ truyền trục vít : u tv = 12,30 => Tỷ số

truyền của hệ thống :

V u = u ằ X u tv = 43,063

V VI/ Tính toán các số liệu khác

1 Đánh sô trục ( hình vẽ dưới đây)

V

2 Tính toán trên trục.

V + Trục 0:

- ''Am x V K xr ì 6 = 4,387 KW n 0 = A2& =255ớ v/p/7

V T ỡ = 9,55X 10 6 x (¡ữ Ịn 0 = 14546,5 Nmm + Trục I:

V Dựa vào điều kiện làm việc của đai chọn:

V Đai thang - Vải cao su - Tiết diện o

V II/ Tính toán thiết kế

1 Chọn đường kính bánh đai nhỏ.

100 mm Chọn hệ số

trượt £=0,02

V => Đường kính đai lớn d,= dị.uđ.(l- £,) = 357,143 mm

V Theo TCVN 2332-78 & TCVN 2342-78 chọn đường kính bánh đai lớn d2= 355 mm

2 Kiểm tra tỷ số truyền thực tế

- Hệ số kể đến sự ảnh hưởng của chiều dài dai (Bảng 4.16): : ca=0,9

- Hệ số kể đến sự ảnh hưởng của tí số truyền(Bảng 4.17): : Cu= 0,9

- Hệ số kể đến sự ảnh hưởng của sự phân bố không đều của tải trọng(Bảng 4.18):

V

V Với tuổi thọ như vậy ,trons thời gian làm việc của hệ thống số lần phải thay đai là:

or ,

V Số lần thay đai = 61152 »15 lần.

V 20 Tính bề rộng bánh đai

V B = ( Z-1) t + 2.e = 2.12 + 2.8 = 40 mm

V bộ truyền trục vít- bánh vít

V I/ Chọn vật liệu

V Vận tốc trượt sơ bộ

V Vjb = 4,5.1 Ó'4.n tv =4,5.10‘4.822,86 ^507,445 =2,95 m/s < 5 m/s => Vật liệu bánh vít: Đồng thanh nhôm- sắt( Khôns thiếc )

V Vật liệu trục vít : Thép 45, tôi bề mặt đạt HRC45 II/ Xác

4 Các giá trị ứng suất cho phép:

V [ơ]Hmax =2.ơch = 400 MPa [ơ]Fmax

2 Modul của trục vít:

CHƯƠNG III:

Bộ truyền đảm bảo.

2 Hiệu suất thực của bộ truyền

(Ọ =2,478°

V => 7j tv = 0,808

4 Hệ số kể tải trọng (Theo công thức 7-24)

V K-II = K-HP •K-HV

eo bảng

7-7 :Do Vs = 3,34 m/s Nên

HHV=1,208

—

V KHp=l + (%)3-íl-^ì = 1.005

2max y

số biến dạngcủa trục vít tra trongbảng7-5 0=137,5

V T ĩm :mô men xoắn trung bìnhtrên trục bánh

V

5 Kiểm nghiệm độ bền uốn

V ơp = Ì,4.T2.Yp.KF/(b2.d2.mn) « [ơ]

V +Chiều rộng bánh vít theo công thức trong bảng 7-9:

<7

b 2

=42,749°

< d + m = 260 mm

V(chọn dam2 = 260 mm) + Chiều rộng bánh vít b2 = 56 mm

V

-bánh vít

thiết của hộp giảm tốc:

V => A > 0,852 m2.

V + Mômen xoắn : Tu= 14546,5 Nmm + Tốc độ quay: n0= 2880 v/ph

V + Bộ truyền được đặt sao cho đường nối tâm 2 bánh đai song song trục ox.

z

y

Cí

Frđl= 2.F0.Z.Sin —= 506,57 N

V Lực dọc Vục Fa2i= Fti 104,61 N ( Khi rời lực Fa2l

về tâm trục thì ta được lực Fa2l và mômen Ma21 có chiều cùng chiều

V vớichiều của lực Fa21 và có trị số Ma2l = Fa21 dw2/2

- Lực của băng tải tác dụng lên trục bộ truyền

V II/ Tính sơ bộ kết cấu đường kính trục và then

V chọn dol=30 mm.chọn lOđườns; kính tại tiết diện lắp bánh đai là d0đ = 35 mm + Trục I:

