Bài tập lớn MÔN CHI TIẾT MÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN 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: TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2015 MỤC LỤC Danh mục bảng Danh mục hình Đề tài Bài THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY LÀM SẠCH CHI TIẾT DẬP Chương 1: Chọn động phân bố tỉ số truyền Chương 2: Thiết kế đai thang 11 Chương 3: Thiết kế bánh 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 tốn 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 BỘ TRUYỀN VÍT ME – ĐAI ỐC Chương 7: Tính vít đai ốc cấu tay gạt 36 Bài MỐI GHÉP REN 40 Chương 8: Tính tốn mối ghép ren giá đỡ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 minhchienbku@gmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Động phân phối tỷ số truyền 10 Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động 10 Bảng 2.1 Thông số truyền đai 14 Bảng 3.1 Bộ truyền bánh trụ nghiêng 19 Bảng 4.1 Kiểm nghiệm then trục I trục II: 3030 Bảng 4.2 Mômen trục I trục II: 30 Bảng 4.3 Kiểm tra hệ số an toàn trục I trục II: 30 Bảng 5.1 Kết tính tốn chọn ổ lăn: 34 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hệ thống truyền động máy làm chi tiết dập Hình 4.1 Phân tích lực tác dụng lên truyền 20 Hình 4.2 Phân tích lực trục I 21 Hình 4.3 Phác thảo kết cấu trục I 22 Hình 4.4 Biểu đồ mơmen trục I 23 Hình 4.5 Phân tích lực trục II 25 Hình 4.6 Phác thảo kết cấu trục II 26 Hình 4.7 Biểu đồ mơmen trục II 27 Hình 7.1 Cơ cấu tay gạt 36 Hình 7.2 Biểu đồ nội lực mơmen 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 minhchienbku@gmail.com ĐỀ TÀI NỘI DUNG Tuần lễ 1-2 3-4 5-6 8-9 10 11 12 13 14 15 Nội dung thực Bài tập lớn số – Thiết kế hệ thống truyền động máy làm chi tiết dập Tìm hiểu truyền động khí máy Xác định cơng suất động phân phối tỉ số truyền Tính tốn truyền đai thang Tính truyền bánh trụ nghiêng Báo cáo kỳ Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên truyền tính giá trị lực Tính tốn thiết kế trục Chọn nối trục, then Chọn ổ lăn Chọn dầu bôi trơn Bài tập lớn số - Bộ truyền vít me – đai ốc Bài tập lớn số - Mối ghép ren 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 điện; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh nghiêng cấp; 4- Nối trục xích; 5- Bộ phận công tác Bảng số liệu Phương án 10 Lực vòng thùng F, N 1900 2000 2100 2300 2500 1200 1300 1500 1600 1700 Vận tốc vòng v, m/s 3,00 3,50 2,50 2,50 2,00 3,00 4,00 2,00 3,00 3,50 Đường kính thùng, D mm 650 700 750 800 900 400 450 500 550 600 Thời gian phục vụ L, năm 7 6 (1 năm làm việc 300 ngày, ca làm việc giờ) 11.2 BỘ TRUYỀN VÍT ME – ĐAI ỐC Tính vít đai ốc cấu tay gạt Tải trọng 2F tác dụng lên đai ốc, chiều dài vít l (giá trị theo bảng) Dựng biểu đồ nội lực mômen xoắn Bảng số liệu PA F, kN l, mm Biên dạng ren 14 500 9,5 500 13 500 Ren hình thang 12 600 11 600 PA 10 F, kN l, mm Biên dạng ren 10 600 700 700 Ren vuông 700 800 