TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG TRONG INVENTOR

Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế bộ truyền xích Trong môi trường Assenbly ta chọn vào mục Design → Gọi lệnh -> xuất hiện hôp thoại Roller Chains Generator... Sau khi nhập các thông

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển với tốc độ vũ bão, mang lại những lợi ích to lớn cho con người về tất cả các lĩnh vực tinh thần và vật chất Để nâng cao đời sống của nhân dân, để hội nhập vào sự phát triển chung của các nước trong khu vực, cũng như các nước trên thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu trong những năm tới

là thực hiện “ Công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước”

Muốn thực hiện công cuộc này một trong những ngành cần quan tâm phát triển mạnh đó là cơ khí chế tạo Để cơ khí chế tạo thành ngành trọng điểm thì phải không ngừng áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào tự động hóa thiết kế, tự động hóa lập trình và gia công

Hiện là một sinh viên ngành cơ khí chuyên ngành “Tự động hóa thiết kế công nghệ

kĩ thuật cơ khí” và đang theo học tại trường được trang bị những kiến thức cần thiết về lý

thuyết cũng như tay nghề Để sau này với vốn kiến thức đã được trang bị em có thể đóng góp một phần nhỏ bé để giúp ích cho bản thân và làm giàu cho đất nước Thời gian vừa

qua em đã được giao đề tài: “Thiết kế 3D và mô phỏng hoạt động trạm dẫn động băng

tải”

Sau khi nhận đề tài với sự chỉ bảo của thầy giáo hướng dẫn ,các bạn trong lớp và

sự nỗ lức của bản thân em đã hoàn thành đề tài này.

Tuy nhiên do kiến thức chuyên nghành còn hạn chế nên không thể tránh những sai sót gặp phải Vì vậy em kính mong sự chỉ bảo của các thầy để đề tài của em được hoàn thiện hơn.

Hưng Yên, ngày tháng 05 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Mục lục

TRANG

Lời nói đầu:

A CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

2 Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế bộ truyền xích

III Tính bộ truyền bánh răng

1 Tính bộ truyền bánh răng cấp nhanh

1.1 Chọn vật liệu

1.2 Tính ứng suất cho phép

1.3 Các thông số bánh răng

1.4 Bảng thông số tính toán bộ truyền bánh răng

1.5 Ứng dụng phần mềm Inventor trong thiết kế bộ

2.4 Bảng thông số tính toán bộ truyền bánh răng

2.5 ứng dụng phần mềm Inventor trong thiết kế bộ

2.3 Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực

2.4 Tính toán phản lực và vẽ biểu đồ momen

2.5 Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế then

2.3 Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực

2.4 Tính toán phản lực và vẽ biểu đồ momen

2.5 Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế then

III Tính trục III

1 Chọn vật liệu

14456677910101010111212

141414151617

1818181819192024

2727272728283336

2 Xác định các thông số của trục

2.1 Các lực tác dụng lên trục

2.2 Tính sơ bộ đường kính trục

2.3 Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực

2.4 Tính toán phản lực và vẽ biểu đồ momen

2.5 Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế then

3.2 Ứng dụng phần mềm Inventor tính toán thiết kế ổ lăn

Tài liệu tham khảo

363636373742

45454547474748484950

k: hiệu suất khớp nối

br : hiệu suất bộ truyền bánh răng

x : hiệu suất bộ truyền xích

ổ : hiệu suất 1 cặp ổ lăn

theo bảng 3P chọn động cơ loại AO2- 42- 4

Trong đó:

ih : tỉ số truyền của các bộ truyền bánh răng trong hộp

ix : tỉ số truyền của bộ truyền xích

+ Kiểm tra: ic = inh x ich x ix = 3,4 x 2,8 x 2 = 19,04

2.Tính tốc độ, công suất, và momen xoắn của các trục

Trục động cơ chịu mômen xoắn : T=27266 (N.mm)

Tính chọn khớp nối giữa trục động cơ và trục vào của hộp giảm tốc

Ta chọn khớp nối trục vòng đàn hồi vì cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ thay thế, làm việc tin cậy với máy công tác mômen xoắn nhỏ và trung bình

