Thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng (đồ án chi tiết máy)

Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy Lời nói đầu Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây là thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc hai cấp trục vít bánh răng với yêu cầu về lực cũng nh vận tốc và các đặc trng khác . Đồ án môn học chi tiết máy với bớc đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kế các chi tiết máy trong lĩnh vực cơ khí nhằm nâng cao kỹ năng tính toán , hiểu sâu hơn về kiến thức đã học . Nội dung đồ án môn học chi tiết máy bao gồm . Tính toán chọn động cơ cho hệ dẫn động băng tải . Tính toán bộ truyền trong và bộ truyền ngoài . Thiết kế trục và chọn ổ lăn . Tính toàn vỏ hộp và các chi tiết khác . Tính toán bôi trơn . Đồ án môn học chi tiết máy là tài liệu dùngđể thiết kế chế tạo các hệ dẫn động cơ khí , nhng đây không phải là phơng án tối u nhất trong thiết kế hệ dẫn động do những hạn chế về hiểu biết và kinh nghiệm thực tế . Trong đồ án này có tham khảo tài liệu Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí : Tập 1, Tập 2 : Trịnh Chất Lê Văn Uyển. Chi tiết máy Nguyễn Trọng Hiệp :Tập 1, Tập 2. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Hội đã hớng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này . Hà nội 9/2005. Nguyễn Văn Quỳnh Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 1 Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy Đề 21: Thiết kế hệ dẫn động băng tải F V B 5 4 2 3 1 H D T T1 T2 t1 t2 tck mm t T 1.Động cơ; T mm =1,4T 1 ; 2.Khớp nối ; T 2 =0,6T 1 ; 3.Hộp giảm tốc ; t 1 =4 h; 4.Bộ truyền xích ; t 2 =3 h; 5.Băng tải; t ck =8 h; *Số liệu cho trớc 1.Lực băng tải: F=9500N; 2. Vận tốc băng tải: v=0,2 m/s; 3.Đờng kính tang: D= 320mm; 4.Chiều cao tang : H=\ mm 5.Thời gian phục vụ: I h =21000 giờ 6.Số ca làm việc: soca=2; 7.Đặc tính làm việc : va đập nhẹ; Phần I I / Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền u: I.1 /Chọn động cơ a/Tính công suất Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 2 Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy +/Để đảm bảo cho bộ truyền động băng tải làm việc ổn định và ít rung động ta phải tính toán và chọn động cơ sao cho vừa đủ công suất không quá thừa nhằm tránh vợt tải và thừa tải quá nhiều . +/Từ yêu cầu: Lực kéo băng tải : F=9500 N. Vận tốc băng tải : v = 0,2 m/s. Công suất cần thiết trên trục động cơ P ct = . .100 . ch VF Trong đó: F=9500 N : Lực kéo băng tải V=0,2m/s :vận tốc băng tải ch :tổng hiệu suất của các khâu ch = k . tv . br . ol 4 . x = 0,99.0,80.0,97.0,992 4 .0,92 =0,6844 = i i i t t P P . 2 1 = 7969,0 8 3.6,04.1 2 = + P ct = . .100 . ch VF = 213,27969,0. 6844,0.1000 .2,0.9500 = (kW) b/Tính số vòng sơ bộ của trục động cơ n sb = n tg .u tbhộp .u tbngoài theo CT2.16 TL1 n tg = 94,11 320.14,3 2,0.1000.60 . . 1000.60 == V D Theo bảng 2.4 TL1 Chọn u tbhop = 80; u tbngoai =3 => n sb =11,94.80.3 = 2860,8; Do đó chọn động cơ K112M2 : ( theo bảng P1.1 TL1) Bảng thông số động cơ: N đc (v/p) P(Kw) Cos I k /I dn T k /T dn 2890 3 0,90 0,835 7,0 2,5 +/ Kiểm tra điều kiện mở máy 4,1 4,1 1 1 1 == T T T T mm Với Động cơ đã chọn có 5,2 = dn k T T > 4,1 1 = T T mm Vậy động cơ K112M2 đáp ứng đợc yêu cầu công suất, tốc độ và điều kiện mở máy I.2/ Phân phối tỉ số truyền (u) Tỷ số truyền của hệ dẫn động: u ch = 04,242 94,11 2890 == tg dc n n u ch =u hộp .u ngoài Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 3 Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy Dựa vào bảng 2.4 chọn u hộp =80,00; => u x = u ngoài = ;025,3 00,80 04,242 == hộp ch u u Hộp giảm tốc Trục vít Bánh răng u br =(0,05 0,06)u hộp =4,00 4,80 ; chọn u br = 5,00 => u tv = 00,16 00,5 00,80 = I.3/ Tính công suất,số vòng quay, mômem xoắn trên các trục +/Tính công suất trên các trục: P tg = )(90,1 1000 2,0.9500 1000 . KW VF == P III = )(909,2 992,0.92,0 90,1 . 22 KW P olx tg == P II = )(181,2 992,0.97,0 099,2 . KW P olbr III == P I = )(748,2 992,0.8,0 181,2 . KW P oltv II == P đc = )(776,2 99,0 748,2 KW P k I == +/Số vòng quay trên các trục n tg = )/(94,11. 1000.60 fvV D = n III = n tg .u x =11,94.3,025 =36,12 (v/f) n II = n III .u br =36,12.5,00 =180,60 (v/f) n I = n II .u tv =180,60.16,00 =2889,60 (v/f) +/Mômen xoắn trên các trục T= )/( )(.10.55,9 6 fvn kwP (Nmm) T tg = 1519682 94,11 90,1.10.55,9 6 = (Nmm) T III = 554968 12,36 099,2.10.55,9 6 = (Nmm) T II = 115330 60,180 181,2.10.55,9 6 = (Nmm) T I = 9082 6,2889 748,2.10.55,9 6 = (Nmm) Bảng thông số: Trục Trụcđ/c Trục I Trục II Trục III Trục tg P(kw) 3,00 2,75 2,18 2,09 1,90 u 16,00 5,00 3,025 n (v/f) 2890 2889,60 180,60 36,12 11,94 Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 4 Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy T(Nmm) 9082 115330 554968 1519682 II/ Tính toán thiết kế các bộ truyền II.1/ Thiết kế bộ truyền ngoài (xích) a/Chọn loại xích Vì tải nhỏ , va chạm nhẹ ,vận tốc thấp chọn xích con lăn b/Xác định các thông số của xích và bộ truyền Theo bảng 5.4 với u=3,025 chọn số răng xích Z 1 =25; Z 2 =3,025.25=75,625 Lấy Z 2 =76 <120 (=Z max ) Theo (CT5.13) Công suất tính toán +/ P t =P.K.K z .K n ; Trong đó P = P III =2,099 (Kw) :công suất cần truyền K z = 1 25 25 1 01 == Z Z :hệ số răng K n = 384,1 12,36 50 1 01 == n n :hệ số vòng quay Theo (CT5.4 ): K = K o . K a . K đc . K đ . K c . K bt = 1.1.1,1.1,3.1,25.1,3 =2,324; Theo bảng (5.6) K o =1 : hệ số ảnh hởng vị trí bộ truyền (đờng nối 2 tâm đĩa xích nằm nghiêng 1 góc <60 0 so với phơng nằm ngang) K a =1 : hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích (chọn a=40p) K đc =1,1 : hệ số kể dến ảnh hởng của việc điều chỉnh lực căng xích (điều