Đồ án thiết kế máy bánh răng trụ nghiêng thùng trộn

Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiệng:...15 8.. PHẦN 07: TÍNH TOÁN KẾT CẤU VỎ HỘP, XÁC ĐỊNH KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT MÁY.... Tính toán vỏ hộp và xác định kết cấu các c

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY



ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY

HK1 – NH 21/22 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÙNG TRỘN

Trang 2

Trường ĐHSPKT TP.HCM

Khoa: Cơ khí Chế tạo máy

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY MMH: MDPR310423 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÙNG TRỘN

Đề số: 06 Phương án 02 SVTH: Vũ Thị Thảo

GVHD: Mai Đức Đãi

Ngày nhận đề: 31/08/2021

MSSV: 19144197 Chữ ký:

Ngày bảo vệ: 05/01/2022

Điều kiện làm việc:

- 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:

Trang 3

MỤC LỤC

Phần 01: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ TRỤC CÔNG TÁC 4

I Thông số đầu vào 4

II Chiều dài thùng trộn 4

III Tốc độ quay của thùng 4

IV Công suất cần cung cấp cho thùng 4

Phần 02: CHỌN ĐỘNG CƠ - PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 5

II Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền 5

1 Hiệu suất truyền động: 5

2 Công suất trên trục động cơ 5

3 Tỉ số truyền chung sơ bộ: 5

4 Số vòng quay sơ bộ: 5

5 Chọn động cơ: 6

6 Tỉ số truyền: 6

7 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống truyền động: 6

Phần 03: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI 8

II Trình tự tính toán 8

1 Chọn loại đai và tiết diện đai: 8

2 Chọn đường kính 2 bánh đai: 8

3 Xác định khoảng cách trục: 8

4 Tính chính xác khoảng cách trục: 9

5 Số đai bộ truyền: 9

6 Lực tác dụng lên trục: 10

III Tổng hợp các thông số bộ truyền đai 11

Phần 04: BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 11

II Trình tự tính toán 11

Trang 4

1 Vật liệu bánh răng: 12

2 Xác định ứng suất cho phép: 12

3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: 14

4 Xác định thông số ăn khớp, modun: 14

5 Xác định số răng và góc nghiêng: 14

6 Tính lại chính xác khoảng cách trục: 15

7 Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiệng: 15

8 Xác định góc ăn khớp: 16

9 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: 16

10 Kiểm nghiệm độ bền uốn: 17

11 Kiểm nghiệm răng về quá tải: 18

12 Lực tác dụng khi ăn khớp: 18

III Tổng hợp các thông số bộ truyền bánh răng 19

Phần 05: KHỚP NỐI TRỤC 20

I Nối trục đàn hồi 20

II Phân tích lực tác dụng của khớp nối 21

Phần 06: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 21

I Chọn vật liệu chế tạo trục 21

II Tải trọng tác dụng lên trục 21

III Tính sơ bộ đường kính trục 22

IV Khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực 22

V Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục 24

VI Chọn ổ và then, kiểm tra độ bền trục 30

1 Tính mối ghép then và kiểm nghiệm điều kiện bền cho trục 1: 30

2 Tính mối ghép then và kiểm nghiệm điều kiện bền cho trục 2: 31

3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi: 32

4 Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh: 35

5 Chọn ổ lăn, kiểm nghiệm khả năng tải của ổ: 36

Trang 5

PHẦN 07: TÍNH TOÁN KẾT CẤU VỎ HỘP, XÁC ĐỊNH KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT

MÁY 40

I Tính toán vỏ hộp và xác định kết cấu các chi tiết máy 40

II Các kích thước cơ bản của vỏ hộp 40

1 Chiều dày: 40

2 Gân tăng cứng: 40

3 Đường kính: 40

4 Mặt bích ghép nắp và thân: 40

5 Kích thước gối trục: 41

6 Mặt đế hộp (Khi có phần lồi): 41

7 Khe hở giữa các chi tiết: 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

Trang 6

Phần 01: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ TRỤC CÔNG TÁC

I Thông số đầu vào

Loại vật liệu trộn: Xi măng

Năng suất, Q = 15000 kg/h

Đường kính thùng trộn, D = 0,55 m

Trọng lượng vật liệu trong thùng, G v = 2300 N

Góc nâng vật liệu, α = 9 π20 rad

Trang 7

/4 = π 0,552 / 4 = 0,237583 là tiết diện ngang của thùng

IV Công suất cần cung cấp cho thùng

Phần 02: CHỌN ĐỘNG CƠ - PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

Công suất trục thùng trộn, P t = P lv = 5,566897 kW

Số vòng quay trục động cơ n = n lv = 72,337045 vòng/phút

II Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền

1 Hiệu suất truyền động:

Theo mô hình có: 1 bộ truyền đai, 3 cặp ổ lăn, 1 cặp bánh răng nghiêng, 1 khớp nối

ɳ = ɳ đ ɳ ol2 ɳ br ɳ k = 0,95 0,992 0,97 0,98 = 0,885098

Trang 8

Trong đó:

ɳ đ = 0,95 : hiệu suất bộ truyền đai

ɳ ol = 0,99 : hiệu suất ổ lăn

ɳ br = 0,97 : hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

ɳ k = 0,98 : hiệu suất khớp nối

2 Công suất trên trục động cơ

ɳ : hiệu suất truyền động

3 Tỉ số truyền chung sơ bộ:

Trang 9

Kiểm tra sai số tỉ số truyền cho phép:

Số vòng quay qua trục làm việc: n lv = n 3 = 71,5 (rpm)

Công suất qua trục 3:

Trang 10

Phần 03: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI

Công suất trên trục dẫn, P = P ct = 6,289 kW

Tốc độ quay trên trục dẫn, n 1 = n đc =715 v/ph

Tỉ số truyền cho bộ truyền đai, u = u đ = 2,5

II Trình tự tính toán

1 Chọn loại đai và tiết diện đai:

Dựa vào công suất P và tốc độ n 1 ta tra bảng theo hình 2.1, tài liệu [1] chọn đai B

2 Chọn đường kính 2 bánh đai:

Chọn d 1 ≈ 1,2d min ≈ 1,2 140 = 168 (mm)

Trang 11

Đường kính bánh đai chọn theo dãy tiêu chuẩn trong tài liệu [1], chọn d 1 = 180 (mm).Kiểm tra vận tốc bánh đai dẫn:

ε = 0,02 là hệ số trượt đai

Dựa vào dãy tiêu chuẩn, chọn d 2 = 450 (mm)

Sai số tỉ số truyền thực tế: u = ❑❑ = ❑❑ = 0% < 3% (thỏa)

Trang 12

P 1 (kW): công suất trên trục bánh đai chủ động

K đ : hệ số tải trọng động, tra bảng 4.7, tài liệu [1] Chọn K đ = 1,350

[P o ] (kW): nội suy giá trị [P o ], bảng 4.19, tài liệu [1] [P o] = 2,564



C : hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm α1 C= 1,24.(1 − e  1/110)

(Bảng 4.7, trang 78, “Thiết kế máy & chi tiết máy” Nguyễn Hữu Lộc)

Trong đó: t = 19 ; e = 12,5 theo đai B, tra bảng 4.21 tài liệu [1]

Đường kính ngoài pulleys:

d a = d + 2h o với h o = 4,2 theo đai B tra bảng 4.21, tài liệu [1]

Đường kính pulley dẫn: d a = d 1 + 2h o = 180 + 2 4,2 = 188,4 (mm)

Trang 13

III Tổng hợp các thông số bộ truyền đai

Bảng thông số bộ truyền đai thang

Công suất trên trục dẫn

Trang 14

Lực căng ban đầu F o 275,6932353 (N)

Phần 04: BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

Công suất trên trục bánh răng dẫn, P 1 = 5,915346 kW

Tốc độ quay trục bánh răng dẫn, n 1 = 286 v/ph

Tỉ số truyển, u = u br = 4

Thời gian làm việc L h = 18000 giờ

II Trình tự tính toán

1 Vật liệu bánh răng:

Tùy theo yêu cầu cụ thể như tải trọng lớn hay nhỏ, khả năng công nghệ và thiết bị chếtạo mà có thể chọn vật liệu nhóm I hoặc nhóm II, xem mục 6.1, tài liệu[1]

b (MPa) Giới hạn chảyσ ch (MPa)

H H

S

K

.]

