Tính toán thiết kế và lập quy trình công nghệ chế tạo hộp giảm tốc chuyên dùng cho băng tải

Tính toán thiết kế và lập quy trình công nghệ chế tạo hộp giảm tốc chuyên dùng cho băng tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Thông số đầu vào của bài toán:

1 – Công suất hộp giảm tốc: Phộp = 37,5kw

7 – Bộ truyền ngoài: Đai thang

Nội dung phần thuyết minh:

1 Tổng quan việc nghiên cứu sử dụng hộp giảm tốc cho băng tải

2 Tính toán thiết kế hộp giảm tốc có kiểm tra bền toàn bộ chi tiết

3 Lập quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết điển hình: Bánh răng Z1, Z2, Z3, Z4 của hộp giảm tốc

Nội dung phần bản vẽ:

1 Bản vẽ tổng lắp hộp số (1 bản A0)

2 Bản vẽ puly tháo lắp nhanh (1 bản A0)

3 Bản vẽ các nguyên công chế tạo 2 bánh răng, trục (4 bản A0)

4 Bản vẽ chế tạo bánh răng, trục bánh răng (4 bản A1).

Hà nội, Ngày tháng năm 2012

Giáo viên hướng dẫn:

TS Lê Thanh Sơn

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

Hà nội, Ngày tháng năm 2012

Giáo viên hướng dẫn:

Nhận xét của giáo viên duyệt:

Hà nội, Ngày tháng năm 2012

Giáo viên hướng dẫn:

LỜI NÓI ĐẦU

Khi nền kinh tế ngày càng phát triền thì yêu cầu chuyển hàng hóa nguyên, nhiênvật liệu, thành phẩm và bán thành phầm trong các nhà máy xí nghipej, xưởng sảnxuất ngày càng lứn Do vậy hệ thống vận chuyển liên tục được sử dụng rộng rãi đápứng yêu cầu vận chuyển trong các cơ sở sản xuất, nâng cao năng suất và là hệ thốngcần thiét để tiến hành tự động hóa trong sản xuất Có rất nhiều dạng hệ thông vậnchuyển liên tục: Băng tải, gầu tải, xích tải mà phổ biến nhất là hệ thống băng tải

Hệ thống băng tải là loại thiết bị được sử dụng để vận chuyển nguyên liệu, vật liệu,bán thành phẩm, sản phẩm, hàng hóa với mọi khoảng cách theo chiều ngang hoặcvới góc nghiêng không quá lớn (đến 250) tùy theo yêu cầu của người sử dụng

Trong hệ thống băng tải, hộp giảm tốc là thành phần không thể thiếu,nó truyềnmomen xoắn từ động cơ đến băng tải giải quyết được vấn đề truyền tải lớnnhwng tốc

độ chậm, quyết dindhj năng suất vận chuyển của hệ thống vận tải Chính vì thế, việcthiết kế, chế tạo hộp giảm tốc cho băng tải là một trong những vấn đè hết sức quantrọng

Trước đây trong hệ thống băng tải thì gồm các bộ phận như: Khung băng, conlăng thường chế tạo trong nước, còn các thành phần như hộp giảm tốc được nhậpkhẩu từ các nước có nền công nghiệp phát triển, các nước trong khu vực: TrungQuốc, Đài Loan, Hàn Quốc, Indonexia, Malaysia, Thái Lan, Singapho Nhưng vớiđiều kiện kỹ thuật trong nước ngày nay phát triên, chúng ta có thể chủ động trongviệc chế tạo hộp giảm tốc

Trong đồ án này, nhiệm vụ của chúng em được giao là: “ Tính toán thiết kế vàlập quy trình công nghệ chế tạo hộp giảm tốc chuyên dùng cho băng tải” Với thờigian gần 4 tháng nghiên cứu và tìm hiểu chúng em đã thực hiện được cơ bản nộidung chính sau đây:

- Tổng quan việc nghiên cứu sử dụng hộp giảm tốc cho băng tải

- Phân tích lựa chọn phương án thiết kế hộp số và việc phân loại các dạng hộp

số cho băng tải

Tuy nhiên, do thời gian có hạn và kiến thức thực tế còn hạn chế nên đồ án này khôngtránh khỏi những thiếu sót nhất định,kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến và bổsung của thầy giáo hướng dẫn cùng cac thầy cô trong bộ môn cũng như các bạn học

để đồ án chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin cảm ơn!

