Đồ án công nghệ chế tạo máy

Tài liệu tham khảo Đồ án công nghệ chế tạo máy

Phần 1: TíNH TOáN Hệ DẫN ĐộNG

I Chọn động

1 Xác định công suất cần thiết của động cơ

Công suất cần thiết lớn nhất Nct trên trục động cơ đợc xác định theo côngthức:

Nct = Nt / 

Trong đó :

 Nct - Công suất cần thiết trên trục động cơ

 Nt - Công suất tính toán trên trục máy công tác

N t F v 1 92KW

1000

42 , 0 4580 1000

.







Với F , v - là lực kéo và vận tốc băng tải

  - Hiệu suất chung của hệ dẩn động

Theo sơ đồ tải trọng đề bài thì :  = k k

- ol = 0,995 - hiệu suất của một cặp ổ lăn;

( vì ổ lăn đợc che kín)

- br = 0,97 - hiệu suất của một cặp bánh răng ;

- k = 0.99 - hiệu suất của khớp nốitrục đàn hồi;

- x = 0,93 - hiệu suất của bộ truyền xích;

(bộ truyền xích để hở ) Thay số ta có :  = 0.99 0,9954 0,972 0,93  0,85

4 1

t

t T

Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống là usb

Theo bảng 2.4 (sách tính toán thiết kế tr 21 );

Chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc đồng trục bánh răng trụ 2 cấp là

usb= usbh usbx = 16.3 = 48

Số vòng quay của trục máy công tác ( của tang ) là nlv :

nlv =

300

42 , 0 60000

T T

T

% =81.5 ; cos = 0,82 ;khối lợng động cơ:35 kg

Kết luận:

Động cơ K122S 4 có kích thớc phù hợp với yêu cầu thiết kế.

II PHÂN PhốI Tỷ Số TRUYềN

n u

54 2

1





u u

u c

Kết luận : uc = 54 ; u1 = u2 = 4,24 ; uxích = 3

2 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, T {tang})của hệ dẫn động

Số vòng quay:

Trục I nI = nđc = 1440 vg/ph

24 , 4

1440 1

340 2

N

N mm

Tt = 9,55 106 686742

7 , 26

92 , 1 10 55 ,

1 Chọn loại xích :

Do vận tốc và công suất truyền không cao cho nên ta chọn loại xích conlăn

Bộ truyền có thể điều chỉnh đợc

 Kđc = 1- hệ số xét đến khả năng điềuchỉnh

=1,5 1 1 1 1,5 1,25 = 2,81

Hệ số răng đĩa dẩn KZ = 25/ Z1 = 1

Hệ số vòng quay Kn = n0 / n1 = 50/ 80 = 0,625 ; với n0 = 50vg/ph

điều kiện t < tmax

Thay số ta có

Fr = 6 107.1,15 2,07/ 25 80 31,75 = 2249.3 (N)

iV TíNH Bộ TRUYềN BáNH RĂNG TRONG HộP GIảM TốC

Vì là hộp giảm tốc đồng trục, đã chọn tỷ số truyền u1= u2 do đó bộ truyềncấp nhanh không dùng hết khả năng tải cho nên ta tính bộ truyền cấpchậm trớc , bộ truyền cấp nhanh có thể lấy gần nh toàn bộ số liệu của bộtruyền cấp chậm

A.Tính toán bộ truyền cấp chậm (bánh trụ răng nghiêng).

2 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép.

Do bộ truyền làm việc trong điều kiện che kín đủ dầu bôi trơn nên dạnghỏng chủ yếu là tróc mỏi, do đó ta tính toán theo độ bền tiếp xúc – taxác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Số chu kì chịu tải trọng thay đổi tơng đơng của bánh lớn đợc xác địnhtheo công thức

N HE4  60 Cn3/u1 t i T i /T13.t i /t ck

Trong đó : C = 1 – là số lần ăn khớp của răng trong một vòng quay

ti= 40000 là tổng thời gian làm việc của bộ truyền

ti – là thời gian làm việc ở chế độ tải trọng Ti

theo bảng 10.8 với độ rắn bề mặt răng bánh nhỏ 250 HB có thể lấy

NHO= 17.106 vậy với bánh nhỏ ta cũng có NHE1 > NHO

=> lấy hệ số tuổi thọ KHL = 1

Giới hạn bền mỏi tiếp xúc của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn (theo

đối với bộ truyền bảnh răng trụ răng nghiêng H  đợc xác định theocông thức         

H H

H

504 427 18 , 1 18

, 1

5 , 472 427

518 5 , 0 5

, 0

4

4 3

Vậy ta chọn  H  Max = 1260 MPa

3 Tính ứng suất uốn cho phép :

Fgh4 = 1,8.200 = 360 MPa

Bộ truyền làm việc một chiều => lấy KFC = 1 - hệ số ảnh hởng đặt tải,

Hệ số an toàn SF = 1,75 - bảng 6.2 (sách tính toán thiết kế T1)

Do đó theo công thức 6.2a (sách tính toán thiết kế T1)

a2 = 43(u2+1)

3

2 2

3

.

.

a H

H

u

K T

Tra theo d ứng với bảng 6.7 (sách tính toán thiết kế T1)

Ta có: KHB = 1,05 Thay vào ta có: a2 = 43(4,24+1)3  2

25 , 0 24 , 4 5 , 472

05 , 1 60390

Hệ số trùng khớp

 = b sin / .m = 40.0,317/ 3,14 2,5 =1,62

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Yêu cầu cần phải đảm bảo H  [H]

H = ZM ZH Z 2

3

3

.

) 1 (

2



d u b

u K T

m w

m

;Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;

t = tw = arctg(tg/cos) = arctg(tg200/ cos18,5) 21o

cos 2

=

) 21 2 sin(

) 33 , 17 cos(

2

. 3 3

145 986 , 0 73 002 , 0

a v g





13 , 1 05 , 1 60390 2

36 , 55 40 842 , 0 1

2

1

w w H Hv

K K T

d b K

KH = KH KHV KH = 1,05.1,01.1,13  1,2

Thay số : H = 274.1,69.0,79 2

) 36 , 55 (

238 , 4 40

) 1 238 , 4 (

2 , 1 60390

 442 MPa Tính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép : [H] = [H] ZRZVKxH

Với v = 0,986 m/s  ZV = 1 (vì v < 5m/s ) , Cấp chính xác động học là 9,chọn mức chính xác tiếp xúc là 8 Khi đó cần gia công đạt độ nhám là RZ

= 2,5 1,25 m Do đó ZR = 0,95, với da< 700mm  KxH = 1

 [H] = 472,5.1.0,95.1  449 MPa

Do  H  [ H ] nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc.

7 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Yêu cầu F  [F] ; Theo công thức 6.43 (sách tính toán thiết kế T1)

F3 = 2.T3.KFYYYF3/( bwdw3.m)

Tính các hệ số :

Tra theo d ứng với bảng 6.7 (sách tính toán thiết kế T1), ta có KF =1,12 ; với v < 2,5 m/s tra bảng 6.14 (sách tính toán thiết kế T1, trang107) cấp chính xác 9 thì KF = 1,37

Tra bảng 6.16 chọn go= 73

Theo bảng 6.15 => F =0,006

238 , 4

145 986 , 0 73 006 , 0

1 F

m

w o u

a v g





37 , 1 12 , 1 60390 2

36 , 55 40 526 , 2 1

2

1

K K T

d b K

KF = KF.KF.KFV = 1,12.1,37.1,028 = 1,577

Với  = 1,604  Y = 1/ = 1/1,604 = 0,623;

 = 18,5o  Y = 1 - /1400 = 1 – 18,5/1400 = 0,868;

Số răng tơng đơng:

Ta thấy độ bền uốn đợc thoả mãn

vì F3max < [F3]max = 464 MPa, F4max < [F4]max = 360 MPa

nên răng thoả mãn về điều kiện quá tải

Kết luận : Bộ truyền cấp chậm làm việc an toàn.

Thông số cơ bản của bộ truyền cấp chậm :

Do hộp đồng trục, bộ truyền cấp nhanh không dùng hết khả năng tải cho

nên ta lấy các thông số cơ bản nh đối với bộ truyền cấp chậm, riêng đốivới chiều rộng bánh răng lấy bằng 2/3 chiều rộng bánh răng của cấpchậm b1 = 2 b /3 = 2.40/3  27 lấy b1 = 30 mm

Với các thông số nh vậy ta tiến hành kiểm nghiệm độ bền của chúng

1 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Yêu cầu cần phải đảm bảo H  [H]

H = ZM ZH Z 2

1 1

1

.