[  lim

(tài liệu [1], 6.1a)Bánh dẫn:

1,1

1.560

][ 1  lim1 

H

HL o

H H

1,1

1.530

][ lim2

H

HL o

H H

Trang 15

S H = 1,1 : hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc, tra bảng 6.2, tài liệu [1]

σ Hlim o (MPa): ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở

σ Hlim o = 2HB + 70 (Theo bảng 6.2, tài liệu [1])

HE

HO HL

N

N K

/ 1

S F = 1,75 : hệ số an toàn khi tính về ứng suất uốn, tra bảng 6.2, tài liệu [1]

σ Flim o (MPa): ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở

σ Flim o = 1,8HB

Bánh dẫn:

Trang 16

K a = 43 (MPa1/3) : hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại

răng Tra bảng 6.5, tài liệu [1]

u = 4 : tỉ số truyền

T 1 = 197522,9171 (N.mm) : momen xoắn trên trục bánh chủ động

[σ H] =495,642 (MPa) : ứng suất tiếp xúc cho phép

ba

 = 0,315 : hệ số chiều rộng vành răng, phụ thuộc vào vị trí lắp bánh răng trên trục và độ cứng vật liệu H1, H2 (Theo trang 95,“Thiết kế máy & Chi tiết máy” Nguyễn Hữu Lộc)

bd

= 0,53 0,315 ( 4 + 1) = 0,83475

Trang 17

05,

Trang 18

96.3cos

1

)(3023.22962

1

)(5,2883.5,22965

,2

tw

97297,0

)20tan(

arctancos

 

Z

Trang 19

Trong đó:

1428,13

)351,13sin(

.275,58sin

m b

667,197297,0.96

124

1.2,388,1cos11.2,388,1

2 1

286.74.60000

1 1

s m n

197522,917

2

74.275,58.1,11

w w H Hv

K K T

d b v K

1,14

185.108,1.73.002,

o H

H 

δ H = 0,002 : hệ số ảnh hưởng của các sai số ăn khớp, tra bảng 6.15 tài liệu [1]

g o = 73 : hệ số ảnh hưởng của sai lệch các bước răng 1 và 2, tra bảng 6.16, tài liệu [1]

bw = ba aw = 0,315 185 = 58,275 (mm) : chiều rộng vành răng

Tính lại bw (Hlớn hơn [H] 0,477%)

)(832,5864,495

004,498.275,80]



Trang 20

10 Kiểm nghiệm độ bền uốn:

Theo công thức (6.43) và (6.44) :

)(252][)98,792(MPa

3.74.275,58

9,3.905,0.6,0.543,1.9171,197522

22

1 1

1

1 1

1

MPa

m d b

Y Y Y K T

F F

w w

F F F

,3

6,3.792,98

2 1

Y

F F

K Fα = 1,37 : hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng cho các đôi răng

đồng thời ăn khớp khi tính về uốn, tra bảng 6.14, tài liệu [1]

KFv : hệ số kể đến tải trọng xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn.

024,11.1,1.1,37197522,917

.2

74.275,58.308,31

w w F Fv

K K T

d b v K

301,34

185.108,1.73.006,0

Trang 21

11 Kiểm nghiệm răng về quá tải:

)(1260]

[)(954,4971.954,

[)(792,981.792,

1 1 max



)(360]

[)(193,911.193,

2 max

1

74

1197522,917

22

t w

)50984,20tan(

.432,5338cos

r tw

351,13(.432,5338

1

III Tổng hợp các thông số bộ truyền bánh răng

Trang 22

Thời gian làm việc L h 18000 (giờ)

Khớp nối gồm: nối trục, li hợp và li hợp tự động Khớp nối là chi tiết tiêu chuẩn, vì

thức sau đây để chọn kích thước khớp nối:

][).(450122,

1517)

.(122,15174500608

,758725

kT

Trong đó:

Trang 23

k = 2 : hệ số an toàn làm việc, phụ thuộc vào loại máy công tác, cho trong

Nối trục vòng đàn hồi có thể làm việc bình thường khi độ lệch tâm Δr từ 0,2 ÷ 0,6 mm,

độ lệch góc đến 1o Khi độ lệch góc >1o và độ lệch tâm vượt quá trị số cho phép thì vòngđàn hồi mài mòn nhanh và gây nên tải trọng phụ Fr tác dụng lên trục và thường Fr = (0,2

÷ 0,3)Ft (Ft lực vòng tác dụng lên vòng đàn hồi) Kích thước của nối trục đàn hồi xembảng 5.2a và 5.2b

Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi:

d c

o d

l d ZD

kT

][2

2.2

c

o u

Z D d

kTl

][1

438

.200.24.1,0

64.0608,758725

2

 l l

l o

tra theo bảng 5.2 a, b tài liệu [8]

Trang 24

[ - ứng suất cho phép của chốt, []u= (60 ÷ 80) MPa

II Phân tích lực tác dụng của khớp nối.

Lực vòng của khớp nối tác dụng lên trục gây nên mô men xoắn T được xác định:

250608,

7587200

0608,758725

D

T F

(N)Trong đó:

Tt = 1517450,122 (N.mm), mômen tính toán theo công thức (5.1), tài liệu [8]

Dt = Do = 200 đối với khớp nối trục vòng đàn hồi, tra bảng 5.2a

Lực hướng tâm của khớp nối tác dụng lên trục:

II Tải trọng tác dụng lên trục

Lực tác tụng từ bộ truyền đai: (Công thức 10.8, tài liệu [1])

2.3,0

2.3,

0 2

t knr

D

T F

Trang 25

III Tính sơ bộ đường kính trục

Đường kính trục:

3

][2,

[2,

T d

[2,

T d

Chọn d2 = 55 (mm)

IV Khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực

Chiều dài mayơ bánh đai, mayơ bánh răng trụ:

lm = (1,2  1,5)d (Công thức 10.10, tài liệu [1])

Chiều dài mayơ bánh đai trên trục 1, ta có:

Trang 26

Chiều dài mayơ nửa khớp nối, đối với nối trục vòng đàn hồi trên trục 2, ta có:

lm22 = (1,4  2,5)d2 (Công thức 10.13, tài liệu [1])

Từ bảng 10.3, tài liệu [1] chọn được các khoảng cách k1, k2, k3 và hn

k1 = 9 : Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

k2 = 12 : Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp

k3 = 15 : Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

hn = 18 : Chiều cao nắp ổ và đầu bu lông

V Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

* Trục 1:

Trang 27

,5338.2

74

,1266.2

74

5,555

,66

,2057.5,55012911,

1061.5,66

,20571

5,555

,66

0  1 



0

111432,5338.5,55728269,

1837.5,



)(19735,

2690

19735,3770432,5338728269

,



Trang 28

Mặt cắt tại tiết diện 10:

2 10

[1,

Theo tiêu chuẩn, tiết diện 10 là nơi lắp bánh đai nên ta chọn d10 = 32 mm

Mặt cắt tại tiết diện 11:

).(7172,1411149299

,12220835858

,

2 11

).(3856,221753984

,197521

75,07172,14111475

,

2 11

)(772525,

320,1.63

3856,221753]

[1,

,2092455

115810,930 2 2

2 12

).(1221,294036984

,197521

75,09369,23915675

360,1.63

1221,294036]

[1,

Trang 30

,5338.2

296

,1266.2

296

5,55

0 2  



617167,

660111

372,187514403

,2057.5,55

,203111

5,55



771834,

1503111

175182,

2276.5,203432,5338.5,55

2276771834

,1503432,53380

Trang 31

253414,5903

150850,119 2 2 2

.75,07555,29491475

,

2 21

016644,

5350

.1,0

5205,745086]

[1,

Theo tiêu chuẩn, tiết diện 21 là nơi lắp bánh răng nên ta chọn d21 = 60 mm

Mặt cắt tiết diện 22:

2044,2105464

210546,204

2 22

M

(N.mm)

279,715897936

,790087

75,02044,21054675

,

2 21

315081,

5250

.1,0

279,715897]

[1,

(mm)Trong đó: []50ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, tra bảng 10.5, tài liệu [1]

Theo tiêu chuẩn, tiết diện 22 là nơi lắp ổ lăn nên ta chọn d22 = 55 mm

Mặt cắt tiết diện 23:

00

02 2 2

23

2 23

23 M x M y   

M

(N.mm)

2238,684236936

,790087

75,0075

,

2 23

532200,

5150

.1,0

2238,684236]

[1,

Theo tiêu chuẩn, tiết diện 23 là nơi lắp khớp nối nên ta chọn d23 = 50 mm

Trang 33

VI Chọn ổ và then, kiểm tra độ bền trục

Sử dụng then bằng cho toàn bộ trục

Điều kiện bền dập và điều kiện bền cắt theo công thức 9.1 và 9.2 , tài lệu [1]

][)(

2

1

d t

d

t h dl

2



  

b dl

T

1 Tính mối ghép then và kiểm nghiệm điều kiện bền cho trục 1:

* Tính mối ghép then bằng cho trục lắp bánh đai:

Ta có: d = 32 (mm), tra bảng 9.1a, tài liệu [1] được các thông số của then bằng

b = 10 (mm) ; h = 8 (mm) : kích thước tiết diện ren

t1 = 5 (mm) : chiều sâu rãnh then trên trục 1

t2 = 3,3 (mm) : chiều sâu rãnh then trên lỗ 2

Theo bảng 9.5, tài liệu [1], đối với dạng lắp cố định, vật liệu mayơ thép, tải trọng tĩnh

ta chọn được ứng suất dập cho phép [d]150 (MPa), []6090 (MPa)

Điều kiện bền dập:

)58.(

38.32

197521984

2)(

T

t d



 108,290561 (MPa) [d]150(MPa)Điều kiện bền cắt:

487169,

3210

.38.32

984,197521

22



b dl

T

t



(MPa) []85 (MPa) Trong đó:

Then cho trục gắn bánh đai với đường kính trục d = 32 (mm)

)4,418,36(46)

9,08,0()9,08,0

T = 197521,984 (N.mm) : momen xoắn tác dụng lên trục 1

* Tính mối ghép then bằng cho trục lắp bánh răng:

Trang 34

)58.(

40.38

984,197521

2)(

T

t d



632449,

86

Điều kiện bền cắt:

658112,

2112

.40.38

984,197521

22



b dl

T

t



Then cho trục gắn bánh răng với đường kính trục d = 38 (mm):

)2,434,38(48)

9,08,0()9,08,0

2 Tính mối ghép then và kiểm nghiệm điều kiện bền cho trục 2:

* Tính mối ghép then bằng cho trục lắp bánh răng:

734436,

109)711.(

60.60

936,790087

2)(

T

t d



(MPa)  [d]150(MPa)

Điều kiện bền cắt:

385430,

2418

.60.60

936,790087

22



b dl

T

t



Then cho trục gắn bánh răng với đường kính trục d = 60 (mm)

)6356(70)

9,08,0()9,08,0(  22   

* Tính mối ghép then bằng cho trục lắp khớp nối:

Trang 35

t1 = 5,5 (mm) : chiều sâu rãnh then trên trục 1

)5,59.(

80.50

790087,936

2)(

T

t d



 112,869705 (MPa) [d]150(MPa)Điều kiện bền cắt:

217426,

2814

.80.50

936,790087

22



b dl

T

t



Then cho trục gắn bánh răng với đường kính trục d = 50 (mm)

)8172(90)

9,08,0()9,08,0(  23   

3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

Kiểm nghiệm độ bền mỏi theo công thức 10.19, tài liệu [1]

Trong trục 1, điểm nguy hiểm nhất là tại mặt cắt 12 , d12 = 38 (mm)

Kiểm nghiệm độ bền mỏi:

15250783,

4

949291,

15.250783,

4

2 2

2

s s

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	1,55 MB