Hà nội, tháng 6 năm 2012 Nhóm sinh viên thực hiện:

Đó là cái nhìn tổng quan về các vấn đề cần tìm hiểu và giải quyết trong phạm

vi và nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp Việc đi sâu giải quyết từng phần cụ thể sẽ cho

ta cái nhìn chi tiết đầy đủ rõ ràng hơn

I.Tình hình sản xuất trong nước và trên thế giới

1 Tình hình thế giới

Ở các nước phát triển các hệ thống băng tải đã được nghiên cứu kỹ lưỡng vàhoàn thiện công nghệ chế tạo từ lâu, sản phẩm của họ đã đạt được tiêu chuẩn hóatriệt để và rất đa dạng Có rất nhiều nhà máy , xí nghiệp sử dụng hệ thống băng tảitrong dây chuyền sản xuất Sản phẩm của họ có mặt ở hầu hết các nước tiên tiếncung như các nước đang phát triển

Trên thế giới có rất nhiều hãng chuyên sản xuất băng tải, hộp số cho băng tải

và các thiết bị đi kèm : Băng tải của IMER group, Martador…Các hãng sản xuất hộpgiảm tốc cho băng tải và động cơ gắn liền hộp giảm tốc nổi tiếng như Fenner, Nord,Watt, SITI… Với sản phẩm của họ rất đa dạng và nhiều chủng loại

Tùy theo yêu cầu sử dụng hộp giảm tốc sẽ có năng suất thông thường khoảngvài tấn/giờ đến hàng trăm tấn/giờ, chiều dài băng tải từ vài mét tới chục kilometdùng cho các nghành xây dựng, khai khoáng…

Hộp giảm tốc có nhiều dạng: hộp giảm tốc bánh răng trụ, hộp giảm tốc bánhrăng côn xoắn hay trục vít-bánh vít…một cấp , hai cấp hay nhiều hơn phụ thuôc vàotỷ số truyền và công suất

Hộp giảm tốc có thể đặt ở dưới hay treo trên cao, ở đầu hoặc cuối băng tải.Hộp giảm tốc đặt dưới có ưu điểm là lắp đặt dễ dàng, dễ vận chuyển, cứng vữnghơn Tuy nhiên loại hộp này có hệ thống căng băng trên cao do vậy rất phức tạp, khókhăn khi cần căng băng mà việc này là yêu cầu thường xuyên khi sử dụng, đồng thờikích thước lớn dễ ẩm ướt làm giảm tuổi thọ

2.Tình hình trong nước.

Qua khảo sát tại các cơ sở sản xuất như: Công ty gang thep Thái Nguyên , mỏthan cọc sáu Quảng Ninh, Mỏ sắt Trại Cau, công ty xi măng Bỉm Sơn và hầu hết cácnhà máy vật liệu xây dựng xí nghiệp được xây dựng trong thập kỷ 70-90 cho thấyhiện nay đang tồn tại và hoạt động các loại băng tải phổ biến sau:

Do tính phổ biến của các loại băng tải trên thì các nhà máy cơ khí trong nướccũng từng bước nâng cấp và hiện đại hóa thiết bị để tiến tới nội địa hóa các thànhphần của hệ thống dẫn động băng tải Như sản phẩm động cơ của công ty Việt-Hưng công ty chế tạo điện cơ, hộp giảm tốc và động cơ liền hộp giảm tốc của công

ty cơ khí duyên hải

Các thông số kỹ thuật của hộp giảm tốc và động cơ liền hộp giảm tốc do công

ty cơ khí Duyên hải sản xuất:

Qua chương này với những tìm hiểu phân tích ở trên cho ta thấy có rất nhiềuhộp giảm tốc dùng cho băng tải được sử dụng trong các cơ sở sản xuất công nghiệp.Nhưng việc sử dụng không thống nhất kể cả trong mỗi nhà máy xí nghiệp Để thuậntiện trong công tác quản lý sử dụng sửa chữa thiết kế chế tạo ta cần phân loại chúng.Vấn đề này sẽ được nghiên cứu ở các chương sau.

