Đồ án chi tiết máy - Thiết kế hệ dẫn động cơ khí, đại học spkt TPHCM

Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực Từ công thức 10.10 ,xác định được chiều dài mayơ của bánh răng Công thức 10.13 để xác định chiều dài nữa nối trục chọn nối trục vòngđ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG

Bộ Mơn Nguyên Lý Chi Tiết Máy - -

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

GVHD: NGUYỄN HOÀNG CHÂU SVTH : LÊ HOÀI THƯƠNG MSSV : 08203049

LỚP : 082030A

Thành Phố Hồ Chí Minh 7-2010

PHẦN THUYẾT MINH

I CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN:

1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Công suất trên trục động cơ điện

Gọi Pct: Công suất cần thiết trên trục động cơ

Pt công suất trên trục công tác

 : hiệu suất chung

Trong đó theo bảng 2.3 trị số hiệu suất các loại bộ truyền và ổ

4,13

 = 4,92 (kw) Số vòng quay sơ bộ của động cơ điện :

nsb=u.nlv

nsb:Số vòng quay sơ bộ của động cơ điện

.nlv:Số vòng quay của máy công tác

 uch = = 181,2,3 =3,905 Tỉ số truyền cấp chậm

 unh =1,2.3,905= 4,686 Tỉ số truyền cấp nhanh

Kiểm tra tỉ số truyền

u’= unh.uch.un= 1,2.3,905.3= 54,89

∆u=utt- u’= 54,91-54,89=0,02 Sai lệch trong khoảng cho phép(2%÷3%)

P T

i

i i

10 55 ,

10 55 ,





Nmm n

P

2880

87 , 4 10 55 , 9 10 55 ,

1 1 6

Nmm n

P

615

68 , 4 10 55 , 9

10 55 ,

2 2 6

Nmm n

P

157

49 , 4 10 55 , 9 10 55 ,

3 3 6

Nmm n

P T

Mct

52

13 , 4 10 55 , 9 10 55 ,

4 6



nh

II.THIẾT KẾ CAC BỘ TRUYỀN

II.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH

1. Chọn loại xích

Vì tải trọng nhỏ và va đập nhẹ nên chọn xích con lăn

2. Xác định các thông số của xích và bộ truyền

Với tỉ số truyền u= 3

Theo bảng 5.4 chọn số răng đĩa nhỏ (đĩa tải) z1 = 25

 Số răng đĩa lớn (đĩa bị tải) z2 = u.z1=3.25=75 < zmax =120

- công suất tính toán

Pt =p.k.kzknTrong đó

n1 = 157 số vòng quay của xích tảiTheo công thức 5.4 và bảng 5.6

K= k0.ka.kdc.kd.kc.kbtTrong đó

K0=1 đường nối 2 tâm đĩa xích so với phương ngang < 600

Ka=1 a nằm trong khoảng 30p< a< 50p ( chọn a =40p)

Kdc=1 vị trí trục được điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích

157 25

Kf= 1 bộ truyền nằm ngang

 S =(1,7.21598850047,3816,44) = 23,7 Theo bảng 5-10 với n=200v/ph chọn [S]=8,5

S=23,7 > [s]= 8,5 Vậy bộ truyền xích đảm bảo độ bền

4. Đường kính đĩa xích

d1= =

25 sin

75 , 31

 = 253,32 (mm)

d2= =

75 sin

75 , 31

da2 = p( 0,5+ cotg ) = 31,75(0,5+cotg

75

) = 773,41(mm)

Với r = 0,5025 d1’+0,05 = 0,5025.19,05+0,05= 9,62 (mm)

Tra bảng 5.2 với p=31,75 ta chọn d1= 19,05

df1= d1-2r= 253,32 - 2.9,62= 234,08 (mm)

df2= d2-2r= 758,19 - 2.9,62= 738,95 (mm)Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc của đĩa xích

Theo công thức 5.18

] ứng suất tiếp súc cho phép MPa

Fvđ lực va đập trên 1 dãy xích (m=1 Số dãy xích)

Fvđ = 13 n1.p3.m = 13 157.31,753.1= 6,53 (N)

Kđ = 1 hệ số phân bố không đều tải trọng cho 1 dãy

Ft = 2159 (N)

E= 2,1 105 (MPa) Mođun đàn hồi

Kr= 0,42 Hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích (z1=25)

A= 262 (mm2) Diện tích chiếu mặt tựa bản lề A

 = 0,47

1 262

10 1 , 2 ).

53 , 6 1 2159 (

42 ,

Như vậy dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB170 sẽ đạt ứng suất tiếp xúc cho phép

] = 500 MPa đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa 1

Tương tự với < ] với cùng vật liệu và nhiệt luyện

5. Lực tác dụng lên trục

Theo công thức 5.20

Fr= Kx.FtTrong đó

Kx= 1,15 hệ số kể đến trọng lượng xích khi bộ truyền nằm ngang hoặc nghiêng một góc <

- Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

Nho1 = 30.HHB

4 , 2

1=30 = 1,62

Nho2 = 30.HHB 

4 , 2

t

t T

t T

T t

u

max 1

686 , 4

2880 1

 => NHE2=56,6.107

Ta có

NHE2 > NHo2 do đó KHL2 =1

Với hệ thống tải trọng : bánh răng cấp chậm sử dụng răng thẳng

Tương tự ta tính được NHE > NHo nên KHL=1

t T

- Ứng suất tiếp xúc cho phép

Bộ truyền quay 1 chiều KFC=1

= = 252 (MPa)

= (MPa)

Ứng suất quá tải cho phép

Theo công thức 6.10& 6.11

]max= 2,8 = 2,8.450 = 1260 (MPa) = 0,8 = 0,8.580 = 464 (MPa) = 0,8 = 0,8 450 = 360 (MPa)

4 Tính toán cấp nhanh: Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

T1= 16148 (Nmm) momen xoắn trên truc chủ động

] = 495,4 ứng suất tiếp xúc cho phép

KH hệ số kể đến phân bố không điều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc

Theo bảng 6.7 ta có

KH = 1,12Theo công thức 6.16

= 0,53 (u1+1) Theo bảng 6.6

= 0,3 Bánh răng đối xứng với các ổ trong hộp giảm tốc

 = 0,53 0,3.(4,686+1) =0,9

 = 43.(4.686+1).3

2 4 , 686 0 , 3 4

, 495 2

12 , 1

16148 = 72,6 (mm)Lấy = 80 (mm)

 Thông số ăn khớp

Mođun

m= (0,01

= (0,01 80 = (0,8 1,6) (mm)Theo bảng 6.8 chọn mođun m=1,5

Do đó tỉ số truyền thực sẽ là

um=1675 =4,687Theo công thức 6.18

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc

Đối với răng nghiêng không dịch chỉnh

= = arctgTheo tiêu chuẩn TCVN1065-71

1 16

1

.0,853= 1,39

Z =

39 , 1

1,09 Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng

= 1,12 hệ số kể đến phân bố không điều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc

09 , 1 12 , 1 16148

2

2 13 , 28 80 3 , 0 95 , 1

= 1,06

Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

=

 = 1,12.1,09.1,06=1,29Thay các giá trị vừa tìm được vào ta được

Zm.ZH.Z

13 , 28 686 , 4 80 3 , 0 2

) 1 686 , 4 (

28 , 1 16148

=413,8 (MPa)Xác định chính xác ứng suất tiếp cho phép

Theo 6.1 với V= 4,23 (m/s) < 5(m/s)

Zv=1 hệ số ảnh hưởng của vận tốc vòng Với cấp chính xác động học là 8.Chọn mức chính xác về mức tiếp xúc là 7 , khi đó cần gia công độ nhám là Ra=2,5… 1,25 , do đó ZR= 0,95 với da<700mm KxH= 1 do đó theo 6.1 &6.1a

= =1,139 =0,71 Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng của răngVới = 31,440

=> =1- =

1-140

44 ,

= 0,775 Hệ số kể đến độ nghiêng của răng

- Số răng tương đương

= 3,9 ; = 3,6

m= 1,5

1,08 – 0,0695

= 1,08 – 0,0695 ln(1,5) = 1,05

Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng

=1 ( < 400 mm) Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độbền uốn

- Ứng suất uốn cho phép

= 252.1.1,05.1=264,6 Mpa

= F2 236,5.1.1,05.1=248,3 MpaThay vào công thức

= = 2 0 , 3 80 28 , 13 1 , 5

9 , 3 775 , 0 71 , 0 81 , 1 16148

- Ứng suất tiếp xúc cực đại

 Các thông số và kích thước bộ truyền

= 10,,5853.16= 28,13 (mm)

d2=



cos z2m

= 10,,5853.75= 131,88 (mm)

- Đường kính đình răng

=d1+2.m = 28,13+2.1,5=31,13 (mm) = d2+2.m =131,88+2.1,5=134,88 (mm)

= Ka(u2+1)

Trong đó Ka = 49,5 (loại răng thẳng theo bảng 6.5)

= 3,905

= 0,53 (u2+1) = 0,53.0,4.(3,905+1) = 1,03 Tra bảng 6.7 chọn kH = 1,03 Hệ số phân bố không điều tải trọng trên chiều rộng vành răng

= 0,4

= 72673 (Nmm)

(MPa) = 49,5.(3,905+1)

4 , 0 905 , 3 8 , 481

02 , 1 72673

 Xác định thông số ăn khớp

m= (0,01 = (0,01 143 = (1,43 2,86) (mm)Theo tiêu chuẩn của bánh răng cấp chậm bằng modun ở cấp nhanh m=1,5 (mm)

- số răng bánh nhỏ (răng thẳng)

Z1= =1,5.(23,.9051431)= 38,8Chọn Z1=38

 Z2= Z1=3,905.38= 148,3 Chọn Z2=148

Do đó khoảng cách trục a được tính lại

= 1,5.(1482 38)=139,5 (mm)

Chọn a2= 140 (mm) do đó cần dịch chỉnh để tăng khoảng cách trục từ 139,5 (mm) lên 140 (mm)

- Hệ số dịch tâm theo 6.22

Y= - 0,5 =1401,5 -0,5.(38+148)=0,33Theo công thức 6.23

= =

2 1

1000

z z

y

 =100038 .1480,33

 = 1,77Theo bảng 6.10a ta chọn = 0,026

Do đó theo công thức 6.24 hệ số giảm đỉnh răng

38 148 ( 3348 ,

20 cos 5 , 1

0,936 => = 20,550

 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

0 =1,74

b

 góc nghiêng của răng

148 (

140 2

 =57,2 (mm)

Với um=Theo công thức 6.40

V= =3,1460000.57,2.615 =1,84 (m /s)Theo bảng 6.13 chọn cấp chính xác 9

Theo bảng 6.16 chọn go=73 Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch bước răngTheo công thức 6.42

= 1+

13 , 1 03 , 1 72673

2

2 , 57 56 83 , 4

ZM.ZH.Z

= 274.1,74.0,86 2

2 , 57 89 , 3 56

) 1 89 , 3 (

72673

= 409,4 (MPa)Theo công thức 6.1

V= 1,84 (m/s) Zv=1 Với cấp chính xác động học là 9 Chọn cấp chínhxác về tiếp xúc là 9 Khi đó cần gia công độ nhám RZ=10

Do đó ZR=0,9 với <700mm ; KxH= 1

Theo 6.1 và 6.1a

= 481,8.1 0,9 1 = 433,6 (MPa) Như vậy H  

 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Theo bảng 6.7 = 1,05

Theo bảng 6.14 v<1,84 m/s < 2,5 m/s và cấp chính xác 9 chọn kF =1,37Theo công thức 6.47

Với => = 1 Hệ số kể đến độ nghiêng của răng

- Số răng tương đương

= =38

= = 148Theo bảng 6.18 ta được trị số của hệ số dạng răng

= 3,78 ; = 3,57Với m=1,5 => 1,08 – 0,0695 = 1,08 – 0,0695 ln1,5 = 1,05

Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhạy của vật liệu

Hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám mặt lượng chân răng

=1 ( < 400 mm) ảnh hưởng độ bền uốn

- Ứng suất cho phép

= YR.Y S Y XF =252.1.1,05.1=264,6 (Mpa)

=F2YR.Y S Y XF =236,5.1.1.1,05= 248,3 (Mpa)Thay vào công thức

= = 56 57 , 2 1 , 5

78 , 3 1 56 , 0 71 , 1 72673

2

= 109,5(MPa)

=109,5(MPa) < =264,6 (MPa) = =1093,,578.3,57= 103,4 (MPa)

- Ứng suất tiếp xúc cực đại

= 409,4.1 = 409,4 (MPa)

= 409,4 (Mpa) < =1260 (MPa)

- Ứng suất uốn cực đại

= 109,5 (MPa) < F1max  464 (Mpa)

= 103,4 (MPa) < F2max  360 (Mpa)  Các thông số và kích thước bộ truyền răng chậm

Khoảng cách trục aw2= 140 (mm)Modun pháp m=1,5 (mm)

Tỉ số truyền u= 3,89Góc nghiêng của răng Chiều rộng vành răng = 56 (mm)

Số răng bánh răng Z1= 38 (răng)

Z2=148 (răng)

Hệ số dịch chỉnh X1=0,069 ; X2=0,265Theo các công thức trong bảng 6.11

=1,5.148=222 (mm) Đường kính đình răng

=d1+2.(1+x1-∆y).m = 57+2.(1+0,069-0,0048).1,5 = 60,19 (mm) = d2+2.(1+x2-∆y).m=222+2.(1+0,265-0,0048).1,5=225,78 (mm)

Đường kính chân răng

df1=d1-(2,5 -2.x1).m= 57-(2,5-2.0,069).1,5 = 53,457 (mm)

df2=d2-(2,5 -2.x2).m= 222 -(2,5-2.0,265).1,5 = 219,045 (mm)

III TÍNH TOÁN CÁC TRỤC TRONG HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG PHÂN ĐÔI

1 Chọn vật liệu chế tạo là thép 45 có b  600MPa

Ứng suất xoắn cho phép [

2 Xác định đường kính trục

Theo công thức 10.9 đường kính trục thứ k với k=1

Ta có T1= 16184 Nmm

T2= 72673 Nmm

T3= 273117 NmmĐường kính sơ bộ các trục chọn [ ]= 12Mpa

d1= 20 mm => b01= 15 (chọn b0i theo bảng 10.3)

d2= 30 mm => b02= 19

d3= 48 mm => b03= 26Trục động cơ nối với trục hộp số

3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

Từ công thức 10.10 ,xác định được chiều dài mayơ của bánh răng

Công thức 10.13 để xác định chiều dài nữa nối trục (chọn nối trục vòngđàn hồi)

∙ K2 = 5 khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp

∙ k3= 10 khoảng cách từ mặt nút của chi tiết quay đến nắp ổ

∙ hn =15 chiều cao nắp ổ và đầu bulông

Khoảng cách giữa các gối dỡ

l11=l21=l31=2.l32=2.72,5=145 (mm)

4 Trị số và chiều của các lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục

Chọn hệ truc tọa độ như hình vẽ

5 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

 Sơ đồ trục,chi tiết quay& lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục

Trục 1

 Sơ đồ trục,chi tiết quay& lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục 2

 Sơ đồ trục,chi tiết quay và lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục 3

(YOZ) Fy31.87+ Fy02.174 – Fx.(174+77) = 0

 Fy02=

Xét (YOZ)

) ( i

=3391,89 (N))

145

5 , 72 470 8 , 66

= 1378,89 (N) Xét (XOZ)

m o(F i)=0

<=> Fx31.145 - Fx32.72,5=0

=> F31=F30=551 (N)

Đường kính đĩa xích 253,22(mm)T= Fxy 2

d

22 , 253

2483=314372,63 (Nmm)

Moment uốn tổng Mj và môment uốn tương đương Mtđj tại các tiết diện j trên chiều dài trục

Đường kính trục tại các tiếp diện j

dj= (mm) ,[ ]=63 Mpa Ứng suất cho phép của thép chế tạo

xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép công nghệ ta chọn đường kính các

đoạn trục như sau

=0,05 ; Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất luôn thay đổi theo chu kỳ đối xứng

Các ổ lăn lắp trên trục theo K6 lắp bánh răng , đĩa xích nối trục theo K6 kết hợp với lắp then Kích thước của then (bảng 9.1) trị số của moment cảm uốn wj và moment xoắn woj

do trạng thái bề mặt

Kx=1,06 Không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăng bền Ky=1 Theo bảng 10.12 khi dùng dao phay ngón ,hệ số tập trung tại rãnh then ứng với vật liệu có = 600MPa là

Theo bảng 10.10 tra được hệ số kích thước   và   ứng với đường kính của tiết diện nguy hiểm từ đó xác định tỉ số tại các rãnh then trên các tiết diện này.

Theo bảng 10.11 ứng với kiểu lắp đã chọn, = 600MPa và đường kính của tiết diện nguy hiểm tra được tỉ số

e.Xác định hệ số an toàn ứng suất pháp

s

Rãnhthen

Lắp căng

Rãnh then

Lắp căng

  =0,05   =0 mj=aj

Theo các kết quả tìm được cho thấy các tiết diện nguy hiểm đều đạt đảm bảo antoàn độ bền

7.Tính kiểm nghiệm đồ bền của then

Với các tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về dộ bền dập

d= . (2 )

1

t h l d

2

≤ [c]Theo bảng 9.5 với tải trọng tĩnh [ ] = 150MPa

Vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập & độ bền cắt

IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Ổ LĂN

1.TRỤC I,II

• Với kết cấu trục như trên và đường kính ngõng trục d=20(mm) chọn ổ bi

đỡ chặn 1 dãy cỡ trung 46304(bảng 2.12 phụ lục ) có đường kính trong d=20(mm), đường kính ngoài D=52(mm), khả năng tải động c= 14(KN), khả năng tải tỉnh

.Tải trọng quy ước

.Tải trọng quy ước

Khả năng tải tĩnh

Q0=X0.Fr

X0=0,6 ổ bi đỡ 1 dãy

=> Q0= 0,6.3391,89 =2,04(KN) < C0=27,2(KN) =>đảm bảo điều kiệnbền về tải tỉnh

V.THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT MÁY KHÁC

Chọn vỏ hộp đúc mặt ghép giữa nắp và thân là mặt phẳng đi qua đường làm cáctrục để việc lắp ghép được dễ dàng

Công thức cho phép ta tính được kích thước các phần tử cấu tạo vỏ hộp sau đâyChiều dày thân hộp :

= 0,03.awmax + 3mm = 0,03 140 + 3 =7,2 mmChọn chiều dày thành hộp là 8 mm

Chiều dày nắp bích :

= 0,9 = 7,2 mm Chọn = 7 mmMặt bích ghép nắp và thân

Chiều dày bích thân hộp S3 : S3 =( 1,4 1,8) d3 = 16 mm

+ giữa bánh răng với thành hộp ( 1 1,2) = 10 mm

+ giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp ( 3 5) = 36 mm

+ giữa các bánh răng với nhau = 9 mm

Số lượng bulong nền Z

Z =

Chọn sơ bộ L = 500 , B = 210

⇒ Z = 3,5 lấy Z = 4

Để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc phải thiết kế 2 bulông vòng

tra bảng ta có: đường kính bulông vòng M16 số lượng 2

Để quan sát các chi tiết trong hộp và rót dầu vào hộp trên đỉnh nắp hộp ta lắp nắp cửa thăm kích thước được tra bảng Nắp được ghép bằng 4 bulông

Để kiểm tra mức dầu trong hộp, ta kiểm tra bằng thiết bị que thăm dầu

Để cố định hộp giảm tốc trên bệ máy ở thân hộp có làm chân đế Chân đế làm 2phần để giảm vật liệu tạo điều kiện thoáng qua đáy hộp

Để tăng độ cứng của vỏ hộp ta làm thêm các phần gân (xác định trên bảng vẽ lắp)

Để tháo dầu cũ thay dầu mới thiết kế lỗ tháo dầu ở phần đấy hộp, kích thước nút tháo dầu được tra trong bảng

Các kích thước của nút tháo dầu như sau :

Để điều hòa không khí trong và ngoài hộp ta dùng nút thông hơi M16 ghép trên

nắp cửa thăm các kích thước tra bảng

Để ngăn cách mỡ trong ổ với dầu trong hộp, người ta thường dùng vịng giữ dầu (mỡ) Vồng này gồm từ 2 đến 3 rãnh tiết diện tam giác Cần lắp sao cho vịng lĩt ra ngồi vỏ 1 ÷ 2 mm Khe hở giữa vỏ (hoặc ống lĩt) với mặt ngồi của vịng ren lấy khoảng 0,2mm.

Để nối trục I với động cơ ta dùng khớp nối trục đàn hồi

VI BƠI TRƠN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

Vận tốc vừa , chọn phương án ngâm các bánh răng trong dầu sự chênh lệch bán kính giữa bánh răng bị dẫn là khơng đáng kể, vì nước dầu thấp nhất phải ngập chiều cao bánh thứ 2 Vậy chiều sâu ngâm dầu bánh bị dẫn cấp nhanh và cấp chậm gần bằng nhau Vì vậy cơng suất tổn hao để khấy đều khơng đáng

kể

Chọn độ nhớt dầu bơi trơn bánh răng ở 50oC là 80 cautistoc hay 11 độ engle

Từ bảng 18.13 chọn loại dầu AK20

Bơi trơn ổ lăn : bơi trơn ổ bằng mỡ vì vận tốc bộ truyền bánh răng thấp , khơng dùng phương pháp bắn tĩe để hất dầu trong hộp

Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoát nhiệt độ tốt và đề phòng các chi tiết bị hạn rỉ cầnphải bôi trơn liên tục các bộ phận truyền trong hộp giảm tốc

VII THÁO LẮP BỘ TRUYỀN

a.Cách lắp