Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

MỤC LỤC

.1

MỤC LỤC 1

A.LỜI NÓI ĐẦU 2

I.Tính toán thiết kế bộ truyền đai 9

1.Thiết kế bánh đai 11

2 Khoảng cách trục a 14

3 Tính góc ôm đai nhỏ 14

4 Tính số đai z 14

5 Lực tác dụng lên trục Fr, và lực căng ban đầu Fo .15

4.Xác định trị số và chiều các lực tác dụng lên trục: 53

5 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục 56

a Trục I: 56

b Trục II 57

c Trục III: 59

d Chọn vật liệu 60

6 Thiết kế trục : 60

a Trục I: 60

7 Chọn then: 82

VII: CHỌN Ổ LĂN VÀ KHỚP NỐI TRỤC 83

1.Chọn ổ lăn 83

2.Chọn khớp nối trục 83

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP 85

Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí

Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại

Vì thế tầm quan trọng của các hệ thống dẫn động cơ khí là rất lớn Hiểu biết lý thuyết

và vận dụng nó trong thực tiễn là một yêu cầu cần thiết đối với một người kỹ sư

Để nắm vững lý thuyết và chuẩn bị tốt trong viểc trở thành một người kỹ sư trong tương lai Đồ án môn học chi tiết máy trong ngành cơ khí là một môn học giúp cho sinh viên ngành cơ khí làm quen với những kỹ năng thiết kế, tra cứu và sử dụng tài liệu được tốt hơn, vận dụng kiến thức đã học vào việc thiết kế một hệ thống

cụ thể Ngoài ra môn học này còn giúp sinh viên cũng cố kiến thức của các môn học liên quan, vận dụng khả năng sáng tạo và phát huy khả năng làm việc theo

nhóm

Trong quá trình trình thực hiện đồ án môn học này, em luôn được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS Phạm Hải Trình và các thầy bộ môn trong khoa cơ khí Em xin chân thành cảm ơn các thầy đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

ĐỀ TÀI Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Xích Tải

• Hệ thống dẫn động xích tải gồm:

1-Động cơ điên; 2- Bộ truyền đai thang; 3-Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Xích tải

• Số răng đĩa xích tải dẫn, z (răng):11

• Bước xích tải,p(mm) : 110

• Thời gian phục vụ L,năm: 6

• Chế độ tải: T1= T ; t1= 30

T2= 0,9T ; t2= 36;

Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ

(1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)

• YÊU CẦU:

• Vẽ bằng phần mềm Inventor

• Bao gồm : 01 thuyết minh, 01 bản vẽ lắp, 01 bản vẽ chi tiết

• NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH

1 Tìm hiểu hệ thống truyền động máy

2 Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền

3 Tính toán thiết kế các chi tiết máy

• Tính toán các bộ truyền hở (đai, xích, hoặc bánh răng )

• Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc ( bánh răng, trục vít)

• Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực

• Tính toán thiết kế trục và then

• Chọn ổ lăn và nối trục

• Chọn thân máy, bu lông và các chi tiết phụ

4 Chọn dầu bôi trơn, bảng dung sai lắp ghép

5 Tài liệu tham khảo

6 Thực hiện :

Sinh viên thiết kế : PHẠM ĐỨC CẢNHLớp : Đ5 – CĐT

Giáo viên hướng dẫn : PHẠM HẢI TRÌNH

CHƯƠNG I CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN CẤP TỈ SỐ TRUYỀN

I Chọn động cơ

ηƩ = ηbrt ηbrc ηd* (ηol) ηnt = 0,97 0 ,96 0.95 0,99 0,1 = 0,85

 ηol= 0,99: Hiệu suất của một cặp ổ lăn

 ηbrt = 0.97: Hiệu suất một cặp bánh răng trụ ăn khớp

 ηd = 0.95: Hiệu suất bộ truyền đai

 ηbrc = 0,96: Hiệu suất một cặp bánh răng khôn ăn khớp

 ηnt = Hiệu suất nối trục đàn hồiTra hiệu suất trong bảng : « Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ » -Trang 18 TTTKHDĐ CK TẬP I

Bộ truyền đai Bánh răng trụ ổ lăn Nối trục đàn hồi Bánh răng côn

 uh: tỉ số truyền trung bình của hộp giảm tốc

 ud : tỉ số truyền của bộ truyền đaiCác tỉ số truyền này được tra trong bảng : Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ _ T19- TTTKHDĐ CK I

nsbmax = nct.uhmax.udmax = 62.25.4 =6200 Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ nđb= 3000 v/p

Ta có : Pyc = 4,59 KW và nđb= 3000 v/p, theo bảng 2.2 _T17 :Thông số của các loại động cơ điện, ta chọn loại động cơ như sau :

Kiểu động

cơ

Công suất KW

Vận tốc quay v/ph

cosᵠ

Khối lượng động cơ : 84 kg

Hệ số quá tải Kqt= Tk/ Tdn=1,6 < Tmax/Tdn= 2,4

3 Công suất và momen trên các trục :

Dựa vào công suất cần thiết của động cơ và sơ đồ hệ dẫn động ta tính các trị

số công suất và momen xoắn như sau :

Trục I II III Động

cơ Thông số

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN

Ta chọn dạng đai thang theo công suất P và số vòng quay n theo đồ thị:

Với động cơ DK 51-2 có P1 = 7 kW, n1 = 2900 (v/p) ta chọn đai loại Ƃ.

Sau khi mở Inventor lên Browser và tìm đến Standard.iam

+ Chọn Design V-Belts Browser for belts type và chọn loại đai thang

• Theo công thức 4.2- TTTK HDĐ TẬP I:, với ɛ = 0,01 đường kính bánh đai lớn:

d2 = u×d1(1 - ɛ ) = 3,1×180(1-0.01) = 552,42 (mm)

Với ≤ 4% : hệ số trượtChọn d2 =560 (mm)

• Như vậy tỉ số truyền thực tế :

• Sai số bộ truyền Δu trong phạm vi cho phép

Sau khi vào được tác vụ V-Belts Component Generator ta chọn Pulley Properties Lưu ý : Để chọn được Pulley Properties trước tiên ta phải chọn mặt để đặt bánh đai

trước đã, cụ thể như sau:

Chọn mặt phẳng YZ làm mặt phẳng chứa bánh đai 1

Sau khi chọn Pulley Properties ta được như sau:

• Ở mục Diameter (ĐƯỜNG KÍNH) : ta điền đường kính bánh đai 1 đã tính ở trên là 180 mm và OK.

• Chọn TAB 2 Grooved Pulley để thiết kế bánh răng 2 tương tự như bánh

dc d

oα u z

p k Z

=

• Với: P dc: công suất trên trục bánh dẫn trường hợp này cũng chính là công

suất động cơ, kW(P dc= 7kW)

 Theo bảng 4.16 chọn C1 = 1

 Theo bảng 4.17 với u = 3,15, Cu = 1,14

 Pđc/[P0] = 7/3,38 = 2,07 do đó Cz = 0,95

Thay các thông số vào ta có: Z = [(7.1,25)/ 3,38.0,95.1.1,14.0,95]= 2,5 => Z = 3

5 Lực tác dụng lên trục Fr, và lực căng ban đầu Fo

• Lực căng trên 1 đai: 0

1

780

dc d

v α

Chọn CACULATE để hoàn thành việc tính toán bánh đai của bộ

truyền đai ta được :

Sau khi khởi động Modul Design Acclerator chọn Design Spur Gear

Ta chọn tab Calculation chọnvật liệu ENC50 chobộ truyền:

2 Xác định thông số hình học của bộ truyền :

Chọn tab Design ta sẽ chọn hướng thiết kếDesign Guide Để tính ra modul

và số răng ta chọn Module and Number of Teeth và nhập các số liệu đầu

vào :

 Tỷ số truyền Desired Gear Ratio = 4,6 ul cho bộ truyền cấp nhanh.

 Ta chọn khoảng cách trục thiết kế Center distance sẽ là: (theo công

thức 6.15a –TTTK HDĐ CK TẠP I)

3

1 2

1 1

1

] [

).

1

(

ba H

H a

w

u

K T u

K a

ϕ σ

 Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc :SH = 1,1

 Hệ số an toàn khi tính về uốn : SF = 1,75Như vậy:

0 lim

σ

σ =

 Y s : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu đối với tập trung ứng suất

 K xF: Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn

Trong bước tính sơ bộ thiết kế lấ: Z R.Z v.K xH=1

Y R.Y s.K xF =1

Do đó:

HL H

560

]

0 1 lim

530

]

0 2 lim

03 , 1 36225 ).

1 6 , 4 ( 5 ,

2

160 2 ) 1 (

2 1

1

+

= +

=

u m

a

=> lấy z1 = 29

- Số bánh răng lớn : z2 =u1.z1 = 4 , 6 29 = 133 , 4 => lấy z2 = 134

- Góc áp lực Pressure Angle : 20 deg

- Góc nghiêng răng Helix Angle :30 deg

- Bề rộng bánh răng Facewinht = 0.3×aw=48 (mm)

Sau khi nhập các thông số và ấn CACULATE ta sẽ được các

thông số còn lại như sau:

Nhấn resurt ta có kết quả :

– Đường kính chân răng :

+ Bánh răng nhỏ da1 = 60,327 mm

+ Bánh răng lớn da2 = 266,473 mm

– Chiều cao đầu răng a* = 1,00 ul

– Khe hở c* = 0,25 ul

– Cung lượn chân răng rf* = 0,35 ul

Hình : Thông số hình học của bộ truyền

Chọn Accuracyđể chọn cấp chính xác và tiêu chuẩn thiết kế Ở đây ta chọn cấp

chính xác là 9 và tiêu chuẩn thiết kế là ISO 1328:

3 Tính toán tải trọng :

Chọn tab Calculation và chọn hướng tính toán ( Type of LoadCalculation )

Power, Speed → Torque Rồi nhập các thông số đầu vào :

– Công suất Trục I ( Power) P = 3,668 kW

– Số vòng quay I ( Speed) n = 967 rpm

– Hiệu suất của bộ truyền h = 0,980 ul

- số giờ làm việc của hệ dấn động là = 6.300.2.8 = 28800

(hr):

Tải trọng bộ truyềnSau khi nhập số liệu và ấn CACULATE máy tính sẽ tự động tính cho ta momen xoắn cũng như công suất và số vòng quay của trục II.

Sau đó nhấn Calculate thì máy sẽ tự động kiểm bền cho bộ truyền: ta có các bảng

Kết quả kiểm tra :Với Check calculation cho kết quả là Positive nên ta có thể kết

luận là bộ truyền thiết kế đủ điệu kiện bền trong quá trình làm việc

Chọn Preview… để xem lại các thông số tính toán của bộ truyền :

Cuối cùng chọn OK  Ta được bộ truyền bánh răng trụ thẳng cấp nhanh.

Ta chọn tab Calculation chọnvật liệu ENC50 chobộ truyền:

Hình : Thông số vật liệu

Bảng : Tính chất của vật liệu+ Giới hạn mỏi tiếp xúc σHlim = 1140MPa

+ Giới hạn mỏiuốn σFlim = 390 MPa

+ Modul đànhồi E = 206000 MPa

2 Xác định thông số hình học của bộ truyền

Chọn tab Design ta sẽ chọn hướng thiết kế Design Guide Để tính ra modul

và số răng ta chọn Module and Number of Teeth và nhập các số liệu đầu

vào :

2 2 2

2

] [

).

1

(

ba H

a w

u

u K a

ϕ σ

 Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc :SH = 1,1

 Hệ số an toàn khi tính về uốn : SF = 1,75Như vậy:

0 lim

σ

σ =

 Z v : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

 K xH: Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc bánh răng

 Y R : Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng

 Y s : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu đối với tập trung ứng suất

 K xF: Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn

Trong bước tính sơ bộ thiết kế lấ: Z R.Z v.K xH=1

Y R.Y s.K xF =1

Do đó:

HL H

560

]

0 1 lim

530

]

0 2 lim

03 , 1 113498,6 ).

1 4 , 3 ( 5 ,

2

172 2 ) 1 (

2 1

1

+

= +

=

u m

a

=> lấy z1 = 42

- Số bánh răng lớn : z2 =u1.z1 = 3 , 4 40 = 136 => lấy z2 = 142

- Góc áp lực Pressure Angle : 20 deg

- Góc nghiêng răng Helix Angle : 30 deg

- Bề rộng bánh răng Facewinht = 0.3×aw= 51,6 (mm)

=> chọn bề rộng răng bằng 60 mm

Sau khi nhập các thông số và ấn CACULATE ta sẽ được các

thông số còn lại như sau:

Nhấn resurt ta có kết quả :

Hình : Thông số hình học của bộ truyền

Chọn Accuracyđể chọn cấp chính xác và tiêu chuẩn thiết kế Ở đây ta chọn cấp

chính xác là 7 và tiêu chuẩn thiết kế là ISO 1328:

3 Tính toán tải trọng :

Chọn tab Calculation và chọn hướng tính toán ( Type of LoadCalculation )

Power, Speed → Torque Rồi nhập các thông số đầu vào :

– Công suất Trục I ( Power) P = 3,380 kW

– Số vòng quay I ( Speed) n = 284,4 rpm

– Hiệu suất của bộ truyền h = 0,980 ul

Tải trọng bộ truyềnSau khi nhập số liệu và ấn CACULATE máy tính sẽ tự động tính cho ta momen xoắn cũng như công suất và số vòng quay của trục II.

- Lực cắt chân răng: Fn = 3026,912 N

4 Tính kiểm nghiệm bền cho bộ truyền :

Vào mục Factors (thông số) để nhập các thông số khác của bộ truyền:

Ta chọn KA= 1,25 ul (hệ số va đập nhẹ), các hệ số khác mặc định theo tiêu chuẩn

Sau đó nhấn Calculate thì máy sẽ tự động kiểm bền cho bộ truyền: ta có các bảng

hệ số và kết quả kiểm nghiệm bền :

Kết quả kiểm tra: Với Check calculation cho kết quả là Positive nên ta có thể kết

luận là bộ truyền thiết kế đủ điệu kiện bền trong quá trình làm việc

Chọn Preview… để xem lại các thông số tính toán của bộ truyền :

Cuối cùng chọn OK  Ta được bộ truyền

Bảng thông số của bộ truyền bánh răng thẳng

Sau khi thiết kế hoàn tất thì ta sẽ khai thác kết quả và ta sẽ có bảng tổng hợp

Trục chỉ chịu tải trọng trung bình nên ta dùng thép 45 tôi cải thiện có

σ =600(MPa), ứng suất xoắn cho phép [ τ ] =12 20(Mpa) để chế tạo.

= 20 mm

) 20

12 (

2 , 0

6 , 113498 ]

.[

2 ,

12 (

2 , 0

3 , 481363 ]

.[

2 ,

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

Dựa vào bảng 10.2 chọn chiều rộng ổ lăn

• Tra bảng ta có các thông số như sau:

 Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành hộp: k1 = 10 mm

 Khoảng cách từ mặt mút của ổ lăn quay đến thành trong của hộp: k2 = 10 mm

 Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ: k3 = 15 mm

 Chiều cao nắp ổ và đầu bulông: hn = 20 mm

Chiều dài mayơ bánh đai: lm11 = 85 mm

Chiều dài mayơ bánh răng trụ trên trục I: lm13 = bw1 = 50 mm

Chiều dài mayơ bánh răng trụ thứ nhất trên trục II: l = b = 50 mm

Chiều dài mayơ bánh răng trụ thứ hai trên trục II: lm23 = 50 mm

Chiều dài mayơ bánh răng trụ trên trục III: lm31 = 50 mm

Chiều dài mayơ nửa khớp nối:

Khoảng cách từ đai ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ:

∑mBx = -67,5Fy12 + 169Fy11 + 52,5Fy13 = 0 Fy11 = 226,9 N

∑mDx= - 236,5Fy12 – 116,5Fy13 + 169Fy10 = 0 Fy10 = 1421,9 N

∑mEx = - 52,5Fy22 - 111,5Fy23 + 169Fy21 = 0 Fy21 = 686,7 (N)

Fy20 = Fy22 – fy21 + Fy23 = 540,7 (N)

∑mEy= -111,5Fx23 – 52,5 Fx22 + 169Fx21 = 0 Fx21 = 184,3 (N)

Fx20= Fx22 + Fx23 – Fx21 = 1388,4 (N)

+ Tính đường kính trục ở các tiết diện nguy hiểm: theo công thức Mj =

và Mtdj= và dj : và chọn [ = 50

+ Tại điểm E: MtdE = 98360.3 (Nmm) dE = 27 (mm)

+ Tại điểm F : Trục II: Muy = 72891 (Nmm), Muy = 28384,8 (Nmm),

Tại điểm N: MuyN = 0 (Nmm), MuxN = 0(Nmm),

Khởi động Modul Design Acclerator chọn Design Shaft Ta chọn tab

Calculation chọn vật liệuCarbon steel cho bộ truyền :

+ Mô đun đàn hồi : E = 200000 MPa

+ Mô đun độ cứng: G = 80000 MPa

+ Khối lượng: ρ = 7160 Kg/m^3

6 Thiết kế trục :

a Trục I:

Sau khi khởi động Modul Design Acclerator ta chọn Shaft (tính toán, thiết

kế trục với hình dạng khác nhau), ta có dao diện làm việc như sau:

Sau đó chuyển qua Tab Calculation để tính toán cho trục.

Ở đây ta thực hiện các bước sau:

Trong mục Material ta kích và chọn vật liệu cho trục cần thiết kế, ở đây mình chọn vật liệu là Cast Steel (thép đúc) sau khi chọn vật liệu ta có các thông số như: Modulus of Elasticity : E = 200000 (MPa); Modulus of Rigidity: G = 80000 (MPa);

và Desnity: ρ = 7160 (Kg/m3) Trong phần Loads & Supports (lực và gối đỡ) ta xác định giá trị và điểm đặt của lực và gối đỡ Khi chọn Supports ta có 2 lựa chọn cho gối đỡ là gối cố định và gối di động tùy theo yêu cầu bài toán ta có thể chọn Trong phần Loads ta có các lựa chọn như: lực tập trung theo trục x,y; lực tập trung theo trục z; lực phân bố; mômen uốn; mômen xoắn ; lực không gian Sau khi xác định xong các thông số về giá trị và điểm đặt của tất cả các thành phần lực ta chọn Calculate để tính toán và kiểm nghiệm trục

c Trục III

Ta nhập như trục I và trục II và điền các đường kính trục như sau:

7 Chọn then:

Ta chọn then theo đuờng kính trục theo Bảng 9.1a: Then bằng ISO 2491 A

Đường kính trục I chỗ lắp then là 25 mm chọn then có: b=8, h=7, t1=4, t2=2,8, r=0.3, l1=0,8.lm13=0,8.50=40, chọn l1= 40mm

Đường kính trục I chỗ lắp then là 20mm chọn then có: b=6, h=6, t1=3.5, t2=2.8, r=0.2, ltd1=0,8.l1=32, chọn ltd1= 32mm

Đường kính trục II chỗ lắp then là 30mm chọn then có: b=10, h=, t1=5, t2=3.3, r=0.3, l2=0,8.lm22=0,8.50=40, chọn l2= 40mm

Đường kính trục II chỗ lắp then là 30mm chọn then có: b=10, h=8, t1=5, t2=3.3, r=0.3, ltd2= 0,8lm23 = 40, chọn ltd2= 40 mm

Đường kính trục III chỗ lắp then là 30 mm chọn then có: b=10, h=8 , t1=5, t2=3.3, r=0.3, l3=0,8.lm32=0,8.50 =40 chọn l3= 40mm

Trục II:

Kí hiệu: 46206: d =30, D=62, B=16, r=1,5, C= 17,2 kN, Co= 12,2 kN

Trục III: Dùng loại ổ bi đỡ vào bảng P2.7 ta chọn Cỡ trung

Kí hiệu 306: d=30, D=72, B=19, r=2.0 , C=22,0 kN, Co= 15,1kN

Để ổ lăn làm việc tốt, không trượt khi trục làm việc, ta lắp ổ vào trục theo hệ lỗ, vào

vỏ hộp theo hệ trục Bôi trơn ổ lăn, che kín bằng vòng phớt và vòng chắn dầu

+Để cố định trục theo phương dọc trục ta dùng nắp ổ và điều chỉnh khe hở của ổ bằng các tấm đệm kim loại giứa nắp ổ và thân hộp giảm tốc Nắp của ổ lắp với hộp giảm tốc bằng vít, loại này dễ chế tạo và dễ lắp ghép

+ Che kín ổ lăn

Để che kín các đầu trục nhô ra, tránh sự xâm nhập của môi trường vào ổ và ngăn

mỡ chảy ra ngoài ta dùng loại vòng phớt Chọn theo bảng (8-29) (sách TKCTM) + Bôi trơn ổ lăn

Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mỡ, vì vận tốc truyền bánh răng thấp không thể dùng phương pháp bắn toé để dẫn dầu trong hộp vào bôi trơn các bộ phận ổ Theo bảng (8-28) (sách TKCTM)có thể dùng mỡ loại “T” ứng với nhiệt độ làm việc 600C ÷

1000C và vận tốc dưới 1500 vg/ph Lượng mỡ dưới 2/3 chỗ rỗng của bộ phận ổ