TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN đồ án chi tiết máy

Ngành cơ khí chế tạo đã giúp chúng ta sản xuất ra nhiều chi tiết, nhiều bộphận máy móc có hình dạng kích thước cụ thể.. Vì vậy chi tiết máy là môn học quan trọng của ngành chế tạo máy, n

MỤC LỤC

Trang

Lời Nói Đầu

Phần I.Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền 8

I.Chọn động cơ điên 10

II.Phân phối tỉ số truyền 11

Phần II.Tính toán thiết kế các bộ truyền 12

I.Thiết kế bộ truyền đai 12

II Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh 16

III.Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm 22

Phần III Tính trục 28

I.Tính sơ bộ trục 28

II.Tính gần đúng trục 28

II.Tính chính xác trục 35

III.Chọn then 40

IV.Chọn ổ 41

Tài liệu tham khảo 42

LỜI NÓI ĐẦU

Nhiều thế kỷ qua sự phát triển kinh tế trên thế giới đòi hỏi con người tìm tòinhững công nghệ để ứng dụng vào sản xuất Trong đó ngành cơ khí là ngành quantrọng góp phần cho sự phát triển kinh tế của nhiều quốc gia trên thế giới cũng như ởViệt Nam Ngành cơ khí chế tạo đã giúp chúng ta sản xuất ra nhiều chi tiết, nhiều bộphận máy móc có hình dạng kích thước cụ thể Để thỏa mãn trong chừng mực nhấtđịnh đáp ứng các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật và các yêu cầu khác Vì vậy chi tiết máy

là môn học quan trọng của ngành chế tạo máy, nên khi nghiên cứu đồ án môn học này

là vấn đề rất quan trọng và cần thiết để sau khi sinh viên sau khi ra trường tiếp cận vớithực tế chuyên ngành, có thể am hiểu hơn về chi tiết máy nhằm giúp cho sinh viên vậndụng những kiến thức đã học, tổng hợp các kiến thức đã học để giải quyết những vấn

đề thiết kế máy móc trong sản xuất Cụ thể là tính toán hình dạng, kích thước và khảnăng làm việc trong một điều kiện nhất định, về yêu cầu kỹ thuật, kinh tế và các yêucầu khác

Thiết kế chi tiết máy gồm có: Thiết kế bộ truyền bánh răng, thiết kế bộ truyềnđai, thiết kế trục then và các bộ phận liên quan của môn học Vì đây là lần đầu tiên họcxong phần lý thuyết được giao một công việc thiết kế một chi tiết máy Khi bắt tay vàocông việc mới này nhiều sinh viên cũng như em đã cố gắng tính toán các vấn đề mộtcách cẩn thận Tuy nhiên với kiến thức có hạn và lần đầu tiên thiết kế nên chắc chắnkhông thể tránh được những sai sót Rất mong quý thầy cô quan tâm chỉ bảo và giúp

đỡ để em hoàn thành đồ án được tốt hơn Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

Lê Trung Thành

PHẦN I CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

I Chọn động cơ điện

- Để chọn động cơ điện cần tính công suất cần thiết

ta gọi : + N – công suất động cơ

+  - hiệu suất chung

+ Nct – công suất cần thiết



d

 - Hiệu suất bộ truyền đai

995 , 0



o

 - Hiệu suất của một cặp ổ lăn

97 , 0

9125 , 1

Ta có : 54 , 14

300 14 , 3

85 , 0 1000 60

1000 60

41 , 26

n n n

n i

d

dc I I

I

6 , 2

140

ph vg i

n n

Momen xoắn Mx cho từng trục:

+ Momen xoắn cho động cơ

Nmm n

N M

55 ,

N M

55 ,

N M

55 ,

N M

55 ,

I.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

1.Chọn loại đai

Giả thiết vận tốc của đai v > 5 m/s, ta chọn loại đai thang vì truyền được momen xoắn lớn, công suất truyền ổn định, giá thành rẻ hơn các loại đai khác như đai da, đai vải …Tra bảng [ 1 ]

lấy đường kính bánh lớn theo tiêu chuẩn

D2, (mm) (Theo tiêu chuẩn) 320 400

- Kiểm nghiệm số vòng quay thực n2’ của trục bị dẫn

lấy L theo tiêu chuẩn

L, (mm) (Lấy theo tiêu chuẩn) 1400 1700

Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong 1 giây :

Ta thấy u < umax  Thoả điều kiện

6.Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn

9.Định các kích thước chủ yếu của bánh đai

- Chiều rộng của bánh đai B:

1.Chọn vật liệu chế tạo bánh răng nhanh và cách nhiệt luyện:

Do hộp giảm tốc chịu tải trọng trung bình nên chọn vật liệu làm bánh răng có độrắn bề mặt răng HB < 350 Đồng thời để tăng khả năng chạy mòn của răng ta chọn

độ rắn bánh răng nhỏ lớn hơn độ rắn của bánh răng lớn khoảng 25 ÷ 50 HB

+ Giới hạn bền kéo :bk  580N/mm2;+ Giới hạn chảy :ch  290N/mm2; + Độ rắn : HB =170 ÷ 220 Ta chọn HB = 190+ Bánh răng lớn :(Giả sử rằng đường kính phôi 100 ÷ 300 mm)

+ Giới hạn bền kéo : bk  480N/mm2

+ Giới hạn chảy : ch  240N/mm2

+ Độ rắn : HB = 140 ÷ 190 Ta chọn HB = 140

2.Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép

+ Ntd - Số chu kì tương đương

Vì bánh răng chịu tải trọng không thay đổi nên ta áp dụng công thức [ 1 ]

42

4

3 

i i

i

M

M u

+ Đối với bánh răng nhỏ : n1 = 477 Vg/Ph+ Đối với bánh răng lớn : n2 = 140 Vg/Ph

T - Tổng số giờ làm việc ta có T = 5×310×21 = 32550 giờ

u - số lần ăn khớp của một răng khi bánh quay một vòng Ta có u = 1

Mmax- Momen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng( không tính đến quátải trong thời gian rất ngắn)

b) Ứng suất uốn cho phép

- Vì răng làm việc một mặt (bánh răng quay một chiều) nên áp dụng công thức

k K

''

0 ( 1 , 4 1 , 6 )

Trong đó:

+ σ0 và σ-1 - Giới hạn mỏi uốn trong chu kì mạch động và trong chu kì đối xứng.

+ kn’’ - Hệ số chu kì ứng suất mỏi uốn.Áp dụng công thức [ 1 ]

 Lấy m ≈ 6 vì thép thường hoá

N0 - số chu kì cơ sở của đường cong mỏi uốn.lấy N0 ≈ 5×106

Ntd -số chu kì tương đương theo trên ta có:

1 4 , 249 5 , 1 )

6 , 1 4 , 1

1

'' 0

k K

1 4 , 206 5 , 1 )

6 , 1 4 , 1

1

'' 0

k K

10 05 , 1 ) 1 (

n

N K i

i A

375 , 1 2

75 ,

375 , 1 4 , 1 4

, 3 416 10 05 , 1 ) 1 4 , 3

2 6

6.Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng.

- Tính vận tốc vòng của bánh răng trụ răng thẳng: áp dụng công thức [ 1 ]

2 1000 60

1 1

d

) 1 4 , 3 ( 1000 60

477 160 14 , 3 2

Trong đó: Ktt - Hệ số tập trung tải trọng.vì bộ truyền có khả năng chạy mòn (HB <350

và v <15 m/s), tải trọng thay đổi ít nên lấy Ktt = 1

- Ta thấy hệ số tải trọng chính xác K ít khác với trị số chọn sơ bộ (K = 1,4) nên takhông cần tính lại khoảng cách trục A.Như vậy có thể lấy chính xác A = 160 mm

8.Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng.

- Môđun được chọn theo khoảng cách trục A:

Theo tiêu chuẩn bảng [ 1 ]

A

vì bộ truyền ăn khớp ngoài nên ta có : 19 , 85

) 1 4 , 3 ( 2

35 cos 160 2

- Chiều rộng bánh răng : b  A 0 , 4  160  64 mm

=> Chọn b = 64 mm

- Tính chính xác góc nghiêng:   0 , 825 34 4o

160 2

2 68 20

N K

Ta có : K = 1,45 ; Z1 = 20 răng; N = 1 , 375

2

75 , 2

375 , 1 45 , 1 10 1 , 19

mm N

+Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh lớn: áp dụng công thức [ 1 ]

429 , 0 02 ,



=> σu2 < [σ]u2 = 114,7 N/mm2 -> thoả mãn điều kiện bền

10.Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột.

- Ứng suất tiếp xúc cho phép: áp dụng công thức [ 1 ]

tx

Trong đó: Kqt = 2: hệ số tải trọng quá tải của thép thường hoá

σtx - ứng suất tiếp xúc.áp dụng công thức [ 1 ]

n b

N K i

i A

bn bn

tx

3 6

/ 66 , 283 2

, 1 140 45

2 375 , 1 45 , 1 1 4 , 3 4 , 3 112

10 05 ,

σuqt2 < [σ]uqt2 = σuqt2 = 192 N/mm2

11.Định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền.

2  c  cos 

12.Tính lực tác dụng.

- Lực tác dụng lên bánh răng được chia làm ba thành phần : lực vòng P, lực hướng tâm

Pr và lực dọc trục Pa(Pa=0 vì là bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng phân đôi có dạngbánh răng chữ V)

M

2 477 5 , 52

85 , 2 10 55 , 9 2

M

2 140 5 , 196

75 , 2 10 55 , 9 2

cos

0 1

cos

0 2





N tg

1.Chọn vật liệu chế tạo bánh răng nhanh và cách nhiệt luyện:

+ Bánh răng nhỏ : thép 50 thường hoá (nhiệt luyện bằng phương pháp rèn) + Bánh răng lớn : thép 45 thường hoá (nhiệt luyện bằng phương pháp rèn)

- Cơ tính của các loại thép đã chọn : tra bảng [ 1 ]

40

8

3 

ta có+ Bánh răng nhỏ :(Giả sử đường kính phôi 100 ÷ 300 mm)

+ Giới hạn bền kéo :bk  600N/mm2;+ Giới hạn chảy :ch  300N/mm2; + Độ rắn : HB =180 ÷ 230 Ta chọn HB = 230+ Bánh răng lớn :(Giả sử rằng đường kính phôi 100 ÷ 300 mm)

+ Giới hạn bền kéo : bk  580N/mm2

+ Giới hạn chảy : ch  290N/mm2

+ Độ rắn : HB =170 ÷ 220 Ta chọn HB = 200

2.Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép

- Úng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:

  tx1 = 2,6×230 = 598 N/mm2

- Úng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:

  tx2 = 2,6×200 = 520 N/mm2

b) Ứng suất uốn cho phép

Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ:

8 , 1 5 , 1

1 258 5 , 1 )

6 , 1 4 , 1

1

'' 0

k K

1 4 , 249 5 , 1 )

6 , 1 4 , 1

1

'' 0

k K

10 05 , 1 ) 1 (

n

N K i

i A

2 6

6.Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng.

- Tính vận tốc vòng của bánh răng trụ răng thẳng:áp dụng công thức [ 1 ]

2 1000 60

1 1

d

) 1 6 , 2 ( 1000 60

140 172 14 , 3 2

K A

A

bo So bo

4 , 1

1 , 1

- Môđun được chọn theo khoảng cách trục A:

Theo tiêu chuẩn bảng [ 1 ]

A Z

vì bộ truyền ăn khớp ngoài nên ta có : 29 , 4

) 1 6 , 2 ( 3

159 2 ) 1 (

N K

+ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh nhỏ:

1 1

2 1

6

64 140 30 3 451 , 0

75 , 2 1 , 1 10 1 , 19 10

1 , 19

mm N b

n Z m y

N K

=> σu1 < [σ]u1 = 143,3 N/mm2 -> thoả mãn điều kiện bền

+Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh lớn: áp dụng công thức [ 1 ]

451 , 0



=> σu2 < [σ]u2 = 138,6 N/mm2 -> thoả mãn điều kiện bền

10.Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột.

- Ứng suất tiếp xúc cho phép: áp dụng công thức [ 1 ]

tx

Trong đó: Kqt = 2: hệ số tải trọng quá tải của thép thường hoá

σtx - ứng suất tiếp xúc.áp dụng công thức [ 1 ]

45

13

3 

ta có:

II bc

bc tx

n b

N K i



3 6

/ 726 54

64

2 75 , 2 1 , 1 1 6 , 2 6 , 2 159

10 05 , 1

mm N

σtxqt = 726 N/mm2 nhỏ hơn hệ số cho phép đối với cả bánh nhỏ và bánh lớn

- Kiểm nghiệm sức bền uốn cho phép khi quá tải: áp dụng công thức [ 1 ]

- Lực tác dụng lên bánh răng được chia làm ba thành phần : lực vòng P, lực hướng tâm

Pr và lực dọc trục Pa(Pa=0 vì là bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng)

M

90 140

75 , 2 10 55 , 9 2

tg P

P r 4169 20 0 1517

0 1

+ Bánh bị dẫn:

N d

M

234 54

65 , 2 10 55 , 9 2

tg P

P r 4006 20 0 1458

0 2

PHẦN III TÍNH TRỤC

 .Chọn vật liệu cho trục.

- Vật liệu làm trục phải có độ bền cao, ít nhạy với tập trung ứng suất, có thể nhiệt luyện được và dễ gia công Thép Cacbon và thép hợp kim là những vật liệu chủ yếu đểchế tạo trục Vì hộp giảm tốc chịu tải trọng trung bình nên ta chọn loại thép 45 ( thép thường hoá) có giới hạn bền σbk = 600 N/mm2 (Tra bảng [ 1 ]

I.Tính đường kính sơ bộ của các trục.

d  Trong đó: d - đường kính trục (mm)

N – công suất truyền (kW)

n - số vòng quay trong một phút của trục





Chọn dI = 25 mm+ Đối với trục II: NII = 2,75 kW





Chọn dII = 35 mm+ Đối với trục III: NIII = 2,65 kW





Chọn dIII = 40 mmTrong ba trị số dI, dII, dIII trên ta có thể lấy trị số dII = 35mm để chọn loại ổ bi đỡ cỡ trung bình Tra bảng [ 1 ]

339 338 337

II.Tính gần đúng trục.

-Để tính các kích thước, chiều dài của trục ta tham khảo bảng [ 1 ]

118

1

7 

Ta chọn các kích thước như sau:

Khoảng cách từ thành của hộp đến mặt bên của ổ lăn l2 12 mm

Khoảng cách từ mặt cạnh của bánh răng đến thành trong của hộp a 12 mm

Chiều cao của Bulông ghép nắp ổ và chiều dày nắp l3 17 mm

Khe hở giữa mặt bên bánh đai và đầu Bulông l4 15 mm

0 249 191

1657 N

R Ay  



) ( 374

' 1

P R P

R By   dy  Ay  r  r  

0 249 191

M mm N

M uy11  55278 , ux11  0  u11  55278

+ Ở tiết diện 2-2 ta có:

mm N M

mm N M

mm N

M uy22  7834 , ux22  217674  u22  217815

+ Ở tiết diện 3-3 ta có:

mm N M

mm N M

mm N

+ β - Đường kính trong của trục- vì trục đặc nên β = 0

+ Đường kính trục ở tiết diện 1-1

Nmm M

74145 3

224264 3

58 5

1330 N

R Ay  



) ( 1330

3 ' 2

P R

R By   Ay  r  r  r  

0 249 5

, 124 191

P P

249

5 , 124 191

P P

mm N M

mm N

M uy44   77082 , ux44  196446  u44  211028

+ Ở tiết diện 5-5 ta có:

mm N M

mm N M

mm N

7 

+ β - Đường kính trong của trục- vì trục đặc nên β = 0.

+ Đường kính trục ở tiết diện 4-4

Nmm M

274309 3

393564 3

 Sơ đồ phân tích lực trên trục III

-Các lực tác dụng lên trục III bao gồm :

, 124





5,124

N P

P R

R By   Ay  r  t  

0 249 5

, 124





N R

M mm N

M uy66  148500 , ux66  0  u66  148500

+ Ở tiết diện 5-5 ta có:

mm N M

mm N M

mm N

+ β - Đường kính trong của trục- vì trục đặc nên β = 0

+ Đường kính trục ở tiết diện 6-6

Nmm M

432183 3

555465 3

Kiểm tra hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm

Hệ số an toàn tính theo công thức [ 1 ]

n n n





Trong đó:

+ nσ – hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp Theo công thức [ 1 ]

m a

- σm: là giá trị trung bình ứng suất pháp.m 0

Bộ truyền làm việc một chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kỳ mạch động

o

X m

5 , 0 4 , 0 (

3 , 0 2 , 0 (

63 , 1

5 , 1

02 , 2 ) 1 7 , 2 ( 6 , 0 1 1 6

, 0

4 , 19 7 ,

63 , 1

5 , 1

, 0

4 , 19 7 ,

63 , 1

5 , 1

, 0

8 , 8 6 , 2

63 , 1

5 , 1

, 0

11 8 ,

63 , 1

5 , 1

1 , 2 ) 1 8 , 2 ( 6 , 0 1 1 6

, 0

7 4 ,

ta chọn theo theo tiêu chuẩn có trong bảng

+ Đối với trục I: Tại tiết diện 2-2 và 3-3: d = 35mm

Kích thước danh nghĩa của

- Kiểm nghiệm sức bền dập theo CT [ 1 ]

l k d

57060 2

- Kiểm nghiệm sức bền cắt theo CT [ 1 ]

l b d

+ Đối với trục II:

