THIẾT KẾ, GIA CÔNG CHI TIẾT VÀ LẮP RÁP MÁY ĐỀ TÀI: HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP NÓN TRỤ Giáo viên hướng dẫn: TS. LÊ HOÀI NAM TS. PHẠM ANH ĐỨC TS. ĐỖ LÊ HƯNG TOÀN Lớp: 18CDTCLC (18.06A) Đà Nẵng, tháng 92020 LỜI NÓI ĐẦU Trong cuộc sống chúng ta có thể bắt gặp những hệ thống truyền động ở khắp nơi và có thể nói nó đóng vai trò nhất định trong cuộc sống cũng như trong sản xuất. Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì có thể nói hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu. Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn Nguyên Lý Máy, Chi Tiết Máy, Truyền động Cơ Khí,… và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế cơ khí. Công việc thiết kế hộp giảm tốc giúp chúng ta hiểu kỹ hơn và có cái nhìn cụ thể hơn về cấu tạo cũng như chức năng của các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn,…Thêm vào đó trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ hình chiếu với công cụ AutoCad 2D và đặc biệt chúng em được các Thầy hướng dẫn những phần mền 3D mới đặc biệt đang học để làm đồ án đó là phần mềm Fusion 360, điều rất cần thiết với một kỹ sư Cơ Khí. Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS.Phạm Anh Đức, TS.Lê Hoài Nam, TS Đỗ Lê Hưng Toàn và các bạn trong khoa Cơ Khí đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án. Với kiến thức còn hạn hẹp, do đó thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em mong nhận được ý kiến từ thầy cô và bạn bè để đồ án này được hoàn thiện hơn. Sinh viên thực hiện. THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG Thiết kế hộp giảm tốc kiểu hai cấp nón trụ dẫn động cơ cấu nâng với sơ đồ động như hình 1. Hình 1: Sơ đồ động học 1.Động cơ điện, 2.Bộ truyền đai dẹt, 3.Hộp giảm tốc, 4.Khớp nối, 5.Tang Hình 2: Đồ thị thay đổi của tải trọng (momen xoắn) tác dụng lên hệ thống theo thời gian t Số liệu thiết kế: Lực kéo cáp: P = 4000 N. Vận tốc kéo cáp: V = 1,2 ms. Đường kính tang: D = 340 mm. Đặc tính tải trọng: Tải trọng thay đổi, rung động nhẹ. Thời gian phục vụ: T= 5,5 năm,18 giờ,310 ngày. π=3,14159265 PHẦN 1: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.1 Chọn công suất động cơ điện: Ta có số liệu ban đầu: P = 4000 N V = 1,2 ms D = 340 mm 1.2 Tính toán công suất cần thiết của động cơ: Ta có: N_ct= N_tang(η )=N_đt(η ) Do động cơ làm việc ở chế độ dài hạn với phụ tải thay đổi nên công suất trên tải ta cần xác định công suất đẳng trị: N_tang=N_đt=(M_đt×n_tang)9550(Kw) Trong đó: M_đt: là momen đẳng trị (N.m). n_tang: số vòng quay của trục tang trên trục công tác. Ta có: M_đt=√(∑_(k=1 )n▒〖M_k2×t_k 〗)(∑_(k=1)n▒t_k )=√((1,3M)2×130+M2×15+〖(0,3M)〗2×10)30 M là momen trên tang: M=P×R=4000×170×10(3)= 680 (N.m) =>Ta có: M_đt≈90,54 (N.m) n_tang=(60×1000×v)(π×D)=60.1000.1,2(π.340)≈67,44 (VòngPhút) Suy ra: N_đt≈1,47 (Kw) Với η : hiệu suất (lấy số liệu từ bảng 2.1 trang 27 Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998). η= 〖η 〗_brt×〖η_đ 〖×η〗4〗_ol×η_brn×η_k=0,95×0,95×〖0,99〗4×0,95.1 ≈0,824 〖η 〗_brt: bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng (kín). (0,96÷0,98) 〖η 〗_đ: bộ truyền đai dẹt (hở). (0,95 ÷ 0,96) 〖η 〗_ol: bộ truyền ổ lăn. (0,99 ÷ 0,995) 〖η 〗_k: bộ truyền khớp nối. ( 0 1) 〖η 〗_brn: bộ truyền bánh răng nón thẳng (kín). ( 0,95 ÷ 0,97) Chọn 〖η 〗_brt=0,95, 〖η 〗_đ=0,95, 〖η 〗_ol=0,99, 〖η 〗_k=1, 〖η 〗_brn=0,95 Suy ra: N_ct=N_tang(η )=N_đt(η )=1,470,824≈1,78 (Kw) 1.3 Chọn công suất động cơ điện 〖N 〗_ct: Tra bảng 2P trang 321323 đối với động cơ không đồng bộ ba pha Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998. Kiểu động cơ Công suất Vận tốc (VòngPhút) Hiệu suất η (%) 〖M_mM〗_đm AO2(AOJI2)314 2,2 1430 82,5 1,8 Suy ra: Dựa vào điều kiện mở máy, nên chọn công suất động cơ điện có tên: A02514. Chọn động cơ điện: N_đc=2,2 (Kw) vì N_đc≥N_ct n_đc=1430 (VòngPhút) Tính toán tỷ số truyền: Tỷ số truyền: i_chung=i_ngoai×i_hop=i_đ×i_br Chọn i_ngoai=2 Từ đó suy ra: i_hop=i_chungi_ngoai =10,6 (thõa mãn tỷ số truyền hộp giảm tốc hai cấp bánh răng nón trụ nằm trong khoảng ( 8÷15). Số vòng quay đồng bộ của động cơ: n_chung=n×i_chung=67,44×20 =1348,8 (VòngPhút) Phân phối tỷ số truyền: i_chung=n_đcn_tang =143067,44≈21×2 Tỷ số truyền : i_nhanh=i_non=(0,220,28)×i_hop=0,22×i_hop=0,22×10,6 =2,332 i_cham=i_tru=i_hopi_non =10,62,332=4,545454545 Suy ra: i_nhanh≈2,3 i_cham≈4,5 Kiếm tra sai số cho phép về tỷ số truyền: i_t=i_đ×i_nhanh×i_cham=2×2,3×4,5=20,7 ∆_i=(ii_t)i×100%=(21,220,7)21,2×100%≈0,02%Ta có: (Vịng/Phút) Suy ra: Với : hiệu suất (lấy số liệu từ bảng 2.1 trang [27] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998) : truyền bánh trụ thẳng (kín) : truyền đai dẹt (hở) (0,95 0,96) : truyền ổ lăn : truyền khớp nối : truyền bánh nón thẳng (kín) Chọn , , , , Suy ra: 1.3 Chọn công suất động điện : Tra bảng 2P trang [ 321-323] động không đồng ba pha Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Kiểu động Cơng suất Vận tốc Hiệu suất (Vịng/Phút) (%) AO2(AOJI2)31-4 2,2 1430 82,5 1,8 Suy ra: Dựa vào điều kiện mở máy, nên chọn công suất động điện có tên: A02-51-4 1.4 Chọn động điện: 1.5 Tính tốn tỷ số truyền: - Tỷ số truyền: Chọn Từ suy ra: (thõa mãn tỷ số truyền hộp giảm tốc hai cấp bánh nón trụ nằm khoảng ( ) - Số vòng quay đồng động cơ: Vòng/Phút - Phân phối tỷ số truyền: - Tỷ số truyền : Suy ra: 1.6 Kiếm tra sai số cho phép tỷ số truyền: (Thõa mãn điều kiện sai số cho phép) Bảng Tóm Tắt Các Thông Số: Thông số trục i Động n (Vòng/Phút) 1430 N ( Kw) 2,2 I II PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN 2.1 Bộ truyền đai dẹt: III Thông số đầu vào: Công suất: Số vòng quay: Tỷ số truyền: 2.1.1 Chọn loại đai: - Vì động điện có cơng suất nhỏ nên chọn Đai vải cao su: có sức bền tính đà hồi cao, ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm 2.1.2 Chọn đường kính bánh đai: Đường kính bánh dẫn tính theo cơng thức Xavêrin: Áp dụng công thức Xaverin (56) trang [84] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Trong đó: : cơng suất trục dẫn (Kw) : số vòng quay phút trục dẫn Suy ra: Dựa vào bảng (5-1) trang [85] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Chọn theo tiêu chuẩn: (m/s) nằm phạm vi cho phép - Đường kính bánh đai lớn: Ta lấy: Dựa vào bảng (5-1) trang [85] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Chọn - Số vòng quay thực phút bánh bị dẫn: - Sai số vòng quay so với yêu cầu: Suy dưới: thõa mãn điều kiện 2.1.3 Tính khoảng cách trục A: - Sơ chọn khoảng cách trục A theo bảng dựa theo tỷ số truyền i đường kính bánh đai Dựa vào công thức (5-9) trang [85] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Trong đó: : chiều dài tối thiểu đai : số vòng quay đai phút, Suy ra: Chọn: Dựa vào công thức (5-2) trang [82] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 ta có cơng thức tính khoảng cách trục A theo sau: Điều kiện thõa mãn khoảng cách trục: (Thoả mãn) 2.1.4 Tính chiều dài đai L: Sau tính lại L theo A công thức (5-1) trang [83] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 2.1.5 Góc ơm