chỉnh đợc bằng con lăn căng xích) K đ =1,3 : hệ số tải trọng động (va đập nhẹ) K c =1,25 : hệ số kể dến chế độ làm việc (2 ca) K bt =1,3 : hệ số kể dến ảnh hởng của việc bôi trơn (có bụi chất lợng bôi trơn đạt yêu cầu) P = 2,099.2,324.1.1,384 = 6,75 (kW); Theo bảng( 5.5) với n 01 =50 (v/f) chọn bộ truyền xích 1 dẫy có p =38,1 mm [P]= 10,5 > 6,75(kW) đồng thời p < p maz =50,8 (mm) +/ Khoảng cách trục a = 40.p = 40.38,1=1524 (mm) Theo (5.12) Số mắt xích x = a P ZZ ZZ p a 4 .)( 2 2 2 2 21 21 + + + = ;15,132 1524.14,3.4 1,38 .)2576( 2 7625 80 2 2 =+ + + chọn x c =132 ; & / Tính lại khoảng cách trục Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 5 Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy a * = ( ) [ ] +++ 2 12 2 2121 2).(5,05,025,0 ZZ ZZXZZXp CC = = [ ] );(1,1521 14,3 51 2101.5,0132101.5,01321,38.25,0 2 2 mm = + Để xích làm việc không quá căng cần giảm 1 lợng a a =0,003.a * =4,56 mm; Vậy khoảng cách trục là a=a * - a =1516,54 mm; +/ Số lần va đập của xích Theo (5.14 ) i = 456,0 132.15 12,36.25 15 11 == x nZ <[i] =20(1/s) theo (B5.9) c/ Kiểm nghiệm xích về độ bền Theo (5.15) s = vtd FFFK Q ++ 0 . Q: tải trọng phá hỏng (N); Theo (b5.2) Q =127kN=127000N ; q=5,5kg; K đ =1,7 doT mm /T 1 =1,4; F t : lực vòng F t =1000.P/v; ( với v= ;573,0 60000 12,36.1,38.25 60000 11 == ntZ ) = 3663 573,0 099,2.1000 = ( N); F 0 = 9,81.K f .q.a : lực căng do trọng lợng nhánh xích bị động sinh ra = 9,81.2.5,5.1,51654=163,65 N với K f =2 (đờng nối 2 tâm đĩa xích nghiêng 1 góc 60 0 so vói phơng nằm ngang ); F v :lực căng do lực li âm sinh ra F v = q.v 2 : lực căng do lực li tâm sinh ra =5,5.0,573 2 =1,8 N => s = 87,19 8,165,1633663.7,1 127000 = ++ >7=[s] (theo bảng5.10) Vậy xích đủ bền d/ Đờng kính đĩa xích Theo 5.17 &bảng 13.4 d 1 =p/sin( 1 / Z ) = 38,1/sin( 25/ ) = 303,99 mm; d 2 =p/sin( 2/ Z ) = 38,1/sin( 76/ ) = 921,96 mm ; d a1 =p.(0,5+cotg( 1 / Z ) = 320,64mm; d a2 = 940,22 mm; d f1 =d 1 -2r=303,99 - 2.11,22 = 281,55 mm; d f2 =899,52 mm; do r = 0,5025.d l +0,05 =11,22; d l =22,23 mm (theo bảng 5.2) e/ Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích ứng suất tiếp xúc trên mặt răng đĩa xích phải thoả mãn điều kiện Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 6 Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy H1 = + d vddtr KA EFKFK . ) .( .47,0 [ H ] [ H ] :ứng suất tiếp xúc cho phép K r =0,42 :hệ số ảnh hởng của số răng đĩa xích phụ thuộc vào Z (bảng trang 87) K đ =1,3 :hệ số tải trọng động (bảng5.6) K vđ =13.10 -7 .n 1 .p 3 .m :lực va đập trên m dãy xích =13.10 -7 .36,12.38,1 3 .1=2,6 K d =1 :hệ số phân bố không đều tải trọng không đều cho các dẫy (1dẫy xích) E=2,1.10 5 MPa :môđun đàn hồi A=395 mm 2 :diện tích chiếu của bản lề (bảng5.12 ) => H1 = 485 1.395 10.1,2).6,23,1.3663.(42,0 .47,0 5 = + < 600 (MPa) Theo bảng 5.11 Thép 45 tôi cải thiện đạt ứng sứât cho phép []=600MPa. Vậy dùng xích 1 dãy đảm bảo độ bền tiếp xúc cho đĩa xích Tơng tự đĩa 2: H2 < H1 < 600 (MPa); thoả mãn f/Xác định lực tác dụng lên trục F r =K x .F t =1,05.3663 = 3846 (N); (do K x =1,05 với bộ truyền nghiêng 1 góc 60 0 so với phơng nằm ngang) Bảng các thông số: CS cho phép : [P]=2,099 KW (1dẫy xích) Khoảng cách trục: a =1516,54 mm Bớc xích: p = 38,1 mm Đờng kính đĩa xích: d 1 /d 2 =303,99/921,96 mm Số dãy xích: m =1 Số răng đĩa xích: z 1 /z 2 =25/76 Số mắt xích: x=132 Chiều rộng đĩa xích (tr20.tl2) b m = 0,9B- 0,15=0,9.35,46- 0,15 =31,76 mm II.2/ Bộ truyền trục vít bánh vít a/Chọn vật liệu +/Tính sơ bộ vận tốc trợt v sb = 4,5.10 -5 .n 1 . 3 2 T =4,5.10 -5 .2890. 3 115330 =6,33> 5m/s (do n 1 =2890 v/f; T 2 =115330 (Nmm) theo mục I) Theo (B7.1) Với v sb >5 m/s chọn đồng thanh thiếc để chế tạo bánh vít (Mác pO 5-5-5) Trục vít làm bằng thép C chất lợng tốt (thép 45 tôi bề mặt đạt độ rắn HRC45). Theo bảng 7.1 với pO 5-5-5 đúc trong khuôn kim loại: Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 7 Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy b =200-250 (MPa ), ch =80-100 (MPa); +/ứng suất tiếp xúc cho phép: [ H ]=[ HO ].K HL ( theo công thức7.2); Trong đó: [ HO ] :ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 10 7 chu kỳ [ HO ]=(0,75-0,9) b = 0,9.230=207 (MPa); K KL :hệ số tuối thọ K KL = 8 7 10 HE N ; Với N HE :số chu kỳ thay đổi ứng suất tơng đơng N HE = 60. ii Max i tn T T 2 4 2 2 = 60. i i i Max i i t t n T T t . 2 4 2 2 = 60.180,60.21000(1.4/8+0,6 4 .3/8) =124,837.10 6 Vậy K KL = 8 6 7 10.837,124 10 =0,73; =>[ H ] =207.0,73 = 151,11 (MPa); +/ứng suất uốn cho phép: [ F ] = [ F0 ].K FL ; [ F0 ] :ứng suất uốn cho phép ứng với 10 6 chu kỳ do bộ truyền quay một chiều nên [ F0 ] =0,25. b +0,08. ch = 0,25.230+0,08.90 = 64,7(MPa); K FL :hệ số tuổi thọ K FL = 9 6 10 FE N ; Với N FE = 60. ii Max i tn T T 2 9 2 2 =60. i i i Max i i t t n T T t . 2 9 2 2 = = 60.180,60.21000.(1.4/8+0,6 9 .3/8) =114,64.10 6 K FL = 9 6 6 10.64,114 10 = 0,59045 => [ F ] =64,7.0,59045 =38,20 (MPa +/ứng suất quá tải: [ H ] max =4 ch =4.230 =920 (MPa); [ F ] max =0,8 ch =0,8.90 =72 (MPa); b/ Tính toán truyền dộng trục vít về độ bền +/Các thông số cơ bản của bộ truyền - Khoảng cách trục: a W = (Z 2 +q) 3 2 2 2 . . ].[ 170 q KT Z H H Do vận tốc lớn nên chọn Z 1 =2; =>Z 2 = u tv .Z 1 =16.2 = 32; Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 8 Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy K H = 1,1 1,3 :hệ số tải trọng q >(0,25 -0,3).Z 2 = 8 9,6 :hệ số đờng kính trục vít Chọn sơ bộ K H = 1,2 ; Theo bảng (7.3 ) chọn q=12,5; a W =(32+12,5) 3 2 5,12 2,1.115330 . 11,151.32 170 =106,4(mm); chọn a W =110 mm; - Mô đun dọc của trục vít m =2.a W /(Z 2 +q) = 2.110/(32+12,5) = 4,94 Chọn m = 5 theo tiêu chuẩn (bảng 7.3); - Hệ số dịch chỉnh x= m a WƯ - 0,5(q+Z 2 ) = 5 110 - 0,5(12,5+32) = - 0,25 ( - 0,7 ;0,7) ( thoả mãn dịch chỉnh); +/Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện: H = q KT a qZ Z H W . . 170 2 3 2 2 + [ H ] theo (7.19) - Tính lại vận tốc trợt v s = W 1W1 60000.cos .n.d ; - Góc vít lăn: =arctag xq Z 2 1 + = arctag 25,0.25,12 2 =9,46 0 ; -Đờng kính trục vít lăn: d W1 =(q+2x)m = (12,5 2.0,25).5 = 60 mm; v s = 0 46,960000.cos .60.289014,3 = 9,199 (m/s)>5(m/s); Vậy chọn vật liêu thoả mãn; - Hiệu suất của bộ truyền = 0,95. ( ) + W W tg tg = 0,95. ( ) 97,046,9 46,9 + tg tg = 0,86 ( Theo bảng 7.4 với v s =9,199 (m/s); suy ra góc ma sát: = 0,97 0 ) K H :hệ số tải trọng K H = K H . K HV ; K H :hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng; K HV :hệ số tải trọng động K H = 1+ Max m T T Z 2 2 3 2 1. Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 9 Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy T 2m =T 2i .t i n 2i /t i .n 2i = T 2Max (1.4/8+0,6.3/8) = 0,725 T 2Max K H = 1+ ( ) 725,01. 125 32 3 = 1,0046 (Với q=12,5 theo bảng (7.5 ) =>hệ số biến dạng của trục vít: =125) K HV =1,3 theo (b7.7) với v s = 9,19(m/s); cấp chính xác 8; =>K H = 1,0046.1,3 =1,306; Vậy H = 5,12 306,1.115330 110 5,1232 . 32 170 3 + =150,05(MPa) <151,11(MPa) = [ H ] Vậy đảm bảo độ bền tiếp xúc của bánh vít ; +/ Kiểm nghiện răng bánh vít về bền uốn: ứng suất uốn sinh ra tại chân bánh vít phải thoả mãn điều kiện: F = 1,4. n FF mdb KYT 22 2 [ F ]; m n :môđun pháp của bánh răng; m n = m. cos w =5.cos9,46= 4,93; Đờng kính trục và bánh vít d 1 =q.m=12,5.5= 62,5 mm; d 2 = m.Z 2 = 5.32 = 160 mm; d a1 =d 1 +2m = m(q+2) =72,5 mm; d a2 = m(Z 2 +2+2x) = 167,5mm; K F :hệ số tải trọng K F = K F . K FV ; với K F = K H = 1,0046; K FV = K Hv =1,3; =>K F =1,306; b 2 :chiều rộng vành răng bánh vít b 2 0,75. d a1 = 0,75.72,5= 54,375 mm; lấy b 2 =50 mm; Y F :hệ số dạng răng Y F =1,70 theo bảng 7.8 với Z v =Z 2 /cos 3 = 33,34 ; => F = 1,4. 93,4.160.50 306,1.70,1.115330 =9,09 < [ F ]=38,20(MPa); +/ Kiểm nghiệm bánh vít về quá tải Hmax = H . qt K = 150,05. 4,1 =177,54 <[ H ] max =920(MPa); Fmax = F .K qt = 9,09.1,4 =12,7 < [ F ] max = 72(MPa); c/ Tính nhiệt truyền động trục vít Nhiệt độ của dầu trong hộp giảm tốc trục vít phải thoả mãn t d =t o + )1.(. ).1.(1000 1 + AK P t [t d ]; t o :nhiệt độ môi trờng xung quanh; =0,86 (hiệu suất bộ truyền ); P 1 = 2,75 kW (công suất trên trục vít) K t =8 17,5W/(m 2 0 C) :hệ số toả nhiệt chọn Sinh viên: Nguyễn Văn Quỳnh Lớp CTM5-K47 - ĐHBKHN 10 . dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc hai cấp trục vít bánh răng với yêu cầu về lực cũng nh vận tốc và các đặc trng khác . Đồ án môn học chi tiết máy với. Thiết kế máy và Rôbốt Đồ án Chi tiết máy Lời nói đầu Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây là thiết kế hệ dẫn