ĐỒ án môn học THIẾT kế máy đồ án thiết kế máy

Đồ án Thiết Kế Máy TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ MÁY Sinh viên thực hiện:Bùi An Khang Ngành đào tạo: KỸ THUẬT CHẾ TẠO Giáo viên hướng dẫn: Ngày hoàn thành: Ngày bảo vệ: ĐỀ TÀI Đề số 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số:19 1- Động điện pha không đồng bộ; 2- Bộ truyền đai dẹt; 3- Hộp giảm bánh trụ cấp đồng trục; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Xích tải( quay chiều, tải va đập nhẹ, ca làm việc giờ) Trang Đồ án Thiết Kế Máy Số liệu thiết kế: Cơng suất trục xích tải, P(KW)=7 kw Số vòng quay trục thùng trộn, n(v/p) =70 Thời gian phục vụ, L(năm)=5 Số ngày làm việc 320 ngày Số ca làm ngày ca t1=13s ; t2 = 20s; t3= 12s T1= T ; T2 = 0.6T ; T3= 0.6T YÊU CẦU 01 thuyết minh, 01 vẽ lắp A0; 01 vẽ chi tiết NỘI DUNG THUYẾT MINH Xác định công suất động phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động Tính tốn thiết kế chi tiết máy: a Tính tốn truyền hở (đai xích) b Tính truyền hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít) c Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên truyền tính giá trị lực d Tính tốn thiết kế trục then e Chọn ổ lăn nối trục f Chọn thân máy, bu lông chi tiết phụ khác Chọn dung sai lắp ghép Tài liệu tham khảo Trang Đồ án Thiết Kế Máy MỤC LỤC Contents ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ MÁY MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Phần 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ: 1.1.1 Chọn hiêu suất hệ thống .7 1.1.2 Tính cơng suất cần thiết .7 1.1.3 Xác định số vòng quay sơ động 1.1.4 Chọn động điện .7 1.2 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.3 BẢNG ĐẶC TRỊ PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY .10 2.1 THIẾT KẾ BỘ ĐAI DẸT 10 2.1.1 Chọn đai dẹt .10 2.1.2 Xác định thông số truyền 10 2.1.3 Xác định tiết diện đai chiều rộng bánh đai 10 2.1.4 Xác định lực căng ban đầu lực tác dụng lên trục 11 2.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 12 2.2.1 Xác định ứng suất cho phép 12 2.2.1.1 Chọn vật liệu 12 2.2.1.2 Xác định ứng suất cho phép 12 2.2.2 Tính tốn bánh 14 2.2.2.1 Cặp bánh cấp chậm 3-4 14 2.2.2.2 Cặp bánh cấp nhanh 1-2 18 2.3 THIẾT KẾ TRỤC - CHỌN THEN 22 Trang Đồ án Thiết Kế Máy 2.3.1 Xác định tải trọng tác dụng lên trục .22 2.3.2 Chọn vật liệu xác định sơ đường kính trục 22 2.3.3 Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực 23 2.3.4 Xác định lực tác dụng lên trục, đường kính đoạn trục 24 2.3.4.1 Trục I 24 2.3.4.2 Trục II 26 2.3.4.3 Trục III 28 2.3.5 Chọn then 30 2.3.6 Tính kiểm nghiệm độ bền trục 30 2.3.6.1 Độ bền mỏi 30 2.3.6.2 Độ bền tĩnh .31 2.3.7 Kiểm nghiệm then 32 2.4 TÍNH TỐN Ổ LĂN 33 2.4.1 Trục I 33 2.4.2 Trục II 35 2.4.3 Trục III 38 2.5 TÍNH TỐN NỐI TRỤC 41 PHẦN 3: CHỌN THÂN MÁY, BULONG, CÁC CHI TIẾT PHỤ, DUNG SAI VÀ LẮP GHÉP 42 CHỌN THÂN MÁY 42 1.1 Yêu cầu 42 1.2 Xác định kích thước vỏ hộp 42 CÁC CHI TIẾT LIÊN QUAN ĐẾN KẾT CẨU VỎ HỘP 44 2.1 Chốt định vị 44 2.2 Nắp ổ 44 2.3 Cửa thăm 45 2.4 Nút thông 45 2.5 Nút tháo dầu 45 Trang Đồ án Thiết Kế Máy 2.6 Que thăm dầu 46 2.7 Vít tách nắp thân hộp giảm tốc .46 CÁC CHI TIẾT PHỤ KHÁC .46 3.1 Vòng phớt 46 3.2 Vòng chắn dầu .47 BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC 48 DUNG SAI VÀ LẮP GHÉP 48 5.1 Dung sai ổ lăn 48 5.2 Lắp ghép bánh trục 48 5.3 Lắp ghép nắp ổ thân hộp .48 5.4 Lắp ghép vòng chắn dầu trục .48 5.5 Lắp chốt định vị 49 5.6 Lăp ghép then 49 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 Trang Đồ án Thiết Kế Máy LỜI NÓI ĐẦU Đồ án Thiết kế môn học ngành khí,mơn học khơng giúp cho sinh viên có nhìn cụ thể, thực tế với kiến thức học, mà cịn sở quan trọng cho môn học chuyên ngành học sau Thông qua Đồ án giúp sinh viên vận dụng kiến thức học môn vào thiết kế chi tiết máy cụ thể, đồng thời giúp sinh viên ôn tập lại kiến thức học môn Vẽ khí, Chi tiết máy, …Từ kiến thức bổ trợ mơn này, sinh viên tổng hợp đưa phương pháp giải toán khí cụ thể, biết cách sáng tạo đổi Do lần làm quen với công việc tính tốn, thiết kế chi tiết máy với hiểu biết hạn chế dù cố gắng tham khảo tài liệu giảng mơn học có liên quan song làm sinh viên khơng thể tránh thiếu sót Sinh viên kính mong hướng dẫn bảo nhiệt tình Thầy mơn giúp cho sinh viên ngày tiến Cuối sinh viên xin chân thành cảm ơn Thầy cô môn, đặc biệt trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình giúp sinh viên hồn thành tốt nhiệm vụ giao Đại học Bách Khoa, 10 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Trang Đồ án Thiết Kế Máy Phần 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ: 1.1.1 Chọn hiêu suất hệ thống:  Hiệu suất truyền động: η= ηđ η br2 ηOL4 ηNT = 0,96.0,972.0,994.1=0.868  Với: ηNT = 1: hiệu suất nối trục đàn hồi η br = 0,97: hiệu suất truyền bánh trụ nghiêng ol  0,99 : hiệu suất ổ lăn ηđ = 0,96 : hiệu suất truyền đai dẹt 1.1.2 Tính cơng suất cần thiết:  Cơng suất tính tốn: Pt = = 5,51 kW  Cơng suất cần thiết: Pct = 1.1.3 = = 6.35 kW Xác định số vòng quay sơ động cơ:  Số vịng quay trục cơng tác: nlv=70 (vịng/phút)  Chọn sơ tỷ số hệ thống: uSB = uđ.uh = 2.10 = 20 Với  Số vòng quay sơ động cơ: n sb = nlv.usb = 70.20 = 1400 1.1.4 Chọn động điện: Tra bảng P1.1 trang 237 tài liệu (*) ta chọn: Động 4A132S4Y3 có Pđc = 7.5 kW nđc = 1455 (v/ph) Trang Đồ án Thiết Kế Máy 1.2 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN:  Tỷ số truyền chung hệ dẫn động: Uch = = = 20.78  Chọn tỉ số truyền truyền đai uđ =  Vậy tỷ số truyền hộp giảm tốc uh = 10,78: Vì hộp giảm tốc cấp đồng trục nên u1 = u2 = = = 3.22 1.3 BẢNG ĐẶC TRỊ: 1.3.1 Phân phối công suất trục:  P3 = = = 5.56 kW  P2 = = = 5.79 kW  P1 = = = 6.03 kW  Pđc = = = 6.35 kW 1.3.2 Tính tốn số vòng quay trục:  n1= = = 727,5 (v/ph)  n2= = = 225,93 (v/ph)  n3= = = 70,16 (v/ph) 1.3.3 Tính tốn moomen xoắn trục:  Tđc = 9,55.106 = 9,55.106 = 41678 Nmm  T1 = 9,55.106 = 9,55.106 = 79156 Nmm  T2 = 9,55.106 = 9,55.106 = 244741 Nmm  T3 = 9,55.106 = 9,55.106 = 756812 Nmm 1.3.4 Bảng đặc tính: Trang Đồ án Thiết Kế Máy Trục Thông số Công suất (kW) Tỷ số truyền u Số vòng quay (vòng/phút) Momen xoắn (Nmm) Động I II III 6.35 6,03 5,79 5,56 1455 727,5 225,93 70,16 41678 79156 244741 756812 22 PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY 2.1 THIẾT KẾ BỘ ĐAI DẸT: 2.1.1 Chọn đai dẹt: chọn đai vải cao su 2.1.2 Xác định thông số truyền:  d = 5,2…6,4 = 180,29…221,89 mm Trang Đồ án Thiết Kế Máy chọn d = 180 mm v1 = = = 13.71 m/s d2 = d1 u/(1-ε) = 180.2/(1-0,01) = 363,63 mm chọn d2 = 360 mm Tỉ số truyền uđ = d2 / d1 = 360/180 =  Chọn khoảng cách trục a ≥ 2( d1 + d2) = 2(360+180) = 1080 mm  Chiều dài L L = 2a + + = 2.1080 + + = 3015mm L phải tăng thêm khoảng 100-400 mm nên chọn L= 3215 mm i= = = 4,26 (thỏa) Tính lại a = ( λ + λ = L – π(d1 + d2)/2 = 3215 - π(360 + 180)/2 = 2366.76 mm Δ = (d2 – d1)/2 = (360-180)/2 = 90 mm a = ( 2366.76 + = 1179.94 mm chọn a= 1180 mm  Góc ơm đai α1 = 180⁰ - (d2 – d1)57⁰/a = 180⁰ - (360 – 180)57⁰/1180 = 171.305 ⁰ > 150⁰ (thỏa) 2.1.3 Xác định tiết diện đai chiều rộng bánh đai:  Ft = = = 463.16 N  [σF] = [σF]o.cα.cv.co cα chọn theo bảng 4.10 cα = 0,97 cv chọn theo bảng 4.11 cv = 0,95 co chọn theo bảng 4.12 co = [σF]o = k1 – k2.