) 1 (

2



 u d b

u K T

m

m

;Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;

cos 2

=

) 21 2 sin(

) 33 , 17 cos(

2

. 1 1

145 17

, 4 56 002 , 0

u

a v g





09 , 1 05 , 1 14789 2

36 , 55 30 73 , 2 1

2

1

w w H Hv

K K T

d b K

KH = KH KHV KH = 1,03.1,13.1,09  1,3

Thay số : H = 274.1,69.0,79 2

) 36 , 55 (

238 , 4 30

) 1 238 , 4 (

3 , 1 14789

 263 MPaTính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép : [H] = [H] ZRZVKxH

Với v = 4,17 m/s  ZV = 1 (vì v < 5m/s ) , Cấp chính xác động học là 8,chọn mức chính xác tiếp xúc là 8 Khi đó cần gia công đạt độ nhám là RZ

= 2,5 1,25 m Do đó ZR = 0,95, với da< 700mm  KxH = 1

 [H] = 472,5.1.0,95.1  449 MPa

Do  H  [ H ] nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc.

2 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Yêu cầu F  [F] ; Theo công thức 6.43 (sách tính toán thiết kế T1)

F1 = 2.T1.KFYYYF1/( bw1dw1.m)

Tính các hệ số :

Tra theo d ứng với bảng 6.7 (sách tính toán thiết kế T1), ta có KF =1,08 ; với v < 5 m/s tra bảng 6.14 (sách tính toán thiết kế T1, trang107) cấp chính xác 8 thì KF = 1,27

Tra bảng 6.16 chọn go= 56

Theo bảng 6.15 => F =0,006

238 , 4

145 17 , 4 56 006 , 0

d b K

Ta thấy độ bền uốn đợc thoả mãn

vì F1max < [F1]max = 464 MPa, F2max < [F2]max = 360 MPa

nên răng thoả mãn về điều kiện quá tải

Kết luận : Bộ truyền cấp nhanh làm việc an toàn.

Thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh :

- Loại nối trục vòng đàn hồi

- Tại trục I có mômem xoắn TI = 14789 (N.mm)=14,789(N.m)

- Tra bảng 16.10a kích thớc cơ bản của nối trục vòng đàn hồi đợc tratheo mômem xoắn T =14,789 (N.m)

Tính các lực tác dụng lên trục: Lực do khớp nối, lực tác dụng lên bánh răng, Lực do xích

Các thành phần lực trong thiết kế đợc biểu diễn nh hình vẽ phần trên.Lực tác dụng của khớp nối: FK = (0,2  0,3).2TI /D0 ,

Với : T = 14789 N.mm , D0 = 50 mm

  

50

14789 2 ).

3 , 0

2 , 0 (

1

5 , 18

21 534

β

α

Cos

tg Cos

Cos

tg F

5 , 18 cos

21

2182 β

α ω

Đờng kính trục vào đợc xác định theo công thức kinh nghiệm

dI = ( 0,8  1,2) dđc , với đờng kính trục động cơ đã chọn dđc = 28 mm

Ta chọn d10 = dđc = 28 (mm) - đờng kính đoạn lắp với khớp nối

Đờng kính 2 ngõng trục lắp với ổ lăn lấy bằng d11= d13 = 30 mm

Đờng kính đoạn trục lắp với bánh răng lấy bằng d12= 35 mm

Chiều rộng ổ lăn lấy gần đúng theo bảng 10.2 bo= 19 mm

Đờng kính trục bị dẫn đợc xác định theo công thức kinh nghiệm

d= ( 0,3  0,35) a

Với a=145 mm

Ta chọn :

Đờng kính trục trung gian d21 = d22 = 45 (mm) – chỗ lắp bánh răng

Đờng kính 2 ngõng trục lắp với ổ lăn lấy bằng d20= d23 = 40 mm

Chiều rộng ổ lăn lấy gần đúng theo bảng 10.2 bo= 23 mm

Đờng kính 2 ngõng trục lắp với ổ lăn lấy bằng d30= d32= 40 mm

Đờng kính lắp đĩa xích lấy bằng d33 = 35 mm

Chiều rộng ổ lăn lấy gần đúng theo bảng 10.2 bo= 23 mm

Sơ đồ (sơ bộ) khoảng cách của hộp giảm tốc:

2

0

13 11 13 1 1 1 1

11 1 10

l R l F d F M

R F R Y

y r

a o

y r y

Vậy chiều của Ry11 và Ry10 ngợc với chiều trên hình vẽ

Theo trục ox: 

.

0

13 11 13 1 12 1

11 1 10

l R l F l F M

R F R F X

x t

k o

x t x k

Giải hệ này ta đợc Rx 11 = -164(N), Rx 10 = -518 (N)

Vậy chiều của Rx 11 và Rx 10 ngợc với chiều trên hình vẽ

Từ đó ta có sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu của trục vào nh sau:

 Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu của trục trung gian

2

0

21 21 3

23 2 2 2 1

11 3 2 20

3 R l d

F l F d F M

R F F R Y

y a

r a

o

y r r y





Giải hệ này ta đợc Ry21 =707 (N), Ry20 = 392,2 (N)

Theo trục ox: 

.

0 -

F

21 21 23

3 22 2 1

21 t3 2 20

l R l F l F M

R F

R X

x t

t o

x t

 Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu của trục ra

2

0

33 31 31 32 4 4 4 1

31 4 30

l F l R l F d F M

F R F R Y

x y

r a

o

x y r y



Giải hệ này ta đợc Ry31 =-165 (N), Ry30 = -51 (N)

Vậy chiều của Ry11 và Ry10 ngợc với chiều trên hình vẽ

Theo trục ox: 

.

0

13 11 13 1 12 1

11 1 10

l R l F l F M

R F R F X

x t

k o

x t x k

Giải hệ này ta đợc Rx 11 = -163,23 (N), Rx 10 = -518,77 (N)

Vậy chiều của Rx 11 và Rx 10 ngợc với chiều trên hình vẽ

Từ đó ta có sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu của trục vào nh sau:

Theo ct 10.15 tính mômen uốn tổng tại các tiết diện trên trục :

2

1 2 1

68200 2 2 2

2 10

10  M M y10   

217200 178600

123600 2 2 2

13 2

2 1 2

10

2 2

2 1 2

Tiết diện trục lắp bánh đai chọn tiêu chuẩn d12 = 30 (mm)

Các ổ lăn trên trục lắp theo kiểu k6 và lắp bánh răng ,lắp bánh đai theo k6kết hợp lắp then

Theo điều kiện công nghệ để lắp ráp ta chọn then ở các vị trí cùng 1 loạithen

t h l d

.

2 1 1

Độ bền cắt ct 9.2

 c

t c

b l d

T



.

B.Xác định kết cấu và đờng kính trục trung gian:

1.Tính các phản lực R (chỉ số chỉ thứ tự đầu ổ, trục, phơng) và vẽ biểu

78 , 67 205 135 2

78 , 67 65

0

21 24 24

23 22 22

1

21 23 20 24 22

y a r

r a r

o

y r y r r

R F F

F F F

M

R F R F F Y

Giải hệ này ta đợc Ry20 = -1790 (N), Ry21 = 6685 (N)

Theo trục ox: 

205 135

65

0

21 23

22 1

21 23 20 24 22

x t

t o

x t x t t

R Ft

F F

M

R F R F F X

Giải hệ này ta đợc Rx20 = 6685 (N), Rx21 = -1790 (N)

Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục trung gian hộp giảm tốc

phân đôi cấp chậm :

Theo ct 10.15 tính mômen uốn tổng tại các tiết diện trên trục :

2

2 2 2

206100 2 2 2

22 2 22 24

22 M  M x M y   

560800 500200

253500 2 2 2

23 2

2 22 2

22 24

2 2

2 23 2

Theo điều kiện công nghệ để lắp ráp ta chọn then ở các vị trí cùng 1 loại thenBxh =14x9

t h l d

.

2 1 1

Độ bền cắt ct 9.2

 c

t c

b l d

T



.

Theo bảng 9.5với tảI trọng [d] =150 (Mpa) và [c] =60-:- 90 (Mpa) Vởy mối ghép then đều thoả mãn độ bền đập và độ bền cắt

2,Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

Kết cấu trục thiết kế đợc phải thoả mãn điều kiện:

* Xét tại tiết diện 2-2

Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng,do đó a tính theo ct 10.22

m = 0, a=max= Mu/W = 45,4 MPa

Vì trục quay 1 chiều nên ứng suet xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động , do đó

m1 , a tính theo ct 10.23

m1 = a = T/2Wo =6,22 Mpa

Phơng pháp gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra

= 2,5 …0,004).a 0,63 m, do đó theo bảng 10.8 , hệ số tập trung ứng suất do trạng tháI

2 , 99

4 , 45 57 , 2

8 , 348

d K

3 , 202

d K

Trục tại tiết diện 2-2 thoả mãn về độ bền mỏi

 Xét tại tiết diện 2-3 có d23= 52 (mm)

Tơng tự nh tiết diện 2-2 ,tra bảng 10.12 đối với rãnh then của trục có giới hạn bền b= 800 MPa có K = 2,97 và K =2,28 Hệ số kích thớc tra bảng 10.10 có

 = 0,805 và = 0,755 Phơng pháp gia công trên máy tiện tại tiết diện đạt Ra

= 2,5 …0,004).a 0,63 m, do đó theo bảng 10.8 , hệ số tập trung ứng suất do trạng thái

8 , 348

d K

3 , 202

d K

Trục tại tiết diện 2-3 thoả mãn về độ bền mỏi

3,Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh.

Điều kiện trục thoả mãn về độ bền tĩnh là: td  2 3 2  

Trong đó :  =Mmax/(0,1.d3) = 560800/(0,1.523) = 39,88 MPa

62 , 327 205 2

62 , 327 65

0

21 34 34

32 32

1

31 20 34 32

y a r

a r

o

y y r r

R F F

F F

M

R R R F Y

Giải hệ này ta đợc Ry30 = 2432 (N), Ry31 = 2432 (N)

Theo trục ox: 

205 65

0

31 34

32 1

31 30 34 32

kn x

t t

o

kn x x t t

F R

F F

M

F R R F F X

Giải hệ này ta đợc Rx30 = -6270 (N), Rx31 = -480 (N)

Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục trung gian hộp giảm tốc

phân đôi cấp chậm :

Theo ct 10.15 tÝnh m«men uèn tæng t¹i c¸c tiÕt diÖn trªn trôc :

2

3 2 3

293900 2 2 2

32 2 32 34

32   M x M y   

627400 595900

293900 2 2 2

34 2

2 32 2

32

2 2

2 34 2

34

2 2

2 31 2

TiÕt diÖn trôc l¾p b¸nh r¨ng t¹i tiÕt diÖn 32 vµ 34 chän tiªu chuÈn

t h l d

.

2 1 1

§é bÒn c¾t ct 9.2

 c

t c

b l d

T



.

.

2 1

TiÕt d lt (mm) bxh t1(mm) T(Nmm) d c MPa)

tra bảng P2.7 chọn loại ổ bi đỡ cỡ trung

Trong đó : Kiểm nghiệm ở ổ chịu tải lớn hơn, Fr = Rt10 = 4022 (N)

Đối với ổ đỡ chịu lực hớng tâm X= 1

V =1 khi vòng trong quay

b, Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh.

Tải trọng tính toán theo ct 11.19 với Fa = 0

 loại ổ lăn này thoả mãn khả năng tải tĩnh

2.Chọn ổ lăn cho trục trung gian của hộp giảm tốc.

Trục có lực hớng tâm , để đảm bảo cặp bánh răng chữ V luôn ãn khớp chính xác do đó ta chọn ổ tùy động

Với đờng kính ngõng trục d = 45 (mm) ,chọn ổ tùy động cỡ nhẹ 2209 (bảng P2.8- Phụ lục )

Khả năng tải động C = 35,3 KN ;

Khả năng tải tĩnh Co =25,7 KN

D = 85 (mm) B =19 (mm) r1 = r2 =2 (mm)

Đờng kính chiều dài con lăn dcl = 10 (mm)

Kiểm nghiệm khả năng tải :

b, Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh.

Tải trọng tính toán theo ct 11.19 với Fa = 0

 loại ổ lăn này thoả mãn khả năng tải tĩnh

3, Chọn ổ lăn cho trục ra của hộp giảm tốc:

Xét tỉ số Fa/Fr : ta thấy tỉ số Fa/Fr = 0 vì Fa = 0, tức là không có lực dọc trục nên

ta chọn loại ổ là ổ bi đỡ một dãy, có sơ đồ bố trí nh sau:

0 1 Dựa vào đờng kính ngõng trục d =65 mm,