Trong đó: uh là tỉ số truyền của hộp giảm tốc

uđ là tỉ số truyền đai (Bộ truyền ngoài)Theo bảng 2.4[1] chọn uđ = 2,3; uh = 8…40 = 20

Với nđcsb = 1432,5 v/ph , công suất của hộp Nh = 37,5 kW

Theo bảng P1.3 [1], chọn động cơ 4A200M4Y3 có:

Công suất: Pđc = 37 kW

Vận tốc quay: nđc = 1475 v/ph

II Phân phối tỉ số truyền cho các bộ phận thành phần.

 Tỉ số truyền chung cho cả hệ thống:

51,48

1475 28,65

III Tính công suất P, mômen xoắn T, số vòng quay n của các trục :

6 9,55.10 i i

i

p T

ôlan. br

P P

6 9,55.10 i i

i

p T

ô

P P

6 9,55.10 i i

i

p T

i

p T

i

p T

Bảng 1: Thông số chung của hộp giảm tốc:

<B> THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG

Với các số liệu đầu vào là P1=40,46(kW)

n1=426,1 (v/p)

Tỉ số truyền uh = 20,007thời gian làm việc Th = 20.103 giờ

1. Chọn vật liệu làm bánh răng (theo [2] )

Vật liệu làm bánh răng là vật liệu phải bền tránh hiện tượng tróc mỏi ,hiện tượng dính răng và đảm bảo độ bền uốn trong quá trình làm việc do đó vật liệu thường làm bánh răng là thép có chế độ nhiệt luyện hợp lí

Căn cứ vào bảng 6.1[1] ta chọn vật liệu làm răng như sau

 Bánh nhỏ ta chọn vật liệu là C45 thường hóa sau khi gia công và có các thông

 Bánh răng lớn ta cũng chọn vật liệu thép C45 Thường hóa sau khi gia công

và có các thông số kỹ thuật sau:

 Độ cứng HRC 55 – 57 Theo thiết kế và dữ liệu đầu vào ta chọn thép có

độ cứng cao nhất là 56HRC = 578HB

2. Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng [δ H ]

 :giới hạn bền mỏi tiếp xúc của bề mặt răng

 trong tính toán thiết kế sơ bộ lấy Z Z K R .V XH=1

Vậy

0 lim

0 lim 2.578 70 1226( )

N



Trong đó

2,4 30

HO

N  HB (theo 6.5[1] là số chu kì cơ sở)

2,430.650 169088203,8

HO

2,430.578 127569856,5

HO

i i HE

H

H

K

MPa S

H

H

K

MPa S

 :là giới hạn bền mỏi uốn chu kỳ chịu tải NEF

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

(do bề mặt răng thường hóa)

Y S:hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ưng suất trong đó

K :hệ số ảnh hưởng khi đặt tải K FC=1

Trong tính toán sơ bộ lấy Y Y K R .S XF=1

F

N K

Trong đó : C=1 là số lần ăn khớp trong 1 vòng quay

T i:là mômen xoắn ở chế độ I của bánh răng đang xét

n i:số vòng quay (ở đây là số vòng quay trên trục II)

F

F

K K S

b t





:góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

Theo bảng 6.35 [TL1] :

b

tg = cos tgt với :

 Z hệ số kể đến sự trùng khớp của bánh răng

3

b m

u 

 = 5,69 12.200  = 59,79 (mm)

.60.573,93

1,8( / )60000

1

H Hv

H H

v b d K

b Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

F

K  = 1,27Theo bảng 6.14 [TL1] và với v = 1,8 m/s < 5 m/s, với cấp chính xác 9 ta có :

F

K  = 1,40Theo ct 6.47 [TL1] : Cường độ tải trọng động :

Zv2 = cosZ23 = 3 0

109cos (16,26 ) = 123,2 =125(răng)Theo bảng 6.18 [TL1] ta có : Các hệ số dạng răng : F1

