Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG NGÀNH CƠ KỸ THUẬT GVHD: Nguyễn Tường Long Nhóm SVTH: Ngày hồn thành: 14/06/2018 Ngày bảo vệ: 19/06/2018 ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án: Hệ thống dẫn động xích tải bao gồm : (1) Động điện pha không đồng bộ; (2)Bộ truyền đai thang; (3) Hộp giảm tốc trục vít – bánh răng; (4) Nối trục đàn hồi; (5) Xích tải Số liệu thiết kế : - Lực vòng xích tải F(N): 16000 - Vận tốc xích tải v, (m/s): 0,5 - Số đĩa xích tải dẫn, z (răng): 15 - Bước xích tải, p (mm): 120 - Thời gian phục vụ L, năm : 10 - Quay chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ : - t1, giây: 25 - t2, giây: 15 - T1: T - T2: 0,6T Yêu cầu: - 01 thuyết minh - 01 vẽ lắp A0 cho hộp giảm tốc 02 vẽ chi tiết (dùng Autocad) - Tính tốn – Mơ (Inventor hay Solidworks, dùng ANSYS) - Có thể in 3D hộp số (nếu có khả kinh phí) MỤC LỤC CHƯƠNG TÌM HIỂU HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI .1 1.1 Tổng quan hệ thống truyền xích .1 1.1.1 Nguyên lí làm việc 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Ưu điểm, nhược điểm phạm vi sử dụng .2 1.2 Các loại băng tải xích .3 1.2.1 Băng tải xích inox 1.2.2 Băng tải xích nhựa .4 CHƯƠNG CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 2.1 Xác định công suất cần thiết, số vòng quay sơ động điện, chọn quy cách động .5 2.1.1 Chọn kiểu loại động 2.1.2 Xác định công suất động 2.1.3 Xác định số vòng quay sơ động 2.1.4 Chọn quy cách động .6 2.1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện tải cho động chọn 2.2 Phân phối tỷ số truyền 2.3 Xác định thông số động học lực trục 2.3.1 Tính tốc độ quay trục 2.3.2 Tính công suất trục .9 2.3.3 Tính momen xoắn trục CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 11 3.1 Thiết kế truyền đai .11 3.1.1 Chọn loại đai tiết diện đai 11 3.1.2 Xác định kích thước thơng số truyền .11 3.1.3 Xác định lực truyền 14 3.2 Thiết kế truyền trục vít – bánh vít .16 3.2.1 Số liệu ban đầu: .16 3.2.2 Dự đoán vận tốc trượt 16 3.2.3 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép ứng suất uốn cho phép bánh vít 17 3.2.4 Chọn số mối ren 17 3.2.5 Chọn hiệu suất sơ truyền trục vít 17 3.2.6 Tính khoảng cách trục theo độ bền tiếp xúc 17 3.2.7 Xác định kích thước truyền 18 3.2.8 Vận tốc trượt xác định .19 3.2.9 Tính tốn lại ứng suất tiếp xúc cho phép 19 3.2.10 Xác định số tương đương bánh vít 19 3.2.11 Tính toán nhiệt .20 3.2.12 Kiểm tra độ cứng trục vít 20 3.3 Thiết kế trụ thẳng 20 3.3.1 Chọn vật liệu 20 3.3.2 Xác định ứng suất cho phép 21 3.3.3 Xác định thông số truyền 24 3.3.4 Xác định thông số ăn khớp 25 3.3.5 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc .27 3.3.6 Kiểm nghiệm độ bền uốn 29 3.3.7 Kiểm nghiệm độ bền tải 31 3.4 Nối trục đàn hồi 31 CHƯƠNG THIẾT KẾ TRỤC VÀ CHỌN THEN 33 4.1 Chọn vật liệu 33 4.2 Xác định sơ đường kính trục .33 4.3 Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực 33 4.4 Tải trọng tác dụng lên trục 37 4.5 Xác định lực lên trục 39 4.6 Biểu đồ moment trục .40 4.6.1 Trục I .40 4.6.2 Trục II 43 4.6.3 Trục III .47 4.7 Xác định đường kính đoạn trục 50 M M 4.7.1 Tính Moment uốn tổng kj moment tương đương tdkj tiết diện j 51 4.7.2 Đường kính tiết diện j trục .52 4.8 Kiểm nghiệm trục độ bền then 54 4.8.1 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi 54 4.8.2 Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh 60 4.8.3 Kiểm nghiệm độ bền then 61 CHƯƠNG Ổ LĂN 63 5.1 Trục I 63 5.2 Trục II .65 5.3 Trục III 68 CHƯƠNG THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC .70 6.1 Chọn thân máy 70 6.1.1 Yêu cầu 70 6.1.2 Xác định kích thước vỏ hộp 70 6.2 Các chi tiết có liên quan tới kết cấu vỏ hộp .71 6.2.1 Chốt định vị .71 6.2.2 Nắp ổ .72 6.2.3 Cửa thăm 72 6.2.4 Nút thông 73 6.2.5 Nút tháo dầu 74 6.2.6 Que thăm dầu 74 6.2.7 Vít tách nắp thân hộp giảm tốc 74 6.2.8 Vòng phớt 75 6.2.9 Vòng chắn dầu 75 6.2.10 Bánh trụ 76 6.2.11 Vòng móc 78 6.3 Bôi trơn 78 6.3.1 Bôi trơn truyền hộp .78 6.3.2 Bôi trơn ổ lăn 78 6.4 Dung sai lắp ghép 79 6.4.1 Dung sai ổ lăn 79 6.4.2 Lắp ghép bánh trục 79 6.4.3 Lắp ghép then 80 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG VỎ HỘP GIẢM TỐC 82 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Bộ truyền xích Hình Các loại xích Hình Băng tải xích inox Hình Băng tải xích nhựa Hình Đai thang thường 11 Hình Trục I 35 Hình Trục II 36 Hình Trục III 37 Hình Phân tích lực trục 40 Hình 10 Biểu đồ moment trục I 41 Hình 11 Phản lực A C trục I .41 Hình 12 Biểu đồ Moment My trục I 42 Hình 13 Biểu đồ Moment Mz trục I 43 Hình 14 Biểu đồ moment trục II 45 Hình 15 Phản lực A D trục II 46 Hình 16 Biểu đồ Moment My trục II 46 Hình 17 Biểu đồ moment Mx trục II 47 Hình 18 Biểu đồ moment trục III .48 Hình 19 Phản lực A C trục III 49 Hình 20 Biểu đồ moment My trục III .49 Hình 21 Biểu đồ moment Mx trục III .50 Hình 22 Chốt định vị 72 Hình 23 Cửa thăm 73 Hình 24 Nút thơng 73 Hình 25 Nút tháo dầu .74 Hình 26 Que thăm dầu 74 Hình 27 Vòng phớt 75 Hình 28 Bánh trụ 76 Hình 29 Vòng móc 78 DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng thông số động học, momen tỷ sô truyền hộp giảm tốc 10 Bảng Thông số truyền đai thang .16 Bảng Thơng số hình học cảu bánh vít trục vít 19 Bảng Thơng số hình học bánh trụ nhỏ bánh trụ lớn 27 Bảng Bảng thông số ren trục I, II III 60 Bảng Kết cấu nắp ổ hộp giảm tốc 72 Bảng Dung sai ổ lăn trục I, II III .79 Bảng Dung sai lắp ghép trục II bánh vít, bánh trụ nhỏ .80 Bảng Dung sai lắp ghép trục III với bánh trụ lớn 80 Bảng 10 Sai lệch giới hạn chiều rộng chiều sâu rãnh then 81 LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngành kinh tế nói chung ngành kỹ thuật nói riêng đòi hỏi kỷ sư cán kỹ thuật nắm kiến thức tương đối rộng phải biết vận dụng sáng tạo kiến thức học để giải vấn đề thường gặp thực tế Đồ án môn học – Thiết kế kỹ thuật bước giúp cho sinh viên có nhìn thực tế cụ thể với kiến thức năm năm hai học, môn sở quan trọng để sinh viên chuẩn bị tiếp cho môn Đồ án Mô Cơ kỹ thuật hoàn thiện Luận văn tốt nghiệp cách tốt Trong q trình thực nhóm sinh viên bổ sung hồn thiện kỹ vẽ khí cách tính tốn cách hợp lí xác, điều cần thiết với sinh viên Ngành Cơ kỹ thuật Đề tài nhóm sinh viên giao Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải Đồ án thiết kế truyền động giúp chúng em tìm hiểu thiết kế hộp giảm tốc, qua củng cố lại kiến thức học môn Cơ lý thuyết, Vẽ kỹ thuật, Cơ học vật răn biến dạng Cuối nhóm sinh viên xin chân thành cảm ơn Thầy cô môn, ban Ngành Cơ kỹ thuật, đặc biệt Thầy NGUYỄN TƯỜNG LONG trực tiếp hướng dẫn, bảo cách tận tình giúp nhóm sinh hồn thành tốt nhiệm vụ giao Do lần làm quen với cơng việc tính tốn, thiết kế chi tiết máy với hiểu biết hạn chế dù cố gắng tham khảo tài liệu giảng mơn học có liên quan song làm nhóm khơng thể tránh thiếu sót Vì nhóm mong nhận góp ý thầy bạn để đồ án tốt Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long chiều rộng rãnh then thước tiết diện ren b �h Trên trục Trên bạc H9 t1 Sai lệch giới hạn trục t1 t2 Sai lệch giới hạn bạc t2 D10 �7 + 0,036 0, 098 � � 0, 040 � 4,0 + 0,2 3,0 + 0,2 18 �11 + 0,043 0,120 � � 0, 050 � 7,0 + 0,2 4,4 + 0,2 20 �12 + 0,052 0,149 � � 0, 065 � 7,5 + 0,2 4,9 + 0,2 25 �14 + 0,052 0,149 � � 0, 065 � 9,0 + 0,2 5,4 + 0,2 28 �16 + 0,052 0,149 � � 0, 065 � 10,0 + 0,2 6,4 + 0,2 Bảng 10 Sai lệch giới hạn chiều rộng chiều sâu rãnh then Trang 76 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ MÔ PHỎNG VỎ HỘP GIẢM TỐC 7.1 Giới thiệu Hiện nay, hộp số thiết kế phổ biến nên đưa quy định tính tốn nhờ vào kinh nghiệm thực nghiệm Nhưng số phương pháp số thực song song với thực nghiệm để tiết kiệm thời gian, chi phí tối ưu hóa kết tốn đặt Một phương pháp số phương pháp phần tử hữu hạn Trong đề tài nhóm chúng tơi sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tối ưu hóa vỏ hộp Sử dụng phần mềm Solidworks để mơ hình hóa tính tốn phần mềm Ansys Workbench 7.2 Mô tả chi tiết 7.2.1 Thiết kế mơ hình - Dựa thơng số vỏ hộp từ phần để mơ hình vỏ hộp Solidworks - Vỏ hộp gồm thân hộp nắp hộp ghép bulong trục ( �20mm ) bulong ghép nắp thân ( �18mm ) - Sử dụng vật liệu: gang xám GX15-32 Hệ số Poisson 0,29 Modul đàn hồi 1,8x1011 Khối lượng riêng 7190 kg/m3 Ứng suất nén tới hạn 1,5x108 Pa Ứng suất kéo tới hạn 6x108 Pa Trang 77 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Hình 30 Mơ hình vỏ hộp Ansys Workbench 7.2.2 Những ý thiết kế mơ hình - Vỏ hộp phải tn theo tiêu chuẩn số liệu nêu 7.2.3 Thơng số vỏ hộp Tên gọi Cơng thức tốn Chiều dày:  = 0,03a +3 = 15 mm  = 0,9  =13,5 mm - Thân hộp:  - Nắp hộp: 1 Gân tăng cứng: e = (0,8÷1)δ = 15 mm - Chiều dày, e - Chiều cao, h - Độ dốc h < 58 mm Khoảng 2° Đường kính: - Bulơng nền, d1 - Bulơng cạnh ổ, d2 - Bulơng ghép bích nắp thân, d3 - Vít ghép nắp ổ, d4 - Vít ghép nắp cửa thăm, d5 Mặt bích ghép nắp thân: - Chiều dày bích thân hộp, S3 - Chiều dày bích nắp hộp, S4 - Bề rộng bích nắp thân, K3 d1 > 0,04a+10 = 27 mm d2 = (0,7÷0,8)d1 = 20 mm d3 = (0,8÷0,9) = 18 mm d4 = (0,6÷0,7) = 14 mm d5 = (0,5÷0.6) = mm S3 = (1,41,8)d3 = 26 mm S4 = (0,91)S3 = 24 mm K3 K2 – (35) = 58 mm Trang 78 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Kích thước gối trục: K2 = E2+R2+(3÷5) = 62 mm - Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ, K2 - Tâm lỗ bulông cạnh ổ, E2 C (k khoảng cách từ tâm bulông đến mép lỗ) - Chiều cao h E2 ≈ 1,6d2 = 32 mm R2 ≈ 1,3d2 = 26 h xác định theo kết cấu, phụn thuộc vào tâm lỗ bulơng kích thước mặt tựa S1 = (1,3÷1,5)d1 = 36 mm Mặt đế hộp: - Chiều dày: khơng có phần lồi, S1 - Bề rộng mặt đế hộp, K1 q Dd xác định theo đường kính dao khoét K1 ≈ 3d1 = 81 mm q ≥ K1 + 2δ = 111 mm Khe hở chi tiết: - Giữa bánh thành ∆ ≥ (1÷1,2)δ = 15 mm hộp - Giữa đỉnh bánh lớn với đáy ∆1 ≥(3÷5)δ = 60 mm hộp ∆ ≥ δ = 15 mm - Giữa mặt bên bánh với Số lượng buloong Z Z=(L+B)/(200÷300) = 7.3 Đặt điều kiện biên cho tính bền tĩnh - Cắt bề mặt ổ trục - Tạo nhóm chứa bề mặt - Hai mặt tiếp xúc nắp thân vỏ có ma sát với hệ số 0,1 Do cần đặt khớp cố định vùng giả định có diện tích tương đối nhỏ mà bulong xiết chặt nên mặt tiếp xúc nắp thân máy chia làm hai phần mặt thương tác Trang 79 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Hình 31 Mặt tương tác vành khăn bulong nối nắp thân hộp - Các mặt ma sát với với hệ số 0,1 Hình 32 Mặt tương tác gân nối nắp thân vỏ hộp - Giả sử mặt đáy vỏ hộp ma sát với mặt sàn với hệ số 0,1 Hình 33 Mặt tương tác mặt đáy mặt sàn Trang 80 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Hình 34 Mặt tương tác vành khăn với mặt sàn - Cố định khớp Hình 35 Cố định khớp bulong thân Hình 36 Cố định Trang 81 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Hình 37 Cố định thân bulong với Hình 38 Cố định mặt xiết bulong đai ốc Hình 39 Cố định mặt xiết bulong đai ốc mặt đáy Hình 40 Đặt lực lỗ trục vít Trang 82 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Hình 41 Đặt lực lỗ trục bánh Trang 83 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Hình 42 Vỏ hộp chia lưới - Lưới phần mềm tự chọn Tetra mesh chia mịn cung tròn với Min size 0,005 m - Lưới có 768714 nút, 499327 phần tử 7.4 Giải tốn tính bền tĩnh Trang 84 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long - Thời gian giải giả sử 1s thực bước - Kiểu giải giải lặp Trang 85 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Hình 43 Ứng suất theo Morh hộp vỏ - Ứng suất tập trung lớn vách gắn gờ trục vít Hình 44 Hệ số an toàn - Hệ số an toàn cao vùng vách gắn gờ trục vít Kết luận Với điều kiện giả sử thì: Trang 86 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long - Hệ số an tồn cao vùng vách gắn gờ trục vít - Tại vị trí vách gờ gắn trục vít chịu ứng suất tập trung lớn nhiều so với vùng lại Lời khuyên: - Tăng bề dày vách gờ gắn trục vít - Mở rộng chiều cao vách gờ gắn trục vít theo hướng lên nắp hộp 7.5 Đặt điều kiện biên cho tốn tối ưu hóa Hình 45 Liên kết dính chặt vành khăn bulong vỏ hộp nắp hộp Hình 46 Liên kết dính chặt mặt ghép vỏ hộp nắp hộp Trang 87 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Hình 47 Liên kết dính chặt mặt đáy mặt sàn Hình 48 Liên kết dính chặt vành khăn bulong mặt sàn Hình 49 Cố định khớp bulong thân - Cố định mặt đáy vỏ hộp - Đặt lực tốn tính bền tĩnh Trang 88 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long 7.6 Giải tốn tối ưu hóa - Thời gian giải giả sử 1s thực bước - Kiểu giải giải lặp Hình 50 Vùng tối ưu hóa - Vùng tối ưu hóa vùng màu xanh dương Trang 89 Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Trang 90 ...ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án: Hệ thống dẫn động xích tải bao gồm : (1) Động điện pha không đồng bộ; (2)Bộ truyền đai thang;... xích làm ba nhóm: xích kéo, xích tải xích truyền động Trong đồ án khảo sát truyền xích tải Trang Đồ án Thiết kế kỹ thuật GVHD: Nguyễn Tường Long Hình Các loại xích a) Xích tải tròn; b) Xích tải. .. truyền xích sau hộp giảm tốc 1.2 Các loại băng tải xích Trên thị trường có nhiều loại băng tải xích như: Băng tải xích inox, băng tải xích nhựa, băng tải xích tấm, băng tải xích cào, băng tải xích