ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC 2 CẤP KHAI TRIỂN

thiết kế đồ án chi tiết máy hộp giảm tốc 2 cấp khai triển ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Hệ thống dẫn động băng tải bao gồm: 1. Động cơ điện 3 pha không dồng bộ; 2. Nối trục đàn hồi; 3. Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển; 4. Bộ truyền xích ống con lăn; 5. Băng tải (Quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ).

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

TÌM HIỂU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG:

Hệ thống dẫn động băng tải bao gồm: 1 Động cơ điện 3 pha không dồng bộ; 2 Nối

trục đàn hồi; 3 Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển; 4 Bộ truyền xích ống con lăn; 5 Băng tải (Quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ)

 Các số liệu thiết kế:

Lực vòng trên băng tải F: 5500 N

Vận tốc băng tải v: 1.6 m/s

Đường kính tang dẫn D: 600 mm

Thời gian phục vụ L: 4 năm

Số ngày làm/năm Kng: 320 ngày

Số ca làm trong ngày: 1 ca

1 28 ; 2 12

T1=T ; T2=0.9T

LỜI NÓI ĐẦU

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 vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hoá đất nước Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các hệ thống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên,

kỹ sư cơ khí

Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói nó đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Cơ kỹ thuật, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật ; và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết

kế cơ khí.Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn, trục…Thêm vào đó, trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ Cơ khí, đây là điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí

Em chân thành cảm ơn thầy PHAN TẤN TÙNG, các thầy cô và các bạn trong

khoa cơ khí đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án

Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến từ thầy cô và các bạn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đình Chức

I CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1 Công suất tương đương(đẳng trị) của động cơ:

+ Công suất tương đương cực đại trên trục băng tải:

i

T t T

Căn cứ theo Pct ta chọn loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha, loại 3K do nhà máy chế tạo động cơ điện Việt Nam Hungary sản xuất:

+ 3K160S2; Pdc = 11KW; ndc = 2940 v/ph

+ 3K160S4; Pdc =11KW; ndc = 1460 v/ph

+ 3K160L6; Pdc =11KW; ndc = 980 v/ph

=> Ta chọn động cơ 3K160S4 , ndc = 1460v/ph

2 Phân phối tỷ số truyền:

+ Số vòng quay trên trục tang trống băng tải:

60000 60000 1.6

50.93( / ) 600

- Các thông số đầu vào: P3=9.66 kW; ux=2.5; T3=720727 Nmm; n1=128 v/ph

Chọn bộ truyền xích ống con lăn

- Chọn khoảng cách trục sơ bộ: a=40pc=40*31.75=1270 mm

- Lực căng do lực ly tâm gây nên: Fv= qmv2= 3.8*1.632=10.1 N

- Lực căng ban đầu của xích: F0=Kfaqmg=6*1.254*3.8*9.81=280.48 N

Nhƣ vậy dùng thép 45 tôi ,ram có độ cứng HRC=50 sẽ đạt ứng suất tiếp xúc cho phép

1 Bộ truyền cấp nhanh: (bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng)

- Bánh lớn : thép 45 tôI cảI thiện đạt độ rắn HB 192-240 , có giới hạn bền

lim

H

 : là ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở

Lấy độ rắn bánh răng nhỏ HB1=250, bánh lớn HB2=235 khi đó ta có:

Ta thấy NHE1>NHO1 ; NHE2>NHO2 do đó ta chọn KHL1=KHL2=1

N

N

Với NF0: Số chu kì cơ sở khi uốn NF0=4.106

MF : Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc, với vật liệu HB<350 ta có mF=6

NFE : Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương

m i

T

T c N

Vì mỗi vòng quay răng chỉ vào khớp 1 lần nên c=1

8 1

Ta thấy NFE1>NFO , NFE2>NFO , ta lấy NFL1=NFL2=1

Bộ truyền quay một chiều, lấy giới hạn bền uốn KFC=1

Vậy ứng suất uốn cho phép:

 1

1 1

450 257.14 1.75

d n

m/s Theo bảng 6.13/106 [I] với v=5.1 m/s ,chọn cấp chính xác 8  K H 1.09

Theo bảng 6.15,6.16/107 [I]: H  0.002;g0  56

0 1

1600.002 56 5.1 3.706

Ta thấy H [H]' thoả mãn đk bền tiếp xúc

d/ Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

150 0.006 56 5.1 11.12

Trong đó tra bảng 6.15,6.16/107[I], ta có : H  0.006;g0  56

Hệ số xét đến tảI trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn :

e/ Các thông số của bộ truyền:

- Bánh lớn : thép 45 tôI cảI thiện đạt độ rắn HB 192-240 , có giới hạn bền

lim

H

 : là ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở

Lấy độ rắn bánh răng nhỏ HB3=260, bánh lớn HB4=245 khi đó ta có:

Do đó NHO3=30.2502,4=0,17108 chu kỳ , NHO4=30.2352,4=0,15.108 chu kỳ

Số chu kì ứng suất tương đương:

3 max

N N

Với NF0: Số chu kì cơ sở khi uốn NF0=4.106

MF : Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc, với vật liệu HB<350 ta có mF=6

NFE : Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương

m i

T

T c N

F

 



max 60

Vì mỗi vòng quay răng chỉ vào khớp 1 lần nên c=1

8 3

Ta thấy NFE3>NFO , NFE4>NFO , ta lấy NFL3=NFL4=1

Bộ truyền quay một chiều, lấy giới hạn bền uốn KFC=1

Vậy ứng suất uốn cho phép:

 3

1 1

468 267.4 1.75

2100.004 56 2.11 3.95

Ta thấy H [H]' thoả mãn điều kiện bền tiếp xúc

d/ Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

210 0.011 56 2.11 10.87

Trong đó tra bảng 6.15,6.16/107[I], ta có : F  0.011;g0  56

Hệ số xét đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn :

+ Lực hướng tâm: F r3 F r4 F t3tan 4765 tan 20  1734N

Để đảm bảo điều kiện bôi trơn phải thỏa mãn bất đẳng thức sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo trục chế tạo trục là thép C45 có b 600Mpa; F 150Mpa

+ Ứng suất xoắn cho phép []  15 30MPa

2 Xác định sơ bộ kích thước các trục:

d k 3 T k /0,2[]

Với trục vào lấy []1 15 MPa, trục trung gian []2= 20 MPa, trục ra []3 30 Mpa

Do đó đk sơ bộ các trục là:

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

*Trục trung gian II:

Với lm33 là chiều dài mayơ đĩa xích: l m331.2 1.5 dmm

1 1

c/ Momen tương đương tại các tiết diện nguy hiểm:

e/ Tính toán mối ghép then:

** Với đoạn trục lắp khớp nối d10=26 mm, ta chọn mối ghép then bằng (1 đầu bằng, 1 đầu tròn)

Với thép C455 chịu tải trọng tĩnh: [c]  60 (MPa) (thoả mãn điều kiện bền cắt)

** Với đoạn trục lắp bánh răng : d12=36mm

e/ Tính toán mối ghép then:

** Với đoạn trục lắp bánh răng 2: d21=45mm, ta chọn mối ghép then bằng (then 2 đầu tròn)

Dùng 2 then đặt cách nhau 1800, khi đó mỗi then tiếp nhận 0.75T2

Thỏa điều kiện bền cắt

** Với đoạn trục lắp bánh răng 3: d22=45mm, ta chọn mối ghép then bằng (then 2 đầu tròn)

4 4

4 4

e/ Tính toán mối ghép then:

Căn cứ chiều dài mayơ và đường kính đoạn trục ta chọn mối ghép then

Tra bảng 9.1a/173 [I] ta có:

** Đối với đoạn trục lắp bánh răng 4: d31=65mm; L=63mm (Then 2 đầu tròn)

Sử dụng hai then đặt cách nhau 180o, khi đó mỗi then chịu 0.75T3

+Với then lắp vào bánh răng 4:

31 1 11

3 1

+Với then lắp vào đĩa xích:

Sử dụng hai then đặt cách nhau 180o, khi đó mỗi then chịu 0.75T3

33 2 21

3 2

f/ Kết cấu trục 3:

8 Kiểm nghiệm đồ bền mỏi:

+ Kết cấu trục vừa thiết kế (trục ra) đảm bảo đƣợc độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết

.

j j j j j

s  s s s  s  s +Trên trục ra III có 3 tiết diện nguy hiểm cần kiểm tra là: tiết diện lắp bánh răng (tiết diện 31), tiết diện lắp ổ lăn (tiết diện 30;32) và tiết diện lắp bánh xích (tiết diện 33)

* Với vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b 750 MPa, giới hạn mỏi uốn và mỏi xoắn ứng với chu kỡ đối xứng

Do trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động, do đó:

mj aj maxj 2T3 2W03j

Các mômen cản uốn W3j và mômen cản xoắn W03j đƣợc tính nhƣ sau:

-Tiết diện 30 (Không cõ rãnh then):

3 30

30

3 30

18 7 65 765

d

mm d

16 6 55 655

d

mm d

2 2

545232 0

33.416333.8

Chọn phương pháp gia công bề mặt là tiện, đạt độ nhẵn bề mặt Ra 2,5 0,63 thì hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt (tra bảng 10.8) Kx = 1,10

Không tăng bền bề mặt nên Ky = 1

- Tính tỉ số K  và K  đối với tiết diện có rãnh then

+Theo bảng 10.12, khi dùng dao phay đĩa, hệ số tập trung ứng suất thực tế tại rãnh then ứng với vật liệu có b 750 MPa là K 1,62 K 1,88

* Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp, hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp và hệ số

an toàn tại các tiết diện:

Mà: s s s1; ;2 3  s 1.5 2.5 nên trục đảm bảo đƣợc độ bền mỏi

1 Thiết kế ổ lăn cho trục vào hộp giảm tốc:

a rA

Do QA>QB nên ta tính cho ổ A Ổ bi nên m=3

Do tải trọng thay đổi nên:

a rD

F

Vậy chọn ổ bi đỡ 1 dãy Giả sử chọn 2 ổ loại X08

Kiểm nghiệm với ổ có khả năng chịu tải trọng lớn hơn: FrD=3693.2N

-Tải trọng tương đương trên ổ D:

Q D X V F . rDY F. a2K K 

Với V K K  1

Chọn ổ bi đỡ 1 dãy Gải sử chọn ổ loại X12

Kiểm nghiệm với ổ có khả năng chịu tải trọng lớn hơn: FrF=9085.4N

-Tải trọng tương đương trên ổ F:

Q F X V F . rF Y F K K. a  

Với V K K  1

- Bề mặt lắp ghép giữa nắp và thân được cạo sạch hoặc mài để lắp sít, khi lắp có một lớp sơn mỏng hoặc sơn đặc biệt

- Chọn bề mặt ghép nắp và thân: song song mặt đế

- Mặt đáy về phía lỗ tháo dầu với độ dốc khoảng 20 và ngay tại chỗ tháo dầu lõm xuống

b/ Xác định kích thước vỏ hộp:

Chiều dày: Thân hộp: 

Chiều dày bích thân hộp, S3

Khe hở giữa các chi tiết:

Giữa bánh răng với thành trong hộp

Giữa đỉnh răng bánh lớn với đáy hộp

Giữa mặt bên các bánh răng với nhau

≥ (1÷1,2)  = 9÷10.8 mm,   10(mm) 1

e Nút tháo dầu:

- Sau một thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn (do bụi và do hạt mài) hoặc

bị biến chất, do đó cần phải thay dầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có lỗ tháo dầu Lúc làm

việc, lỗ được bịt kín bằng nút tháo dầu

- Kết cấu và kích thước của nút tháo dầu tra trong bảng 18-8 [1] (nút tháo dầu tru) như sau:

f Que thăm dầu:

Để kiểm tra mức dầu bôi trơn trong hộp ta dùng que thăm dầu:

g Vít tách:

Có tác dụng tách nắp và thân hộp giảm tốc, vít M10x25

0

3 Các chi tiết phụ khác:

a Vòng phớt:

Vòng phớt là loại lót kín động gián tiếp nhằm mục đích bảo vệ ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn, hạt cứng và các tạp chất khác xâm nhập vào ổ Những chất này làm ổ chóng bị mài mòn và bị han gỉ Ngoài ra, vòng phớt còn đề phòng dầu chảy ra ngoài Tuổi thọ ổ lăn phụ thuộc rất nhiều vào vòng phớt

Vòng phớt được dùng khá rộng rãi do có kết cấu đơn giản, thay thế dễ dàng Tuy nhiên có nhược điểm là chóng mòn và ma sát lớn khi bề mặt trục có độ nhám cao

b Vòng chắn dầu:

Để ngăn cách mỡ trong bộ phận ổ với dầu trong hộp

VIII Bôi trơn và điều chỉnh lắp ghép

1 Bôi trơn

Để giảm mất mát công suất vì ma sát , giảm mài mòn chi tiết , đảm bảo thoát nhiệt tốt và

đề phòng các tiết máy bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộ truyền trong hộp giảm tốc

a Bôi trơn bánh răng

Vì vận tôc bánh răng cấp nhanh v = 5.1(m/s) là vận tốc không lớn nên ta chọn phương pháp bôi trơn ngâm dầu cho bộ truyền bánh răng với mặt dầu ngập cao hơn đỉnh răng của bánh răng số 4 một khoảng có độ lớn bằng :

80/11 (centistoc/engle)với độ nhớt đó tra bảng 18 10

101

 [II] ta chọn loại dầu là : AK-20 có khối lượng riêng : (0.886÷0.926) (g/cm3

)

b Bôi trơn ổ lăn

Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mỡ ,vì vận tốc bộ truyền bánh răng thấp(v < 2(m/s)) , nên không thể dùng phương pháp bắn tóe để hắt dầu trong hộp vào bôi trơn bộ phận ổ được

Có thể dùng mỡ loại T ứng với nhiệt độ làm việc từ 60÷100 0C và vận tốc dưới 1500( vòng / phút ) ( Theo bảng 8-28/198[Sách Thiết kế CTM ] ) Lượng mỡ chứa 2/3 chỗ rỗng của bộ phận ổ Để mỡ không chảy ra ngoài và ngăn không cho dầu rơi vào bộ phận ổ ta lắp thêm vòng chắn dầu

2 Điều chỉnh lắp ghép

Căn cứ vào các yêu cầu làm việc của từng chi tiết trong hộp giảm tốc, ta chọn các kiểu lắp ghép sau:

a Dung sai ổ lăn:

Vòng trong ổ lăn chịu tải tuần hoàn, ta lắp ghép theo hệ thống trục lắp trung gian để vòng

ổ không trượt trên bề mặt trục khi làm việc Do đó, ta phải chọn mối lắp k6, lắp trung gian

có độ dôi, tạo điều kiện mòn đều ổ (trong quá trình làm việc nó sẽ quay làm mòn đều)

Vòng ngoài của ổ lăn không quay nên chịu tải cục bộ, ta lắp theo hệ thống lỗ Để ổ có thể

di chuyển dọc trục khi nhiệt đô tăng trong quá trình làm việc, ta chọn kiểu lắp trung gian H7

Theo chiều rộng, chọn kiểu lắp trên trục là H9/h9 và kiểu lắp trên bạc là P9/h9

Theo chiều cao, sai lệch giới hạn kích thước then là h11

Theo chiếu dài, sai lệch giới hạn kích thước then là h14.

Độ dôi lớn nhất

Dù đã cố gắng hoàn thành đồ án này với cường độ làm việc cao, kỹ lưỡng và có sự hướng dẫn rất cụ thể của quý thầy cô khoa Cơ khí nhưng do hiểu biết còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắc chắn đồ án này còn có nhiều thiếu sót và bất cập Vì vậy, em rất mong sự sửa chữa và đóng góp ý kiến của quý thầy cô để em được rút kinh nghiệm và bổ sung thêm kiến thức

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của quý thầy cô khoa Cơ khí và sự hướng dẫn tận tình của thầy Phan Tấn Tùng

Sinh viên thực hiện đồ án Nguyễn Đình Chức

Các tài liệu đã sử dụng trong quá trình thiết kế bao gồm :

[1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển: Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1&2 và Nhà xuất bản giáo dục, 2008

[2] Nguyễn Hữu Lộc: Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2013

[3] Trần Hữu Quế: Vẽ kỹ thuật cơ khí, tập 1 và 2 Nhà xuất bản giáo dục, 2001

[4] Ninh Đức Tốn: Dung sai và lắp ghép Nhà xuất bản giáo dục, 2014

MỤC LỤC Trang

LỜI NÓI ĐẦU……….3

I CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN……… 4

1 Chọn động cơ……….4

2 Phân phối tỷ số truyền……… 4

II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP……… 5

1 Tính toán bộ truyền xích……… 5

1.1 Chọn loại xích……… 5

1.2 Thông số bộ truyền………5

1.3 Kiểm nghiệm xích về độ bền………7

1.4 Thông số đĩa xích……….8

1.5 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa……… 8

1.6 Lực tác dụng lên trục………9

III THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC……… 9

1 Bộ truyền cấp nhanh (bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng)………9

1.1 Chọn vật liệu……….9

1.2 Xác định ứng suất cho phép……… 9

1.3 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng……… 11

2 Bộ truyền cấp chậm (bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng)………14

2.1 Chọn vật liệu……….14

2.2 Xác định ứng suất cho phép……… 14

2.3 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng……… 16

IV KIỂM TRA BÔI TRƠN………19

V THIẾT KẾ TRỤC-THEN……… 19

1 Chọn vật liệu………19

2 Xác định sơ bộ kích thước các trục……….19

3 Sơ đồ chung……….20

4 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực……… 20

5 Tính trục vào I……… 22

6 Tính trục trung gian II……… 25

7 Tính trục ra III……… 27

8 Kiểm nghiệm độ bền mỏi……….30

VI THIẾT KẾ Ổ LĂN……….33

1 Thiết kế ổ lăn cho trục vào hộp giảm tốc……….33

2 Thiết kế ổ lăn cho trục trung hộp giảm tốc……… 34

3 Thiết kế ổ lăn cho trục ra hộp giảm tốc……….35

VII TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC YẾU TỐ CỦA VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC 1 Chọn thân máy………35