Thiết kế hộp giảm tốc côn trụ 3 cấp. Đây là tài liệu tham khảo cho những bạn mới lần đầu bước vào làm đồ án Đồ án thiết kế chi tiết máy hệ dẫn động truyền băng tải , tính toán xây dựng hộp giảm tốc 3 cấp có bánh răng côn
1 LờI NóI đầU Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí nội dung thiếu chơng trình đào tạo kỹ s khí Đồ án môn học Chi Tiết Máy môn học giúp cho sinh viên hệ thống hoá lại kiến thức môn học nh : Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kỹ thuật đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với công việc thiết kế làm đồ án chuẩn bị cho việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau Hộp giảm tốc cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không đổi đợc dùng để giảm vận tốc góc, tăng mô men xoắn Với chức nh vậy, ngày hộp giảm tốc đợc sử dụng rộng rãi ngành khí, luyện kim, hoá chất, công nghiệp đóng tàu Trong giới hạn môn học em đợc giao nhiệm vụ thiết kế hộp giảm tốc côn - trụ hai cấp Trong trình làm đồ án đợc giúp đỡ tận tình thầy môn, đặc biệt thầy Trn Ngc Nhun, em hoàn thành song đồ án môn học Do đồ án khoá học với trình độ thời gian có hạn nên trình thiết kế tránh khỏi sai sót xảy ra, em mong nhận đợc góp ý thầy môn để em thêm hiểu biết hộp giảm rốc côn - trơ còng nh c¸c kiÕn thøc vỊ thiÕt kÕ hộp giảm tốc khác Em xin chân thành cảm ơn! Nhúm thiết kế (Lớp 58KTCK-2) Nhúm – 58KTCK2 Nhóm – 58KTCK2 TRƯỜNG ĐH NHA TRANG Khoa Cơ khí – Bộ mơn Chế tạo máy THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY Đề số 09 Thiết kế hệ truyền dẫn khí hệ thống băng tải Theo sơ đồ động sau: CÁC SỐ LIỆU CHO TRƯỚC: Lực vòng định mức tang P = 10 (kN) Vận tốc vòng băng tải v = 0,8 (m/s) Đường kính tang D = 400 (mm) Thời gian làm việc 10 năm x 200 ngày x ca x Tính chât tải trọng Động Điều kiện làm việc: Tĩnh với mạng điện công nghiệp 220c/380v PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN – PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN I Xác định công suất động cơ: Công suất trục tang: Do tính chất tải trọng khơng thay đổi Ta có: P.v 10000.0,8 8 1000 Pt = 1000 (kW) Công suất động cơ: Xác định theo công thức: Pt Pct = Nhóm – 58KTCK2 Trong hiệu suất chung hệ thống truyền động = ol5 đ.br2.kn.brc Ta có: Trong đó: ol = 0,99 Hiệu suất cặp ổ lăn đ = 0,96 Hiệu suất truyền đai br = 0,97 Hiệu suất cặp bánh brc = 0,96 Hiệu suất cặp bánh côn kn = Hiệu suất khớp nối = 0,995.0,96.0,972.1.0,96= 0,82 Pct = 0,82 = 9,75 (kW) II Xác định tốc độ động cơ: 1.Tốc độ làm việc trục tang: Xác định theo công thức: 60000.v 60000.0,8 38, 21 D 3,14.400 nlv = (vòng/phút) 2.Tốc độ yêu cầu động cơ: Là tốc độ quay động nđc= nlv.iht Với iht số truyền chung hệ thống Tỉ số truyền trung bình đai thang uđ= - Hợp giảm tốc côn trụ cấp với tỉ số truyền khoảng uh= 28,3 – 182 Nhóm – 58KTCK2 Chọn tỉ số truyền sơ uđ= 2,5 uh= 28,5 iht = uđ uh= 2,5.28,5 =71,25 Vậy vận tốc quay sơ động nđc= 38,21.71,25=2722,46 (vòng/phút) 3.Chọn động điện: Ta chọn động điện mang số hiệu DK 62-2 có thông số kỹ thuật tra bảng P1.2: Công suất: 10 kW Vận tốc quay: 2930 vòng/phút Hệ số cosφ=0,89 Mômen bánh đà roto GD2 =0,41 kg/m2 Khối lượng 170 kg Kiểm tra động cơ: Theo điều kiện A B tkd = Tmm Tdm Trong : tkd : thời gian khởi động động Tmm : momen mở máy động Tdm : momen định mức động Tmm = Tđm = = = 42372 (N.mm) Trong : hệ số momen mở máy tra theo tiêu chuẩn Nhóm – 58KTCK2 Pđm công suất định mức động nđm số vòng quay định mức động Ta có: Tđm = = = 32593,84 (N.mm) A = = = 25,97 B = = = 19,7 tkd = = 4,6 (s) Thõa điều kiện thời gian khởi động từ 3- (s) Kiểm tra momen mở máy ( Tmm) Điều kiện : Tmm > Tc (momen ban đầu) Tc = Tt + Tđ (Tt ,Tđ momen tĩnh, động) Tt = Pmax = = 2000 (Nmm) Tđ = () = () = 4275,48 (Nmm) Tc = 2000 + 4275,48 = 6275,48 (Nmm) < Tmm = 42372 (Nmm) III Phân phối tỉ số truyền: Tỉ số truyền chung u= nđc/nlv = = 76,68 Chọn tỉ số truyền động đai uđ =2,5 => uh= 76,68/2,5= 30,67 Theo tiêu chuẩn kích thước nhỏ gọn chọn uh = 30 Ta có: u1 = 0,4643uh0,609 = 0,4643.300,609 = 3,68 (cấp nhanh) u2 = 1,205uh0,262 = 1,205.300,262 = 2,93 (cấp trung gian) u3 = uh/(u1.u2) = 30/(3,68.2,93) = 2,78 (cấp chậm) Nhóm – 58KTCK2 Tính lại giá trị uđ = ut/uh = 76,68/30 = 2,55 Kết luận : uh = 30 ; uđ = 2,55 ; u1 = 3,68 ; u2 = 2,93 ; u3 = 2,78 IV Các thông số trục hệ dẫn động: Công suất trục: Plv = kW P4= Plv/kn.ol2 = 8/(1.0,992) = 8,16 kW P3= P4/br.ol = 8,16/(0,97.0,99) = 8,49 kW P2= P3/br.ol bc= 8,49/(0,97.0,99.0,96) = 9,2 kW P1= P2/đ.ol= 9,2/(0,99.0,96) = 9,68 kW Số vòng quay trục: nđc = 2930(vg/phút) n1 = nđc/uđ = 2930/2,55 = 1149,01(vg/phút) n2 = n1 /u1 = 1149,01/3,68 = 312,23(vg/phút) n3 = n2 /u2 = 312,23/2,93 = 106,56(vg/phút) n4 = n3 /u3 = 106,56/2,78 = 38,33 (vg/phút) Momem trục: T1 = 9,55 106 P1/n1 = 9,55 106 ( 9,68/1149,01) = 80455,34 (Nmm) T2 = 9,55 106 P2/n2 = 9,55 106 (9,2/312,23) = 281395,12 (Nmm) T3 = 9,55 106 P3/n3 = 9,55 106 ( 8,49/106,56) = 760881,19 (Nmm) T4 = 9,55 106 P4/n4 = 9,55 106 ( 8,16/38,33) = 2033081,13 (Nmm) Tđc = 9,55 106 Pđc/nđc = 9,55 106 ( 10/2930) = 32593,85 (Nmm) Nhóm – 58KTCK2 Trục Thơng số P (kW) Động Trục ct 10 9,68 9,2 8,49 8,16 u 2,55 n (vg/phút) T (Nmm) 2930 3,68 1149,01 32593,85 80455,34 2,93 2,78 Khớp 312,23 106,56 38,33 38,21 281395,12 760881,19 2033081,13 1999476,57 PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG I Thiết kế truyền động đai: Chọn loại đai tiết diện đai: Sử dụng đai thường theo hình 4.1 ta chọn đai loại ƃ với Pđc =10 kW, nđc =2930 (v/p), bảng thông số: Loại đai Kí hiệu Đai hình thang thường ƃ Kích thước tiết diện, mm bt b h y0 Diện tích tiết diện A, mm2 10, 4,0 138 Đường kính bánh đai nhỏ d1, mm Chiều dài giới hạn l, mm 140 - 280 800-6300 Xác định thông số truyền đai: Theo bảng 4.21 ta chọn đường kính bánh đai nhỏ d1=140 mm Kiểm tra vận tốc đai: Nhóm – 58KTCK2 v = πd1.n1/60000 =3,14.140.2930/60000 =21,46 (m/s) < vmax =25 (m/s) thõa điều kiện Chọn đường kính bánh đai lớn theo công thức 4.2 ta chọn: d2= d1.uđ/(1 - ℇ)= 140.2,55/(1 – 0,01) =360,6 mm Trong đó: uđ = 2,55 tỷ số truyền truyền đai d1 đường kính bánh đai chủ động ℇ = 0,01 hệ số trượt Theo bảng 4.21 chọn đường kính tiêu chuẩn d2= 355 mm Vậy tỷ số truyền thực tế: uđtt= = = 2,56 Sai số tỷ số truyền là: ∆u = 100% = 100%= 0.2% ≤ 4% Theo bảng 4.14 chọn khoảng cách trục theo tỷ số truyền uđ đường kính d2 ta asb = 1,1.355= 390,5 mm Kiểm tra điều kiện asb 0,55(d1 + d2) + h ≤ a ≤ 2(d1 + d2) 0,55(d1 + d2) + h = 0,55(140 + 355) + 10,5 = 282,75 mm 2(d1 + d2) = 2(140 + 355) = 990 mm => Thõa điều kiện Chiều dài đai l = 2a + 0,5π(d1 + d2) + (d1 + d2)2/4a = 2.390,5 + 0,5π(140+355) + (355-140)2/4.390,5 =1587,74 mm Tra bảng 4.13 chọn chiều dài tiêu chuẩn l=1600 mm i = 21,46/1,6=13,4 ≤ imax =15 (m/s) => Thõa điều kiện Tính khoảng cách trục a theo chiều dài tiêu chuẩn l =1600 mm Theo 4.6, ta tính: a = (λ +/4 với λ=1600 – 0,5.3,14(140+355) =822,85 mm =(d2 – d1)/2 = (355-140)/2 =107,5 mm, a=397 mm Theo 4.7 góc ơm α1 = 180o – (d2 – d1)57o/a = 180o –(355 -140)57o/397 = 149o > αmin=120o Xác định số đai: Nhóm – 58KTCK2 10 Theo cơng thức 4.16 z = P1Kđ/([P0]CαClCuCz) Theo bảng 4.7 ta có Kđ= 1,35 ( số ca làm việc 2) Với α1= 149o => Cα= 1- 0,0025(180o-α1) = 0,92 Với l/l0= 1600/2240= 0,71 => C1= 0,91 theo bảng 4.16 Theo bảng 4.17, với u= 2,55 => Cu=1,138 Theo bảng 4.19, [P0]= 3,44 (v= 21,46 m/s , d1=140 mm) P1/[P0]= 10/3,44 =2,9 Cz= 0,95 Do z = 10.1,35/(3,44.0,92.0.91.1,138.0,95)= 4,3 Lấy z= Chiều rộng bánh đai, theo công thức 4.17 bảng 4.21, B= (z -1)t +2e = (5 -1).19 +2.12,5 = 101 mm Đường kính ngồi bánh đai da = d + 2h0= 140 +2.4,2= 148,4 mm Xác định lực căng ban