Bài tập lớn MÔN CHI TIẾT MÁY

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY LÀM SẠCH CHI TIẾT DẬP Chương 1:Chọn động cơ và phân bố tỉ số truyền .... DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hệ thống truyền động máy làm sạch chi tiết dập .....

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY

BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU LỘC SVTH: TRẦN MINH CHIẾN

MSSV: 21300382 LỚP: CK13KSCD

ĐỀ TÀI: 11 PHƯƠNG ÁN: 7

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2015

MỤC LỤC

Danh mục các bảng 3

Danh mục các hình 4

Đề tài 5

Bài 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY LÀM SẠCH CHI TIẾT DẬP Chương 1:Chọn động cơ và phân bố tỉ số truyền 9

Chương 2 : Thiết kế đai thang 11

Chương 3:Thiết kế các bánh răng trong hộp giảm tốc 15

Chương 4: Thiết kế trục 20

4.1 Phân tích lực tác dụng 20

4.2 Trục i 20

4.3 Trục ii 25

4.4 Kiểm nghiệm then 29

Chương 5: Tính toán thiết kế ổ lăn 31

5.1 Chọn ổ lăn trục i 31

5.2 Chọn ổ lăn trục ii 32

5.3 Kết luận 34

Chương 6: Chọn dầu bôi trơn cho hộp giảm tốc 35

Bài 2 BỘ TRUYỀN VÍT ME – ĐAI ỐC Chương 7: Tính vít và đai ốc cơ cấu tay gạt 36

Bài 3 MỐI GHÉP REN 40

Chương 8 : Tính toán mối ghép ren trên giá đỡ 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Động cơ và phân phối tỷ số truyền 10

Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền động 10

Bảng 2.1 Thông số bộ truyền đai 14

Bảng 3.1 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 19

Bảng 4.1 Kiểm nghiệm then trục I và trục II: 3030

Bảng 4.2 Mômen trục I và trục II: 30

Bảng 4.3 Kiểm tra hệ số an toàn trục I và trục II: 30

Bảng 5.1 Kết quả tính toán chọn ổ lăn: 34

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống truyền động máy làm sạch chi tiết dập 8

Hình 4.1 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền 20

Hình 4.2 Phân tích lực trên trục I 21

Hình 4.3 Phác thảo kết cấu trục I 22

Hình 4.4 Biểu đồ mômen trên trục I 23

Hình 4.5 Phân tích lực trên trục II 25

Hình 4.6 Phác thảo kết cấu trục II 26

Hình 4.7 Biểu đồ mômen trên trục II 27

Hình 7.1 Cơ cấu tay gạt 36

Hình 7.2 Biểu đồ nội lực và mômen 369

Hình 8.1 Kết cấu giá đỡ 40

Hình 8.2 Phân tích lực tác dụng 41

Hình 8.3 Điểm đặt lực 41

Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền

3-4 Tính toán bộ truyền đai thang

5-6 Tính các bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

7 Báo cáo giữa kỳ

8-9 Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực

Tính toán thiết kế trục

10 Chọn nối trục, then

11 Chọn ổ lăn

12 Chọn dầu bôi trơn

13 Bài tập lớn số 2 - Bộ truyền vít me – đai ốc

14 Bài tập lớn số 3 - Mối ghép ren

15 Báo cáo cuối kỳ

SƠ ĐỒ 11.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY LÀM SẠCH CHI TIẾT DẬP

Hệ thống dẫn động xích tải gồm:

1- Động cơ điện; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh răng nghiêng 1 cấp; 4- Nối trục xích; 5- Bộ phận công tác

(1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)

11.2 BỘ TRUYỀN VÍT ME – ĐAI ỐC

Tính vít và đai ốc cơ cấu tay gạt Tải trọng 2F tác dụng lên đai ốc, chiều dài vít

l (giá trị theo bảng) Dựng biểu đồ nội lực và mômen xoắn

a) Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bulông

b) Xác định lực xiết V

c) Xác định đường kính d1 và chọn bulông

BÀI 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

MÁY LÀM SẠCH CHI TIẾT DẬP

Hình 1.1 Hệ thống truyền động máy làm sạch chi tiết dập

CHƯƠNG 1 CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN

Xác định công suất và chọn động cơ điện cho hệ thống dẫn động là giai đoạn đầu tiên rất quan trọng cho quá trình thiết kế các bộ phận khác Chúng ta cần chọn loại động cơ có công suất phù hợp với hệ thống không quá thừa công suất (đảm bảo tính kinh tế và tiết kiệm năng lượng), không thiếu (đảm bảo an toàn

và hiệu quả cho hệ thống)

1 Xác định công suất bộ phận công tác:

6 Ta chọn động cơ có công suất đ = 7,5 với số vòng quay và phân

bố tỷ số truyền và hệ thống truyền động chọn trên bảng 1.1

7 Với số vòng quay và tỷ số truyền trên bảng 1.1 ta chọn động cơ

4A132S4 với số vòng quay = 1455 ò / ℎú ; đ = 2,14; = 4

và tỷ số truyền chung = 8,57

Bảng 1.1 Động cơ và phân phối tỷ số truyền.

Động cơ Số vòng quay

(vòng/phút)

Ti số truyền chung,

Bộ truyền đai, đ

Bộ truyền bánh răng,

8 Theo các thông số vừa chọn ta có đặc tính kỷ thuật sau:

Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền động

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐAI THANG

Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang với = 5,82 ; = 1455 ò /

ℎú ; tỷ số truyền = 2,72

1 Theo hình 4.22 tài liệu [1], phụ thuộc vào công suất 5.82 và số vòng quay = 1455 ò / ℎú , theo bảng 4.3 tài liệu [1] ta cho đai loại B với = 14 ; = 17 ; ℎ = 10,5 ; = 4,0 ;

Tỷ số truyền khi đó:

=(1 − )=

500180(1 − 0,01) = 2,81 Sai lệch với giá trị chọn trước 3,16%

5 Khoảng cách trục nhỏ nhất xác định theo công thức:

(500 − 180)4.600 = 2310

Theo bảng 4.3 tài liệu [1], ta chọn đai có chiều dài:

= 2500 = 2,5

7 Số vòng chạy của đai trong một giây:

= =13,71

2,5 = 5,49 Thỏa điều kiện [ ] = 10

8 Tính toán lại khoảng cách trục:

4Trong đó:

9 Góc ôm đai bánh đai nhỏ

- Hệ số xét đến ảnh hưởng tỷ số truyền (theo bảng 4.9 tài liệu [1]):

= 1,14 vì = 2,72

- Hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai , ta chọn sơ bộ bằng 1

- Hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng (theo bảng 4.8 tài liệu [1]):

Ta chọn = 2 đai

13 Lực căng đai ban đầu:

= = = 2.138.1,5 = 414 Lực căng mỗi dây đai:

2 = 207 Lực vòng có ích:

=1000 =1000.5,82

13,71 = 424 Lực vòng trên mỗi dây đai: 212

14 Từ công thức

=2

2.414 + 4242.414 − 424= 0,42

Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền không bị trượt trơn

(Giả sử góc biến dạng bánh đai là = 38 )

=

2 = 0,42. 19 = 0,14

15 Lực tác dụng lên trục:

180 100 = 6,94

17 Tuổi thọ đai xác định theo công thức:

=

10

96,94 102.3600.5,49 = 2029,7 ờ Trong đó: = 9 ; = 5,49 ; = 8

Bảng 2.1 Thông số bộ truyền đai

Dạng đai Đai thang loại B Số vòng chạy đai trong 1 giây,

1/s 5,49 Tiết diện đai,

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CÁC BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC

1 Mômen xoắn trên trục của bánh dẫn = 97650 Tỷ số truyền

= 3,15 Số vòng quay = 535 ò / ℎú

2 Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn Chọn thép 40Cr được tôi cải thiện Theo bảng 6.13 tài liệu [1], đối với bánh dẫn ta chọn độ rắn trung bình = 260; đối với bánh bị dẫn, ta chọn độ rắn trung bình =

Khi tôi cải thiện = 1,1 , do đó:

[ ] =590.0,9

1,1 1 = 482,7 [ ] =560.0,9

1,1 1 = 458,2 Ứng suất tiếp xúc cho phép tính toán:

[ ] = 468

1,75 1 = 267,4 ; [ ] = 441

1,75 1

= 252

8 Theo bảng 6.15 tài liệu [1] do bánh răng nằm đối xứng các ổ trục nên

= 0,3 ÷ 0,5, chọn = 0,4 theo tiêu chuẩn Khi đó:

0,4 (3,15 + 1)

Theo bảng 6.4 tài liệu [1], ta chọn = 1,03; = 1,06

9 Khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng xác định theo công thức:

= 43( + 1)

[ ] = 43(3,15 + 1)

97650.1,030,4 458,2 3,15

= 129,3 Theo tiêu chuẩn, ta chọn = 160

10 Môđun răng = (0,01 ÷ 0,02) = 1,6 ÷ 3,2

Theo tiêu chuẩn, ta chọn = 2,5

11 Từ điều kiện 20 ≥ ≥ 8 suy ra:

( ± 1) ≥ z ≥

( ± 1)2.160 8

2,5 (3,15 + 1) ≥ z ≥

2.160 202,5 (3,15 + 1) 30,5 ≥ ≥ 29

Ta chọn = 30 răng suy ra số răng bánh bị dẫn:

= 30.3,15 = 94,5 ta chọn = 95 Góc nghiêng răng:

= + 2 = 76,8 + 2.2,5 = 81,8

= + 2 = 243,2 + 2.2,5 = 248,2 Đường kính vòng chân:

= − 2,5 = 76,8 − 2,5.2,5 = 70,6

= + 2,5 = 243,2 − 2,5.2,5 = 237 Tính lại khoảng cách trục:

2,5 (30 + 95)2cos (12,43 ) = 160 Chiều rộng vành răng:

15 Theo bảng 6.3 tài liệu [1], ta chọn cấp chính xác 9 với = 6 /

16 Hệ số tải trọng động theo bảng 6.5 tài liệu [1], ta chọn:

do đó điều kiện bền tiếp xúc được thỏa

- Bánh dẫn:

=267,4 3,91 = 68,4

- Bánh bị dẫn:

=252 3,61 = 69,8

Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn:

19 Ứng suất uốn tính toán:

Bảng 3.1 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Tính toán thiết kế

Khoảng cách trục aw, mm 160 Góc nghiêng răng β, độ 12,43 Môđun , mm 2,5

Đường kính vòng chia:

Bánh dẫn d1, mm Bánh bị dẫn d2, mm

76,8 243,2 Dạng răng

Bánh răng trụ răng nghiêng

Đường kính vòng đỉnh:

Bánh dẫn da1, mm Bánh bị dẫn da2, mm

81,8 248,2 Chiều rộng vành răng

70,6 237,0

suất uốn

, 267,4 21,2 Thỏa độ

bền uốn

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TRỤC

4.1 PHÂN TÍCH LỰC TÁC D

Hình 4.1 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền

- Lực tác dụng lên bộ truyền đai:

1 Phân tích lực tác dụng lên trục từ các chi tiết quay của hệ thống truyền động:

976500,2.20 = 29 Theo tiêu chuẩn ta chọn = 30 tại vị trí thân trục lắp bánh đai

4 Chọn kích thước dọc trục: ≈ + 2 +

Trong đó: = = 70

= 10 : khe hở giữa bánh răng và thành trong hộp giảm tốc

= 40 (theo bảng 10.2 tài liệu [1] ta chọn = 30 ÷ 60 khi =

80000 ÷ 100000 )

Suy ra: = 70 + 2.10 + 40 = 130

Khoảng cách chọn trong bảng 10.2 tài liệu [1], không nhỏ hơn 50 ÷

ta chọn = 75

Các khoảng cách còn lại được chọn như hình vẽ:

Hình 2.3 Phác thảo kết cấu trục I

5 Vẽ biểu đồ moment uốn và xoắn:

- Trong mặt phẳng thẳng đứng yz, phương trình cân bằng momen tại điểm B là:

- Trong mặt phẳng ngang xz, phương trình cân bằng momen tại điểm B là:

= (75 + 130) − 130 − 130/2 = 0

⇒ = (75 + 130) − 1302

130 =806,5(75 + 130) − 2543.130/2

6 Theo biểu đồ thì tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí D

- Mômen uốn tại D:

- Mômen xoắn tại D: = 97650

Ta bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc trục nên ứng suất pháp tại tiết diện này thay đổi theo chu kỳ đối xứng biên độ: = =

Trục có một then, với đường kính = 40 , tra bảng phụ lục 13.1 tài liệu [2], ta chọn then có chiều rộng = 12 ; chiều cao ℎ = 8 ; chiều sâu rãnh then trên trục = 5,0 ; chiều sâu rãnh then trên mayơ =3,3 Khi đó:

= 5364,4

Do đó:

=1365005364,4 = 25,4 ; = 0 Ứng suất xoắn: =

trong đó momen cản xoắn:

= 11647,6

Do đó:

= 9765011647,6= 8,4 Khi ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động:

Theo bảng 10.3 tài liệu [1], ta chọn = 0,84 và = 0,78

Theo hình 2.9 tài liệu [1], ta có hệ số = 0,025 và = 0,0175

7 Xác định hệ số an toàn tại C theo công thức:

=

1281,5.4,2/0,78 + 0,0175.4,2 = 15,7

Hệ số an toàn:

=

4,8.15,74,8 + 15,7 = 4,6 > [ ] = 1,5

Do đó tại tiết diện D thỏa điều kiện mỏi của trục

4.3 TRỤC II

Biết = 5,2 ; = 292431 , số vòng quay = 170 ò / ℎú Vật liệu trục thép C35 ( = 304 ; = 255 ; =

3 Xác định đường kính sơ bộ trục theo công thức:

≥0,2[ ]=

2924310,2.20 = 41,8 Theo tiêu chuẩn ta chọn = 45 tại vị trí thân trục lắp ổ bi

4 Chọn kích thước dọc trục: ≈ + 2 +

Trong đó: = = 65

= 10 : khe hở giữa bánh răng và thành trong hộp giảm tốc

= 50 (theo bảng 10.2 tài liệu [1], = 40 ÷ 80 ; khi =

200000 ÷ 400000 )

Suy ra: = 65 + 2.10 + 50 = 135

Các khoảng cách còn lại được chọn như hình vẽ:

Hình 4.6 Phác thảo kết cấu trục II

5 Vẽ biểu đồ moment uốn và xoắn:

- Trong mặt phẳng thẳng đứng yz, phương trình cân bằng momen tại điểm B là:

Moment do lực dọc tạo ra là: = /2 = 560,5.243,2/2 =68156,8

⟹ = − .

1352

vậy = 979,1 , hướng như hình vẽ

- Trong mặt phẳng xz, các lực phân bố đối xứng so với hai gối tựa nên ta có:

6 Theo biểu đồ thì tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí C

- Momen uốn tại C:

- Momen xoắn tại C: = 292431

Ta bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc trục nên ứng suất pháp tại tiết diện này thay đổi theo chu kỳ đối xứng biên độ: = =

Trục có một then, với đường kính = 50 , tra bảng phụ lục 13.1 tài liệu [2], ta chọn then có chiều rộng = 14 ;chiều cao ℎ = 9 ; chiều sâu rãnh then trên trục = 5,5 ; chiều sâu rãnh then trên mayơ

trong đó momen cản xoắn:

= 23018,9

Do đó:

= 29243123018,9= 12,70 Khi ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động:

Theo bảng 10.3 tài liệu [1], ta chọn = 0,84 và = 0,78

Theo hình 2.9 tài liệu [1], ta có hệ số = 0,025 và = 0,0175

7 Xác định hệ số an toàn tại C theo công thức:

=

1281,5.6,35/0,78 + 0,0175.6,35= 10,39

Hệ số an toàn:

=

12,14.10,3912,14 + 10,39 = 7,89 > [ ] = 1,5

Do đó tại tiết diện C thỏa điều kiện mỏi của trục

4.4 KIỂM NGHIỆM THEN

TRỤC I

1 Trục có hai then, với đường kính = 40 , ta chọn then có bề rộng

= 12 , chiều cao ℎ = 8 ; chiều sâu then trên trục = 5,0 ; chiều sâu then trên mayơ = 3,3 Chiều dài mayơ ta chọn là

85 Chọn vật liệu cho then là C35

2 Chiều dài l của then: = 85 − 15 = 70

3 Kiểm tra độ bền dập theo công thức:

( = − = 70 − 12 = 58; ℎ = 8 ; = 0,4ℎ = 3,2 ):

= 2 = 2.97650

3,2.40.58= 26,31 ≤ [ ] = 150 Kiểm tra then theo độ bền cắt:

12.40.58= 7,01 ≤ [ ] = 80

 Then này đạt độ bền theo tính toán

TRỤC II

1 Trục có một then, với đường kính = 45 , ta chọn then có bề rộng

= 14 , chiều cao ℎ = 9 ; chiều sâu then trên trục = 5,5 ;

chiều sâu then trên mayơ = 3,8 Chiều dài mayơ ta chọn là

70 Chọn vật liệu cho then là C35

2 Chiều dài l của then: = 70 − 14 = 56

3 Kiểm tra độ bền dập theo công thức:

( = − = 56 − 14 = 42; ℎ = 9 ; = 0,4ℎ = 3,6 ):

= 2 =2.292431

3,6.45.42 = 85,96 ≤ [ ] = 150 Kiểm tra then theo độ bền cắt:

14.45.42 = 22,10 ≤ [ ] = 80

 Then này đạt độ bền theo tính toán

Bảng 4.1 Kiểm nghiệm then trục I và trục II:

Đường kính (mm)

Then (mm)

Chiều dài then

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Ổ LĂN

Ta chọn ổ theo ổ bên trái (tại A) vì chịu tải trọng tác dụng lớn hơn

5 Tải trọng động quy ước :

= (0,56.1.639,5 + 1,99.948,5) 1,2.1 = 2694,8

6 Tuổi thọ tính theo triệu vòng:

=6010Trong đó: = 6.300.8 = 14400 ờ

8 Tuổi thọ xác đinh theo công thức sau:

= 525,4 1683,3= 0,312

Ta chọn ổ theo ổ bên trái vì chịu tải trọng tác dụng lớn hơn

5 Tải trọng động quy ước :

= (0,56.1.1271,9 + 1,99.913,6) 1,2.1 = 3036,4

6 Tuổi thọ tính theo triệu vòng:

=6010Trong đó: = 6.300.8 = 14400 ờ

= 170 ò / ℎú

⟹ =60.170.14400

7 Khả năng tải động tính toán:

= √ = 3036,4 146,9 = 1271,9 < = 25700 Vậy đã chọn ổ lăn cỡ nhẹ phù hợp

8 Tuổi thọ xác đinh theo công thức sau:

Tuổi thọ (triệu vòng)

Tuổi thọ (ngàn giờ)

I 208 2694,8 20836 919 28,6

II 209 3036,4 1271,9 383,8 37,6

CHƯƠNG 6 CHỌN DẦU BÔI TRƠN CHO HỘP GIẢM TỐC

BÀI 2 BỘ TRUYỀN VÍT ME – ĐAI ỐC

CHƯƠNG 7 TÍNH VÍT VÀ ĐAI ỐC CƠ CẤU TAY GẠT

Tính vít và đai ốc cơ cấu tay gạt Tải trọng 2F tác dụng lên đai ốc, chiều dài vít

l (giá trị theo bảng) Dựng biểu đồ nội lực và mômen xoắn

Hình 7.1 Cơ cấu tay gạt

- Đối với đai ốc: [ ] = 40 ; [ ] = 45

- Áp suất cho phép trên cặp thép – đồng thanh: [ ] = 10 ( )

3 Ren vuông chọn hệ số = 1

4 Hệ số chiều cao đai ốc, đai ốc nguyên, ta chọn như sau: = 1,5

5 Đường kính trung bình của ren:

Ta có thể chọn theo tiêu chuẩn ren hệ mét:

= arctan( ) = arctan(0,1) = 5,71

Vì < , bộ truyền vít me - đai ốc có khả năng tự hãm

6 Số vòng ren trong đai ốc:

=

ℎ[ ] =

2.9000 28,25.1,75.10 = 11,59

8 Kiểm tra độ bền theo ứng suất cho phép:

- Mômen trên ren:

=

2 ( + ) = 2.9000.28,25

2 . (3,18 + 5,71 )

= 39769 + Ứng suất tại tiết diện nguy hiểm của vít:

= =16 =16.39769

26,5 = 10,88 + Ứng suất pháp tại tiết diện nguy hiểm của vít:

= 4 =4.2.9000

26,5 = 32,64

+ Ứng suất tương đương:

đ = + 3 = 10,88 + 3 32,64 = 57,57

⟹ đ < [ ] = 120

=> Điều kiện bền được thỏa

9 Kiểm tra thân vít theo điều kiện ổn định:

Độ mềm vít:

= =4 =4.1.700

26,5 = 105 Tra bảng 8.4 tài liệu [1] thì ≥ , tải trọng tới hạn được xác định theo công thức:

Hệ số an toàn:

2.9000 = 5,4 ≥ [ ] = 4

⟹ Thỏa điều kiện

10 Xác định kích thước đai ốc (với [ ] = 50 )

Đường kính ngoài đai ốc:

≥ 5,2.

5,2.18000 50 + 30 = 38,67

⇒ ℎọ = 40 Đường kính vành đai ốc D1:

≥ 4.

4.18000 50 + 40 = 45,37

⇒ ậ = 45,37 Chiều cao vành đai ốc :

=3.5=

213,5= 6