Đồ án Cơ học máy: Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí

MỤC LỤC ..........................................................................................................................................2 PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN........................................................3 PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI...................................................................7 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH ..................................................................................7 PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG................................................................13 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG..........................13 A.CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẤP NHANH......................................................13 B. CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẤP CHẬM: ......................................................24 PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC, CHỌN Ổ LĂN KHỚP NỐ..............................................35 A. TÍNH CHỌN KHỚP NỐI............................................................................................................35 B. THIẾT KẾ TRỤC ........................................................................................................................36 I. Xác định lực và sơ đồ phân bố lực tác dụng lên trục .................................................................36 II. Tính thiết kế trục .......................................................................................................................38 III. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục .....................................................................41 IV. Tính then và kiểm tra then.......................................................................................................54 V. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi ..............................................................................................56 C. TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA Ổ LĂN ........................................................................................59 I. Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn cho các trục....................................................................................59 II. Các phương pháp cố định ổ trên trục và trên vỏ hộp ...............................................................66 III. Kiểu lắp ghép............................................................................................................................67 III. Lót kín bộ phận ổ......................................................................................................................67 PHẦN 5: THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT CỦA VỎ HỘP GIẢM TỐC..............................69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................................74

Trang 1

MỤC LỤC

2

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 3

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI 7

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH 7

PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG 13

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG 13

A.CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẤP NHANH 13

B CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẤP CHẬM: 24

PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC, CHỌN Ổ LĂN KHỚP NỐ 35

A TÍNH CHỌN KHỚP NỐI 35

B THIẾT KẾ TRỤC 36

I Xác định lực và sơ đồ phân bố lực tác dụng lên trục 36

II Tính thiết kế trục 38

III Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục 41

IV Tính then và kiểm tra then 54

V Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 56

C TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA Ổ LĂN 59

I Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn cho các trục 59

II Các phương pháp cố định ổ trên trục và trên vỏ hộp 66

III Kiểu lắp ghép 67

III Lót kín bộ phận ổ 67

PHẦN 5: THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT CỦA VỎ HỘP GIẢM TỐC 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

Trang 2

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là một trong những kỹ năng cơ sở của sinh viên nghành kỹ thuật Tuy đã được học ở các môn như Cơ học máy, Chi tiết máy

… nhưng phải đến đồ án Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí sinh viên mới có cái nhìn toàn diện về thiết kế máy Bên cạnh đó, đồ án đã giúp sinh viên củng cố kiến thức đã học cũng như hoàn thiện những kỹ năng làm việc cơ bản ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường

Lần đầu tiên bắt tay vào một công việc mới mẻ, một lĩnh vực hoàn toàn khác

đó chính là vận dụng của lý thuyết vào thực tế ở một mức độ nào đó Trong quá trình thiết kế, có những lúc tra cứu các tài liệu không thực sự chuẩn xác vì vậy không tránh khỏi những sai sót

Trong đồ án này em chỉ trình bày một đồ án môn học với những nội dung sau: -Tính toán chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

-Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài( bộ truyền xích)

-Tính toán thiết kế bộ truyền trong (bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng) của hộp giảm tốc

-Tính toán thiết kế trục, chọn ổ lăn và khớp nối

-Thiết kế vỏ hộp giảm tốc

-Xácđịnh và chọn các kiểu lắp

Các số liệu, hình vẽ được tham khảo từ tài liệu:

[1].Tính toán thiết kế Hệ thống dẫn động cơ khí_Tập 1&2 (PGS.Trịnh Chất-Lê

Uyển)

[2].Giáo trình Cơ học máy(Nguyễn Văn Ý – Nguyễn Ngọc Bảo – Trần Doãn Trường – Phạm Tuấn)

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Duy Chỉnh bộ môn

Kỹ Thuật Cơ Khí giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án này

Phạm Thu Hà

Trang 3

PHẦN THUYẾT MINH

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

Thông số đầu vào:

Thiết kế hệ dẫn động băng tải:

-Lực kéo băng tải: F = 9000 (N)

-Vận tốc băng tải: v = 1,5(m/s)

-Đường kính tang: D = 350(mm)

-Bộ truyền xích

-Thời gian phục vụ: Lh= 16520 (giờ)

-Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyề

- Hiệu suất bộ truyền bánh răng: ηbr = 0,98

- Hiệu suất bộ truyền xích: ηx = 0,97

Trang 5

9 Phân phối tỷ số truyền:

Tỷ số truyền của hệ: u = = = 36,02

Chọn tỷ số truyền hộp giảm tốc: uh = 12

Tỷ số truyền bộ truyền ngoài: ux = = = 3

Tất cả các tỷ số truyền trên phù hợp với các giá trị trong bảng B [1]

Vâỵ ta có:

10 Tính các thông số trên trục:

Công suất trên trục công tác: Pct = Plv = 13,5(kW)

Công suất trên các trục khác:

= = 13,7 (kW)

= = 14,41 Công suất trên trục động cơ:

Trang 6

Số vòng quay trên trục III: n3 = = = 81,88 (vòng/ phút)

Số vòng quay trên trục công tác: nct = = = 81,88 (vòng/phút)

Mômen xoắn trên trục động cơ:

Trang 7

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH Thông số yêu cầu:

Bước xích p được tra bảng B với điều kiện Pt ≤ ; trong đó

Pt – Công suất tính toán: Pt = P.k.kz.kn

Trang 11

Đường kính chân răng:

Kiểm nghiệm răng đĩa về độ bền tiếp xúc:

Trong đó:

Do đó: tra bảng B ta chọn vật liệu đĩa xích là thép 45, với đặc tính tôi

7 Xác định lực tác dụng lên trục:

Trang 12

Trong đó: – Hệ số kể đến trọng lƣợng của xích

Do β > 400, nên = 1,05

1,05.831,75 = 873,34 (N)

8 Tổng hợp các thông số bộ truyền:

Trang 13

PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG

A CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẤP NHANH:

Thông số đầu vào:

-Giới hạn chảy: = 450 (MPa)

Vật liệu bánh răng nhỏ(bánh răng chủ động):

Trang 15

NHE; NFE – Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương:

Do bộ truyền chịu tải trọng tĩnh nên:

Với c, n, lần lượt là số lần ăn khớp trong một quay, số vòng quay trong một phút

và tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét

Trang 16

= 0,8.580 = 464 (MPa) = 0,8.450 = 360 (MPa)

3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục:

với:

Ka –Hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm bánh răng của cặp bánh răng, tra bảng

=>Ka = 43 MPa1/3

M1 –Mômen trên trục xoắn chủ động: M1 = 139948,44 (N.mm)

-Ứng suất tiếp xúc cho phép: = 495,46 (MPa)

4 Xác định các thong số ăn khớp:

a Môđul:

Trang 17

Tra bảng chọn m theo tiêu chuẩn m = 2,5 (mm)

Trang 18

Vận tốc vòng của bánh răng:

v = Tra bảng với bánh răng trụ răng nghiêng và v = 3,51 (m/s) ta được cấp chính xác của bộ truyền là: CCX = 9

Từ thông tin trang 91 và 92 trong ta chọn:

=>

HB < 350 và v =3,51(m/s) < 5(m/s) nên Zv = 1

=>

Trong đó: là hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

là hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bnhas răng đến độ bền uốn Chọn = 1 -Hệ số ảnh hưởng của độ nhám bề mặt chân răng

;là hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất, với m –môđul tính bằng mm

Trang 19

Hệ số tập trung tải trọng:

, – Hệ số phân bố không đều tải trọng trên các cặp bánh răng khi tính về ứng suất tiếp, ứng suất uốn Do bộ truyền là cặp bánh răng trụ răng nghiêng:

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng:

a Kiểm nghiệm về ứng suất tiếp xúc:

–Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, tra bảng

ta có:

–Hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc:

– chiều rộng vành răng:

Chọn = 51

–Hệ số sự trùng khớp của răng, phụ thuộc vào hệ số trùng khớp ngang

Trang 20

– Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:

Thay vào ta đƣợc:

, -Ứng suất uốn cho phép của bánh chủ động và bánh bị động

– Hệ số tải trọng khi tính về uốn:

– Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:

– Hệ số kể đến độ nghiêng của răng:

Trang 21

, –Hệ số dạng răng, phụ thuộc vào số răng tương đương:

7 Một số thông số hình học của cặp bánh răng:

Trang 22

Đường kính vòng chia:

Khoảng cách trục chia:

a = 0,5( ) = 0,5( 68,25 + 295,75) = 182 (mm) Đường kính đỉnh răng:

Đường kính đáy răng:

Đường kính vòng cơ sở:

8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền bánh răng:

Trang 24

B CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG CẤP CHẬM:

-Giới hạn chảy: = 450 (MPa)

Vật liệu bánh răng nhỏ(bánh răng chủ động):

Trang 26

NHE; NFE – Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương:

Do bộ truyền chịu tải trọng tĩnh nên:

Với c, n, lần lượt là số lần ăn khớp trong một quay, số vòng quay trong một phút

và tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét

Trang 27

= 0,8.580 = 464 (MPa) = 0,8.450 = 360 (MPa)

3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục:

với:

Ka –Hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm bánh răng của cặp bánh răng, tra bảng

=>Ka = 43 MPa1/3

M2 –Mômen trên trục xoắn chủ động: M2 = 589480,27 (N.mm)

u –Tỷ số truyền: u = 2,78

= ; -Hệ số, với là hệ số chiều rộng vành răng, tra bảng chọn

=0,35 ( cấp chậm trong hộp giảm tốc lấy lớn hơn 20% so với cấp nhanh)

KHβ, KFβ –Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc và uốn Tra bảng và xác định:

0,66

Chọn KHβ = 1,03; KFβ = 1,08

Chọn aw = 220 (mm)

4 Xác định các thông số ăn khớp:

a Môđul:

Tra bảng chọn m theo tiêu chuẩn m = 3 (mm)

b Chọn số răng:

Trang 29

v = Tra bảng với bánh răng trụ răng nghiêng và v = 1,38(m/s) ta được cấp chính xác của bộ truyền là: CCX = 9

Từ thông tin trang 91 và 92 trong ta chọn:

=>

HB < 350 và v =0,68(m/s) < 5(m/s) nên Zv = 1

=>

Trong đó: là hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

là hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bnhas răng đến độ bền uốn Chọn = 1 -Hệ số ảnh hưởng của độ nhám bề mặt chân răng

;là hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất, với m –môđul tính bằng mm

Hệ số tập trung tải trọng:

, – Hệ số phân bố không đều tải trọng trên các cặp bánh răng khi tính về ứng suất tiếp, ứng suất uốn Do bộ truyền là cặp bánh răng trụ răng nghiêng:

Trang 30

6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng:

a Kiểm nghiệm về ứng suất tiếp xúc:

–Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, tra bảng ta có:

–Hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc:

– chiều rộng vành răng:

Chọn = 77

–Hệ số sự trùng khớp của răng, phụ thuộc vào hệ số trùng khớp ngang và hệ số trùng khớp dọc :

Hệ số trùng khớp ngang:

Trang 31

– Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:

Thay vào ta được:

, -Ứng suất uốn cho phép của bánh chủ động và bánh bị động

– Hệ số tải trọng khi tính về uốn:

– Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:

– Hệ số kể đến độ nghiêng của răng:

, –Hệ số dạng răng, phụ thuộc vào số răng tương đương:

Trang 32

7 Một số thông số hình học của cặp bánh răng:

Đường kính vòng chia:

Trang 33

Khoảng cách trục chia:

a = 0,5( ) = 0,5( 116,11 + 323,89) = 220 (mm) Đường kính đỉnh răng:

Đường kính đáy răng:

Đường kính vòng cơ sở:

8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền bánh răng:

Trang 35

PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC, CHỌN Ổ LĂN KHỚP NỐ

A TÍNH CHỌN KHỚP NỐI

1 Chọn khớp nối

Chọn khớp nối đàn hồi

Chọn nối trục theo điều kiện:

– Mômen xoắn tính toán,

k- Hệ số chế độ làm việc, phụ thuộc vào loại máy, tra bảng

k = 1,2 … 1,5 M- Mômen xoắn danh nghĩa trên trục: M=1597887,15 (N.mm)

2 Kiểm tra độ an toàn của khớp nối

Khớp nối đƣợc kiểm tra theo 2 điều kiện:

a Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi

Trang 36

- Ứng suất dập cho phép của vòng cao su,

(thỏa mãn)

b Điều kiện sức bền của chốt

3 Các thông số cơ bản của nối trục đàn hồi

Trang 38

- Lực tác dụng lên trục từ bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng:

+ Cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh:

+ Cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp chậm:

II Tính thiết kế trục

1 Tính sơ bộ đường kính trục và chiều rộng ổ lăn

- Ứng suất xoắn cho phép,

Trang 39

-Đường kính trục I:

-Đường kính trục II:

-Đường kính trục III:

Do đó chọn đường kính các trục:

2.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

-Xác định chiều rộng ổ lăn trên trục

Tra bảng , chọn được chiều rộng trên các trục;

-Chiều dài mayơ đĩa xích, mayơ bánh răng trụ:

+Chiều dài mayơ bánh răng 1 trên trục I:

+Chiều dài mayơ bánh răng 2 trên trục II:

+Chiều dài mayơ bánh răng 3 trên trục II:

Trang 40

+Chiều dài mayơ bánh răng 4 trên trục III:

+Chiều dài mayơ đĩa xích:

- Chiều dài mayơ nửa khớp nối:

Trang 42

+ Xét đoạn BC:

Trang 43

+ Xét đoạn CD:

*Xét mặt phẳng xOz:

+ Xét đoạn BC:

Trang 44

*Biểu đồ nội lực trục I:

Trang 45

b Tính mômen tổng và mômen tương đương

Trong đó: – mômen uốn trong mặt phẳng yOz và xOz tại thiết diện j

)

Trang 47

⇒

- Sử dụng phương pháp mặt cắt ta có:

+ Xét đoạn EF:

+ Xét đoạn FG:

+ Xét đoạn GH:

Trang 48

+ Xét đoạn EF:

*Biểu đồ nội lực trục II:

Trang 50

2 Trục III:

a Xác định các phản lực và biểu đồ mômen

Trang 51

⇒

Trang 52

- Sử dụng phương pháp mặt cắt ta có:

+ Xét đoạn IK:

+ Xét đoạn KL:

Trang 53

*Biểu đồ nội lực trục III:

Trang 54

IV Tính then và kiểm tra then

- Các ổ lăn trên trục theo k6, lắp bánh răng, đĩa xích, khớp nối theo k6 kết hợp lắp then Chọn mối ghép then bằng

Các tiết diện cần lắp then là: 12, 13, 22, 23, 32, 33

Trang 55

- Kính thước của then ( theo ), trị số của mômen cản uốn và

mômen cản xoắn ứng với các tiết diện như bảng sau:

là mômen cản uốn và mômen can xoắn tại tiết diện j của trục

- Kiểm nghiệm then theo điều kiện bền vê dập và độ bền cắt:

Trong đó:

- ứng suất dập cho phép, tra bảng , với tải trọng tĩnh nênta có

- ứng suất cắt cho phép, then lam bằng thép 45và chịu tải trọng tĩnh nên

Do then là then bằng nên ta có:

Trang 56

Vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt

V Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Kết cấu vừa thiết kế đảm bảo đƣợc độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn đƣợc các điều kiện sau:

Trang 57

- – biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j:

Do trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó

Trục quay 1 chiều ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động do đó

Bảng biên độ và trị số cảu ứng suất pháp và ứng suất tiếp:

Trang 58

– hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt Tra bảng với Ra =2,5 … 1,25 nên

– hệ số tăng bền bề mặt trục, do không dung các phương phấp tang bền bề mặt nên

– hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục dến giới hạn mỏi

– hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn

Do các bề mặt trục lắp có độ dôi, tra bảng ta có:

Bảng trị số của / và / đối với bề mặt trục lắp có độ dôi:

Trang 59

C TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA Ổ LĂN

I Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn cho các trục

Do ổ chịu cả lực dọc trục và lực hướng tâm nên ta chọn loại ổ đũa côn cỡ trung

Ổ đũa côn cỡ trung được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

Ngoài lực dọc trục là lực dọc trục ngoài sinh ra do bánh răng trụ răng

nghiêng truyên đến ổ Bên cạnh đó còn xuát hiện lực dọc trục do các lực hướng tâm tác dụng lên ổ sinh ra:

Với

Tại ổ B:

Tại ổ D:

Trang 60

* Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ:

Tiến hành đối với ổ B (do ổ chịu tải lớn hơn)

V – hệ số kể đến vòng nào quay, do vòng trong quay V = 1

– hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt đô,

– hệ số kể đến đặc tính tải trọng, tải trọng tĩnh nên

X- hệ số tải trọng hướng tâm

Y- hệ số tải trọng dọc trục

Tra bảng , ta có: X = 1; Y = 0

+ m - bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m = 10/3 đối với ổ đũa

+ L – tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

là tuổi thọ của ổ tính bằng giờ thì:

Trang 62

Ta có Tra bảng phụ lục B chọn ổ đũa côn cỡ trung ký

* Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ:

Tiến hành đối với ổ E (do ổ chịu tải lớn hơn)

Trang 63