V Chiều dài moayơ nửa khớp nối ( Khớp nối vòng đàn hồi) h0)

= 2.d0l = 56 mm Chiều dài moayơ bánh đai

V trình cân bằng mômen cho các lực tác dụne lên trục ta được:

N Các lực này có điểm đặt, phương, chiều như trên hình vẽ c/ Vẽ biểu

đồ mômen uốn Mx, My và mômen xoắn T ( hình vẽ )

—

1 4 6 8 , 7 6

nr

V dIA= 3———^— = 19,85mm

V 1A V 0’1-63

V 135496,33

V sẽ tạo ra trạng thái nguy hiểm nhất cho trục bánh vít) a/ Sơ đồ trục, chi tiết quay và

lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục được vẽ như trên hình vẽ b/ Tính phản lực các gối tựa

V + Xét các lực trong mặt phẳng oxy: viết phương trình cân bằng

11^1

V M, d = + Mị +0,15.Mị (ở đây mô men M x đóng vai trò là mô men xoắn )

V MtđC = ^0,15Mị = 439460,24 Nmm

V M tđD = ^M m 2 +M 7JÌ 2 +0,15.Mịn = 561194 Nmm

V MtđA = -yjMỈ À +0,75.Mị Á = 543440,376 Nmm

MtđB = 0 Nmm

V => Căn cứ vào các yêu cầu về độ bền, lắp ghép, công nghệ và theo các kích thước

V TCVN của trục và ổ ta chọn các đường kính như sau:

V d,A = 45

mm d,D = 55

mm d,B = 45

mm d2C = 40mm

V V/ Tính kiểm nghiệm các trục về độ bền mỏi.

V Điều kiện để trục đảm bảo được độ bền mỏi:

V V;, >u

- Tính ơ.!,!.,:

V Với vật liệu là Thép 45 tôi cải thiện có ơb = 750 MPa

Nên ơ.ị = 0,436 ơb= 327 MPa T , = 0,58 ơb = 435 MPa =>

- Chọn kiểu lắp ghép: các ổ lăn lắp trên trục theo k6, lắp bánh vít, nối trục theo k6 kết hợp với lắp then Kích thước của then (tra từ bảng 9.1), trị số của mômen cản uốn và mômen cản xoắn (tra từ bảng 10.6) ứng với các tiết diện trục như sau:

V V

- Xác định các hệ số Kơdj, KIdj đối với các tiết diện nguy hiểm:

V + Các trục được gia côns tren máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra = 2,5 - 0,63 |am, do đó theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx = 1,08

V + Khône dùng các phương pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăng bền Ky= 1

V + Theo bảng 10.12, khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại 1'ãnh thenứng với vật liệu có ơb = 750 MPa là Kơ =1,95; KT = 1,8

Tiết

V Theo bảng 10.10 tra hệ số kích thước eơ& £Tứng với đường kính của tiết diện nguy

V hiểm, từ đó xác định được tỷ số & — và xác định K ơd và K xd theo công thức

V

V V 2

D V55 V1,95 V0,8 V1,8 V,753 0V2,524 V2,472 V14,68 9,21 1 V,8 7

V

V VI/ Tính kiểm nghiệm độ bền tĩnh của trục (Theo công thức 10-27 )

V ơ td = a/ct2+3r2 < [ơ] trons đó

:

= Mu

-(0,1 í/ )

V VI/ Tính kiểm nghiệm độ bền của then

V Như tren ta chọn then ở

V Với các tiết diện trục dung mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về

V [xcl = 60-90 MPa Vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền

V • Kết luận: Như vậy ta đã thiết kế được các bộ phận cơ bản trong bộ truyền với kích thước như trên

V Ổ LĂN TẠI CÁC GỐI TRỤC I/ Trục 0

1 Chọn loại ổ

V Với tải trọng nhỏ và chỉ cá lực hướng tâm, dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 01

và 02 với kết cấu trục như hình vẽ và đường kính ngõng trục d = 35 miĩi, chọn ổ bi đỡ mộtdây cỡ đặc biệt nhẹ-vừa có ký hiệu ổ 207( bảng P2.7 GOST 8338-75) có

3 Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

VLập phương trình cân bằng lực và phương trình cân bằng 1Ĩ1Ô men ta xác định được

V + Các lực tác dụng lên ổ tại các gối FXA, FXB có điểm đặt, phương, chiều như hình vẽ

V _+Theo công thức (11.3), với F., = 0, tải trọng qui ước:

V Q = (X.V.Fr).kt.kd = 1.1 923,43.1.1,4 = 1292,8 N Trong đó, đối với ổ

đỡ chịu lực hướng tâm X = l(bảne 17.5 [4] tập II); V = 1 (vòng trong quay); kt = 1 (nhiệt độ t

V V V V V V V V V V V V V V V

V Sơ ảo đặt lực chơ tính ổ của trục &

V 260.F, M -130.F„+F u1 ^- = 0

V V V V

3 Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ

Theo (11.19) với Fa = 0, Q0 = X0.Fr= 0,6 923,43 = 554,058 N; với X0 = 0,6 ,Y0=0,5 ( bảng 11.6).Theo (11.20) Ọ, = Fr = 923,43 N

Vậy Q0 = 0,554 kN < CG = 13,9 kN => Khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo

Trong đó: Với Ổ bi đỡm = 3, a = I

Qị là tải trọng ở chế độ thứ i Q„ là tải trong tính toán (lấy tải trong lớn nhất)

V Đây là trục vít chuyển động với vận tốc cao,quá

V dọc trục lớn Để đảm bảo cho bộ truyền làm việc bình thường ta

2 Kiểm tra khả năng chịu tải

a kiểm tra ổ bi đỡ tại mặt cắt 1A (kết cấu ổ bi đỡ chịu tải động)

V + Kiểm tra chế độ tải tĩnh

V Với ổ bi đỡ một dãy có X0 = 0,6 & Y0 = 0,5

Tải trọng tương đương

V => Căn cứ vào tính toán và đường kính trục lắp ổ ta chọn: ổ bi đỡ tại mặt cắt 1A với

số hiệu 405 (Theo GOST 8338-71) có các thông số như đã chọn ở trên

V

V

V b Kiểm tra ổ tại mặt cắt 1B.

V Căn cứ vào đường kính trục lắp ổ ta chọn: : ổ đũacôn tại mặt cắt 1B với số hiệu 7607 (Theo GOST 333-71) có các thôn số như bảng

V + Kiểm nshiệm khả năng tải động của ổ:

Theo theo bảng 11.4, với ổ đũa côn :

= 5,747 kN < CG = 18,1 kN => Khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo

- Theo công thức (11.12),tải trọng động tương đương

V ổ bi bảo đảm khả năng tải động

V + Kiểm tra khả năng tải tĩnh:

V theo bảng 11.6, với ổ đũa côn X0 = 0,5; Y0 = 0,22.cotga = 0,22.cotgl 1,17° = 1,114;theo công thức 11.19, khả năng tải tĩnh

V Q, = X0.Frll + Y0.Fa2 = 0,5 1507,731 +1,114 4687,384 = 5975,6 N < C0 = 61500

V =^> ổ bi bảo đảm khả năng tải tĩnh

V => Ta chọn: ổ đũa côn tại mặt cắt 1B với số hiệu 7607 (Theo GOST 333-71) có cácthôn số như bảng

7607 V35 V80 V85 V33 V27 V2,75 3V2,5 V0,8 V6 V1,17 1V71,6 V61,5

V

V III/ Truc II

ta có

s,

V R| = - I K 2 / + F v i / = 7434,155 N

Rĩ = ^ F t J + F y J = 1594,349 N

- Theo bảng 11.4, với ổ đũa côn, e = 1,5 tga = 1,5 tg 15,33° = 0,411

theo (11.7), lực dọc trục do kết cấu của ổ sinh ra trên các ổ:

V cùng chiều với Fq như vậy lực dọc trục tác dụng vào ổ (2)

V Theo bảng 11.5 với sơ đồ bố trí đã

chọn trên hình vẽ Fa2 = £Fa = = 3096,994 N

KN Trong đó tuổi thọ của ổ bi L = 60.n2.Lll/l0(’ = 60.66,877.20000/106 = 80,4 triệu vòng

V Vậy điều kiện tải động được thoả mãn

3 Kiểm tra khả năng tải tĩnh

V theo bảng 11.6, với ổ đũa côn X0 = 0,5; Y0 = 0,22.cotga = 0,22.cotgl4° =

0,88 theo công thức 11.19, khả năng tải tĩnh

V Q, = X0.Fr + Y0.Fa2 = 0,5 1507,731 + 0,88 3096,994 = 3479,22 N « C0= 33,4 kN

=^> ổ bi bảo đảm khả năng tải tĩnh

V => Ta chọn: ổ đũa côn với số hiệu 7209 (Theo GOST 333-71) có các thông số như bảng

7209 V45 V85 V70 V64,8 V19 V16 V20,75 V2,0 V0,8 V15,33 V42,70 V33,40 V

V

V V V V V V V V V V V V V V V

V

V Bán kính góc lượn tại các tiết diện được chọn như său:

V II/Cố định các tiết máy trên trục

1 Cố dịnh theo phương tiếp tuyến Hình 5.1: Kết cấu trụcl&ll Dùng

các mối ghép then bằng, đã

V thiết kế ở chương tính trục

2 Cố định tiết máy theo phương dọc trục

V Có nhiều phương pháp cố định tiết máy theo phương dọc trục, căn cứ vào điều kiệnlàm việc, trang thiết bị, điều kiện công nghệ, giá thành sản phẩm trong đầu đề thiết kế hộpgiảm tốc này chỉ dùng các giải pháp: vai trục, gờ trục,bạc chặn ,ghép có độ dôi, đai ốc,thenbằng

V Đai ốc hãm vòng trong ổ :Bảng 15-1 ;

V III/ Kết cấu trục và các giải pháp công nghệ

V Các đường kính các đoạn trục đã được lấy theo trị số tiêu chuẩn hoặc sai lệch với trị

số tiêu chuẩn không nhiều

V Trên các đoạn chuyển tiếp trên trục đã bố trí các rãnh thoát dao, góc lượn, phần vát

Và các trị số này lấy như nhau

V Các trục thường được gia công trên máy tiện nên trong các bản vẽ chế tạo thẻ hiện

rõ các lỗ tâm của các đáu trục, nếu bộ phận máy khổng cho phép sử dụng lỗ tâm thì

V sau khi gia công xone các phần lỗ tâm sẽ bị cắt bỏ

V IV/ Kết cấu trục vít và bánh vít.

1 Trục vít

V Trục vít được chế tạo liền với trục, ở đây do đường kính vòng đính và phần chân củabánh vít lớn hơn trục do vậy việc bố trí rãnh thoát dao không là vấn đề quan trọng, nhưngđối với các trục vít có một phần ren vít nằm trên trục thì vấn đề bố trí rãnh thoát dao cầnđược thực hiện một cách hết sức chu đáo ở mút phần ren có bố trí góc vát 20°

V Hộp giảm tốc trục vít một cấp, khoảng cách giữa hai gối trục của trục vít là 260 mm

> 250 mm, do vậy bố trí ổ trên trục vít cần đảm bảo có một ổ cố định (gồm hai ổ đỡ chặnngược chiều nhau), và một ổ lắp ổ bi đỡ có thể tự do di chuyển theo phương dọc trục, điềunày nhằm đảm bảo khôns làm cho ổ bị kẹt khi có biến dạns lớn Bộ phận ổ dùna hai ổ đỡchặn bố trí trong ống lót Giữa bề mặt tì của ống lót và thân hộp có đặt đệm để điều chỉnhtrục vít di chuyển theo phương dọc trục, nhằm bảo đảm cho bộ truyền ăn khớp tốt trong suốtquá trình làm việc

2 Cố định ổ trên trên trục

V + Trên trục vít: các ổ được bố trí trên trục nhờ các vai trục (Tra bảng 15-9 và 15-10[5] II tr 36-37) và các đai ốc kết hợp với đệm cánh (Kích thước đai ốc và đệm cánh tươngứng là: ren 24x1,5 - d = 24,5mm và 30x1,5 - d = 30,5mm )

V (Tra bảng 15.1 & 15.2 [5] II)

V + Trên bánh vít: một đầu ổ lăn được cố định bằng đai ốc kết hợp với đệm cánh, mộtđầu dùng vòng hãm lò xo (Kích thước 48x1,5 - d = 48,5 mm và vòng hãm lò xo) (tra bảng15.1 & 15.7 [5] II)

V + Công dụng: dùng để đỡ ổ lăn, tạo thuận lợi cho việc lắp ghép và điều chỉnh bộ phận ổ cũne như điểu chỉnh ăn khớp của trục vít.

V + Kết cấu ống lót:

V chiều dày: ô =C.D,

V chiều dày vai: ô = ô| = ô 2

hai rãnh thoát dao trên ống:

V + Công dụng: để đệm tiếp xúc đều với trục và

không gây ảnh hưởng tới độ cứng vững của trục, ngoài ra

V VII/ Bôi trơn ổ lăn

1 chọn loại vật liệu bôi trơn

V Do vận tốc trượt nhỏ, tốc độ quay không lớn lắm nên sử dụng mỡ để bôi trơn ổ lăn

Mỡ bôi trơn được giữ trong ổ, nó có khả năng đảm bảo cho ổ làm việc trong thời gian dài,

độ nhớt ít bị thay đổi khi nhiệt độ thay đổi

V Căn cứ vào số vòng quay của trục, điều kiện làm việc của ổ chọn loại mỡ M để bôitrơn.

2 cách thức bôi trơn

V Mỡ được tra vào ổ 1/2 đến 2/3 khoảng trống bộ phận của ổ, tuỳ từng ổ cụ thể mà cócách tra mỡ và lượng mỡ tra vào khác nhau

V VIII/ Lót kín bộ phận ổ

* Mục đích: nhằm bảo vệ ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn hạt cứng và các tạp chất khác xâm

nhập vào ổ Ngoài ra còn đề phòng dầu chảy ra ngoài

1 Vòng chắn dầu

V + Cấu tạo: Vòng ngăn dầu được lắp trên trục bánh vít, vừa chắn dầu vừa siữ vaitrò làm vòng định vị giữa bánh vít và ổ lăn Trên vòng chắn dầu được sẻ các rãnh có tácdụng văng dầu theo nguyên lý ly tâm Kết cấu của các vòng chắn dầu như trên bản vẽ

a Công dụng.

V Truyền mômen chuyển động từ hộp giảm tốc sang băng tải và bù sai lệch lắp ghép

trong phạm vi cho phép

b Chọn loại khớp nối

V Căn cứ vào mômen của trục bánh vít theo bảng 9.11 [2] ta chọn được khớp nối vòng

đàn hồi có các thông số sau:

d Kiểm tra điều kiện bền của vòng đàn hồi

- Sức bền dập của vòng đàn hồi theo công thức ( [5] tập II tr 69 )

V với [ơd] = 2-4 N/mm2, vậy khớp nối đạt yêu cầu

- Sức bền của chốt theo công thức

V k T l c _1,4.507445.46 _ , ni XT/ 2

V -<3 = — c - =- ———f = 4,91 N/inin

V 0 , \ Z D đ 0,1.8.130.403

V 1 = 1 + — = 46

V với [ơj = 60-80 MPa, vậy khớp nối đạt yêu cầu

*Nhận xét: Như vậy các kết quả tính toán trục, ổ trục và khớp nối là hoàn toàn phù hợp

với chế độ làm việc của hệ thống

2 Khớp nối đầu ra của động cơ

a Công dụng

V Truyền mômen chuyển động từ trục động cơ sang trục vào hộp giảm tốc và bù sai

lệch lắp ghép trong phạm vi cho phép

b Chọn loại khớp nối

V Căn cứ vào mômen của trục động cơ và kích thước trục động cơ theo bảng 9.11 [2] ta

chọn được khớp nối vòng đàn hồi có các thông số sau: