Đồ Án Thiết Kế Máy Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Thùng Trộn (Kèm File Autocad)

Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục: Theo kết cấu và biểu đồ moment trục ta thấy các tiết diện nguy hiểm cần đƣợc kiểm tra về độ bền mỏi: - Trục 1: tiết diện 10 t

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ

MỤC LỤC

***

 LỜI NÓI ĐẦU…….….……… ……….… trang 1  BẢN THUYẾT MINH TÍNH TOÁN… ………2

 ĐỀ TÀI VÀ PHƯƠNG ÁN…… ……….……… 3

 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY A Chọn động cơ và phân bố tỉ số truyền … ……… ….………… 4

B Thiết kế bộ truyền đai……….………7

C Thiết kế bộ truyền bánh răng……….………11

D Thiết Kế trục……… 26

E Tính toán chọn ổ……….…… 42

F Thiết Kế Kết Cấu vỏ……….….47

G Thiết Kế các chi tiết phụ……… 49

H Bảng dung sai lắp ghép……….54

 TÀI LIỆU THAM KHẢO……… …………56

Số liệu thiết kế: Phương án: 15

Công suất trên trục thùng trộn, P (KW) : 9,5

Số vòng quay trên trục thùng trộn, n(v/p) : 42

Thời gian phục vụ, L(năm) : 8

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

(1 năm làm việc 250 ngày, ngày làm 2 ca, 1 ca làm việc 8 giờ)

Chế độ tải trọng: T1= T ; t1= 45 s

T2 = 0,4 T ; t2 = 44 s

T3 = 0,4 T ; t3 = 11 s

A TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN

2 Tính công suất đẳng trị ( công suất tính toán ):

 Công suất tính toán :

 Công suất cần thiết trên trục động cơ:

6,97

7,95( )0,877

t ct

Trong đó: uh = 8 là tỉ số truyền của hộp giảm tốc hai cấp phân đôi

ud = 3 là tỉ số truyền của bộ truyền đai thang

 Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

s

42.24 1008( ò / ú )

b lv ch

3 Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện:

 Động cơ điện đƣợc chọn phải có công suất Pdc và số vòng quay đồng bộ thoả mãn điều kiện:

+ Pdc ≥ Pct= 7,95 (KW) + nđb ≈ nsb

Dựa vào bảng P1.3 sách [1] ta chọn động cơ

Kiểu động cơ Công suất KW Vận tốc quay (vòng/phút) cosυ % Tmax/Tdn Tk/Tdn

2

1 ax

td m n

i

T t T

II Phân bố tỉ số truyền:

 Chọn tỉ số truyền của hệ thống dẫn động:

d 970

23,142

c ch lv

n u n

u u u

   (tỉ số truyền của bộ truyền đai thang)

r

9,99

10,3( ) 0,98.0,99

dc d

1

6 2 6 2

2

6 3 6 3

3

6 4 6 4

n P

n P T

9, 55.10 9, 55.10 107117, 53( )

970

dc c

dc

Nmm P

n

Bảng đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền động :

Trục động cơ Trục 1 Trục 2 Trục 3 Trục 4

Số vòng quay n

(vòng/phút) 970 335,64 108,97 41,91 41,91Momen xoắn T

(Nmm) 107117,53 293066,98 875511,61 2208052,97 2164757,81

Hình minh họa vị trí các trục

B THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

Thông số kĩ thuật để thiết kế:

Từ bảng 4.3 trang 128 sách “Cơ sở thiết kế máy“ của Nguyễn Hữu Lộc ta có các thông

số kĩ thuật của đai loại B là:

d u

Sai lệch so với thông số kĩ thuật: 2,1% (sai số chấp nhận đƣợc)

4.Tính khoảng cách trục a và chiều dài đai L:

Giới hạn của khoảng cách trục:

Chọn theo tiêu chuẩn : L = 2240 mm = 2,24 m

Kiểm tra số vòng quay:

Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai L:

6 6

0

2240

12240

L

L C

P z

P z

Vậy : z = 4

7.Tính chiều rộng các bánh đai và đường kính ngoài d các bánh đai:

Áp dụng công thức [4.17] ; [4.18] và các thông số tra trong bảng 4.21 trang 63 sách [1] với z = 4 và đai loại B ta có:

a.Tính lực căng đai ban đầu:

đây là hệ dẫn động dây đai thang nên ta chọn : 0 1, 5MPa

1000 1000.10,88

1190, 379,14

Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền không bị trượt trơn :

Giả sử góc biên dạng bánh đai: 38o

' min sin( ) 0, 716.sin(19 ) 0, 233

Ta có: Giới hạn mỏi của đai : 𝜎𝑟 = 9 MPa

Số mũ đường cong mõi của đai thang: m= 8

C THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

I CHỌN VẬT LIỆU VÀ TÍNH ỨNG SUẤT CHO PHÉP:

- Bánh nhỏ: thép C45 tôi cải thiện, độ rắn HB1 = 241÷285 ; σb1 = 850MPa; σch1=580MPa

- Bánh lớn: thép C45 tôi cải thiện, độ rắn HB2 = 192÷240 ; σb2 = 750MPa ; σch2 = 450MPa

2.Xác định ứng suất tiếp xúc:

Chọn độ rắn bánh nhỏ: HB1 = 250

Chọn độ rắn bánh lớn: HB2 = 230

Theo bảng (6.13) trang 220 sách “cơ sở thiết kế máy-Nguyễn Hữu Lộc” ta có:

- Giới hạn mỏi tiếp xúc :

HO

N  HB

m i

- Số lần ăn khớp của răng 1 vòng quay:

bánh răng quay một chiều => c =1

Vì NHE1 > NHO1 nên KHL1 = 1

NHE2 > NHO2 nên KHL2 = 1

5.Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định sơ bộ:

 

H

HL H

*/ Với cấp nhanh sử dụng bánh răng nghiêng:

Ta thấy điều kiện: [H]min  [H] 1, 25.[  H]min không thỏa

Nên ta chọn :    H  H min  H 2 481,82MPa

Bộ truyền quay một chiều nên: KFC = 1

SF = 1,75 theo bảng 6.13 trang 220 sách “ Cơ sở thiết kế máy” –Nguyễn Hữu Lộc

1 1 450

1 1 414

2  



Ứng suất quá tải cho phép:

-Ứng suất tiếp xúc:  H max 2,8.ch2 2,8.450 1260 MPa

MPa MPa

Đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ở bảng 6.15/tr.288 NHL

Với vị trí bánh răng không đối xứng và độ cứng H1 ,H2 < 350HB nên ta chọn:

0, 25.481,82 3, 08

Đối với các bánh răng nghiêng, ngoài số răng ta còn phải chọn góc nghiêng 

theo điều kiện cho cặp bánh răng phân đôi là: o o

o o 1

74

3, 08324

m

z u z

t w

.tan 3223,89.tan(20 )

1481, 43( )cos cos(35, 25 )

KHv = 1,02 ; KFv = 1,04

9.Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc:

Ứng suất tiếp xúc tính toán đƣợc xác định bởi công thức (6.86):

H

c Z

1 2

0

1 11,88 3, 2 os

z z

1 1 1,88 3, 2 os(35,25 )=1,39

Vậy điều kiện bền tiếp xúc được thoả

10.Kiểm nghiệm ứng suất uốn:

Ứng suất uốn cho phép theo công thức (6.52/tr.224 sách NHL):

0 lim

HL x FC

Hệ số ảnh hưởng khi quay: KFC = 1 ( quay một chiều )

Hệ số ảnh hưởng của độ nhám : YR = 1 khi phay và mài răng

Hệ số dạng răng theo công thức thực nghiệm (6.80):

z z

266,14

70,18

3, 76 244,85

68, 59

3, 57

F F F F

 Ta kiểm nghiệm độ bền uốn cho bánh dẫn là bánh có độ bền thấp hơn

Ứng suất uốn đƣợc tính theo công thức (6.92):

.

F t F F

11.Các thông số hình học của bộ truyền:

0, 49.481,82 2, 6 .

m

z u z

5.Xác định kích thước bộ truyền:

Theo bảng 6.2:

Khoảng cách trục:

2 1 w

n n

9.Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc:

Ứng suất tiếp xúc tính toán được xác định bởi công thức (6.86):

o n

H

c Z

Cặp bánh răng bằng thép : ZM = 275 (Mpa1/3)

Hệ số ảnh hưởng của tổng chiều dài tiếp xúc theo công thức (6.88):

Vậy điều kiện bền tiếp xúc được thoả

10.Kiểm nghiệm ứng suất uốn:

Ứng suất uốn cho phép theo công thức (6.52):

0 lim

HL x FC

Hệ số ảnh hưởng khi quay: KFC = 1 ( quay một chiều )

Hệ số ảnh hưởng độ nhám : YR = 1 khi phay và mài răng

236, 57.1.1, 035.1.1 244,85( )

z z

266,14

70, 97

3, 75244,85

68, 39

3, 58

F F

F F

 Ta kiểm nghiệm độ bền uốn cho bánh dẫn là bánh có độ bền thấp hơn:

Ứng suất uốn đƣợc tính theo công thức (6.92):

.

F t F F

Vậy điều kiện độ bền uốn được thoả

7.Các thông số hình học của bộ truyền:

- Khoảng cách trục: aw = 250 mm

n n

Bánh bị dẫn

94,2 142,5277,8 367,5Đường kính vòng đáy df , mm: Bánh dẫn

Bánh bị dẫn

80,7 131,25264,3 365,25Chiều rộng vành răng bw, mm: Bánh dẫn

Bánh bị dẫn

5045

127122

IV KIỂM NGHIỆM ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN NGÂM DẦU:

Ký hiệu các bánh răng nhƣ hình vẽ:

Việc bôi trơn hộp giảm tốc phải đảm bảo những điều kiện sau:

 Mức dầu thấp nhất ngập (0,75÷2) chiều cao răng h2 (h2 = 2,25.m) của bánh răng 2 (nhƣng ít nhất 10mm)

 Mức dầu cao nhất không đựơc ngập quá 1/3 bán kính bánh răng 4 (hay da4/6)

D THIẾT KẾ TRỤC

Sơ đồ lực phân bố trên cơ cấu :

I CHỌN VÀ TÍNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU CỦA TRỤC

Vật liệu chế tạo trục là thép C45 tôi cải thiện

Giới hạn bền: σb = 850 MPa

Trị số ứng suất uốn cho phép tra trong bảng 10.5 trang 195 [1]: [σ ] = 63 MPa

Ứng suất xoắn cho phép:

[τ ] =20 ÷ 25 MPa đối với trục vào ra của hộp giảm tốc

[τ ] =10 ÷ 25 MPa đối với trục trung gian

1.Xác định sơ bộ đường kính trục theo công thức:

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

2.1 Theo bảng 10.2 trang 189 [1] ta chọn chiều rộng ổ lăn tương ứng:

T



2.4 Chiều dài mayer nửa khớp nối:

Phản lực tại các gối tựa:

+ Trong mặt phẳng yoz:

-Xét phương trình moment tại điểm 0:

12 12 13 13 14 14 13 1 14 11

0

109765, 5

340972, 5

218378, 20

x x

x x x

293066, 98

293066, 98

293066, 98

146533, 490

3 11

3 12

3 13

14

0,1.

253803, 4

33, 58 0,1.67

276522, 4

34, 55 0,1.67

474625,1

41, 38 0,1.67

329216, 7

36, 63 0,1.67

0

tdj j

M d

BIỂU ĐỒ MOMENT TRỤC 1

360690, 5

601380, 6

360690, 5 0

x x x x x

0 437755,805

875511, 61 437755,805 0

1415510, 2

63, 6 0,1.55

52,8 0

tdj j

BIỂU ĐỒ MOMENT TRỤC 2

Độ lớn lực từ khớp nối được xác định:

Dt là đường kính vòng tròn đi qua tâm các chốt của nối trục đàn hồi

Từ bảng 16.10a trang 68 [2] với T3 = 2208052,97 Nmm ta chọn Dt = 200 (mm)

Ta lấy Fx33 = 6624 (N)

+Phản lực tại các gối tựa:

Trong mặt phẳng yoz:

Xét phương trình moment tại điểm 0:

Do lực phân bố đối xứng nên:

31

4635,1.172

2317, 55344

y y

x x x x

M

M M

3 32

3 33

0,1.

0 2427496

78, 60 0,1.50

2054717, 2

74, 35 0,1.50

1912230

72, 59 0,1.50

tdj j

M d

BIỂU ĐỒ MOMENT TRỤC 3

III KIỂM NGHIỆM TRỤC VỀ ĐỘ BỀN MỎI:



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

Theo kết cấu và biểu đồ moment trục ta thấy các tiết diện nguy hiểm cần đƣợc kiểm tra về

độ bền mỏi:

- Trục 1: tiết diện 10 ( tiết diện lắp bánh đai); tiết diện 12 lắp bánh răng)

- Trục 2: hai tiết diện lắp bánh răng 21;22

- Trục 3: tiết diện lắp bánh răng 31; lắp nối trục 33

e) Xác định các hệ số Kσdj và Kτdj đối với các tiết diện nguy hiểm:

Ta có công thức xác định Kσdj:

1

x dj

y

K K K

y

K K K

-Các trục được gia công bằng máy tiện,tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt độ nhám

Ra = 2,5÷0,63.Theo bảng 10.8 trang 197 [1] ta có hệ số tập trung ứng suất Kx = 1,1

-Không dùng các phương pháp tăng bề mặt nên Ky = 1

-Ta dung dao phay ngón để gia công rãnh then nên từ bảng 10.12 trang 199 [1] ta có:

Kσ = 2,01

Kτ = 1,88

-Theo bảng 10.10 trang 198 [1] ta được:

Lắp căng

Rãnh then

Lắp căng

-Ta thấy các tiết diện nguy hiểm trên cả 3 trục đều đảm bảo an toàn về mỏi

IV TÍNH KIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN CỦA THEN:

Với các tiết diện trục dung mối ghép then , ta tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập σd và độ bền cắt τc

 1

2.

[ ]

2.

[ ]

Tính và chọn theo tiêu chuẩn ta có chiều dài then đƣợc cho trong bảng

Ta có bảng kiệm nghiệm then nhƣ sau:

Tiết diện d lt bxh t1 T(Nmm) σd(MPa) τc(MPa)

E TÍNH TOÁN CHỌN Ổ:

I TRỤC 1:

 Đường kính trục tại ổ: d11 = d14 = 40 mm

 Số vòng quay: n1 = 335,64 vòng/phút

 Tuổi thọ: do thời gian làm việc của hộp giảm tốc là lớn nên ta chọn tuổi thọ ổ phù

hợp.Chọn thời gian làm việc của ổ là 2 năm

 Thời gian làm việc của ổ 2 năm thay 1 lần:

Lh = 2.250.2.8 = 8000 (giờ)

Vì lực dọc trục Fa (Fz13 ,Fz14 ) tự động triệt tiêu nhau nên ta chọn ổ bi đỡ một dãy ;

tra bảng P2.7/ tr.255[1] ta chọn được ổ lăn có ký hiệu 208,là cỡ nhẹ có các thông số:

Vì FR0 < FR1 nên ta tính toán chọn ổ cho trục thông qua ổ 1

b) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:

-Tải trọng động qui ước:

Khả năng tải động của ổ được bảo đảm

c) Khả năng tải tĩnh của ổ:

 Tuổi thọ: do thời gian làm việc của hộp giảm tốc là lớn nên ta chọn tuổi thọ ổ phù

hợp.Chọn thời gian làm việc của ổ là 2 năm

 Thời gian làm việc của ổ 2 năm thay 1 lần:

b) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:

-Tải trọng động qui ước:

Khả năng tải động của ổ được bảo đảm

c) Khả năng tải tĩnh của ổ:

 Tuổi thọ: do thời gian làm việc của hộp giảm tốc là lớn nên ta chọn tuổi thọ ổ phù

hợp.Chọn thời gian làm việc của ổ là 2 năm

 Thời gian làm việc của ổ 2 năm thay 1 lần:

Lh = 2.250.2.8 = 8000 (giờ)

Vì lực dọc trục Fa (Fz22 ,Fz24 ) tự động triệt tiêu nhau nên ta chọn ổ bi đỡ một dãy ;

tra bảng P2.7/ tr.255[1] ta chọn đƣợc ổ lăn có ký hiệu 117,là cỡ đặc biệt nhẹ, vừa; có các thông số: d= 85mm; D= 130mm; B= 22mm; r= 2,0mm; C= 37,4(kN); Co= 31,9(kN)

Vì FR0 > FR1 nên ta tính toán chọn ổ cho trục thông qua ổ 0

b) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:

Khả năng tải động của ổ được bảo đảm

c) Khả năng tải tĩnh của ổ:

F THIẾT KẾ KẾT CẤU VỎ HỘP GIẢM TỐC

-Vỏ hộp giảm tốc có nhiệm vụ bảo đảm vị trí tương đối giữa các chi tiết và các bộ phận máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng dầu bôi trơn và bảo vệ các chi tiết tránh bụi

-Vật liệu là gang xám GX 15-32

-Bề mặt ghép của vỏ hộp đi qua đường tâm trục để việc lắp ghép các chi tiết thuận tiện -Bề mặt lắp nắp và than được cạo sạch hoặc mài, để lắp sít , khi lắp có một lớp sơn lỏng hoặc sơn đặc biệt

-Mặt đáy hộp giảm tốc nghiêng về phía lỗ tháo dầu với độ dốc khoảng 1o

-Kết cấu hộp giảm tốc đúc, với các kích thước cơ bản như sau ( bảng 18.1/tr.85 [2]):

1/ Chiều dày : + thân hộp:  = 0,03a + 3 = 0,03.250 + 3 = 10,5 (mm) > 6 (mm)

D3 = D + 4,4.d4

=100+4,4.10=144

(tra bảng (18.2 ) [2])

Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ (k2 ) : k2 = E2 + R2 + ( 3  5) mm = 49,451,4 mm Chọn: k2 = 50

Tâm lỗ bulông cạnh ổ : E2 và C ( k là khoảng cách từ tâm bulông đến mép lỗ )

E2 = 1,6 d2 =25,6 ( không kể chiều dày thành hộp )

7/ Khe hở giữa các chi tiết :

Giữa bánh răng với thành trong hộp :  ( 1  1,2 )  = 10 mm

Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp : t  ( 3  5 )  = 30 mm

Giữa mặt bên các bánh răng với nhau : 1 = 10 ( mm)

8/ Số lƣợng bulông nền z :

z = (L + B ) /( 200  300 ) = ( 4  6 ) = 4

5.Nút tháo dầu:

Chọn M30x2.Các thông số trong bảng 18.7 trang 93

M20x2 15 9 3 28 2,5 17,8 30 22 25,4

6.Que thăm dầu:

Dùng kiểm tra dầu trong hộp giảm tốc.Vị trí lắp đặt nghiêng 450

so với mặt bên, kích thước theo tiêu chuẩn

7 Bulông vòng:

Bulông vòng dùng để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc khi gia công hay lắp ghép Theo bảng 18.3b ta tra được khối lượng gần đúng của hộp giảm tốc

Theo bảng 18.3a ta có kết quả kích thước bulông vòng như sau:

Ren

d

d1 d2 d3 d4 d5 h h1 h2 l≥ f b c x r r1 r2M12 54 30 12 30 17 26 10 7 25 2 14 1,8 3,5 2 5 6

10 Vú tra mỡ cho ổ lăn:

Để bổ sung mỡ bôi trơn cho ổ trong quá trình làm việc ta dùng vú tra mỡ có kết cấu và

H BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP

Dựa vào kết cấu làm việc, chết độ tải của các chi tiết trong hộp giảm tốc mà ta chọn các kiểu lắp ghép sau:

1 Dung sai và lắp ghép bánh răng:

Chịu tải vừa , thay đổi va đập nhẹ vì thế ta chọn kiểu lắp trung gian H7/k6

2 Dung sai lắp ghép ổ lăn:

Khi lắp ổ lăn ta cần lưu ý:

- Lắp vòng trong trên trục theo hệ thống lỗ, lắp vòng ngoài vào vỏ theo hệ thống trục

- Để các vòng ổ không trơn trựơt theo bề mặt trục hoặc lỗ hộp khi làm việc, chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi cho các vòng quay

- Đối với các vòng không quay ta sử dụng kiểu lắp có độ hở

Vì vậy khi lắp ổ lăn lên trục ta chọn mối ghép k6, còn khi lắp ổ lăn vào vỏ ta chọn H7

3 Dung sai khi lắp vòng chắn dầu:

Chọn kiểu lắp trung gian H7/js6 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp

4 Dung sai khi lắp vòng lò xo ( bạc chắn ) trên trục tuỳ động:

Vì bạc chỉ có tác dụng chặn các chi tiết trên trục nên ta chọn chế độ lắp có độ hở H8/h7

5 Dung sai lắp ghép then lên trục:

Theo chiều rộng ta chọn kiểu lắp trên trục là P9 và kiểu lắp trên bạc là D10

- Bảng dung sai lắp ghép bánh răng:

- Bảng dung sai lắp ghép ổ lăn:

- Bảng dung sai lắp ghép then:

Kích thước

tiết diện

then bxh

Sai lệch giới hạn chiều rộng rãnh then Chiều sâu rãnh then

Trên trục Trên bạc Sai lệch giới

hạn trên trục t1

Sai lệch giới hạn trên bạc t2

14x9

+0,043 +0,120

+0,050 +0,2 +0,2 14x9

-0,043 +0,120

+0,050 +0,2 +0,2 18x11

-0,043 +0,120

+0,050 +0,2 +0,2 18x11

-0,043 +0,120

+0,050 +0,2 +0,2 25x14

-0,052 +0,149

+0,065 +0,2 +0,2 22x14