Đồ án chi tiết máy mẫu

Lời nói đầuMôn học chi tiết máy đóng vai trò quan trọng trong chơng trình đào tạo kỹ s và cán bộ kỹ thuật về cấu tạo ,nguyên lý làmviệc và phơng pháp tính toán thiết kế các chi tiết, các

Lời nói đầu

Môn học chi tiết máy đóng vai trò quan trọng trong chơng

trình đào tạo kỹ s và cán bộ kỹ thuật về cấu tạo ,nguyên lý làmviệc và phơng pháp tính toán thiết kế các chi tiết, các thiết bị phục vụ cho các máy móc ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải

Đồ án môn học chi tiết máy có sự kết hợp chặt chẽ giữa lí

thuyết với thực nghiệm Lí thuyết tính toán các chi tiết máy đợcxây dựng trên cơ sở những kiến thức về toán học, vật lí, cơ học lí thuyết, nguyên lý máy, sức bền vật liệu v.v…,đợc xác minh và hoàn thiện qua thí nghiệm và thực tiễn sản xuất

Đồ án môn học chi tiết máy là một trong các đồ án có tầm quan trọng nhất đối với một sinh viên khoa cơ khí Đồ án giúp cho sinhviên hiểu những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc và phơng pháp tính toán thiết kế các chi tiết có công

dụng chung ,nhằm bồi dỡng cho sinh viên khả năng giải quyết những vấn đề tính toán và thiết kế các chi tiết máy ,làm cơ

sở để vận dụng vào việc thiết kế máy

Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn tận tình của thầy Lê Văn Uyển trong

bộ môn chi tiết máy đến nay đồ án môn học của em đã hoàn thành Tuy nhiên việc thiết kế đồ án không tránh khỏi sai sót

em rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy và sự chỉ bảo của các bạn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Uyển đã giúp đỡ em hoàn thành công việc đợc giao

Sinh viên : Phạm Thành Vinh

Lớp : CTM5 - K46

Công suất trên trục động cơ xác định bởi:

Pct =Pt/η

Trong đó:

Pct- công suất cần thiết trên trục động cơ- kw

Pt – công suât tính toán trên trục công tác –kw

η - hiệu suất truyền động

hệ dẫn động làm việc với tải trọng thay đổi theo chu kỳ.Do

đó công suất tính toán Pt sẽ đợc tính bởi công suất tơng đơngPtđ

m : Số cặp ổ lăn (m =4); k : Số cặp bánh răng (k = 2),Tra bảng2.3, ta đợc các hiệu suất: ηol = 0,99 ( vì ổ lăn đợc che

usb= usbh usbx = 18.3 = 48

Số vòng quay của trục máy công tác là nlv :

nlv =60000. 60000.0, 45 26,86

v D

T

T T

II PHÂN PhốI Tỷ Số TRUYềN

Ta đã biết u sb =u sbh.u sbd. Tỷ số truyền chung :

1445

53,80 48

Xác định công xuất, momen và số vòng quay trên các trục.

Tính công suất, mô men, số vòng quay trên các trục (I, II, III )của hệ dẫn động

n

Mô men :

Theo bảng 5.6 ( Tài liệu thiết kế ) ta có;

k0 =1( đờng tâm các đĩa xích nằm ngang )

Theo bảng 5.5 với n0 = 200 vg/ph, chọn bộ truyền xích 1 dãy

có bớc xích p = 31,75 mm thoả mãn điều kiện mòn;

mH: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về tiếp xúc,với mH = 6.

NHO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc.NHO = 30 H2 , 4

1

560 = ; [σH]2= 481 , 8MPa

1 , 1

1

mF: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về uốn, với mF = 6

NFO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFO = 4.10 6vì vật liệu là thép 45,

NEE: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng.

( ) i ck

m i i i

4 1 14000 6 , 333 1

1

.

.

ba H

H

u

K T

ψ σ

β

Với: T1: Mômen xoắn trên trục bánh chủ động, (Nmm) ;

Ka : hệ số phụ thuộc vào loại răng ;

Thay số ta định đợc khoảng cách trục :

m = (0,01 ữ 0,02) aw1 = (0,01 ữ 0,02).140 = 1,4 ữ 2,8

Theo bảng 6.8 _ bảng về giá trị môđun tiêu chuẩn

Chọn m = 2

• Số răng Z1 = 2 aw1/ (m(u1 +1)) = 2.140/ 2(5,66+1) = 21,02chọn Z1 = 21

da2 = d2 + 2 m = 242(mm)

• Đờng kính đáy răng : df1 = d1 –2,5m = 37 (mm) df2 = d2 -2,5 m = 233(mm)

• Đờng kính cơ sở : db1 = d1 cos α = 42 cos 20° = 39,47 (mm)

db2 = d2 cos α = 238.cos200= 223,65 (mm)

• Góc prôfin răng bằng góc ăn khớp : αt = αtw = 20 0

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Yêu cầu cần phải đảm bảo σH ≤ [σH]

σH = ZM ZH Zε

1

1

.

) 1 (

2

w m w

m H

d u b

u K

;Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;

22 / 95 (

35

) 1 22 / 95 (

24 , 1 24700

[σH] = 481,8.1.0,95.1 = 457,7MPa , σH ≤ [σH]

Răng thoả mãn về độ bền tiếp xúc

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Trong đó theo bảng 6.15, δF= 0,016, theo bảng 6.16, g0= 56.Do

đó theo công thức

KFv=1+ νFbwdw1/ (2T1KF βKFα) = 1+ 14,17.42.42,04/(2.25398.1,32.1)=1,37

• Với εα = 1,7, Yε= 1/εα =1/1,7= 0,59

• Yβ= 1 (bánh răng thẳng)

• Theo bảng 6.18, có YF1= 4,26: YF2=3,60

Vậy σF1= 2.25398.1,81.1,37.4.26,59/(42.42,04.2) = 65,22MPa

σF2= σF1 YF2/ YF1 = 59,60.3,6/4,26= 55,11 MPa

với m = 2, Ys= 1,08- 0,0695ln(2) = 1,032: YR=1: KxF=1(da< 400),

do đó ứng suất uốn cho phép thực tế là

[σF1] =[σF1] ’ YRYsKxF= 252.1.1,032.1= 260MPa

Tơng tự ta tính đợc [σF2] = 236,5.1.1,032.1=244,068MPa

σF1, σF2 đều nhỏ hơn các giá trị cho phép, vậy đảm bảo bền

7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Để tránh biến dạng d hoặc gẫy giòn lớp bề mặt, ứng suất cực

đại không đợc vợt quá một giá trị cho phép

σHmax= σH K qt = 445,24 1,6= 576,93MPa < [σH]]max= 1260MPa;

σF1max=σF1Kqt= 65, 22 1,6 82,50 = < [σF1]max= 464 MPa;

σF2max = σF2Kqt = 55,11 1,6 = 69,71< [σF2]max = 360MPa;

răng đủ độ bền về quá tải

B Tính toán bộ truyền cấp chậm(bánh trụ răng thẳng ).

1.Chọn vật liệu

Vật liệu ta chọn giống bộ truyền cấp nhanh

2 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

mH: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về tiếp xúc

NHO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc.NHO = 30 H2 , 4

3 3

8

3 ) 7 , 0 ( 8

4 1 14000 120 1

1

560 = ; [σH]2= 481 , 8MPa

1 , 1

1

2

.

.

ba H

H

u

K T

ψ σ

β

T2 = 138630 (Nmm); Ka= 49,5(răng thẳng)

( 2 ) ( )

Tra ở sơ đồ 5 (bảng 6.7) có KHβ=1,03 ; u2= 3,18 ;[σH]= 481,8MPa

• Góc ăn khớp :

αtw = 20 0

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Yêu cầu cần phải đảm bảo σH ≤ [σH]

σH = ZM ZH Zε

3

2

.

) 1 (

2

w m w

m H

d u b

u K

Trong đó: T2=138630 (Nmm);

bw = 0,3.aw2 = 0,4.180 = 54(mm),

đờng kính vòng lăn bánh nhỏ: dw3 =2aw2/(u2+1) = 2.180/(3,18+1)

2

T K β K α

ν

KH =1.1,03.1,05 = 1,08

Thay số : σH = 274.1,76.0,86 2

2.138630.1, 08.(3,18 1) 54.3,18.(86,12)

đạt độ nhám là :

Ra = 10 40 àm Do đó ZR = 0,95, với da< 700 mm ⇒ KxH = 1 [σH] = 481,8.1.0,95.1 = 457,7 MPa.

Do σH ≤ [σH] nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Yêu cầu σF ≤ [σF] ; σF = 2.T2.KFY εYβYF3/( bwdw3.m)

Tính các thông số :

Theo bảng 6.7 ta có KFβ = 1,17 ; với v < 2,5 m/s tra bảng 6.14cấp chính xác 9 thì KFα = 1 Tra bảng 6.16 chọn go= 73 Theobảng 6.15 => δf =0,016

Ta thấy độ bền uốn đợc thoả mãn vì σF3 < [σF3] ,σF4 < [σF4];

7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

ứng suất quá tải cho phép : [σH]max = 2,8.σch4 = 2,8 450 = 1260MPa;

vì σF1max < [σF1]max ,σF2max < [σF2]max nên răng thoả mãn.

Kết luận: với vật liệu trên thì bộ truyền cấp chậm thoả mãn

các yêu cầu kĩ thuật

Kiểm tra điều kiện bôi trơn của hộp giảm tốc:

Điều kiện bôi trơn:

• da2: Đờng kính của bánh bị dẫn của bộ truyền cấp nhanh

• da4: Đờng kính của bánh bị dẫn của bộ truyền cấp chậm.da4 = 278 (mm); da2 = 242 (mm)

⇒ c = 4

2

278 1,15 242

a

a

d

d = = ; 1 ≤ c ≤ 1,3

Vậy bộ truyền thoả mãn điều kiện bôi trơn

Các thông số và kích th ớc của hai bộ truyền:

• Bộ truyền cấp nhanh:

Khoảng cách trục: aw1 = 140 (mm)

Môđun : m = 2

Loại nối trục đàn hồi

Tại trục I có mômem xoắn TI = 26436(Nmm)

Mômen danh nghĩa trên trục gá khớp nối: Tt = k.T = 1,5 26436

= 39654 (Nmm)

Tra bảng 16.10a kích thớc cơ bản của nối trục vòng đàn hồi đợctra theo mômem xoắn

T = 63 (Nm) d = 20 (mm) D = 100(mm)

dm = 36 (mm) L = 104 (mm) l = 50 (mm)

d1 = 36 (mm) Do = 71 (mm) Z = 6

nmax = 5700 B = 4 B1 = 28

l1 = 21(mm) D3 = 20 (mm) l2 = 20(mm)Bảng 16.10b kích thớc cơ bản của vòng đàn hồi

T = 63 (N.m)

dc = 10 (mm) d1 = M8 D2 =15(mm)

l = 42 (mm) l1 = 20 (mm) l2 =10(mm)

l3 =15 (mm) h = 1,5

2.Thiết kế trục

a Chọn vật liệu:

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45,tôi cóσb= 800 MPa.

ứng suất xoắn cho phép [τ] = 12 20 Mpa

b.Sơ đồ đặt lực:

Với d =20, tra bảng 10.2 , ta đợc chiều rộng ổ lăn b0 = 15(mm).

l23 = l22 + 0,5(lm22 + lm23) + k1 = 52,5 + 0,5(46+58) + 12 = 113,5(mm)

l21 = lm22 + lm23 3k1 + 2k2 + b0 = 46+58 + 3.12 +2.10 +15 = 173(mm)

e Xác định đờng kính và chiều dài các đoạn trục:

Tính các lực tác dụng lên trục: lực do xích , lực tác dụng lên bánh răng, lực do khớp nối

Các thành phần lực trong thiết kế đợc biểu diễn nh hình vẽphần trên

Lực tác dụng của xích lên trục Fr33 = 3841 (N)

Lực tác dụng của khớp nối: FK = (0,2 ữ 0,3) Fr ; Fr = 2T1 /D0 ,

w

T

d = = (N) = Ft2 ;

Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục vào của hộp giảm tốc khai triển

Đờng kính các đoạn trục: d11 = d10 = 20 (mm); d12 = 25 (mm); d13 = 17(mm)

Các ổ lăn trên trục lắp theo kiểu k6

*Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Vì đờng kính trục đã đợc nâng lên để phù hợp với đờng kính trục động cơ nên ở đây chỉ cần kiểm nghiệm một tiết diện trục: tiết diện lắp với ổ lăn với kiểu lắp k6

Kết cấu trục thiết kế đợc phải thoả mãn điều kiện:

σ

.

.

σa, τa, σm, τm là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp

và ứng suất tiếp tại tiết diện xét

• Xét tại tiết diện 1- 0 có d10=20mm

Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổitheo chu kì đối xứng, do đó σa tính theo ct 10.22

σm = 0, σa=σmax= Mu/W = 8,91MPa

1

2 1

1j M x j M y j

M = + = 24426 (Nmm) ; W= πd103/32 =786

Vì trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳmạch động , do đó τm1 , τa tính theo ct 10.23

τm1 = τa = T/2Wo = 25398/2.3066,4 = 16,15 MPa

Trong đó T10= 225398 (Nmm); W0= πd3

10/16 = 1570Phơng pháp gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra = 0,32 0,16 do đó theo bảng 10.8 , hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx = 1

Không dùng các phơng pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăngbền Ky =1

Từ bảng 10.10 với d = 20 (mm) εσ = 0,9 ετ= 0,85

xác định đợc tỉ số Kσ/εσ và Kτ/ετ tại tiết diện này

Tra bảng 10.11 ứng với kiểu lắp đã chọn σb = 850Mp và đờngkính tiết diện nguy hiểm ta tra đợc tỉ số :

6 , 370

d

K

s

σ ψ σ

σ σ σ

σ

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp sτ theo ct 10.21 :

03 , 4 05 , 0 03 , 4 92 , 1

215

.

+

= +

m a

d

K

s

τ ψ τ

τ τ τ

B. Xác định kết cấu và đờng kính trục trung gian:

Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục trung gian hộp giảm tốc

d2-3 3 23 [ ] 3194331 31, 4

0,1 63 0,1.

Theo quan điểm công nghệ ở đây chọn đờng kính nh nhau

để chế tạo các đoạn trục lắp với bánh răng, ở đây theo kiểulắp φ35H7/k6:

Tiết diện trục lắp bánh răng tại tiết diện 2-2 và 2-3 chọn tiêuchuẩn

Kiểm nghiệm độ bền của then

Đối với tảI trọng va đập nhẹ ta lấy ứng suất cắt cho phép

[ ]τ =c 40 60 ữ MPa

Chọn lắp ghép bánh răng là lắp chặt và chế độ va đạp nhẹ,tra bảng 9.5 ta có: [ ]σ =d 100MPa

.

2

1 2

Độ bền cắt ct 9.2

[ ]c

t c

b l d

T τ

.

lt(mm)

bxh t1(m

m)

T(Nmm) σd MPa) τc

MPa)

2 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

Kết cấu trục thiết kế đợc phải thoả mãn điều kiện:

σa, τa, σm, τm là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp

và ứng suất tiếp tại tiết diện xét

Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổitheo chu kì đối xứng, do đó σa tính theo ct 10.22

σm = 0, σa=σmax= Mu/W = 45,4 MPa.

Vì trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳmạch động , do đó τm1 , τa tính theo ct 10.23

τm1 = τa = T/2Wo = 6,22 Mpa.

Phơng pháp gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểmyêu cầu đạt Ra = 2,5 …0,63 àm, do đó theo bảng 10.8 , hệ sốtập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx = 1,1

Không dùng các phơng pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăngbền Ky =1

Theo bảng 10.12 khi dùng dao phay ngón , hệ số tập trung ứngsuất tại rãnh then ứng với vật liệu σb = 800 MPa là Kσ = 2,01 và Kτ

8 , 348

d

K

s

σ ψ σ

σ σ σ

σ

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp sτ theo ct 10.21 :

22 , 6 05 , 0 22 , 6 51 , 2

3 , 202

.

+

= +

m a

d

K

s

τ ψ τ

τ τ τ

τ

Hệ số an toàn s theo ct 10.19 :

s=s sσ τ / sσ2 +sτ2 = 2,99.12, 46 / 2,99 2 + 12, 46 2 = 2,9 >[ ]σ = 1,5 2,5

Trục tại tiết diện 2-2 thoả mãn về độ bền mỏi

3 Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

Điều kiện trục thoả mãn về độ bền tĩnh là: σtd = σ 2 + 3 τ 2 ≤[ ]σ Trong đó : σ =Mmax/(0,1.d3) = 560800/(0,1.523) = 39,88 MPa

−

=

= +

− +

230 110

0

31 33

32 3

33 31

30 32

y y

y o

y y

y y

F F

F M

F F F

110 230

0

31 32

33 3

31 30 33 32

x x

x o

x x x t

F F

F M

R F F F X

Giải hệ này ta đợc Fx30 = 2537 (N), Fx31 = 3154 (N)

Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục ra hộp giảmtốc khai triển

Theo ct 10.15 tính mômen uốn tổng tại các tiết diện trên trục : 2

3

2 3

511934

0,1.55

Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền , lắp ghép và công nghệ

ta chọn đờng kính các đoạn trục theo tiêu chuẩn :

Tiết diện trục lắp bánh răng tại tiết diện 3-2 chọn tiêu chuẩn d32

Các ổ lăn trên trục lắp theo kiểu k6 và lắp bánh răng ,lắp bánhxích theo k6 kết hợp lắp then

Theo điều kiện công nghệ để lắp ráp ta chọn then ở vị trílắp báng răng

t h l d

.

2

1 3

Độ bền cắt ct 9.2 :

[ ]c

t c

b l d

T

τ

.

lt(mm)

Theo bảng 9.5 với tải trọng [σd] =150 (MPa) và [τc] =60-:- 90(MPa) Vậy mối ghép then đều thoả mãn độ bền đập và độbền cắt

vI CHọN ổ LĂN

1.Chọn ổ lăn cho trục vào của hộp giảm tốc:

Xét tỉ số Fa/Fr : ta thấy tỉ số Fa/Fr = 0 vì Fa = 0, tức là không

có lực dọc trục nên ta chọn loại ổ là ổ bi đỡ một dãy, có sơ đồ

bố trí nh sau:

Dựa vào đờng kính ngõng trục d = 20 mm,

tra bảng P2.7 chọn loại ổ bi đỡ cỡ nhẹ Fr10 Fr11 có kí hiệu : 204

Đờng kính trong d = 20 mm, đờng kính ngoài D = 47 mm

Khả năng tải động C = 10,0 kN, khả năng tải tĩnh Co = 6,30kN;

Trong đó : Kiểm nghiệm ở ổ chịu tải lớn hơn, F10 = 648 (N)

Đối với ổ đỡ chịu lực hớng tâm X= 1

V =1 khi vòng trong quay

b Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Tải trọng tính toán theo ct 11.19 với Fa = 0 nên giá trị tiến hànhkiểm tra khả năng tảI tĩnh :

Qt = Fr =778 (N) = 0,778 (kN) < C0 = 6,30 kN

⇒ loại ổ lăn này thoả mãn khả năng tải tĩnh

2 Chọn ổ lăn cho trục trung gian của hộp giảm tốc.

Kiểm nghiệm ở ổ chịu tảI lớn hơn Fr = Rt21 = 2572 (N)

Đối với ổ đỡ chịu lực hớng tâm X= 1

V =1 khi vòng trong quay

b Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Tải trọng tính toán theo ct 11.19 với Fa = 0 :

Qt = Fr = 2572N = 2,572 kN < C0 = 15,1 kN

⇒ loại ổ lăn này thoả mãn khả năng tải tĩnh.

3 Chọn ổ lăn cho trục ra của hộp giảm tốc:

Xét tỉ số Fa/Fr : ta thấy tỉ số Fa/Fr = 0 vì Fa = 0, tức là không

có lực dọc trục nên ta chọn loại ổ là ổ bi đỡ một dãy, có sơ đồ

Trong đó : Đối với ổ đỡ chịu lực hớng tâm X= 1

V =1 khi vòng trong quay

Hệ số khả năng tải động: Cd = 3895,2.3 67, 4 = 15,85 kN.

Do Cd = 15,85 kN < C = 25,7 ⇒ loại ổ lăn đã chọn đảm bảokhả năng tải động

b Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Tải trọng tính toán theo ct 11.19 với Fa = 0:

Q0 = Fr = 3246 (kN) = 3,246 < C0 = 18,1 kN

⇒ loại ổ lăn này thoả mãn khả năng tải tĩnh

V.Thiết kế vỏ hộp giảm tốc, bôI trơn và đIều chỉnh ăn khớp.1.Tính kết cấu của vỏ hộp:

Chỉ tiêu của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lợng nhỏ.Chọn vật liệu để đúc hộp giảm tốc là gang xám có kí hiệu GX15-32

Chọn bề mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục

Các kích thớc cơ bản đợc trình bày ở trang sau

2 Bôi trơn trong hộp giảm tốc:

Lấy chiều sâu ngâm dầu khoảng ẳ bán kính của bánhrăng cấp chậm khoảng 30 mm

3 Dầu bôi trơn hộp giảm tốc :

Chọn loại dầu là dầu công nghiệp 45

4.Lắp bánh răng lên trục và điều chỉnh sự ăn khớp:

Để lắp bánh răng lên trục ta dùng mối ghép then và chọn kiểulắp là H7/k6 vì nó chịu tải vừa và va đập nhẹ

5 Điều chỉnh sự ăn khớp:

Để điều chỉnh sự ăn khớp của hộp giảm tốc bánh răng trụ này

ta chọn chiều rộng bánh răng nhỏ tăng lên 10 % so với chiềurộng bánh răng lớn

Các kích thớc của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc:

Chiều dày: Thân hộp, δ

Nắp hộp, δ1

δ = 0,03.a + 3 = 0,03.180 + 3 = 8,4mm, chọn δ= 8 mm

δ1 = 0,9 δ = 0,9 8 = 7 mm