đầu lực tác dụng lên trục: Theo 4.19 F0 =780P1Kđ/(vCαz) + Fv Trong Fv =qm.v2 (định kì điều chỉnh lực căng) với qm=0,178 kg/m (bảng 4.22) => Fv= 0,178.21,462 =81,97 N, F0 = 780.10.1,35/(21,46.0,92.5) + 81,97 = 188,6 N Theo 4.21 lực tác dụng lên trục Fr= 2F0zsin(α1/2)=2.188,6.5.sin(149/2)=1817 N II Thiết kế truyền hộp giảm tốc: A Tính truyền cấp nhanh: (Bộ truyền bánh côn) 1.Chọn vật liệu: Ta chon vật liệu cho cặp bánh côn thẳng nh sau: + Bánh nhỏ : Thép 45 cải thiện đạt độ rắn bề mặt HB =241285, có =850(MPa); =580(MPa) + Bánh lớn : Thép 45 cải thiện đạt độ rắn bề mặt HB=192240, có =750(MPa); 450(MPa) Nhúm – 58KTCK2 52 FtT6 Fx Fx Fk FrT6 Fy Fy My Mx T Nhóm – 58KTCK2 53 Xác đònh đương kính tiết diện trục : Đường kính đoạn trục xác đònh theo công thức : d= Trong đó: [ ]- trò số ứng suất cho phép , theo bảng 10.5[1] : + Trục : [ ] = 63 MPa + Truïc : [ ] = 50 MPa + Truïc : [ ] = 50 MPa + Trục : [ ] = 48 MPa * Xác đònh moment uốn tổng mômen tương đương ứng với tiết diện trục : Mômen uốn tổng Mômen tương đương M j M xj M yj M td M xj M yj 0, 75.T j Mômen uốn Môment tương tổng,Nmm đương,Nmm diện ,mm M1A = Mtñ1A = 69676 d1A = 22,3 M1B = 118105 Mtñ1B = 137126 d1B = 27,9 M1C = 151296 Mtñ1C = 166565 d1C = 29,8 M1D = 7656 Mtñ1D = 70087 d1D = 22,3 M2A = Mtñ2A = 243695 d2A = 36,5 Nhóm – 58KTCK2 Đường kính tiết 54 M2B = 356630 Mtđ2B = 431940 d2B = 44,2 M2C = 422102 Mtñ2C = 487398 d2C = 46.02 M2D = Mtñ2D = 243695 d2D = 36,5 M3A = Mtñ3A = 658942 d3A = 50,9 M3B = 586834 Mtñ3B = 882371 d3B = 56,1 M3C = 715072 Mtñ3C = 972385 d3C = 57,9 M3D = Mtñ3D = 658942 d3D = 50,9 M4A = Mtñ4A = 1760699 d40 = 71,5 M4B = 868050 Mtñ4B = 1963052 d41 = 74,2 M4C =412699 Mtñ4C = 1808420 d4 = 72,2 M4D = Mtñ4D = 1760699 d4 = 71,2 Xuât phát từ yêu cầu vè độ bền ,lắp ghép công nghệ ta chọn đường kính đoạn trục sau : d1A = 24 mm d2A = 40 mm d3A = 55 mm d4A = d2B = 45 mm d3B = 60 mm d4B = d2C = 45 mm d3C = 60 mm d4C = d2D = 40 mm d3D = 55 mm d4D 75 mm d1B = 30 mm 80 mm d1C = 30 mm 75 mm d1D = 24 mm = 75 mm Kieåm nghiệm trục theo hệ số an toàn : Nhóm – 58KTCK2 55 b = 600 MPa, Với thép 45 ta coù : -1 = 261MPa , -1 = 151 MPa = 0,05 ; = Theo bảng 10.7 : Tất trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, mj = 0, đó: aj =maxj = sj = Tất trục quay chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, đó: mj = aj = sj = Công thức kiểm nghiệm : hệ số an toàn s = ≥ [s] = 1,5 ÷ 2.5 Ta tiến hành kiểm nghiệm trục tiết diện nguy hiểm, tiết diện cần phải kiểm tra độ bền mỏi: - Trên trục tiết diện 11, 12( lắp ổ lăn), 10( lắp bánh đai), 13(lắp bánh côn nhỏ) ; - Trên trục tiết diện 22(lắp bánh côn), 21(lắp bánh nghiªng) ; - Trên trục tiết diện 31(lắp bánh nghiªng), 32( lắp bánh thẳng); Nhóm – 58KTCK2 56 - Trên trục tiết diện 42( lắp ổ lăn), 41( lắp bánh thẳng), 43(lắp khớp nối) Chọn lắp ghép: ổ lăn lắp trục theo k6, lắp bánh , bánh đai theo k6 kết hợp với lắp then Kích thước then, trò số moment cản uốn, moment cản xoắn ứng với tiết diện trục bảng sau sau: bh t1 W(mm3) W0(mm3) 24 6x6 3,5 989 2346 13 24 6x6 3,5 989 2346 21 45 14x9 5,5 6276 4941 22 45 14x9 5,5 6276 15222 31 60 18x11 15306 36512 32 60 18x11 15306 36512 41 75 22x14 37789 88054 43 80 22x14 37789 88054 Tiết Đường kính diện trục 10 Công thức : Momen kháng xoắn W0 : Mômen kháng uốn W : Tính toán hệ số an toàn tiết diện trục : �K � K dj � K x 1�/ K y � � Trong dó : Nhóm – 58KTCK2 57 �K � K dj � K x 1�/ K y � � Các trục gia công máy tiện ,tại tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt R a =2.5…0,63μm Do theo bảng 10.8 hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt k x = 1,06 Tiết d(mdùng phương Tỉ số pháp tăng Tỉ bền số bề mặt Không diện m) bền hệ số tăng Rãnh Ky = then Lắp Rãnh Lắp căng then căng 10 24 1,92 , khi2,06 1,73 1,64 hệ 1,9số1,79 Theo bảng 10.2 dùng dao phay ngón tập trung ứng suất rãnh then ứng với vật liệu có σb 11 30 = 600MPa laø k σ =_1,76 ; 2,06 k τ = 1,54 _ 1,64 - - 12 30 _ 2,06 _ 1,64 Kết tính toán hệ số an toàn tiết diện 13 24 1,92 2,06 1,73 1,64 1,9 1,79 trục cho bảng sau: d (mm) s aj aj s s 21 45 2.07 2,06 1,64 2,1 2,06 22 45 2.07 2,06 1,64 2,1 2,06 31 60 2,17 2,06 2,1 1,64 2,2 2,16 32 60 2,17 2,06 2,1 1,64 2,2 2,16 41 75 2,4 2,06 2,16 1,64 2,4 2,22 42 75 Nhóm 439 – 58KTCK2 80 2,06 1,64 - - 2,4 2,06 2,16 1,64 2,4 2,22 58 Tiết diệ n 10 24 70,45 17,14 1,92 5,09 1,79 11 30 138,65 17,14 - - - 12 30 168,41 17,14 - - - 13 24 70,86 17,14 1,92 2,7 1,56 21 45 60,81 28,47 2,07 2,65 1,63 22 45 68,27 28,47 1,85 2,65 1,52 31 60 57,64 10,42 2,08 6,9 1,99 32 60 63,52 10,42 1,89 6,9 1,82 41 75 51,95 11,54 2,09 6,05 1,97 42 75 47,85 11,54 - - - 43 80 46,59 11,54 2,33 6,05 2,17 Kết bảng cho thấy tiết diện nguy hiểm trục dều đảm bảo độ an toàn mỏi Tính kiểm nghiệm then tiêt diện trục : Điều kiện bền dập điều kiện cắt : d = ≤ [d ] c = ≤ [c ] với [d ] = 150 MPa ( bảng 9.5[1] ) với [c ] = 70 MPa Với lt = ( 0,8 ÷ 0,9 ) lm ( lm – chiều dài ma ) Kết tính kiểm nghiệm then tiết diện trục thể qua bảng sau : Nhóm – 58KTCK2 59 Tiết diện d(mm) lt bxh ( MPa) ( MPa) 10 24 32,4 6x6 3,5 82,77 34,48 13 24 32,4 6x6 3,5 82,77 34,48 21 45 60,75 14x9 5,5 58,82 14,7 22 45 60,75 14x9 5,5 58,82 14,7 31 60 81 18x11 78,28 17,39 32 60 81 18x11 78,28 17,39 41 75 108 22x14 94,12 21,39 43 80 108 22x14 94,12 21,39 Vậy tất mối ghép then đảm bảo độ bền dập độ bền cắt Phần THIẾT KẾ Ổ LĂN Ổ LĂN TRỤC - Ta xét tỷ số: = =0.123 < 0.3 + Tuy nhiên chi tiết cần có độ cứng cao đảm bảo độ sác nên ta dùng ổ đĩa Dựa vào đường kính sơ + d1= 30 (mm) nên ta chọn ổ lăng cở trung - ký hiệu ổ 7306 d=30 (mm) đường khính D=72 (mm) đường khính C=40 ( KN ) tải trọng động Co=29.9 (KN) tải trọng tĩnh Tính kiểm nghiệm khả tải trọng động - Xác định tải trọng quy ước Nhóm – 58KTCK2 60 Q= ( X.V.Fr + Y.Fa )kt.Kd (1) - Trong đó: Fr Fa tải trọng hướng tâm tải trọng dọc trục V hệ số kể đến vòng quay Kt hệ số kể đến nhiệt độ Kd hệ số kể đến đặc tính tải trọng X,Y tra bảng 11.4 Theo bẳng 11.4 với ổ đĩa chặn e =1,5.tagα = 1,5.tag13.5 = 0.36 + Ta xét: = 0,123 < e Vậy X=1;Y=0 + Thay vào (1) ta Q= (1.1.1817 )=1817 + Theo công thức: Cd = Q =1817 =33678.75 (N)< C (2) Trong L =60.n.Lh 10-6 =60.1148,7.92404.10-6 =6368 ( triệu vòng ) Vậy (2) thỏa điều kiện tải trọng tĩnh + Theo công thức 11,9 với Qt = Xo.Fr + Yo.Fa + Trong Xo,Yo hệ số tải trọng hướng tâm hệ số tải trọng dọc trục bảng 11.6 Ta có: Xo =1, Yo = 0,44.cotgα = 1,8 Qt = 1817 + 1,8.22,4 = 2220,2 Vậy Qt < Co= 22,30 khả tải tỉnh ổ đĩa đảm bảo Ổ LĂN TRỤC Tổng lực dọc trục Fat = Fa2 – Fa1 = 826-224 = 602 Ta thấy lớn hướng tâm nên ta dùng ổ đĩa côn ta chọn ổ đĩa cở trung dựa vào đường kính sơ Kí hiệu ổ 7308 d = 40 (mm) D = 90 (mm) α = 10,5 C = 61 (KN ) Co = 46 (KN) Nhóm – 58KTCK2 61 Theo bảng 11.4 với ổ đĩa chặn e = 1,5.tagα=1,5.tag10,50 = 0.278 Theo bẳng 11.7 lực dọc trục lực hướng tâm sinh ổ Ta có: Fs1 = 0,83.e.Fr1 = 0,83.0,278.826 = 190,591 (N) Fs2 = 0,83.e.Fr2 = 0,83 0,278 224 = 51,685 (N) Theo bẳng 11.5: ∑Fa1 = Fs2 – Fat = 51,685 – (-826-224) =1101,685 (N) ∑ Fa1 > S1 ∑ Fa2 = Fs1 – Fat1 =190,591 - ( -826-224) =1240.591 (N) Vậy Fa1 = ∑S1 =1101,685 (N) Fa2 = ∑S2 = 1240,591 (N) Xác định X Y = =1.33 > e = >e Theo bảng 11.4 ta X=0,4 ; Y= 0,4.cotgα Theo công thức 11.3 tải trọng quy ước tính sau: Q1 = ( X.V.Fr1 + Y.Fa1)Kt.Kd = 0,4.826.1 + 1,56 1101,65 =2048,74 (N) Q2 = ( X.V.Fr2 + Y.Fa2)Kt.Kd = = 0,4.224.1 + 1,56 1240,591 = 2024,92 (N) Như cần tính ổ Q1 ổ chịu lực lớn Theo 11.12 tải trọng động tương đương Cd = Q =2048.74 Trong đó: L =60.n.Lh 10-6 = 60.312,14.92404 10-6 = 1730,579 (triệu vòng) Vậy: Cd = 2048.74 = 24597,1 (N)=24,597 (KN) Vậy: Cd