Bản thuyết minh đồ án chi tiết máy tính toán thiết kế hệ dẫn động băng tải

Bản thuyết minh đồ án chi tiết máy tính toán thiết kế hệ dẫn động băng tải

3 Công suất cần thiết trên trục động cơ 4

Phần 2: Tính toán thiết kế các bộ truyền 6

8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích 12

B Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng 12

3 Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài 15

5 Xác định các hệ số và 1 số thông số động học 17

7 Một vài thông số hình học của cặp bánh răng 20

8 Bảng tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng 20

2 Tính sơ bộ đường kính trục theo momen xoắn 24

5 Xác định khoảng các giữa các điểm đặt lực 26

I Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và 1 số chi tiết 43

1 Dung sai lắp ghép và lắp ghép ổ lăn 50

5 Lắp ghép giữa nắp với ổ, bạc với trục 52

BẢN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

 Thông số đầu vào:

1 Lực kéo băng tải F = 4100 (N)

 Trong đó,tra bảng 2.3[1] tr19 ta được:

 Hiệu suất bộ truyền bánh răng :η BR=0,97

 Hiệu suất bộ truyền xích để hở:η x=0,92

 Hiệu suất ổ lăn: η OL=0,99

 Hiệu suất khớp nối:η K=1

4 Số vòng quay trên trục công tác:

2 Công suất trên các trục:

 Công suất trên trục công tác :

3 Mômen xoắn trên các trục:

 Mô men xoắn trên trục động cơ:

 Mô men xoắn trên trục II:

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN

A TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH

3 Xác định bước xích:

Bước xích p được tra bảng 5.5Tr81 [1] với điều kiện: P t ≤[ P] trong đó:

P t – công suất tính toán:P t=P k k z k n

k a– hệ số ảnh hưởng của bộ truyền ngoài và chiều dài xích:

Chọn a = (30÷50).p→ tra bảng 5.6 trang 82 ta được ka = 1

k đc : Hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích: Tra bảng 5.6Tr82 [1]

⇒ k đc=1(Vị trí trục được điều chỉnh bằng 1 trong các đĩa xích)

k bt – hệ số ảnh hưởng của bôi trơn : Tra bảng 5.6[1]tr 82 ta được kbt = 1,3 (do môi trường có bụi)

k đ - Hệ số tải trọng động: Tra bảng 5.6Tr82 [1] ta được k đ=1 (va đập êm)

k c - Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền Tra bảng 5.6 trang 82 với số ca làm việc là 3 ta được k c=1,45

 k =k0k a k đ c k bt k đ k c=1.1.1 1,3.1 1,45=1,89

Công suất tính toán: P t=P k k z k n=5,59.1,89 1.1,1=11,62(K w)

Tra bảng 5.5[1]tr 81 với điều kiên:{ P t ≤[P]

→Số lần va đập cho phép của xích: [i] = 30

F v– Lưc căng do lực ly tâm gây ra: F v=q v2=2,6.3,862=38,74(N )

F0 – lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra:

k r: hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích tra bảng ở trang 87 theo số răng Z1=25

ta được

k r=0,4

k đ – Hệ số tải trọng phân bố không đều giữa các dãy:k đ=1

E-Mô đun đàn hồi:

Vậy chọn vật liệu Thép C45 tôi cải thiện với độ cứng HB = 170÷210 có ¿ ¿] =

600 ¿σ H = 383,6 MPa → Đảm bảo độ bền tiếp xúc cho răng đĩa xích

Thông số Kí hiệu Giá trị

9 Đường kính vòng chia đĩa xích

⇒ N HE=N FE=60 c n tΣ

trong đó :

c – Số lần ăn khớp trong một vòng quay : c=1

n – Vận tốc vòng của bánh răng

t Σ Tổng số giờ làm việc của bánh răng

T1 – Môment xoắn trên trục chủ động: T1 = 76138 (Nmm)

[σ¿¿H ]¿- Ứng suất tiếp xúc cho phép : [σ¿¿H ]¿ = 445,45 (MPa)

K H β , K F β – Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về ứng suất tiếp xúc và uốn : Tra bảng 6.21Tr113 [1] với :

a Xác định mô đun vòng ngoài và vòng trung bình m te ,m tm :

Đường kính vòng chia ngoài:

Tra bảng 6.8Tr99/TL1, chọn mte theo tiêu chuẩn : m te=3(mm)

Mô đun vòng trung bình :

Tra bảng 6.20Tr112 [1] với Z1 = 27; ut = 4, ta được: x1 = 0,34⇒x2 = − ¿0,34

e Xác định đường kính trung bình và chiều dài côn ngoài :

K H α , K F α– Hệ số phân bố không đều tải trọng trên các đôi răng khi tính về ứng suất tiếp xúc, uốn: Do bộ truyền là bánh răng côn răng thẳng ⇒ K H α=1 và KF α=1

K Hv , K Fv – Hệ số tải trọng động trong vùng ăn khớp khi tính về ứng suất tiếp xúc, uốn:

{K Hv=1,17

K Fv=1,40

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng :

a Kiểm nghiệm về ứng suất uốn :

[σ¿¿F 1]¿,[σ¿¿F 2]¿ - ứng suất uốn cho phép của bánh chủ động và bị động:

Chiều cao răng ngoài : h e=2,2 mte=2,2.3=6,6 (mm)

Chiều cao đầu răng ngoài :

{h ae 1=(1+ x1)m te=(1+ 0,34) 3=4,02(mm)

h ae2=(1+x2)m te=(1−0,34 ).3=1,98(mm)

Chiều cao chân răng ngoài :

{h fe 1=h e−h ae1=6,6−4,02=2,58(mm)

h fe 2=h e−h ae2=6,6−1,98=4,62(mm)

Đường kính đỉnh răng ngoài :

{ d ae1=d e1+2 hae 1 cosδ1=81+2.4,02 cos14°=88,8(mm)

d ae2=d e2+2 hae 2 cos δ2=324+2.1,98 cos76°=324,96(mm)

8 Bảng tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng :

Bảng tổng hợp một vài thông số của bộ truyền bánh răng :

Chiều cao răng ngoài he 6,6(mm)Chiều cao đầu răng ngoài hae1 4,02(mm)

hae2 1,98(mm)Chiều cao chân răng ngoài hfe1 2,58(mm)

hfe2 4,62(mm)Đường kính đỉnh răng ngoài dae1 88,8(mm)

dae2 324,96(mm)

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi đẻ nối trục

Chọn khớp nối theo điều kiện:{T t ≤ T kn cf

d t ≤ d kn cf

Trong đó d t- Đường kính trục cần nối

d t=d đc=42mm

T t –Mômen xoắn tính toán T t=k T

k -Hệ số chế độ làm việc tra bảng 16.1Tr58 [2] lấy k=1,2

T- Momen xoắn danh nghĩa trên trục: T =T đc=76857(N mm)

2 Kiểm nghiệm khớp nối

Ta kiểm nghiệm theo 2 điều kiện:

a) Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi

σ d= 2k T

Z D o d0l3≤ [σ d]

σ d -Ứng suất dập cho phép của vòng cao su [σ d]=2 ÷ 4 Mpa

Do vậy ứng suất dập sinh ra trên vòng đàn hồi:

σ d= 2 kT

Z D0d0l3=

2.1,2.76857 6.105 14 15=1,39<[σd]

[σ u]- Ứng suất uốn cho phép của chốt.Ta lấy [σ u]=(60÷ 80) MPa;

Do vậy, ứng suất sinh ra trên chốt:

σ u= k T l1

0,1.d3o D0 Z=

1,2.76857.34 0,1.143.105 6=18,14 <[σu]

Các thông số cơ bản của nối trục vòng đàn hồi:

Thông số Kí hiệu Giá trị

Mômen xoắn lớn nhất có thể truyền được T kn cf 250 (N.m)Đường kính lớn nhất có thể của nối trục d kn cf 45 (mm)

II Tính trục I

1 Chọn vật liệu chế tạo trục.

Vật liệu làm trục chọn là thép 45 tôi cải thiện

2 Tính sơ bộ đường kính trục theo momen xoắn

+ -

+

-Fa2 Ft2

 Lực tác dụng lên trục I từ khớp nối : F k = 292,8 (N)

 Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng côn răng thẳng :

 Lực tác dụng lên trục II từ bộ truyền xích 1 phía Fxích = 1665,43 (N)

Do góc nghiêng đường nối tâm @ = 30° nên ta phân tích:

⃗F xích=⃗F x+⃗F y

F x=F xích sin @=¿1665,43.sin 30=832,7(N )

F y=F xích cos@=¿832,7.cos30=1442,3(N )

5 Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực

 Sơ đồ khoảng cách giữa các điểm đặt lực như hình vẽ phác họa kết cấu HGT sau:

 Chọn chiều dài may-ơ và các khoảng cách k1, k2, k3, hn

 Chiều dài may-ơ bánh răng côn:

 Chiều dài may-ơ đĩa xích:

 Chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông: hn = 15 ÷ 20 ta chọn hn = 18

(các giá trị k1, k2, k3, hn chọn theo bảng B10.3Tr189[1])

 Khoảng cách các điểm đặt lực trên các trục

o Khoảng công-xôn (khoảng chìa): theo công thức 10.14Tr190[1]

l cki=0,5(l mki+b0)+k3+h n

¿

o Chiều rộng vành răng b ki thứ i trên trục k: b13=b23=b=39(mm)

o Khoảng cách đặt lực trên trục I:

a Tính phản lực tại các gối tựa và vẽ biểu đồ mômen

 Các lực tác dụng lên trục II có chiều như hình vẽ:

Cần xác định phản lực tại các gối tựa: F x 1 , F y 1 , F x 3 , F y 3

 Tính phải lực tại các gối tựa 1 và 3:

 Xác định momen tại các vị trí:

(đi từ trái qua phải theo phương chiều trục)

 Tại vị trí mặt cắt 1:

 Vẽ biểu đồ momen:

 Biểu đồ momen Mx (trong mặt phẳng thẳng đứng 0yz)

 Biểu đồ momen My (trong mặt phẳng nằm ngang 0xz)

 Biểu đồ momen xoắn T

b Xác định chính xác đường kính các đoạn trên trục II

 Chọn vật liệu làm trục: thép 45 ta có [σ]= ¿ 67 Mpa ( Tra bảng

 Chọn lại đường kính các đoạn trục:

Căn cứ từ kết quả tính toán chính xác đường kính trục:

d1=28,9 (mm), d2=31,1 (mm ), d3=28,9 (mm), d0=26,6(mm)

 Do lắp ổ lăn tại vị trí 1 và 3 nên ta chọn: d2=d3=35(mm)

 Do tại vị trí 2 lắp bánh răng nên ta chọn:

 Do vị trí giữa 2 và 3 có vai trục nên ta chọn d =45(mm)

Các kích thước đường kính trục chọn lại này được thể hiện cùng biểu đồ

momen ở trang 28

7 Tính chọn then cho trục II

a Chọn then

 Trên trục I then được lắp tại bánh răng (vị trí 1) và 2 đầu xích

 Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng côn: d2=40 mm

Chọn then bằng, tra bảng B9.1aTr173[1] ta được: {b=12mm h=8 mm

t1=5 mm

 Lấy chiều dài then: l t=(0,8 ÷ 0,9) lm

 Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng côn (vị trí 1)

l t 23=(0,8÷ 0,9) l m13=(0,8 ÷ 0,9) 40=32 ÷36 mm

Tachọn l t 23=35 mm

 Then lắp trên trục vị trí lắp đĩa xích: d0=30 mm

Chọn then bằng, tra bảng B9.1aTr173[1] ta được: {b=8 mm h=7 mm

⇒ Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

 Kiểm nghiệm độ bền then tại vị trí lắp xích

⇒ Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

8 Kiểm nghiệm độ bền cho trục II theo hệ số an toàn S

a Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:

sj và sj - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xétđến ứng suất tiếp tại tiết diện j :

,aj, mj , mj là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất

tiếp tại tiết diện j,do quay trục một chiều:

Ky - hệ số tăng bề mặt trục, cho trong bảng 10.9 phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó Ky = 1.

εσ và ετ - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục

đến giới hạn mỏi

K σ

và Kτ - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn, trị số của

chúng phụ thuộc vào các loại yếu tố gây tập trung ứng suất

Kiểm nghiệm tại tiết diện nắp đĩa xích:

Ta có:

00146258,930

Do tiết diện này lằm ở ổ lăn nên tiết diện bề mặt trục lắp có độ dôi ra.Chọn kiểu lỗ.Tra bẳng B10.11[1]

11,86 1,1 1 1,961

12,44 1,1 1 2,541

12,11 1,1 1 2,211

τ = T max

0,1d23=

146258,9 0,1 403 =22,85 Mpa(CT 10.29 Tr 200[1])

[σ]≈ 0,8 σ ch=0,8.580=464 Mpa với σch tra bảng B 6.1 Tr 92[1]

⇒ H ệ s ố e=1,5 tan α=1,5 tan 12°=0,32

b Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn

 Khả năng tải động C d được tính theo công thức: 11.1Tr213[1]

V – hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay: V = 1

k t− ¿ Hệ số ảnh hưởng của nhiệt độk t=1

k d – Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, tải trọng tĩnh, hộp giảm tốc công suất nhỏ: k d=1

 Lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra trên ổ lăn (hình vẽ) là:

⇒ 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải động

 Tra bảng B11.6Tr221[1] cho ổ đũa côn 1 dãy ta được:

 Từ sơ đồ bố trí trục I và đường kính sơ bộ tính toán: d sbI=25 mm

 Do các yếu tố lắp ráp và công nghệ, ta chọn sơ bộ trục có kết cấu nhưsau:

 Vị trí số 4: lắp khớp nối ⇒ta ch ọ n d4=25 mm

 Vị trí số 2 và số 3 lắp ổ đũa côn ⇒ta chọn d2=d3=30 mm

 Vị trí số 1lắp bánh răng côn ⇒ta chọn d1=25 mm

 Vị trí vai trục giữa 2 và 3 ⇒ta chọn d v=35 mm

 Thông số chiều dài các đoạn:

l c 12=l12=64 mm ;l13=116mm ;l11=70mm

 Kết cấu, kích thước đường kính và chiều dài các đoạn trục thể hiệntrên hình sau:

b Chọn then cho trục I

Trên trục có 2 vị trí then để truyền momen xoắn

 Tra bảng 9.1aTr173[1] với: d1=d4=25 (mm) ta chọn then bằng có:

{b=8(mm) h=7(mm)

t1=4 (mm)

 Lấy chiều dài then: l t=(0,8 ÷ 0,9) lm

 Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng côn (vị trí 1)

 Chọn ổ đũa côn cỡ trung

Tra bảng P2.11Tr262[1] với d=30 mm ta được:

⇒ Hệ số e=1,5 tan α=1,5 tan 13,50 °=0,36

11.Tổng hợp kết quả tính toán trục, ổ.

a Trục:

 Thành phần bao gồm: thành hộp, gân, mặt bích, gối đỡ…

 Chi tiết cơ bản: độ cứng cao, khối lượng nhỏ

 Vật liệu làm vỏ: gang xám GX15-32

 Phương pháp gia công: đúc

a Chọn bề mặt lắp ghép và thân

- Bề mặt lắp ghép của vỏ hộp (phần trên của vỏ là nắp, phần dưới là thân) thường đi qua đường tâm các trục

- Bề mặt lắp ghép song song với trục đế

b Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp

 Dựa vào bảng 18.1Tr85[2] ta có bảng các kích thước cơ bản của vỏ hộp

Giữa mặt bên các

bánh răng với nhau

Tên chi tiết: Bu lông vòng

 Chức năng: để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc (khi gia công, khi lắpghép…) trên nắp và thân thường lắp them bu lông vòng

 Vật liệu: thép 20

 Số lượng: 2 chiếc

Tra bảng B18.3bTr89 [2] với R e=166,99 mm ta được trọng lượng hộp Q=60 Kg

 Thông số bu lông vòng tra bảng B18.3aTr89[2] ta được:

b Chốt định vị

Tên chi tiết: Chốt định vị

 Chức năng: nhờ có chốt định vị, khi xiết bu lông không làm biến dạng vòng ngoài của ổ (do sai lệch vị trí tương đối của nắp và thân) do đó loại trừ được các nguyên nhân làm ổ chóng bị hỏng

Tên chi tiết: cửa thăm

 Chức năng: để kiểm tra quan sát các chi tiết trong hộp khi lắp ghép và để đồ dầu vào hộp, trên đỉnh hộp có làm cửa thăm Cửa thăm được đậy bằng nắp, trên nắp có nút thông hơi

 Thông số kích thước: tra bảng 18.5Tr93[2] ta được

A B A1 B1 C C1 K R Vít Số

lượng

200 150 250 200 230 130 180 12 M 10 × 22 4

d Nút thông hơi

Tên chi tiết: nút thông hơi

 Chức năng: khi làm việc nhiệt độ trong hộp tăng lên Để giảm áp suất và điều hòa không khí bên trong và bên ngoài hộp người ta dung nút thông hơi

 Thông số kích thước: tra bảng 18.6Tr93[2] ta được

 Chức năng: sau 1 thời gian làm việc dầu bôi trơn có chứa trong hộp bị bẩn (do bụi bẩn hoặc hại mài…) hoặc dầu bị biến chất Do đó cần phải thay dầu mới, để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có lỗ tháo dầu, lúc làm việc lỗ này bị bít kín bằng nút tháo dầu.

 Thông số kích thước (số lượng 1 chiếc): tra bảng 18.7Tr93[2] ta được

M 20 × 2 15 9 3 28 2,5 17,8 30 22 25,5

f Kiểm tra mức dầu

Tên chi tiết: que thăm dầu

 Que thăm dầu:

Chức năng que thăm dầu: dùng để kiểm tra mức dầu, chất lượng dầu bôi trơn trong hộp giảm tốc Để tránh sóng dầu gây khó khăn cho việc kiểm tra, đặc biệt khi máy làm việc 3 ca, que thăm dầu thường có vỏ bọc bên ngoài

 Thông số kích thước: tra bảng 15.17Tr50[2] ta được

Chi tiết vòng chắn dầu

 Chức năng: vòng chắn dầu quay cùng với trục, ngăn cách mỡ bôi trơn vớidầu trong hộp, không cho dầu thoát ra ngoài

 Thông số kích thước vòng chắn dầu

a=6 ÷ 9 (mm) , t=2÷ 3 (mm) , b=2÷ 5(mm)(lấy bằng gờ trục)

h Ổ lăn

 Chi tiết: ổ đũa côn

 Chức năng: đỡ trục và các chi tiết trên trục và chịu lực dọc trục làmcho trục quay ổn định và cứng vững

 Vật liệu: thép ổ lăn

 Thông số kích thước:

Kí

hiệu

d D D1 d1 B C1 T r r1 α C C0 Số

lượng

i Cốc lót.

 Tên chi tiết: cốc lót

 Chức năng: dùng để đỡ ổ lăn tạo thuận lợi cho việc lắp ghép và điểu chỉnh bộ phận ổ cũng như điều chỉnh ăn khớp của bánh răng côn

 Vật liệu: gang xám GX15÷32

 Thông số chi tiết:

Chọn chiều dày cốc lót: δ=8 mm

Chiều dày vai và bích cốc lót: δ1=δ2=δ=8 (mm)

PHẦN 5: LẮP GHÉP, BÔI TRƠN VÀ DUNG SAI

1 Dung sai lắp ghép và lắp ghép ổ lăn

 Lắp vòng trong của ổ lên trục theo hệ thống lỗ cơ bản và lắp vòng ngoài vào vỏ theo hệ thống trục cơ bản

 Để các vòng không trượt trên bề mặt trục hoặc lỗ khi làm việc, ta chọn kiểu lắp trung gian với các vòng không quay và lắp có độ dôi với các vòng quay

 Chọn miền dung sai khi lắp các vòng ổ:

Tra bảng 20-12, 20-13 ta được:

+ Lắp ổ lên trục là: k6+ Lắp ổ lên vỏ là: H7

2 Lắp bánh răng lên trục:

 Để truyền momen xoắn từ trục lên bánh răng và ngược lại, ta chọn sử dụng then bằng Mối ghép then thường không được lắp lẫn hoàn toàn do rãnh then trên trục thường được phay thường thiếu chính xác Để khắc phục cần cạo then theo rãnh then để lắp

 Lắp bánh răng lên trục theo kiểu lắp chặt:

∅ H 7

k 6

3 Dung sai mối ghép then

 Tra bảng B20.6Tr125[2] với tiết diện then trên các trục ta được

Sai lệch giới hạn của chiều rộng then:

{Trục II :b ×h=10 ×8 chọn : Js9 (± 0,018) Trục I :b × h=6 × 6 chọn :Js 9 (± 0,018 )

Sai lệch chiều sâu rãnh then:

{Trục I :t=3,5 mm ⇒ N max=+0,2mm

Trục II :t=4,0 mm ⇒ N max=+0,2 mm

4 Bôi trơn hộp giảm tốc

 Bôi trơn trong hộp

Theo cách dẫn dầu bôi trơn đến các chi tiết máy, người ta phân biệt bôi trơn ngâm dầu và bôi trơn lưu thông, do các bánh răng trong hộp giảm tốc đều có vận tốc v=2,38 (m/s )<12(m/ s) nên ta bôi trơn bánh răng trong hộp bằng phương pháp ngâm dầu

Với vận tốc vòng của bánh răng côn v=2,38 (m/s ) tra bảng 18.11Tr100[2], ta được độ nhớt để bôi trơn là:

186(11)

Theo bảng 18.13Tr101[2] ta chọn được loại dầu AK-20

 Bôi trơn ngoài hộp

Với bộ truyền ngoài hộp do không có thiết bị nào che đậy nên dễ bị bám bụi

do đó bộ truyền ngoài ta thường bôi trơn định kỳ

 Bôi trơn ổ lăn : Khi ổ lăn được bôi trơn đúng kỹ thuật, nó sẽ không bị màimòn, ma sát trong ổ sẽ giảm, giúp tránh không để các chi tiết kim loại tiếp xúc trực tiếp với nhau, điều đó sẽ bảo vệ được bề mặt và tránh được tiếng ồn