Thiết kế trục và chọn ổ lăn

Để đảm bảo cho bộ truyền động băng tải làm việc ổn định và ít rung động ta phải tính toán và chọn động cơ sao cho vừa đủ công suất không quá thừa nhằm tránh vượt tải và thừa tải quá nhiều

Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy Lời nói đầu Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây là thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng với yêu cầu về lực cũng như vận tốc và các đặc trưng khác . Đồ án môn học chi tiết máy với bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kế các chi tiết máy trong lĩnh vực cơ khí nhằm nâng cao kỹ năng tính toán , hiểu sâu hơn về kiến thức đã học . Nội dung đồ án môn học chi tiết máy bao gồm . Tính toán chọn động cơ cho hệ dẫn động băng tải . Tính toán bộ truyền trong và bộ truyền ngoài . Thiết kế trục và chọn ổ lăn . Tính toàn vỏ hộp và các chi tiết khác . Tính toán bôi trơn . Đồ án môn học chi tiết máy là tài liệu dùngđể thiết kế chế tạo các hệ dẫn động cơ khí , nhưng đây không phải là phương án tối ưu nhất trong thiết kế hệ dẫn động do những hạn chế về hiểu biết và kinh nghiệm thực tế . Trong đồ án này có tham khảo tài liệu : - Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tập 1[TL1], 2[TL2] : Trịnh Chất – Lê Văn Uyển. - Chi tiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp :Tập 1, Tập 2. - Dung sai và lắp ghép – Ninh Đức Tốn. Nguyễn Tuấn Khoa Cơ Điện Tử 2 – K49 ĐHBK Hà Nội Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 1 Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy Mục lục Phần I I.Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền… Trang 3 Bảng số liệu của hộp giảm tốc Trang 4 Phần II :Thiết kế và tính toán các bộ truyền 1.Tính toán bộ truyền xích… Trang 4 2.Tính bộ truyền trục vít trong hộp giảm tốcTrang 7 3.Tính bộ truyền bánh răng…Trang 11 4.Kiểm tra điều kiện bôi trơn của hộp giảm tốc…Trang 16 Phần III :Tính toán thiết kế trục và chọn ổ lăn 1. Tính toán thiết kế trục.Trang 17 2. Chọn ổ lăn….Trang 34 Phần IV :Thiết kế vỏ hộp và bôi trơn hộp giảm tốc… .Trang41 Phần V : Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai Trang47 Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 2 Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy Đề 21: Thiết kế hệ dẫn động băng tải F V B 5 4 2 3 1 H D 1.Động cơ; T mm =1,5T 1 ; 2.Khớp nối ; T 2 =0,7T 1 ; 3.Hộp giảm tốc ; t 1 =5 h; 4.Bộ truyền xích ; t 2 =3 h; 5.Băng tải; t ck =8 h; *Số liệu cho trước 1.Lực băng tải: F=9000N; 2. Vận tốc băng tải: v=0,48 m/s; 3.Đường kính tang: D= 320mm; 4.Chiều cao tang : H=750 mm 5.Thời gian phục vụ: I h =20000 giờ 6.Số ca làm việc: soca=2; 7.Đặc tính làm việc : va đập vừa; Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 3 T T1 T2 t1 t2 tck mm t T Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy Phần I : I / Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền u : I.1 /Chọn động cơ : a/Tính công suất +/Để đảm bảo cho bộ truyền động băng tải làm việc ổn định và ít rung động ta phải tính toán và chọn động cơ sao cho vừa đủ công suất không quá thừa nhằm tránh vượt tải và thừa tải quá nhiều . +/Từ yêu cầu: - Lực kéo băng tải : F=9000 N. - Vận tốc băng tải : v = 0,48 m/s. => Công suất cần thiết trên trục động cơ : P ct = β η . .1000 . ch VF Trong đó: F=9000 N : lực kéo băng tải. V=0,48m/s : vận tốc băng tải. η ch : tổng hiệu suất của các khâu η ch =η k .η tv .η br .η ot .η ol 3 . η x = 0,99.0,82.0,98.0.98.0,992 3 .0,92 =0,700. β= ∑ ∑         i i i t t P P . 2 1 = 899,0 8 3.7,05.1 2 = + . => P ct = β η . .1000 . ch VF = 548,5899,0. 700,0.1000 .48,0.9000 = (kW) b/Tính tốc độ sơ bộ của trục động cơ: Ta có : n sb = n ct .u hộp .u ngoài , theo CT2.16 tr.21[TL1] n ct = 65,28 320.14,3 48,0.1000.60 . . 1000.60 == V D π (v/ph). Theo bảng 2.4 tr.21[TL1] Chọn u tbhop = 50; u tbngoai =2 => n sb =28,65.50.2 = 2865; Do đó chọn động cơ K160S2 : ( theo bảng P1.1tr.234[TL1]) Bảng thông số động cơ: N đc (v/p) P(Kw) Cosϕ η I k /I dn T k /T dn 2935 7,5 0,93 0,86 7,3 2,2 +/ Kiểm tra điều kiện mở máy : Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 4 Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy 5,1 5,1 1 1 1 == T T T T mm Với Động cơ đã chọn có 2,2 = dn k T T > 5,1 1 = T T mm . Vậy động cơ K160S2đáp ứng được yêu cầu công suất, tốc độ và điều kiện mở máy I.2/ Phân phối tỉ số truyền (u) Tỷ số truyền của hệ dẫn động: u ch = 44,102 65,28 2935 == tg dc n n u ch =u hộp .u ngoài Dựa vào bảng 2.4 tr.21[TL1] chọn u ngoài = 2,0; => u h =u ch /u ng =102,44/2=51,22. Với hộp giảm tốc Trục vít –Bánh răng theo kinh nghiệm ta lấy: u br =(0,05 …0,06)u h =2,56 – 3,07 ; chọn u br = 3,00 . => u tv = 073,17 00,3 22,51 = . Chọn u br =17,0. => Tính chính xác u ng = u ch /u h =u ch /(u tv .u br ) = 102,44/(3,0.17,0) = 2,009. I.3/ Tính công suất,số vòng quay, mômem xoắn trên các trục +/Tính công suất trên các trục: P ct = P tg = )(32,4 1000 48,0.9000 1000 . KW VF == P 3 = )(791,4 92,0.98,0 32,4 . KW P tx tg == ηη P 2 = )(929,4 992,0.98,0 791,4 . 3 KW P olbr == ηη P 1 = )(059,6 992,0.82,0 929,4 . 2 KW P oltv == ηη P đc = )(170,6 992.0.99,0 059,6 . 1 KW P olk == ηη +/Số vòng quay trên các trục n 1 = n dc = 2935 (v/ph) n 2 = n 1 /u tv =2935/17,00 =172,65 (v/ph) n 3 = n 2 /u br =172,65/.3,00 =57,55 (v/ph) n ct = n 3 /u x =57,55/2,01 =28,63 (v/ph) +/Mômen xoắn trên các trục T= )/( )(.10.55,9 6 fvn kwP (Nmm) T tg = 1441005 63,28 32,4.10.55,9 6 = (Nmm) T 3 = 795031 55,57 791,4.10.55,9 6 = (Nmm) Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 5 Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy T 2 = 272644 65,172 929,4.10.55,9 6 = (Nmm) T 1 = 19715 2935 059,6.10.55,9 6 = (Nmm) Bảng thông số: Trục Trụcđ/c Trục 1 Trục 2 Trục 3 Trục ct P(kw) 6,170 6,059 4,929 4,791 4,32 u 17,00 3,00 2,01 n (v/f) 2935 2935 172,65 57,55 28,63 T(Nmm) 19.715 272.644 795.031 1.441.005 II/ Tính toán thiết kế các bộ truyền II.1/ Thiết kế bộ truyền ngoài (xích) a/Chọn loại xích Vì tải nhỏ , va chạm vừa ,vận tốc thấp chọn xích con lăn. b/Xác định các thông số của xích và bộ truyền: Theo bảng 5.4 tr.80[TL1] với u=2,01 chọn số răng xích Z 1 =25 => Z 2 =2,01.25=50,25. Lấy Z 2 =50 < Z max =120 . Theo CT 5.13 tr.81[TL1] , công suất tính toán : +/ P t =P.K.K z .K n ; Trong đó : P = P 3 =4,791 (Kw) : công suất cần truyền. K z = 1 25 25 1 01 == Z Z : hệ số răng. K n = 869,0 55,57 50 1 01 == n n : hệ số vòng quay. Theo CT5.4 tr.81[TL1],ta có: K = K o . K a . K đc . K đ . K c . K bt = 1.1.1,1.1,3.1,25.1,3 =2,113; Theo bảng (5.6) tr.82[TL1] K o =1 : hệ số ảnh hưởng vị trí bộ truyền (đường nối 2 tâm đĩa xích . nằm nghiêng 1 góc <60 0 so với phương nằm ngang). K a =1 : hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích (chọn a=40p). K đc =1,1 : hệ số kể dến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích . (điều chỉnh được bằng con lăn căng xích). K đ =1,3 : hệ số tải trọng động (va đập vừa). K c =1,25 : hệ số kể dến chế độ làm việc (2 ca). Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 6 Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy K bt =1,3 : hệ số kể dến ảnh hưởng của việc bôi trơn (có bụi chất lượng bôi trơn đạt yêu cầu). => P = 4,791.2,113.1.0,869 = 8,795 (kW); Vì công suất khá lớn nên chọn bộ truyền xích 2 dẫy với K d =1,7 => P ’ t =P t /K d =8,795/1,7=4,821(kW). Theo bảng( 5.5) với n 01 =50 (v/f) ,chọn bộ truyền xích 2 dẫy có p=31,75mm có [P] = 5,83 > P t ’ = 4,821(kW) đồng thời p < p maz =50,8 (mm). (theo bảng 5.8 tr.81[TL1]). +/ Khoảng cách trục: a = 40.p = 40.31,75=1270 (mm) Theo (5.12) Số mắt xích x = a p ZZ ZZ p a 4 .)( 2 2 2 2 21 21 π −+ + + = ;90,117 1270.14,3.4 75,31 .)2550( 2 5025 80 2 2 =−+ + + chọn x c =118 ; & / Tính lại khoảng cách trục a * = ( ) [ ]                 − −+−++− 2 12 2 2121 2).(5,05,025,0 π ZZ ZZXZZXp CC = = [ ] );(66,1271 14,3 25 275.5,011875.5,011875,31.25,0 2 2 mm =                 −−+− Để xích làm việc không quá căng cần giảm 1 lượng a ∇ ((= 0,002 – 0,004) a) Lấy a ∇ =0,003.a * = 3,81 mm; Vậy khoảng cách trục là a=a * - a ∇ =1267,85 mm; +/ Số lần va đập của xích : Theo (5.14 ) i = 813,0 118.15 55,57.25 15 11 == x nZ < [i] =20(1/s) theo (B5.9) tr.85[TL1] c/ Kiểm nghiệm xích về độ bền: Theo (5.15) tr.85[TL1] , ta co: s = vtd FFFK Q ++ 0 . Q: tải trọng phá hỏng (N); Theo (b5.2) tr.78[TL1]: Q =177 kN=177000N ; q=7,3kg; K đ =1,2 do T mm /T 1 =1,5; F t : lực vòng F t =1000.P/v; ( với v= ;761,0 60000 55,57.75,31.25 60000 11 == ntZ ) = 86,6292 761,0 791,4.1000 = ( N); F 0 = 9,81.K f .q.a : lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra = 9,81.2.7,3.1,268=181,61(N) với K f =2 (đường nối 2 tâm đĩa xích Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 7 Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy nghiêng 1 góc 40 0 so vói phương nằm ngang ); F v :lực căng do lực li tâm sinh ra F v = q.v 2 : lực căng do lực li tâm sinh ra =7,3.0,761 2 =4,23 (N) => s = 88,22 23,461,18186,6292.2,1 177000 = ++ >8,5=[s] (theo bảng5.10tr.86[TL1]) Vậy xích đủ bền. d/ Đường kính đĩa xích Theo CT 5.17 tr.86 [TL1] &bảng 13.4 [TL2] d 1 =p/sin( 1 / Z π ) = 31,75/sin( 25/ π ) = 253,32 mm; d 2 =p/sin( 2/ Z π ) = 31,75/sin( 50/ π ) = 505,65 mm ; d a1 =p.(0,5+cotg( 1 / Z π ) = 31,75.(0,5 + cotg ( )25/ π = 267,20 mm; d a2 = 520,53 mm; d f1 =d 1 -2r =253,32 - 2.9,62 = 234,08 mm; d f2 =486,41 mm; do r = 0,5025.d l ’ +0,05 =9,62; d l ’ =19,05 mm (theo bảng 5.2) e/ Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích ứng suất tiếp xúc trên mặt răng đĩa xích phải thoả mãn điều kiện σ H1 = ≤ + d vddtr KA EFKFK . ) .( .47,0 [σ H ] [σ H ] :ứng suất tiếp xúc cho phép K r =0,42 :hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích phụ thuộc vào Z (bảng trang 87) K đ =1,3 :hệ số tải trọng động (bảng5.6 tr.82[TL1]) K vđ =13.10 -7 .n 1 .p 3 .m :lực va đập trên m dãy xích =13.10 -7 .57,55.31,75 3 .1,7=4,07. K d =1,7 :hệ số phân bố không đều tải trọng không đều cho các dẫy (2dẫy xích) E=2,1.10 5 MPa :môđun đàn hồi A=446 mm 2 :diện tích chiếu của bản lề (bảng5.12 tr.87[TL1]) => σ H1 = 6,458 7,1.446 10.1,2).07,43,1.86,6292.(42,0 .47,0 5 = + MPa < 600 (MPa) Theo bảng 5.11 Thép 45 tôi cải thiện đạt ứng sứât cho phép [σ]=600MPa. Vậy dùng xích 2 dãy đảm bảo độ bền tiếp xúc cho đĩa xích . Đĩa 2: σ H2 < σ H1 < 600 (MPa) => cũng thoả mãn. f/Xác định lực tác dụng lên trục: F r =K x .F t =1,05.6292,86= 6607,50 (N); (do K x =1,05 với bộ truyền nghiêng 1 góc 40 0 so với phương nằm ngang) Bảng các thông số: Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 8 Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy CS cho phép : [P]=5,83KW (2dẫy xích) Khoảng cách trục: a =1267,85 mm Bước xích: p = 31,75 mm Đường kính đĩa xích: d 1 /d 2 =253,32 /505,65 mm Số dãy xích: m =2 Số răng đĩa xích: z 1 /z 2 =25/50 Số mắt xích: x=118 Chiều rộng đĩa xích (tr20.tl2) b m = 0,9B- 0,15=0,9.35,46- 0,15 =31,76 mm II.2/ Bộ truyền trục vít –bánh vít a/Chọn vật liệu +/Tính sơ bộ vận tốc trượt v sb = 8,8.10 -3 .(P 1 .u.n 1 2 ) 1/3 =8,8.10 -3 .(6,059.17.2935 2 ) 1/3 =8,46> 5m/s (do n 1 =2935 v/ph; T 2 =272644 (Nmm) theo mục I) -Trục vít làm bằng thép C chất lượng tốt (thép 45 tôi bề mặt đạt độ rắn HRC45). -Theo (B7.1 tr.147[TL1] ) ,với v sb >5 m/s chọn đồng thanh thiếc để chế tạo bánh vít (Mác БpOЦΦ 5-5-5) -Theo bảng 7.1 với БpOЦΦ 5-5-5 đúc trong khuôn kim loại: σ b =200-250 (MPa ), σ ch =80-100 (MPa); +/ứng suất tiếp xúc cho phép: [σ H ]=[σ HO ].K HL ( theo công thức7.2); Trong đó: [σ HO ] :ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 10 7 chu kỳ [σ HO ]=(0,75-0,9)σ b = 0,9.240=216(MPa); K KL :hệ số tuối thọ K KL = 8 7 10 HE N ; Với N HE :số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương: N HE = 60. ∑         ii Max i tn T T 2 4 2 2 = 60. ∑ ∑∑         i i i Max i i t t n T T t . 2 4 2 2 = 60.172,65.20000(1.5/8+0,7 4 .3/8) =148,14.10 6 Vậy K KL = 8 6 7 10.14,148 10 =0,714; =>[σ H ] =216.0,714 = 154,22 (MPa); +/ứng suất uốn cho phép: [ σ F ] = [σ F0 ].K FL ; [σ F0 ] :ứng suất uốn cho phép ứng với 10 6 chu kỳ do bộ truyền quay một chiều nên [σ F0 ] =0,25.σ b +0,08.σ ch = 0,25.240+0,08.90 = 67,2(MPa); K FL :hệ số tuổi thọ Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 9 Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot Đồ án Chi tiết máy K FL = 9 6 10 FE N ; Với N FE = 60. ∑         ii Max i tn T T 2 9 2 2 =60. ∑ ∑∑         i i i Max i i t t n T T t . 2 9 2 2 = = 60.172,65.201000.(1.45/8+0,7 9 .3/8) =132,62.10 6 K FL = 9 6 6 10.62,132 10 = 0,581. => [σ F ] =67,2.0,581 =39,04 (Mpa); +/ứng suất quá tải: [σ H ] max =4σ ch =4.90 =360 (MPa); [σ F ] max =0,8σ ch =0,8.90 =72 (MPa); b/ Tính toán truyền dộng trục vít về độ bền +/Các thông số cơ bản của bộ truyền - Khoảng cách trục: a W = (Z 2 +q) 3 2 2 2 . . ].[ 170 q KT Z H H         σ Do vận tốc lớn nên chọn Z 1 =2; =>Z 2 = u tv .Z 1 =17.2 = 34; K H = 1,1 – 1,3 :hệ số tải trọng q >(0,25 -0,3).Z 2 = 8,5 – 10,2 :hệ số đường kính trục vít Chọn sơ bộ K H = 1,1 ; Theo bảng (7.3 ) chọn q=12,5; a W =(34+12,5) 3 2 5,12 1,1.272644 . 22,154.34 170       =136,36(mm); chọn a W =135 mm; - Mô đun dọc của trục vít m =2.a W /(Z 2 +q) = 2.135/(34+12,5) = 5,8. Chọn m = 6,3 theo tiêu chuẩn (bảng 7.3 tr.150[TL1]); - Tính lại khoảng cách trục : a w = m(Z 2 +q)/2 = 146,47 mm.Lấy a w =145. - Hệ số dịch chỉnh: x= m a W¦ - 0,5(q+Z 2 ) = 3,6 145 - 0,5(12,5+34) = - 0,23 ∈ (- 0,7 ;0,7) . (thỏa mãn dịch chỉnh); +/Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện: σ H = q KT a qZ Z H W . . 170 2 3 2 2         + ≤ [σ H ] theo (7.19) Nguyễn Tuấn Khoa – Cơ Điện Tử 2-K49 10 . t c thoả m n điều ki n bôi tr n. Ph n III / T nh to n thi t k tr c v chon ổ l n . III.1/ T nh to n thi t k tr c: a/ Ch n v t liệu: Ch n v t liệu ch . c c đ c tr ng kh c . Đồ n m n h c chi ti t máy v i bư c đầu l m quen v i c ng vi c t nh to n , thi t k c c chi ti t máy trong l nh v c cơ khí nhằm n ng