Đồ án thiết kế máy bánh răng côn thẳng

Tính toán công suất và tốc độ của trục công tác 2.. Tính toán các bộ truyền:  Tính toán bộ truyền ngoài HGT  Tính toán bộ truyền trong HGT 4.. Tính toán vỏ hộp, xác định kết cấu các ch

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY

THUYẾT MINH THÔNG SỐ THIẾT KẾ

D

Khoa: Cơ khí Chế tạo máy

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy

- Tải trọng không đổi, quay một chiều

- Thời gian làm việc 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca)

- Sai số tỉ số truyền hệ thống ∆u/u ≤ 5%

Số liệu cho trước:

3 Trọng lượng vật liệu trộn G v (N) 2200

1 01 bản thuyết minh tính toán (tóm tắt)

2 01 bản vẽ chi tiết (khổ A3, vẽ chì)

3 01 bản vẽ lắp HGT (khổ A0, bản in)

4 Nộp file mềm (thuyết minh, bản vẽ) trên trang Dạy học số

III NỘI DUNG THUYẾT MINH

1 Tính toán công suất và tốc độ của trục công tác

2 Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

3 Tính toán các bộ truyền:

 Tính toán bộ truyền ngoài HGT

 Tính toán bộ truyền trong HGT

4 Tính toán thiết kế trục - then

5 Tính chọn ổ lăn

6 Tính toán vỏ hộp, xác định kết cấu các chi tiết máy, chọn khớp nối và các chi tiếtphụ

7 Lập bảng dung sai lắp ghép

IV TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

01 - Giới thiệu môn học

02 - Nhận đề đồ án môn học

- Phổ biến nội dung, yêu cầu ĐAMH

03 - Tính toán công suất, tốc độ trục công tác

04 - Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền

- Tính toán vỏ hộp

- Xác định kết cấu các chi tiết máy

- Chọn các chi tiết phụ11-13 - Lập bản vẽ

14 - Hoàn thiện thuyết minh ĐAMH

15 - Nộp cho GVHD chấm điểm

1 Giới thiệu thùng trộn 1

2 Cho trước thông số đầu vào 1

3 Tính toán tốc độ trục và công suất 1

a) Chiều dài thùng trộn L (m) 1

b) Tốc độ quay của thùng n (vòng/phút) 1

c) Công suất cần cung cấp cho thùng 2

d) Thông số đầu ra 2

PHẦN 2: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 3

1 Chọn động cơ điện 3

a) Thông số đầu vào 3

b) Trình tự tính toán 3

c) Chọn động cơ 3

d) Thông số đầu ra 3

2 Phân phối tỷ số truyền 4

a) Thông số đầu vào 4

b) Trình tự tính toán 4

3 Bảng phân phối tỷ số truyền 5

PHẦN 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH 6

1 Thông số đầu vào 6

2 Trình tự thực hiện 6

a) Chọn loại xích 6

b) Chọn số răng đĩa xích 6

c) Xác định bước xích 6

d) Xác định khoảng cách trục và số mắt xích 7

3 Bảng tổng hợp thông số của bộ truyền xích 9

PHẦN 4: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 10

1 Thông số đầu vào 10

2 Trình tự tính toán 10

a) Chọn vật liệu bánh răng 10

b) Xác định ứng suất cho phép 10

c) Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài 11

d) Xác định các thông số ăn khớp 11

e) Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc 12

f) Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 13

g) Kiểm nghiệm răng về quá tải 14

PHẦN 5: KHỚP NỐI TRỤC 16

1 Thông số đầu vào 16

2 Trình tự tính toán 16

3 Kiểm nghiệm khớp nối 16

4 Lực tác dụng lên trục 17

PHẦN 6: THIẾT KẾ TRỤC 18

1 Sơ đồ đặt lực chung 18

2 Tính toán thiết kế trục 19

a) Chọn vật liệu 19

b) Chọn sơ bộ đường kính trục 19

c) Xác định chiều dài đoạn trục 20

3 Thiết kế trục 1 20

a) Thông số đầu vào 20

b) Lực tác dụng lên trục 20

c) Biểu đồ momen trục 1 21

d) Phương trình cân bằng momen 21

e) Xác định đường kính trục 21

f) Tính đường kính các đoạn trục 22

3 Thiết kế trục 2 22

a) Thông số đầu vào 22

b) Lực tác dụng lên trục 22

c) Biểu đồ momen trục 2 23

d) Phương trình cân bằng momen 23

e) Xác định đường kính trục 23

f) Tính đường kính các đoạn trục 24

PHẦN 6: THIẾT KẾ THEN 25

1 Chọn then 25

2 Kiểm nghiệm then 25

PHẦN 7: KIỂM NGHIỆM TRỤC 27

1 Kiểm nghiệm độ bền mỏi 27

2 Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh 32

PHẦN 8: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN Ổ LĂN 34

1 Thông số đầu vào 34

2 Trình tự tính toán trên trục I 34

3 Trình tự tính toán trên trục II 36

PHẦN 1: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ TRỤC CÔNG TÁC

1 Giới thiệu thùng trộn

Máy trộn dùng để đạt các mục đích sau:

- Tạo thành 1 hổn hợp đồng nhất của một chất rắn và 1 chất lỏng

- Tạo thành 1 hổn hợp đồng nhất của hai hay nhiều chất rắn

- Tăng cường quá trình phản ứng và trao đổi nhiệt giữa 1 chất rắn và chất khí như

là tiết diện ngang của thùng.

c) Công suất cần cung cấp cho thùng

Số vòng quay trên trục thùng trộn n 69,9258 vòng/phút

PHẦN 2: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

t ct

P P



(kW) Theo công thức (2.8) trang 19 [1]

Chọn TST sơ bộ gồm 2 phần: phần tỉ số truyền ngoài u (bộ truyền xích) và tỉ số truyền x

trong hộp giảm tốc u (hộp giảm tốc 1 cấp bộ truyền bánh răng nón) h

Tỉ số truyền chung sơ bộ:

+ Tỉ số truyền sơ bộ theo công thức:

 Theo công thức (2.19) trang 22 [1]

+ Đồng thời có mômen mở máy thỏa điều kiện:

qt dn

2 Phân phối tỷ số truyền

a) Thông số đầu vào

dc t lv

n u n

t x

u u u

dc

P

69,55.10 5,903467

78850,50329

 Trục I: T 1 =

6 1 1

9,55.10 P

69,55.10 5,727544

76500, 76252

 Trục II: T 2 =

6 2 2

9,55.10 P

69,55.10 5,443458

290825,3085 178,75  N mm

 Trục làm việc: T lv =

69,55.10 lv

lv

P

69,55.10 5,171285

707329,8732 69,82  N mm

3 Bảng phân phối tỷ số truyền

PHẦN 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH

1 Thông số đầu vào

- Các thông số làm việc của bộ truyền:

+ Công suất trên trục đĩa xích dẫn: P1 = 5,443458 (kW)

+ Tốc độ quay trên trục đĩa xích dẫn: n1 = 178,75 (vòng/phút)

+ Tỷ số truyền của bộ truyền xích: u  x 2,55

- Điều kiện làm việc của bộ truyền:

+ Vị trí trục được điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích

652,625

t

z u z

kđc 1,1 Vị trí trục được điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích

kbt 1 Bôi trơn nhỏ giọt, môi trường làm việc có bụi

25125

z

z k z

  

+ Hệ số vòng quay

01 1

200

1,118881178,75

n

n k n

Theo bảng (5.5) trang 81[1]

+ Hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy xích → Chọn xích 1 dãy: k  d 1

+ Công suất tính toán (Theo công thức (5.5) trang 83[1])

2 5, 443458.1,71875.1.1,118881

10, 4681

z n t

d

P k k k P

k

(kW)Theo bảng (5.5) trang 81[1] với n01 = 200 (vòng/phút)

→ Chọn bộ truyền xích có bước xích p = 25,4 (mm) thỏa mãn điều kiện bền mòn:

+ Kiểm nghiệm số lần va đập của xích trong 1 giây:

 

0

1000 1000.5, 443467

2877, 440241,891771

p

sin sin

65

p

sin sin

1000 1000.5, 443458

2877, 440241,891771

Trong đó k  x 1,15(do bộ truyền nghiêng 1 góc < 40°)

3 Bảng tổng hợp thông số của bộ truyền xích

Thông số Kí hiệu Kết quả tính toán Đơn vị

Đường kính vòng chia đĩa xích bị dẫn d2 525,734 mm

Đường kính vòng đỉnh đĩa xích bị dẫn da2 537,82 mmĐường kính vòng chân răng đĩa xích dẫn df1 186,7 mmĐường kính vòng chân răng đĩa xích bị dẫn df2 521,76 mm

-Lực hướng tâm tác dụng lên trục F r (N) 3309,056276 N

PHẦN 4: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

1 Thông số đầu vào

- Các thông số làm việc của bộ truyền:

+ Công suất trên trục bánh răng dẫn: P1 = 5,727544 (kW)

+ Tốc độ quay trên trục bánh răng dẫn: n1 = 715 (vòng/phút)

+ Tỷ số truyền của bộ truyền xích: u u brn4

+ Mômen xoắn trên trục bánh răng dẫn: T1 = 76500,76252 (N.mm)

- Điều kiện làm việc của bộ truyền:

+ Thời gian làm việc 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca)

+ Tải trọng không đổi, quay một chiều

2 Trình tự tính toán

a) Chọn vật liệu bánh răng

Chọn vật liệu 2 bánh răng như nhau (Theo bảng (6.1) trang 92[1])

- Bánh răng dẫn: thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241 ÷ 285

Flim

σ = 1,8HB; S

F = 1,75Chọn độ rắn bánh dẫn HB1 = 250; độ rắn bánh bị dẫn HB2 = 235, khi đó:

Flim1

σ = 1,8HB

1 = 450 MPa; σ0Flim2 = 1,8HB

2 = 423 MPaTheo công thức 6.5 trang 93[1] NHO = 30H2,4HB, do đó:

NHO1 = 30H2,4HB1= 30.2502,4= 1,7.107

NHO2 = 30H2,4HB2= 30.2352,4= 1,47.107

Tổng số giờ làm việc của bánh răng  t i = 5 × 300 × 2 × 6 = 18000 giờ

Vì bộ truyền làm việc với tải trọng không đổi nên: (Theo công thức 6.6 trang 93[1])

H HL H

H

K S



[σH1] = 570.11,1 = 518,18 MPa

[σ ] = H2

540.11,1 = 490,91 MPa

Bộ truyền bánh răng nón răng thẳng nên lấy:

[σH] = [σ ] = 490,91 MPa H2

Vì NFE2 > NFO = 4.106 do đó KFL2 = 1 Tương tự NFE1 > NFO nên KFL1 = 1

Vì bộ truyền quay 1 chiều KFC = 1, theo công thức 6.1b trang 93[1] sơ bộ xác định được:

[σF] = 0

Flim

FC.KFL /SF[σ F1] =

450.1,11,75 = 257,14 MPa

e

be b

161, 24

be

m 2,534374

m = = = 2,8964261- 0,5K 1- 0,5.0,25 mm

Theo bảng 6.8 trang 99[1] chọn theo tiêu chuẩn mte = 3 mm

68, 428095

z = = = 26,067846

2, 625

m tm

2 m 1

e) Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

+ Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:

σH = ZMZHZε

2

1 H 2 m1

Theo bảng 6.5 trang 96[1]: ZM = 274 MPa1/3

Theo bảng 6.20 trang 112[1] với z1 = 26 răng và u = 4

→ Chọn hệ số dịch chỉnh đều x10,38;x2 0,38

Theo bảng 6.12 trang 106[1] với x t  x1 x2  → Chọn Z0 H = 1,76

Hệ số trùng khớp ngang ε αđược tính theo (5.66):

Theo công thức 6.59a trang 115[1]: Zε = 4 - ε /3 = α 4 - 1,726154 /3 0,870602 

Theo công thức 6.61 trang 116[1]: KH = KHβKHαKHv

Với bánh răng côn răng thẳng K = 1 Hα

Vận tốc vòng tính theo công thức 6.62 trang 116[1]:

v =

m1 1 πdnd n

→ Thỏa điều kiện

f) Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng được xác định theocông thức 6.65 trang 116[1]:

σF1 =

1 F ε β F1 m1 tm

2T K Y Y Y0,85bd m ≤ σF1

+ Với trị số

be be

K u

2 - K = 0,571429 tra bảng 6.21 trang 113[1] → KFβ = 1,25 (giả sử trục bánh răng côn lắp trên ổ đũa, sơ đồ I, HB < 350)

+ KFα = 1 - bánh răng côn răng thẳng

+ KFv - hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, theo công (6.68)

KFv = 1 +

F m1

1 Fβ Fα

v bd2T K K

Với: vF = δFgov

m1

d u + 1 u

+ δF - hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp, tra bảng (6.15) δF = 0,016+ go - hệ số ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và 2, bảng (6.16), go = 56(cấp chính xác 8)

21,145684.40,2

1 + 2.76500,76252.1,25.1 = 1,303353

1

2626,80,97

vn

z z

cos

,

2 2

cos

; x10,38;x2 0,38Theo bảng 6.18 trang 109[1] được YF1 = 3,9; YF2 = 3,6

Thay các giá trị vừa tính được vào (6.65):

1 F ε β F1 1

m1 tm

2T K Y Y Y 2.76500,76252.1, 629191.0,578035.1.3,9

80,3180,85bd m 0,85.40, 2.68, 25.3

1 F2 2

→ Thỏa điều kiện độ bền uốn

g) Kiểm nghiệm răng về quá tải

Hệ số quá tải Kqt =

max T

3 Kết quả tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng côn

Chọn nối vòng đàn hồi để nối trục

Chọn theo điều kiện:

3 Kiểm nghiệm khớp nối

Kiểm nghiệm điều kiện bền dập của vòng đàn hồi theo công thức 5.2:

σd = Z D 2 kT

0d0l3 ≤ [σd]Với [σd]: là ứng suất dập cho phép của vòng cao su ([σd] = 2 - 4 Mpa)

Thay số vào ta được:

σd = 2,168389 ≤ [σd] => thõa mãn điều kiện bền dập cảu vòng đàn hồi

- Kiểm nghiệm điều kiện bền của chốt:

σu = kT l0

0,1 D0d03Z ≤ [σu]Với : [σu] là ứng suất cho phép của chốt ([σu] = 60-80 Mpa)

Với l0 = l1 + l2/2,thay số vào ta được:

σu = 37,946807 Mpa ≤ [σu] => thõa mãn điều kiền bền của chốt

Kết luận: Các thông số của khớp nối như trên được chấp nhận

Dt = D0 = 90 => Ft = 2T/Dt = 2.76500,76252/90 = 1700,017 NThay số vào ta được:

Fnt = 0,2.Ft = 0,2.1700,017 = 340,004N

2 Tính toán thiết kế trục

a) Chọn vật liệu:

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45 thường hóa với các thông số

Giới hạn bền:b 600MPa

Giới hạn chảy:ch 340MPa

Ứng suất xoắn cho phép:   15 30 MPa  

+ T - Momen xoắn trên các trục

* Thay số vào ta được:

Lấy [τ]= 15 MPa đối với trục vào và [τ ']= 30 MPa đối với trục ra

d1sb≥ 3

√T 1/0,2[τ ] ≈ 30 mm

d2sb≥3

√T 2/0,2[τ '] ≈ 40 mmChọn d1sb = 30mm ; d2sb = 40 mm

Từ đường kính sơ bộ vừa tính được tra bảng 10.2 thu được sơ bộ kích thước ổ lănnhư sau:

1 = (36 45) Lấy lm22 = 42 mm+ Với đĩa răng lớn lm22 = (1,2 1,5)dsb

2 = (48 60) Lấy lm22 = 48 mm

* Xác định chiều dài mayơ bánh răng côn bằng công thức:

lm23 = (1,2 1,4)dsb (Bảng 10.10)+ Với bánh răng côn nhỏ: lm13 = (1,2 1,4)dsb

1 = (36 42) Lấy lm23 = 42 mm+ Với bánh răng côn lớn:lm23 = (1,2 1,4)dsb

2 = (48 56).Lấy lm23 = 48 mm

* Xác định chiều dài mayo nửa khớp nối bằng công thức sau:

lmkn = (1,4 2,5)dsb (khớp nối loại vòng đàn hồi)Thay số ta được: lmkn = (1,4 2,5) dsb

1 = (42 75) Lấy lm12 = 42 mmCác khoảng cách trục khác được chọn trong bảng 10.3

Khoảng cách từ mặt nút của chi tiết quay đến thành trong

của hộp hoặc khoản cách giữa các chi tiết quay k1 = 10

Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp

(lấy giá trị nhỏ khi bôi trơn ổ bằng dầu trong hộp giảm tốc) k2 = 10

Khoảng cách từ mặt nút của chi tiết quay đến nắp ổ k3 = 10

c) Xác định chiều dài các đoạn trục:

- Đối với trục 1:

+ l12 = 0,5(lm12+b01) + k3 + hn = 0,5(42 + 19) + 10 + 15 = 55,5 mm Lấy l12 = 56 mm+ l11 = (2,5 3)d1sb = (75 90) Lấy l11 = 75 mm

+ l13 = l11 + k1 + k2 + lm13 + 0,5(b01 - b13cosδ 1) = 75 + 10 + 10 + 42 + 31.cos14,036243º) = 131,462791 mm => Chọn l13 = 132 mm

0,5(19 Đối với trục 2:

+ l22 = 0,5(lm22 + b02) + k1 + k2 = 0,5(48 + 23) + 10 + 10 = 55,5 mm

Lấy l22 = 56 mm

+ l23 = l22 + 0,5(lm22 + b13.cosδ 2) + k1 = 56 + 0,5.(48 + 31.sin75,963757º) + 10 =105,037209

Lực sinh ra tại khớp nối Fkn = 340,004N

- Momen sinh ra bởi Fa1:

Ma1 = Fa1 dm1/2 = 197,894852.68,428095/2 = 6770,783866 N.mm

Lực sinh ra tại khớp nối Fkn = 340,004 N

- Momen sinh ra bởi Fa2: Ma2 = Fa2 dm2/2 = 791,579436.273,71238/2 = 108332,5457N.mm

- Lực tác dụng từ bộ truyền xích vào khớp nối

Fxx = 1,15 2241,780587.cos60 = 1289,023838 N

Fyx = 1,15 2241,780587.cos30 = 2232,654779 N

l tD=(0,8 ÷ 0,9) 42=33,6 ÷ 37,8=¿ Chọn l tD=36 (mm)Chiều dài then tại vị trí bánh răng côn bị dẫn:

l tF=(0,8÷ 0,9 ).48=38,4 ÷ 43,2=¿ Chọn l tF=42 (mm)Chiều dài then tại vị trí đĩa xích:

l tH=(0,8 ÷ 0,9).42=33,6 ÷37,8=¿ Chọn l tH=36 (mm)

2 Kiểm nghiệm then

Theo công thức (9.1), (9.2) [1] trang 173, điều kiện bền dập và điều kiện cắt:

2

     

2.290825,3085

62,949255.42 10 6

 Thỏa điều kiện bền

PHẦN 7: KIỂM NGHIỆM TRỤC

1 Kiểm nghiệm độ bền mỏi

Hệ số an toàn được tính theo công thức (10.19) [1] trang 195

 

j j j

j

dj aj mj

s K

j

dj aj mj

s K

Các trục của hộp giảm tốc đều quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng

Do đó  được tính theo công thức aj max W

32

j j

16

j oj

W

32 2

j j

j

j

b t d t d

W

16 2

j j

oj

j

b t d t d

N mm

Lập bảng tính toán trục quay ứng suất uốn đổi theo chu kì đối xứng

G

M

MPa

Lập bảng tính toán trục quay ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động

Tiết diện mj aj maxj2 2.Wj

 ,1là giới hạn mỏi uốn với xoắn tương ứng với chu kì đối xứng

Với thép C45 thường hóa có:

y

K K K

y

K K K

Tra bảng 10.10 [1] trang 198 được các giá trị của  ,  là hệ số kích thước kể đếnảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi

0,78

0,81

0,76

0,76

0,76

0,76Tra bảng 10.12 [1] trang 199, trị số K,K đối với trục có rãnh then,

y

K K K

A

dA aA mA

s K

A

dA aA mA

s K

B

B aB mB

s K

B

dB aB mB

s K

B B B

1 261,6

4,0247 2,13.30,51605 0, 05.0

C

dC aC mC

s K

C

dC aC mC

s K

D

dD aD mD

s K

D

dD aD mD

s K

F

dF aF mF

s K

F

dF aF mF

s K

F F F

G

dG aG mG

s K

G

dG aG mG

s K

H

dH aH mH

s K

 Điều kiện bền mỏi được đảm bảo

2 Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh

Đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng do tải đột ngột (chẳnghạn như khi mở máy) cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền tỉnh

Công thức kiểm nghiệm có dạng như sau:

30,1

max M

d

 

công thức (10.29) [1] trang 200

  0,8.ch

công thức (10.30) [1] trang 200Với: M max,T maxN mm 

là mômen uốn lớn nhất và mômen xoắn lớn nhất tại tiết diệnnguy hiểm lúc quá tải

max M

MPa d

MPa d

- Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

 Khả năng tải động của ổ được tính theo công thức (11.1) [1] trang 213

.m d

Trong đó:

m là bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, chọn ổ đũa nên m 10 / 3

L là tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay