Tính Toán Động Cơ Và Phân Phối Tỉ Số Truyền (Full Ban Ve Cad)

Tính sơ bộ đường kính trục theo moment xoắn... Phát thảo sơ đồ trục và đặt lực tác dụng lên trục Tra bảng 10.2[1] chọn các khoảng cách dọc trục theo moment xoắn T... Tính moment tương đư

Nội dung Trang

Phần 1 Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền 4

Phần 6 Thiết kế vỏ hộp và chọn các chi tiết phụ 51

Tài liệu tham khảo 57

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

GVHD: Dương Đăng Danh

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

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

Trong đó: ηd = 0,95 : Hiệu suất bộ truyền đai thang

η𝑜𝑙 = 0,99 : Hiệu suất 1 cặp ổ lăn

ηk = 0,99 ∶ Hiệu suất khớp nối

ηbr= 0,96 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

ηtv= 0,83: Hiệu suất bộ truyền trục vis

d

0,99.0,95.0,83.0,96.0,99 0, 72

k br tv ol

2 Xác định công suất cần thiết trên trục động cơ :

 Công suất cực đại (danh nghĩa) trên trục xích tải :

Trong đó: tỉ số truyền hộp giảm tốc trục vis – bánh răng: uh = 50

tỉ số truyền bộ truyền đai: ud = 3,15

Số vòng quay sơ bộ của động cơ: nsb= n m.𝑢𝛴=18,18.150 = 2863,4 vòng/phút

Theo bảng P1.3 sách „TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ‟ của Trịnh Chất –

Lê Văn Uyển, ta chọn động cơ sau:

Động cơ Công suất

(kW)

Vận tốc quay (vòng/phút) cosυ η (%) max

dn

T T

k dn

T T4A112M2Y3 7,5 2922 0,88 87,5 2,2 2,0

II Phân phối tỉ số truyền

Chọn tỉ số truyền của hệ thống:

2922

160, 73 18,18

u u u

u u u

ol br

P P

ol tv ol

P P

  

Trục động cơ: 1 7, 72

8,13 kW 0,95

dc d

P P

n n

dc

P T

927, 62

P T

46,38

P T

18,18

P T

lv

P T

n

BẢNG ĐẶC TÍNH

T (N.mm) 26571, 4 79478, 7 1293100,5 3136056,1 3073019,8

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

2 +( 315−100)

2 4.311,85 = 1312,64 mm, chọn L = 1,8 m

Số vòng chạy trong 1 giây :

trong đó : k = L – 𝜋 (𝑑1 + 𝑑2)

2 = 1800 – 3,14 100+315

2 = 1148,45 mm ∆ = 𝑑2− 𝑑1

 𝐹𝑣 = 24,58 𝑁 => 𝐹0 = 133,79 𝑁

Lực tác dụng lên trục: 𝐹𝑟 = 2𝐹0𝑧𝑠𝑖𝑛 𝛼1

2 = 1313,93 𝑁

TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG

 Chọn vật liệu cho bánh bị dẫn : chọn thép 40Cr được tôi cải thiện , ta

chọn độ rắn trung bình đối với bánh dẫn và bị dẫn : HB1=250 , HB2 = 228 , vật liệu có khả năng chạy rà tốt

→NHE2 = 𝑁𝐻𝐸 1

𝑢 = 5,0.10

7 3,19 =1,58 107 chu kỳ

 Số chu kỳ làm việc tương đương :

NFE1 = 60 c.∑( 𝑇𝑖

𝑇𝑚𝑎𝑥 )6.ni ti = 60.((𝑇

𝑇)6 11077 + (0,5𝑇

𝑇 )6 27323) 57,98

=4.107 chu kỳ

NFE2 = 𝑁𝐹𝐸 1

𝑢 = 4.10

7 3,19 =1,25 107 chu kỳ

 Số chu kỳ làm việc cơ sở :

 Khoảng cách trục trong bộ truyền bánh răng :

 Các thông số hình học của bánh răng :

 Tính lực tác dụng lên bộ truyền:

Vì vs= 4 m/s <5m/s ta chọn đồng thanh không thiếc Br AlFe9-4,đúc trong

khuôn cát với σch = 200 MPa và σb =400 Mpa (bảng 7.8 [1]) Chọn vật liệu cho trục vít là thép 40Cr được tôi với độ rắn >45 HRC được mài bóng

 Ứng suất cho phép của bánh vít [σ H ] :

NFE = 60.∑ (𝑇𝑖

𝑇)9 ni ti = 60.n2( (𝑇1

𝑇)9 t1+(𝑇2

𝑇)9.t2)

 Hiệu suất theo công thức 7.9 [1]

ƞ= (0,9 ÷ 0,95) 𝑡𝑔𝛾

𝑡𝑔(𝛾+𝜑 ′ ) = (0,9 ÷ 0,95) 𝑡𝑔 14,04

0

𝑡𝑔 (14,04+1,55) =(0,8 ÷ 0,85) =0,8

( với υ‟= arctgf‟ Chọn f‟ = 0,048

𝑣𝑠0,36 ( thép - đồng) f‟= 0,048

Giá trị này phù hợp với giá trị đã chọn

 Số răng tương đương bánh vít:

Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít:

 Tính toán nhiệt độ làm việc cho phép :

t1 = t0 + 1000 𝑃1 (1−ƞ)

𝐾𝑇 𝐴( 1+ 𝛹)

Ta có : Hệ số toả nhiệt KT = 15 W/m2.oC

Hệ số thoát nhiệt Ψ = 0,3 A= 20.aw

 Kiểm tra độ bền uốn của truc :

σF = 𝑀𝐸

𝑊𝐸 =

32 𝑀𝐹2+ 0,75𝑇1𝜋.𝑑𝑓13 với : MF = (1449 500

4 )2 + (1890 500

4 +5192.100

4 )2= 408410 N.mm ( ta có : d1 = 100 mm; l=d2 = 500 mm; df1 = 70 mm )

→ σF= 32 348753 2+ 0,75.79487,72

𝜋.𝑑𝑓13 = 12,3 MPa ≤ [σF] = 80 Mpa chọn [σF] theo bảng 7.11 [1] thép 40Cr

 Kiểm tra độ cứng trục vít theo công thức 7.50:

y =

𝑙3 𝐹𝑟12+𝐹𝑡1248.𝐸 𝐽𝐸 ≤ [y]

 Bôi trơn hộp giảm tốc:

Đường kính vòng đỉnh:

Bánh vít: 𝑑𝑎2 = 525 𝑚𝑚 Bánh răng lớn: 𝑑𝑎4 = 585 mm Chiều sâu ngâm dầu (0,75÷2)h và không nhỏ hơn 10mm

Với h = 2,25.m =2,25.12,5 =28,125 mm là chiều cao răng của bánh vít

Khoảng cách giữa mức dầu thấp nhất và cao nhất hmax – hmin = (10÷15) mm Mức dầu thấp nhất phải lớn hơn hoặc bằng chiều cao răng của bánh vít:

SƠ ĐỒ LỰC TÁC DỤNG LÊN BỘ TRUYỀN

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRỤC

TRỤC I

a Thông số kỹ thuật

Công suất trên trục P1 = 7,72 kW

Moment xoắn trên trục T1 = 79478,7 Nmm

Số vòng quay của trục n1= 927,62 rpm

Thời gian làm việc Lh= 8.300.16 =38400 h

Quay 1 chiều,làm việc 2 ca, tải va đập mạnh

b Tính toán

1 Chọn vật liệu

Chọn thép 45 có σb=600 MPa , σch=340 MPa và [σF]-1 = 50 Mpa

Và chọn ứng suất xoắn cho phép [τ] = 20 Mpa

2 Tính sơ bộ đường kính trục theo moment xoắn

3 Phát thảo sơ đồ trục và đặt lực tác dụng lên trục

Tra bảng 10.2[1] chọn các khoảng cách dọc trục theo moment xoắn T

5 Vẽ biểu đồ nội lực

Biểu đồ moment uốn Mx , My , moment xoắn T Đơn vị Nmm

6 Tính moment tương đương,đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm

Từ biểu đồ moment ta thấy tiết diện nguy hiểm là mặt cắt tại C

Moment tương đương

Các tiết diện đều thỏa điều kiện

7 Chọn then

Chọn vật liệu then bằng là thép 45 có

Ứng suất cắt cho phép [τC] = 60 Mpa

Ứng suất dập cho phép [σd] = 50 Mpa

Kiểm tra ứng suất cắt

8 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi

Tại tiết diện 1-3 (tại C)

Hệ số an toàn về mõi chỉ xét đến ứng suất pháp (thay đổi theo chu kỳ đối xứng)

1 0, 436 b 0, 436 600 261,6 MPa



Không có rãnh then nên không có tập trung ứng suất Kσ =1

Hệ số kích thước εσ = 0,78 tra bảng 10.3[1] với d = 70 mm

Hệ số tăng bền bề mặt β = 0,88 hình 2.7[1] (trục được đánh bóng thô hay mài tinh)

Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình ψσ = 0,05 (hình 2.9[1])

1 0,22 b 0,22 600 132 MPa



Không có rãnh then nên không có tập trung ứng suất Kτ =1

Hệ số kích thước ετ = 0,74 tra bảng 10.3[1] với d = 100 mm

Hệ số tăng bền bề mặt β = 0,88 hình 2.7[1] (trục được đánh bóng thô hay mài tinh)

Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình ψτ = 0 (hình 2.9[1])

Ứng suất tiếp biên độ :τa= τmax/2= 0,59 MPa

TRỤC II

a Thông số kỹ thuật

Công suất trên trục :P1 = 6,28 kW

Moment xoắn trên trục :T1 = 1293100,5 Nmm

Số vòng quay của trục :n1= 46,38 rpm

Thời gian làm việc :Lh= 8.300.16 = 38400 h

Quay 1 chiều,làm việc 2 ca, tải va đập mạnh

b Tính toán

1 Chọn vật liệu

Chọn thép 45 có σb=600 MPa , σch=340 MPa và [σF]-1 = 50 Mpa

Và chọn ứng suất xoắn cho phép [τ] = 20 Mpa

2 Tính sơ bộ đường kính trục theo moment xoắn

3 Phác thảo sơ đồ trục và đặt lực tác dụng lên trục

Chọn chiều dài mayo bánh răng trụ l2 = 160 mm

Chọn chiều dài mayo bánh vít l3 = 100 mm

l

x

Từ biểu đồ moment ta thấy tiết diện nguy hiểm là mặt cắt tại B

Moment tương đương tại B

Ứng suất cắt cho phép [τC] = 60 Mpa

Ứng suất dập cho phép [σd] = 50 Mpa

Tra bảng 9.1b [3]

Chọn then bằng cao tại vị trí lắp bánh răng và bánh vít (TCVN 4218 – 86)

Kiểm tra tại vị trí lắp bánh vít (bề rộng bánh vít nhỏ hơn bánh răng)

d23 = 75 mm ; b = 22 mm

h = 20 mm ; t1 = 12 mm

t2 = 8,4 mm

l = 90 mm ( với mayo bánh vít 105mm) và l = 125mm (tại vị trí lắp bánh răng)

Sử dụng 2 then 2 đầu tròn đặt cách nhau 180o tại vị trí lắp bánh vít

Mỗi then chịu 0,75T

Chiều dài làm việc của then l1 = l – b = 90 – 22 = 68 mm

Kiểm tra ứng suất cắt

8 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi

Tại tiết diện 2-2 (tại B)

Hệ số an toàn về mõi chỉ xét đến ứng suất pháp (thay đổi theo chu kỳ đối xứng)

Do có tập trung ứng suất vì có rãnh then Kσ =1,75 bảng 10.8[1]

Hệ số kích thước εσ = 0,75 tra bảng 10.3[1] với d = 75 mm

Hệ số tăng bền bề mặt β = 1,5 bảng 10.4[1] (trục được thấm cacbon)

Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình ψσ = 0,05 (hình 2.9[1])

Moment chống uốn

Do có tập trung ứng suất vì có rãnh then Kτ =1,5

Hệ số kích thước ετ = 0,73 tra bảng 10.3[1] với d = 75 mm

Hệ số tăng bền bề mặt β = 1,5 bảng 10.4[1] (trục được thấm cacbon)

Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình ψτ = 0 (hình 2.9[1]) Moment chống xoắn

Các tiết diện còn lại

Tiết diện M T Kσ σmax Kτ τmax sσ sτ s

2-2 1083496 1293100,5 1,75 31,5 1,5 17 5,3 11,3 4,8 2-3 595275,6 1293100,5 1,75 17,3 1,5 17 9,7 11,3 7,4

TRỤC III

a Thông số kỹ thuật

Công suất trên trục :P1 = 5,97 kW

Moment xoắn trên trục :T1 = 3136056,1 Nmm

Số vòng quay của trục :n1= 18,18 rpm

Thời gian làm việc:Lh= 8.300.16 = 38400 h

Quay 1 chiều,làm việc 2 ca, tải va đập mạnh

b Tính toán

1 Chọn vật liệu

Chọn thép 45 có σb=600 MPa , σch=340 MPa và [σF]-1 = 50 Mpa

Và chọn ứng suất xoắn cho phép [τ] = 20 Mpa

2 Tính sơ bộ đường kính trục theo moment xoắn

3 Phát thảo sơ đồ trục và đặt lực tác dụng lên trục

Chọn chiều dài mayo bánh răng trụ l2 = 150 mm

Tra bảng 10.2[1] chọn các khoảng cách dọc trục theo moment xoắn T

f = 130 mm ; x = 15 mm

CD = l – BC = 255 mm

Khớp nối: Chọn nối trục vòng đàn hồi

Chọn hệ số làm việc cho bộ phận công tác K = 2

Moment xoắn tính toán

C

6 Tính moment tương đương,đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm

Từ biểu đồ moment ta thấy tiết diện nguy hiểm là mặt cắt tại C

Moment tương đương tại C

Các tiết diện đều thỏa điều kiện

7 Chọn then

Chọn vật liệu then bằng là thép 45 có

Ứng suất cắt cho phép [τC] = 60 Mpa

Ứng suất dập cho phép [σd] = 50 Mpa

Chọn then 1 đầu tròn 1 đầu bằng

Sử dụng 2 then đặt cách nhau 180o, lúc đó mỗi then chịu 0,75T Chiều dài làm việc của then l1 = l – b/2 = 127,5 mm

Kiểm tra ứng suất cắt

8 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi

Tại tiết diện 3-3 (tại C)

Hệ số an toàn về mõi chỉ xét đến ứng suất pháp (thay đổi theo chu kỳ đối xứng)

1 0, 436 b 0, 436 600 261,6 MPa



Do có tập trung ứng suất do rãnh then Kσ =1,75 bảng 10.8[1]

Hệ số kích thước εσ = 0,7 tra bảng 10.3[1] với d = 95 mm

Hệ số tăng bền bề mặt β = 1,5 bảng 10.4[1] (trục được thấm cacbon)

Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình ψσ = 0,05 (hình 2.9[1])

Ứng suất pháp biên độ σa= σmax = 18 Mpa

Hệ số an toàn về mõi chỉ xét đến ứng suất tiếp (thay đổi theo chu kỳ

1 0,22 b 0,22 600 132 MPa



Không có rãnh then nên không có tập trung ứng suất Kτ =1

Hệ số kích thước ετ = 0,7 tra bảng 10.3[1] với d = 95 mm

Hệ số tăng bền bề mặt β = 1,5 bảng 10.4[1] (trục được thấm cacbon)

Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình ψτ = 0 (hình 2.9[1]) Moment chống xoắn

CHỌN Ổ LĂN

TRỤC I

Thông số kỹ thuật

Công suất trên trục P1 = 7,72 kW

Moment xoắn trên trục T1 = 79478,7 Nmm

Số vòng quay của trục n1= 927,62 rpm

Thời gian làm việc Lh= 8.300.16 =38400 h

Quay 1 chiều,làm việc 2 ca, tải va đập mạnh

F 5192 1, 94 0,3

R 2672

Tại A chọn 2 ổ bi đỡ chặn lắp kiểu chữ “ O ” và có e = 0,99

Chọn ổ B là ổ bi đỡ

2 Tải trọng tương đương tác dụng lên ổ Q A , Q B

Ta chọn V=1 vòng trong ổ lăn quay

Fa

Bậc đường cong mỏi m=3 đối với ổ bi

Do tải trọng thay đổi theo bậc nên

Bậc đường cong mỏi m=3 đối với ổ bi

Do tải trọng thay đổi theo bậc nên

tra bảng 11.6[1] đối với ổ bi đỡ chặn

Hệ số tải trọng hướng tâm Xo = 0,5

Hệ số tải trọng dọc trục Yo = 0,28Vậy Qo max =2,92 kN < Co Vậy ổ đủ bền tĩnh

TRỤC II

Thông số kỹ thuật

Công suất trên trục :P1 = 6,28 kW

Moment xoắn trên trục :T1 = 1293100,5 Nmm

Số vòng quay của trục :n1= 46,38 rpm

Thời gian làm việc :Lh= 8.300.16 = 38400 h

Quay 1 chiều,làm việc 2 ca, tải va đập mạnh

F 1449

0,5

R 2881

Chọn ổ bi đỡ chặn có e = 0,45

Lắp kiểu chữ “ O ”

2 Tải trọng tương đương tác dụng lên ổ Q A , Q B

Ta chọn V=1 vòng trong ổ lăn quay

Kd=1,5 hệ số ảnh hưởng tải trọng, bảng 11.2[1]

Fa

Lực dọc trục phụ

SA = e.RA = 0,68 8026 = 5458 N

SB = e.RB = 0,68 2881 = 1959 N Tổng lực dọc trục phụ

Bậc đường cong mỏi m=3 đối với ổ bi

Do tải trọng thay đổi theo bậc nên

i

i 1 n i

tra bảng 11.6[1] đối với ổ bi

Hệ số tải trọng hướng tâm Xo = 0,6

Hệ số tải trọng dọc trục Yo = 0,5Vậy Qo max =2,88 kN < Co Vậy ổ đủ bền tĩnh

TRỤC III

Thông số kỹ thuật

Công suất trên trục :P1 = 5,97 kW

Moment xoắn trên trục :T1 = 3136056,1 Nmm

Số vòng quay của trục :n1= 18,18 rpm

Thời gian làm việc:Lh= 8.300.16 = 38400 h

Quay 1 chiều,làm việc 2 ca, tải va đập mạnh

1 Sơ đồ tính toán

Bậc đường cong mỏi m=3 đối với ổ bi

Do tải trọng thay đổi theo bậc nên

i

i

i 1 n i

6 Kiểm tra khả năng tải tĩnh

tra bảng 11.6[1] đối với ổ bi đỡ

Hệ số tải trọng hướng tâm Xo = 0,6

Hệ số tải trọng dọc trục Yo = 0,5 Vậy Qo max =5,93 kN < Co Vậy ổ đủ bền tĩnh

THIẾT KẾ VỎ HỘP

A Thiết kế vỏ hộp

-Việc thiết kế vỏ hộp giảm tốc phải đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và các bộ phận của máy ,đủ tiếp nhận tải trọng do các chi tiết trên vỏ truyền đến , chứa dầu bôi trơn , bảo vệ các chi tiết khỏi bám bụi

-Hộp giảm tốc bao gồm :thành hộp nẹp và gân,mặt bích gối đỡ

-Vật liệu : gang xám GX 15-32

1 Chọn bề mặt nắp và thân

Bề mặt ghép thường chọn song song với mặt đế đi qua đường tâm các trục

để đảm bảo lắp ghép các chi tiết thuận lợi

2 Xác định kích thước cơ bản của vỏ hộp

f Khe hở giữa các chi tiết

Giữa bánh răng với thành trong hộp Δ ≥ 14 mm

Giữa đỉnh răng với đáy hộp Δ1 ≥ 42 mm

Giữa các mặt bên bánh răng với nhau Δ ≥ 14 mm

l = 30… 180

5 Nắp cửa thăm dầu

Có tác dụng để kiểm tra quan sát các chi tiết trong hộp giảm tốc khi lắp ghép

và đổ dầu vào hộp ,được bố trí trên đỉnh hộp

Theo bảng 18-5,ta chọn các kích thước sau :

6 Que thăm dầu

Dùng kiểm tra mức dầu trong hộp giảm tốc

Chọn que thăm dầu theo tiêu chuẩn

8 Nút tháo dầu

Dùng để tháo dầu cũ không còn đảm bảo chất lượng

Từ bảng 18.7 ta chọn các kích thước cho nút tháo dấu như sau

10 Bôi trơn hộp giảm tốc

Ta thiết kế hộp giảm tốc được bôi trơn theo phương pháp ngâm dầu

Dầu bôi trơn : ta dùng dầu Tuabin có chất lượng tốt để bôi trơn hộp giảm tốc đảm bảo cho hộp giảm tốc hoạt động tốt

11 Chọn nối trục

- Để giảm va đập , chấn động và bù trừ lệch trục ta chọn nối trục vòng đàn hồi liên kết trục III với trục của xích tải

- Đối với bánh răng chọn cấp chính xác là 9

- Đối với trục ,then và các rãnh then chọn cấp chính xác là 8

- Đối với gia công các lỗ thì chọn cấp chính xác cao hơn nên chọn cấp chính xác là 7

- Đối với các chi tiết khác chọn cấp chính xác cho sự sai lệch của độ song song,độ thẳng góc ,độ nghiêng ,độ đảo mặt đầu,độ đảo mặt toàn phần là 6 ,còn đối với độ phẳng ,độ thẳng là 7

- Đối với sự sai lệch của độ đồng tâm ,độ đối xứng ,độ giao trực ,độ đảo hướng tâm độ đảo hướng tâm toàn phần,độ trụ , độ tròn và profin tiết diện dọc ta chọn cấp chính xác là 6

2 Chọn kiểu lắp

Căn cứ vào yêu cầu làm việc của các chi tiêt trong hộp giảm tốc ta chọn các kiểu lắp như sau :

Bánh răng,bánh vít lắp trên trục theo kiểu lắp trung gian H7/k6

Đối với vòng trong các ổ lăn chọn kiểu lắp k6, vòng ngoài chọn kiểu lắp H7

Bảng dung sai lắp

ghép bánh răng

Sai lệch giới hạn trên (μm)

Sai lệch giới hạn dưới (μm)

Độ dôi Nmax (μm)

Độ hở Smax (μm)

ES EI es ei Trục II Ø75H7/k6 30 0 21 2 21 28

Ø75H7/k6 30 0 21 2 21 28 Trục

Kiểu lắp

Dung sai lắp ghép (μm)

hạn trên trục t1

Sai lệch giới hạn trên bạc t2 H9 D10

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Hữu Lộc : Cơ sở Thiết kế máy-Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2009

[2] Nguyễn Hữu Lộc :Bài tập chi tiết máy-Nhà xuất bản Đại hoc Quốc gia

Thành Phố Hồ Chí Minh,2008

[3] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển : Tính toán thiết kế Hệ dẫn động cơ khí,Tập 1

và 2, Nhà xuất bản Giáo dục, 2003

[4] Ninh Đức Tốn : Dung sai và lắp ghép-Nhà xuất bản Giáo Dục,2000

[5] Trần Hữu Quế : Vẽ kỹ thuật Cơ khí (tập 1 và 2), Nhà xuất bản Giáo

dục-2003