Đồ án chi tiết máy tính toán thiết kế hộp giảm tốc đồng trục hai cấp

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCMCán bộ hướng dẫn 1: Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ kýCán bộ hướng dẫn 2: Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ



Đ ÁN CHI TI T MÁY Ồ ÁN CHI TIẾT MÁY ẾT MÁY

TÍNH TOÁN & THI T K H P GI M T C ẾT MÁY ẾT MÁY ỘP GIẢM TỐC ẢM TỐC ỐC

Đ NG TR C HAI C P Ồ ÁN CHI TIẾT MÁY ỤC HAI CẤP ẤP

GVHD: Nguyễn Minh Huy SVTH: Nguyễn Thế Dân MSSV: 2003130078 LỚP:04DHCK2 NĂM HỌC: 2015-2016

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2015

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)Cán bộ hướng dẫn 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)Cán bộ hướng dẫn 3:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)Cán bộ chấm nhận xét 3 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)Thực tập tốt nghiệp được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ THỰC TẬPTỐT NGHIỆP, TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

Ngày tháng năm

ĐỀ KHÔNG

IN>

LỜI CẢM ƠN

Không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ

dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từkhi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sựquan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa CôngNghệ Cơ Khí – Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM đã cùng với trithức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trongsuốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, trong học kỳ này, Khoa đã tổ chức chochúng em được tiếp cận với môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viênngành Chế Tạo Máy chúng em Đó là môn học "Đồ Án Chi Tiết Máy”

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Minh Huy đã tận tâm hướng dẫn emtrong quá trình làm đồ án Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì

em nghĩ bài thu hoạch này của em rất khó có thể hoàn thiện được Một lần nữa, emxin chân thành cảm ơn thầy

Đồ án được thực hiện trong khoảng thời gian ngắn Và đây chỉ là những bướcđầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực cơ khí chế tạo, kiến thức của em còn hạn chế

và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi những thiếu, em mong nhận đượcnhững ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiếnthức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Nhận xét của GVHD

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 7

1.1 X ÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 7

1.1.1 Xác định sơ bộ số vòng quay động cơ: 8

1.1.2 Chọn động cơ theo điều kiện: 8

1.2 P HÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 9

1.3 L ẬP BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT 9

1.3.1 Phân phối công suất trên các trục: 9

1.3.2 Tính số vòng quay trên các trục 10

1.3.3 Tính momen xoắn trên các trục: 10

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 11

2.1 C HỌN LOẠI ĐAI VÀ TIẾT DIỆN ĐAI : 11

2.2 X ÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ TRUYỀN : 11

2.3 L ỰC CĂNG ĐAI BAN ĐẦU VÀ LỰC TÁC DỤNG LÊN TRỤC : 14

2.4 T HÔNG SỐ CỦA BỘ TRUYỀN ĐAI :`` 15

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 16

3.1 C ẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẤP CHẬM 16

3.1.1 C HỌN VẬT LIỆU 16

3.1.2 Xác định ứng suất cho phép 16

3.1.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 18

3.1.4 Xác định các thông số ăn khớp 19

3.1.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 19

3.1.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: 22

3.1.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải 23

3.2 C ẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẤP NHANH 24

3.2.1 Chọn vật liệu 24

3.2.2 Xác định ứng suất cho phép 24

2.2.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 26

3.2.4 Xác định các thông số ăn khớp 26

3.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 27

3.2.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: 29

3.2.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải 30

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT MÁY 32

4.1 TÍNH TOÁN TRỤC, THEN 32

4.1.1 Chọn vật liệu và xác định sơ bộ đường kính trục: 32

4.1.2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực: 33

4.1.3 Lực bánh răng tác dụng lên trục (công thức 10.1, trang 184, [1]) 34

4.1.4 Lực tác dụng 35

4.1.5 Xác định lực tác dụng lên trục, đường kính các đoạn trục 36

4.1.6 Tính kiểm nghiệm độ bền mỏi của then 45

4.1.7 Tính kiểm nghiệm độ bền trục 46

4.2 TÍNH TOÁN Ổ LĂN 49

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC 55

5.1 T HIẾT KẾ VỎ HỘP 55

5.2 C ÁC PHỤ KIỆN KHÁC 57

5.2.1 Vòng móc 57

5.2.2 Chốt định vị: 57

5.2.3 Cửa thăm 58

5.2.4 Nút thông hơi 58

5.2.5 Nút tháo dầu 59

5.2.6 Que thăm dầu 59

5.2.7 Vòng phớt 60

5.2.8 Vòng chắn dầu 60

5.3 D UNG SAI VÀ YÊU CẦU KĨ THUẬT 60

5.3.1 Dung sai và lắp ghép bánh răng trên trục: 60

5.3.2 Dung sai lắp ghép ổ lăn: 61

5.3.3 Dung sai lắp vòng chắn dầu trên trục: 61

5.3.4 Dung sai lắp ghép nắp ổ và thân hộp 61

5.3.5 Dung sai lắp ghép chốt định vị 61

5.3.6 Dung sai lắp ghép then lên trục: 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

THÔNG SỐ ĐỀ CHO

P = 27,5 (kW)

n = 75 (vg/ph)

Thời gian làm việc Lh=16000h, làm việc 3 ca

CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1.1 Xác định công suất động cơ

Theo công thức (2.8), trang 19,[1], công suất trên trục động cơ điện được xác định như sau:

t ct

P P



Trong đó:

ct

P : công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

t

P : cống suất tính toán trên trục máy công tác (kW)

: hiệu suất truyền động

Tính hiệu suất:  được tính theo công thức:

0.7T

0.3t 0.5t

0.2t

T

Hình 1.1 Sơ đồ động của hệ thống băng tải

1 Động cơ - 2 Bộ truyền đai,

3 Ổ lăn - 4 Trục - 5 Bánh răng nghiêng

η d: hiệu suất của bộ truyền đai : 0,95

br

 :hiệu suất bánh răng: 0,97

ol

 :hiệu suất một cặp ổ lăn: 0,99

Tính công suất tính toán:

t ct

P P



1.1.1 Xác định sơ bộ số vòng quay động cơ:

Tỉ số truyền toàn bộ ut của hệ thống dẫn động được tính theo công thức

ut= uh ud

Theo bảng 2.4 trang 21 [1], ta chọn các thông số như sau:

usbh: tỉ số truyền sơ bộ hộp giảm tốc 2 cấp; uh= 12 (chọn từ 8÷40)

usbd: tỉ số truyền sơ bộ đai ; ud = 3,15 (chọn từ 2÷5)

12.3,15 37,8

t

u

Số vòng quay của trục máy công tác (trục tang quay): nlv= 75 vg/ph

Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

75.37,8 2835

sb lv t

1.1.2 Chọn động cơ theo điều kiện:

Chọn động cơ thoả mản các điều kiện sau:

Động cơ có các thông số kỹ thuật sau:

 Pdc = 30 kW

 ndb = 2943 vg/ph (với tần số dòng điện tại Việt Nam: 50Hz)

 Hệ số công suất cos 0,92

T   T 

1.2 Phân phối tỉ số truyền

Theo công thức 3.23 [1], trang 48 ta có công thức tính tỉ số truyền toàn bộ hệ:

2943

39, 2475

dc t lv

n u n

Phân uh cho các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc: uh =12

u u  u  Tính sơ bộ ud (tỉ số truyền của bộ truyền đai):

39, 24

3, 2612

t d h

u u u

t d

u u

1 31,705

320,99

dc

P T

902,7

P T

261

P T

75

P T

Momen xoắn T

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN

2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai :

Do điều kiện làm việc, các thông số như công suất, vận tốc, môi trường làm việc,khả năng kéo và tuổi thọ khi làm việc, tính phổ biến, mà ta có thể chọn các loại đainhư đai dẹt, đai thang, đai răng, với các thông số đã cho ta lựa chọn đai thang

Ta có các thông số:

P = 30 kW

n = 2943 vòng/phút

u = 3,26

Hình 2.1 Chọn tiết diện đai hình thang

Theo hình 3,ta chọn đai thang loại Ƃ Theo bảng 4.13 trang 59 [1] cho đailoại Ƃ với:

2.3.3 Vận tốc đai nhỏ :

1 1

500

(1 ) 160(1 0,02)

d u

Khi u = 3,26

Theo bảng 4.14 [1] trang 60, ta có thể chọn sơ bộ a = d2 = 500mm khi u = 3

2.3.6 Chiều dài tính toán của đai :

Theo công thức 4.4[1] trang 54, ta có :

Theo bảng 4.13[1] trang 59, ta chọn đai có chiều dài L= 2240 mm = 2,24 m

2.3.7 Số vòng chạy của đai trong một giây :

- Ta thấy giá trị a thỏa mãn trong khoảng cho phép.

Vậy ta lấy chiều dài đai : L = 2500mm

Theo bảng 4.13[1] trang 59, ta lấy : a = 710mm

.[ ] .l u z

P K z

P C C C C

 Trong đó :

- Công suất trên bánh chủ động: P = 30 kW

[Po] : công suất cho phép, tra bảng 4.20 [1] trang 62, ta chọn : [P0] = 5,93

- Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm : Tra bảng 4.15 [1] trang 61,

ta lấy : Cα = 0,92

- Hệ số xét đến ảnh hưởng tỉ số truyền :Tra bảng 4.17[1]

trang 61, ta lấy : Cu=1,14

- Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai :Tra bảng 4.16 [1]trang 61, ta lấy : Cl = 1,0

- Hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai, chọn sơ bộ : Cz = 1

- Hệ số tải động Kđ, tra bảng 4.7[1] trang 55, ta chọn Kđ = 1,0

Do đó :

d 0

4,82[ ] .l u z 5,93.0,92.1,0.1,14.1

P K z

2.3 Lực căng đai ban đầu và lực tác dụng lên trục :

2.3.1 Lực căng đai ban đầu :

Theo công thức 4.19[1] trang 63, ta có ;

d 0

780

P K F

1 0

2.4 Thông số của bộ truyền đai :

Bảng 2.1 Thông số của bộ truyền đai

9 Đường kính ngoài của bánh đai da = 168,4mm

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG Các thông số kĩ thuật

Tổng thời gian làm việcL h 16000h, làm việc 3 ca

Cặp bánh răng cấp nhanh (bánh răng trụ răng nghiêng)

3.1 Cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp chậm

3.1.1 Ch n v t li u ọn vật liệu ật liệu ệu

 Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết

kế, ở đây chọn vật liệu 2 cặp bánh răng như nhau

 Số chu kì làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi

 

3

3 lim

Ứng suất uốn cho phép

 Tra bảng 6.2, trang 94, [1] ta có K FC  khi đặt tải một phía (bộ truyền quay 1một chiều);s  F 1,75)

3, 4734

m

z u z

w

a

𝛽 thoả mãn iều kiện điều kiện 8  20o

3.1.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

 Công thức 6.33, trang 105, [1] ứng suất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền

2 1

M H H

 Với 3

w w

3.1.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

 Điều kiện bền uốn

3

3

2 w

hệ số kể đến độ nghiêng của răng

 Vớim  , n 4 Y  S 1,00, Y R 1bánh răng phay,

3.1.7 Ki m nghi m răng v quá t i ểm nghiệm răng về quá tải ệu ề quá tải ải

 Hệ số quá tải động cơ 2, 2

max qt

T K

 Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết

kế, ở đây chọn vật liệu 2 cặp bánh răng như nhau

 

Ứng suất uốn cho phép

 Tra bảng 6.2, trang 94, [1] ta có K FC  (do quay 1chiều);1 s  F 1,75)

 Chọn sơ bộ góc nghiêng răng  15,210

 Công thức 6.31, trang 103, [1] số bánh răng nhỏ

 Do đó tỷ số truyền thực

2 1

118

3, 4734

m

z u z

w

a

3.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

 Công thức 6.33, trang 105, [1] ứng suất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền

1 1

M H H

248,47 MPa



 Với v = 6,67 (m/s) > 5 (m/s) thìZ v 0,85v0,11,027, với cấp chính xác động học là 8, chọn cấp chính xác về mặt tiếp xúc là 7, khi đó cần gia công với độ nhám là R a 1, 25 mdo đóZ  , với vòng đỉnh răng là R 1 d a 700mm, K xH 1, do đó theo công thức 6.1 và 6.1a, trang 91 và 93, [1]

Hcx HZ Z K V R xH 495, 45.1,027.1.1 508,82  MPa

 Như vậy H H => cặp bánh răng đảm bảo độ bền tiếp xúc

3.2.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

 Điều kiện bền uốn

3

1

2 w

Y      

hệ số kể đến độ nghiêng của răng

 Vớim n 4,  Y S 1, Y R 1bánh răng phay K, xF 1, d a 400 mm)

 Áp dụng công thức 6.2 và 6.2a, trang 91 và 93, [1]

Bảng 3.2 : Thông số và kích thước bộ truyền

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT MÁY 4.1 Tính toán trục, then

 Qui ước các kí hiệu:

k : số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc

i : STT của tiết diện trục trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền tải trọng

i = 0 và 1 : các tiết diện trục lắp ổ

i = 2 s : với s là số chi tiết quay

l k: khoảng cách trục giữa các gối đỡ 0 và 1 trên trục thứ k

l ki: khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ k

l mki: chiều dài mayo của chi tiết quay thứ i (lắp trên tiết diện i) trên trục k

l cki: khoảng công-xôn trên trục thứ k, tính từ chi tiết thứ i ở ngoài hộp giảm tốc đến gốiđỡ

b ki: chiều rộng vành bánh răng thứ i trên trục k

4.1.1 Chọn vật liệu và xác định sơ bộ đường kính trục:

 Dựa vào bảng 6.1 trang 92 [1] chọn vật liệu để chế tạo trục là thép 45 tôi cải thiện có độ rắn HB 241 285, b 850 MPavà ch 580 Mpa ứng suất xoắn cho phép: [τ]=15 30 MPa (tr.188 [1])]=15 30 MPa (tr.188 [1])

 Xác định sơ bộ đường kính trục thứ k : 3 0,2 

k k

T d

     

3

3 3

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

k1=15 mm: khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

k2=10 mm: khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp

k3=20 mm: khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

h n=20 mm: chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông

Dựa vào bảng 10.3[1] và 10.4[1] ta tính được khoảng cách giữa các gối đỡ vàđiểm đặt lực như sau:

I III

II

2518,5

 

1

10 10

3

401026,778.(76,5 128) 128 1294,177 1026,778.(128 64) 0

21

Xét mặt phẳng oxz, ta có phương trình sau:

11 11

.128 02380,0395 N

x x

F F

 Xác định moment tương đương tại các tiết diện

Mômen uốn tương đương tại các tiết diện trục 1 là:

 Đường kính tại các tiết diện:

Từ công thức 10.17, trang 194,[1] ta có:

 

tdj 3

j

Md

x 21

x 20

5655,56 N 3178,76 N 10530,2949 N 519,69 N

ly ly l l

 Xác định moment tương đương tại các tiết diện

Mômen uốn tương đương tại các tiết diện trục 1 là:

Theo công thức 10.15[1], 10.16[1], trang 209, ta có:

964801,57410,1.54

;

3 22

1573578,9490,1.54

Sơ đồ tính khoảng cách trục 3

 Xác định moment tương đương tại các tiết diện

Mômen uốn tương đương tại các tiết diện trục 1 là:

Theo công thức 10.15[1], 10.16[1], trang 194, ta có:

Md

30

3224298,6030,1.51

3

31

3433539,2110,1.51

3

32

3230769,2910,1.51

3

33

3224298,6030,1.51

3723099,333 Nmm

822123,64 Nmm

4.1.6 Tính kiểm nghiệm độ bền mỏi của then

 Then chọn phải thoả mãn điều kiện cắt và dập theo công thức 9.1, trang 173[1]

lt: chiều dài thenb,h,t: các kích thước của then[d]: ứng suất dập cho phép, MPa [c]: ứng suất cắt cho phép

 Tính và chọn theo tiêu chuẩn ta có chiều dài then được cho trong bảng 9.1a[1]

Ta có bảng kiểm nghiệm then như sau:

trang 178, [1]

[τ]=15 30 MPa (tr.188 [1])c] = 60 ÷90 (MPa) Trang 174, [1]

Khi đó tất cả các mối ghép then đều đảm bảo yêu cầu về độ bền dập và độ bền cắt

Hình 4.4 Biểu đồ nội lực trục III

Bảng 4.1 : Các thông số của then bằng Tiết

Kiểm nghiệm trục về độ bền mõi:

 Với thép C45 tôi cải thiện b 50MPa:

→б-1 = 0,436.b=0,436.850 = 370,6 (MPa)

τ]=15 30 MPa (tr.188 [1])-1 = 0,58.б-1 = 214,9 (MPa)

 Theo bảng 10.7 trang 197[1] ψσ = 0,1 , ψτ]=15 30 MPa (tr.188 [1]) = 0,05

Các trục của HGT đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng do đó:

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

độ nhám Ra = 2,5÷0,63μm Theo bảng 10.8 trang 197 [1] ta có hệ số tập trung m 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 dùng dao phay ngón để gia công rãnh then nên từ bảng 10.12 trang 199, [1]

Lắp căng

Rãnh then

Lắp căng

59,08

Tra bảng P2.12 trang 263, [1] ta có bảng sau

Bảng 4.4 Kích thước cơ bàn của ổ bi đỡ chặn cỡ nặng hẹp

 Hệ số e (theo bảng 11.4, trang 216, [1])

3 0

 Hệ số X, Y (chọn V =1 ứng với vòng trong quay)

Lực dọc trục tác động vào ổ A, B do lực hướng tâm gây ra

 Tải trọng động qui ước: công thức 11.3, trang 214, [1]

nên ổ đảm bảo khả năng tải động

 Kiểm tra tãi tĩnh

 F a F a3 F a2 4298,46 1294,177 3004,28   N

Do α = 120 và Fa/Fr = (0,25 ÷ 0,9) nên ta chọn ổ bi đỡ chặn, cỡ nhẹ hẹp

Tra bảng P2.12 trang 264, [1] ta có bảng sau

Bảng 4.5 Kích thước cơ bàn của ổ bi đỡ chặn cỡ nhẹ hẹp

a

F

 Hệ số X, Y (chọn V =1 ứng với vòng trong quay)

Lực dọc trục tác động vào ổ A, B do lực hướng tâm gây ra