δ/d1 k1, k2 chọn theo bảng 4.9 k1= 2,3; k2= δ/d1 ≤ 1/40 => δ ≤ 180/40 =4.5 Chọn đai vải cao su lớp có lớp lót chiều dày đai δ= 4.5 mm Trang 10 Đồ án Thiết Kế Máy - Khả tải động tính tốn: Cd = QE = 4,636 = 25,86 kN Fr  Qt = 1963,43 (N) = 1,963 kN < C0 = 27,1 kN  Thỏa điều kiện tải tĩnh  Khả quay nhanh ổ: nth = [dmn].k1.k2.k3/dm - Theo bảng 11.7 tài liệu (**) với ổ bi đỡ chặn bôi trơn mỡ: [dmn] = 1,3.105 - Đường kính tâm lăn: dm = d+H= d+ = 40+ = 60 Với dm < 100mm => k1 = Ổ cỡ trung => k2 = 0,9 Lh = 12800h => k3 = 0,9 Suy ra: nth = 1,3.105.0,9.0,9/60 = 1755 vòng/ph > n2 = 225,93 vòng/ph  Ổ thỏa điều kiện 2.4.3 Trục III:  Số vòng quay n1 = 70,16 vòng/ph  Tải trọng tác dụng lên ổ: - Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ K: FrK = = = 3211,21 N - Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ N: FrN = = = 4336,87 N Trang 36 Đồ án Thiết Kế Máy - Lực dọc trục : Fa4 =1789,13 N - Ta có Fa/Fr = 1789,13/4336,87 = 0,41 > 0,3 => chọn ổ bi đỡ chặn  Chọn sơ ổ Kí hiệu ổ 46211 d (mm) 55 D (mm) 100 B (mm) 21 C (kN) 34,9 C0 (kN) 32,1  Kiểm nghiệm khả tải động - Chọn hệ số e : Fa/C0 = 1789,13/32,1.103 = 0,056 Theo bảng 11.4 với α = 12⁰ ta chọn e = 0,37 - Chọn hệ số X, Y + Vòng quay => V=1 + Lực dọc trục tác dụng lên ổ E, H lực Fr gây FsK= e.FrK = 0,37.3211,21 = 1188,15 N FsN = e.FrN = 0,37.4336,87 = 1604,64 N + Tổng lực dọc trục tác động lên ổ : ΣFaK = FsN – Fa4 = 1604,64 – 1789,13 = -184,49 N ΣFaH = FsE + Fa1 = 1188,15 + 1789,13 = 2977,28 N Vì ΣFaK < FsK => FaK = FsK = 1188,15 N ΣFaN > FsN => FaN = ΣFaN = 2977,28 N + Ta có: FaK/(V.FrK) = 1188,15/3211,21 = 0,37 = e nên ta chọn X=1 Y=0 + Ta có: FaN/(V.FrN) = 2977,28/4336,87 = 0,69 > e nên ta chọn X=0,45 Y=1,46 Trang 37 Đồ án Thiết Kế Máy - Tải trọng quy ước: Q = (X.V.Fr + Y.Fa).Kt.Kđ Với: Kt = : hệ số ảnh hưởng nhiệt độ Kđ = 1,2: hệ số kể đến đặc tính tải trọng Trang bảng 11.3 tài liệu (*) với tải trọng va đập nhẹ V=1 QK = (1.1.3211,21).1.1,2 = 3853,45 N QN = (0,45.1.4336,87 + 1,46.1789,13).1.1,2 = 5476,46 N Vì QN > QK => tính theo QN - Tải trọng động tương đương QN = = Với ổ bi đỡ chặn m=3  QE = = 4,29 kN - Thời gian làm việc: L= 60.n.10-6.Lh = 60.70,16.10-6.12800 = 53,88 triệu vịng - Khả tải động tính tốn: Cd = QE = 4,29 = 16,2 kN k1 = Ổ cỡ trung => k2 = 0,9 Lh = 12800h => k3 = 0,9 Suy ra: nth = 1,3.105.0,9.0,9/72,5 = 1452,41 vòng/ph > n3 = 70,16 vòng/ph  Ổ thỏa điều kiện 2.5 TÍNH TỐN NỐI TRỤC:  Momen xoắn : T=756812 Nmm ≈ 757 Nm  Đường kính trục : d= 50 mm ⟹ Ta chọn nối trục vòng đàn hồi  Hệ thống dẫn động xích tải => theo bảng 16-1 k= 1,5  Kích thước vịng đàn hồi: T, Nm 1000 d D dm L l d1 D0 z nmax B B1 l1 D3 l2 50 210 95 175 110 91 160 2850 70 40 36 40  Kích thước chốt: T, Nm dc d1 D2 l l1 l2 l3 1000 18 M12 25 80 42 20 36  Kiểm nghiệm sức bền dập vòng đàn hồi: σd = = = 2,74 MPa < MPa  Kiểm nghiệm sức bền chốt: σu = = = 79,1 MPa < 80 MPa Vậy vòng đàn hồi chốt thỏa điều kiện bền Trang 39 h Đồ án Thiết Kế Máy PHẦN 3: CHỌN THÂN MÁY, BULONG, CÁC CHI TIẾT PHỤ, DUNG SAI VÀ LẮP GHÉP CHỌN THÂN MÁY: 1.1 Yêu cầu: - Chỉ tiêu hộp giảm tốc khối lượng nhỏ độ cứng cao - Vật liệu làm vỏ gang xám GX15-32 - Hộp giảm tốc bao gồm: thành hộp, nẹp gân, mặt bích, gối đỡ, … - Bề mặt lắp ghép nắp thân cạo mài để lắp sít, lắp có lớp sơn mỏng sơn đặc biệt - Chọn bề mặt ghép nắp thân: song song mặt đế - Mặt đáy phía lỗ tháo dầu với độ dốc khoảng 20 chỗ tháo dầu lõm xuống 1.2 Xác định kích thước vỏ hộp: Tên gọi Chiều dày: - Thân hộp,  Biểu thức tính tốn  = 0,03a + = 8,58 mm chọn mm - Nắp hộp, 1 Gân tăng cứng: - Chiều dày, e 1 = 0,9 = mm e = (0,8  1) = mm - Chiều cao, h h < 58 mm - Độ dốc khoảng 2o Đường kính: - Bulông nền, d1 d1 > 0,04a + 10>17,44 chọn 20 mm - Bulông cạnh ổ, d2 d2 = (0,7  0,8)d1 = 14 mm - Bulơng ghép bích thân, d3 d3 = (0,8  0,9)d2 = 12 mm - Vít ghép nắp ổ, d4 d4 = (0,6  0,7)d2 = 10 mm - Vít ghép nắp cửa thăm, d5 d5 = (0,5  0,6)d2 = mm Trang 40 Đồ án Thiết Kế Máy Mặt bích ghép nắp thân: - Chiều dày bích thân hộp, S3 S3 = (1,4  1,8)d3 = 18 mm - Chiều dày bích nắp hộp, S4 S4 = (0,9  1)S3 = 16 mm - Bề rộng bích nắp thân, K3 K3  K2 - (3  5) = 38-3=47 mm Kích thước gối trục Chọn theo bảng 18-2 Mặt đế hộp: - Chiều dày: Khi có phần lồi,Dd; S1 Dd xác định theo đường kính dao khoét S1  (1,4  1,7)d1 = 30 mm K1  3d1 = 60 mm - Bề rộng mặt đế hộp, K1 q q  K1 + 2 = 78 mm Khe hở chi tiết: - Giữa bánh với thành hộp   (1  1,2) = 11 mm - Giữa đỉnh bánh lớn với đáy hộp 1  (3  5) = 36 mm - Giữa mặt bên bánh với   =10mm Z = (L + B)/(200  300) = Số lượng bulông nền, Z L=516mm B=348 mm  Kích thước gối trục: Đường kính ngồi tâm lỗ vít Trục D D2 Trang 41 D3 Đồ án Thiết Kế Máy I II III 62 80 90 75 100 110 90 125 135 CÁC CHI TIẾT LIÊN QUAN ĐẾN KẾT CẨU VỎ HỘP: 2.1 Chốt định vị: Mặt ghép nắp thân nằm mặt phẳng chứa đường tâm trục Lỗ trụ (đường kính D) lắp nắp thân hộp gia công đồng thời Để đảm bảo vị trí tương đối nắp thân trước sau gia công lắp ghép, dùng chốt định vị Nhờ có chốt định vị, xiết bulơng khơng làm biến dạng vịng ngồi ổ (do sai lệch vị trí tương đối nắp thân), loại trừ nguyên nhân làm ổ chóng bị hỏng Ta dùng chốt định vị hình có thơng số sau: d 2.2 c l 48 Nắp ổ: - Che chắn ổ lăn khỏi bụi từ bên - Làm vật liệu GX14-32 - Kết cấu nắp ổ hộp giảm tốc, bảng 18.2 (tài liệu (*)): Trục I II III 2.3 D 62 80 90 D2 75 100 110 D3 90 125 135 Cửa thăm: Trang 42 D4 52 75 85 h 10 12 d4 M6 M8 M8 z Đồ án Thiết Kế Máy Để kiểm tra, quan sát chi tiết máy hộp lắp ghép để đổ dầu vào hộp, đỉnh hộp có làm cửa thăm Cửa thăm đậy nắp Trên nắp có lắp thêm nút thơng Kích thước cửa thăm chọn theo bảng 18-5 [1] sau: A 200 2.4 B A1 150 250 B1 200 C C1 K 230 130 180 R 12 Vít M10x22 Số lượng Nút thơng hơi: Khi làm việc, nhiệt độ hộp tăng lên Để giảm áp suất điều hịa khơng khí bên bên ngồi hộp, người ta dùng nút thơng Nút thơng lắp nắp cửa thăm Kích thước nút thông (tra bảng 18-6 [1]): A M27x2 2.5 B 15 C 30 D 15 E G H I K L M N O P Q 45 36 32 10 22 32 18 R S 36 32 Nút tháo dầu: - Sau thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa hộp bị bẩn (do bụi hạt mài) bị biến chất, cần phải thay dầu Để tháo dầu cũ, đáy hộp có lỗ tháo dầu Lúc làm việc, lỗ bịt kín nút tháo dầu - Kết cấu kích thước nút tháo dầu tra bảng 18-7 [1] (nút tháo dầu trụ) sau: d b m f l Trang 43 c q D S D0 Đồ án Thiết Kế Máy M 16 x1,5 2.6 - 12 23 13,8 26 17 19,6 Que thăm dầu: Đê kiểm tra mức dầu hộp ta dùng que thăm dầu Que thăm dầu 2.7 Vít tách nắp thân hộp giảm tốc: Có tác dụng tách nắp thân hộp giảm tốc, vít M10 CÁC CHI TIẾT PHỤ KHÁC: 3.1 Vòng phớt: Vòng phớt loại lót kín động gián tiếp nhằm mục đích bảo vệ ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn, hạt cứng tạp chất khác xâm nhập vào ổ Những chất làm ổ chóng bị mài mịn bị han gỉ Ngồi ra, vịng phớt cịn đề phịng dầu chảy Tuổi thọ ổ lăn phụ thuộc nhiều vào vòng phớt Vòng phớt dùng rộng rãi có kết cấu đơn giản, thay dễ dàng Tuy nhiên có nhược điểm chóng mịn ma sát lớn bề mặt trục có độ nhám cao Trang 44 Đồ án Thiết Kế Máy Vòng phớt 3.2 Vòng chắn dầu: Để ngăn cách mỡ phận ổ với dầu hộp BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC:  Để giảm mát ma sát, giảm mài mịn răng, đảm bảo nhiệt tốt đề phòng      tiết máy bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục truyền hộp giảm tốc Mức dầu thấp ngậm (0,75÷2) chiều cao h2 (h2=2,25m) bánh thứ (nhưng 10mm) Khoảng cách mức dầu thấp cao hmax – hmin=10…15mm Mức dầu cao khơng ngập q 1/3 bán kính bán Lượng dầu bơi trơn thường lấy 0.4÷0.8 lít cho 1kW công suất truyền Dầu bôi trơn hộp giảm tốc: dùng dầu công nghiệp để bôi trơn.và dùng dầu công nghiệp 45 ⟹ Theo Công thức 13.6 [2]: H=0,5da2–10–(10…15)mm>1/3.da4 h2