Thuyết minh đồ án môn học thiết kế sản phẩm với CAD

Chọn kiểu loại động cơ điện: Việc chọn 1 loại động cơ điện dùng cho hộp giảm tốc hiện nay rất đơn giản, song chúng tacần chọn loại động cơ sao cho phù hợp nhất với hộp giảm tốc của chúng

LỜI NÓI ĐẦU

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là một nội dung không thể thiếu đối với chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ sở về kết cấu máy và các quá trình cơ bản khi thiết kế máy.

Trong quá trình học tập môn học Thiết kế sản phẩm với CAD, chúng em đã được làm quen với các kiến thức cơ bản về cách thiết kế và vẽ các kết cấu máy, các tính năng cơ bản của các chi tiết máy thường gặp Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với Cad là kết quả đánh giá thực chất nhất quá trình học tập môn học chi tiết máy, sức bền vật liệu, dung sai và lắp ghép…

Hộp giảm tốc là thiết bị không thể thiếu đối với các máy cơ khí, nó có nhiệm vụ biến đổi một vận tốc đầu vào thành một hay nhiều vận tốc ra tùy vào công dụng của máy Khi nhận

đồ án thiết kế hệ dẫn động băng tải chúng em đã tìm hiểu và cố gắng hoàn thành nó một cách tốt nhất có thể.

Trong quá trình làm đồ án còn mắc rất nhiều thiếu sót, chúng em mong các thầy, các cô tận tình chỉ bảo để chúng em rút ra kinh nghiệm làm phong phú thêm kiến thức của bản thân.

Chúng em xin chân thành cám ơn!

Thái nguyên, ngày tháng năm 2014

Sinh viên:nguyễn văn khánh

long trung nghĩa

nguyễn văn nam

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1, NXB Giáo

dục

[2] – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 2, NXB Giáo

dục

[3] – Bài giảng Chi tiết máy, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.

[4] – Bài giảng Nguyên lý máy, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.

PHẦN I:

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

I Chọn động cơ điện.

1 Chọn kiểu loại động cơ điện:

Việc chọn 1 loại động cơ điện dùng cho hộp giảm tốc hiện nay rất đơn giản, song chúng tacần chọn loại động cơ sao cho phù hợp nhất với hộp giảm tốc của chúng ta, phù hợp vớiđiều kiện sản xuất, điều kiện kinh tế…Dưới đây là một vài loại động cơ đang có mặt trênthị trường:

+ Động cơ điện một chiều: loại động cơ này có ưu điểm là có thể thay đổi trị số của mômen

và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng…nhưng chúng lại có nhược điểm là giá thành rất đắt, khó kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư

để đặt thiết bị chỉnh lưu, do đó được dùng trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thangmáy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm…

+ Động cơ điện xoay chiều: bao gồm 2 loại là một pha và ba pha.

Động cơ một pha: có công suất nhỏ, do đó chỉ phù hợp cho các dụng cụ gia đình.

Động cơ ba pha: được sử dụng rộng dãi trong công nghiệp: động cơ ba pha đồng bộ và

động cơ ba pha không đồng bộ

So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm là hiệu suất

và cosφ lớn, hệ số quá tải lớn nhưng lại có nhược điểm là thiết bị tương đối phức tạp, giáthành cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ Do đó chúng được dùng cho cáctrường hợp cần công suất lớn (100kW), khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vậntốc góc

Động cơ ba pha không đồng bộ gồm 2 kiểu: rôto dây cuốn và rôto lồng sóc

Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốc trong mộtphạm vi nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy thấp nhưng cosφ thấp, giá thành đắt, vậnhành phức tạp, do đó chỉ dùng thích hợp trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợpcủa dây chuyền công nghệ đã được lắp đặt

Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có ưu điểm là kết cấu đơn giản, giáthành hạ, dễ bảo quản, có thể trực tiếp đưa vào lưới điện 3 pha mà không cần biến đổi dòngđiện, song hiệu suất và hệ số công suất thấp so với động cơ ba pha đồng bộ, không điềuchỉnh được vận tốc

Từ những ưu,nhược điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc của ta, ta chọn:

Động cơ ba pha không đồng bộ roto lồng sóc

2 Chọn công suất động cơ:

Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ nhằm đảm bảo cho nhiệt

độ của động cơ khi làm việc không lớn hơn trị số cho phép Để đảm bảo điều kiện đó cầnthỏa mãn yêu cầu sau:

P - công suất định mức của động cơ;

dc

dt

P - công suất đẳng thị trên trục động cơ, được xác định như sau:

+ Trường hợp tải không đổi:

P





là hiệu suất chung của toàn hệ thống

Với sơ đồ đã cho gồm các bộ truyền mắc nối tiếp thì:

dc

lv

3 Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: (n db)

+) Số vòng quay của trục công tác:

- Với hệ dẫn động băng tải:

Trong đó: D – đường kính tang dẫn của băng tải (mm);

v – vận tốc vòng của băng tải (m/s);

60.10 60.10 1,32

56.05( / )3,14.450

+) Số vòng quay đồng bộ nên dùng cho động cơ:

Chọn sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ ndb=1000 v/ph (kể đến sự trượt ndb=

970 v/ph) Khi này tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống usb được xác định:

950

16.95 56.05

db sb

ct

n u

Công suất(kW)

Cos φ Tk/Tdn Tmax/Tdn Khối lượng

(kg)

5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ.

a, Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ:

Khi khởi động, động cơ cần sinh ra một công suất đủ lớn để thắng sức ỳ của hệ thống Vìvậy cần kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ

Điều kiện mở máy của động cơ thỏa mãn nếu công thức sau đảm bảo:

P - công suất cản ban đầu trên trục động cơ (kW).

dc dc 1, 4.3,188 4.46 6.75( )

bd bd lv

Điều kiện (1.12) được đảm bảo Vậy ta chọn động cơ như bảng trong phần 1.4

b, Kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ:

Với sơ đồ tải trọng không đổi thì không cần kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ vìtrong suốt quá trình làm việc tải trọng không thể lớn hơn công suất cho phép

II Phân phối tỉ số truyền:

Tỉ số truyền (TST) chung của toàn hệ thống u xác định theo:

950

16.95 56.05

dc ct

n u

n

Trong đó: ndc - số vòng quay của động cơ đã chọn (v/ph);

nct - số vòng quay của trục công tác nct= 56.05 (v/ph)

Mà: u = u h

uh: tỉ số truyền trong hộp giảm tốc

uh=u1.u2

u1: tỉ số truyền của bộ truyền cấp nhanh

u2: tỉ số truyền của bộ truyền cấp chậm

1 Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc.

- Với hệ dẫn động gồm HGT 2 cấp bánh răng nối với động cơ bằng khớp thì ung=1

2 Tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc.

uh=u1.u2=16.95

Với HGT hai cấp bánh răng trụ dạng khai triển dựa vào bản.Dựa nào bảng 3.1 HTDĐCK tập1) ta có với uh =16.95 Ta chọn u1 =5.66 và u2 =3.18

(TT-TK-III Tính toán các thông số trên các trục

Ký hiệu các chỉ số tính toán như sau: chỉ số "đc" ký hiệu trục động cơ; các chỉ số "I",

"II", "III" chỉ trục số I, II và III

1 Tính công suất trên các trục

- Công suất danh nghĩa trên trục động cơ tính theo công thức:

3

3.188( ) 0,941

II III

n

u

3 Tính mô men xoắn trên các trục

Mô men xoắn trên trục thứ k được xác định theo công thức sau:

dc dc

I I

II II

III III

HB  ,bánh răng được thường hóa và tôi cải thiện.Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt

răng chính xác sau khi nhiệt luyện đồng thời bộ truyềncó khả năng chạy mòn

II Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh

Với bộ truyền bánh răng cấp chậm dựa vào bảng 6.1 sách TT-TK-HDĐCK.ta chọn đươcvật liệu như sau:

1.Chọn vật liệu bánh răng

Bánh

răng

Nhăn hiệuthép

Nhiệt luyện Độ rắn Giới hạn

Bền b

(MPa)

Giới hạnChảy ch

(MPa)

K Hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước răng.

Do thiết kế sơ bộ nên: Z Z K  R .V xH 1

HL

K Hệ số tuổi thọ H

HO m HL

HE

N K

9 2

60.1.950.48180 2,746.1060.1.167.845.48180 0,485.10

HE

HE

N N

552

501,821,1

H H

H

Mpa S



0 lim 2 2

490

445.4551,1

H H

H

Mpa S

F

F

K Y Y K K S



Trong đó:

N K

433,80

247,891,75

F F

F

Mpa S



0 lim 2 2

378

2161,75

F F

F

Mpa S

 Hệ số chiều rộng vành răng Tra 6.6 I ba 0,3

Hệ số bd 0,53bau1 1 0,53.0,3 5,66 1   1,05:

H a

1

22.52 1 2,0 5,66 1

n

a Z

m u

Số răng bánh răng lớn là:

2 1 1 5,66.22 124,52

Z u Z   Chọn Z 2 124 ( Răng)

Tỉ số truyền thực là

2 1 1

124

5,6322

th

Z u Z

Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ:

a d

a cc

1,643

b m

4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện :

o tw

đồng thời ăn khớp ta đợc KH = 1,13

KHv : là hệ số kể đến tải trọng động suất hiện trong vùng ăn khớp

1 1

2

V

H W w H

g v a W u

Trong đó:

H là hệ số kể đến ảnh hởng của sai số ăn khớp tra bảng 6.15 : H =0,002

g0 là hệ số kể đến sự ảnh hởng của sai lệch các bớc răng bánh 1 và bánh 2 tra bảng 6.16 với cấp chính xác 9 ta có g0 =73

= 473,638 (MPa) Với : v = 2,251 (m/s) < 5 (m/s)

  

443, 020 0,3.150 39,370( )

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng ,ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không đ ợc vợt quámột giá trị cho phép

v

z z

v

z z



Vì ta dùng răng không dịch chỉnh nên hệ số dịch chỉnh x= 0

Tra bảng “Trị số của hệ số dạng răng” ta đợc : Y  F1 4,00; Y  F2 3,60

KF : là hệ số tảI trọng khi tính về uốn : K F K K K F. F. FV

Với K F là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính

.1

2

F w w FV

F F

b d K

Vậy bộ truyền thoả mãn độ bền uốn

6 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Hệ số quá tải :

T

T

K qt  max

với Tmax là mômen xoắn quá tải ở đây là mômen mở máy

T là mômen xoắn danh nghĩa

 K qt K bd  1, 4

- Để tránh biến dạng d hoặc gẵy dòn lớp bề mặt ,ứng xuất tiếp xúc cực đại Hmax không

đợc vợt quá một giá trị cho phép:

ứng suất tiếp xúc cực đại :

Ta thấy Hmax Hmax

=> đã thoả mãn điều kiện tránh biến dạng d hoặc gẫy dòn lớp bề mặt

- để phòng biến dạng d hoặc phá hỏng tĩnh mặt lợn chân răng ,ứng suất uốn cực đại Fmax

tại măt lợn chân răng không vợt quá một giá trị cho phép

ứng suất uốn cực đại :

 đã thoả mãn điều kiện phòng biến dạng d hoặc phá hỏng tĩnh mặt lợn chân răng

Bảng thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng cấp nhanh (b.5)

III Thiết kế bộ truyền bỏnh răng trụ cấp chậm.

(MPa)

Giới hạnchảy ch

(Mpa)

2 - Xác định ứng suất sơ bộ

a) ứng suất tiếp xúc cho phép

theo công thức:

HL xH V R H

H

S . . . .

] [

0 lim

H sb

S .

] [

0 lim



Tra bảng “ Trị số của H0lim và F0limứng với số chu kì cơ sở ” ta chọn :

 ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở :

0 lim

HO HL

NHE là Số chu kì thay đổi ứng suất tiếp xúc tơng đơng, với bộ truyền chịu tải trọng tĩnh:





N K

=>

0 lim3

N

N K

=>

0 lim4

Tõ c«ng thøc :

FL FC xF s R F

F

S . . . . .

] [

0 lim

 K xF: hệ số xét đến kích thớc bánh răng ảnh hởng đến độ bền uốn

Trong bớc tính thiết kế sơ bộ lấy : Y R.Y s.K xF =1

Do đó công thức trên trở thành :

FL FC F

F

S . .

] [

0 lim



 K FC hệ số xét đến ảnh hởng đạt tải.Bộ truyền quay một chiều và tải trọng đặt một phía

nên K FC=1.

Tra bảng “ Trị số của H0lim và F0limứng với số chu kì cơ sở ” ta chọn :

 ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở :F0lim=1,8.HB

 hệ số an toàn khi tính về uốn : S F =1,75

 KFL là hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hởng của thời gian phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền ,đợc xác định theo công thức :

F m FE

FO FL

NFO Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn ,

NFO = 4 . 106 Với tất cả các loại thép

NFE là Số chu kì thay đổi ứng suất tiếp xúc tơng đơng, với bộ truyền chịu tải trọng tĩnh:

N

N K

=>

0 lim3

Với bánh 4

Với HB4=235 =>

0 3 lim

F



=1,8.HB => F0lim 4=1,8.235 =423 (Mpa)

6

4 4.10

FO N

=>

0 lim 4

c) ứng suất quá tải cho phép :

ứng suất tiếp xúc khi quá tải : [ H]max  2 , 8 ch

2

( 1).

- K a : hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng Tra bảng “ Trị số của các hệ số K a ” ta chọn K a= 43.

” ta chọn K H

=1,12(sơ đồ 5)

175984, 688.1,12 43.(3,18 1) 158,885( )

- Môđun mn= (0,010,02).aw2= (0,010,02).170= 1,703,40 => tra bảng “ Trị số tiêu

chuẩn của môđun” ta chọn môđun m2= 2,5

4 - Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

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

o tw

w w H HV

K K T

d b K

2

1

Tra b¶ng 6.15 vµ 6.16 ta cã  H 0,006 vµ g 0 73



1700,006.73.0,703 2, 271

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:

5 - Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng ,ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không đ ợc vợt quámột giá trị cho phép

Hệ số kể đến độ nghiêng của răng ,với bánh răng thẳng : Y  1

Y F1và Y F2 là hệ số dạng răng của bánh 1 và bánh 2,phụ thuộc vào số răng tơng

v

z z

v

z z

w w F FV

K K T

d b K

.

2

1

=81,605(Mpa)Vậy bộ truyền thoả mãn độ bền uốn

6 - Kiểm nghiệm răng về quá tải

Hệ số quá tải :

T

T

K qt  max

với Tmax là mômen xoắn quá tải ở đây là mômen mở máy

T là mômen xoắn danh nghĩa

 K qt K bd  1, 4

- để tránh biến dạng d hoặc gẵy dòn lớp bề mặt ,ứng xuất tiếp xúc cực đại Hmax không

đ-ợc vợt quá một giá trị cho phép:

ứng suất tiếp xúc cực đại :

Ta thấy Hmax Hmax

=> đã thoả mãn điều kiện tránh biến dạng d hoặc gẫy dòn lớp bề mặt.

- để phòng biến dạng d hoặc phá hỏng tĩnh mặt lợn chân răng ,ứng suất uốn cực đại Fmax

tại măt lợn chân răng không vợt quá một giá trị cho phép

ứng suất uốn cực đại :

đã thoả mãn điều kiện phòng biến dạng d hoặc phá hỏng tĩnh mặt lợn chân răng

Bảng thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng cấp chậm

Phần III

Kiểm tra điều kiện bôi trơn và chạm trục

I kiểm tra điều kiện bôi trơn

Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn, đảm bảo thoát nhiệt tốt và đề phòng các chi tiết máy bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộ truyền trong hộp giảm tốc Chế độ bôi trơn trong hộp giảm tốc đợc chọn theo vận tốc vòng, ta có vận tốc vòng của các bánh lớn :

Ta có:

2 2 2

Lấy h min =6 mm chung cho cả 2 bánh răng (h min = 6mm)`

Gọi x 2min và x 4min lần lợt là mức dầu tối thiểu để đảm bảo bôi trơn ngâm dầu cho hai bánh 2

và 4

X 2min =

2 min

258,794

6 123

a d

X 4min =

4 min

250

6 119

a d

- Chọn mức dầu chung cho cả hộp :

X min = min(X 2min ; X 4min ) = min(123; 119) = 119mm

X max = max(X 2max ; X 4max ) = max(113,397; 93,75) = 113,397mm

 X= X min -X max = 123– 113,397=9,63 mm >7 mm

 Thoả mãn điều kiện bôi trơn

II kiểm tra điều kiện chạm trục

1 Đờng kính sơ bộ của trục

đờng kính trục đợc xác định sơ bộ theo mômen xoắn theo công thức :

Gọi l 1 và l 2 là khoảng cách từ bánh 3 đến trục I và khoảng cách từ bánh 2 đến trục III

đê bánh 2 không chạm vào trục III và bánh 3 không chạm vào trục I thì l 1 , l 2 >10(mm)

Ta có :

PhÇn IV

TÝnh to¸n ThiÕt kÕ chi tiÕt m¸y

CHƯƠNG I: tÝnh to¸n thiÕt kÕ trôcI- Chän vËt liÖu.

Víi trôc trong hép gi¶m tèc chÞu t¶i träng trung b×nh Ta chän vËt liÖu cho ba trôc lµ: ThÐp 45 t«i c¶i thiÖn : b = 850 Mpa ; ch = 580 Mpa; øng suÊt xo¾n cho phÐp

1

2 31886,947 / 2 2.( / 2)

2

2 175984, 688 / 22.( / 2)

3

2 2.175984,688

4399,617( ) 80

o tw



3 4

4

2 2.545703,947

4365,632( )250

F k  (0.1 0.3)F kt

8395, 445( )130

hn =(15…20) là chiều cao nắp ổ và đầu bulông.

III- Tính chính xác trục

1 Trục I

Sơ đồ hoá trục, tính phản lực, và vẽ các biểu đồ mômen:

- Mụ men xoắn và uấn do cỏc bỏnh răng gõy ra:

XE XB

54420,48 (N.mm)

1 ,

tdj j

A

Để đảm bảo tính công nghệ trong kết cấu chọn đờng kính tại các tiết diện nh sau:

+ Tiết diện lắp bánh răng tại c, d:

2 Trục II

Sơ đồ hoá trục, tính phản lực, và vẽ các biểu đồ mômen:

- Mômen uốn quanh trục x trong mặt phẳng yoz:

YA YE