Thiết kế hộp giảm tốc truyền động cơ khí cho máy cán tôn

Với nhu cầu sử dụng các tấm lợp tôn cho các ngôi nhà .Máy cán tôn ngày càng trở nên đa dạng về chủng loại với các sóng tôn khác nhau nên sinh viên có thể tìm hiểu bộ truyền động cơ khí

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với nhiều ngành trong trường Đại học Kỹ thuật, sau khi học xong phần

lý thuyết học sinh sẽ bước qua giai đoạn thiết kế đồ án môn học

Đồ án thiết kế máy là một bước ngoặc cho việc nghiên cứu cơ sở tính toán

và thiết kế các bộ truyền động cơ cơ khí cũng như cơ cấu chấp hành Đây là đề

tài thiết kế cơ khí đầu tiên đối với mỗi sinh viên ngành cơ điện tử Nhiệm vụ

chung là thiết kế hệ thống dẫn động từ động cơ điện đến cơ cấu chấp hành

Đề tài:”Thiết kế hộp giảm tốc truyền động cơ khí cho máy cán tôn” Với

nhu cầu sử dụng các tấm lợp tôn cho các ngôi nhà Máy cán tôn ngày càng trở

nên đa dạng về chủng loại với các sóng tôn khác nhau nên sinh viên có thể tìm

hiểu bộ truyền động cơ khí và thiết kế đồ án để lấy kiến thức và kinh nghiệm ra

trường

Khi thiết kế đồ án sinh viên lần đầu tiên bắt tay vào một công việc mới mẻ,

rèn luyện, vận dụng nhiều kiến thức và lý thuyết để giải quyết các vấn đề có liên

quan đến thực tế Đồ án này là sản phẩm thiết kế đầu tay tuy còn mang nặng tính

lý thuyết nhưng có tính chất đào sâu chuyên ngành giúp cho mỗi sinh viên có ý

thức sâu sắc về công việc cũng như nghiên cứu và tính toán

Trong đồ án vấn đề sai sót là không thể tránh khỏi, kính mong quý thầy cô

tận tình chỉ bảo để giúp em bổ sung những khuyết điểm, những khúc mắc còn tồn

tại và có thêm kiến thức để tiếp tục thực hiện các đề tài sau này

Xin chân thành cảm ơn qúy thầy cô

Đà Nẵng, ngày 9 tháng 9 năm 2014

Sinh viên thiết kế

Đoàn Ngọc Qúy

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁN TÔN, SÓNG TÔN

Hình 1.1: Máy cán tôn

Ngày nay nhu cầu sử dụng các tấm lợp của con người để làm bao che cho các công trình dân dụng và công nghiệp ngày càng cao do đó đòi hỏi một lượng lớn tấm lợp trong đó có các tấm lợp bằng tole, các tấm lợp này phải đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của con người Trước đây hầu hết các tấm lợp được làm từ đất sét (ngói), phêroximăng hoặc nhựa PVC… những loại này có những nhược điểm như trọng lượng lớn nên đòi hỏi kết cấu khung sườn phải cứng vững, dễ vỡ, thời gian sử dụng ngắn, tính thẩm mỹ không cao nên giờ đây nó ít được sử dụng Trong khi đó các loại tấm lợp bằng tole ngày càng được sử dụng nhiều để thay thế cho các loại tấm lợp trên vì nó khắc phục được những nhược điểm của các loại tấm lợp trên Theo thống kê của các cơ sở sản xuất tole tấm lợp thì hiện nay hầu hết các công trình xây dựng sử dụng tole sóng làm tấm lợp Điều này chứng

tỏ tấm lợp bằng tole đang ngày càng đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng

và dần thay thế các loại tấm lợp trước đây Vì vậy vấn đề tìm hiểu, chế tạo và cải tiến máy cán tôn được quan tâm nhiều hơn

1.1 Phân loại

Việc phân loại tôn có nhiều cách Có thể dựa vào thành phần vật liệu, công dụng sản phẩm, biên dạng tôn, kích thước màu sắc Có thể phân loại sơ bộ như sau:

- Thành phần vật liệu có tôn kẻm, tôn nhôm, tôn thép, tôn mạ kẻm, mạ nhôm

- Theo màu sắc : Đỏ, trắng, xanh…

- Theo số sóng : 5 sóng, 7 sóng, 9 sóng

- Theo công dụng : Loại mái vòng, mác thẳng, tôn lạnh

- Theo biên dạng : Tôn sóng vùng, ống tròn, sóng ngói

- Theo chiều dày : 0,25mm, 0,4mm, 0,45mm

1.2 Các loại biên dạng tôn thường gặp

a Loại sóng thẳng

+ Sóng tròn :

Hình 1.2: Tôn dạng sóng tròn + Sóng vuông :

Loại tôn thép các bon kém bền trong môi trường không khí nước mưa Để khắc phục hiện tượng trên người ta thường mạ kẻm , thiếc hoặc sơn màu sau khi đã cán thành tấm

Tôn hợp kim thì bền nhưng giá thành cao

Tôn nhôm nhẹ , dẻo , dể cán , uốn , bền trong không khí nhưng giá thành cao và hiệu lực kém

1.4.Yêu cầu đề tài

Thiết kế hộp giảm tốc truyền động cơ khí cho máy cán tôn

1.5.Sơ đồ bố trí:

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN CÁN

TÔN SÓNG VUÔNG

Quá trính cán tôn là quá trình cán hình đặc biệt.Nó không làm thay đổi độ dày của tôn tại mọi vị trí Tôn phẳng sau khi qua dây chuyền cán nó có biên dạng nhuu yêu cầu Đặc biệt trong quá trình cán tôn lớp sơn mạ bảo vệ phải được giữ nguyên hoàn toàn không bị phá huỷ tại một vị trí nào Với đặc điểm của cán tôn như vậy ta có thể xem quá trình cán tôn như là quá trình uốn liên tục tạo ra hiện dạng yêu cầu Việc tạo thành một sóng tôn nó cũng phải qua nhiều lần cán Từ 4 đến 5 lần sao cho đảm bảo dược biên dạng và biên dạng trong cán tôn, sóng tôn được định hình giữa hai con lăn cá, trong đó Một con lăn đóng vai trò là cối và một con lăn đóng vai trò là chày Giữa chày và cối có chuyển động quay và phôi

có chuyển động tiến Độ sâu của sóng

Để thiết lập sơ đồ động của máy, ta dựa vào cánh bố trí những con lăn hình sóng tôn, số lượng các cặp trục cán, hệ thống truyền động

2.1.Thiết lập biên dạng sóng vuông

2.1.2 Xác định số lần uốn tạo sóng tôn

-Chiều rộng phôi của một sóng tôn:

Hình 2.7: Biên dạng 1 sóng tôn

-Tính toán số lần cán:

Hình 2.8: Kích thước sóng tôn

Khi cán tạo song qua các bước ta có nhận xét:

+Chiều dài L không thay đổi trong suốt quá trình cán nhưng x giảm a tăng

+Ta đặt AB=a: chiều cao của sóng tôn

Mà L=28.28 không đổi nên cho a lần lượt là 5,10,15,20(mm)

Bảng 2.1: Khoảng cách gối đở B sau 4 lần cán

2.1.3 Xác định kích thước con lăn cán

Lựa chọn đường kính danh nghĩa của các con lăn thông qua vận tốc của máy 16m/ph=0.27m/s Nhưng đường kính của các con lăn trên trục cán không bằng nhau,do đó khi tôn đi qua hai trục sẽ có vận tốc khác vận tốc dài lô cán Nên xuất hiện hiện tượng trượt tương đối giữa tôn và lô cán

Hình 2.9: Hình dạng cặp lô cán 1) Trục cán trên ( cối )

2) Phôi cán

3)Trục cán dưới ( chày )

Nhờ lực ma sát giữa tôn và các con lăn nên khi các con lăn cán của trục dẫn động quay thì tôn chuyển động tịnh tiến đồng thời do có ma sát nên làm quay trục còn lại Vì các con lăn cán có đường kính ở các điểm không bằng nhau nên khi thiết kế con lăn của trục cán, cần chú ý đảm bảo vận tốc dài tại một số vị trí bằng nhau để chúng khỏi làm co (giãn), kéo đứt tôn Vận tốc đó là vận tốc sản phẩm để thiết kế máy, vận tốc trung bình của con lăn đề tai cho V=16m/phút

Từ đó ta chọn như sau:

Đường kính danh nghĩa của con lăn: D=d=160 (mm)

Chọn đường kính trục để lắp con lăn cán: ∅=75 (mm)

Chọn đường kính ổ trục để lắp ổ đở: ∅=55 (mm)

2.1.4 Xác định đường kính các lô cán

+ Ta chọn đường kính danh nghĩa lô cán trên: 𝐷𝑛=180 (mm)

+ Ta chọn đường kính danh nghĩa lô cán dưới: 𝑑𝑡=140 (mm)

+ Khoảng cách hai trục cán: A=160 (mm)

Qua mỗi lô cán ta tăng chiều cao lô dưới lên 2a đơn vị, do đó:

𝑑1 = 𝑑𝑡 + 2𝑎 (𝑚𝑚)

Tương tự chiều sâu của cối sẽ giảm đi 2a đơn vị

𝐷1 = 𝐷𝑡 − 2𝑎 (𝑚𝑚)

Qua các lần cán ta có các số liệu sau:

+ Gọi A: Con lăn cán lần 1

+ Gọi B: Con lăn cán lần 2

+ Gọi C: Con lăn cán lần 3

+ Gọi D: Con lăn cán lần 4

Bảng 2.2: thông số kích thước của cac con lăn trên

Hình 2.11:Con lăn dưới Bảng 2.3: thông số kích thước của cac con lăn dưới

2.2.2 Chọn phương án truyền động chính cho dây chuyền cán

Có hai phương án truyền động chính dây chuyền:

- Phương án truyền động bằng thuỷ lưc, dầu ép

- phương án truyền động bằng cơ khí

như các chuyển động phụ để đảm bảo cho số vòng quay cho cơ cấu chấp hành

- Kích thước gọn nhẹ , trọng lượng và momen quán tính nhỏ

- Dể đảo chiều Chống quá tải

- Mức độ an toàn cao

- Dể dàng trong việc điều khiển tự động

- Tiện lợi cho việc bố trí các cơ cấu phụ

- Tránh ồn ào

1 Động cơ điện 4 Hộp phân lực

2 Khớp nối 5.Hệ trục con lăn

- Điều kiện bôi trơn

- Bộ truyền gây ồn ào khi làm việc

2.3 Thiết kế động học

Tôn cán có biên dạng sóng nhất định nên các con lăn dưới và trên tiếp xúc với tôn các đường kính khác nhau Do vậy khi trục cán quay thì vận tốc dài tại các điểm trên các lô cán sẽ khác nhau, khi cán sẽ có hiện tượng trượt tương đối giữa tôn và các con lăn cán Dọc theo biên dạng sóng sẽ có một vị trí mà ở đó không

có hiện tượng trượt, vòng tròn qua điểm này trên lô cán có đường kính d thuộc chày và đường kính D thuộc cối Ta dùng đường kính này để tính toán động học cho máy

Ta chọn đường kính danh nghĩa của các con lăn d=D= 160 (mm), tốc độ cán tạo sóng là V=16 m/phút

n =

160 14 , 3

16 1000

2

P =

l

n S

B. 2b.

(N)

Trong đó : B - Chiều rộng vật uốn: B= (2x28,28)+ 20 (mm)

S - Chiều dày của phôi tấm S= 0,35mm

b- Giới hạn bền của vật liệu làm phôi tấm b<= 400(N /mm2)

n - Hệ số đặc trưng ảnh hưởng của biến dạng cứng n=1,8

l - khoảng cách giửa các điểm tựa (mm)

Để đơn giản ta xem hệ số biến cứng qua các lần cán tạo sóng là như nhau và n=1,8

2.3.2 Tính momem cán

+ Áp lực cán uốn của kim loại tác dụng lên trục

PL = ∑p ( N ) Với p :lực uốn từng phần sóng tôn + Áp lực tác dụng lên cổ trục cán : R ( N )

Trục cán trên R = QT + PL ( N ) Trục cán dưới R = QD + PL ( N ) Q: Trọng lượng các con lăn và trục cán (N)

+ Trong quá trình cán giữa hai trục thì chỉ có một trục tạo lực cán uốn sóng tôn Momen cần để quay trục được tính

M = Mms + Mmsl + Mc(N.mm)

PL : Áp lực kim loại tác dụng lên trục (N)

f2: hệ số ma sát chọn f2= 0,5 (vì kim loại phủ sơn)

D : đường kính con lăn (mm)

+Mc : momen cán để làm biến dạng kim loại (N.mm)

Mc = PL a L (N.mm)

PL: Áp lực kim loại tác dụng lên trục a: hệ số tay đòn khi cán hình đơn giản a= ( 0.45 – 0.5 )

L: chiều dài tiếp xúc của kim loại với con lăn

Hình 2.19: Sơ đồ tính chiều dài tiếp xúc giữa tôn và con lăn cán

Theo hình ta có:

L≈ 𝐴𝐵 = 𝑅.𝜋.𝛼

180° (mm) Mà: cos 𝛼 = 𝑅−𝑎

𝑅Dựa vào số liệu tìm hiểu thực tế ta chọn momem cần để quay trục M=800000 (N.mm)

CHƯƠNG III TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

3.1 Tính công suất động cơ

-Công suất máy được tính bằng công thức:

N= M 𝜔 (kW)

Trong đó : N :Tổng công suất trên các trục

M: Tổng momem trên các trục (N.m)

𝜔 : Vận tốc góc của trục (rad/s) N= M 𝜔 = 800 x 3,3 = 2640 (W)

-Công suất cần thiết là:

Nct=𝑁

𝜂(kW)

Trong đó : Nct :Công suất cần thiết

𝜂 : Hiệu suất của bộ truyền xích và ổ lăn𝜂 =0,98

Nct=𝑁

𝜂=

2640 0,98 = 2693,88(W)

Từ đó ta chọn động cơ điện như sau:

Ndc= 3 (kW)

n = 1365 (vòng/phút)

3.2 Phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền chung được tính theo công thức:

Trong đó: ix1 :Tỷ số truyền từ hộp giảm tốc lên trục cán chọn ix1 =3

ix2 :Tỷ số truyền giữa các trục quay đồng tốc ix2 =1

- Kích thước và trọng lượng của hộp giảm tốc là nhỏ nhất

- Điều kiện bôi trơn tốt nhất

Trong hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển để cho các bánh răng

bị dẫn của cấp nhanh và cấp chậm được ngâm trong dầu gần như nhau tức là đường kính của các bánh răng phải xấp xỉ nhau, ta phân phối in  ic

Trong bộ truyền này ta chọn: in = 1,3xic

Chọn: ic = 3,3  in = 4,3

3.3.Số vòng quay của các trục

phút vòng i

n n

phút vòng n

n

I II

I

/ 317 3

, 4 1365

/ 1365

n n

C

II

3 , 3

N

Kw N

N

Kw N

N

II III

I II

dc I

77,297,0.99,0.88,2

88,297,0.99,0.3 3

2 1

2 1

3.5.Moment xoắn trên các trục

Nmm n

N M

Nmm n

N M

Nmm n

N M

III

III III

II

II II

I

I I

3,27555796

77,2.10.55,9

10.55,9

4,86763317

88,2.10.55,9

10.55,9

209891365

3.10.55,9

10.55,9

6 6

6 6

6 6

CHƯƠNG IV TH.KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC

4.1.Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh

4.1.1.Chọn vật liệu làm bánh răng

Bánh răng nhỏ: chọn thép 45 thường hóa có:

b = 600 N/mm2 ; ch = 300 N/mm2 ; HB = 210

Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi dưới 100mm

Bánh răng lớn: chọn thép 35 thường hóa có:

b = 500 N/mm2 ; ch = 260 N/mm2 ; HB = 170

Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi (100300) mm

4.1.2.Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép:

a.Ứng xuất tiếp xúc cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn:

Ntđ2= 60 u (Mi/Mmax)3ni.Ti

Mi,ni,Ti là moment xoắn, số vòng quay trong 1 phút và tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i

Mmax là moment xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng

u là số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay 1 vòng

Ntđ2=60.1.4,5.300.12.317.[13.0,5 + (0,3)3.0,5]= 158,22.106> No

N0 là số chu kỳ cơ sở N0=107

Như vậy số chu kỳ làm việc tương đương của bánh nhỏ:

Ntđ1= Ntđ2.in=158,22.106 4,3=680,35.106 > No

Do đó hệ số chu kỳ ứng suất k’N của cả hai bánh răng đều bằng 1

[]tx = []Notx k’N Ứng xuất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:[]tx2= 2,6.170 = 442 N/mm2

Ứng xuất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:[]tx1= 2,6.210 = 546 N/mm2

Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ : []tx2= 442 N/mm2

b.Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn:

N

1 do răng chịu ứng suất thay đổi mạch động

Giới hạn mỏi uốn của thép 45: -1= 0,43.600 = 258 N/mm2

Giới hạn mỏi uốn của thép 35: -1= 0,43.500 = 215 N/mm2

Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: k= 1,8

Bánh nhỏ: []u1=

8 , 1 5 , 1

258 5 , 1

= 143,3 N/mm2

Bánh lớn: []u2=

8 , 1 5 , 1

215 5 , 1

tx

6

n

N k i.

] [

10 05 , 1 ) 1 i ( A

3 3 , 1 3 , 4 442

10 05 , 1 ) 1 3 , 4

2 6

n A

) 1 3 , 4 (

1000 60

1365 116 2 ) 1 ( 1000 60

.

1 3 , 4

116 2 1

2

m.5,2

Chọn sơ bộ góc nghiêng β=100; cosβ=0,985

Tổng số răng của hai bánh:

1142

985,0.116.2cos.2

2



n t

m

A Z

114 1

N K

 : Ứng suất uốn sinh ra tại chân răng (N/mm2)

 u :Ứng suất uốn cho phép (N/mm2)

θ” là hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải khi tính theo sức bền uốn của bánh răng nghiêng hoặc răng cong so với bánh răng thẳng , thường có thể lấy

Thay tất cả vào phương trình ta được:

Ứng suất uốn tại chân răng của bánh răng nhỏ :

5 , 1 35 1365 21 2

414 0

24,49 (N/mm2) <  2 = 119,4 (N/mm2)  bền Vậy cả hai đều thỏa mãn độ bền uốn

4.1.10.Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

𝑑2 = 2.910,966= 188,41𝑚𝑚 Khoảng cách trục: A = 116 mm

3 10 55 , 9 2

Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi dưới 100mm

Bánh răng lớn: chọn thép 35 thường hóa có:

b=500 N/mm2 ; ch= 260 N/mm2 ; HB = 170

Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi (100300) mm

4.2.2.Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép:

a.Ứng xuất tiếp xúc cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn:

Ntđ4= 60 u (Mi/Mmax)3ni.Ti

Mi,ni,Ti là moment xoắn, số vòng quay trong 1 phút và tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i

Mmax là moment xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng

u là số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay 1 vòng

b.Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn:

k.5,

1 1 N''

do răng chịu ứng suất thay đổi mạch động

Giới hạn mỏi uốn của thép 45: -1 = 0,43.800 = 344 N/mm2

Giới hạn mỏi uốn của thép 35: -1 = 0,43.500 = 215 N/mm2

Hệ số an toàn: n = 1,5

Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: k= 1,8

Bánh nhỏ: []u1 =

8 , 1 5 , 1

344 5 , 1

= 191,1 N/mm2

Bánh lớn: []u2 =

8 , 1 5 , 1

215 5 , 1

.

] [

10 05 , 1 ) 1 (

III A II

c tx c

n

N k i

i A

88 , 2 3 , 1 3 , 3 442

10 05 , 1 ) 1 3 , 3

2 6

n A v

c

II

/23,1)13,3.(

1000.60

317.160 2)1(1000.60

2

152.2.2

4



n t

m

A Z

Z

Số răng bánh nhỏ:

2813,3

1201

b = 0,4.152=61 mm > m n o 39mm

' 14 9 sin

5 , 2 5 , 2 sin

5 ,

2 2

6

2 1 2 1

6

61.317.28.5,2.442,0

88,2.1,1.10.1,19

10.1,19

mm N b

n Z m y

N k

n

Đối với bánh răng lớn:

86763,4

2

-Bánh răng được ngâm dầu ngập chiều cao răng do vận tốc v=1,23

m/s.Theo bảng 10-17[1] chọn độ nhớt của dầu bôi trơn bánh răng ở 500C là 116 Centistôc,Theo bảng 10-20 [1] ta chọn loại dầu AK-20

-Lấy chiều cao ngâm dầu là 1/6 bán kính bánh răng cấp nhanh và 1/3 bán kính bánh răng cấp chậm

-Mức dầu MiN:Ngập chiều cao chân răng của bánh răng bị dẫn cấp

nhanh,chiều cao răng là 6 mm

-Mức dầu Max:lấy chiều sâu ngâm dầu Max bằng 1/6 bán kính bánh răng

2

.6

1 d2

=

2 6 230

=19,2 mm