S

Y = 1,08 - 0,0695.ln(m) = 1,032 với mođun m=2

YR : Hệ số xét đến độ nhám mặt lượn chân răng YR = 1

KxF = 1 (Hệ số ảnh hưởng kích thước bánh răng với da < 400 mm)

Do đó theo ct 6.2 [TL1] và ct 6.2a [TL1]

F1 F1 .Y Y KR S xH = 688,6.1.1,032.1 = 710,63 (MPa)

F2 F2 .Y Y KR S xH = 594,5.1.1,032.1 = 613,52 (MPa)Thay F1,F2 vào công thức 6.43 [TL1] ta được :

 Từ tính toán ở trên ta tổng kết các thông số của bộ truyền cấp nhanh như sau

w w

59,7

1 5,7 1

a d

THIẾT KẾ CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẤP CHẬM

Các thông số đầu vào:

Tương tự cặp bánh răng bộ truyền cấp nhanh

2 Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép

Theo tính toán ở trên

b t

2.cos 14,64sin 2.20,7 = 1,54

 Z hệ số kể đến sự trùng khớp của bánh răng

5

b m

H Hv

H H

v b d K

Y Y



  (**) Trong đó :

Số răng tương đương :

Zv4 = cosZ34 = 3 0

81cos (15,6 ) = 90,65 =91(răng)Theo bảng 6.18 [TL1] ta có : Các hệ số dạng răng : F1

-K Fv: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về

uốn

Theo 6.46[1] ta có w w

1

.1

F Fv

F F

v b d K

Thay các giá trị vừa tính vào công thức(*)&(**) ta có :

Từ bảng ta kết luận đáp ứng đủ yêu cầu về độ bền uốn

<C> THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

1 CHỌN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

1.1 Các thông số

o Công suất cần truyền

Pdc=37(kw)

n= 1475 (v/p)

Theo hình 4.1 [1] chọn tiết diện dai Ƃ

o Đường kính kích thước của bánh đai nhỏ là:

Theo bảng 4.13 chọn đường kính bánh đai nhỏ (140-280)

Chọn đường kính theo tiêu chuẩn d 1 =200(mm)

1.3 Chọn chiều dài đai

Theo 4.4[1] chiều dài đai được xác định

Theo 4.17 và bảng 4.21: B = ( z – 1)t + 2e

= ( 4 – 1)19 + 2.12,5 = 82 mm

Đường kính ngoài của bánh đai:

Theo 4.18: da = d1 + 2.h0 = 200 + 2.4,2 = 208,4 mm

I.7 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Theo 4.19[1] ta tính được lực căng ban đầu

F0 = 780PlKđ/(vCαz) + Fv

Fv = qm.v2 = 0,178 15,452 = 42,5

 F0 = 780.37,5.1, 25 / 15, 45.0,92.4 42,5 685,6NLực tác dụng lên trục:

Theo 4.21: Fr = 2F0.z.sin(α1/2)

= 2 685,6.4.sin(150/2)

= 5297,9 N

Bảng 2: Bảng thông số bộ truyền đai

PHẦN III: THIẾT KẾ TRỤC VÀ CHỌN Ổ LĂN

1 Chọn vật liệu chế tạo

Các trục là thép 12XH3A có  b 900(MPa) ứng suất xoắn cho phép là: []= 18 35(MPA)

2 Xác định đường kính sơ bộ:

3

] [

2 ,

k k

1

3 3

2

3 3

3

261.10

0, 2.25 1438,1.10

0, 2.30 4074.10

1 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực.

Dựa theo đường kính các trục sử dụng bảng 10.2 để chọn chiều rộng ổ lăn b0 chiềurộng ổ lấy theo đường kính sơ bộ của trục trung gian d2

Tra bảng 10.3 ta được

Khoảng cách mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cáchgiữa các chi tiết quay k1 10

Khoảng cách từ mặt cạnh ổ đến thành trong của hộp k2  5

Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành nắp ổ k3  15

Chiều cao nắp ổ và đầu bu lông h n  18

Tra bảng 10.4 với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp hình 10.7

2 Xác định trị số và chiều các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục

a Bộ truyền cấp nhanh: bánh răng nghiêng

Lực vòng:

3 1

1

9015( ) 57,9

c Lực tác dụng lên bộ truyền đai

d

d F

d y

d F

Fr 1

Fy 1

Fx 1

F d

Truc I

Fd x

Fd y

n- n m-m

F a1

Tính mômen uốn ở nhưng tiết diện nguy hiểm:

vơi Mu ,Mx là mômen xoắn tại chỗ mà ta xét

tại tiết diện n-n

chọn dm-m = 50 mm

573,24.10 3

Ft1 Fr1

Fa1

vậy lấy de-e = 90 mm

xét tiết diện i-i:

t

d F

Biểu đồ mo men trục II:

4.3. Tính phản lực ở các ổ trục và vẽ biểu đồ mômen Trục III:

Biểu đồ mômen trục III

5 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

5.1 Tính chính xác trục cho những tiết diện chịu tải lớn có ứng suất tập trung cao

với thép 12XH3A có  b 900(MPa), ©-1 = 0,436.©b = 392,4 MPa

τ-1 =0,58.©-1 = 0,58.392,4 = 227,6 MPa, theo bảng 10.7

Ψ© , Ψτ hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

Ψ© = 0,1 Và Ψτ = 0,05

Các trục hộp giảm tốc đều quay → ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng

Do đó ©aj tính theo công thức (10.22),với ©mj = 0

các ổ lăn lắp trên trục theo k6,lắp bánh răng ,bánh đai,nối trục theo k6 kết hợp với lắpthen

5.2 Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục

dựa theo kết cấu trục trên các hình đã vẽ và biểu đồ mômen tương ứng ta có thể thấycác tiết diện sau đây là tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra về độ bền mỏi:

trên trục I :đó là tiết diện lắp bánh đai (tiết diện 6) ,lắp bánh răng (tiết diện 3) ,tiết diện lắp ổ lăn (tiết diện 4)

trên trục II : đó là hai tiết diện lắp bánh răng (8,9)

trên truc III : đó là tiết diện lắp bánh răng (13),tiết diện lắp đai(11)

5.3 Xác định hệ số K©dj và Kτdj đối với tiết diện nguy hiểm theo công thức (10.25)

và (10.26):

Các trục được gia công trên máy tiện,tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra = 2.5…0.63®m,do đó theo 10.8,hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt là

Kx = 1.06

Không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt,do đó hệ số tăng bền Ky =1

Theo bảng 10.12 khi dùng dao phay ngón ,hệ số tập trung ưng suất tại rãnh then ứng với vật liệu có ©b = 900MPa là K© = 1.76 ,Kτ = 1.54.theo bảng 10.10 tra hệ số kích thước ε© và ετ ứng với đường kính của tiết diện nguy hiểm ,từ đó xác định được tỉ số

K©/ε© và Kτ/ετ tại rãnh then trên tiết diện này theo bảng 10.11.ứng với kiểu lắp đã chọn ,©b = 600MPa và đường kính của tiết diện nguy hiểm từ đó tra được tỉ số

K© /ε© và tỉ số Kτ/ετ do lắp căng tại tiết diện này,trên cơ sở đó dùng giá trị lớn hơn trong hai giá trị của K©/ε© để tính K©d và giá trị lớn hơn trong hai giá trị của Kτ/ετ

để tính Kτd kết quả ghi dưới bảng sau:

g,xác định hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp s© theo 10.20

và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp sτ theo 10.21

cuối cùng tính hệ số an toàn s theo 10.19 ứng với tiết diện nguy hiểm.kết quả cũng được ghi dưới đây:

S S

j j

tj j





 2 2

lắpcăng

Rãnhthen

lắpcăng

với [S] -hệ số an toàn cho phép ,thông thường [S] = 1.5…2.5 vậy theo bảng trên

cho thấy các tiết diện nguy hiểm đều đảm bảo về độ bền mỏi

6 Kiểm nghiệm độ bền của then

với các tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép then

về độ bền dập theo (9.1) và độ bền cắt theo(9.2) kết quả tính toán như sau,với lt = 1.35*d

các công thức :

(9.1) ©d =     d

l d

(9.2) τc =   c

l d

Theo bảng 9.5 ,với tải trọng tĩnh [©d] = 150 MPa;[τc] = 60÷90MPa

vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt