Hướng dẫn đồ án chi tiết máy-hộp giảm tốc một cấp

Chọn động cơ Chọn động cơ được tiến hành theo các bước sau: + Tính công suất yêu cầu của động cơ + Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ + Dựa vào công suất cần thiết và số vò

Hớng dẫn thiết kế đồ án chi tiết máy Thiết kế hộp giảm tốc một cấp

I Yêu cầu

Thiết kế một bộ phận máy phải thoả mãn những chỉ tiêu về độ bề, độ cứng, độ bền mòn Hay nói cách khác phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật, giá thành hạ, tính mỹ thuật cao Muốn thoả mãn các yêu cầu trên phải: lựa chọn vật liệu, kết cấu hợp lý, tính toán chính xác, chọn

ph-ơng pháp gia công cho năng suất và hiệu qủa cao

II Tài liệu tham khảo

1 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tập 1

2 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tập 2

3 Chi tiết máy (hai tập)

4 Đồ án Chi tiết máy – Nguyễn Văn Quyết

III Tiến hành thiết kế.

1 Nghiên cứu đề tài

2 Xác định kết cấu chung

3 Tính toán thiết kế kết cấu những bộ truyền cơ bản (đai, bánh răng, trục, lựa chọn ổ)

4 Viết thuyết minh

5 Vẽ một bản vẽ lắp hộp giảm tốc một cấp

IV Nội dung thể hiện (4 phần)

Lời nói đầu

Chơng 1 Phân tích các thông số ban đầu

Chơng 2 Tính toán thiết kế bộ truyền đai

Chơng 3 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng

Chơng 4 Tính toán thiết kế trục

Chơng 5 Tính chọn ổ trục

Chơng 6 Tính vỏ hộp

Tài liệu tham khảo

Mục lục

1

Ch¬ng 1 Ph©n tÝch c¸c th«ng sè ban ®Çu 1.1 Chọn động cơ

Chọn động cơ được tiến hành theo các bước sau:

+ Tính công suất yêu cầu của động cơ

+ Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ

+ Dựa vào công suất cần thiết và số vòng quay đồng bộ, kết hợp với các yêu cầu khác chọn động cơ phù hợp

- Công suất yêu cầu của động cơ:



t yc

P

P 

trong đó: Pyc - công suất yêu cầu của động cơ, kW

Pt - công suất tính toán trên trục máy công tác, kW

η - hiệu suất truyền động: η = η1.η2 với η1, η2, η3 hiệu suất các bộ truyền, và

các cặp ổ trong hệ dẫn động theo đề bài đã cho Trị số hiệu suất của các bộ truyền và ổ xem

bảng 2.3 [1]

Công suất tính toán (kW) trên trục máy công tác tính theo công suất danh nghĩa hoặc công suất tương đương khi tải trọng thay đổi ngắn hạn:

v F P

; P

Pt  dn  dn  trong đó, F là lực kéo (băng tải, xích tải hoặc lực căng cáp - N)

v - vận tốc (băng tải, xích tải, cáp kéo - m/s)

β - hệ số, tính tùy theo chế độ tải trọng

+ khi tải thay đổi ngắn hạn (ví dụ hệ dẫn động tời kéo):

với T1 – momen xoắn lớn nhất trong các momen xoắn tác dụng lâu dài trên trục;

Ti - momen xoắn tác dụng trong thời gian ti

- Số vòng quay đồng bộ của động cơ:

Với động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ (50Hz), với cùng công suất có thể chọn các loại động cơ có số vòng quay đồng bộ khác nhau: nđb = 3000, 1500, 1000, 750, 600 Chi tiết xem các bảng P1.1 (động cơ điện K), P1.2 (DK), P1.3 (4A), P1.8 (MTKF), còn kích thước động cơ xem các bảng P1.4, P1.5, P1.6, P1.7 và P1.9 [1]

Để xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ cần biết số vòng quay của trục máy công

tác và tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống dẫn động: n sb = n lv u t

Số vòng quay trục công tác xác định theo:

2

v - vận tốc băng tải (m/s)

D - đường kính tang quay (mm)

z - số răng đĩa xích tải

p - bước xích tải (mm)

Các số liệu này cho trong đề.

D

v 60000

nlv





(với trục công tác lắp tang quay)

p z

v 60000

nlv 

(khi trục công tác lắp đĩa xích tải)

Tỷ số truyền sơ bộ của hệ dẫn động xác định theo công thức:

u u

ut  1 2 với u

1, u2, là tỉ số truyền của từng bộ truyền tham gia vào hệ dẫn động

Tỷ số truyền nên dùng cho từng loại bộ truyền cho trong bảng 2.4 [1]

- Chọn động cơ:

Động cơ chọn cần đảm bảo các điều kiện:  













sb đb qt

yc đc

n n

T T

P P

max

trong đó:

Pđc - công suất của động cơ cho trong bảng tra Ví dụ bảng P1.1 với động cơ điện K

Pyc - công suất yêu cầu của động cơ (đã tính)

Tqt - mômen quá tải xuất hiện trên trục động cơ khi hệ thống làm việc (Tqt = Tct.Tmm/T1)

Chú ý: Để đảm bảo động cơ làm việc đảm bảo công suất ngay cả khi tải trọng là lớn nhất, nên

chọn Pđc ≥ 1,15Pdn

Tct = 9,55.106.F.v/ (1000.nđc η) - mômen xoắn cần thiết; tỷ số T mm / T1 cho trong đề

Tmax - mômen cực đại trên trục của động cơ (Tmax = Tdn.Tk /Tdn)

Tdn = 9,55.106.Pđc / nđc - mômen xoắn danh nghĩa; tỷ số Tk / Tdn cho trong bảng tra

nđb và nsb - số vòng quay đồng bộ của đ/cơ (cho trong bảng) và số vòng quay sơ bộ đã tính

1.2 Phân phối tỉ số truyền

Trên cơ sở số vòng quay thực của động cơ đã chọn và số vòng quay yêu cầu trên trục công tác

tính lại tỉ số truyền chung, phân phối cho bộ truyền ngoài hộp giảm tốc Tỷ số truyền các bộ

truyền lấy tròn đến 2 số sau dấu thập phân

* Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động tính theo công thức:

lv

c

đc

t

n

n

u 

với nđc - số vòng quay thực của động cơ (xem phần kết quả chọn động cơ)

nlv - số vòng quay trục công tác (đã tính)

* Phân phối tỷ số truyền của hệ cho các bộ truyền:

3

u t = u n u h với u n - tỉ số truyền của bộ truyền ngoài (đai hoặc xích).

u h - tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc.

Có thể chọn trước u n (tham khảo bảng 2.4 [1] ), sau đó tính uh = u t / u n hoặc chọn trước

u h sau đó tính u n = u t / u h

Chú ý: Nếu bộ truyền ngoài là bộ truyền đai thì ưu tiên chọn tỉ số truyền bộ truyền đai trước

theo dãy ở trang 49 [1]

1.3 Tính các thông số trên các trục

- Tính toán các thông số công suất , số vòng quay , mômen xoắn trên các trục của hệ dẫn động Số vòng quay tính từ trục động cơ theo số vòng quay động cơ và các tỷ số truyền đã

chọn Công suất tính theo công suất yêu cầu trên trục công tác

- Công suất trên các trục được tính từ trục công tác (trục làm việc), không tính hệ số β

P lv = F.v / 1000 (kW)

P 2 = P lv / η 23 với η 23 là hiệu suất tính từ trục 2 của HGT đến trục công tác

η 23 = η k η o

η o - hiệu suất của 1 cặp ổ; η k - hiệu suất của khớp

P 1 = P 2 / η 12 với η 12 là hiệu suất tính từ trục 1 đến trục 2 của HGT

η 12 = η bt η o với η bt - hiệu suất của bộ truyền

P đc = P 1 / η 01 với η 01 là hiệu suất tính từ trục động cơ đến trục 1 của HGT

η 01 = η x η o với sơ đồ hệ dẫn động sử dụng bộ truyền xích

η 01 = η đ η o với sơ đồ hệ dẫn động sử dụng bộ truyền đai

Chú ý: P đc ở đây là công suất thực được sử dụng trên trục động cơ, không phải công suất của động cơ đã chọn.

* Số vòng quay trên các trục được tính từ trục động cơ, theo số vòng quay động cơ đã

chọn.

* n đc - Số vòng quay thực của động cơ đã chọn ở mục 1.1.

* n 1 = n đc /n x với sơ đồ hệ dẫn động sử dụng bộ truyền xích hoặc

n 1 = n đc / u đ với sơ đồ hệ dẫn động sử dụng bộ truyền đai

* n 2 = n 1 / u 1 trong đó u 1 là TST của HGT

* n lv = n 2

Lưu ý: Số vòng quay trên trục làm việc phải xấp xỉ số vòng quay đã tính ở bước chọn động

cơ

* Mô men xoắn trên các trục tính theo công thức:

T i = 9,55.10 6 P i / n i (Nmm)

trong đó Pi, ni là công suất và số vòng quay trên các trục

4

1.4 Lập bảng kết quả tớnh toỏn

Tỉ số truyền cỏc bộ truyền, cụng suất, số vũng quay và mụ men xoắn trờn cỏc trục Bảng kết quả

tham khảo tài liệu [1] (tập 1, mục 3.3) Toàn bộ bảng phải được thể hiện trờn cựng 1 trang giấy (bắt buộc)

Chơng 2 Tính toán thiết kế bộ truyền đai Thông số đầu vào: P 1(đai) = P đc ; n 1(đai) = n đc

Chỳ ý: P đc ở đõy là cụng suất thực được sử dụng trờn trục động cơ đó tớnh ở trang 4, khụng phải cụng suất của động cơ đó chọn.

Tính toán thiết kế bộ truyền đai nh đã học

Chơng 3 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng Thông số đầu vào: P 1(BR) = P 1 ; n 1(BR) = n 1

Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng nh đã học

Chơng 4 Tính toán thiết kế trục 4.1 Chọn vật liệu: Với HGT tải trọng khụng lớn: thộp 45 hoặc thộp 40X.

4.2 Tớnh thiết kế trục về độ bền:

4.2.1 Tải trọng tỏc dụng lờn trục

* Tải trọng tỏc dụng lờn trục gồm mụmen xoắn và cỏc lực truyền từ cỏc chi tiết truyền động lắp trờn trục (lực ăn khớp trong bộ truyền bỏnh răng - F t , F r , F a; lực hướng tõm trong bộ

truyền đai, xớch - F rđ, F rx và lực do sai số trong khớp nối - F rk)

* Cỏc thành phần lực này đó được tớnh trong cỏc bộ truyền và lựa chọn khớp Chỳng được

phõn tớch thành cỏc thành phần nằm trong 2 mặt phẳng: mặt phẳng ngang và mặt phẳng đứng

Cỏc lực thành phần này cần được thể hiện trờn sơ đồ đặt lực chung

* Sơ đồ đặt lực chung cần thể hiện trờn cựng 1 trang giấy (bắt buộc)

4.2.2 Tớnh sơ bộ đường kớnh trục

* Đường kớnh trục sơ bộ (mm) được chọn theo kinh nghiệm hoặc tớnh qua mụmen xoắn trờn trục Mụmen xoắn lấy trong bảng kết quả phần tớnh toỏn động học

5

] [

2 ,

i i

T

d 

với Ti - mômen xoắn trên trục i (Nmm); [t] - ứng xuất xoắn cho phép (chọn trong khoảng 12 20 MPa)

* Đường kính trục tính được lấy tròn về 0 hoặc 5 (hoặc 12, 17) và dựa theo nó để xác định một số kích thước chiều dài trục

4.2.3 Định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải

* Lưu ý rằng các trục không đứng riêng rẽ mà được lắp trong HGT nên khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải phải được xác định trên cơ sở tổng thể

* Các kích thước này phụ thuộc sơ đồ động của hộp giảm tốc (tham khảo các hình 10.6 đến 10.11 tùy theo đề thiết kế - vẽ hoặc chụp sơ đồ tương ứng đưa vào thuyết minh), chiều dài moayơ các chi tiết quay, chiều rộng ổ, các khe hở cần thiết và các yếu tố khác Xem bảng 10.4

để xác định các kích thước này

* Chiều dài moayơ các chi tiết quay, chiều rộng ổ tính hoặc chọn theo đường kính trục

sơ bộ đã tính ở bước trước

4.2.4 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

* Các kích thước này có thể chọn từ kết quả tính sơ bộ, không yêu cầu bước tính chính xác

* Trên cơ sở đường kính trục sơ bộ và khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải đã tính, dựa trên các lưu ý về kết cấu trục (xem phần III, mục 12 "Kết cấu trục" trong tập 2 [1]) để xác định kích thước hợp lý

* Chiều dài các đoạn trục có thể được điều chỉnh lại khi thể hiện bản vẽ lắp hộp giảm tốc

* Các kích thước này được thể hiện bằng sơ đồ kết cấu trục vẽ ngay phía dưới sơ đồ đặt tải trên các trục, các biểu đồ mômen uốn và xoắn trên cùng một trang giấy Trên sơ đồ kết cấu cần thể hiện các chi tiết lắp trên trục (dạng giản lược), kích thước đường kính kèm kiểu lắp

4.2.5 Vẽ biểu đồ mômen và kết cấu trục

* Với tải trọng và khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải vẽ các biểu đồ mômen uốn trong mặt phẳng ngang và mặt phẳng đứng, cũng như biểu đồ mômen xoắn để phục vụ việc tính kiểm nghiệm

* Yêu cầu vẽ sơ đồ tính, các biểu đồ mômen và kết cấu của tất cả các trục trong hộp giảm tốc, mỗi trục trên 1 trang riêng Trên sơ đồ tính cần thể hiện phản lực theo đúng chiều của chúng Trên các biểu đồ mômen cần ghi giá trị mômen tại các vị trí cần thiết

* Sơ đồ kết cấu trục cần thể hiện các chi tiết lắp trên trục dưới dạng giản lược, kích thước đường kính kèm kiểu lắp

* Lưu ý: cần kiểm tra điều kiện liền trục của các chi tiết lắp và thể hiện trên sơ đồ kết cấu

Ví dụ khi bánh răng liền trục thì không vẽ then

6

Ví dụ: Trục vào của HGT BR côn

Sơ đồ tính, biểu đồ mômen và kết cấu trục

4.2.6 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

* Kết cấu trục vừa thiết kế được kiểm nghiệm độ bền mỏi theo hệ số an toàn

trong đó [s] - hệ số an toàn cho phép 1,5 2,5

(khi cần tăng độ cứng lấy cao hơn: 2,3 3,0)

s sj và s tj - hệ số an toàn thành phần, xét riêng ứng suất pháp và tiếp

tại tiết diện nguy hiểm j của trục Tiết diện nguy hiểm là tiết diện

có mômen lớn hoặc tiết diện bé hoặc có hệ số tập trung ứng suất lớn

k

s

mj aj

dj

j

















 1

k

s

mj aj

dj

j

















 1

7

s s

s

s

s s

j j

j j

2













Các hệ số tham khảo mục 10.3, tài liệu tham khảo [1].

4.2.7 Chọn then

* Thường sử dụng then bằng (bảng 9.1.a) hoặc then bằng cao (bảng 9.1.b) khi cần tăng độ bền dập Trường hợp tải lớn có thể dùng then hoa

* Kích thước chiều rộng và chiều cao then chọn theo đường kính trục Chiều dài then lấy theo chiều dài moayơ: l = (0,8 0,9)lm

* Mối ghép then đã chọn cần kiểm nghiệm bền

* Khi không đảm bảo điều kiện bền:

+ thay then bằng thường = then bằng cao để tăng độ bền dập

+ tăng chiều dài moayơ để tăng chiều dài then

+ sử dụng 2 then đặt cách nhau 1800 (mỗi then sẽ chịu 0,75T)

+ tăng đường kính các đoạn trục

+ sử dụng then hoa (xem mục 9.2) [1]

Điều kiện bền dập của rãnh then trên moayơ và điều kiện bền cắt của then:

t h dl

T

d

) (

2 1







dlb

T

c

c 2 [ ]

với T - mômen xoắn trên trục tại tiết diện lắp then (Nmm)

d - đường kính đoạn trục lắp then (mm)

l, b, h, t1 - các kích thước mối ghép then [sd] - ứng suất dập cho phép của vật liệu moayơ (bảng 9.5) [tc] - ứng suất cắt cho phép của vật liệu then = 60 90 MPa với thép 45, tải trọng tĩnh; khi tải trọng va đập nhẹ lấy giảm 1/3; khi tải trọng va đập lấy giảm 2/3

CHƯƠNG 5 TÍNH CHỌN Ổ TRỤC 5.1 Chọn loại ổ lăn:

* Ổ dùng đỡ trục, tiếp nhận tải trọng và truyền đến bệ máy

* Ổ lăn được chọn trên cơ sở tải tác dụng, số vòng quay của ổ, tuổi thọ cần thiết và các yêu cầu về kết cấu

* Có thể chọn loại ổ theo các gợi ý sau:

a) Khi tỷ số Fa/Fr < 0,3 - dùng ổ bi đỡ 1 dãy do giá thành hạ, nhưng khi có yêu cầu cao

về độ cứng ổ (như ổ đỡ trục lắp bánh răng côn, trục lắp bánh vít) vẫn nên dùng ổ đũa côn

b) Khi Fa/Fr ≥ 0,3 - dùng ổ bi đỡ chặn hoặc ổ đũa côn

8

c) Việc chọn loại ổ liên quan đến việc cố định các vòng ổ theo phương dọc trục Tùy khả năng cố định này phân ra ổ cố định và ổ tùy động Ổ tùy động cho phép trục di chuyển theo phương dọc trục để bù lại sai số (trong HGT phân đôi) hoặc giản nở nhiệt (trong HGT trục vít)

* Ổ lăn được chọn và kiểm nghiệm theo khả năng tải động và k/n tải tĩnh

Ổ bi đỡ 1 dãy

Ổ đũa côn

5.2 Chọn kích thước ổ

* Kích thước ổ có thể chọn trước theo đường kính trục đã tính và chọn ở phần tính trục (phần kết cấu trục)

Chọn ổ lăn theo các bảng phụ lục từ trang 254 đến trang 264 [1].

9

*Sơ bộ cú thể chọn cỡ trung, sau đú tớnh kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải động, nếu thừa bền giảm xuống cỡ nhẹ hơn, nếu khụng đủ bền cú thể chọn một trong cỏc phương ỏn sau:

+ chọn cỡ ổ nặng hơn

+ thay ổ bi bằng ổ đũa

+ giảm thời hạn làm việc tớnh toỏn bằng cỏch tăng số lần thay ổ:

lht = lh / z với lh là thời hạn làm việc đó cho, z là số lần thay ổ

+ tăng đường kớnh ngừng trục (thay đổi lại kết cấu trục)

*Cuối cựng cần tớnh kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải tĩnh

5.3 Kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải động

* Khả năng tải động tớnh theo cụng thức: m

đt Q L

C  với Q là tải trọng quy ước (KN); L

= 60.n.Lh / 106 - tuổi thọ ổ lăn (triệu vũng quay); m - hệ số (m = 3 với ổ lăn, m = 10/3 với ổ đũa)

* Tải trọng quy ước của ổ lăn xỏc định tựy theo loại ổ đó chọn và tải trọng tỏc dụng lờn ổ

(xem cỏc cụng thức 11.3, 11.4, 11.5 và 11.6 [1]) Tải trọng hướng tõm F r là tổng vộctơ cỏc

phản lực tại gối đỡ, cũn tải trọng dọc trục tỏc động lờn ổ F a tớnh toỏn tựy theo sơ đồ lắp: <> (chữ O), >< (chữ X) hay <>= hoặc ><= (ổ kộp lắp trục vớt chẳng hạn)

Núi chung tải trọng dọc trục tỏc động lờn ổ khụng phải là ngoại lực dọc tỏc dụng lờn trục

mà cũn tớnh đến phản lực dọc trục từ cỏc gối do lực hướng tõm sinh ra (xem chi tiết mục 11.3 [1])

* Khả năng tải động tớnh toỏn khụng được lớn hơn giỏ trị cho trong bảng tra Nếu khụng đảm bảo thực hiện một trong cỏc phương ỏn đó trỡnh bày

5.4 Kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải tĩnh

* Khả năng tải tĩnh xỏc định từ giỏ trị lớn hơn trong cỏc giỏ trị sau:

Qt = Xo.Fr + Yo.Fa

Qt = Fr

* Khả năng tải tĩnh tớnh toỏn khụng được lớn hơn giỏ trị Co cho trong bảng tra ứng với ổ

đó chọn

* Khả năng tải tĩnh được dựng làm chỉ tiờu để chọn ổ lăn khi ổ khụng quay hoặc quay với tốc độ rất thấp (n < 1 v/ph) Khi ổ quay nhanh việc kiểm nghiệm nhằm đề phũng ổ bị biến dạng dư

Chơng 6 Tính vỏ hộp

Quan hệ các kích thớc của các phần tử cấu tạo vỏ hộp đúc bằng gang

+ Chiều dày thân hộp : 7,5   = 0,025A + 1  10

+ Chiều dày thành nắp ổ 1: 1 = 

+ Chiều dày mặt bích dới thân hộp b: b = 1,5

10