Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền cho hệ thống truyền động.. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG...5 2.1... Việc tính
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2021
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2021
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ (ME3139) Học kỳ I / Năm học 2021 - 2022
Sinh viên thực hiện: KIỀU TRUNG TÍN
Người hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
Ngày hoàn thành: ………
ĐỀ TÀI
MSSV: 1910610
Ký tên: ………… Ngày bảo vệ:……
Đề số 17: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI
Phương án số:01
Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2- Bộ truyền
đai thang; 3- Hộp giảm trục vít – bánh răng; 4- Nối trục đàn hồi; 5- xích tải (Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ)
Trang 4Số ca làm trong ngày, 2 ca
Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ
Chế độ tải: T1 = T; t1 = 60 giây; T2 = 0,6T; t2 = 35 giây
YÊU CẦU
01 thuyết minh;
01 bản vẽ lắp A0; 01 bản vẽ chi tiết
NỘI DUNG THUYẾT MINH
1 Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền cho hệ thống truyền
động
2 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:
Trang 5MỤC LỤC
PHẦN 1 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ
TRUYỀN 2
1.1 Chọn động cơ 2
1.1.1 Công suất trên trục công tác 2
1.1.2 Công suất tính toán 2
1.1.3 Chọn hiêu suất của hệ thống 2
1.1.4 Tính công suất cần thiết 2
1.1.5 Số vòng quay của trục công tác 2
1.1.6 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ 2
1.1.7 Chọn động cơ điện 3
1.2 Phân phối tỷ số truyền 3
1.3 Bảng đặc trị 3
1.3.1 Phân phối công suất trên các trục 3
1.3.2 Tính toán số vòng quay trên các trục 3
1.3.3 Tính toán moomen xoắn trên các trục 4
1.3.4 Bảng đặc trị 4
PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 5
2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai 5
2.2 Xác định các thông số của bộ truyền 5
2.2.1 Đường kính bánh đai nhỏ 5
2.2.2 Vận tốc đai 5
2.2.3 Định kích thước bánh đai lớn 5
2.2.4 Chọn khoảng cách trục a nhỏ nhất xác định theo điều kiện 5
2.2.5 Chọn chiều dài đai 6
2.3 Kiểm nghiệm đai 6
2.3.1 Số vòng chạy của đai trong một giây 6
2.3.2 Tính lại khoảng cách trục 6
2.3.3 Góc ôm đai của bánh đai dẫn động 6
Trang 62.3.5 Số đai được xác định theo công thức 7
2.3.6 Xác định chiều rộng bánh đai và đường kính ngoài bánh đai 7
2.3.7 Xác định lực tác dụng 7
2.3.8 Tìm hệ số ma sát để bộ truyền không trượt 7
2.3.9 Lực tác dụng lên trục 7
2.3.10 Ứng suất lớn nhất trong dây đai 8
2.3.11 Tuổi thọ đai 8
2.3.12 Bảng thông số bộ truyền đai 8
PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN TRONG 9
3.1 Tính toán bộ truyền trục vít – bánh vít 9
3.1.1 Tính sơ bộ vận tốc trượt 9
3.1.2 Tính thiết kế 10
3.1.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 11
3.1.4 Kiểm nghiệm độ bền uốn 12
3.1.5 Giá trị các lực tác dụng 12
3.1.6 Các thông số bộ truyền trục vít 13
3.1.7 Tính nhiệt truyền động trục vít 14
3.2 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 15
3.2.1 Chọn vật liệu 15
3.2.2 Xác định ứng suất cho phép 15
3.2.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 17
3.2.4 Xác định các thông số ăn khớp 17
3.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 18
3.2.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 20
3.2.7 Kiểm nghiệm quá tải 21
3.2.8 Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng 21
3.2.9 Các thông số và kích thước bộ truyền 21
3.2.10 Kiểm tra điều kiện bôi trơn, ngâm dầu 22
PHẦN 4 THIẾT KẾ TRỤC – THEN – Ổ LĂN – NỐI TRỤC 24
4.1 Thiết kế trục và chọn ổ lăn: 24
4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo các trục 24
4.1.2 Xác định sơ bộ đường kính trục 24
Trang 74.1.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 24
4.1.4 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền 27
4.1.5 Xác định đường kính trục 28
4.1.6 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 34
4.1.7 Tính kiểm nghiệm độ bền của then 37
4.2 Chọn ổ lăn 38
4.2.1 Trục I 38
4.2.2 Trục II 41
4.2.3 Trục III 43
4.3 Tính toán nối trục: 45
4.3.1 Moment xoắn trên nối trục: 45
4.3.2 Hệ số chế độ làm việc: 45
4.3.3 Chọn nối trục 45
4.3.4 Kiểm tra độ bền uốn của chốt: 45
4.3.5 Kiểm nghiệm điều kiện bền dập giữa chốt và nòng cao su: 45
PHẦN 5 CHỌN THÂN MÁY – BU-LÔNG VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ KHÁC 49
5.1 Xác định kích thước vỏ hộp 49
5.2 Chọn các chi tiết phụ khác 50
5.2.1 Vòng móc 50
5.2.2 Chốt định vị 51
5.2.3 Cửa thăm 51
5.2.4 Nút thông hơi 52
5.2.5 Nút tháo dầu 53
5.2.6 Que thăm dầu 53
5.2.7 Đệm vênh 54
5.2.8 Vòng phớt 54
5.2.9 Vòng chắn dầu 55
5.2.10 Đai ốc và đệm cánh 55
5.2.11 Ống lót 56
5.3 Bôi trơn hộp giảm tốc 57
5.3.1 Chọn phương pháp bôi trơn hộp giảm tốc 57
Trang 8PHẦN 6 DUNG SAI VÀ LẮP GHÉP 59
6.1 Dung sai và lắp ghép bánh vít, bánh răng 59
6.2 Dung sai và lắp ghép ổ lăn 59
6.3 Dung sai khi lắp vòng chắn dầu 59
6.4 Dung sai khi lắp bạc chặn trên trục tuỳ động 59
6.7 Dung sai và lắp ghép nắp ổ 59
6.8 Dung sai lắp ghép then lên trục 59
6.9 Bảng dung sai 60
PHẦN 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62
Trang 9Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án Thiết kế là một đồ án chuyên ngành chính của sinh viên ngành Cơ khí Việc
tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình
đào đạo kỹ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức quan trọng cho sinh viên về kết cấumáy
Nội dung đồ án bao gồm những vẫn đề cơ bản trong thiết kế máy và hệ thống dẫnđộng, tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu và khả năng làm việc, thiết
kế kết cấu chi tiết máy, vỏ hộp, chọn cấp chính xác, lắp ghép, dung sai và phương pháptrình bày bản vẽ Thuật ngữ và kí hiệu dùng trong đồ án dựa theo tiêu chuẩn Việt Nam,phù hợp với thuật ngữ và kí hiệu quốc tế
Quá trình tính toán và thiết kế tham khảo các giáo trình như Tính toán hệ thống dẫnđộng cơ khí, Cơ sở thiết kế máy, Dung sai và lắp ghép… Qua đó từng bước giúp sinhviên làm quen với công việc thiết kế phục vụ nghề nghiệp của mình khi ra trường
Em xin được chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Nam đã hướng dẫn tận tình,đưa ra những lời khuyên và dành nhiều sự đóng góp để em có thể hoàn thành đồ án này.Tuy vậy, trong quá trình thực hiện cũng không thể tránh khỏi sai sót, do đó emmong được sự góp ý thêm từ phía các giảng viên để có thể rút ra được những kinhnghiệm, phục vụ cho công việc thiết kế sau này Em chân thành cảm ơn
Sinh viên thực hiện
Kiều Trung Tín
Trang 10SVTH: Kiều Trung Tín – MSSV:1910610 Trang 1
Trang 11Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
1.1.2 Công suất tính toán
Công suất tính toán:
1.1.3 Chọn hiêu suất của hệ thống
Hiệu suất chung cho cả hệ thống truyền động:
ol
dt tv br nt
Trong đó, theo bảng 2.3 trang 19 tài liệu tham khảo [1]:
nt =1: hiệu suất nối trục đàn hồi
: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
: hiệu suất bộ truyền đai thang: hiệu suất ổ lăn
1.1.4 Tính công suất cần thiết
P 10, 62
1.1.5 Số vòng quay của trục công tác
1.1.6 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ
Theo bảng 2.4 trang 21 tài liệu tham khảo [1], ta chọn tỉ số truyền bộ truyền đai
thang với: ud = 2
Trang 12Số vòng quay sơ bộ của động cơ:
n sb = n lv u ch = 27, 27 100 =2727 (vòng/phút)
Trang 13Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
1.2 Phân phối tỷ số truyền
Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động:
Vì là hộp giảm tốc trục vít – bánh răng nên
0, 99 1
Trang 141
tv ol
Trang 16Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
Nam
PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
(Về yêu cầu lựa chọn thiết kế bộ truyền nào trước, do hộp giảm tốc sẽ được chế tạo ở
nhà máy, còn bộ truyền đai thang sẽ phải nhập từ nhà chế tạo khác Như vậy, bộ truyền
đai thang sẽ cần chuẩn hóa cao hơn, tỉ số truyền khó điều chỉnh hơn so với hộp giảm tốc
nên ta chọn thiết kế trước).
- Điều kiện làm việc: Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ.
2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai
Theo bảng công suất và số vòng quay hình 4.1 ta chọn loại đai thang hẹp loại SPA
với các thông số bảng 4.13 tài liệu [1]:
- Sai số của tỷ số truyền 0,49 %
2.2.4 Chọn khoảng cách trục a nhỏ nhất xác định theo điều kiện
- Khoảng cách trục a nhỏ nhất xác định theo điều kiện:
0.55(d1 + d 2 ) + h a 2(d1 + d2 )
Trang 170, 55(200 + 400) + 10, 5a 2(200 + 400)
340, 5 a 1200 mm
Trang 18Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
Theo bảng tiêu chuẩn ta chọn L = 3150mm
2.3 Kiểm nghiệm đai
2.3.1 Số vòng chạy của đai trong một giây
2.3.3 Góc ôm đai của bánh đai dẫn động
P P
1
=
Trang 19- Hệ số ảnh hưởng của số dây đai: Cz=0.95 (hai hoặc ba đai) P
2500mm
Trang 20Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
Nam
( 2
2.3.5 Số đai được xác định theo công thức
2.3.6 Xác định chiều rộng bánh đai và đường kính ngoài bánh đai
F0 = A 0 = zA1 0 = 2.95.1 =190Nvới đai thang hẹp loại SPA có A1=95 m,
Trang 21fmin = f sin( 2 ) = 1, 33sin190 = 0, 43
Trang 22Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
2.3.10 Ứng suất lớn nhất trong dây đai
MPa – giới hạn mõi của đai thang
– số mũ của đường cong mỏi đối với đai thang
2.3.12 Bảng thông số bộ truyền đai
Bảng 2.1 Các thông số bộ truyền đai thang
Trang 24Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
Nam
PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN TRONG
3.1 Tính toán bộ truyền trục vít – bánh vít
➢ Số liệu thiết kế :
- Số vòng quay trục vít dẫn: n 1 = 1465 vòng/phút
- Tỉ số truyền: u tv = 10
- Moment xoắn trên trục bánh vít: T 2 = 833098,98 N.mm
+ b: Giới hạn bền kéo của vật liệu
+ C v : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vấn tốc trượt Chọn C v =0,88 theo bảng 7.9
Hệ số C v theo vận tốc trượt
+ [ HO ] = (0, 75 − 0, 9) b : Ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 107 chu kỳ Dùng
Trang 25- Ứng suất tiếp xúc cho phép: [ H] =0,9.250.0,7285.0,88 = 144,24 (MPa);
Trang 26Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
Trang 27- Do đó, để kiểm tra độ bền tỉnh tránh quá tải, ta xác định ứng suất tiếp xúc cho
phép khi quá tải và ứng suất uốn cho phép khi quá tải:
Trang 28Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
n2
=
, ta có:
0,98
(hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng);
(bảng 7.5 trang 153 tài liệu tham khảo [1])
- Với v s = 8, 26 m/s , theo bảng 7.6 trang 153 tài liệu tham khảo [1], chọn cấp
chính xác là 8; với cấp chính xác là 8 và v s = 8, 26 m/s theo bảng 7.7 trang 153 tài
liệu tham khảo [1], tra được K Hv =1, 3 - hệ số tải trọng động
- Theo công thức ứng suất tiếp xúc:
Trang 30Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
sát hoặc tính theo công thức:
w
+ )
0, 95 tan(21,800)tan(21,80
F = F = 2T2 = 2.833098,98= 4165, 49N
Trang 31Lực hướng tâm trục vít và bánh vít bằng nhau
Trang 32Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
3.1.6 Các thông số bộ truyền trục vít
Bảng 3.1 Các thông số bộ truyền trục
vít
Giá trị2501010440Đường kính vòng chia
Trang 33SVTH: Kiều Trung Tín – MSSV:1910610 Trang 13
Trang 34Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
3.1.7 Tính nhiệt truyền động trục vít
[0,
7K t
- Công suất trên trục vít:
Trang 35SVTH: Kiều Trung Tín – MSSV:1910610 Trang 14
Trang 36Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
3.2 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
➢ S ố liệu thiết kế :
- Tỉ số truyền: u br = 5, 3
- Công suất: P2 = 12, 78
kW
- Sô vòng quay trục dẫn:
- Moment xoắn trên trục dẫn: T2 = 833098, 98
- Thời gian làm việc: l h = 21120 giờ
N.mm
3.2.1 Chọn vật liệu
Do không yêu cầu gì đặt biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ta chọn vật liệu cho bánh răng như sau: chọn thép C45 với phương pháp tôi cải thiện (theo bảng 6.1 trang 92 tài liệu tham khảo [3])
b = 850 MPa; giới hạn chãych = 580 MPa
H = 1,1 - hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc
F = 1, 75 - hệ số an toàn khi tính về uốn
Trang 38Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
Trang 39- Do đó: KFL3 = 1 - hệ số tuổi thọ.
Trang 41509, 09 + 481,82
1, 25.481,82 2
thỏa điều kiện ứng suất tiếp xúc
- Ứng suất quá tải cho phép:
H = 2, 8. ch = 2, 8.495, 46 = 1387, 29 (MPa)
Trang 42Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
(theo bảng 6.5 trang 96 tài liệu tham khảo
[1]); bd = 0, 53 ba (u br + 1) =1, 3 , do đó:
K H = 1,1 - hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
khi tính tiếp xúc (bảng 6.7 trang 98 tài liệu tham khảo [1])
- Theo tiêu chuẩn ta chọn a w = 315 mm
Trang 44Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
3.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
-Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:
cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp
Trang 45+ KH – hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:
- hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời
- hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
xuất hiện trong vùng ăn khớp;
Trang 46x H
= 509, 09.0, 95.0, 8304.1 = 401, 61
= 481, 82.0, 95.0, 8304.1 = 380,10
MPaMPa
việc, cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó cần
Trang 47Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
Nên thỏa điều kiện ứng suất tiếp xúc
3.2.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn
- Ứng suất uốn cho phép:
= 0,9271 - hệ số kể đến độ nghiêng của răng;
cos 3 cos3 10, 20 cos 3 cos3 10, 20
suy ra: Y F = 4, 26 Y F = 3, 60 (theo bảng 6.18 trang 109 tài liệu tham khảo [1])
K F = K F .K F .K Fv - hệ số tải trọng khi tính về uốn, với:
Trang 48đồng thời ăn khớp khi tính về uốn;
Trang 49Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
Thỏa điều kiện độ bền uốn
3.2.7 Kiểm nghiệm quá tải
Trang 503.2.9 Các thông số và kích thước bộ truyền
Trang 51Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
Bảng 3.2 Thông số và kích thước bộ truyền bánh răng
3.2.10 Kiểm tra điều kiện bôi trơn, ngâm dầu
-Ta chọn phương pháp ngâm bánh vít trong dầu vì trục vít nằm trên, trong bộ truyềnquay nhanh, nếu trục vít ngâm trong dầu sẽ mất mát công suất lớn do khuấy dầu
+Phần ngâm dầu không thấp hơn chân răng và không được vượt quá 1/3 bán kính vòng đỉnh bánh răng 2 ( d a4 / 6 )
- Mức dầu thấp nhất ngập (0,75-2) chiều cao răng bánh vít: h2 = 2, 25m = 2, 25.10 = 22, 5mm
- Khoảng cách mức dầu thấp nhất và cao nhất: h h =10 15( mm)
Trang 52SVTH: Kiều Trung Tín – MSSV:1910610 Trang 22
Trang 53Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
Hình 3.2: Sơ đồ ngâm dầu
Trang 54Đồ án Thiết kế Đề số 17 – Phương án 1 GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh
Nam
PHẦN 4 THIẾT KẾ TRỤC – THEN – Ổ LĂN – NỐI TRỤC
4.1 Thiết kế trục và chọn ổ lăn:
- Số liệu thiết kế:
k – số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc;
i = 2…s, với s là số chi tiết quay;
- khoảng cách giữa các gối đỡ 0 và 1 trên trục thứ k;
- khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ k;
- chiều dài may-ơ của chi tiết quay thứ i trên trục k;
- khoảng cách công-xôn (khoảng chìa) trên trục thứ;
- chiều rộng vành bánh răng thứ i trên trục thứ k;
Chọn sơ bộ đường kính trục III là d3 = 110 mm, chiều rộng gần đúng ổ lăn b0 3 = 48mm
4.1.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
Trang 55SVTH: Kiều Trung Tín – MSSV:1910610 Trang 24
- k1 =10 mm - khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp
hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay
- k2 =10 mm - khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp
- k3 =15 mm - khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ
- h n = 20 mm - chiều cao nắp ổ và đầu bu lông