Chọn nối trục vòng đàn hồi theo điều kiện : [công thức 9-1] [1]

Mt = K.Mx

Mt – mômen xoắn tính

Mx – momen xoắn danh nghĩa

K – Hệ số tải trọng động , lấy theo bảng 9-1 trang 222 [1] => k=1,5

Mt = 1,5 x 27266 = 40899 Nmm

Theo số liệu momen tính và đường kính trục chọn kích thước nối trục (bảng 9 – 11)[1]

Bảng 1.1: Kích thước cơ bản của nối trục vòng đàn hồi:

ứng suất dập cho phép của vòng cao su []d = 2 N/mm 2

ứng suất uốn cho phép của chốt []u = 60 N/mm 2

KO= 1 hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực

Kđc= 1 hệ số xét đến khả năng điều chỉnh trục.

Kb = 1,5 hệ số xét đếnđiều kiện bôi trơn chọn bôi trơn định kì

KC = 1,25 hệ số xét đến chế độ làm việc bộ truyền làm việc 2 ca.

N: công suất danh nghĩa

Z01: số răng đĩa dẫn cơ sở Z01 =25

n01 = số vòng quay đĩa dẫn bộ truyền cơ sở theo bảng (6-4) [1] Chọn n01 = 200

=2,25 x 0,92 x 1,31 x 3,65 = 9,89 KW

* Theo bảng (6-4) trang 106 sách TKCTM [1]với n01 =200 v/p

Để giảm tải trọng va đập chọn xích ống con lăn 2 dãy có bước xích

Kiểm nghiệm số lần va đập trong một giây theo công thức (6-16) [1]

n3: số vòng quay trong 1 phút của đĩa dẫn

Theo (6-7) số lần va đập cho phép trong một giây [u] = 30 cho nên điều kiện u  [u] được thỏa mãn

* Tính chính xác khoảng cách trục A theo số mắc xích theo công thức (6-3) [1]

* Để đảm bảo độ võng bình thường giảm khoảng cách trục một khoảng:

A = 0,003A  3 mm lấy A= 1000 mm

2 Ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế bộ truyền xích

Trong môi trường Assenbly ta chọn vào mục Design → Gọi lệnh ->

xuất hiện hôp thoại Roller Chains Generator

Trong phần Design của hộp thoại ta nhập thông số hình học của bộ truyền xích với

Số dãy xích : k = 2

Số mắt xích : x = 120

+ Thông số của đĩa xích chủ động: + Thông số của đĩa xích bị động:

+ Trong mục Calculation ta nhập các thông số tính toán cho bộ truyền xích với:

- Công suất trên trục chủ động : P = 3.65 Kw

- Momen xoắn : M = 229 Nm

- Hiệu suất bộ truyền : ηx = 0,92

- Tuổi thọ bộ truyền : Lh = 16800 h

Sau khi nhập các thông số tính toán ta kích chọn nút Calculate để thực hiện tính

toán bộ truyền, kết quả ta được như sau :

Kết quả tính toán bộ truyền xích

Số răng đĩa xích chủ động (z1) (răng) 27

Số răng đĩa xích bị động (z2) (răng) 54

Đường kính vòng chia đĩa chủ động (Dp1) (mm) 218,79

Đường kính vòng chia đĩa bị động (Dp2) (mm) 436,84

III Tính bộ truyền bánh răng

1 Tính bộ truyền bánh răng cấp nhanh

1.1 Chọn vật liệu.

a, Bánh răng nhỏ: Theo bảng (3-6) [1] ta chọn thép 45 thường hoá

Giả sử đường kính phôi dưới 100 mm

- Dùng phôi rèn vì phôi rèn có cơ tính cao

c, Modun đàn hồi của vật liệu: E = 20000 Mpa

1.2 Tính ứng suất cho phép.

- Vì phôi là thép thường hoá tôi cải thiện nên chọn hệ số n=1,5

k =1,8 hệ số tập trung ứng suất chân răng

- Trong đo : i = 3,4 tỉ số truyền

n = 426,4 (V/P) : số vòng quay trong một phút của bánh răng bị dẫn

Lấy mn = 2 mm

- Xác đính số răng, góc nghiêng, hệ số dịch chỉnh & góc ăn khớp

+Tổng số răng của hai bánh:

d2 =

2 ×91 0.983 = 185,1 mm

1.4 Bảng thông số tính toán bộ truyền bánh răng nghiêng cấp nhanh

Modun đàn hồi : E(Mpa) 20000

1.5 Ứng dụng phần mềm Inventor trong thiết kế bộ truyền bánh răng trụ.

- Kích hoạt modun thiết kế chi tiết máy trên phần mềm Inventor: File -> New -> Standard(mm).iam -> OK

- Trong môi trường Assembly ta kích chọn mục Design -> Gọi lệnh Spur Gear xuất hiện hộp thoại Spur Gear Component Generator.

- Thực hiện nhập các thông số hình học thiết kế của bộ truyền trong phần Design

của hộp thoại, các thông số được nhập như trong hình sau:

- Tiếp theo ta thực hiện nhập các thông số tính toán trong mục Calculation như

hình sau:

- Sau khi nhập các thông số thiết kế & thông số tính toán ta kích chọn nút lệnh Calculate để tính toán bộ truyền bánh răng Ta được kết quả là mô hình 3D của bộ

truyền & các lực tác dựng từ bộ truyền bánh răng lên trục như sau:

Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền bánh răng nghiêng cấp

*Bánh nhỏ: theo bảng (3-6) trang 39 [1] ta chọn thép 45 thường hoá.

- Giả sử đường kính phôi (100300) mm

a ứng suất tiếp xúc cho phép

- ứng suất tiếp xúc cho phép

u

K K

- Vì phôi là thép thường hoá tôi cải thiện nên chọn hệ số n = 1,5

- KN =1,8 hệ số tập trung ứng suất chân răng

- Thép 45 -1 = 0,43  580=249,4 N/mm2

- Thép 35 -1 =0,43  480 = 206,4 N/mm2

+ Đối với bánh nhỏ

2 1

2 2

i=2,8 tỉ số truyền của cặp bánh răng cấp chậm

n = 152,2 số vòng quay một phút của bánh răng bị dẫn

’ = 1,25 hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải

c.Xác đính số răng, góc nghiêng, hệ số dịch chỉnh & góc ăn khớp

+Sơ bộ chọn góc nghiêng  =10 0 , cos = 0,985

+ Số răng bánh lớn :

Z2 = Z1 i = 32 2,8= 89,6 ; chọn Z2 = 90 răng

d2 =

2×90 0.976 = 184,4 mm

2.4 Bảng thông số tính toán bộ truyền bánh răng nghiêng cấp chậm

Modun đàn hồi : E(Mpa) 20000

2.5 Ứng dụng phần mềm Inventor trong thiết kế bộ truyền bánh răng trụ.

- Kích hoạt modun thiết kế chi tiết máy trên phần mềm Inventor: File -> New -> Standard(mm).iam -> OK

- Trong môi trường Assembly ta kích chọn mục Design -> Gọi lệnh Spur Gear xuất hiện hộp thoại Spur Gear Component Generator.

- Thực hiện nhập các thông số hình học thiết kế của bộ truyền trong phần Design

của hộp thoại, các thông số được nhập như trong hình sau:

- Tiếp theo ta thực hiện nhập các thông số tính toán trong mục Calculation như

hình sau:

- Sau khi nhập các thông số thiết kế & thông số tính toán ta kích chọn nút lệnh Calculate để tính toán bộ truyền bánh răng Ta được kết quả là mô hình 3D

của bộ truyền & các lực tác dựng từ bộ truyền bánh răng lên trục như sau:

Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền bánh răng nghiêng cấp

chậm

C Tính trục

I Tính trục I.

1 Chọn vật liệu.

- Chọn vật liệu: Thép 45 tôi cải thiện

σb = 750 Mpa; σch = 450 Mpa; [τ] = 15÷30 Mpa] = 15÷30 Mpa

+ Xét chiều của các lực này ta có:

Trục vào quay cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ đầu trục phải => cq = -1Bánh răng trên trục là bánh chủ động => cb = 1

Điểm đặt lực của bộ truyền bánh răng phía dưới trục Oz => r > 0

Bánh răng chủ động có hướng nghiêng răng trái => hr = -1

- Chiều rộng ổ lăn cho trục vào – Bảng 10.2 [I] [2]

d1 = 25 mm => b01 = 17 mm

- Chiều dài moayo của bánh răng chủ động.

lm12 = (1,2…1,5).d1 = 30…37,5

Do bw = 52 mm nên chọn: lm12 = 52 mm

2.3 Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực.

- Chọn:

- theo bảng 7-1 [1] ta chọn bảng kích thước như sau:

- khe hở giữa các bánh răng 10 mm

- Ứng dụng modun Design Accelerator trong Inventor để tính toán trục như sau: Trong môi trường Assembly ta kích chọn vào mục Design => Gọi lệnh Shaft => xuất hiện hộp thoại Shaft Component Generator Trong phần Design của hộp

thoại ta nhập thông số hình học của trục với:

Kiểu là hình trụ

Đường kính sơ bộ 25 mm

Chiều dài sơ bộ L = l2 + lv = 343 mm

- Trong phận Calculation của hộp thoại ta nhập thông số tính toán của trục với:

Modun đang hồi E = 2.104 Mpa

Modun trượt G = 8.103 Mpa

Tỷ trọng của vật liệu ρv= 7930 kg/mv= 7930 kg/m3

- Vị trí gối đỡ 1 cách điểm đầu của trục là 110 mm

- Các lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng được đặt tại vị trí cách vị trí giữa trục là 55mm Chiều của các lực được đặt đúng theo chiều của hệ trục OXYZ khi gọi lệnh Fx12, Fy12 được đặt ngược chiều các trục X,Y, Còn chiều của lực Fz12 được đặt theo chiều trục Z

Ngoài ra lực dọc trục từ bộ truyền bánh răng còn gây ra moomen uốn

M = Fz12 d1/2 = 182 ( 54,9/2) = 4995 Nmm

Chịu moomen xoắn

T = Fx12 d1/2 = 981 (54,9/2) = 26928 Nmm

Do lực vòng của bánh răng gây ra

Lực theo phương trục Y Lực theo phương trục X

Lực dọc trục theo phương trục Z Momen uốn do lực dọc trục gây ra

Momen xoắn trên trục 1 tại bánh răng

- Các lực tác dụng từ khớp nối trục gây ra : bao gồm lực theo phương X , lực hướng tâm và momen xoắn Điểm đặt lực so với vị trí giữa trục một khoảngbằng 171,5mm

Ft = 556 N

Fy = 100 N

T = 26900 Nmm

Momen xoắn tại vị trí khớp nối

- Sau khi khai báo thông số tính toán cho trục vào ( Gối đỡ & các lực tác dụng) ta

có hình dạng trục như sau:

- Kích chọn nút lệnh Calculate ta thu được các kết quả tính toán như sau:

+ Phản lực tại gối 0: Fz10 = 0 N ; Fy10 = 253,6 N ; Fx10 = -753 N

+ Phản lực tại gối 1: Fz11 = 182 N ; Fy11 = 22,5 N; Fx11 = 328 N

- Hiển thị biểu đồ lực cắt và momen uốn :

+ Biểu đồ lực cắt Qy

+Biểu đồ lực cắt Qx

+ Biểu đồ momen uốn Mx

+ Biểu đồ momen uốn My

+ Biểu đồ momen uốn M tổng

- Kích chọn Ideal Diameter trong phần Graphs để có được kết quả về đường kính

lý tưởng của trục tại các mặt cắt ứng với các tải trọng này như sau:

- Theo đó ta có:

+ Đường kính tại mặt cắt lắp bánh răng là d12 = 26,8 mm

+ Đường kính tại mặt cắt gối đỡ 0 là d10 = 5 mm

+ Đường kính mặt cắt tại gối đỡ 1 là d11 = 24 mm

+ Đường kính trục tại khớp nối d13 = 17 mm

- Để đảm bảo kết cấu ta chọn:

d10 = d11 = 25 mm

d12 = 28 mm

d13 = 22 mm

2.5 ứng dụng phần mềm Inventor thiết kế then :

2.5.1 Then tại vị trí lắp khớp nối

Trong môi trường Assembly ta kích chọn vào mục Design -> Gọi lệnh ->

Xuất hiện hộp thoại Parallel key connection Generator

Trong phần Design của hộp thoại ta nhập thông số hình học để thiết kế then như

sau :

Key : ta chọn tiêu chuẩn DIN 6885 cho then

Shaft Groove : tạo then trên trục

Reference 1 : ta chọn mặt trụ lắp khớp nối có d = 22 mm

Reference 2 : ta chọn mặt đầu của đoạn trục này

Sau khi chọn ta có được kích thước then theo tiêu chuẩn 6x6 mm

Ta chọn chiều dài then 56 mm

Trong phần Calculation của hộp thoại ta nhập thông số tính toán để tính bền cho

then như sau :

+ Công suất : N = 4,09 Kw

+ Mômen xoắn trên trục 1 : T = 26,9 Nm

Sau khi nhập các thông số thiết kế và thông số tính toán ta nhấn nút Calculate ta

thu được kết quả là then đã chọn đảm bảo điều kiện bền Nhấn OK ta thu được mô hình 3D của then trên trục như sau :

2.5.2 Then tại vị trí lắp bánh răng chủ động

Trong môi trường Assembly ta kích chọn vào mục Design -> Gọi lệnh ->

Xuất hiện hộp thoại Parallel key connection Generator

Trong phần Design của hộp thoại ta nhập thông số hình học để thiết kế then như

sau :

Key : ta chọn tiêu chuẩn DIN 6885 cho then

Shaft Groove : tạo then trên trục

Reference 1 : ta chọn mặt trụ lắp bánh răng có d = 28 mm

Reference 2 : ta chọn mặt đầu của đoạn trục này

Sau khi chọn ta có được kích thước then theo tiêu chuẩn 8x7 mm

Ta chọn chiều dài then 40 mm

Trong phần Calculation của hộp thoại ta nhập thông số tính toán để tính bền cho

then như sau :

+ Công suất : N = 4,09 Kw

+ Mômen xoắn trên trục 1 : T = 26,9 Nm

Sau khi nhập các thông số thiết kế và thông số tính toán ta nhấn nút Calculate ta

thu được kết quả là then đã chọn đảm bảo điều kiện bền Nhấn OK ta thu được mô hình 3D của then trên trục như sau :

- Khi đó ta có kết cấu trục vào như sau:

Thông số trục vào Đoạn

Then 8x4x40

Then 6x3,5x56

- Sau khi tính toán và chọn đường kính cùng với chiều dài các đoạn trục ta thực

hiện nhập lại các thông số thiết kế hình dạng trục ra trong mục Design Kết quả ta

thu được trục ra như sau:

II Tính trục II.

1 Chọn vật liệu.

- Chọn vật liệu: Thép 45 tôi cải thiện

σb = 750 Mpa; σch = 450 Mpa; [τ] = 15÷30 Mpa] = 15÷30 Mpa

2 Xác định các thông số của trục.

2.1 Các lực tác dụng lên trục.

- Lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng cấp nhanh

Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền bánh răng cấp nhanh

+ Xét chiều của các lực này ta có:

Trục vào quay ngược chiều kim đồng hồ nhìn từ đầu trục phải => cq = 1Bánh răng trên trục là bánh bị động => cb = -1

Điểm đặt lực của bộ truyền bánh răng phía trên trục Oz => r < 0

Bánh răng chủ động có hướng nghiêng răng phải => hr = 1