11.3 MỐI GHÉP REN Một giá đỡ chịu tác dụng tải trọng F = 8000 N giữ chặt nhóm bulơng hình Sử dụng mối ghép bulơng có khe hở Vật liệu bulơng thép CT3 có giới hạn bền kéo cho phép [k] = 100 MPa Hệ số ma sát ghép f = 0,20, hệ số an toàn k =1,3 Hãy xác định: a) Tải trọng lớn tác dụng lên bulông b) Xác định lực xiết V c) Xác định đường kính d1 chọn bulông minhchienbku@gmail.com Bảng số liệu PA F, N l,mm b, mm a,mm , rad 4000 750 230 400 /10 5000 650 250 450 /6 5500 600 270 500 /8 6000 550 280 500 /10 7000 500 300 550 /6 7500 450 320 600 /8 8000 450 320 600 /6 10 8500 4500 6500 400 700 500 350 250 300 650 450 550 /9 0 BÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY LÀM SẠCH CHI TIẾT DẬP Hình 1.1 Hệ thống truyền động máy làm chi tiết dập  Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động điện; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh nghiêng cấp; 4- Nối trục xích; 5- Bộ phận cơng tác  Số liệu 7: Lực vòng thùng: = 1300 ( ) Vận tốc vòng: = 4,00 ( / ) Đường kính thùng: = 450 ( ) Thời gian phục vụ: = ( ă ) minhchienbku@gmail.com CHƯƠNG CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN Xác định công suất chọn động điện cho hệ thống dẫn động giai đoạn quan trọng cho trình thiết kế phận khác Chúng ta cần chọn loại động có cơng suất phù hợp với hệ thống khơng q thừa cơng suất (đảm bảo tính kinh tế tiết kiệm lượng), không thiếu (đảm bảo an toàn hiệu cho hệ thống) Xác định công suất phận công tác: 1300.4 = = = 5,2 1000 1000 Hiệu suất chung hệ thống truyền động: = đ ( ) Hiệu suất đai, bánh răng, ổ lăng tra, nối trục xích theo bảng 3.3 tài liệu [1], ta chọn: đ = 0,95; ⟹ = 0,97; = 0,99 = 0,95.0,97 0,99 = 0,894 Công suất cần thiết động cơ: 5,2 ) = = 5,82 ( đ = 0,894 Số vòng quay trục phận công tác: 10 10 × 4,00 = = = 169,8 ( ò 450 Tỷ số truyền chung xác định theo công thức: = đ = / ℎú ) đ Tỷ số truyền hộp giảm tốc tiêu chuẩn tỷ số truyền truyền đai xích chọn sơ theo bảng 3.2 tài liệu [1] Ta chọn động có cơng suất đ = 7,5 với số vòng quay phân bố tỷ số truyền hệ thống truyền động chọn bảng 1.1 Với số vòng quay tỷ số truyền bảng 1.1 ta chọn động 4A132S4 với số vòng quay = 1455 ò / ℎú ; đ = 2,14; =4 tỷ số truyền chung = 8,57 Bảng 1.1 Động phân phối tỷ số truyền Động Số vòng quay Ti số truyền (vòng/phút) chung, 4A112M2 2922 17,21 4A132S4 1455 8,57 4A132M6 968 5,70 4A160S8 730 4,30 Bộ truyền đai, đ 3,44 2,14 1,81 1,72 Bộ truyền bánh răng, 3,15 2,5 Theo thông số vừa chọn ta có đặc tính kỷ thuật sau: Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động Trục Động Trục I Thông số Công suất (kW) 5,82 5,47 Ti số truyền 2,72 Momen xoắn (Nmm) 38172 97650 Số vòng quay 1455 535 (vòng/phút) Trục II 5,2 3,15 292431 170 Sau chọn động phân phối tỉ số truyền, ta tính tốn truyền đai bánh 10 minhchienbku@gmail.com Xác định hệ số an tồn C theo cơng thức: Thép C35 ( = 304 ; = 255 ; 128 ) = / = / + + = 510 ; = 255 = 12,14 1,75.10,08/0,84 + 0,025.0 128 = = 10,39 1,5.6,35/0,78 + 0,0175.6,35 = Hệ số an toàn: = = + 12,14.10,39 12,14 + 10,39 = 7,89 > [ ] = 1,5 Do tiết diện C thỏa điều kiện mỏi trục 4.4 KIỂM NGHIỆM THEN TRỤC I Trục có hai then, với đường kính = 40 , ta chọn then có bề rộng = 12 , chiều cao ℎ = ; chiều sâu then trục = 5,0 ; chiều sâu then mayơ = 3,3 Chiều dài mayơ ta chọn 85 Chọn vật liệu cho then C35 Chiều dài l then: = 85 − 15 = 70 Kiểm tra độ bền dập theo công thức: ( = − = = 70 − 12 = 58; ℎ = = 2.97650 = 26,31 3,2.40.58 ; = 0,4ℎ = 3,2 ≤[ ): ] = 150 Kiểm tra then theo độ bền cắt: = = = 2.97650 = 7,01 12.40.58 ≤ [ ] = 80  Then đạt độ bền theo tính tốn TRỤC II Trục có then, với đường kính = 45 , ta chọn then có bề rộng = 14 , chiều cao ℎ = ; chiều sâu then trục = 5,5 ; 29 chiều sâu then mayơ = 3,8 Chiều dài mayơ ta chọn 70 Chọn vật liệu cho then C35 Chiều dài l then: = 70 − 14 = 56 Kiểm tra độ bền dập theo công thức: ( = − = = 56 − 14 = 42; ℎ = = ; 2.292431 = 85,96 3,6.45.42 ): = 0,4ℎ = 3,6 ≤[ ] = 150 Kiểm tra then theo độ bền cắt: = = = 2.292431 = 22,10 14.45.42 ≤ [ ] = 80  Then đạt độ bền theo tính tốn Bảng 4.1 Kiểm nghiệm then trục I trục II: Then (mm) Đường Chiều kính dài then (mm) bxh t1 l, mm Trục I 40 12x8 70 Trục II 45 14x9 5,5 56 Mômen T, Nmm 97650 292431 Bảng 4.2 Mômen xoắn trục I trục II: Đường kính Mơmen chống uốn mm W Trục I 40 5364,4 Nmm Trục II 45 7611,3 Nmm Bảng 4.3 Kiểm tra hệ số an toàn trục I trục II: Đường kính d, mm Trục I 40 0,84 0,78 15,52 8,38 Trục II 45 0,84 0,78 12,08 6,35 30 minhchienbku@gmail.com ( ) ( 26,31 85,96 ) 7,01 22,10 Mômen cản xoắn Wo 11647,6 Nmm 16557,5 Nmm s 4,8 12,14 15,7 10,39 4,6 7,89 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ Ổ LĂN 5.1 CHỌN Ổ LĂN TRỤC I Lực hướng tâm tác dụng ổ A: = + = = 639,5 Lực hướng tâm tác dụng ổ B: = + = 1736,5 + 308,3 = 1763,7 Lực dọc trục tác động lên ô lăn A: = 560,5 Ta có ổ A có lực dọc trục nhỏ nên ta chọn ổ bi đỡ Theo phụ lục 9.1 tài liệu [2], chọn sơ ô bi đỡ cỡ trung ký hiệu 307 có: = 35 ; = 80 ; = 21 ; = 26200 ; = 17900 Chọn hệ số: = 1, = 1,2; =1 Xác định thành phần lực dọc trục sinh ra, đựa bảng 11.3 tài liệu [1] 560,5 = 0,031; 17900 560,5 = = 0,318 1763,7 = Ta chọn = 0,22; = = Vì > = = = 0,56; = 560,5 = 0,876; 639,5 = 1,99 = 0,22.639,5 = 140,7 = 0,22.1763,7 = 388,0 > 0, tải trọng dọc trục tính tốn ổ Blà: + = 560,5 + 388 = 948,5 = 388 31 Ta chọn ổ theo ổ bên trái (tại A) chịu tải trọng tác dụng lớn Tải trọng động quy ước : ) =( + = (0,56.1.639,5 + 1,99.948,5) 1,2.1 = 2694,8 Tuổi thọ tính theo triệu vòng: = 60 10 = 6.300.8 = 14400 = 535 ò / ℎú Trong đó: ⟹ = 60.535.14400 = 462,24 10 ệ ò Khả tải động tính tốn: = √ = 2694,8 462,24 = 20836 < = 26200 Vậy chọn ổ lăn cỡ trung phù hợp Tuổi thọ xác đinh theo công thức sau: = 26200 2694,8 = = 10 60 = = 919 10 919 = 28,6 60.535 ệ ò ≈ 11,9 ă 5.2 CHỌN Ổ LĂN TRỤC II Lực hướng tâm tác dụng ổ A: = + = 31,3 + 1271,5 = 1271,9 Lực hướng tâm tác dụng ổ B: = + = 979,1 + 1271,5 = 1604,8 Lực dọc trục tác động lên ô lăn A: 32 minhchienbku@gmail.com = 560,5 Ta có ổ A có lực dọc trục nên ta chọn ổ bi đỡ Theo phụ lục 9.1 tài liệu [2], chọn sơ ô bi đỡ cỡ nhẹ ký hiệu 209 có: = 45 ; = 85 ; = 19 ; = 25700 ; = 18100 Chọn hệ số: = 1, = 1,2; = Xác định thành phần lực dọc trục sinh ra, đựa bảng 11.3 tài liệu [1] 560,5 = 0,031; 18100 525,4 = = 0,383; 1372,5 525,4 = = 0,312 1683,3 = = 0,22; ta chọn = = Vì > = 0,56; = 1,99 = 0,22.1271,9 = 279,8 = 0,22.1604,8 = 353,1 > tải trọng dọc trục tính tốn ổ là: = = = 353,1 + = 560,5 + 353,1 = 913,6 Ta chọn ổ theo ổ bên trái chịu tải trọng tác dụng lớn Tải trọng động quy ước : ) =( + = (0,56.1.1271,9 + 1,99.913,6) 1,2.1 = 3036,4 Tuổi thọ tính theo triệu vòng: = 60 10 = 6.300.8 = 14400 = 170 ò / ℎú Trong đó: ⟹ = 60.170.14400 = 146,9 10 33 ệ ò Khả tải động tính toán: = √ = 3036,4 146,9 = 1271,9 < = 25700 Vậy chọn ổ lăn cỡ nhẹ phù hợp Tuổi thọ xác đinh theo công thức sau: = = = 10 60 = 25700 3036,4 = 383,8 10 383,8 = 37,6 60.170 ệ ò = 15,6 ă 5.3 KẾT LUẬN Bảng 5.1 Kết tính toán chọn ổ lăn: Trục Ký hiệu I II 208 209 Tải trọng động quy ước (N) 2694,8 3036,4 Khả tải tính tốn (N) 20836 1271,9 34 minhchienbku@gmail.com Tuổi thọ (triệu vòng) 919 383,8 Tuổi thọ (ngàn giờ) 28,6 37,6 CHƯƠNG CHỌN DẦU BÔI TRƠN CHO HỘP GIẢM TỐC = 381,5 Vì ta có ứng suất tiếp xúc Vận tốc vòng: 2,2 / Độ rắn bề mặt : 250 = 260 Nên ta có: = 10 = 10 260 381,5 = 172 2,2 Theo đồ thị hình 13.9 tài liệu [1], ta chọn dầu bơi trơn có = 60 10 / Theo bảng 13.1 tài liệu [1], ta chọn dầu bôi trơn 35 68 BÀI BỘ TRUYỀN VÍT ME – ĐAI ỐC CHƯƠNG TÍNH VÍT VÀ ĐAI ỐC CƠ CẤU TAY GẠT Tính vít đai ốc cấu tay gạt Tải trọng 2F tác dụng lên đai ốc, chiều dài vít l (giá trị theo bảng) Dựng biểu đồ nội lực mơmen xoắn Hình 7.1 Cơ cấu tay gạt Bảng số liệu: P.A ( ) ( ) 700 Biên dạng ren Ren vng Chọn thép thường hóa C45 ( = 390 ) Đai ốc, chọn đồng Br Al9Fe3 Ứng suất cho phép: - Đối với vít: 390 [ ]=[ ]= = = 130 - Đối với đai ốc: [ ] = 40 ; [ ] = 45 - Áp suất cho phép cặp thép – đồng thanh: [ ] = 10 ( Ren vuông chọn hệ số =1 Hệ số chiều cao đai ốc, đai ốc nguyên, ta chọn sau: Đường kính trung bình ren: 36 minhchienbku@gmail.com ) = 1,5 d = = [ ] [ ] = 2.9000 = 19,54 1,5.10.1 Ta chọn theo tiêu chuẩn ren hệ mét: = 30 ; = 3.5 ; ℎ = 1,75 = 26,5 ; = 28,25 ; Góc nâng ren vít: = = 3,5 ⟹ 20 = arctan ; 3,5 = 3,18 20 Góc ma sát qui đổi: = arctan( ) = arctan(0,1) = 5,71 < Vì , truyền vít me - đai ốc có khả tự hãm Số vòng ren đai ốc: = ℎ[ ] = 2.9000 = 11,59 28,25.1,75.10 = 12 ò Ta chọn Chiều cao đai ốc: = = 12.1,75 = 21 Hiệu suất truyển: ƞ = 0,9 ( + ) (3,18 ) = 0,32 (3,18 + 5,71 ) = 0,9 Kiểm tra độ bền theo ứng suất cho phép: - Mômen ren: = ( + ) = 2.9000 28,25 = 39769 + Ứng suất tiết diện nguy hiểm vít: = = 16 = 16.39769 = 10,88 26,5 + Ứng suất pháp tiết diện nguy hiểm vít: = = 4.2.9000 = 32,64 26,5 37 (3,18 + 5,71 ) + Ứng suất tương đương: đ = ⟹ + = 10,88 + 32,64 = 57,57 < [ ] = 120 đ => Điều kiện bền thỏa Kiểm tra thân vít theo điều kiện ổn định: Độ mềm vít: 4.1.700 = = = = 105 26,5 ≥ Tra bảng 8.4 tài liệu [1] cơng thức: = ( ) = , tải trọng tới hạn xác định theo 64 = ( ) 26,5 64 = 97518,5 (1.700) 10 Hệ số an toàn: 97518,5 = 5,4 ≥ [ ] = 2.9000 ⟹ Thỏa điều kiện 10 Xác định kích thước đai ốc (với [ ] = 50 ) = = Đường kính đai ốc: 5,2 + [ ] ≥ ⇒ ℎọ = 5,2.18000 + 30 = 38,67 50 = 40 Đường kính vành đai ốc D1: ≥ + [ ] ⇒ ậ = 4.18000 + 40 = 45,37 50 = 45,37 Chiều cao vành đai ốc : = 3.5 = 21 =6 3,5 38 minhchienbku@gmail.com  Biểu đồ nội lực mơmen tren trục vít: Hình 7.2 Biểu đồ nội lực mômen 39 BÀI MỐI GHÉP REN CHƯƠNG TÍNH TỐN MỐI GHÉP REN TRÊN GIÁ ĐỠ Một giá đỡ chịu tác dụng tải trọng F = 8000 N giữ chặt nhóm bulơng hình Sử dụng mối ghép bulơng có khe hở Vật liệu bulơng thép CT3 có giới hạn bền kéo cho phép [ k] = 100 MPa Hệ số ma sát ghép f = 0,20, hệ số an toàn k =1,3 Hãy xác định: a) Tải trọng lớn tác dụng lên bulông b) Xác định lực xiết V c) Xác định đường kính d1 chọn bulơng Hình 8.3 Kết cấu giá đỡ Bảng số liệu PA F, N 8000 l,mm 450 b, mm 320 a,mm , rad 600 /6 Trọng tâm nhóm bulơng G hình vẽ Dời lực F trọng tâm G nhóm bulơng ta thay lực F đặt G mômen ngẫu lực M = F×c với c khoảng cách từ G tới giá lực F 40 minhchienbku@gmail.com Hình 8.24 Phân tích lực tác dụng Hình 8.35 Điểm đặt lực = (30 ) = 450 + 160 (30 ) (30 ) = 469,7 Tại G có = 8000 = = 8000.469,7 = 37,6 10 Lực F tác dụng vào bulông = = = = /4 = 8000/4 = 2000 Do nhóm có bulơng có khoảng cách đến trọng tâm G = = = = = + = 340 Nên lực M tác dụng lên bulông: 41 = 600 + 320 = = = = = 37,6 10 = 2764,7 4.340 Như hình vẽ bulơng chịu lực lớn nhất: = / = ⟹ = − / = + +2 = + − 30 = −1,92 ≈ = 2000 + 2764,7 = 4764,7 Sử dụng phương án bulơng lắp có khe hở lỗ bulông  Lực xiết: = = 1,3.4764,7 = 30970,5 1.0,2 Với hệ số = 1,3; = 0,2; bulơng Tính đường kính = 4.1,3 = [ ] = 1; = = 4764,7 4.1,3.30970,5 = 22,6 100 Theo bảng 17.7 tài liệu [1], ta chọn bulơng M27 có 42 minhchienbku@gmail.com = 23,752 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [2] Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập Chi tiết máy, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2015 [3] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí, NXB Giáo Dục 43 ... Tính tốn thiết kế trục Chọn nối trục, then Chọn ổ lăn Chọn dầu bôi trơn Bài tập lớn số - Bộ truyền vít me – đai ốc Bài tập lớn số - Mối ghép ren Báo cáo cuối kỳ SƠ ĐỒ 11.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN... minhchienbku@gmail.com ĐỀ TÀI NỘI DUNG Tuần lễ 1-2 3-4 5-6 8-9 10 11 12 13 14 15 Nội dung thực Bài tập lớn số – Thiết kế hệ thống truyền động máy làm chi tiết dập Tìm hiểu truyền động khí máy Xác... 34 Chương 6: Chọn dầu bôi trơn cho hộp giảm tốc 35 Bài BỘ TRUYỀN VÍT ME – ĐAI ỐC Chương 7: Tính vít đai ốc cấu tay gạt 36 Bài MỐI GHÉP REN 40 Chương 8: Tính tốn mối ghép