Đồ án môn chế tạo máy

Đặc điểm: - Làm việc với tải trọng khác nhau. - hệ số sử dụng trọng tải đạt khoảng 75%

ỏn thit k h truyn ng c khớ GVHD: Trn Ngc Nhun Mục lục I. phần 1: .2 1. Phân tích chế độ làm việc 2 2. Các thông số ban đầu: .2 2. Phân phối tỉ số truyền .12 3. Tính toán các thông số động học 12 II. Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc .14 1. Tính toán cấp nhanh bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 14 2. Tính toán cấp chậm bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng .19 III. Tính toán bộ truyền xích 24 1. Chọn loại xích .24 4. Tính đờng kính xích .26 5. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc .26 6. Xác định lực tác dụng lên trục .26 7. Kết luận 27 IV. Tính toán thiết kế trục 27 1. Xác định sơ đồ đặt lực 27 2. Chọn vật liệu chế tạo: .28 3. Xác định sơ bộ đờng kính trục .28 4. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực .28 5. Xác định phản lực tại các gối đỡ .29 6. Tính chính xác đờng kính các đoạn trục .30 7. Kiểm nghiêm về độ bền mỏi .32 8. Tính và kiểm nghiệm độ bền của then .35 V. Tính toán thiết kế ổ lăn 36 1. Chọn ổ lăn đối với trục I ( trục vào ) .36 2. Chọn ổ lăn cho trục II của hộp giảm tốc 37 3. Chọn ổ lăn cho trục III của hộp giảm tốc: 39 4. Các thông số cơ bản của ổ lăn trong hộp giảm tốc khai triển th- ờng 40 VI. Xác định các thông số của vỏ hộp .41 1. Các kính thớc cơ bản của vỏ hộp .41 2. Các chi tiết khác .42 Tài liệu tham khảo .46 1 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần I. phÇn 1: 1. Ph©n tÝch chÕ ®é lµm viƯc Đặc điểm: - Làm việc với tải trọng khác nhau - Hệ số sử dụng tải trọng đạt khoảng 75% - Vận tốc làm việc nhẹ - Cường độ làm việc 25% - Số lần mở máy 120 lần/giờ Bảng 1. Bảng số liệu về chế độ làm việc của cần trục: Chỉ tiêu Chế độ làm việc (T) + Cường độ làm việc, CĐ%. + Hệ số sữ dụng theo tải trọng, k Q . + Số lần mở máy trong một giờ,m. + Số chu kỳ làm việc trong một giờ, a ck . + Nhiệt độ môi trường xung quanh, t o C. 25 0,55 120 20-25 25 0 Thời gian phục vụ năm - Ổ lăn - Bánh răng - Trục và các chi tiết khác 5 10 15 Thời gian làm việc trong thời hạn trên,h - Ổ lăn - Bánh răng - Trục và các chi tiết khác 3.500 7.000 10.000 2. C¸c th«ng sè ban ®Çu: Nhiệm vụ thiết kế cần trục tàu thủy trọng tải 3T. Tàu có thông số cơ bản là: + L Max = 90 (m) + B Max = 13 (m) + H = 6.0 (m) Tàu bao gồm 4 khoang hàng chiều dài mỗi khoang là 15 (m). Mỗi khoang bố trí một cần cẩu hình (1-12) 2 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần Kích thước cơ bản của derrick (chiều dài cần, chiều cao cột và vò trí chân cần .) phụ thuộc vào kích thước tàu, cách bố trí hầm hàng, kích thước hầm hàng cách bố trí hàm hàng trên tàu, công dụng tàu . dựa vào năng suất xếp dỡ hàng hoá ta xác đònh tốc độ nâng, vận tốc quay cần trục, vận tốc trung bình thay đổi tầm với. Dựa vào mẫu ta xác đònh được các thông số cơ bản như sau: - Tải trọng nâng đònh mức: Q = 3T - Tốc độ nâng: v n = 20 (m/ph) - Chiều dài cần: L c = 12(m) - Đường kính tang: 260 mm - Lực vòng tang: - Chiều dài tang: 600mm - Đường kính tời: 260 mm - Khoảng cách từ chân cần đến miệng hầm hàng phụ thuộc vào kích thước các tời, chọn bằng 3.5 (m). - Chiều cao chân cần tính từ sàn tời: h = 2,25 (m) - Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần, dựa vào tỷ số h/l đối với cần nhẹ h/l = 0.4 ÷ 1.0 ta chọn chiều cao cột là: 9 (m) - Cần cầu và các thiết bò của cần cẩu làm việc với chế độ nhẹ. 4. Chọn phương án cho cơ cấu nâng: Việc chọn phương án cho cơ cấu nâng phải đảm bảo một số yêu cầu sau: - Lắp ráp sửa chữa dễ dàng 3 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần - Đảm bảo độ bền và có khả năng thay thế dễ dàng khi bò hỏng hóc. - Chắc chắn vững vàng khi làm việc - Kích thước gọn, trọng lượng nhẹ Chọn sơ đồ cho cơ cấu nâng như hình vẽ (2-1) lắp cho cơ cấu trục quay. 5. Tính chọn động cơ điện Để chọn động cơ điện cho cơ cấu nâng phải thỏa mãn điều kiện sau: - Trong quá trình làm việc động cơ không phát nóng quá nhiệt độ cho phép, để không làm hư vật liệu cách điện trong cơ cấu nâng. - Có khả năng quá tải đột ngột trong thời gian ngắn. - Có mômen mở máy đủ lớn để thắng mômen cản ban đầu của phụ tải khi khởi động. Đối với cơ cấu nâng công suất được chọn theo công thức tónh khi nâng vật bằng tải trọng danh nghóa (2,5 tấn). Công thức tónh khi nâng vật bằng tải trọng danh nghóa, được xác đònh theo công thức: η .1000.60 . n VQ N = 4 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần Trong đó: Q- tải trọng nâng vật, Q = 30000 (N) V n - vận tốc nâng vật V n = 20 (m/phút) η- hiệu suất của cơ cấu nâng được tính theo công thức η = η p .η t .η o + η p = 0,96 hiệu suất palăng + η t = 0,96 hiệu suất của tang + η o = 0,90 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối xuất phát từ các số liệu. Với giả thuyết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ. η = 0,96. 0,96.0,90 = 0,83 30000.30 18,07 60.1000.0,83 N KW= = 5.1. Chọn động cơ điện Trong ngành máy nâng vận chuyển thường dùng nhiều loại động cơ điện xoay chiều và một chiều, cả hai động cơ điện chuyên dùng và động cơ điện công dụng chung. Loại động cơ điện chuyên dùng với dòng điện một chiều có ba loại: kích thích nối tiếp, kích thích song song và kích thích hỗn hợp. Các loại động cơ điện này làm việc phù hợp với điều kiện làm việc của máy trục, nhưng ít được sử dụng vì trong thực tế không có sẵn dòng điện một chiều. Động cơ điện chuyên dùng với dòng điện xoay chiều có hai loại: động cơ điện loại rôto dây quấn và động cơ điện rôto lồng sóc có đường đặc tính cứng, tốc độ động cơ thay đổi rất ít khi phụ tải thay đổi và được sử dụng phổ biến hơn cả. Qua việc phân tích trên ta chọn động cơ điện chuyên dùng dòng điện xoay chiều làm việc ở chế độ trung bình, có thông số kỹ thuật bảng (2-4) sau: Bảng 2: thông số kỹ thuật của động cơ Kiểu động cơ Công suất Vận tốc cosϕ dm m M M dm M M max Mômen bánh đà của roto Trọng lượng 5 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần KW (v/ph) GD 2 (kgm 2 ) (kg) ĐK-72-6 14 980 0,83 1,4 2,2 2,3 280 5.2. Kiểm tra động cơ Động cơ đã chọn có công suất danh nghóa nhỏ hơn công suất tính toán. Nên phải kiểm tra về nhiệt tức là trong quá trình làm việc nhiệt độ động cơ không quá nhiệt độ đốt nóng cho phép (25 o C). Để thỏa mãn điều kiện này trong quá trình làm việc với chế độ ngắn hạn lặp lại liên tục, công suất bình phương trung bình do động cơ phát ra không vượt quá công suất danh nghóa của nó với cường độ làm việc, CĐ 25%. Công suất trung bình bình phương của động cơ điện trong chu kỳ làm việc có tính cả các thời kỳ mở máy, KW: dn tb tb N nM N ≤= 9550 . Trong đó: M tb : mômen bình phương trung bình tính theo công thức: ∑ ∑∑ + = t tMtM M vmmm tb . 