Thiết kế hệ dẫn động xích tải

Thiết kế hệ dẫn động xích tải

Đồ án chi tiết máy 1 Lời nói đầu Trong tất cả các máy móc cơ khí đều có sự chuyển động cơ học của các bộ phận của máy. Muốn có sự chuyển động thì cần phải có năng lượng. Một trong những dạng năng lượng dễ kiếm, dễ sử dụng và có thể có mặt ở khắp mọi nơi đó là điện năng. Trong lịch sử phát minh, con người đã thấy rằng chỉ có động cơ điện là một thiết bị tối ưu nhất có tác dụng biến năng lượng điện thành cơ năng để thực hiện một chuyển động cơ học cần thiết. Trong sản xuất công nghiệp, để nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế cũng như tính khả thi người ta chỉ chế tạo ra các động cơ điện có công suất và vận tốc quay là một giá trị cụ thể nào đó đã được lập trong các bảng tiêu chuẩn. Trong khi đó, các chuyển động cơ học trong các máy móc lại cần những công suất bất kì, không theo một dẫy số tiêu chuẩn nào. Vì vậy, các động cơ điện không thể truyền trực tiếp công suất sang cho các hệ thống chuyển động mà phải thông qua thiết bị chuyển đổi công suất dễ chế tạo hơn. Một trong các thiết bị như vậy là hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn. Như vậy, ta thấy rằng, một hệ thống máy móc chuyển động cần phải có động cơ, bộ truyền, hộp giảm tốc (hoặc hộp tăng tốc) và hệ thống tải. Một hệ thống như vậy được gọi là hệ thống dẫn động cơ khí. Trên thực tế , khi thiết kế một hệ thống dẫn động cơ khí ta phải khảo sát tất cả các số liệu kĩ thuật phục vụ cho đề tài thiết kế. Nhưng trong đồ án môn học Chi Tiết Máy này, các số liệu đã được cho trước và ta chỉ phải thiết kế hệ thống mà thôi. Đồ án chi tiết máy 2 Mục Lục Trang Lời nói đầu-------------------------------------------------------------------------------------------1 Dữ liệu kĩ thuật phục vụ cho đề tài thiết kế----------------------------------------------3 CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN------------------ 1.1> Chọn động cơ. 1.2> Phân cấp tỉ số truyền. 1.2.1> Tỉ số truyền của hệ dẫn động. 1.2.2> Tốc độ vòng quay trên các trục. 1.2.3> Công suất và mômen xoắn trên các trục. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN. 2.1> Thiết kế bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc. 2.1.1> Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép. 2.1.2> Tính toán cấp chậm. 2.1.3> Tính toán cấp nhanh. 2.2> Thiết ké bộ truyền xích. 2.2.1> Chọn loại xích. 2.2.2> Xác định các thông số bộ truyền xích. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TRỤC, CHỌN Ổ LĂN VÀ KHỚP NỐI. 3.1> Chọn vật liệu và tính các khoảng cách, lực. 3.1.1> Xác định sơ bộ đường kính trục. 3.1.2> Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực. 3.1.3> Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục. 3.2> Thiết kế trục và chọn ổ lăn. 3.2.1> Tính trục. 3.2.2> Chọn ổ lăn. 3.3> Chọn khớp nối. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC. Đồ án chi tiết máy 3 Tài liệu tham khảo [1]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển – Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí. Tập1,2 Nxb Giáo dục. Hà Nội. [2]. Nguyễn Trọng Hiệp – Chi tiết máy. Tập1,2 Nxb Giáo dục. Hà nội 1994 [3]. Ninh Đức Tốn – Dung sai và lắp ghép. Nxb Giáo dục. Hà nội 2004 [4]. Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Vượng, Phan Hữu Phúc – Giáo trình cơ kỹ thuật. Nxb Giáo dục Hà nội 2002. Đồ án chi tiết máy 4 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY Thiết kế hệ dẫn động xích tải Phần 1: Thuyết minh ÌDữ liệu kĩ thuật phục vụ cho đề tài thiết kế • Tmm = 1,4.T1 1. Động cơ • T2 = 0,5.T1 2. Nối trục đàn hồi • t1 = 6 (h) 3. Hộp giảm tốc • t2 = 9 (h) 4. Bộ truyền xích • tck = 16 (h) 5. Xích tải Số liệu cho trước: 1. Lực kéo xích tải-------------------------------------: F = 4.000 (N) 2. Vận tốc xích tải-------------------------------------: v = 0,25 (m/s) 3. Số răng đĩa xích tải--------------------------------: z = 30 4. Bước xích tải-----------------------------------------: p = 25,4 (mm) 5. Thời hạn phục vụ-----------------------------------:hI = 23.000(h) 6. Số ca làm việc---------------------------------------: 2 7. Góc nghiêng đường nói tâm bộ truyền ngoài: 300. 8. Đặc tính làm việc------------------------------------: va đập nhẹ Khối lượng thiết kế : 1. Một bản vẽ lắp hộp giảm tốc - khổ A0. 2. Một bản vẽ chế tạo chi tiết - khổ A3 . 3. Một bản thuyết minh. Đồ án chi tiết máy 5 CHƯƠNG1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN CẤP TỈ SỐ TRUYỀN. 1.1,Chọn động cơ. - Công suất công tác trên xích tải: Pct = 1000.vF = 100025,0.4000 = 1 (KW) - Công suất yêu cầu trên trục động cơ: Pyc = ΣηctP = 875,01 = 1,143 (KW) Trong đó: Ση: Hiệu suất tổng của bộ truyền. Ση= hngngηηη∗∗21 = 0,99. 0,93. 0,95 = 0,875 1ngη = 0,99 : Hiệu suất nối trục đàn hồi. 2ngη = 0,93 : Hiệu suất bộ truyền xích. hη = 0,95: Hiệu suất hộp giảm tốc. Chọn uh = 18 ; ung2 = 4 ; ( ung1 = 1). Suy ra uΣ= 18. 4.1 = 72 Số vòng quay sơ bộ của động cơ : nsb = nct . uΣ= 19,69 . 72 = 1418 (vòng/phút) Trong đó: Số vòng quay trên trục công tác: nct = pzv 60000 = 4,25.3025,0.60000 =19,69(vg/ph) Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ là: nđb = 1500(vòng/phút) Theo bảng P1.2 [1] tập1: Với Pyc = 1,143 và nđb = 1500(vòng/phút) ⇒ Chọn động cơ DK41- 4; có Pđc = 1,7 (KW) , nđc = 1420 (vòng/phút) Hệ số quá tải Kqt = 4,14,11=≥=TTTTmmdnK Khối lượng động cơ: G = 39 (kg) Đường kính trục động cơ dđc = 25 (mm) 1.2,Phân cấp tỉ số truyền: 1.2.1,Tỷ số truyền của hệ dẫn động: 7269,191420===Σctdcnnu Tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc: 184.172.21===Σngnghuuuu Ta có : 21.uuuh= = 18 Theo bảng(3.1), [1], tập1 tìm được: u1= 5,31 ; u2 = 3,39 Trong đó: u1 : Tỉ số truyền cấp nhanh của hộp giảm tốc u2 : Tỉ số truyền cấp chậm của hộp giảm tốc 1.2.2, Tính tốc độ quay trên các trục: Đồ án chi tiết máy 6 9 Trên trục công tác: nct = 19,69 (vòng/phút) 9 Trục III : nIII = nct . ung2 = 19,69 . 4 = 78,76(vòng/phút) 9 Trục II : nII = nIII . u2 = 78,76 . 3,39 = 267(vòng/phút) 9 Trục I : nI = nđc =1420 (vòng/phút) 1.2.3, Công suất và mômen trên các trục: 9 Trục công tác: Pct = 1 (KW) Tct = 9,55. 106.8,48501769,191= (Nmm) 9 Trục III: PIII =075,193,012==ngctPη (KW) TIII = 9,55. 106. 5,13034876,78075,1= (Nmm) 9 Trục II : PII =12,197,0.99,0075,1.075,1===− BRolIIIIIIIIPηηη(KW) TII = 9,55 . 106.4006026712,1= (Nmm) 9 Trục I : PI = 1663,197,0.99,012,1.==BRolIIPηη (KW) TI = 9,55. 106.8,784314201663,1= (Nmm) 9 Trục động cơ: Pđc =178,199,01663,1==olIPη (KW) Tđc = 9,55. 106.5,79221420178,1= (Nmm) Trong đó: :olηHiệu suất 1 cặp ổ lăn. :BRη Hiệu suất 1 cặp bánh răng. Trục Động cơ I II III Làm Việc Thông số Tỉ số truyền u 1 5,31 3,39 4 Công suất P (KW) 1,178 1,1663 1,12 1,075 1 Số vòng quay n(vg/ph) 1420 1420 267 78,76 19,69 Mômen xoắn T(N.mm) 7922,5 7843,8 40060 130348,5 485017,8 CHƯƠNGII: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN: Đồ án chi tiết máy 7 2.1,Thiết kế bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc: 2.1.1,Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép: 9 Chọn vật liệu 2 cấp bánh răng như nhau: Cụ thể, theo bảng 6.1 [1] tập1 chọn: Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285,cóMPaMPachb580,85011==σσ Bánh lớn: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192 .240,cóMPaMPachb450,75022==σσ 9 Phân cấp tỉ số truyền uh =18; cấp nhanh là u1 = 5,31 ; u2 = 3,39. 9 Xác định ứng suất cho phép: Theo bảng 6.2 , [1], tập1, với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180 350. ;1,1;7020lim=+=HHSHBσ;75,1;8,10lim==FFSHBσ Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1= 245 ; độ rắn bánh lớn HB2 = 230. Khi đó: ;56070245.2702101limMPaHBH=+=+=σ .441245.8,18,1101limMPaHBF===σ ;53070230.2702202limMPaHBH=+=+=σ .414230.8,18,1202limMPaHBF===σ Theo (6.7), [1], tập1 có: NHE = 60cΣ(maxTTi)3.ni.ti NHE2 = 60c.(n1/u1).()iiittTTtΣΣΣ.3max= 60.1.283310.75,1969.5,0966.123000.31,51420HON〉=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+++ 12=⇒HLK; Tương tự: 11=⇒HLK; Như vậy theo (6.1a),[1],tập1, sơ bộ xác định được: []HHLHHSK.0limσσ= []MPaSKHHLHH5091,11.560.101lim1===σσ []MPaSKHHLHH8,4811,11.530.202lim2===σσ Với cấp nhanh sử dụng răng thẳng[ ] [ ] [ ]( )MPaHHH8,481,min21'==⇒σσσ Với cấp chậm sử dụng răng nghiêng⇒[][ ] [ ]MPaHHH4,49528,481509221''=+=+=σσσ Theo (6.8),[1],tập1: NFE = 60c.Σt()iiittTTΣΣ .6max NFE2 = 60c86610.51,1969.5,0966.1.23000.31,51420=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+++; NfE2 > NFO = 4.106 Đồ án chi tiết máy 812=⇒FLK; tương tự 11=FLK Theo (6.2a),[1],tập1, với bộ truyền quay 1 chiều: KFC = 1, ta có []MPaSKKFFLFCFF25275,11.1.441 101lim1===σσ []MPaSKKFFLFCFF6,23675,11.1.414 202lim2===σσ ứng suất quá tải cho phép: Theo (6.13) và (6.14),[1],tập1 có: []MPachH1260450.8,2.8,22max===σσ []MPachF464580.8,0.8,01max1===σσ []MPachF360450.8,0.8,02max2===σσ 2.1.2, Tính toán cấp chậm ( bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng ) ♦ Xác định sơ bộ khoảng cách trục : 322''22 ][.).1(baHHIIawuKTuKaψσβ+= trong đó :  baψ: hệ số, là tỉ số giữa chiều rộng vành răng và khoảng cách trục. Tra bảng (6.6),[1],tập1,ta chọn baψ= 0,4  aK: hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng. Tra bảng (6.5),[1], tập1 đượcaK= 43.  βHK: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc.Với hệ số bdψ = 0,53.baψ.(u2+1) = 0,53.0,4.(3,39+1) = 0,93 ; tra bảng (6.7), [1], tập1, ta được βHK= 1,15 ; 32,1=βFK (sơ đồ 3). )(65,974,0.39,3.4,49515,1.40060).139,3(43322mmaw=+= => lấy 2wa = 115(mm). ♦ Xác định các thông số ăn khớp Môđun m = (0,01÷0,02).2wa = (0,01÷0,02).115 = 1,15÷2,3 mm. Chọn m=1,5 (bảng 6.8, [1]) Chọn sơ bộ 030=β866,0cos =⇒β Số răng bánh nhỏ (công thức 6.31),[1], tập1. 3,26)139,3.(5,1866,0.115.2)1(cos 2221=+=+=umazwβ => lấy 1z = 26 Số răng bánh lớn 14,8826.39,3.122=== zuz => lấy 2z = 88 Do đó, tỉ số truyền thực sẽ là : Đồ án chi tiết máy 938,3268812===zzum Khi đó: cos'''0022124143124,31855,0115.2)8826.(5,1.2).(==⇒=+=+=ββwaZZm ♦ Các thông số cơ bản của bộ truyền : Góc prôfin gốc :α=020 (theo TCVN 1065-71). Góc nghiêng răng : β="24'14310 Góc prôfin răng :"33'323855,020cos00=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=tgarctgtgarctgtβαα Góc ăn khớp: ()=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=221.2cos.arccoswtwamZZαα()"25'3236115.220cos5,1.8826arccos00=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+ Khoảng cách trục : )(1152mmaw= Mô đun: m=1,5mm Chièu rộng vành răng: )(46115.4,0.2mmabwbaw===ψ ⇒Mỗi bánh răng có chiều rộng vành răng là: 23 mm Số răng mỗi bánh răng: Z1 = 26 ; Z2 = 88 Tỉ số truyền cấp chậm: um = 3,38 Đường kính chia :)(6,45855,026.5,1)cos(.11mmzmd ===β )(4,154855,088.5,1)cos(.22mmzmd ===β Đường kính lăn :)(66,45138,3115.21221mmuadmww=+=+= )(3,15438,3.66,45.12mmuddmww=== Đường kính đỉnh răng :)(6,485,1.26,45.211mmmdda=+=+= )(4,1575,1.24,154.222mmmdda=+=+= Đường kính đáy răng : )(85,415,1.5,26,45.5,211mmmddf=−=−= )(65,1505,1.5,24,154.5,222mmmddf=−=−= Hệ số trùng khớp ngang: 47,1855,0.8812612,388,1cos112,388,121=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛+−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−=βεαzz Đồ án chi tiết máy 10Hệ số trùng khớp dọc : 4,4.5,1''24'1431sin.40.sin.0===ππβεβmbw Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở : "36'92916,29558,0''24'1431'.'33'323cos.cos0000==⇒===btbtgtgtgββαβ ♦ Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp (tra bảng 6.5, [1], tập1⇒MZ= 274 MP31a . Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc : 35,1)54,36.2sin(16,29cos.22sincos.2Z00H===twbαβ Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng : 825,047,111Z ===αεε Vận tốc vòng của bánh răng :)/(64,060000267.66,45.60000 21smndvw===ππ.Tra bảng 6.13, [1], tập1=> cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8. Tra bảng (6.14), [1], tập1,với CCX9, v<2,5⇒ .13,1=αHK 37,1=αFK Tra bảng: (6.16) được g0 = 73 (6.15) được 002,0=Hδ ; 006,0=Fδ 508,038,3100.64,0.73.002,0 .20===⇒mwHHuavgδυ KHv =1+01,113,1.15,1.40060.266,45.40.508,01 .2 1=+=αβυHHIIwwHKKTdb Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc :3125,101,1.13,1.15,1 ===HvHHHKKKKαβ. ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc: MPadubuKTZZZwwHIIHMH39066,45.38,3.40)138,3.(3125,1.40060.2825,0.35,1.274 )1.( 2 .22122=+=+=εσ Từ cấp chính xác 895,0=⇒RZ; Với da < 7001=⇒xHK; v = 0,64 < 5m/s1=⇒vZ. Do đó theo (6.1) và (6.1a) [...]... cho ổ chịu tải lớn hơn với Fr = FΣ11 = 390( N ) Tải trọng động qui ước:Theo công thức (11.3), với Fa = 0 Q = ( XVFr + YFa )k t k d = (1.1.0,39 + 0.0)1.1,2 = 0,468(kN ) trong đó: Fr : tải trọng hướng tâm (kN), là phản lực tổng max xét trong hai ổ Fa : tải trọng dọc trục V :hệ số kể đến vòng nào quay.(=1 khi vòng trong quay) k t : hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ.(=1 khi nhiệt độ đã thoả mãn điều kiện phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng 2.2 .Thiết kế bộ truyền xích: 2.2.1> Chọn loại xích: Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp ⇒ dùng xích con lăn 2.2.2> Xác định các thông số của xích và bộ truyền: Theo bảng (5.4),[1], tập1, với ux = 4, chọn số răng đĩa nhỏ Z1 = 25, số răng đĩa lớn Z2 = ux.Z1 = 4.25 = 100 X=1, Y=0 Vòng trong quay nên V=1 Nhiệt độ khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo 3.3>Tính... 2.7843,8.1,05.1 Hệ số tải trọng khi tính về uốn : K F = K Fβ K Fα K Fv = 1,05.1.1,365 = 1,433 ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh chủ động: σ F1 = 2.T1 K F Yε Yβ YF 1 bw d w1 m = 2.7843,8.1,433.0,595.1.4,08 = 47,3( MPa) < [σ F 1 ] = 252( MPa) 27.28,5.1,5 ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh bị động: σ Y 47,3.3,6 σ F 2 = F1 F 2 = = 41,7( MPa) < [σ F 2 ] = 236,6( MPa) YF 1 4,08 ♦ Kiểm nghiệm răng về quá tải. .. 2.40060.1,32.1,37 Hệ số tải trọng khi tính về uốn : K F = K Fβ K Fα K Fv = 1,32.1,37.1,02 = 1,84 ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh chủ động: σ F1 = 2.TII K F Yε Yβ YF 1 bw d w1 m = 2.40060.1,84.0,68.0,777.3,7 = 105( MPa) < [σ F 1 ] = 252( MPa) 40.45,66.1,5 ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh bị động: σ Y 105.3,60 σ F 2 = F1 F 2 = = 102( MPa) < [σ F 2 ] = 236,6( MPa) YF 1 3,7 ♦ Kiểm nghiệm răng về quá tải. .. TI K Hβ 2 [σ H ]' u1 ψ ba trong đó : ψ ba : hệ số, là tỉ số giữa chiều rộng vành răng và khoảng cách trục, ta chọn ψ ba = 0,3 (theo bảng 6.6 [1],tập1) K a : hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng Tra bảng (6.5), [1], tập1 được K a = 49,5 K Hβ : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc.Với hệ số ψ bd =0,53.ψ ba (u1+1)=0,53.0,3.(5,31+1)= . HỌC CHI TIẾT MÁY Thiết kế hệ dẫn động xích tải Phần 1: Thuyết minh ÌDữ liệu kĩ thuật phục vụ cho đề tài thiết kế • Tmm = 1,4.T1 1. Động cơ . thống dẫn động cơ khí. Trên thực tế , khi thiết kế một hệ thống dẫn động cơ khí ta phải khảo sát tất cả các số liệu kĩ thuật phục vụ cho đề tài thiết kế.