Tài liệu thiết kế trục vít bánh vít

Đề tài của em được giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có hộp giảm tốc trục vít bánh vít và bộ truyền đai thang.. Sinh Viên: Nguyễn Ngọc Chung - Chọn động cơ điện là giai đoạn đầu

2 Xác định đường kính bánh đai: 12

3 Xác định chiều d i đai v khoảng cách trục 12

4 Xác định góc ôm của bánh đai góc nhỏ 13

5 Tính chính xác khoảng cách trục a 13

6 Tính số đai Z 13

7 Các thông số cơ bản của bánh đai 14

8 Xác định ực căng ban đầu v ực tác dụng ên trục 14

9 Thông số của bộ truyền đai 15

B Tính toán bộ truyền trong hộp 15

1 Chọn vật i u răng bánh vít v trục vít 16 2 Xác định ứng suất cho phép của bánh vít 17

3 Xác định bộ khoảng cách trục 17 4 Xác định ô đun 18

5 Tính chính xác khoảng cách trục aw 18

6 Xác định h số dịch chỉnh 18

7 Xác định các h số v ột số thông số động học 18

8 iể nghi răng bánh vít 19

9 Tính nhi t truyền động trục vít 20

10 Một vài thông số của bộ truyền 20

11 Lực tác dụng 20

12 Bảng thông số bộ truyền 21

13.Chọn khớp nối 21

PHẦN 3: TÍNH TO N THI T T ỤC 24

1.Tính sơ bộ trục 24 1.1 Chọn vật i u: 24 1.2 Xác định sơ bộ đường kính trục 24

1.3 Lực tác dụng ên trục 25

1.4 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ v trục 26 2 Tính chọn đường kính các đoạn trục 28 2.1 Trục I 28

2.1.1 Tính phản ực 28

2.1.2 Vẽ biểu đồ o en 30 2.1.3 Tính o en uốn tổng v o en tương đương 32

2.1.4 Tính đường kính các đoạn trục 32

2.1.5 Chọn đường kính các đoạn trục 32

2.1.6 Chọn kiể nghi then 33

2.1.7 iể nghi trục theo độ bền ỏi 34

2.1.8 Chọn v kiể nghi ổ ăn 39

2.2 Trục II 42 2.2.1 Tính chọn kết cấu v ổ ăn cho trục II 42 2.2.2 Chọn then 43

2.2.3 Chọn ổ ăn 44

2.2.4 Sơ kết kết cấu của trục 44

PHẦN 4: THI T HỘP GIẢM TỐC 45

4.1 Tính, ựa chọn kết cấu cho các bộ phận v các chi tiết 45

4.4 Bảng thống kê các kiểu ắp, trị số của sai ch giới hạn v

dung sai của các kiểu ắp 51

T LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM HẢO 53

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế đồ án Chi tiết máy là một môn học cơ bản của ngành cơ khí,môn học này không những giúp cho sinh viên có cái nhìn cụ thể, thực tế hơn với kiến thức

đã được học, mà nó còn là cơ sở rất quan trọng cho các môn học chuyên ngành sẽ được học sau này

Đề tài của em được giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có hộp giảm tốc trục vít bánh vít và bộ truyền đai thang Hệ thống được đẫn động bằng động cơ điện thông qua bộ truyền đai thang, hộp giảm tốc và khớp nối truyền chuyển động tới băng tải Trong quá trình tính toán và thiết kế các chi tiết máy em đã sử dụng và tra cứu các tài liệu sau

-Tập 1 và 2 Chi tiết máy của GS.TS- NGUYỄN TRỌNG HIỆP

-Tập 1 và 2 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của PGS.TS.TRỊNH

CHẤT- TS LÊ VĂN UYỂN

-Dung sai và lắp ghép của GS.TS NINH ĐỨC TỐN

Do là lần đầu tiên làm quen với công việc tính toán, thiết kế chi tiết máy cùng với sự hiểu biết còn hạn chế cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo tài liệu và bài giảng của các môn học có liên quan song bài làm của em không thể tránh được những thiếu sót Em kính mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của các Thầy cô bộ môn giúp cho em ngày càng tiến bộ

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các Thầy cô bộ môn Cơ Sở Thiết Kế Máy

và Rô Bốt, đặc biệt là Thầy Phạm Minh Hải đã trực tiếp hướng dẫn,chỉ bảo một cách tận tình giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ đồ án được giao

Hà Nội, Ngày 12 Tháng 3 Năm 2015

Sinh Viên: Nguyễn Ngọc Chung

- Chọn động cơ điện là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy, vì

hộ giảm tốc và động cơ biệt lập nên việc chọn đúng loại động cơ ảnh hưởng rất nhiều đến việc chọn và thiết kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi sử dụng của từng loại và chú đến các yêu cầu làm việc cụ thể của thiết bị cần được dẫn động

- Chọn động cơ cần tiến hành theo các bước:

 Tính công suất cần thiết của động cơ

 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ

 Dựa vào công suất và số vòng quay đồng bộ kết hợp với các yêu cầu về quá tải, mô men mở máy và phương pháp lắp đặt động cơ để chọn kích thước động cơ phù hợp với yêu cầu

1.1 C ng suất yêu cầu của động cơ:

t ct

P P





Pt : Công suất trên trục công tác

P t =

( Kw) η: Hiệu suất hệ dẫn động

η ηtv.η3

ol.ηd ηkn

Trong đó : ηol là hiệu suất của ổ lăn

η tv là hiệu suất của bộ truyền trục vít

ηd là hiệu suất của bộ truyền đai

ηkn là hiệu suất của khớp nối

Số vòng quay đồng bộ của động cơ:

2 Phân phối tỉ số truyền :

- Sau khi lựa chọn động cơ điện ta tiến hành tính toán động học hệ dẫn động cơ khí được thực hiện theo các bước:

2.2 Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền :

- Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài : uh =

3.1 Tính công suất trên các trục :

- Công suất trên trục II : pII =

- Công suất trên trục I : pI =

- Công suất trên trục động cơ: p*dc=

3.2.Tính số v ng quay:

- Số vòng quay của động cơ: ndc = 950 ( v/ph)

- Số vòng quay trên trục I : nI=

= = 237,50 ( v/ph)

- Số vòng quay trên trục II : nII =14,76 ( v/ph)

- Số vòng quay trên trục III: n*lv= ( v/ph)

- Momen xoắn trên trụ I:

Momen xoắn trên trục công tác :



PHẦN 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN

- Theo yêu cầu: truyền động đai

- Truyền động đai dùng để truyền động giữa các trục xa nhau Đai được mắc lên

2 bánh với lực căng ban đầu O, nhờ đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai và nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi

- Nhờ đai có độ dẻo, bộ truyền làm việc êm, không ồn thích hợp với vận tốc lớn

- Chỉ tiêu về khả năng làm việc của truyền động đai là khả năng k o và tuổi thọ của đai

- Thiết kế truyền động đai gồm các bước:

 Chọn loại đai: đai thang

 Xác định các kích thước và thông số bộ truyền

 Xác định các thông số của đaitheo chỉ tiêu về khả năng k o của đai và về tuổi thọ

 Xác định lực căng đai và lực tác dụng lên trục

A Thiết kế bộ truyền đai thang :

- oại đai này có tiết diện hình thang, mặt làm việc là 2 mặt 2 bên tiếp xúc với các rãnh hình thang tương ứng trên bánh đai, nhờ đó hệ số ma sát giữa đai và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai dẹt và do đó khả năng k o cũng lớn hơn Tuy nhiên cũng do ma sát lớn hơn nên hiệu suất của đai hình thang thấp hơn đai dẹt

Chọn đai thường

Theo 4.1[1] với {

→ chọn tiết diện đai A với các thông số bảng 4.3[1]

Kí hiệu Kích thước tiết

diện

Diện tích tiết diện A (mm2 )

Đường kính bánh đai nhỏ

d1(mm)

Chiều dài giới hạn l (mm)

t

d u

3 Xác định chiều dài đai và khoảng cách trục:

Dựa vào ut= 4,059, tra bảng 4.14[1] ta chọn a/d2=0,9

Dựa vào bảng 4.13[1] ta chọn theo tiêu chuẩn 2500(mm)

Số vòng chạy của đai:

1 ax

đ

p Z



α

Trong đó P- công suất trên trục bánh đai chủ động P = 2,69 (kw)

 p0 - công suất cho phép Tra bảng 4.19[1] theo tiết diện đai A,

d1 160 mm và v 7,96 m/s ta được{ p0

kđ - hệ số tải trọng động Tra bảng 4.7[1] ta được kđ=1,1

Cα - hệ số ảnh hưởng của góc ôm

Cα= 1- 0,0025(180- ) khi = 150o

÷180o

C - hệ số ảnh hưởng của tỉ số truyền

Tra bảng 4.17[1] với ut>3 ta được C u=1,14

đ

p Z

7 Các th ng số cơ bản của bánh đai

Chiều rộng bánh đai B Z-1)t =2e

ới z 1, t 15,e 10 Tra bảng 4.21[1]

 B = (1-1).15 +2.10=20(mm)

{h0 {

0

36

Đường kính ngoài của bánh đai

8 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

ực căng ban đầu 0 780 .

.

đ v

p k

V C Z

Bộ truyền tự động điều chỉnh lực căng > v=0(N)

Bộ truyền định kỳ điều chỉnh lực căng > v=qm.v2

Tra bảng 4.22[1] > qm.= 0,105, V=7,96(m/s)

 Fv=0,105 7,962=6,65(N)

 0 780 .

.

đ v

9 Tổng hợp th ng số của bộ truyền đai

Đường kính bánh đai nhỏ d1 160(mm)

Đường kính bánh đai lớn d2 630(mm)

Đường kính đỉnh bánh đai nhỏ d1 166,6(mm)

Đường kính đỉnh bánh đai lớn d 2 636,6(mm)

Đường kính chân bánh đai nhỏ d f1 154,1(mm)

Đường kính chân bánh đai lớn d f2 624,1(mm)

 Truyền động trục vít gồm trục vít và bánh vít ăn khớp với nhau Nó được dùng để truyền động giữa các trục ch o nhau, góc giữa 2 trục thường là 90o

 Do các trục ch o nhau như vậy nên trong chuyển động trục vít xuất hiện vận tốc trượt vs hướng dọc treo ren trục vít Trượt dọc rang làm tăng mất mát về

ma sát, làm giảm hiệu suất, tăng nguy hiêm về dính và mòn ì vậy đăc điểm này cần được chú ý trong quá trình thiết kế truyền động trục vít

 Bộ truyền trục vít có các dạng hỏng: tróc rỗ bề mặt rang, gẫy răng, mòn và dính, trong đó mòn và dính xảy ra nguy hiểm hơn Tuy nhiên vì chưa có phương pháp tính dính và mòn một cách thỏa đáng nên vẫn tính toán bộ truyền trục vít theo độ bền tiếp xúc và độ bền uốn, đồng thời trên cơ sở thực nghiệm và kinh nghiệm sử dụng bộ truyền mà điều chỉnh trị số của ứng suất cho ph p, nhờ đó có thể đề phòng được dính và hạn chế được mòn

 Thiết kế truyền động trục vít bao gồm các bước sau:

 Chọn vật liệu

 Xác định ứng suất cho ph p

 Tính thiết kế

 Tính kiểm nghiệm

 Quyết định lần cuối các kich thước và thông số bộ truyền

 Kiểm nghiệm về nhiệt

 Cách đúc: dùng khuôn cát

 σb = 150 (MPa)

 σbu = 320 (MPa)

Chọn vật liệu trục vít là: Th p 45,tôi cải thiện đạt độ rắn HRC>45

2 Xác định ứng suất cho phép của bánh vít [ ]

a Ứng suất tiếp xúc cho phép

[ ] 1,5 1,5.155, 2 232,8 [ ] 0.6 0, 6.150 90( )

MPa MPa

w 2

2

170

w s

K - Hệ số tập trung tải trọng trên chiều rộng vành răng:

Tải trọng không đổi (các bộ truyền 1 cấp →K H=1

8 Kiểm nghiệm răng bánh vít:

a Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc:

[F]- Ứng suất uốn cho phép của bánh răng vít: [F]=38,4 (MPa)

KF - Hệ số tải trọng khi tính về uốn: KF = K F.K Fv,K F=K H=1

  Hiệu suất bộ truyền:   0, 74

P - Công suất trên trục vít: PP1 2,53(kW).

Kt - Hệ số tỏa nhiệt: Kt =8 17,5 W/(m2 o

C) Chọn Kt= 13

t0 - Nhiệt môi trường xung quanh: Thường lấy t0= 25o

[td] - Nhiệt độ cho phép cao nhất của dầu: Do trục vít đặt dưới  [td] = 90oC

Ktq - Hệ số tỏa nhiệt của phần bề mặt hộp được quạt tra bảng trang 157[1] với số vòng quay của quạt nq = 950(vg/ph)  Ktq = 20,2(W/m2.C0)

  Hệ số kể đến sự thoát nhiệt xuống đáy hộp:   0,25

  Hệ số giảm nhiệt do làm việc ngắt quãng:   1

Thay vào ta có:

2 0

0,58( ) [0,7.K (1+ )+0,3.K ] .([t ]-t )t tq d [0, 7.13.(1 0, 25) 0,3.20, 2].1.(90 25)

13 Chọn khớp nối:

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục

Ta sử dụng khớp nối theo điều kiện:

cf

t kn cf

T d

48, 68 60 0,1 0,1.24 200.8

PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

 Trục dùng để đỡ các chi tiết quay, bao gồm trục tâm và trục truyền Trục

tâm có thể quay với các chi tiết lắp trên nó hoặc không quay, chỉ chịu được lực ngang và momen uốn

 Trục truyền luôn luôn quay, có thể tiếp nhận đồng thời cả momen uốn và

momen xoắn Các trục trong hộp giảm tốc, hộp tốc độ là trục truyền

 Chỉ tiêu quan trọng đối với phần lớn các trục là độ bền, ngoài ra là độ

cứng, đối với trục quay nhanh là độ ổn định

 Tính toán thiết kế trục bao gồm các bước:

 Chọn vật liệu

 Tính thiết kế trục về độ bền

 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

 Trường hợp cần thiết tiến hành kiểm nghiệm trục về độ cứng Đối với

trục quay nhanh còn kiểm nghiệm trục về độ ổn định dao động

T d

T d



Trong đó: []: ứng suất xoắn cho ph p Chọn trục I [ ]   15(MPa)

Trục II [ ]   20(MPa)

TI:Momen xoắn trên trục vít TI=T1= 88341,86 (Nmm)

TII:Momen xoắn trên trục bánh vít TII =T2= 1294037,94 (Nmm)

ậy:

( ) 6470,19 (10,89 3, 55 ) 1666, 08( ) cos 6470,19.cos 3, 55

ì góc nghiêng giữa bộ truyền đai và phương nằm ngang là @ 135o

Nên đường nối tâm tạo với phương thẳng đứng Oy 1 góc   45o

Nên Fr sẽ được phân thành 2 thành phần:

t t o

z

y o

Frx

n2

n1

x

1.4 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ v trục:

- Chiều rộng ổ lăn bo theo bảng 10.2[1]

189 ta có:

21( ) 35

oI I

- Khoảng cách từ mặt nút của bánh vít đến thành trong của hộp k1=10

- Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp: k2 = 10

 Bảng tóm tắt lực tác dụng lên trục và kích thước các đoạn trục

1666, 08( ) 6470,19( )

x

z

y o

Ft1

Fr1Fry

FrFrx

2.1.3 Tính o en uốn tổng v o en tương đương

td

M M

3 0

3 3

1

76506, 3

22, 9( )0,1.[ ] 0,1.64

86126, 0

23,8( )0,1.[ ] 0,1.64

527447, 2

43, 5( )0,1 0,1.64

2.1.6 Chọn v kiể nghi then

ậy điều kiện bền dập của then thỏa mãn

 Điều kiện bền cắt

2 [ ]

2.1.7 iể nghi trục theo độ bền ỏi

Kết cấu thiết kế cần đảm bảo độ bền mỏi Hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm phải thỏa mãn điều kiện:

2 2

.

[s]

j j j

s s s

j

s K

)

    aj, aj, mj, mj: là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp

và ứng suất tiếp tại tiết diện j:

max min

max min

22

+) Trục quay 1 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch

động:

max aj

oj

j mj

T W



W , W :j oj là Momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j

của trục, được xác định theo bảng 10.6

  , :là hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

ới th p 45, tôi có b 850MPa

y

K K K

y

K K K

+)K y :hệ số tăng bền bề mặt, do không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt nên K y  1

+) ,  :hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng cua kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi, theo bảng 10.10[1]:

+)K,K :Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn

 Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục tại vị trí lắp ổ lăn 0

o Chọn lắp gh p: Các ổ lăn trên trục lắp gh p theo kiểu k6

39553, 4 ,

(Nmm) 86

0

550

3, 09 1 1 / 1 3, 09 2,35 1 1 / 1 2,35

d

d

K K

Do M13 0 nên ta chỉ kiểm tra hệ số an toàn khi chỉ tính tính tiêng ứng suất tiếp,tra bảng B10.6[1]

Ta thấy sự tập trung ứng suất tại trục lắp bánh đai là do rãnh then và do lắp gh p có

độ dôi Tra ảnh hưởng của độ dôi bảng B10.11[1]

2,501

K

Kx K

4, 4 1 1

4, 41

12,8 1 1

2,81

K

Kx K

K

Kx K

ậy trục đảm bảo an toàn về độ bền mỏi

2.1.8 Chọn v kiể nghi ổ ăn:

1, và ổ tùy động ổ bi đở 1 dãy tại vị trí 0

Theo đường kính trục tại vị trí lắp ổ lăn là:d 55mm

Ta chọn ổ đũa côn 1 dãy cỡ trung rộng 7311 tra bảng P2.11 tr261T1 có:

Ổ đũa côn:

ậy ổ lăn thỏa mãn tải trọng động yêu cầu

 Khả năng tải tĩnh của ổ lăn là:

Chọn theo khả năng tải động:

Do 2 ổ côn đã chịu hết lực dọc trục nên ổ bi đở chỉ chịu lực hướng tâm

5091, 4 237,5(v/ p)

Đảm bảo tuổi thọ

2.2 Trục II

2.2.1 Tính chọn kết cấu v ổ ăn cho trục II

 Đường kính sơ bộ của trục: d II  70(mm)

Do các yếu tố lắp ráp và công nghệ, ta chọn sơ bộ trục có kết cấu như sau:

 Đường kính đoạn trục tại vị trí ổ lăn: d ol  75(mm)

 Đường kính đoạn trục tại vị trí lắp khớp nối : d kn  70(mm)

 Đường kính đoạn trục tại vị trí lắp bánh vít : d bv  80(mm)

Bảng thông số đừng kính các đoạn trục

Đường kính đoạn trục tai vị tri nối khớp nối d kn70

Đường kính đoạn trục tai vị trí lắp bánh vít d bv 80

2.2.2 Chọn then

 Chọn loại: Then bằng cao

Tại chỗ lắp khớp nối :

ới d kn  70mm Tra bảng [B9.1a/173-1] Thông số then như sau:

Suy ra: b 20mm; h 12mm;t1 7,5mm; t2  4,9mm; rmin  0, 25mm; max 0, 4

r  mm

+) Có l m23 150mm l then (0,8 0,9). l m23 (120 135) mm

Chọn: l then 130(mm)

Tại chỗ lắp bánh vít :

ới d bv 80mm Tra bảng [B9.1a/173-1] Thông số then như sau:

Suy ra: b 22mm; h 14mm;t1  9mm; t2  5, 4mm; rmin  0, 4mm; max 0, 6 mm

+) Có l m22 100mm l then  (0,8 0,9)  l m22  (80 90)  mm

Chọn: l then  90(mm)

Bảng thông số then