Bài tập lớn môn cơ sở thiết kế máy

Bài tập 11: Hãy thiết kế truyền động đai (1-đai dẹt 2-đai thang), tải trọng ổn định, quay chiều, truyền đọng nằm ngang với thông số sau: Thông số Công suất cần truyền (kw) Số vòng quay trục dẫn (vg/phút) Số vòng quay trục bị dẫn (vg/phút) Số ca làm việc ngày Phương án 3.5 1450 480 Phương án 1460 500 Phương án 1.5 1460 600 Bài làm PHƯƠNG ÁN 1: a Thiết kế truyền đai dẹt: (TLTK_Thiết kế chi tiết máy Nguyễn Trọng Hiệp-Nguyễn Văn Lẫm) Do truyền động đai thiết kế sử dụng làm việc chế độ tải trọng ổn định nên ta chọn loại đai vải cao su Đường kính bánh đai nhỏ d1: d1  1100  13003 R1 3.5  1000  1100  13003  147.56  174,74 mm n1 1450 Chọn bán kính: d1=160 mm Kiểm tra vận tốc đai theo điều kiện: d1n1 V  (25  30) m/s 60.1000  160.1450   12,15 m/s 60.1000 Đường kính bánh đai lớn d2: d  1   ud1  1  0.01 1450 160  478,5 (mm) 480 Chọn d2=500 mm - Số vòng quay thực n’2 bánh bị dẫn: n'2  1   n1 - d1 160  1  0,011450  459 (vòng/phút) d2 500 Sai số số vòng quay: 480  459  4,4% 480 Sai số n nằm khoảng cho phép 3  5% , khơng cần phải tra lại d1 n  d2 Xác định khoảng trục a chiều dài đai L: - Chiều dài tối thiểu: LMin  V 12,15   4,05m  4050(mm) 35 Trang - Khoảng cách trục:  1  d1  d  a  L   4     d1  d      2d  d1     L       1  160  500   4050   4  =1497 mm - Kiểm nghiệm điều kiện:    160  500     2500  160    4050      a  d1  d   2160  500  1320(mm) Tuỳ theo cách nối đai, sau tính tốn xong cần tăng chiều dài đai thêm 100  400 mm Góc ơm 1 : d  d1 500  160  1800  57  167 a 1497 Thoả điều kiện 1  1200 đai chất dẻo 1  1800  57 Chiều dày chiều rộng đai: - Chiều dày: d h 160  h  4 d1 40 40 40 Chọn h=4   t 0  2,25 N/mm2 - Chiều rộng b đai: 100 RKd hV  t cb c cv Trong đó:  t 0  2,25 N/mm2 b cb=1, Kd=1,15   c   0,003 1800  1 = 1-,003(1800-1670)=0,961 100.3,5.1,15 Vậy b   30 mm 4.12,15.2,25.1.0,961.0,981 Chọn b=40 mm Chiều rộng B bánh đai: Chiều rộng B bánh đai d ẹt mắt bình thường: B = 1,1b+(10  15) = 1,1.40+10 = 54 mm Chọn B=50 mm Lực căng: 167     F  3F sin   3 h sin   3.1,8.40.4 sin  858,45 N  2  2 Trang b Thiết kế đai thang: Chọn loại đai: Giả sử vận tốc đai v>5 m/s, dùng đai loại A, O, b (bảng 5.13) Ta tính theo phương án chọn loại phương án có lợi Tiết diện đai: Định đường kính bánh nhỏ theo (bảng 5-14) lấy d1 (mm) Kiểm nghiệm vận tốc đai: n1d1 (m/s) v 60.100 v107, Ntđ2>107 nên hệ số chu kỳ ứng suất K N, =1 - Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh lớn  tx   N K N, =2,6.HB= 2,6 170= 442 N tx - Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh nhỏ  tx1   N K N, =2,6.HB= 2,6 200= 520 N tx Với  N tra bảng 3-9 Lấy trị số nhỏ  tx =442 N/mm2 để tính b.Ứng suất uốn cho phép mm mm tx Trang Số chu kỳ tương đương bánh lớn Ntđ2=82,95.107>No=5.106 Số chu kỳ tương đương bánh nhỏ Ntđ1=24,4.107>No=5.106  K N,,  Tính ứng suất uốn theo cơng thức (3-5) truyền làm việc chiều ,,  u  (1,4  1,6) 1 K N - nK  - Giới hạn mỏi uốn thép 50  1  0,42 *  b1  0,42 * 620  260,4 N Giới hạn mỏi uốn thép 35  1  0,42 *  b  0,42 * 500  210 N mm2 mm2 Lấy hệ số an toàn n=1,5 (thép rèn); hệ số tập trung ứng suất chân K  1,8 - Ứng suất uốn cho phép bánh nhỏ  u1  1,5.260,4.1  144,67 N mm2 1,5.1,8 - Ứng suất uốn cho phép bánh lớn  u  1,5.210.1  116,67 N mm2 1,5.1,8 Sơ lấy hệ số tải trọng K K= Ktt.Kđ=1,4 Chọn hệ số tải trọng bánh  A A  b  0,4 A Xác định khoảng cách trục A theo công thức (3-9)  1,05.10  KN  A  i  1    tx i   A n2  1,05.10  1,4.3,27  = 3,4  1   149,94mm  442.3,4  0,4.141,2 Lấy A=150mm Tính vận tốc vịng bánh chọn cấp xác chế tạo bánh Vận tốc vịng [cơng thức (3-17)] 2An1 2 150.480 m v 60.1000i  1  60.1000.3,4  1  1,71 s Với vận tốc theo bảng 3-11 chọn cấp xác Định xác hệ số tải trọng K K=Ktt.Kđ Với Ktt=1 (tải trọng khơng thay đổi) Kđ=1,45 (bảng 3-13) Ta có K=1,45 Sai số K  1,45  1,4  0,036  3,6% 107, Ntđ2>107 nên hệ số chu kỳ ứng suất K N, =1 - Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh nhỏ  tx1   N K N, =2,6.HB= 2,6 200= 520 N tx - Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh lớn  tx   N K N, =2,6.HB= 2,6 170= 442 N tx Với  N tra bảng 3-9 mm mm tx Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ  tx  442 N mm b.Ứng suất uốn cho phép - Số chu kỳ tương đương bánh lớn Ntđ2=82,95.107>No=5.106 - Số chu kỳ tương đương bánh nhỏ Ntđ1=24,4.107>No=5.106  K N,,  Tính ứng suất uốn theo cơng thức (3-5) truyền làm việc chiều (1,4  1,6) 1 K N,,  u  nK  - Giới hạn mỏi uốn thép 45  1  0,43 *  b1  0,43 * 600  258 N Giới hạn mỏi uốn thép 35  1  0,43 *  b  0,43 * 500  215 N mm2 mm2 Lấy hệ số an toàn n=1,5 (thép rèn); hệ số tập trung ứng suất chân K  1,8 - Ứng suất uốn cho phép bánh nhỏ  u1  1,5.258.1  143,3 N mm2 1,5.1,8 - Ứng suất uốn cho phép bánh lớn  u  1,5.215.1  119,4 N mm2 1,5.1,8 3.Sơ lấy hệ số tải trọng K K= Ktt.Kđ=1,3 4.Chọn hệ số chiều rộng bánh Bộ truyền chịu tải trọng trung bình  A  b  0,3 A 5.Xác định khoảng cách trục A theo công thức (3-10), lấy   1,25  1,05.10  KN  A  i  1   3,4  13    i   n tx   A  1,05.10  1,3.3,27    149,45mm  442.3,4  0,3.1,25.141,2 Lấy A=150mm Trang Tính vận tốc vịng bánh chọn cấp xác chế tạo bánh Vận tốc vịng [cơng thức (3-17)] 2An1 2 150.480 m v 60.1000i  1  60.1000.3,4  1  1,71 s Với vận tốc theo bảng 3-11 chọn cấp xác 7.Định xác hệ số tải trọng K K=Ktt.Kđ Với Ktt=1 (tải trọng không thay đổi) Kđ=1,2 (bảng 3-14) Giả sử b> Ta có K=1,2 Sai số K  2,5.mn sin  1,3  1,2  0,036  7,7% 107, Ntđ2>107 nên hệ số chu kỳ ứng suất K’N=1 - Ứng suất cho phép bánh lớn  tx   N K N, =2,6.HB= 2,6 180= 468 N tx - Ứng suất tiếp xúc cho bánh nhỏ  tx1   N K N, =2,6.HB= 2,6 210= 546 N tx mm mm Trang 17 Với  N tra bảng (3-9) Lấy trị số nhỏ  tx =468 N/mm2 để tính b.Ứng suất uốn cho phép: - Số chu kỳ tương đương bánh lớn Ntđ2=8,709.107>No=5.106 - Số chu kỳ tương đương bánh nhỏ Ntđ1=24,39.107>No=5.106  K N,,  - Tính ứng suất uốn theo cơng thức (3-5) truyền làm việc chiều ,,  u  (1,4  1,6) 1 K N tx nK  - Giới hạn mỏi uốn thép 45  1  0,42 *  b  0,42 * 600  252 N Giới hạn mỏi uốn thép 35  1  0,42 *  b  0,42 * 500  210 N mm2 mm2 Lấy hệ số an toàn n=1,5 (thép rèn); hệ số tập trung ứng suất chân K  1,8 - Ứng suất uốn cho phép bánh nhỏ  u1  1,4.252.1  130,67 N mm2 1,5.1,8 - Ứng suất uốn cho phép bánh lớn  u  1,4.210.1  108,89 N mm2 1,5.1,8 3.Sơ lấy hệ số tải trọng K K= Ktt.Kđ=1,3 4.Chọn hệ số tải trọng bánh  A A  b  0,4 A 5.Xác định khoảng cách trục A theo công thức (3-9)  1,05.10  KN  A  i  13   2,8  13    i  n tx   A 2  1,05.10  1,3.3,16    193mm 468 , , 50 ,   Lấy A=193mm Tính vận tốc vịng bánh chọn cấp xác chế tạo bánh răng: Vận tốc vịng [cơng thức (3-17)] 2An1 2 193.141,2 m v 60.1000i  1  60.1000.2,8  1  0,75 s Với vận tốc theo bảng 3-11 chọn cấp xác 7.Định xác hệ số tải trọng K K=Ktt.Kđ Với Ktt=1 (tải trọng khơng thay đổi) Kđ=1,1 (bảng 3-13) Ta có K=1,1 Sai số K  1,3  1,1  0,15  15% >5% khác với trị số dự đoán nên cần điều chỉnh 1,3 lại khoảng cách trục A Trang 18 A  Asb K 1,1  1933  182,5mm K sb 1,3 8.Xác định modun, số răng, chiều rộng bánh xác định xác khoảng cách trục A: - Môđun: m=(0,01  0,02).A=(0,01  0,02).182,5=(1,825  3,65)mm Trị số mô đun lấy theo tiêu chuẩn (bảng 30-1), m=2,5mm - Số bánh dẫn (bánh nhỏ): Z1  2A 2.182,5   38,4 mi  1 12,52,8  1 Lấy Z1=39 - Số bánh lớn: Z2=i.Z1=3.39=109,2 Lấy Z2=110 - Xác định xác khoảng cách trục A: A=0,5m(Z1+Z2)=0,5(39+110)2,5=186,25mm - Chiều rộng bánh răng: b= A A  0,4.186,25  74,5mm 9.Kiểm nghiệm lại sức bền uốn - Số tương đương Bánh nhỏ: Ztđ1=Z1=39 Bánh lớn: Ztđ2=Z2=110 - Theo bảng 3-18 số tương đương tìm hệ số dạng Bánh nhỏ: y1=0,471 Bánh lớn: y2=0,517 - Kiểm nghiệm ứng suất uốn chân bánh nhỏ [công thức (3-33)]  u1  19,1.10 KN 19,1.10 6.1,1.3,16   54,97 N mm y1m Z1nb 0,471.(2,5) 39.141,2.74,5   u1   u1   130,47 N / mm2 - Ứng suât uốn chân bánh lớn [công thức (3-40)]  u   u1 y1 0,471  54,97  50,08 N mm y2 0,517   u   u   108,89 N / mm2 10 Kiểm nghiệm sức bền chịu tải đột ngột - Ứng suất tiếp xúc cho phép [công thức (3-43)]:  txqt1  2,5 N  2,5.2,6.210  1365 N Bánh nhỏ: otx1 Bánh lớn: - otx  2,5.2,6.180  1170 N Ứng suất uốn cho phép [công thức (3-46)]:  uqt1  0,8. ch1  0,8.300  240 N Bánh nhỏ: Bánh lớn: -  txqt2  2,5 N mm2 mm2 mm2  uqt2  0,8. ch  0,8.260  208 N mm2 Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc [công thức (3-13) (3-41)] Trang 19  txqt   tx K qt   1,05.10 A.i i  13 KN bn2 1,05.10 3,8 3.1,1.3,16.1  453,79 N mm 186,25.2,8 74,5.50,4 Ứng suất tiếp xúc tải nhỏ trị số ứng suất cho phép bánh lớn bánh nhỏ - Kiểm nghiệm sức bền uốn [công thức (3-42) ] Bánh nhỏ:  uqt1   u1 K qt  130,67 N   uqt1 mm Bánh lớn:  uqt2   u K qt  108,89 N mm2   uqt2 11.Các thông số hình học truyền - Mơdun: m=2,5 - Số răng: Z1=39; Z2=110 - Góc ăn khớp:   20 - Đường kính vịng chia (vịng lăn): dc1=d1=mZ1=2,5.39=97,5 mm dc2=d2=mZ2=2,5.110=275 mm - Khoảng cách trục A=186,25 mm - Chiều rộng bánh b=74,5 mm - Đường kính vịng đỉnh: De1=dc1+2m =97,5+2.2,5=102,5 mm De2=dc2+2m= 275+2.2,5=280 mm - Đường kính vịng chân: Di1=dc1-2m-2c=dc1-2m-2.0,25m=dc1-2,5m=97,5-0,25.2,5=91,25 mm Di2=dc2-2m-2c=dc2-2m-2.0,25m=dc2-2,5m=275-0,25.2,5=268,75 mm 12 Tính lực tác dụng lên trục [công thức (3-49)] 2M x 2.9,55.106 N 2.9,55.106.3,16    4384,1N d1 d1n1 97,5.141,2 - Lực vòng: P - Lực hướng tâm: Pr=Ptg  = 4384,1.tg200=1595,68 N Trang 20 Bài 14: Hãy thiết kế truyền động trục vít – bánh vít với thơng số sau: Thơng số Cơng suất cần truyền (kw) Số vịng quay trục dẫn (vg/phút) Số vòng quay trục bị dẫn (vg/phút) Thời gian làm việc 2ca/ngày - Năm - Ngày/năm Phương án 3.5 480 21,82 Phương án 450 22,5 Phương án 1.5 400 16,67 năm 360 ngày năm 360 ngày năm 360 ngày Giải PHƯƠNG ÁN 1: Giả thiết vận tốc trượt trung bình vt=2  5, vành bánh vít chế tạo đồng nhơm sắt bpA k 9-4; trục vít chế tạo thép 45 tơi cải thiện có HRC < 45 Định ứng suất cho phép bánh vít theo bảng 4-4:  0u  92 N / mm2 ;  tx  160N / mm2 (Theo bảng 4-5 đồng có độ cứng cao  bk  300 N/mm2, ứng suất chọn theo điều kiện tránh dính trường hợp trị số ứng suất tiếp xúc không phụ thuộc vào số chu kì ứng suất) Số chu kì làm việc: N = 21,82.2.8.60.5.360=3,78.107 K" 10 10 8  0,635 N 3,78.10 Từ [bảng 4-4] tra trị số ứng suất uốn cho phép nhân với trị số K”N tương ứng, ta có:  0u  92.0,365  58,42N / mm2 Tỉ số truyền i chọn số mối ren trục vít số ren bánh vít: i - 480  22 21,82 Chọn số mối ren trục vít Z1=2, Số bánh vít Z  iZ  2.22  44 Tính lại tỉ số truyền: Trang 21 i - Z 44   22 Z1 Số vòng quay thực phút bánh vít: n1 480   21,82vg / ph i 22 n2t  Chọn sơ trị số hiệu suất  hệ số tải trọng K: Với Z1=2 chọn   0,8 Cơng suất bánh vít: N  .N1  0,8.3,5  2,8KW Định sơ K=1,1 (giả thiết v2 < m/s) Định m q: Theo công thức 4-9: 2  1,45.106  KN  1,45.10  1,1.2,8   m q      18,16  160.44  21,82   tx Z  n2t Chọn m=10, q=8 có m3 q =20 Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất hệ số tải trọng: - Vận tốc trượt [công thức (4-11)]: vt  m.n 10.480 t  q2   82  2,073m / s 19100 19100 Để tính hiệu suất ,theo bảng 4-8 lấy hệ số ma sát f= 0,035; =2 Với Z1=2 q=8 theo bảng 4-7 tìm góc vít   14002'10" - Hiệu suất [công thức (4-12) ]: tg tg140 2'10"   0,96  0,98  0,96  0,835 tg    ' tg 140 2'10" Trị số hiệu suất tìm khơng chênh lệch nhiều so với dự đốn nên khơng cần phải tính lại cơng suất bánh vít N2 - Vận tốc vịng bánh vít [công thức (4-15) ]: d n2  mZ n2  10.44.21,82 v2  60.1000  60.1000  60.100  0,5m / s Vì tải trọng khơng thay đổi giả thiết v2