Đồ án nguyên lý chi tiết máy

PHẦN I:TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ VÀ TỶ SỐ TRUYỀN.. B.1 THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP NHANH- BÁNH TRỤ RĂNG THẲNG I.Chọn vật liệu: Dựa vào điều kiện làm việc không đòi hỏi đặc biệt,và theo quan điểm thốn

PHẦN I:

TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ VÀ TỶ SỐ TRUYỀN.

I Chọn động cơ:

1 Công suất trên trục công tác:

 Điều kiện làm việc với số liệu ban đầu:

- Lực vòng trên tải xích: 2F = 3500 (N)

- Vận tốc tải xích: V = 1,4 (m/s)

- Số răng đĩa xích: Z = 13 (răng)

- Bước xích: P = 130

- Số năm làm việc: a = 5 năm

 Đặc điểm của tải trọng:

- Tải trọng và đập nhẹ, quay 1 chiều

- Năm làm việc (a) 300 ngày, ngày 2 ca, 1 ca 6 giờ Sai số cho phép tỷ số truyền

∆i=2÷3%

2 Tính toán công suất hệ thống:

Hiệu suất chung:

η = ηđ.ηol4.ηBr2.ηnđ

Tra bảng 2.3 trang 19 ta có:

ηđ = 0,95 : Hiệu suất bộ truyền đại

ηol = 0.99 : Hiệu suất 1 cặp ổ lăn

ηBr = 0,98 : Hiệu suất 1 cặp bánh răng

η = 1 : Hiệu suất nối trục

.

KW V

KW P

Công suất: P = 7(KW).

Vận tốc quay: n=1440 (Vòng/phút)

Cosφ = 0,85,  ,1 5

T Tdn K

, max  2

T T

*60

n

lv lv

đcU

Mặt khác theo sơ đồ động ta có: U=Un.Uh.Unt.

U=Un.Uh=Uđ.Uh

9 2 ,3 8 , 28

đ h

, 1

8 , 28 83 , 28

→ Hợp lý với yêu cầu sai số vè tỷ số truyền.

10 55 ,

;

450 59 , 5 10 55 ,

mm N

450 27 , 5 10 55 ,

mm N

2 , 3 1440

đ dc

u n

T2 = 355874 , 6164 ( )

86 , 136

1 , 5 10 55 ,

mm N

288 , 3 450

1

n

u n

T3 = 946396 , 3964 ( )

95 , 49

95 , 4 10 55 ,

mm N

74 , 2 86 , 136

2

c

u n

10 55 ,

( N mm )

- Chế độ làm việc ngày 2 ca, 1 ca 6 giờ.

Theo hình 4.1/trang 59 chọn loại đai tiết diện đai hình thang thường

ký hiệu A với các thong số sau:

Kích thước tiết diện: bt=11

140 450 )

1 (

1 2

u tt

2 , 3

) 2 , 3 279 , 3 (

% 100



u u

u d

=> ∆u = 2,5% < 4% => Thỏa điều kiện trong giới hạn cho phép

2.Khoảng cách 2 trục a:

Ta có u = 3,2, nên ta có sơ đồ tính toán như sau:

 Thỏa điều kiện

3.Tính chiều dài đai:

) 140 450 ( 2

) 450 140 (

14 , 3 486 2

Tra bảng 4.13/trang 59, chọn chiều dài chuẩn l = 2000 mm

 Kiểm nghiệm về điều kiện tuổi thọ

, 1 1

08 , 0 1 1 , 0 8 , 0

*

2 2

mm d

a DE

OI

d

a

AB CB AD DE CB

v : Vận tốc đai.

l: 2000mm=2m chiều dài đai

s i

( 7 , 1073 2

) 450 140 ( 14 , 3 2000 2

) (

)

mm d

2 , 163 155 , 163 1049

57 ).

140 450 ( 180 57

).

(

a d d

* P1 = 5,59 kw công suất trên bánh dẫn

*  P0 = 2,92 kw công suất cho phép (tra bảng 4.19/trang 62)

* kđ : hệ số tải trọng động (tra bảng 4.7/trang 55) Vì chế độ làm việc ngày 2 canên lấy trị số trong bảng tăng thêm 0,1 vậy

 c l= 1.04 hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài đai (tra bảng 4.16/ trang61)

v ới u =3,2

 c u=1,14 hệ số kể đến ảnh hưởng tỷ số truyền (tra bảng 4.17)

* c z=1 hệ số kể đến ảnh hưởng sự phân bố không điều tải trọng cho các dâyđai (tra bảng 4.18)

Nên z = 4,165 x 1,24 1,547

3,14 x 0,95 x 0,95 x 1,13 x 1 Chọn z = 2

35 , 1 59 , 5

P1 = 5,59 KW, n1 = 450 Vòng/phút, uh = 9, un = 3,288.

uc = 2,74 KW, n2 = 136,86 vòng/phút, T1 = 111565,22, T2 = 355874,6164.Thời gian sử dụng 300 ngày, làm việc 2 ca, 1 ca 6 giờ, năm làm việc 5 năm

 Tổng thời gian sử dụng: 300.(2.6).5 = 18000(giờ)

B.1 THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP NHANH- BÁNH TRỤ RĂNG THẲNG

I.Chọn vật liệu:

Dựa vào điều kiện làm việc không đòi hỏi đặc biệt,và theo quan điểm thống nhấthoá thiếtvà đây là bộ truyền bánh răng trụ thẳng nên ta chọn vật liệu 2 cấp bánh răng nhưsau:

II.Xác định ứng suất cho phép:

Theo bảng 6.2/trang 94 đối với thép C45 tôi cải thiện đạt HB <350 (180÷350)Có: o Hlim = 2HB + 70 S H = 1,1

NHE =60.c.Σ (Ti / Tmax)3 ni.tiVới : * c =1 số lần ăn khớp trong 1 lần quay.

u n

 ( Ti/ Tmax)3 ni /ti

= ( 60 1 2450,74 18000 ).( 13.0,7 + 0,8 3 0,3) = 15,14.107

Ta có NHE1= 41,5.107 > NHO1= 1,875.107  KHL = 1

NHE2 = 15,14.107 > NHO2 = 1,547.107  KHL2= 1

Ứng suất tiếp xúc sơ bộ.được xác định :

Theo công th ức ( 6.1a ):  / Hl

H Hlim

HK

 Số chu kì thay đổi ứng suất uốn.

Theo 6.8/trang 93: NFE = 60 c  ( Ti/ Tmax)m F ni.ti

*m F:bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn

Với HB(180÷350)HB  mF = 6 (tra bảng 6.4/trang 95)

Theo (6.13 và 6.14)/trang 95 , ứng suất quá tải cho phép.

Với bánh răng thường hoá, thép tôi cải thiện

07 , 1 222 , 111565 )

1 288 , 3 (

5 ,

a.Xác định modun m:

theo bảng 6.17/trang 97: m = (0,01÷0,02).aw1 = (0,01÷0,02).177 = (1,77÷3,54) mm

Chọn m = 2,5 (mm)

b.Xác định số răng và góc nghiên β:

Đối với bánh răng thẳng

  =0: góc nghiêng của răng,

5 , 2 177 2 )

1 (





Zt m

Tỷ số truyền thực sự là:

Um = 3 , 273

33 108

1 2





Z Z

IV Kiểm nghiệm răng theo độ bền tiếp xúc:

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thỏa mãn điều kiện sau:

1

)1.(

2

w w H H

M H

d u b u K T Z

 ZM = 274 (MPa)1/3 hằng số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp, trị

số ZM được tính tra bảng 6.5/trang 96

 ZH= 2cos / sin 2 wt hằng số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

,

v ới a = 0,5.m(Z1+Z2)cosβ = 0,5.2,5.(108+33)cos0 = 176,25.

25 , 176

20 cos 25 , 176

(

0

= arcos(cos200) → αtw= 200

764 , 1 642787609 ,

0

1 2 )

20 2 sin(

20 cos 2

0 0

25 , 44 117

25 , 0

0 sin

Đối với bánh răng thẳng tra bảng 6.14/trang 107 KHα =1,13

* KHV : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

Theo công thức 6.14/trang 107

d b V K

.

2

1

H

u a V g

V   0 . 

- δH = 0,006 : Hằng số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp tra bảng6.15/trang 107

- g0= 73 : Hằng số kể đến ảnh hưởng của các sai lệch các bước răng bánh 1 và 2tra bảng 6.16/107.

60000 d 1 n1

V   (6.40/trang 106)

1 273 , 2 177 2 1

u a d

2 1







Z Z

u m

60000

450 85 , 82 14 , 3

s m

273 , 3 177 951 , 1 73 006 ,

85095 , 23037 1

13 , 1 07 , 1 222 , 111565

2

85 , 82 25 , 44 84 , 6

1 08564

,

418

) 85 , 82 (

273 , 3 25 , 44

) 1 273 , 3 (

312 , 1 222 , 111565

2 865 , 0 764 , 1 274

.

) 1 (

2

3

MPa d

u b

u K T Z Z

m m m H H

.

lim 0

KH H

S K H

KH R r

K Z

 H 500.0,95.1,14,75(MPa)

V ậy ta c ó H 451,363H 475(MPa)

 Thoả điều kiện ứng suất

V.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng , ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không đểvượt quá 1 giá trị cho phép:

Theo 6.43/trang 108: Độ bền uốn  1

1 1 1

2

F F

F

Y Y Y K T

.

F F

F F F

Y Y

1

u aw

β=0 → Yβ = 1: Hệ số kể đến độ nghiêng của răng

*Y ;Y :F1 F2 Hệ số dạng răng của bánh 1 và 2 vào số răng tương đương

1 33 cos 3

108 cos 3

F F o

a = g v

2

85 , 82 25 , 44 27 , 6 1

2

1

K K T

d b V K

KF = 1,17.1,13.1,078 = 1,43

) ( 422 , 73 5

, 2 85 , 82 25 , 44

7 , 3 1 57 , 0 43 , 1 222 , 111565

, 3 6 , 3 422 , 73

1 2 1

Y Y

F F F

S K K

.

KXF = 1: Hệ số xét đến kiểm tra bánh răng đến độ uốn với

 Thoả điều kiện về độ bền uốn

VI Kiểm nghiệm răng về quá tải:

Theo công th ức 6.48/trang 110

 max

K qt

) ( 567 , 605 8 , 1 363 , 451

1

H H

Theo công thức 6.49 Ứng suất cực đại δFmmax thoả

Đi ều ki ện: Fmax  F.K qt Fmax

Với bánh dẫn: F1max  F1.K qt  73 , 422 1 , 8  132 , 16 (MPa)

Vậy Fmax  132 , 16 Fmax  464 (MPa)

Và bánh bị dẫn: F2max  F2.K qt  71 , 438 1 , 8  128 , 5884 (MPa)

Vậy: Fmax  128 , 5884 Fmax  360 (MPa)

Kết luận: bộ truyền đạt yêu cầu về quá tải

VII Các thông số và kích thước bộ truyền răng cấp nhanh:

* Khoảng cách trục: a =177 mm

* modum m = 2,5 mm

* Bề rộng bánh răng: b = 44 mm

* Hệ số hiệu chỉnh: x1 = x2 = 0 mm

* Số răng: z1=33 răng ; z2=108 răng

Dựa vào bảng 6.11/trang 104, tính toán ta được:

B.2 THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP CHẬM- BÁNH TRỤ RĂNG

Theo bảng 6.2/trang 94 đối với thép 45 và 40 tôi cải thiện với HB ≤ 350

• NHo1 = 30 ( 230 )2 , 4 = 1,4 107

• NHo2 = 30 ( 210 )2 , 4 = 1,12 107

 Vì bộ truyền làm việc có tải thay đổi nên số chu kì thay đổi ứng suất tương đương,

được tính theo 6.7/trang 93:

74 , 2 86 , 136 ).

3 , 0 8 , 0 7 , 0 1 (

1

4 , 0 53 , 0 ) 1 ( 53 ,

• σ = 445,5 MPaH

4 , 0 74 , 2 ) 5 , 445 (

12 , 1 6164 , 355874

) 1 74 , 2 (

3

30 cos 218 2 ) 1 ( cos

Số răng bánh nhỏ:

Chọn z1= 28 răng

 z2 = u.z1 = 2,74.34 = 93,16Chọn z2 = 93 răng

 zt = z1+z2 = 34+93 = 127 răng

• Tính lại cấp chính xác góc nghiêng :

CT 6.32/trang 103: 0 , 873853211

218 2 127 3 2

.

aw Z

m t

    29 , 085 0

• Tỉ số truyền thực là : 2 , 735

34 93

1 2







Z Z u

Khảo sát trục thực: 190 , 5 ( )

2 127 3 2

mm Z

m

IV Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Ứng suất tiếp xúc σH được tính theo 6.33/trang 105 , thỏa điều kiện:

2 2 2

)1.(

2

w d u bw

u K T Z

Z

H M H

Ở đây:

*b : góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

0 )

085 , 29 cos 20

) 2 , 27 cos(

) 085 , 29 sin(

2 , 87

sin

Do   1 theo 6.36c/trang 105 tính ε

α1

z =ε

Theo 6.38b/trang 105

29 , 085  1 , 531 cos

93 1 34 1 2 , 3 88 , 1 cos 1 1 2 , 3

88

,

2 1

=> 0 , 808

531 , 1 1

60000

86 , 136 578 , 116 14 , 3 60000 1 1

mm n

dw

V=0,835m/s < 2,5m/s

δH=0,002 bảng 6.15/trang 107

g 0=73 bảng 6.16/trang 107

74 , 2 218 835 , 0 73 002 ,

0 1 13 , 1 12 , 1 6164 , 355874

2

578 , 116 2 , 87 0874 , 1

1 79936

,

349

) 578 , 116 (

74 , 2 2 , 87

) 1 74 , 2 (

2812 , 1 6164 , 355874

2 808 , 0 58 , 1 274

.

) 1 ( 2

1 2 2

MPa w

d u bw

u K T Z

S K

S K H

lim

 Thoả điều kiện cho phép

V Kiểm nghiệm vể độ bền uốn:

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không được vượtquá một giá trị cho phép

Theo (6.43): F 2 F ε β F  F

w w22.T K Y Y Y

578 , 116 2 , 87 262 , 3

) ( 655 , 70 3

578 , 116 2 , 87

7 , 3 7923 , 0 6532 , 0 581 , 1 6164 , 355874

F F F

7 , 3 6 , 3 655 , 70

1 2 1

F F

F F

216 745

, 68

75 , 236 655

, 70

2 2

1 1

Kết luận: bộ truyền đạt độ bền về uốn trong giới hạn cho phép

VI.Kiểm nghiệm răng về quá tải:

8 , 1

max





T T

max

1120 460

8 , 2 8

, 2

965 , 480 8 , 1 49 , 358

H H

ch H

H

MPa MPa

 Theo 6.49/trang 110: σF1max = σ KF1 qt σ F1 max

qt F F

qt F F

741 , 123 8 , 1 745 , 68

179 , 127 8 , 1 655 , 70

2 max 2

1 max 1

Kết luận: Như vậy bộ truyền đạt yêu cầu về quá tải

VII Các thông số và kích thước bộ truyền:

34 3 cos

.

0 1



+ d m Z 319 , 8mm

) 085 , 29 cos(

93 3 cos

.

0 2



• Đường kính đỉnh răng:

Với các số liệu sau: Công suất trên trục giảm tốc.

- Chọn thép 45 tôi cải thiện b = 600 MPa

-Ứng suất uốn cho phép :   12 20MPa Chọn   16(MPa)

II.Xác định sơ bộ đường kính các trục:

Đường kính trục được xác định theo công thức (10.9):

 ( )

2 , 0

3 T mm d





T: Momen xoắn Nmm

  : Ứng suất xoắn cho phép MPa

Các thông số ban đầu :

Từ đường kính các trục,tra bảng 10.2/trang 189 ta được chiều rộng các ổ lăn b0theo bảng 10.2 :

* d1 = 31,41 (mm) => b01 = 21 (mm)

* d2= 46,24 (mm) => b02 = 27 (mm)

* d3= 64,06 (mm) => b03 = 33 (mm)

23 , 47 3

06 , 64 24 , 46 41 , 31 3

3 2 1

+ Chọn k3 = 15 (mm):khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến nắp ổ

+ Chọn hn = 17 (mm) :chiều cao nấp ổ đến đầu bulong

lm11 = (1,4…2,5)d1 = 67 (mm) 10.13/trang 189

lc12 = 0,5(lm11 + b01) + k3 + hn = 0,5(67 +21) + 15 +17 = 76 (mm)

l13 = l23 = 145 (mm)

Sơ đồ động và lực tác dụng trên hệ dẫn động

Fr32 Fr33

Fr24 Fr22

Fr12

Ft12 Flx10

Fly10

Fly11 Flx11

Ft23

Fr23

Fly21 Fly20

B A

B A

Ma33

Ma32 x

Khoảng cách giữa các gối đỡ : l11 = l21 = l31 = 290(mm)

IV-Tính toán thông số và kiểm nghiệm độ bền trục I :

1.Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục :

Các thông số trục I :

l11 = 290 mm lc12 = 76 mm l13 = 145 mm

T1 = 111565,222 Nmm

Frd = 737,5 N

dw1 = 2 1 3,2273.1171

1 1

* Lực vòng : FX12 = Ft12 = 2693 , 19 ( )

85 , 82 222 , 111565

2 2

1

dw T





* Lực hướng kính : FY12 = Fr12= Ft12  

 0 980,24( )cos

20 19 , 2693

0

N tg

wt tg









* Lực dọc trục : F212 = Fa12 = Ft12.tagβ = 980,24xtag00 = 0

- Theo đề bài, lực từ bánh đai tác dụng một hướng theo phương y và có độ lớn

Frd = 787,5 (N)

- Vị trí đặt lực bánh răng 3 là dương (nằm dưới trục oz)

=> r13 = 41 , 43 ( )

2 85 , 82 2

F

F

F

l F dw F l F l l F D m

ly

ly r

ly rđ

ly

ly

ly Z

ly c

rđ

5 , 696 5 , 787 24

, 980 76 , 503

0

76 , 503 145 24 , 980 290

290 76 5 , 787

0 0 0 290 )

290 76 (

5 , 787 24 , 980

145

0 2

.

11

11 12

10 10

10

1 11 1

21 11 10 11

F F

F F F

F

t l

l

lx t

l rđ

6 , 1346 2

19 , 2693 2

0

12 11 10

11 12 10

F l10  lX11  1346 , 6

2.Xác định thông số và kích thước trục :

a)Sơ đồ trục, chi tiết quay và lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục:

Theo công thức 10.17/trang 194

 

tdA 3

AM

d =0,1× σ

Trong đó:   =50 (MPa) ứng với thép 45 có  b 600MPa đường kính trục d > 30(mm)

=>d A 26 , 83mm

50 1 , 0 32 , 96618 3

Chọn d1A = 28 (mm)

Sơ đồ lực Trục I

Ft12 Flx10

Fly10

Fly11 Flx11

Frd n

D C

B A

787,5

283,74

100992,5 59850

1 ,

1 ,

1 ,

Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện có mặt cắt nguy hiểm – Tại C

* Đối với trục quay σm = 0

Theo công thức (10.22) : σa = σmaxC = MC/WC

Theo (10.15) M C  M xC2 M2yC  689282121439,52 139637 Nmm

* WC moment cản uốn tại C

Theo bảng (10.6) với trục có rãnh then :

C c C

d t d t b d W

2 1 1

Theo bảng (10.16) tra được then : b.h = 10 x 8 (mm) ;

Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 5 (mm)

Chiều sâu rãnh then trên trục: t2 = 3,3 (mm)

Góc lượn rãnh nhỏ nhất: r=0,25

Góc lượn rãnh lớn nhất: r=0,4

38 ) 8 38 (

8 10 32

38 14 ,

C C C

58 , 3489 9815 , 219828

+Ky = 1,6 hệ số tăng bền mặt trục (bảng 10.9/trang 197)

+Theo bảng (10.11/trang 198),với kiểu lắp k6 và σb = 600 (MPa) có K 2,06



 

Thay vào công thức (10.25) : Kd 2,06 1,06 1 /1,6 1,325   

Thay các số liệu vừa tìm được vào công thức (10.20):

0 05 , 0 996 , 62 325 , 1

6 , 261

1

d

K S

 s : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng tiếp tại C:

Theo công thức (10.21/trang 195): 1

s K

  

 (10.23/trang 196)+WoC moment cản xoắn tại tiết diên C

c c C

C

d t d t b d W

2 1 1

3 0

16

38 14 ,

73 , 151

Ta thấy: S  3 , 103  S  1 , 5  2 , 5

1 ,



38 2 , 0 222 , 111565

2 ,

Trong khi đó, Thép 45 : σb = 600 (MPa) ; σch = 340 (MPa)

Theo công thức (10.30) :   0,8ch0,8 340 272  MPa

Vậy td  39 , 71MPa   270MPa

Kết luận: trục đạt yêu cầu về độ bền tĩnh

Kết cấu trục I

44 76

V-Tính toán thông số và kiểm nghiệm độ bền trục II :

1.Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục :

Các thông số trục II :

l21 =290 mm l22 = 66 mm l23 = 145 mm

=> Không có moment uốn gây ra cho trục.

 Đối với bánh răng trụ răng nghiêng 2:

* Lực vòng : Ft22 = 6098 , 97 ( )

7 , 116 6164 , 355874

2 2

2

d T

) 20 (

97 , 6098

0

N tag

7 , 116 55 , 3392 2

dw





 Đối với bánh răng trụ răng nghiêng 4:

Hoàn toàn giống các thông số với bánh răng số 2:

* hr22 = -1 hướng răng trái

* hr24 = 1 hướng răng phải

 Tải trọng tác dụng lên trục:

21 23 22

22 21



Ma22=Ma24

F l F l  F l    N l

r DE r BE r

290

2 290 24 , 980 66

16 , 2540 224

16 , 2540 2

.

.

23 24

22 21

F

F

F F F F F

F

r l r

ly r

r

r r r r l

04 , 2050 24

, 980 04 , 2050 16

, 2540 2

2

0 0

23 20 22

21 22

24

21 24 23 22 20

l F l F l F l F E

m

lX

DE X X

BE X lX

09 , 6589 290

66 97 , 6098 2

290 24 , 980 224

97 , 6098

0

2

.

20

24 21

23 22

21 20

09 , 6589

09 , 6589 09

, 6589 24

, 980 97

, 6098 09

, 6589

0 0

21 20

20 24

23 22

21

21 24

23 22

20

N F

F

N F

F F

F F

F F

F F

F F

lX lX

lX X

X X

X

X X

X X

75 , 0

1 ,

1 ,

M

3474 , 637208 6164

, 355874 75

, 0 64 , 294538 473599

75 , 0

2 2

2

2 2