22 Với: + ∑t m : tổng thời gian mở máy trong các thời kỳ làm việc với tải trọng khác nhau (s) + M t : Mômen cản tónh tương ứng với tải trọng nhất đònh trong thời gian chuyển động ổn đònh với tải trọng đó, N m . + t v : thời gian chuyển động với vận tốc v ổn đònh khi làm việc với từng tải trọng,s. + ∑ t : Toàn bộ thời gian động cơ làm việc trong một chu kỳ bao gồm thời gian làm việc trong thời kỳ chuyển động ổn đònh và không ổn đònh, s. + M m : Mômen mở máy của động cơ điện, N m Theo động cơ đã chọn trên, có mômen mở máy được xác đònh: 2 mMinnMax m MM M + = Trong đó: M nMax = (1,8 ÷ 2,5) M dn : Mômen mở máy lớn nhất 6 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần M nMin = 1,1 M dn : Mômen mở máy nhỏ nhất M dn : Mômen danh nghóa của động cơ được xác đònh 14 9550 9550 136,43 980 dc dn dc N M Nm n = = = Suy ra: M nMax = 2,0. M dn = 2,0. 136,43 = 272,86 (Nm) M nMin = 1,1. M dn = 1,1. 136,43 = 150,07 (Nm) Vậy mômen mở máy là : 272,86 150,07 211,47 2 m M Nm + = = Để tính mômen mở máy trung bình bình phương cần xác đònh được sơ đồ sử dụng tải trọng theo thời gian. Trong quá trình tính toán ta sử dụng đồ thò gia tải trung bình các cơ cấu máy trục ở chế độ làm việc nhẹ theo hình (2-4). Theo sơ đồ này cơ cấu nâng sẽ làm việc với các tải trọng: Q 1 = Q; Q 3 = 0,2Q; Q 2 = 0,75Q và tỷ lệ thời gian làm việc ứng với các tải trọng này là 2:3:5. Để tính toán phải xác đònh một số thông số sau: - Trọng lượng vật nâng và bộ phận mang vật: Q max = k.Q dn = 1,2.3000 = 3600 (kg) - Lực căng dây cáp đònh mức khi nâng vật: 7 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần )(3.1913 98,0.96,0.2 3600 . max KG a Q S RP dm === ηη - Hiệu suất cơ cấu nâng không tính đến hiệu suất palăng khi làm việc với tải trọng đònh mức. η’ = η t .η 0 = 0,96. 0,90 = 0,86 Khi làm việc vật nâng với tải trọng khác, hiệu suất này được xác đònh theo đồ thò. Đồ thò quan hệ giữa hiệu suất và tải trọng như trong hình 2-6. - Mômen trên trục động cơ khi nâng: 85,21 86,0.14.2 1.275,0.3,1913 2 ' === η i mDS M odm n (Nm) - Lực căng cáp khi hạ vật: 1 2 2 (1 ) 36000(1 0,98)0,98 17461,81 (1 ) 1(1 0,98 ) a m max h a Q S N m λ λ λ + − − − = = = − − Với: m- số nhánh cáp cuốn lên tang. - Mômen trên trục động cơ khi hạ vật: 0 . . . ' 17461,81.0,275.1.0,86 147,49 2. 2.14 h h S D m M Nm i η = = = - Thời gian mở máy khi nâng vật, theo công thức: η β 22 1 2 00 11 2 )(375)(375 )( iaMM nDQ MM nDG t nmnm ii n m − + − = ∑ 8 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần Trong đó: β = 1,1 ÷ 1,3: hệ số quy đổi mômen quán tính bánh đà các chi tiết khác về trục động cơ có thể lấy gần đúng. βΣ (G i D i 2 ) 1 = 1,3 (G i D i 2 ) roto = 1,3 . 23 = 29,9 (Nm 2 ) M m = 211,47: mômen mở máy của động cơ n 1 = 980 (vòng): số vòng quay trên trục động cơ Q max = 3600 (kg) : trọng lượng vật nâng và bộ phận mang vật D 0 = 0,275(m): đường kính tang tính đến lớp cáp thứ nhất. a = 2: bội suất palăng i = 14: Tỉ số của cơ cấu η = 0,83: Hiệu suất của cơ cấu 2 2 2 29,9.980 36000.0,275 .980 0,47 375.(211,47 21,85) 375.(211,47 21,85).2 .14 .0,83 n m t s= + = − − - Gia tốc mở máy khi nâng vật: 2 20 0,71 / 60. 60.0,47 n n n m V J m s t = = = - Thời gian mở máy khi hạ vật: η β 2 0 2 100 11 2 )(375 )(375 )( iaMM nDQ MM nDG t hm hm ii h m − + − = ∑ 2 2 2 29,9.980 45000.0,275 .980 0,77 375(211,46 98,9) 375(211, 46 98,9).2 .14 .0,83 h m t s= + = + + - Thời gian chuyển động ổn đònh 60. 60.13,5 40,5 20 v n H t s V = = = Với tải trọng Q 2 = 0,75Q; Q 3 = 0,2Q; cũng tính toán tương tự như trên và được thống kê theo bảng (2-5): Bảng 3. Thông số cho trường hợp tải trọng khác nhau 9 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần Thông số cần tính toán Q 1 = Q Q 2 = 0,75Q Q 3 = 0,2Q Q 0 (N) S n (N) η (hình) M n (Nm) S h (N) M h (Nm) t n m (s) t h m (s) M m (Nm) 36000 1913,3 0,83 21.85 17461,8 147,49 0,47 0,77 211,46 27000 1435 0,88 20 9276,5 110,62 0,45 0,75 211,46 7200 3826 0,62 4,4 2473,75 29,5 0,40 0,71 211,46 2 2 2 2 2 2 2 211,46 (2.1,51 5.0,47 3.0,40 2.0,77 5.0,75 3.0,71 40,5.(2.21.85 5.20 3.4,4 2.147,49 5.110,62 3.29,5 ) 40,5.10 2.0,47 5.0,45 3.0,40 2.0,77 5.0,75 3.0,71 135,62 TB M Nm + + + + + = + + + + + + + + + + + + = Công suất trung bình bình phương: KW nM N dcTB TB 91,13 9550 980.62,135 9550 . === ⇒ N TB < N dn Từ kết quả tính toán cho phép ta kết luận động cơ đã chọn hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu làm việc. 6. Tỉ số truyền Tỉ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang được xác đònh: tg dc c n n i = Trong đó: n tg - số vòng quay của tang 0 . 20.2 70 . 3,14.0,27 n tg V a n D π = = = vòng/phút V n : vận tốc nâng 20 (m/ph) a : bội suất palăng 10 [...]... mm _ kho¶ng c¸ch tõ mỈt mót cđa chi tiÕt quay ®Õn thµnh trong cđa hép hc kh¶ng c¸ch gi÷a c¸c chi tiÕt quay k2=10 mm _ kho¶ng c¸ch tõ m¨t mót ỉ l¨n ®Õn thµnh táng cđa hép k3=10 mm _ kho¶ng c¸ch tõ mỈt mót cđa chi tiÕt quay ®Õn n¾p ỉ Hn=15 mm 28 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần Theo b¶ng 10.4[1] c¸c kho¶ng c¸ch cßn l¹i: l22=0,5(lm22+b)+k1+k2=0,5(45+21)+10+10=53 mm l23=l22+0,5(lm22+lm23)+k1=53+0,5(45+45)+10=108... _hiƯu st 1 cỈp b¸nh r¨ng br η _hiƯu st khíp nèi k Theo b¶ng 2.3[1] chän η =0,98; η =0,96; η =0,99; η = 0,97; η = χ ot ol br k 0,99 ⇒ η = 0,98.0,96.0,993.0,97 2.0,99 = 0,850 β_hƯ sè t¶i träng t¬ng ®¬ng 11 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí n i =1 ⇒ p yc pi ∑( p β= 1 GVHD: Trần Ngọc Nhuần )2 4 + 0,7 2.4 = 0,863 8 ti = t ck 4,675.0,863 = = 4,747 0,850 (kw) b) X¸c ®Þnh tèc ®é ®ång bé ®éng c¬ ®iƯn nsb = nct... 4,969 p2 = = = 5,175 (kw) ηol ηbr 0,99.0,97 p2 5,175 p1 = = = 5,389 (kw) ηol ηbr 0,99.0,97 p1 5,175 pdc = = = 5,280 (kw) ηol ηk 0,99.0,99 p3 = • X¸c ®Þnh sè vßng quay cđa trơc n1= n®c= 1425 (v/p) 12 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần n1 1425 = = 411 (v/p) u1 3,47 n 411 n3 = 2 = = 142 (v/p) u2 2,90 n 142 nct = 3 = = 56,74 (v/p) u x 2,50 n2 = • X¸c ®Þnh m«men xo¾n trªn trơc p1... 