Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU 1 1.1.Chọn động cơ. 3 1.1.1. Xác định công suất cần thiết của động cơ. 3 1.1.2. Xác định tốc độ đồng bộ của động cơ điện. 4 Theo công thức (2.18)1 ,ta có: 5 1.1.3. Chọn động cơ. 5 1.2.Phân phối tỷ số truyền. 6 1.3.Xác định các thông số trên các trục. 7 1.3.1. Công suất tác dụng lên các trục. 7 1.3.2. Số vòng quay trên các trục. 7 1.3.3.Mômen xoắn trên các trục. 8 1.4.Bảng kết quả tính toán. 8 PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI (ĐAI THANG): 9 2.1. Chọn loại đai: 9 2.2. Xác định đường kính bánh đai: 10 2.3. Khoảng cách trục và chiều dày đai . 10 2.4. Định chính xác chiều dài đai và khoảng cách trục : 11 2.5. Góc ôm trên bánh đai nhỏ được xác định theo công thức 2.6. Xác định số đai cần thiết: 11 2.7. Định các kích thước của bánh đai . 12 2.8. Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục: 12 2.9. Bảng thông số bộ truyền đai thang ( bộ truyền ngoài ). 13 PHẦN III: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG CỦA HỘP GIẢM TỐC: 13 3.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng nón răng thẳng.( cấp nhanh) 13 3.1.1. Chọn vật liệu: 13 3.1.3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng 16 3.1.4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng : 16 3.1.5. Xác định chiều dài bánh răng nón . 16 3.1.6. Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng 16 3.1.7. Định chính xác trị số tải trọng k và chiều dài L 17 3.1.8. Xác định số răng ,chiều rộng của bánh răng và góc nghiêng của răng : 17 3.1.9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng : 18 3.1.10. Bánh răng chịu quá tải : 19 3.1.11. Định các thông số hình học của bộ truyền. 21 3.1.12. Tính các lực tác dụng: 22 3.2.Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng (cấp chậm). 22 3.2.1, chọn vật liệu 22 3.2.2,Xác định ứng suất cho phép. 22 a, Ứng suất tiếp xúc cho phép. 22 b, Ứng suất uốn cho phép. 24 c, Ứng suất quá tải cho phép. 25 3.2.3, Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng. 25 a, Khoảng cách sơ bộ trục. 25 b, Xác định các thông số ăn khớp . 26 3.2.4. Tính kiểm nghiệm độ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 27 a,Kiểm nghiệm răng và độ bền tiếp xúc. 27 b,Kiểm nghiệm răng về độ uốn. 29 c, Kiểm nghiệm răng về quá tải. 31 3.2.5,Bảng thông kê các thông số cặp bánh răng trụnghiêng cấp chậm. 31 3.2.6,Tính lực ăn khớp: 31 Phần IV 33 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 33 4.1:Chọn vật liệu : 33 4.2.Tính thiết kế trục 33 4.2.1. Xác định sơ bộ đường kính trục. 33 4.3. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục . 36 4.3.1.Tính cho trục I : 36 1. Xác định lực tác dụng lên trục. 37 2. Tính đường kính trục. 40 4.3.2. Tính cho trục II. 42 1. Xác định các lực tác dụng lên trục. 42 2. Tính đường kính trục. 45 4.3.3.Tính cho trục III. 47 1. Xác định các lực tác dụng lên trục. 47 2. Tính đường kính trục. 50 4.4.Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi. 51 Phần 5 Tính toán chọn then 53 5.1. Chọn và kiểm nghiệm mối ghép then trên trục I. 54 5.2. Chọn và kiểm nghiệm mối ghép then trên trục II. 55 5.3. Chọn và kiểm nghiệm mối ghép then trên trục III. 55 Phần 6 : Tính toán chọn ổ trục 56 6.1.Chỉ dẫn chung về tính chọn ổ lăn. 56 6.2. Chọn ổ lăn cho tổng trục: 57 6.2.1.Tính chọn ổ cho trục I: 57 6.2.2.Tính chọn ổ cho trục II: 58 6.2.3.Tính chọn ổ cho trục III: 59 7.1. Tính kết cấu của vỏ hộp. 60 7.2. Thiết kế vỏ hộp: 60 7.2.1.Chiều dày thân hộp: 60 7.2.2.Chiều dày nắp bích (nắp hộp): 60 7.2.3.Gân tang cứng: 60 7.2.4. Đường kính bulông: 60 7.2.5.Mặt bích ghép nắp và thân: 60 7.2.6.Kích thước gối trục: 61 7.2.7. Mặt đế hộp: 61 7.2.8. Khe hở giữa các chi tiết: 61 7.2.9. Số lượng bulông nền Z: 61 7.2.10. Bulông vòng: 62 7.2.11. Chốt định vị : 62 7.2.12.Cửa thăm. 63 7.2.13. Nút thông hơi. 63 7.2.14. Nút tháo dầu. 63 7.2.15. Kiểm tra mức dầu 63 7.3 Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 64 7.3.1 Bôi trơn bên trong hộp giảm tốc 64 7.3.2 Bôi trơn ngoài hộp 64 7.4. Bảng thông kê các kiểu lắp và dung sai và các đặc tính kỹ thuật của hộp giảm tốc. 64 7.4.1. Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai. 64
Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động GVHD:Phạm Tuấn LỜI NÓI ĐẦU Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí kỹ sở sinh viên nghành kỹ thuật Tuy học môn Cơ học máy, Chi tiết máy … phải đến đồ án Thiết kế hệ thống truyền động khí sinh viên có nhìn toàn diện thiết kế máy Bên cạnh đó, đồ án giúp sinh viên củng cố kiến thức học hoàn thiện kỹ làm việc từ ngồi ghế nhà trường Lần bắt tay vào công việc mẻ, lĩnh vực hoàn toàn khác vận dụng lý thuyết vào thực tế mức độ Trong trình thiết kế, có lúc tra cứu tài liệu không thực chuẩn xác không tránh khỏi sai sót Trong đồ án em trình bày đồ án môn học với nội dung sau: -Tính toán chung -Thiết kế truyền đai thang theo yêu cầu đồ án -Thiết kế truyền bánh côn -trụ hộp giảm tốc -Tính toán trục kích thước hộp giảm tốc -Bôi trơn chi tiết khác Các số liệu, hình vẽ tham khảo từ tài liệu: [1].Tính toán thiết kế Hệ thống dẫn động khí_Tập 1&2 (PGS.Trịnh Chất-Lê Uyển) [2].Giáo trình hướng dẫn thiết kế chi tiết máy.(T.S Phạm Tuấn ) [3].Dung sai lắp ghép.(T.S Ninh Đức Tốn) [4].Chi tiết máy_Tập 1&2.(GS.TS.Nguyễn Trọng Hiệp) Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Thanh Tùng môn Kỹ Thuật Cơ Khí giúp đỡ em trình làm đồ án này!!! Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Luật SVTH: Trịnh Văn Thao Trang Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động GVHD:Phạm Tuấn Mục Lục Đề Bài: SVTH: Trịnh Văn Thao Trang Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động GVHD:Phạm Tuấn CHƯƠNG CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.1.Chọn động Tính chọn động học chọn loại động Cần chọn động điện cho lợi dụng toàn công suất động cơ.Khi làm việc phải thỏa mãn điều kiện: - Động không phát nóng nhiệt độ cho phép - Động có khả tải thời gian ngắn - Động có momen mở máy đủ lớn để thắng momen cản ban đầu phụ tải khởi động Vậy ta chọn động điện xoay chiều ba pha không đồng Để chọn động điện , cần tính toán công suất cần thiết số vòng quay sơ 1.1.1 Xác định công suất cần thiết động Công suất yêu cầu đặt lên trục động xác định theo công thức (2.8)[1] =β Nyc N ct η Trong : + Công suất công tác Nct: Theo công thức (2.11)[1] Nct = = = 3,375(kw) (trong P=2700 N Lực kéo băng tải , V=1,25 m/s vận tốc băng tải ) +,Hiệu suất hệ dẫn động η: Theo công thức (2.9)[1] : SVTH: Trịnh Văn Thao Trang Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động GVHD:Phạm Tuấn η = η1.η η3 Trong η1,η2,η3… hiệu suất truyền cặp ổ hệ thống dẫn động Theo sơ đồ đề : η = (η k )2 (ηbr )2 ηd (ηol )5 ηk ηbr : hiệu suất khớp :hiệu suất cặp bánh ηd ηol :hiệu suất truyền đai :hiệu suất cặp ổ lăn Tra bảng (2.3)[1], ta hiệu suất : ηk=1 ηbr1=0,97 ( bánh côn) ηbr2=0,97 ( bánh trụ) ηol= 0,995 ηđ=0,97 η = 12.(0,97) 0,97.(0,99)5 = 0.89 +,Hệ số xét đến thay đổi tải không β : Theo công thức (2.14)[1] hệ số β xác định : SVTH: Trịnh Văn Thao Trang Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động 2 GVHD:Phạm Tuấn M T M T M T 4 β = ∑ i ÷ i = ÷ + ÷ = 12 + ( 0,5 ) = 0,79 8 M Tck M Tck M Tck (Mmm bỏ qua thời gian mở máy nhỏ so với chu kỳ ) ⇒ Công suất yêu cầu đặt lên trục động : Ρ yc = β Ρ ct 0,79.3,375 = = 2,96 ( kw ) η 0,89 1.1.2 Xác định tốc độ đồng động điện - Số vòng quay trục công tác nlv : Theo công thức (2.16)[1] ta có Nlv=60000v/(πD)= 60000.1,2/(π50)= 59,68 (vòng/phút) (trong V=1,25 m/s vận tốc băng tải, D=400 mm đường kính tang quay ) - Tỷ số truyền chung hệ dẫn động (sơ bộ) ic : Theo công thức (2.15)[1] ta có : ic = id ih Trong id tỉ số truyền sơ đai thang ih tỉ số truyền hộp giảm tốc côn –trụ cấp Theo bảng 2.4[1] +, Truyền động bánh côn-trụ , HGT bánh côn- trụ cấp ih=(10÷25) +, Truyển động đai thang iđ = (3÷5) ⇒ chọn ih= 15 id =3 ⇒ ic=3x15=45 SVTH: Trịnh Văn Thao Trang Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động GVHD:Phạm Tuấn - Số vòng quay trục động nsb Theo công thức (2.18)[1] ,ta có: Nsb=nlv.45.59,68=2685,6 (vòng/phút) ⇒ Chọn số vòng quay đồng động nsb=2880 vòng/phút 1.1.3 Chọn động Động phải thỏa mãn điều kiện sau: N dc ≥ N yc ndc ≈ nsb M K M mm ≥ M dn M Ta có Nyc =2,96 kw nsb=2880 v/ph M mm M mm = = 1,8 M M1 + Chọn động Tra bảng P1.3[1] ta chọn loại động 4A100S2Y3 có thông số sau: Ndc= 4kw nđb =2880 v/ph TK = 2,0 Tdn 1.2.Phân phối tỷ số truyền -Tỷ số truyền chung hệ dẫn động xác định theo công thức (3.23)[1] SVTH: Trịnh Văn Thao Trang Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động uc = GVHD:Phạm Tuấn ndc 2880 = = 48, 26 nlv 59,68 - Theo công thức (3.24)[1] ta có uc=uh.un=uh.uđ Ta chọn uđ= ⇒ uh = uc 48,26 = = 16,09 ud Ta chọn tỷ số truyền truyền cấp nhanh ubr1= 4,5 ⇒ tỉ số truyền truyền cấp chậm : ubr = uh 16,09 = = 3,58 ubr1 4,5 1.3.Xác định thông số trục 1.3.1 Công suất tác dụng lên trục +, trục công tác, Nct= 3,375 kw (đã tính ) +, Trục III : N3 = N ct 3, 375 = = 3,5 ( kw ) ηk ηbr ηol 1.0,97.0,995 +, Trục II ; N2 = N3 3,5 = = 3,63 ( kw ) ηbr1.ηol 0,97.0,995 +, Trục I : SVTH: Trịnh Văn Thao Trang Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động N1 = GVHD:Phạm Tuấn N2 3, 63 = = 3, 76 ( kw ) ηd ηol 0,95.0,995 +, Trục động : N dc = N1 3, 76 = = 3, 78 ( kw ) ηk ηol 1.0,995 1.3.2 Số vòng quay trục +, Tốc độ quay động ndc=2880 vòng/phút +, Tốc độ quay trục I : n1 = ndc 2880 = = 2880 ( v ph ) uk +,Tốc độ quay trục II : n2 = n1 2880 = = 960 ( v ph ) ud +, Tốc độ quay Trục III: n3 = n2 960 = = 213,33 ( v ph ) i1 4,5 +, Tốc độ quay trục công tác : nct = n3 213,33 = = 59,68 ( v ph ) id 3,58 1.3.3.Mômen xoắn trục M i = 9,55.106 Ni ni +, Trục I : SVTH: Trịnh Văn Thao Trang Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động M = 9,55.106 GVHD:Phạm Tuấn N1 3,76 = 9,55.106 = 12468,06 ( N mm ) n1 2880 +, Trục II : M = 9,55.106 N2 3,63 = 9,55.106 = 36110,94 ( N mm ) n2 960 +, Trục III : M = 9,55.106 N3 3,5 = 9.55.106 = 156682,14 ( N mm ) n3 213,33 +, Trục động : M dc = 9,55.106 N dc 3,78 = 9,55.106 = 12534,4 ( N mm ) ndc 2880 +, Trục công tác : M ct = 9,55.106 N ct 3,375 = 9,55.106 = 540067,86 ( N mm ) nct 59,68 1.4.Bảng kết tính toán Trục Động I II III Công tác Thông số Tỉ số truyền u Số vòng quay n (v/ph) SVTH: Trịnh Văn Thao 2880 4,5 2880 Trang 3,58 960 Khớp 213,33 59,68 Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Công suất (kw) N Momen xoắn M (N.mm) GVHD:Phạm Tuấn 3,78 3,76 3,63 3,5 3,375 12534,4 12468,06 36110,94 156682,14 540067,86 PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI (ĐAI THANG): Thông số đầu vào: nđc = 2922 vòng/phút iđ = b h yo bt 40° 2.1 Chọn loại đai: Theo bảng 4.13 [1 ] ta chọn loại đai có tiết diện là: Thông số loại đai tiết diện A: a0=11 a=13 F=81 mm2 h0=2,8 h=8 F=138 mm2 h0=4,1 h=10,5 Thông số loại đai tiết diện B: a0=14 a=17 Ta chọn loại đai có tiết diện loại A có thông số 2.2 Xác định đường kính bánh đai: Với loại đai có tiết diện loại A: Chọn D1 = 160 (mm) SVTH: Trịnh Văn Thao Trang 10 Lớp Máy & Tự Động Thuỷ Khí- K58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động khí Đại Học Mỏ- Địa Chất Đường kính mặt cắt tính theo công thức 10.17 trang 194 – {1} d = Trong : – mômen tương đương mặt cắt Được tính theo công thức 10.16 trang 194 – {1} ta có : = * Xét mặt cắt điểm B (điểm lắp bánh trụ lớn ) , Từ biểu đồ mômen ta thấy : - Với mặt cắt bên trái điểm B có: = 148479 (Nmm) ; = 508802,1 (Nmm) ; = (Nmm) = = 530024,14 (Nmm) = = 47,33 (mm) - Với mặt cắt bên phải điểm B có: = 31779,8 (Nmm) ; = 508802,1 (Nmm) ; = 151780,28 (Nmm) = = 526466,9 (Nmm) = = 47,2 (mm) Do vị trí B có lắp rãnh then nên đường kính trục lấy tăng lên = 47,2 + 47,2 = 49,08 (mm) * Xét mặt cắt điểm C (điểm lắp ô lăn) : = ; = 484907,8 (Nmm) ; = 151780,28 (Nmm) = = 502407,7(Nmm) = = 46,49 (mm) * Xét mặt cắt điểm D (điểm lắp khớp nối) : SVTH: Trịnh Văn Thao Page 51 Lớp: Máy & Tự Động Thuỷ Khí-k58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động khí Đại Học Mỏ- Địa Chất = 0; = ; = 151780,28 (Nmm) = = 131445,57 (Nmm) = = 29,7 (mm) Do vị trí D có lắp rãnh then nên đường kính trục lấy tăng lên = 29,7 + 29,7 = 30,88 (mm) Từ yêu cầu độ bền, lắp ghép (dễ tháo lắp cố định chi tiết trục) , khả công nghệ ta chọn đường kính đoạn trục sau : = = 48 (mm) ; = 50 (mm) ; = 32(mm) 4.4.Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi Kết cấu trục thiết kế phải thoả mãn điều kiện: s = [s] công thức 10.19 trang 195 – {1} Trong : [s] – Hệ số an toàn cho phép , [s] = 2,5 hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp tiết diện tính theo công thức 10.20 10.21 trang 195 – {1} : = ; Trong : = σ-1, τ-1: giới hạn mỏi uốn xoắn ứng với chu kì đối xứng Do chọn vật liệu thép C45 nên: : σ-1 = 0,436 σb = 0,436 750 =327 (MPa) τ-1 = 0,58 σ-1 = 0,58 327 =189,7 (Mpa) ,, –biên độ giá trị trung bình ứng suất pháp ứng suất tiếp tiết diện Hệ số kể đến ảnh hưởng trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra bảng 10.7 trang 197-{1} : ψσ = 0,1 ; ψτ = 0,05 Theo công thức bảng 10.6 trang 196, [1] SVTH: Trịnh Văn Thao Page 52 Lớp: Máy & Tự Động Thuỷ Khí-k58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động khí Đại Học Mỏ- Địa Chất W= ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động : = = = W0 mô men cản xoắn tính thao công thức bảng 10.6 W0 = - = - = 5280,6 Tại hai mặt cắt lắp bánh trục II , nhìn biểu đồ mômen ta thấy bên phải mặt cắt nguy hiểm nên ta kiểm nghiệm cho mặt cắt C + ứng suất nén : = Với = = = 444034,8 (Nmm) W= (bảng 10.6 trang 196 – [1] ) Tra bảng 9.1a trang 173 – [1], kích thước then : b = 10 mm, h = mm, t1 = mm ⇒ W= - =2630 = = 168,8 +ứng suất tiếp : = = = = 3,74 (N/mm2) Theo công thức 10.25 10.26 trang 197 - {1}, ta có: = ; = Với Kx hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt phụ thuộc vào gia công độ nhẵn bóng bề mặt cho bảng 10.8 trang 197 [1] Ra=2,5 0,63 µm ta có kx=1,1 Tra bảng 10.9 trang 197 – [1] ta có: ky=1,6 Tra bảng 10.12 trang 199 – [1] ta có : kτ = 1,88, kσ = 2,01 Ta có d= 32mm vật liệu thép bon tra bảng 10.10 trang 198 [1] εσ = 0,88 , ετ = 0,81 ⇒ SVTH: Trịnh Văn Thao = = 1,49 Page 53 Lớp: Máy & Tự Động Thuỷ Khí-k58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động khí ⇒ Đại Học Mỏ- Địa Chất = = 1,51 = = 4,067 = = 26,32 s = = 4,024 [s] = (2,5 3) Vậy trục II đảm bảo điều kiện mỏi.Vì hệ số an toàn [s]= 2,5 ;do : s > [s] Phần Tính toán chọn then Mối ghép then then hoa dùng để truyền mô men xoắn từ trục đến chi tiết lắp trục ngược lại Mối ghép then nhờ đơn giản chế tạo lắp ghép nên dùng rộng rãi Thường dùng then bằng, TCVN 2261-77, so với mối ghép then, mối ghép then hoa đảm bảo cho chi tiết lắp trục có độ đồng tâm tốt hơn, khả tải độ tin cậy làm việc cao hơn, mối ghép chịu tải trọng thay đổi tải trọng va đập Thường dùng mối ghép then hoa chữ nhật mối ghép then hoa thân khai Trong trình làm việc, mối ghép then then hoa bị hỏng dập bề mặt làm việc, then bị hỏng bị cắt, mối ghép then hoa hỏng mòn bề mặt làm việc Khi thiết kế thường dựa vào đường kính trục để chọn kích thước tiết diện then then hoa, chiều dài then then hoa thường lấy 0,8 0,9 chiều dài may ơ, tiến hành kiểm nghiệm mối ghép then then hoa độ bền dập, mối ghép then- độ bền cắt mối ghép then hoa – độ bền mòn 5.1 Chọn kiểm nghiệm mối ghép then trục I Với đường kính d = 24 (mm), ta tra bảng 9.1a trang 173 – [1] ta có kích thước sau: b = mm, h = mm, t1 =4 mm t2 =2,8 mm ; bán kính góc lượn : nhỏ : 0,16 lớn : 0,25 chiều dài then tiết diện lt1 =(0,8 0,9).lm12 =(0,8 0,9) 25 = (20 22,5) mm, lt1=22 mm SVTH: Trịnh Văn Thao Page 54 Lớp: Máy & Tự Động Thuỷ Khí-k58 Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động khí Đại Học Mỏ- Địa Chất Kiểm tra điều kiện bền dập cắt theo công thức: Theo công thức 9.1trang 173 – [1] ta có : = = = 17,66(MPa) Theo công thức 9.2 trang 173 – {1} ta có : = = = 6,6(MPa) Tra bảng 9.5 trang 178 [1] Ứng suất cho phép then : = 100 MPa = 40 60 MPa Như : σ