bánh đai: Áp dụng công thức (5-3) trang [83] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Kiểm nghiệm lại điều kiện theo (5-6) trang [86] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Suy ra: Kiểm tra điều kiện: 2.1.6 Xác định tiết diện đai: Đề hạn chế ứng suất uốn tăng ứng suất có ích cho phép đai, chiều dày đai chọn theo tỷ số: Dựa vào bảng (5-2) trang [86] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 để chọn Sao cho: Dựa theo bảng 5-3 trang [87] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Ta chọn trị số - Xác định chiều rộng đai để tránh xảy trượt trơn đai bánh đai: Dựa vào công thức (5-13) trang [86] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Ta tính chiều rộng đai: Bảng 5-3 trang [87] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 Dựa vào bảng (5-5) trang [89] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 để chọn [ Dựa vào bảng (5-6) trang [89] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 để chọn hệ số ảnh hưởng chế độ tải trọng Dựa vào bảng (5-7) trang [90] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 để chọn hệ số ảnh hưởng góc ơm Dựa vào bảng (5-8) trang [90] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 để chọn hệ số ảnh hưởng vận tốc Dựa vào bảng (5-9) trang [91] Tài liệu tham khảo: “Thiết kế chi tiết máy”, Nguyễn Trọng Hiệp, 1998 để chọn hệ số bố trí truyền [ 10 Thiết kế hộp giảm tốc kiểu hai cấp nón trụ dẫn động cấu nâng với sơ đồ động hình Hình 1: Sơ đồ động học 1.Động điện, 2.Bộ truyền đai dẹt, 3.Hộp giảm tốc, 4.Khớp nối, 5.Tang THIẾT KẾ CHI TIẾT TRỤC Lựa chọn chi tiết: -Hộp giảm tốc dùng cặp ổ lăn, cặp bánh nón thẳng, cặp bánh trụ thẳng trục -1 cặp bánh nón thẳng cấp nhanh: Đối với bánh nhỏ dùng thép C45 thường hóa, bánh lớn dung thép 35 thường hóa -1 cặp bánh trụ thẳng: Đối với bánh nhỏ dùng thép C45 thường hóa, bánh lớn dung thép 35 thường hóa -3 trục bánh răng: Dùng thép C45 thường hóa Phân tích kĩ thuật điều kiện làm việc chi tiết: - Hộp giảm tốc chi tiết thông dụng công nghiệp Tuy thuộc vào điều kiện làm việc, công dụng, mà hộp giảm tốc có nhiều 58 loại, hình dáng kích cỡ khác Xét mặt yêu cầu kỹ thuật, hộp giảm tốc thường có yêu cầu chung Đảm bảo dung cho phép tâm lỗ lắp ghép trục nằm khoảng 0,02 đến 0,01 (mm) Điều nà ảnh đến ăn khớp hệ thống truyền động bánh trình làm việc sau - Độ vng góc tâm lỗ lắp trục với mặt bên không 0,01 đến 0,05 (mm) 100 (mm) bán kính Và độ vng góc mặt phẳng cho giới hạn 0,05 đến 0,02 (mm) 100 (mm) chiều dài - Các bề mặt hộp phải đảm bảo độ tương quan: không bị cong vênh, biến dạng, rổ xỉ nhiều Vì điều ảnh hưỏng đến chất lượng gia công bề mặt, đặc biệt bề mặt lắp ghép, - Độ nhẵn bóng bề mặt lắp ghép: Các bề mặt lắp ghép ren, bu lơng đảm bảo vng góc mặt phẳng lắp ghép - Một số bề mặt không làm việc độ xác khơng cần cao, khơng cần gia công, chi gia công thô đảm bảo - Hộp giảm tốc chi tiết máy dùng nhiều nhà máy Hộp giảm tốc làm việc môi trường chịu lực, chịu rung động, chịu tải trọng lớn chịu nhiệt sinh chi tiết máy như: vòng bi, bánh vào ăn khớp chuyển động Hộp giảm tốc làm việc mơi trường có dầu mỡ, lấy chiều sâu ngâm dầu khoảng bán kính bánh cấp chậm khoảng 30 (mm) 59 Thiết kế chi tiết phần mềm Fusion 360: 60 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG Phân tích khả cơng nghệ để gia cơng chi tiết: -Chi tiết có bề mặt phải gia cơng mặt tròn xoay -Trên bề mặt chi tiết phải gia công rãnh then để lắp ghép -Chi tiết thuộc dạng họ trục -Phân tích yêu cầu kỹ thuật, chọn biện pháp gia công -Để đảm bảo độ đồng tâm bậc trục, ta chọn chuẩn tinh thơng cho phù hợp -Để đạt độ xác độ nhám yêu cầu ta chọn biện pháp gia công tinh lần cuối mài cho tất đoạn trục 61 -Với rãnh then nhỏ, ta gia công máy phay vạn -Các bề mặt trục tiện phương pháp tiện thơng thường, sau dùng phương pháp mài để đạt độ xác u cầu -Trục gia cơng máy tiện, gia cơng nhiều dao lúc -Trục đảm bảo nên độ cứng vững trục đảm bảo Vậy kết cấu trục hợp lý, phù hợp với điều kiện làm việc yêu cầu kĩ thuật hoàn tồn đạt Lựa chọn bước công nghệ, nguyên công: -Do dạng sản xuất hà ng khối nên ta chọn phương pháp gia công nhiều vị trí, nhiều dao, gia cơng song song -Dùng máy tiện vạn với đồ gá chuyên dùng để gia công -Để gia công rãnh then, ta dùng phương pháp gia công máy phay -Gia công lỗ tâm làm chuẩn định vị -Các cổ trục mài thơ sau mài tinh Thứ tự ngun công: Làm phôi Khỏa mặt đầu khoan tâm Tiện thô nửa trục Tiện thô nửa trục lại Tiện tinh nửa trục Tiện tinh nửa trục lại Phay rãnh then Nhiệt luyện Mài 10 Tổng kiểm tra Lựa chọn máy thông số kỹ thuật máy: Phay mặt đầu: -Chọn máy phay - khoan MP71M Thông số kỹ thuật: 62 Công suất động phay: Cơng suất động khoan: Đường kính gia công: Chiều dài chi tiết cần gia công: Giới hạn chạy dao dao phay: -Chọn dao phay mặt đầu dao T15K6 Thông số kỹ thuật: -Chế độ cắt: Khi gia công mặt đầu ta chọn chiều sâu cắt: Ta chọn bước tiến dao: Lượng chạy dao vòng: Ta chọn tốc độ cắt: Tiện thô, tiện tinh: -Chọn máy tiện T620 Thông số kỹ thuật : Đường kính gia cơng lớn nhất: Khoảng cách mũi tâm: Số cấp tối đa trục chính: 23 giới hạn vịng quay trục chính: 25-2000 Cơng suất động cơ: -Chọn dao tiện dao Bk8 Mặt cắt thận dao : Chiều dài: Vận tốc: Số vịng quay: 63 LẬP TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG GIA CÔNG TRÊN PHẦN MỀM FUSION 360 Để mô ta chon mục MANUFACTURE: Bước gia công ta vào phần SETUP: - Ta chọn Operation Type chọn Turning or mill/turn - Chọn Select Z axis/ plane&X point phân tính chọn FlipX Axis 64 Tiếp theo sang phần Stock: Chọn phơi chọn kích thước sau: + Dài đường kính Bước 1: Đầu tiền ta chọn Turing Face để khỏa mặt đầu: -Chọn dao VNMT Right Hand 65 Bước 2: Chọn Turing profile Roughing để tiện thô: -Chọn dao VNMT Right Hand 66 -Phần Geometry điều chỉnh Offset Bước 3: Chọn Turing profile Finishing để tiện tinh: Chọn dao VNMT Right Hand 67 Phần Geometry điều chỉnh Offset 68 Bước 4: Chọn Turing Chamfer để vát mép: Phần Geometry chọn mặt cần vát 69 Nhưng ta hồn thành đựơc ½ việc tiện trục việc lại quay ngược chiều dao lại tiện nữu trục lại xong bước lắp lại bước trên: Gồm : + Khỏa mặt đầu + Tiện thô 70 + Tiện tinh + Vát mép Tiếp theo bước cuối cùng, phay then: -Chọn phơi có kích thước sau: Tiếp theo ta chọn 2D Poket: Chọn dao O 1/4 L1 Mill2 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, “Thiết kế chi tiết máy”, NXB Giáo dục, 1999 72 ... THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG Thiết kế hộp giảm tốc kiểu hai cấp nón trụ dẫn động cấu nâng với sơ đồ động hình Hình 1: Sơ đồ động học 1 .Động điện, 2.Bộ truyền đai dẹt, 3 .Hộp giảm tốc, 4.Khớp nối,... đũa nón chặn 4.3 Cố định trục theo phương dọc trục: Để cố định trục theo phương dọc trục dùng nắp ổ gờ vỏ hộp điều chỉnh khe hở ổ đệm kim loại nắp ổ thân hộp giảm tốc Nắp ổ lắp với hộp giảm tốc. .. đàn hồi để nối trục hộp giảm tốc với trục tời kéo theo số liệu sau: công suất cần truyền , vòng quay phút nối trục , đường kính trục hộp giảm tốc trục tang Momen xoắn truyền qua nối trục: Momen