2 = 9,55.106 §éng c¬ C«ng st(kw) 5,280 TØ sè trun 1 Sè vßng quay n 1425 (v/p) Momen xo¾n T 35385 1 5,389 2 5,175 3,47 3 4,969 2,90 C«ng t¸c 4,675 2,50 1425 411 142 56,74 36243 120540 334183 786857 13 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần II ThiÕt kÕ c¸c bé trun trong hép gi¶m tèc 1 TÝnh to¸n cÊp nhanh – bé trun b¸nh r¨ng trơ r¨ng th¼ng Tõ phÇn trªn ta cã c¸c th«ng sè ban ®Çu: P1=5,389... NHE=60cΣ(Ti/Tmax)3niti ⇒ NHE1=60.1.1425.1800(13.0,4+0,73.0,4)=8,27.107 >NH01 ⇒ KHL1=1 ⇒ NHE2=60.1.411.1800(13.0,4+0,73.0,4)=2,38.107 >NH02 ⇒KHL2=1 ⇒ X¸c ®Þnh s¬ bé [σH] theo c«ng thøc 6.1a[1] [σH]= σ0Hlim.KHL/SH 14 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần [σH]1 = 570.1/1,1 =518 MPa [σH]2 = 530.1/1,1 = 482 MPa V× cỈp r¨ng lµ r¨ng th¼ng ⇒ [σH] = [σH]2= 482 MPa Theo CT 6.7[1] NFE=60cΣ(Ti/Tmax)6tini... 49,5(3,47 +1)3 36243.1,09 =124,2 482 2.3,47.0,3 mm Chän aw1=125 mm • Modun Theo CT 6.17[1], m=(0,01÷0,02)aw1=(0,01÷0,02)125=1,25÷2,5 mm Theo b¶ng 6.8[1] chän modun ph¸p m=2 mm • Sè r¨ng Sè r¨ng b¸nh nhá 15 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí z1 = GVHD: Trần Ngọc Nhuần 2aw1 2.125 = = 28,0 m(u + 1) 2(3,47 + 1) lÊy z1=28 ⇒ sè r¨ng b¸nh lín z2=uz1=3,47.28=97,16 LÊy z2=97 Do ®ã aw1=m(z1+z2)/2=2(28+97)/2=125 mm... träng ®éng xt hiƯn trong vïng ¨n khíp, theo CT 6.41[1] KHv=1+νHbwdw1/(2T1 KHβKHα) Trong ®ã ν H = δH g0v aw u v=∏dw1n1/60000=∏.56.1425/60000=4,18 m/s tra b¶ng 6.15[1], δH=0,006 tra b¶ng 6.16[1], g0=56 16 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí ⇒ νH GVHD: Trần Ngọc Nhuần = 0,006.56.4,18 125 = 8,4 3,464 bw _ chiỊu réng vµnh r¨ng, bw=Ψbaaw1=0,3.125=37,5 mm lÊy bw=43 mm ⇒ KHv=1+8,4.43.56/(2.36243.1,09.1)=1,26... ®éng xt hiƯn trong vïng ¨n khíp, KFv=1+νFbwdw1/(2T1 KFβKFα) Trong ®ã ν F = δ F g 0v aw u Tra b¶ng 6.15[1], δF=0,016 Tra b¶ng 6.16[1], g0=56, víi cÊp chÝnh x¸c 8 ⇒ νF = 0,016.56.4,18 17 125 = 29,3 3,464 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần ⇒ KFv=1+29,3.43.56/(2.36243.1,13.1)=1,86 ⇒ KF=1,13.1.1.86=2,10 ⇒ σF1=2.36243.2,10.1.0,578.3,84/(43.56.2)=70,2 MPa σF2=σF1.YF2/YF1=70,2.3,60/3,84=65,8... ®êng kÝnh vßng chia: B¸nh nhá B¸nh lín §êng kÝnh ®Ønh r¨ng B¸nh nhá kÝ hiƯu aw1 m bw u2 β Z1 Z2 x1; x2 Gi¸ trÞ 125 2 43 2,436 0 28 97 0 ®¬n vÞ mm mm mm d1 d2 56 194 mm mm da1 60 mm 18 ®é R¨ng R¨ng mm Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần B¸nh lín da2 198 mm 11 §êng kÝnh ®¸y r¨ng B¸nh nhá df1 51 mm B¸nh lín df2 189 mm 2 TÝnh to¸n cÊp chËm – bé trun b¸nh r¨ng trơ r¨ng nghiªng Tõ phÇn... NFE=60cΣ(Ti/Tmax)6tini ⇒ NFE1=60.1.411.1800(16.0,4+0,76.0,4)=19,8.106 ⇒ NFE1>NF01 =4.106 ⇒ KFL1=1 ⇒ NFE2=60.1.142.1800(16.0,4+0,76.0,4)=6,9.106 >NF02 ⇒ KFL2=1 Do ®ã theo CT 6.2b víi bé trun quay 1 chiỊu KFC=1, ta ®ỵc 19 Đồ án thiết kế hệ truyền động cơ khí GVHD: Trần Ngọc Nhuần [σF1]= 486.1.1/1,75=278 MPa [σF2]= 459.1.1/1,75=262 MPa ¦ng st qu¸ t¶i cho phÐp: theo CT 6.10[1] vµ 6.11[1] [ σH]max=2,8σch2=2,8.450=1260 MPa [