Tại tiết diện 4-4: d = 40mm

Kích thước danh nghĩa của

187589 2

187589 2

Tại tiết diện 5-5: d = 45mm

Kích thước danh nghĩa của

187589 2

187589 2

+ Đối với trục III.:

Tại tiết diện 7-7: d = 50mm

Kích thước danh nghĩa của

468657 2

PHẦN IV THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC

h: Thời gian phục vụ, giờ

Q: Tải trọng tương đương, daN Tính theo công thức [ 1 ]

A

A  1 , 3 tan  1 , 3 4103 tan 18  1733

N R

, 95 446 )

8000 477

, 67 364 )

8000 140

325 )

8000 54

I 25 23,8 1,3 1,5 27,8 23,3 2 1,2 2,95 14 2,5

II 35 33 1,7 1,5 38,2 32,2 2,5 1,5 3,9 19,3 3III 40 37,5 1,7 2 44 36,5 2,5 1,5 4,75 21,8 3

Tải trọng va đập, rung động nên ta dùng nối trục đàn hồi Nối trục được chọn theo momen xoắn tính toán CT [ 1 ]

221

1

9 

Nmm n

N K KM

M t  x  9 , 55 10 6 . ,Trong đó: Mt: Mô men xoắn tĩnh

Mx: Mô men xoắn danh nghĩa

x

M K



.

2 0

  d= 2-3 N/mm2+ Trục III: d= 2,7 <   d

Kiểm nghiệm sức bền uốn của vòng đàn hồi:

d D Z

l M K



0 1,0

2

  d= 60-80 N/mm2

+ Trục III: u= 56 <   u

PHẦN VI CẤU TẠO VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT MÁY KHÁC

Các kích thước tính theo bảng [ 1 ]

269 268

9 10





với A=162mm

Chiều dày thành thân   8

Chiều dày thành nắp 1  8 , 5

Chiều dày mặt bích dưới của thân hộp b 1 , 5   12

Chiều dày mặt bích trên của nắp hộp b1  1 , 5 1  13

Chiều dày phần đế hộp không có phần lồi p 2 , 35   19

Chiều dày gân ở thân hộp m   8

Chiều dày gân ở nắp hộp m1  1  8 , 5

276 275

, 11 10

Các đường kính D, D1, D2 Lấy theo nắp ổ

Các khe hở nhỏ nhất của bánh răng và

thành trong hộp

6 , 9 2 ,

PHẦN VII BÔI TRƠN, CHE KÍN HỘP GIẢM TỐC

- Với vận tốc nhỏ ta chọn bôi trơn bằng ngâm dầu:

o Mức dầu max: hmax  87 5

o Mức dầu min: hmin  70

chọn loại dầu AK20

- Để kiểm tra mức dầu ta dùng mắt chỉ dầu kiểu đèn ló Chọn như sau

TẠO TRỤC

I Lựa chọn kiểu lắp:

- Lắp ổ lăn: Đối với trục lắp theo hệ thống lỗ chọn k6 Đối với vỏ hộp lắp theo hệthống trục chọn H7

- Lắp ghép bánh răng lên trục: Lắp theo hệ thống lỗ, chọn H7/k6

- Lắp vòng chắn dầu lên trục: Lắp theo hệ thống lỗ H7/h6, lắp lỏng

- Lắp ghép ổ và thân hộp: Lắp theo hệ thống lỗ H7/e8, lắp lỏng

- Dung sai lắp ghép then: Chọn kiểu lắp trên trục là P9/h9 và kiểu lắp trên bạc làD10/h9 Theo chiều rộng sai lệch giới hạn kích thước then là h9 Theo chiều caosai lệch giới hạn kích thước then là h11 Theo chiều dài sai lệch giới hạn kíchthước then là h14

II Bảng dung sai lắp ghép:

Trục Mối ghép Kíchthước Kiểulắp

Sai lệchgiới hạntrên

Sai lệchgiới hạndưới

Độdôilớnnhất

Độhởlớnnhất

(m)) Sai lệch giới hạn rãnh then(m))

1.- Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm Thiết Kế Chi Tiết Máy Nhà

xuất bản giáo dục Hà Nội 1979

2 –Trần Hữu Quế - Nguyễn Văn Tuấn – Bài Tập Vẽ Kĩ Thuật Cơ Khí.Nhà

xuất bản giáo dục.Hà Nội 2006

3 – Ninh Đức Tốn - Sổ Tay Dung Sai Lắp Ghép.Nhà xuất bản giáo

dục Hà Nội.2005