Đồ án TKM hợp giảm tốc hai cấp phân đôi

Đồ án thiết kế máy, thiết kế hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh. Là một đồ án môn học đầu đời của những sinh viên khoa cơ khí, đây là tài liệu tham khảo hữu ích để có nền tảng vững chắc sau này. Ngày nay với sự phát triển của khoa học và kỷ thuật, người ta đã áp dụng các thành tựu của khoa học và đời sống và sản xuất. Cũng như đối với các ngành khoa học khác, nghành cơ khí cũng áp dụng rất nhiều tành tựu về khoa học đặc biệt là điều khiển số. Đối với sinh viên nghành cơ điện tử, việc tìm hiểu các chương trình điều khiển số hay tham gia vào quá trình lập trình là việc làm có ý nghĩa nhằm giúp cho sinh viên nắm được các kiến thức hiện đại cũng như hiểu được bản chất của các máy điều khiển số. Vì vậy thông qua việc làm Đồ án Công nghệ CADCAMCNC đã góp phần nâng cao kiến thức cho sinh viên trong lĩnh vực này.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Giáo viên hướng dẫn: TS Tào Quang Bảng.

Sinh viên thực hiện: Hoàng Công Khanh

MSSV: 101180179

Nhóm: 18.04B

Lớp: 18CDT1

LỜI NÓI ĐẦU

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trongchương trình đào tạo kỹ sư cơ khí Đồ án môn học Thiết kế máy là môn học giúpcho sinh viên có thể hệ thống hóa lại các kiến thức của các bộ môn như: Thiết kếmáy, sức bền vật liệu, kỹ thuật đo cơ khí, vẽ kỹ thuật …., đồng thời giúp sinh viênlàm quen dần với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho việc thiết kế đồ ántốt nghiệp sau này

Nhiệm vụ được giao là thiết kế hệ thống dẫn động tời kéo gồm có hộp giảmtốc bánh răng và bộ truyền đai Hệ được dẫn động bằng động cơ điện thông qua bộtruyền đai tới hộp giảm tốc và sẽ truyền chuyển động tới tang quay Do lần đầutiên làm quen thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợp còn có những mảng chưanắm vững cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của cácmôn có liên quan song bài làm của em không thể tránh được những sai sót Em rấtmong được sự hướng dẫn và chỉ bảo thêm của các thầy trong bộ môn để em cũng

cố và hiểu sâu hơn, nắm vững hơn về những kiến thức đã học hỏi được

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn và đặc biệt là

thầy Tào Quang Bảng đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ của mình.

Em xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2021

Sinh viên

Hoàng Công Khanh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Đà nẵng, ngày … tháng… năm 2020 Giáo viên hướng dẫn:

Mục lục

Chương I: Giới thiệu đề tài

Chương II: Tính chọn công suất động cơ điện và phân phối tỷ số truyền

Chương III: Tính toán bộ truyền ngoài

Chương IV: Thiết kế bộ truyền bánh răng

1 Vỏ hộp 53

Chương I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Hình 1.1: Sơ đồ động học Hình 1.2: Đồ thị thay đổi của tải trọng

2 Vận tốc kéo cáp : V = 0.75 (m/s) 2 Bộ truyền đai dẹt

4 Đặc tính tải trọng: Tải thay đổi, rung động vừa 4 Nối trục đàn hồi

Một năm làm việc 300 ngày, một ngày làm việc 08 giờ

6 Làm việc hai chiều

Chương II: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN

VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

ingoài hộp = 2 – 4 Chọn ingoài hộp = 3 (Đai dẹt)

2.2 Phân phối tỷ số truyền:

Để tạo điều kiện bôi trơn các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc ta chọn phương pháp bôi trơn dầu ta chọn: in = (1,2 ÷ 1,3).ic

Tỷ số truyền của ingồi = iđai

chung ngoài đai

3.3 Momen xoắn trên trục:

6 1 1

1 1

2 2

3 3

ct ct

Chương III: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI

1 Thiết kế bộ truyền đai dẹt

Ta có:

Công suất trên trục động cơ: Pđộng cơ = 2,51 (kw)

Tốc độ quay: nđộng cơ = 1430 (vong/phut)

Momen xoắn trên trục động cơ: Mđộng cơ = 16763 (N.mm)

2 Chọn loại đai:

Chọn loại đai vải cao su, vì có sức bền và tính đàn hồi cao, ít chịu ảnh

hưởng của nhiệt độ và độ ẩm

P: Công suất trên trục dẫn, kW

n: Số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn

Theo bảng 5-1/85 chọn đường kính Dđ1 = 140 (mm)

Vận tốc đai:

.D n .140.1430v

60.1000 60.1000

= 10,48 m/s ≤ (25 ÷ 30)m/s (2.2)Nằm trong phạm vi cho phép

4 Định khoảng cách trục A và chiều dài L:

Chiều dài tối thiểu của đai:

= 1315,96 (mm).

Kiểm nghiệm điều kiện: A ≥ 2.(Dđ1 + Dđ2)

A = 1315,96 (mm) ≥ 2.(140 + 400) = 1080Chọn A = 1300 (mm)

Tùy theo cách nối đai, tăng thêm chiều dài đai khoản 100 ÷400 [mm]

5 Kiểm nghiệm góc ôm trên bánh nhỏ:

Điều kiện được thỏa mãn

6 Xác định tiết diện đai:

Chiều dày đai δ được chọn theo tỷ số ≤ theo bảng 5-2/86:

Vậy δ ≤ = = 3,5(mm)

Theo bảng 5-3/87 chọn đai vải cao su loại A có chiều dày δ = 3,5mm.

Lấy ứng suất căng ban đầu σo = 1,8N/mm2, theo trị số

Ct = 0,9 Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng, tra bảng 5-6/89.

Cv = 1Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc, tra bảng 5-8/90.

Theo bảng 5-4/88 chọn chiều rộng của đai: b = 40 (mm)

7 Xác định chiều rộng B của bánh đai:

Theo bảng 5-10/91 ứng với chiều rộng của đai b = 40(mm) ta tìm được:

Chiều rộng B bánh đai: B = 50 (mm)

8 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

Lực căng ban đầu được tính theo công thức:

Trong đó:

δ = 3,5 Chiều dày đai, mm

σ0 = 1,8 Ứng suất căng ban đầu, N/mm2

b = 40 Chiều rộng của đai, mm

=> S0 = σ0.δ.b = 1,8.3,5.40 = 252 (N)Lực tác dụng lên trục được tính theo công thức:

R = 3.S0.sin = 3.252.sin

168 36'2



Chương IV: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

a Ứng xuất tiếp xúc cho phép:

Số chu kì tương đương:

   

3 i

u Số lần ăn khớp của 1 răng khi quay 1 vòng

Mi, ni, Ti momen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i

Mmax Momen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng

N0 Số chu kì cơ sở đường cong mỏi tiếp xúc

KN Hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc.

Số chu kì làm việc tương đương của bánh nhỏ:

Tra Theo bảng 3-9/43 có:[σ]Notx = 2,6HB

Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:

[ ]  [ ] K 2,6.200.1 520 (N/mm2) (3.1)Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:

 tx1  Notx N1  [ ] [ ] K 2,6.220.1 572 (N/mm2) (3.2)

Để tính ứng suất bền ta dùng trị số nhỏ là [ ] tx  [ ]tx2 520 (N/mm2)Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:

tx1 max  ch1  [ ] 2,8 2,8.330 924 (N/mm2)

[ ] 2,8 2,8.300 840 (N/mm2)

b Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kì tương đương:

m i

N0 Số chu kì cơ sở của đường cong mỏi uốn

KN Hệ số chu kỳ ứng suất uốn, Khệ số tập trung ứng suất ở chân răng

m Bậc đường cong mỏi uốn, lấy m = 6 đối với thép thường hóa

u Số lần ăn khớp của một bánh răng khi bánh răng quay 1 vòng

Giới hạn mỏi uốn của thép 55:

Hệ số an toàn n = 1,5; Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng Kσ

Vì ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động nên tính ứng suất uốn cho

 Với A, b Khoảng cách trục và chiều dài răng [mm]

Chọn ψA = 0,3

1.5 Tính sơ bộ khoảng cách trục: Asb ≥

2 6 3

3 1, 05.10 1,3.2, 46

572.3,6 0,3.133

= 126,6 (mm)Lấy A = 128 (mm)

1.6 Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:

Vận tốc vòng củabánh răng trụ: Theo công thức (3-17)

sb sb

1.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

Đối với bánh răng trụ răng thẳng: Ztđ = Z

Tính số răng tương đương theo công thức (3-37):

2 u1 19,1.10 1,523.2,46 72,17(N/ mm )20,448.2 29.477.40

σu1 ≤ [σ]u1 = 154 (N / mm2)Bánh lớn:

2 1

Trong đó hệ số quá tải Kqt = 1,8 Ứng suất tiếp xúc quá tải nhỏ hơn trị số chophép đối với bánh lớn và bánh nhỏ.

Kiểm nghiệm sức bền uốn theo công thức (3-38) và (3-42):

RăngRăngChiều rộng bánh

mmmm

mmmmĐường kính vòng

chân răng

di2 = d2 – 2,5m 203 mm

1.12 Tính lực tác dụng lên trục theo công thức (3-51):

Lực vòng:

6 x

a Ứng xuất tiếp xúc cho phép:

Số chu kì tương đương:

3 i

u Số lần ăn khớp của 1 răng khi quay 1 vòng.

Mi, ni, Ti momen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i

Mmax Momen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng

N0 Số chu kì cơ sở đường cong mỏi tiếp xúc

KN Hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc

Số chu kì làm việc tương đương của bánh nhỏ:

Tra Theo bảng 3-9/43 có: [σ]Notx = 2,6HB

Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:

tx1 max ch1

[ ] 2,8. 2,8.330 924 (N/mm2)

b Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kì tương đương:

m i

N0 Số chu kì cơ sở của đường cong mỏi uốn

KN Hệ số chu kỳ ứng suất uốn

m Bậc đường cong mỏi uốn, lấy m = 6 đối với thép thường hóa

u Số lần ăn khớp của một bánh răng khi bánh răng quay 1 vòng

Giới hạn mỏi uốn của thép 55:

Hệ số an toàn n = 1,5; Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng Kσ

Vì ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động nên tính ứng suất uốn cho

phép bằng theo công thức (3-5).

 

(3.13)Với A, b Khoảng cách trục và chiều dài răng (mm)

Chọn ψA = 0,3

2.5 Tính sơ bộ khoảng cách trục: Asb ≥

2 6 3

n2 Số vịng quay trong 1phút của bánh bị dẫn.

θ’ Hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải

2 6 3

=> Hệ số tập trung tải trọng Ktt

ttbảng tt

3 3

sb sb

Sơ bộ chọn góc nghiêng β = 10 ; cosβ = 0,985⁰ ; cosβ = 0,985

Tổng số răng của hai bánh

Lấy b = 48 (mm).

2.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

Tính số răng tương đương theo công thức (3-37):

6

2 u1 19,1.10 1,248.2,342 78(N / mm )0,460.2,5 31.133.48.1,25

σu1 ≤ [σ]u1 = 154 (N / mm2)Bánh lớn:

2 1

Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc theo công thức (3-14) và (3-41):

(N/mm2) ≤ [u2 max] 240 (N/mm2)

2.11 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

Bảng 3.2 Thông số hình học của bộ truyền

Thông số Kí hiệu Công thức tính Kết quả Đơn vị

RăngRăng

mmmm

mmmm

2.12 Tính lực tác dụng lên trục: Theo công thức (3-51)

Lực vòng

6 x

Chương V: THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN

n Số vòng quay trong 1 phút của trục.

- Khoảng cách giữa các bánh răng: c = 10 mm

- Khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay tới thành trong của hộp: ∆ = 10 mm

- Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp: l2 = 10 mm

- Chiều cao của nắp và đầu bulông: l3 = 16 mm

- Khoảng cách từ nắp ổ đến mặt bên bánh đai: l4 = 15 mm

- Chiều rộng bánh răng: bI = 40 mm ; bII = 48 mm

- Chiều rộng bánh đai: Bđai = 50 mm

- Chiều rộng của ổ lăn: Trục I B = 17 mm

Trục II B = 21 mm

Trục III B = 25 mm

- Khe hở giữa trục và bánh răng: l7 = 20 mm.

- Chiều dài phần mayơ lắp với trục:

Hình 4.1 Biểu đồ mômen của trục I

Đường kính trục ở hai tiết diện n-n và m-m:

Tính mômen uốn ở tiết diện nguy hiểm:

Tiết diện i-i:

Hình 4.3 Biểu đồ mômen trục III

Tính đường kính trục ở tiết diện k-k:

tñ

d0,1.[ ]

nσ Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp

Trong các công thức trên:

σ-1 và τ-1 Giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng

.d b.t.(d t)W

1 o o

Trong nối trục đàn hồi hai nửa nối trục nối với nhau bằng bộ phận đàn hồi Nhờ có bộ phận đàn hồi cho nên nối trục đàn hồi có khả năng giảm va đập và chấnđộng, đề phòng cộng hưởng do dao động xoắn gây nên và bù lại độ lệch trục Ở đây chọn nối trục vòng đàn hồi.

Nối trục vòng đàn hồi cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và giá rẻ, do đó được dùng khá rộng rãi

Chọn vật liệu làm nối trục: thép rèn 35; vật liệu chế tạo chốt: thép 45 thường hoá

nmax[vg/ph]

dc lc Ren

Sốchố

t z

Đườngkínhngoài

   

(N/mm2) ≤ [ ] d (2 3)[N/mm2]

Điều kiện về sức bền uốn của chốt:

(4.22)

   

≤ [ ] u 70(N/mm2)Vậy các kích thước của nối trục thoả mãn điều kiện bền uốn và bền dập Phản lực tại khớp nối được bỏ qua (Pk ≈ 0)

Chiều dài then: l = 0,8.lm = 0,8.30 = 24 (mm) (4.23)

2.2 Trục II:

Tại tiết diện i-i và j-j

Đường kính trục để lắp then là d = 40 mm; tra bảng (7-23/143) tìm được:

t = 4,5 mm t1 = 3,6 mm

k = 4,4 Mx = 168023 (Nmm)Chiều dài mayơ: lm = 1,2.d = 1,2.35 = 42 (mm) Lấy 40 (mm)

Chiều dài then: l = 0,8.lm = 0,8.40 = 32 (mm)

Chiều dài then: l = 0,8.lm = 0,8.48 = 38.4 (mm)

Chọn l = 40 (mm)

Trong đó: Q Tải trọng tương đương, [daN]

n Số vòng quay của ổ, [vong/phut]

h Thời gian phục vụ, [giờ]

Q (K R m.A).K K Trong đó: R Tải trọng hướng tâm

Tra bảng (14P/339), ứng với d = 25 (mm) lấy ổ có ký hiệu 36305 tìm được:

đường kính ngoài D = 62 mm; Cbảng = 27000; B = 17 mm Cả hai phía đều chọncùng một loại ổ

Tra bảng (17P/347), ứng với d = 35 (mm) lấy ổ có ký hiệu 36307 tìm được:

đường kính ngoài D = 80 mm; Cbảng = 46000; B =21 mm Cả hai phía cùng chọnmột loại ổ

Tra bảng (17P/347), ứng với d = 45 (mm) lấy ổ có ký hiệu 36309 tìm được:

đường kính ngoài D = 100 mm; Cbảng = 71000; B =25 mm Cả hai phía cùng chọnmột loại ổ

2 Chọn kiểu lắp ổ:

Tuổi thọ của ổ lăn phụ thuộc rất nhiều vào việc lắp ghép các vòng ổ vàotrục và vỏ hộp Kiểu lắp ổ lăn trên trục và trong vỏ hộp phụ thuộc vào chế độ làmviệc và dạng chịu tải của ổ Phương pháp chọn kiểu lắp cho ổ bi:

- Lắp ổ vào trục theo hệ lỗ: T2ô

- Lắp ổ vào vỏ hộp theo hệ trục: T2ô

- Đối với vòng ổ quay, chọn kiểu lắp bằng độ dôi để các vòng ổ không thểtrượt theo bề mặt của trục hoặc của lỗ trong vỏ khi làm việc Các vòng ổ là nhữngchi tiết không đủ cứng, khi di chuyển ổ dọc trục vòng trong của ổ có thể bị biếndạng dưới tác dụng của lực ngoài không đều hoặc lực ma sát Vì vậy để vòng trongcủa ổ đạt vị trí chính xác cần lắp xác vào mặt tỳ của vai trục

Vai trục và lỗ của vỏ hộp hoặc của ống lót cần đủ cao để các vòng ổ có thểtựa một cách ổn định

4 Bôi trơn ổ lăn:

Bôi trơn bộ phận ổ nhằm giảm mất mát ma sát giữa các chi tiết lăn, chốngmòn, tạo điều kiện thoát nhiệt tốt, bảo vệ bề mặt làm việc của chi tiết không bịhoăn gỉ, giảm tiếng ồn và bảo vệ ổ khỏi bụi

Việc chọn hợp lý loại dầu và cách bôi trơn làm tăng tuổi thọ của bộ phận ổ

Điều kiện chọn chất bôi trơn:

-Vận tốc của vòng ổ quay

-Tải trọng tác động

-Nhiệt độ làm việc và đặc điểm của môi trường xung quanh

Thường dùng mỡ hoặc dầu để bôi trơn

Dùng mỡ ít bị chảy ra ngoài; lấp kín khe hở của các chi tiết máy quay và chitiết máy cố định, nhờ đó bảo vệ khỏi bụi bặm; mỡ có thể dùng cho các bộ phận ổlàm việc lâu dài; chống mòn tốt, độ nhớt ít thay đổi khi nhiệt độ ít biến thiên

Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mỡ, vì vận tốc bộ truyền bánh răng thấp,không thể dùng phương pháp bắn toé để hắt dầu trong hộp vào bôi trơn bộ phậnổ.Có thể dùng mỡ loại T ứng với nhiệt độ làm việc từ 60 – 100 C và vận tốc dưới⁰ ; cosβ = 0,985 ⁰ ; cosβ = 0,985

1500 v/ph

Lượng mỡ chứa 2/3 chỗ rỗng của bộ phận ổ Để mỡ không chảy ra ngoài vàngăn không cho dầu rơi vào bộ phận ổ, nên làm vòng chắn dầu

Bôi trơn ổ bằng mỡ là phương pháp đơn giản nhất vì không cần những thiết

bị đặc biệt để dẫn dầu vào ổ, chỉ cần nhét mỡ vào bộ phận ổ với một lượng đủ đểbôi trơn suốt thời kỳ làm việc Tuy nhiên không nên cho mỡ quá nhiều vì lượng

mỡ thừa sẽ làm tăng nhiệt độ trong ổ

Khối lượng mỡ cho vào lần đầu trong bộ phận ổ nên theo quy định: khi sốvòng quay ổ nhỏ và trung bình mỡ lấp đầy dưới 2/3 thể tích rỗng của bộ phận ổ.Khi tra thêm mỡ có thể tháo nắp ổ hoặc dùng những nút hoặc vú mỡ Cần thay mỡhoàn toàn sau một thời gian nhất định, thường thay mỡ lúc sửa chữa định kỳ

Khi bôi trơn ổ bằng mỡ cần thiết kế các chi tiết che không cho các mảnhkim loại hoặc những tạp chất khác từ dầu chứa trong hộp bắn vào

Bôi trơn bằng mỡ có nhược điểm là làm tăng kích thước chiều dài của bộphận ổ chẳng hạn cần chứa các vòng chắn dầu

5 Che kín ổ lăn:

Để che kín các đầu trục ra, tránh sự xâm nhập của bụi bặm và tạp chất vào

ổ, cũng như ngăn mỡ chảy ra ngoài, ở đây dùng loại vòng phớt là đơn giản nhất.Tuy nhiên nhược điểm của vòng phớt là chóng mòn, vì hệ số ma sát lớn

Để tăng độ tin cậy của vòng phớt nên gia công bề mặt trục đạt độ bóng cao

Để dầu không chảy ra ngoài, nên làm nắp điều chỉnh áp lực ép vòng phớttrong rãnh.

Chương VII: THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC

Để nâng và vận chuyển nắp trên hộp giảm tốc người ta lắp các bulông vòngtrên nắp hoặc làm vòng móc

Để cố định hộp giảm tốc trên bệ máy, ở thân hộp có làm chân đế Mặt chânkhông nên làm phẳng, mà nên làm hai dãy lồi song song hoặc những phần lồi nhỏnhằm giảm tiêu hao vật liệu, giảm thời gian gia công và tạo khả năng lưu thôngkhông khí để thoát nhiệt

Đáy hộp nên làm nghiêng từ 1 – 2 về phía lỗ tháo dầu ra Để quan sát các⁰ ; cosβ = 0,985 ⁰ ; cosβ = 0,985chi tiết máy trong hộp và rót dầu vào hộp, trên đỉnh nắp hộp có làm cửa thăm cónắp đậy

Các kích thước của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc:

Chiều dày thành thân hộp:

b 1,5.  1,5.8,5 13(mm).Chiều dày mặt đế (chọn đế có phần lồi):

p (2,25 2,75).  2,5.8 20(mm)Chiều dày gân ở thân hộp:

m (0,85 1).   0,95.8 7,5(mm).Chiều dày gân ở nắp hộp:

d (0,5 0,6).d 0,6.16 10(mm)Ghép nắp cửa thăm:

d (0,3 0,4).d 0,4.16 6,5(mm)Ghép các nắp ổ: