Tính toán thiết kế chi tiết máy

Tài liệu tham khảo Tính toán thiết kế chi tiết máy

Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- Lời nói đầu Môn học chi tiết máy đóng vai trò quan trọng trong chơng trình đào tạo kỹ s và cán bộ kỹ thuật về cấu tạo ,nguyên lý làm việc và phơng pháp tính toán thiết kế các chi tiết, các thiết bị phục vụ cho các máy móc ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải. Đồ án môn học chi tiết máy có sự kết hợp chặt chẽ giữa lí thuyết với thực nghiệm. Lí thuyết tính toán các chi tiết máy đợc xây dựng trên cơ sở những kiến thức về toán học, vật lí, cơ học lí thuyết, nguyên lý máy, sức bền vật liệu v.v ,đ ợc xác minh và hoàn thiện qua thí nghiệm và thực tiễn sản xuất. Đồ án môn học chi tiết máy là một trong các đồ án có tầm quan trọng nhất đối với một sinh viên khoa cơ khí. Đồ án giúp cho sinh viên hiểu những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc và phơng pháp tính toán thiết kế các chi tiết có công dụng chung ,nhằm bồi dỡng cho sinh viên khả năng giải quyết những vấn đề tính toán và thiết kế các chi tiết máy ,làm cơ sở để vận dụng vào việc thiết kế máy. Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tiến Dũng trong bộ môn chi tiết máy đến nay đồ án môn học của em đã hoàn thành. Tuy nhiên việc thiết kế đồ án không tránh khỏi sai sót em rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy và sự chỉ bảo của các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tiến Dũng đã giúp đỡ em hoàn thành công việc đợc giao. Sinh viên : Hà Việt Anh Lớp : CN Hàn K50 ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 1 Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- Phần 1: TíNH TOáN Hệ DẫN ĐộNG I. Chọn động cơ Động cơ đợc chọn phải thoả mãn: P đc P yc T k /T dn >T qt n đc n sb A. Xác định công suất cần thiết của động cơ Công suất yêu cầu của động cơ đợc xác định bởi: P yc = yc P Trong đó: P yc - công suất cần thiết trên trục động cơ- kw - hiệu suất truyền động Do hệ dẫn động làm việc với tải trọng thay đổi theo chu kỳ.Do đó công suất tính toán P t sẽ đợc tính bởi công suất tơng đơng P tđ Công suất tơng đơng P tđ đợc xác định bằng công thức: P tđ = . P lv (kW) P lv Công suất làm việc trên trục của máy công tác. Hệ số truyền đổi : = 2 2 2 1 4 4 . 1 . 0,5 . 0,79 8 8 i i ck T t T t = + = ữ P lv = . 5000.0,45 2,25 1000 1000 F v = = KW P ct = P lv / = 2,25.0,79/ 0,89 = 2 KW Hiệu suất hệ dẫn động : = 4 2 . k ol br x . . Tra bảng 2.3 tr 19 ta có hiệu suất của các loại bộ truyền: ol = 0,995 ( Hiệu suất 1 cặp ổ lăn ) br = 0,97 ( Hiệu suất 1 cặp bánh răng trụ kín ) k = 1 ( Hiệu suất khớp nối ) x = 0,97 (Hiệu suất bộ truyền xích che kín ) = 1. 0,995 4 . 0,97 2 .0,97.0,99 = 0,89 ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 2 Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- B. Xác định tốc độ đồng bộ của động cơ. Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống là u sb . u sb = u sbh .u sbx Theo bảng 2.4, ta chọn sơ bộ tỷ số truyền: u sbh = 20 ( tỷ số truyền sơ bộ của hộp giảm tốc khai triển ) u sbx = 3 ( tỷ số truyền sơ bộ của bộ truyền xích ) u sb = u sbh . u sbx = 20.3 = 60 Số vòng quay của trục máy công tác là n lv : n lv = 60000. 60000.0,45 12,71 . 17.125 v z p = = vg/ph Trong đó : v : vận tốc xích tải(m/s) z : Số răng đĩa xích tải p : Bớc xích tải (mm) Số vòng quay sơ bộ của động cơ n sbđc : n sb = n lv. u sb = 12,71.60 =762,6 vg/ph Chọn số vòng quay sơ bộ của động cơ là n sb = 750 vg/ph. Quy cách động cơ phải thỏa mãn đồng thời : P đc P ct , n đc n sb và dn K mm T T T T . Ta có 1 1,3 Tmm T = Ta có : P yc = 2kW; n sb = 750 vg/ph ; Theo bảng phụ lục P 1.3 tr 238 Ta chọn đợc kiểu động cơ là : 4A112MB8Y3 Các thông số kĩ thuật của động cơ nh sau : P đc = 3 kW ; 701. / dc n vg ph= ; 1,8 Tk Tdn = Kết luận động cơ 4A112MB8Y3 có kích thớc phù hợp với yêu cầu thiết kế. II . PHÂN PhốI Tỷ Số TRUYềN A. Xác định sơ bộ tỷ số truyền Ta đã biết sbdsbhsb uuu = Tỷ số truyền chung : 701 55,15 12,71 dc c lv n u n = = = vg/ph Chọn u xích = 3 u hộp = 55,15 18,38 3 = ; 21 .uuu h = ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 3 Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- Theo bảng 3.1 trang 43 về tỷ số truyền của hộp giảm tốc khai triển ta có u 1 : Tỉ số truyền cấp nhanh u 2 : Tỉ số truyền cấp chậm Theo bảng 3.1 thì u 1 = 5,66; u 2 = 3,18 Tính lại giá trị u xích theo u 1 và u 2 trong hộp giảm tốc u xích = = u u h c 55,15 3, 06 5, 66.3,18 = Kết luận : u h = 18 ; u 1 = 5,66; u 2 = 3,18 ; u xích = 3,06 B. Xác định công xuất, momen và số vòng quay trên các trục . Tính công suất, mô men, số vòng quay trên các trục (I, II, III ) của hệ dẫn động. Công suất, số vòng quay : P lv = 2,25 (kW) P III = lv ot x P = 2,25 0,99.0,97 = 2,343 (kW) ; P II = brol III P = 2,343 2,428 0,995.0,97 = (kW) ; P I = brol II P = 2,428 0,995.0,97 = 2,516 (kW) ; Vòng quay trên các trục: n I = n đc = 701 (vg/ph) n II = 1 1 701 123,85 5, 66 n u = = (vg/ph) n III = 2 2 123,5 38,95 3,18 n u = = (vg/ph) Mô men : T I = 9,55. 10 6 . n P I I = 9,55.10 6 . 2,516 701 = 34276,46(Nmm). T II = 9,55. 10 6 . 10.55,9 = n P II II 6 . 2,428 123,85 = 187221,64 (Nmm). ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 4 Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- T III = 9,55. 10 6 . 10.55,9 = n P III III 6 . 2,343 38,95 =574471,12(Nmm). Ta lập đợc bảng kết quả tính toán sau: Trục Động cơ I II III Công tác P ( KW) 3 2,516 2,428 2,343 2,25 Tỷ số truyền 5,66 3,18 3,06 N( v/ph) 701 123,85 38,95 12,71 T(N.mm) 34276,46 187221,64 574471,12 ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 5 Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- Phần 2: tính toán thiết kế các bộ truyền i. tính toán bộ truyền xích ( Bộ Truyền ngoài ) 1. Chọn loại xích Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp ta dùng xích con lăn 2. Xác định các thông số của xích và bộ truyền Xuất phát từ công thức thực nghiệm Z 1 = 29 2u 19 = 29 2.3,06= 23. Lấy Z 1 = 23 Do đó số răng đĩa xích lớn z 2 =u.z 1 = 3,06.23 = 71 < z max =120 ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 6 Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- Công suất tính toán P tt = P III .k. k z .k n [ P 0 ] Trong đó: Với z 1 = 23, k z =z 01 /z 1 = 25/23 = 1,087 ( K z Hệ số răng ) Với n 01 = 50 v/ph, k n =n 01 /n III = 50/38,95 = 1,284 ( k n Hệ số vòng quay ) Hệ số sử dụng k= k 0 k a k đc k đ k c k bt =1.1.1.1.1,25.1,3 = 1,625 ; Theo bảng 5.6 ( Tài liệu thiết kế trang 82) ta có; k 0 Hệ số kể đến ảnh hởng của vị trí bộ truyền ( k 0 =1 - đờng tâm các đĩa xích nằm ngang ) k a Hệ số kể đến ảnh hởng khoảng cách trục và chiều dài xích (k a =1 chọn a = 30p) k đc Hệ số kể đến ảnh hởng của việc điều chỉnh sức căng xích k đc =1 (điều chỉnh bằng một trong hai đĩa xích ) k đ =1(tải trọng va đập êm ) k c =1,25 (làm việc 2 ca ) k bt = 1,3 (môi trờng có bụi, bôi trơn đạt yêu cầu ) Nh vậy ; P tt = 2,343.1,625.1,087.1,248 = 5,31kw Theo bảng 5.5 trang 81 với n 0 = 50 vg/ph, chọn bộ truyền xích 1 dãy có bớc xích p = 31,75 mm thoả mãn điều kiện mòn; P t < [ P 0 ] =5,83 kW - Khoảng cách trục a = 30p =30. 31,75 =952,5 mm; Số mắt xích sẽ là: x= 0,5(z 1 +z 2 )+2a/p +0,25(z 2 -z 1 ) 2 p/( 2 a) x= 0,5 (23+71) +2.30 +0,25(71-23) 2 / 2 952,5 =109. Lấy giá trị chẵn x c =108 và tính lại khoảng cách trục theo công thức; [ ] [ ] 2 2 1 2 1 2 1 2 2 2 0,25 0,5( ) 0,5( ) 2 23 71 0,25.31,75 108 0,5.(23 71) 108 0,5.(23 71) 2. 937 z z a p x z z x z z a = + + + = + + + = Để xích không quá căng giảm a một lợng 0,003.937 2,8a = = (mm) Ta lấy a =2,8 937 2,8 934( )a mm = = .Vậy khoảng cách trục là a =934 mm. Số lần va đạp của xích; i = z 1 n 1 /15x = 23.38,95 /15.108 12,71<[i] =25 ( tra bảng 5.9 trang 85 ) ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 7 Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- 3. Kiểm nghiệm xích về độ bền Để đảm bảo xích không bị phá huỷ do quá tải hệ số an toàn s phải thoả mãn điều kiện: s = Q/ (k đ F t +F 0 +F v ) [s] Theo bảng 5.2 tr 78, tải trọng phá hỏng Q =88,5 kN, khối lợng 1 mét xích q=3,8 kg; - K đ =1,7 (tải trọng mở máy bằng 2 lần tải trọng danh nghĩa ); - V =Z 1 p n 1 /60000 =23.31,75.38,95/60000 = 0,474 m/s. F t =1000 P III /v =1000 2,343 / 0,474 = 4943N. - F v = qv 2 = 3,8.0,474 2 = 0,85 (m/s). - F 0 =9,81k f qa = 9,81.4.3,8.0,934 = 139,27 N trong đó :k f = 4(bộ truyền xích nằm ngang). Do đó: s = 88,5.10 3 /(1,7.4943 +139,27 +0,85) = 10,36 Theo bảng 5.10 với n =50 vg/ph, [s] =7. Vậy s > [s] : bộ truyền xích đảm bảo đủ bền. 4. Đ ờng kính đĩa xích: d 1 =p/sin( /z 1 ) =31,75 /sin( /23) = 232 mm d 2 = p/ sin(/z 2 ) = 31,75/sin(/71) = 718 mm d a1 = p [0.5 +cotg(/z 1 ) ] = 31,75.[ 0,5 + cotg(/23) ] = 20,19 mm d a2 = p [0,5 +cotg(/z 2 ) ] = 31,75.[ 0,5 + cotg(/71) ] = 17,28mm d f1 = d 1 - 2r = 232 2.9,62 = 212,76 mm d f2 = d 2 2r = 718 2.9,62 = 698,76 mm với : r = 0,5025d l +0.05 = 0.5025.19,05 +0,05 =9,62 mm Trong đó d l =19,05(bảng 5.2 Trang 80). d l - đờng kính ống con lăn. 5. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích theo công thức H = 0,47[k r ( F t K đ +F vđ_ ) E/ (Ak d ) ] 1/2 [ H ] Trong đó: z 1 =23, E =2,1.10 5 MPa; F t = 4943 ( N ) k r =0,45; ( k r Hệ số ảnh hởng đến răng đĩa xích ) A =262 mm 2 (bảng 5.12);(A diện tích chiếu mặt tựa bản lề của xích con lăn) k d =1, ( k d hệ số phân bố tải trọng cho các dãy ) Lực va đập trên 1 dãy xích tính theo công thức; F vđ =13.10 -7 n 1 p 3 m = 13.10 -7 .38,95.31,75 3 .1 =1,62N Do đó: H1 = 0,47.[0,45.(4943.1 +1,62)2,1.10 5 /(262.1) ] 1/2 = 627,67 MPa ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 8 Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- Nh vậy dùng thép 45 tôi và ram sẽ đạt độ rắn 45 50 HRC với ứng suất cho phép [ H ] =800 900 MPa, đảm bảo đợc độ bền tiếp xúc cho răng đĩa 1. (Tơng tự , H2 [ H ] với cùng vật liệu và nhiệt luyện). 6. Xác định lực tác dụng lên trục F r = k x F t = 1,15.4943 = 5684,45 N II. TíNH Bộ TRUYềN BáNH RĂNG TRONG HộP GIảM TốC A.Tính toán bộ truyền cấp nhanh (bánh trụ răng thẳng). 1.Chọn vật liệu. Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241 ữ 285 có: b1 = 850 MPa ; ch 1 = 580 MPa. Chọn HB 1 = 245 (HB) Bánh lớn : Thép 45, tôi cải thiện đạt đọ rắn HB 192 .240 có: b2 = 750 MPa ; ch 2 = 450 MPa. Chọn HB 2 = 230 (HB) 2. Xác định ứng suất cho phép. [ ] ( ) HLxHVRHHH KKZZS = lim ; Chọn sơ bộ Z R Z V K xH = 1 [ ] HHLHH SK = lim S H : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc. S H =1,1. limH : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở; limH = 2.HB + 70 H lim1 = 560 MPa; H lim2 = 530 MPa; K HL = H m HEHO NN m H : Bậc của đờng cong mỏi khi thử về tiếp xúc,với m H = 6. N HO : Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc. N HO = 30. H 4,2 HB H HB : độ rắn Brinen. 74,2 1 10.6,1245.30 == HO N N HE : Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng. ( ) CKiiiiHE ttTTtncN /./ 60 3 1 = C: Số lần ăn khớp trong một vòng quay. ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 9 Đồ án môn học chi tiết máy ------------------------------------------------------------------------------------------------- T i , n i , t i : Lần lợt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét. ( ) ckiiiHE ttTTtncN /./ 60 3 111 = 3 3 6 7 1 1 4 4 60.1.701.12000. 1 (0,5) . 1 283,905.10 1,6.10 8 8 HE HO N N = + = > = ữ ta có : N HE1 > N HO1 => K HL1 = 1 [ H ] 1 = MPa509 1,1 1.560 = ; [ H ] 2 = MPa8,481 1,1 1.530 = Vì bộ truyền là bộ truyền bánh trụ răng thẳng nên : [ ] [ ] [ ] ( ) MPa HHH 8,481,min 21 == Tra bảng : F lim = 1,8.HB ; S F =1,75 ; => F lim1 = 1,8.245 = 441MPa. F lim2 = 1,8.230 = 414 MPa. K FL = F m FEFO NN m F : Bậc của đờng cong mỏi khi thử về uốn, với m F = 6. N FO : Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn. N FO = 4. 6 10 vì vật liệu là thép 45, N EE : Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng. ( ) cki m iiiFE ttTTtncN F /./ 60 1 = c : Số lần ăn khớp trong một vòng quay. T i , n i , t i : Lần lợt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét. 6 6 6 6 4 4 60.1.123,85.12000. 1 (0,5) . 45, 28.10 4.10 8 8 FEII FO N N = + = > = ữ Ta có : N FE1 > N FO1 => K FL1 = 1 [ F1 ] = 441.1.1 / 1,75 = 252 MPa, [ F2 ] = 414.1.1 / 1,75 = 236,5 MPa, ứng suất quá tải cho phép: [ H ] max = 2,8 ch2 = 2,8.450 = 1260MPa; [ F1 ] max = 0,8 ch1 = 0,8.580= 464MPa; [ F2 ] max = 0,8 ch2 = 0,8.450 = 360MPa; 3. Xác định sơ bộ khoảng cách trục: ------------------------------------------------------------------------------------------------- Hà Việt Anh CN Hàn K50 10 [...]... = 2 Chi u rộng vành răng: bw3 = 60 (mm) , bw4 = 60 (mm) Tỉ số truyền : u2 = 3,18 Góc nghiêng của răng: = 0o Số răng của bánh răng: Z3 = 48 , Z4 =152 Hệ số dịch chỉnh: x3 = 0 , x4 = 0 Đờng kính chia: d3 = 96(mm), d4 = 304(mm) Đờng kính đỉnh răng: da3 = 100(mm), da4 = 308(mm) Đờng kính đáy răng: df3 = 91(mm), df4 = 299(mm) Lực ăn khớp sẽ đợc tính ở phần tính toán thiết kế trục III tính toán thiết kế. .. 40 mm; Với d2 = 40 tra bảng 10.2, ta đợc chi u rộng ổ lăn b02= 23 (mm) T3 = 574471,12 N mm [ ] = 15MPa => d3 3 574471,12 = 57, 64 (mm) 0, 2.15 Lấy d3 = 60 mm Với d3 = 60, tra bảng 10.2, ta đợc chi u rộng ổ lăn b03= 31 (mm) d Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực Chọn K1 = 12 (mm) : Khoảng cách giữa các chi tiết máy hoặc từ mút của chi tiết máy đến thành trong của hộp K2 = 10 (mm) :... án môn học chi tiết máy Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục vào của hộp giảm tốc khai triển 189 59,5 Fy12 60 FY11 Fx12 3 2 Fr1 Fx11 1 FKn = 200N 4 Ft1 12000 N.mm 66400,8N.mm 21160,3N.mm 34276,46N.mm Theo ct 10.15 tính mômen uốn tổng tại các tiết diện trên trục: 2 M 1 j = M x1 j + M y1 j 2 Theo ct 10.16 tính mômen tơng đơng tại các tiết diện trên... (N) Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục trung gian hộp giảm tốc khai triển Theo ct 10.15 tính mômen uốn tổng tại các tiết diện trên trục: Hà Việt Anh CN Hàn K50 26 Đồ án môn học chi tiết máy 2 M 2 j = M x2 j + M y2 j 2 Theo ct 10.16 tính mômen tơng đơng tại các tiết diện trên trục : 2 M td 2 j =... 21 Đồ án môn học chi tiết máy lc12 = 0,5( lmnt + b01) + k3 + hn = 0,5( 43 + 17 ) + 15 +15 = 60 (mm) lc13 = 0,5( lmx + b03) + k3 + hn = 0,5( 79 + 31 ) + 15 + 15 = 85 (mm) e Xác định đờng kính và chi u dài các đoạn trục: Tính các lực tác dụng lên trục: lực do xích , lực tác dụng lên bánh răng, lực do khớp nối Các thành phần lực trong thiết kế đợc biểu diễn... 574471,12 N.mm Hà Việt Anh CN Hàn K50 29 Đồ án môn học chi tiết máy - Theo ct 10.15 tính mômen uốn tổng tại các tiết diện trên trục : 2 M 3 j = M x3 j + M y3 j 2 Theo ct 10.16 tính mômen tơng đơng tại các tiết diện trên trục : 2 M td 3 j = M 3 j + 0,75T3 j 2 Thay vào ta đợc : +>Tại điểm 3: Mux = 163691 (N.mm)... Với dj = d4 =60 mm Vì trục quay 1 chi u nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động , do đó m1 , a tính theo ct 10.23 m1 = a = T/2Wo = 6,77 Mpa Hà Việt Anh CN Hàn K50 34 Đồ án môn học chi tiết máy W0 = d j /16 = 42411,5 Phơng pháp gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra... các đoạn trục theo tiêu chuẩn : Kết hợp với đờng kính sơ bộ của trục 3 ( d3 > 57,64 ) Tiết diện trục lắp bánh răng tại tiết diện 3-3 chọn tiêu chuẩn d33 = 70(mm) Tiết diện trục đi qua ổ lăn chọn tiêu chuẩn (ngõng trục) d31 = d32 = 65(mm) Tiết diện trục lắp bánh xích chọn tiêu chuẩn d3x= 60 (mm) Các ổ lăn trên trục lắp theo kiểu k6 và lắp bánh răng ,lắp bánh xích theo k6 kết hợp lắp then Theo điều kiện... Đồ án môn học chi tiết máy 5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc Yêu cầu cần phải đảm bảo H [H] H = ZM ZH Z 2.T1 K H (u m +1) bw u m d w1 ; Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu; ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc; Z : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng; KH : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc; bw : Chi u rộng vành... Hà Việt Anh CN Hàn K50 18 Đồ án môn học chi tiết máy Khoảng cách trục: aw1 = 160 (mm) Môđun : m = 2 Chi u rộng vành răng: bw1 = 48 (mm) , bw2 = 48 (mm) Tỷ số truyền u1 = 5,66 Góc nghiêng của răng: = 0o Số răng của bánh răng: Z1 = 24 , Z2 = 136 Hệ số dịch chỉnh: x1 =0, x2 = 0; Đờng kính chia: d1 = 48(mm), d2 = 272 (mm) Đờng kính đỉnh răng: