Chi tiết máy

Chi tiết máy

CHƯƠNG 1

TÌM HIỂU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY

Thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn đảm bảo yêu cầu công suất trên trục là 4kw số vòng quay trên trục thùng trộn là 52 vòng/phút, thời gian phục vụ là 7 năm, quay một chiều, làm việc một ca, tải trọng va đập nhẹ (một năm làm việc 300 ngày, một ca 8 giờ) Chế độ tải trọng cho như hình sau:

T1=T, T2=0,9T, t1=48, t2=15

Để thỏa mãn yêu cầu trên ta sử dụng hộp giảm tốc đồng trục làm giảm vận tốc từ động cơ vào trục thùng trộn Hộp giảm tốc này có đặc điểm là đường tâm của trục và và trục ra là trùng nhau Do đó có thể giảm bớt chiều dài hộp giảm tốc, giúp cho việc bố trí cơ cấu gọn gàng Tuy nhiên khi sử dụng hộp giảm tốc đồng trục ta nên chú ý đến một số khuyết điểm của nó:

™ Khả năng tải của cấp nhanh không dùng hết vì tải trọng tác dụng vào cấp chậm lớn hơn cấp nhanh trong khi khoảng cách của hai trục bằng nhau

™ Phải bố trí các ổ của các trục đồng tâm bên trong hộp giảm tốc, làm phức tạp kết

cấu gối đỡ và gây khó khăn cho việc bôi trơn các ổ này

CHƯƠNG 2

XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 2.1 Chọn động cơ điện

2.1.1 Ý nghĩa của việc chọn động cơ

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc và động cơ biệt lập, việc chọn đúng loại động cơ ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn và thiết kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp Do đó việc chọn động cơ có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn Nếu chọn đúng động cơ thì động cơ có tính năng làm việc phù hợp với yêu cầu truyền động của máy, phù hợp với môi trường bên ngoài, vận hành được an toàn và ổn định Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn công suất phụ tải yêu cầu thì động cơ luôn làm việc quá tải, nhiệt độ tăng quá nhiệt độ phát nóng cho phép Động cơ chóng hỏng Nhưng nếu chọn công suất động cơ quá lớn thì sẽ làm tăng vốn đầu tư, khuôn khổ cồng kềnh, động cơ luôn làm việc non tải, hiệu suất động cơ sẽ thấp khi chọn động cơ điện sao cho có thể lợi dụng được toàn bộ công suất động cơ Khi làm việc nó phải thỏa mãn ba điều kiện:

+ Động cơ không phát nóng quá nhiệt độ cho phép + Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn

+ Có mômen mở máy đủ lớn để thắng mômen cản ban đầu của phụ tải khi mới khởi động

2.1.2 Chọn loại và kiểu động cơ

Hiện nay trong công nghiệp thường sử dụng hai loại động cơ đó là: + Động cơ một chiều

+ Động cơ xoay chiều

Thông thường động cơ xoay chiều thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì có sức bền làm việc cao, moment khởi động lớn Bên cạnh đó động cơ một chiều có thể điều chỉnh êm tốc độ trong phạm vi rộng, động cơ bảo đảm khởi động êm, hãm và đổi chiều dễ dàng Nhưng giá thành đắt, khối lượng sữa chữa lớn và mau hỏng hơn động cơ xoay chiều và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu

Từ những ưu điểm trên ta chọn động cơ điện xoay chiều 2.2 Tính toán và phân phối tỷ số truyền

5,5kw, có số vòng quay là 970vg/ph Nếu chọn động cơ điện có số vòng quay lớn thì tỷ số truyền động chung tăng, dẫn đến việc tăng khuôn khổ, kích thước của máy và giá thành của thiết bị cũng tăng theo (trừ động cơ điện) Nhưng động cơ có số vòng quay lớn thì giá thành hạ hơn và ngược lại Nếu chọn số vòng quay thấp thì tỷ số truyền động chung nhỏ do đó khuôn khổ của máy giảm và giá thành hạ Vì vậy cần tiến hành tính toán cụ thể để chọn động cơ điện có số vòng quay sao cho giá thành của hệ thống dẫn động thùng trộn là nhỏ nhất Đây là một việc làm rất cần thiết trong đời sống kinh tế hiện nay

Ở đây ta chọn động cơ A02-42-4 công suất động cơ Pdc= 5,5kw, có số vòng quay là ndc= 1450vg/ph.

2.2.2 Phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền động chung 1450

ndci i i ixnh chn

Trong đó ndcsố vòng quay của động cơ

nt=52 số vòng quay của thùng trộn

inh tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ nghiêng cấp nhanh

ich tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ nghiêng cấp chậm

ix tỷ số truyền của bộ truyền xích

Ta chọn ix = 4 theo bảng 3.2 [1]

iu i inh ch

Thử lại số vòng quay của trục thùng trộn: 1450 52 /2,64.2,64.4

yêu cầu đặt ra

2.3 Kiểm tra điều kiện mở máy và quá tải của động cơ đã chọn

- Mômen định mức của động cơ 5,5dmdc

5,5 w 4,5 wdmdc

Tcan 29,76 50,0841,66 64,54ax qt

1450( / )1450( / )1

-Công suất danh nghĩa trên trục động cơ 4,5 w

-Công suất danh nghĩa trên trục 3

32 2 3 4,32.0,995.0,97 4,17 w

2.4.3 Tính mômen xoắn trên các trục

9550 9550 29,641450

9550 9550 29,501450

9550 9550 75,11549,24

9550 9550 191,05208,44

np

Bảng số liệu động học và động lực học trên các trục tính được của hệ thống

Trục Tỉ số truyền

Tốc độ quay (vg/ph)

Công suất (kw)

Mômen xoắn (Nm)

Trục động cơ 1

2,64

2,64

1450 4,5 29,64 Trục 1

- Không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao hơn, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột

- Không đòi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn

- Kích thứơc bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu truyền cùng công suất và số vòng quay

- Bộ truyền xích truyền công suất nhờ vào sự ăn khớp giữa xích và bánh xích, do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai và đo đó có thể truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích bị dẫn Tuy nhiên bộ truyền xích có những nhược điểm là do sự phân bố của các nhánh xích trên đĩa xích không theo đường tròn mà theo hình đa giác, do đó khi vào và ra khớp, các mắt xích xoay tương đối với nhau và bản lề xích bị mòn gây nên tải trọng động phụ, ồn khi làm việc, có tỷ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh xích thay đổi, cần phải bôi trơn thường xuyên và phải có bộ phận điều chỉnh xích

Có 3 loại xích chính là xích ống, xích ống con lăn và xích răng

Xích ống đơn giản, giá thành hạ và khối lượng giảm vì không dùng con lăn,

Xích ống con lăn gọi tắt là xích con lăn, về kết cấu giống như xích ống chỉ khác ngoài ống lắp thêm thêm con lăn, nhờ đó có thể thay thế ma sát trượt giữa ống và răng đĩa bằng ma sát lăn giữa con lăn và răng đĩa Kết quả là độ bền của xích con lăn cao hơn xích ống, chê tạo không phức tạp bằng xích răng, do đó xích con lăn được dùng khá rộng rải

Xích răng có khả năng tải lớn, làm việc êm, nhưng chế tạo phức tạp và giá thành đắt hơn xích con lăn

Từ những ưu điểm trên và do bộ truyền tải không lớn nên ta chon xích ống con lăn

Ka=1 hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục

K0=1,25 hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền

Kdc=1,25 hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích (không có bộ phận căng xích)

Kb=1 hệ số xét đến bôi trơn (nhỏ giọt) Klv=1 hệ số xét đến chế độ làm việc (1 ca)

- Tính công suất tính toán - Theo công thức (5.25) [1]

kk k pz n

pt = K (3.2) Chọn xích một dãy nên Kx=1

Trong đó

Kz hệ số răng đĩa xích Kn hệ số vòng quay

P3=4.17kw công suất cần truyền 25 25

3 208,44.21.25,4

1,85 /60000 60000

- Lực vòng có ích 1000 1000.4,17

cc

Tra bảng 5.6 [1] với bước xích pc=25,4 ta chọn [i]=20 3.4 Kiểm nghiệm độ bền xích

Theo công thức 5-28 [1]

21,84 [s]2254 25,81 8,90

Trong đó

Q=50000N tải trọng phá hỏng tra theo bảng 5.1

[s] hệ số an toàn cho phép dựa vào số vòng quay và bước xích ta chọn [s]= (76-8,9)

3.5 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

- Đường kính vòng chia theo công thức 5-1 [1]

6793,14

Fvd1 lực va đập trên m( ở đây m=1) dãy xích theo công thức 5-19 [3]

E=2,1.105 Mpa môđun đàn hồi

A diện tích hình chiếu của bản lề theo bảng 5.1 [1] với bước xích 25,4 ta chọn A=180mm

[σ] ứng suất tiếp xúc cho phép tra theo bảng 5.11 [3]

0,372(2254.1 4,44).2,1.10

180.1465 [ ]=600

HH

Số răng đĩa bị dẫn Z2=84

Số mắt của xích X=135 Đường kính vòng chia của xích

Thép nhiệt luyện là loại vật liệu chủ yếu để chế tạo bánh răng Ngoài ra còn dùng gang và chất dẻo

Đối với các bộ truyền chịu tải trọng nhỏ và trung bình có thể dùng thép tôi cải thiện, thép thường hóa hoặc thép đúc để chế tạo bánh răng Độ rắn của bề mặt răng HB<350

Đối với các bộ truyền chịu tải trọng lớn và yêu cầu kích thước nhỏ gọn thì dùng thép cácbon hoặc thép hợp kim nhiệt luyện để đạt độ rắn bề mặt HB>350

Đối với các bộ truyền bánh răng hở, làm việc với vận tốc thấp, không có yêu cầu kích thước phải nhỏ gọn, có thể dùng vật liệu gang

Chất dẻo thường được dùng trong các bộ truyền bánh răng chịu tải trọng nhỏ, yêu cầu làm việc ít kêu và cần giảm tải trọng động

Dựa vào sơ đồ tải trọng và điều kiện làm việc của bộ truyền không phải làm việc dưới tải trọng lớn và cũng không có điều kiện gì đặc biệt Ta tiến hành chọn vật liệu theo các hàm mục tiêu

- Bền điều

- Kích thước nhỏ nhất - Giá thành rẻ nhất

- Thuận lợi cho việc gia công cơ khí

Từ những điều kiện trên ta tiến hành chọn vật liệu cho bánh dẫn và bị dẫn ta chọn thép 45 - tôi cải thiện với các số liệu cho ở bảng sau

Tên Vật liệu σ (Mpa) b σ (Mpa) ch HB Bánh dẫn Thép 45 - tôi cải thiện

⎡ ⎤ =⎣ ⎦

Trong đó σ0 limH giới hạn mỏi tiếp xúc tương ứng với chu kỳ cơ sở

kHL hệ số tuổi thọ

sH =1,1 hệ số an toàn có giá trị tra theo bảng 6.13 [1] - Giới hạn mỏi tiếp xúc: σ0 limH =2HB+70

Theo bảng 6.13 [1]

+ Đối với bánh dẫn: σ0 lim1H =2HB1+70 610= Mpa

+ Đối với bánh bị dẫn: σ0 lim2H =2HB2 +70 590= Mpa

- Hệ số tuổi thọ được xác định theo công thức 6-48 [1]

NHO =HB = (chu kỳ)

30 1,87.102

60.300.8.7.549,24.(1 0,76 0,9 0,24) 5,2.102

Vì NHO <1 NHE ;1 NHO <2 NHE nên 2 KHL =1

Thay thế các giá trị vừa tìm được vào công thức xác định ứng suất tiếp xúc cho phép ta có các giá trị ứng suất đối với bánh dẫn và bị dẫn là

610 4991,1

590 4831,1

σσ

- Giới hạn mỏi của bánh dẫn σ0 lim1F =1,8.270 486= Mpa

- Giới hạn mỏi của bánh bị dẫn σ0 lim2F =1,8.260 468= Mpa

- Hệ số tuổi thọ được xác định theo công thức 6-48 [1]

Vì NFO <1 NFE ;1 NFO <2 NFE nên 2 KFL =1

Thay thế các giá trị vừa tìm được vào công thức xác định ứng suất uốn cho phép ta có các giá trị ứng suất đối với bánh dẫn và bị dẫn là

⎣ ⎦

⎣ ⎦

4.3 Tính toán thiết kế cho từng cấp bánh răng

4.3.1 Xác định các thông số của bánh răng cấp nhanh ¾ Chon sơ bộ hệ số tải trọng K=1,4

¾ Chọn hệ số chiều rộng bánh răng ψa =0,25Tính khoảng cách trục lấy ' 1,25θ =

Theo công thức 6-67 [1]

[ ]

1,05.10( 1)

Ta chọn A=100mm

¾ Tính vận tốc vòng và cấp chính xác chế tạo bánh răng

Theo công thức 6-40 [3] 2 1 4,17 /60.1000( 1)

Theo bảng 3.12 [2] ta tính được Ktt=1 Giả sử 2,5.sin

> , với cấp chính xác 9 và vận tốc vòng v= (3-8m/s) tra bảng 3.14 [2] ta tìm được kd=1,4.

Do đó k=kttkd=1,4.1=1,4

Vậy hệ số k đúng với dự đoán nên không phải tính lại A

¾ Xác định môđun, số răng, góc nghiêng của răng và chiều rộng bánh răng

Theo công thức 6-68 [1] (0,01 0,02) (1 2)

¾ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng

Hệ số dạng răng tra theo bảng 3.18 [2] Bánh nhỏ y =0,44

⎡ ⎤≤⎣ ⎦ =

Kiểm nghiệm ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn Theo 6-66 [3]

[ ]

36 ( 1)

Kết luận: Vậy bánh răng đủ bền khi làm việc quá tải

¾ Các thông số hình học của bánh răng trụ không dịch chỉnh ăn khớp ngoài

Môđun mn=2mm Số răng Z1=26, Z2=69 Góc ăn khớp αn =200

54 2,5.2 49146 2,5.2 141

2 2.29,50.10

2 2.75,11.10

Lực hướng tâm trên bánh răng nhỏ theo công thức 6-17 [1]

Lực hướng tâm trên bánh răng lớn theo công thức 6-17 [1]

F tag

αβ

Lực dọc trục trên bánh răng lớn theo công thức 6-18 [1]

Đường kính vòng lăn 1 54 mm Đường kính vòng lăn 2 146 mm Đường kính vòng đỉnh 1 58 mm Đường kính vòng đỉnh 2 150 mm Đường kính vòng chân răng 1 49 mm Đường kính vòng chân răng 2 141 mm Góc nghiêng β =18,840

Lực dọc trục trên bánh lớn 375 N

4.3.2 Xác định các thông số của bánh răng cấp chậm¾ Các thông số hình học của bánh răng

Do hộp giảm tốc đồng trục nên:

Môđun mn=2mm

Khoảng cách trục A=100mm Góc nghiêng β =18,840

Chọn ψa =0,40

Chiều rộng vành răng bánh bị dẫn: b=0,4.100=40mm Chiều rộng vành răng bánh dẫn: b=45mm

Đường kính vòng chia theo bảng 3-2 [2]

54 2,5.2 49146 2,5.2 141

Theo bảng 3.11 [2] ta chọn cấp chính xác chê tạo cho bánh răng là cấp 9

¾ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng

Hệ số dạng răng tra theo bảng 3.18 [2]

Bánh lớn y2=0,5 Lấy hệ số θ'' =1,5

Kiểm nghiệm ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ Theo công thức 6-65 [3]

'' .1.

19,1.10 1,4.4,32

78,360,43.2 26.549,42.40.1,5

⎡ ⎤≤⎣ ⎦ =

Kiểm nghiệm ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn Theo công thức 6-66 [3]

36 ( 1)1,05.10

' .

b nnh

txqt

2 2.75,11.10

2 2.191,05.10

F tag

αβ

Lực dọc trục trên bánh răng nhỏ theo công thức 6-18 [1]

CHƯƠNG 5 CHỌN KHỚP NỐI 5.1 Tìm hiểu và chọn khớp nối

5.1.1 Khái niệm

Khớp nối (còn gọi là nối trục, ly hợp, khớp nối trục) là cụm chi tiết máy dùng để nối các trục( hoặc các chi tiết quay), để truyền chuyển động và công suất nhờ khớp nối, ta nối cá trục đồng tâm, hơi lệch tâm hoặc nghiêng với nhau một góc nào đó Ngoài chức năng chính là truyền mômen xoắn thì khớp nối dùng để đống mở các cơ cấu, giảm rung động và va đập, ngăn ngừa quá tải, điều chỉnh tốc độ…

5.1.2 Phân loại

4.1.2.1 Nối trục chặt

Đặc điểm của nối trục chặt là dùng để nối cứng các đầu trục có đường tâm trên cùng một đường thẳng và không di chuyển tương đối với nhau Nối trục chặt có cấu tạo đơn giảm nhưng đòi hỏi chế tạo, lắp ghép chính xác

a Nối trục ống

Cấu tạo bởi một ống thép hoặc gang lồng vào đoạn cuối của hai trục và ghép với trục bằng chốt hoặc then hoa Nối trục ống chỉ dùng để nối các trục có đường kính nhỏ (không quá 60-70mm) Nối trục ống rất đơn giản và rẻ Tuy nhiên khi lắp cần có khoảng di chuyển dọc trục lớn và yêu cầu cao về độ chính xác của vị trí đầu trục, nếu không sẽ xuất hiện lực uốn trục

b Nối trục đĩa

Nối trục đĩa bao gồm hai đĩa có mayơ, mỗi đĩa lắp lên đoạn cuối của mỗi trục bằng mối ghép then Hai nữa đĩa được nối ghép với nhu băng bulong Bulông được lắp có khe hở hoặc không có khe hở trong trường hợp lắp có khe

hở momen được truyền từ đĩa này sang đĩa khác nhờ lực ma sát sinh ra trên mặt ghép hai đĩa do lực xiết bulông Trường hợp lắp không có khe hở mômen xoắn được truyền trực tiếpqua thân bulông Trong trường hợp này trục và ổ sẽ chịu lực lớn phát sinh sau khi lắp hai nữa khớp với nhau

5.1.2.2 Nối trục bù

Nối trục bù dùng để nối các đầu trục có sai lệch về vị trí tương đối giữa các đầu trục; độ lệch dọc trục, độ lệch góc, độ lệch tâm hay độ lệch tổng hợp, nhờ khả năng di động giữa các chi tiết cứng trong nối trục bù

a Nối trục răng

Nối trục răng có kích thước nhỏ, khă năng truyền tải cao, cho phép làm việc với vận tốc lớn và có tính công nghệ cao Nối trục răng được dùng khá rộng rãi nhất là trong công nghiệp nặng Tuy nhiên chế tạo rất khó khăn và giá thành đắt

b Nối trục xích

Nối trục xích có kết cấu đơn giản, dùng xích chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn, kích thước nối trục không lớn (khi cùng truyền mômen xoắn thì kích thước nhỏ hơn nối trục vòng đàn hồi 1,5lần ) Khi tháo lắp không cần dịch chuyển trục Tuy nhiên, nốii trục xích không chịu được va đập và chỉ làm việc một chiều.

5.1.2.3 Nối trục đàn hồi

Nhờ bộ phận đàn hồi cho nên nối trục đàn hồi có khả năng: giảm va đập và chấn động, đề phòng cộng hưởng do dao động xoắn gây nên và bù lại độ lệch trục Nối trục có bộ phận đàn hồi bằng vật liệu không kim loại rẻ và đơn giản, vì vậy nó được dùng để truyên mômen xoắn nhỏ và trung bình Khi giá trị mômen xoắn lớn, thường dùng nối trục có bộ phận đàn hồi là kim loại

Nối trục vòng đàn hồi

Nối trục đàn hồi có cấu tạo tương tự như nối trục đĩa nhưng thay bulông bằng