Thiết kế Chương 1: Giới thiệu chung về đầu đề đồ án, các loại hộp giảm tốc Chương 2: Tính chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền Chương 3: Thiết kế các bộ truyền bộ truyền ngo
Trang 1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐỀ TÀI: HỘP GIẢM TỐC KIỂU HAI CẤP CÓ CẤP NHANH PHÂN
ĐÔI DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI
Giảng viên hướng dẫn: TS LÊ HOÀI NAM
TS PHẠM ANH ĐỨC
TS TRẦN ĐÌNH SƠN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐÌNH ĐỨC HUY
LÊ KHẮC THĂNG
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 2 năm 2020
Trang 2MỤC LỤC
Nội dung thuyết minh sẽ bao gồm:
Lời nói đầu
Phần 1 Thiết kế
Chương 1: Giới thiệu chung về đầu đề đồ án, các loại hộp giảm tốc
Chương 2: Tính chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền
Chương 3: Thiết kế các bộ truyền (bộ truyền ngoài, bộ truyền trong)
Chương 4: Thiết kế trục và tính then
Chương 5: Thiết kế gối đỡ trục
Chương 6: Tính chọn nối trục
Chương 7: Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết máy khác
Chương 8: Bôi trơn và che kín
Chương 9: Lựa chọn kiểu lắp cho các mối ghép
Phần 2 Mô phỏng
Phần 3 Gia công
Trang 3LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết trong lĩnh vực kĩ thuật, việc thiết kế, gia công chế tạọ những chi tiết
là những bước quan trọng để tạo ra những sản phẩm phục vụ cho mục đích đời sống Đối với sinh viên ngành kĩ thuật, việc làm quen với quy trình thiết kế gia công được một chi tiết dù lớn hay nhỏ là một trải nghiệm thực tế và thiết thực mang đến những kinh nghiệm cho những đồ án lớn nhỏ sau này.
Trên cơ sở đã được học trong môn: Thiết kế chi tiết máy, Công nghệ chế tạo máy, Kĩ thuật gia công cơ khí, CN CAD/CAM… Chúng tôi đã thực hiện một đồ án liên môn với đề tài “ Thiết kế hộp giảm tốc trong công nghiệp” Với mục đích là vận dụng những kiến thức đã học cũng như tìm hiểu những kiến thưc mới về thiết kế chi tiết máy bằng phần mềm thiết kế.
Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không nhiều nên đề tài của chúng tôi còn nhiều sai sót và hạn chế Mặc dù đã phần nào thiết kế và tính toán các chi tiết , các thông số nhưng đôi khi còn mang tính lý thuyết, chưa thực tế Chúng tôi mong sự đóng góp và sửa chữa để đề tài này mang tính khả thi hơn.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn, các thầy đã hướng dẫn chúng tôi hoàn thành chuyên
đề này.
Trang 4PHẦN 1 THIẾT KẾ Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẦU ĐỀ ĐỒ ÁN, CÁC
LOẠI HỘP GIẢM TỐC
1.1 Giới thiệu chung
ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG
HỘP GIẢM TỐC KIỂU HAI CẤP CÓ CẤP NHANH PHÂN ĐÔI
Thời gian phục vụ: T = 6 năm
Khối lượng thiết kế
Sơ đồ động học
Trang 5kích thước của bộ phận máy để vẽ toàn bộ hệ thống dẫn động từ bản vẽ lắp có thể vẽthành bản vẽ chế tao.
1.2 Các loại hộp giảm tốc
Hình 1.1 Minhmap hộp giảm tốc
Khái niệm : Hộp giảm tốc là một cơ cấu bộ phận truyền bánh răng hay trục vít, tạothành một tổ hợp biệt lập để giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ đến máycông tác
Ưu điểm : hiệu suất cao, có khả năng truyền những công suất khác nhau, tuổi thọ lớn,làm việc chắc chắn và sử dụng đơn giản
Căn cứ phân loại :
Loại truyền động
Số cấp
Vị trí tương đối giữa các trục trong không gian
Đặc điểm của sơ đồ động
Phân loại
Hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp
Ưu điểm : nhỏ gọn tối ưu hóa không gian
Nhược điểm : tỉ số truyền nhỏ
Trang 6Hộp giảm tốc bánh răng trụ tròn hai cấp và ba cấp
Ưu điểm : kích thước chiều dài trọng lượng của hộp giảm tốc này bé
hơn các hộp
giảm tốc khác
Nhược điểm : khả năng chịu tải trọng của cấp nhanh chưa dùng
hết; hạn chế khả năng chọn phương án bố trí; khó bôi trơn bộ
phận ổ trục ở giữa hộp; khoảng cách của các gối đỡ của trục
trung gian lớn, muốn đảm bảo phải tăng đường kính trục
Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp nhanh tách đôi
Được sử dụng rộng rãi do
Ưu điểm : tải trọng phân bố đều trên các ổ trục; sử dụng hết
khả năng của vật liệu; bánh răng phân bố đối xứng với ổ, sự tập trung tải
trọng theo chiều dài răng ít hơn so với sơ đô khai triển thông thường
Nhược điểm : chiều rộng của hộp tăng lên một ít, cấu tạo bộ
phận ổ phức tạp hơn, số lượng chi tiết và khối lượng gia công tăng
Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp và ba cấp khai triển
Hộp giảm tốc hai cấp thường được dùng với phạm vi tỉ
số truyền i=8÷ 30, ba cấp là i=50÷ 400
Khuyết điểm chủ yếu của loại này là bánh răng phân bố
không đồng đều trên các ổ trục, trọng lượng nặng
Hình 1.5 Sơ đồ hộp giảm tốc đồng trục [1]
Hình 1.2 Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng trụ
một cấp nằm ngang[1]
Hình 1.3 Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng trụ một
cấp thẳng đứng[1 ]
Hình 1.4 Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp nhanh tách đôi [1]
Trang 7Hình 1.6 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp
Tùy vào vị trí tương đối của trục vít và bánh vít, sơ đồ hộp giảm tốc trục vít chia làm
3 loại chính : trục vít đặt trên, đặt dưới và đặt cạnh
Hiệu suất của hộp giảm tốc trục vít tương đối thấp nên dùng để truyền công suất lớn
Hình 1.7 Sơ đồ hộp giảm tốc
ba cấp khai triển [1]
Trang 8Hình 1.10 Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng – nón trụ
ba cấp [1] Hình 1.11 Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít đặt dưới[1]
Hình 1.12 Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít đặt trên[1] Hình 1.13 Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít có trục vít
đặt đứng[1]
Hộp giảm tốc bánh răng - trục vít, trục vít - bánh răng và trục vít hai cấp
hai cấp có thể tới 70 ÷ 2500
Hình 1.14 Sơ đồ hộp giảm tốc bánh
răng - trục vít[1]
Hình 1.15 Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít - bánh răng[1]
Hình 1.16 Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít hai cấp[1]
Trang 9TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, “Thiết kế chi tiết máy”, NXB Giáo dục, 1999 [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển , “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí”, NXB Giáo
dục, 2003
Trang 10CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ
SỐ TRUYỀN
1.
2.1 Chọn động cơ điện
Hình 2.1 Mindmap chọn động cơ điện
2.2 Chọn công suất của động cơ điện
Để chọn động cơ điện, cần tính công suất cần thiết Nếu gọi N – Công suất trên băng tải,
Trang 11η br = 0,97 - Hiệu suất bộ truyền bánh răng
η k = 1 - Hiệu suất khớp nối
Các hiệu suất trên tra từ bảng 2-1[1]
2.3 Chọn số vòng quay động cơ điện
Trang 12Tỷ số truyền động chung (công thức tính tỉ số truyền [1]): i= n đc
i x - Tỷ số truyền của bộ truyền xích
Tra bảng 2 – 2 trang 32 dựa vào tỷ số truyền động trung bình TL KTCTM Nguyễn TrọngHiệp
Trang 13CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN
1 Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh răng nghiêng (bộ truyền trong)
Hình 3.1 Mindmap thiết kế bộ truyền động bánh răng
Thông số ban đầu :
Làm việc: 6 năm, 300 ngày, 12 giờ
Số vòng quay bánh dẫn: 1450(vòng/phút)
Làm việc 1 chiều - tải trọng không đổi
1.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng
Dựa theo bảng 3-8[1] chọn vật liệu chế tạo bánh răng
Trang 14Số chu kì làm việc của bánh nhỏ :
N1=i N2=2,5.50,1.107=125,25.107≥ 107
được tính theo công thức [1](trang 42):
Trang 151.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng
Tính số răng tương đương của bánh nhỏ (công thức 3-39[1])
Trang 16Hệ số dạng răng của bánh nhỏ y1=0,475; của bánh lớn y2=0,516 (tra bảng 3-18[1])
1.10 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải trong thời gian ngắn
Ứng suất tiếp xúc cho phép (công thức 3-43[1])
Trang 17 Đường kính vòng chia ( vòng lăn )
d c1 =m n Z1cosβ = 2.36cos14,3≈74,28 mm
d c2 =m n Z2cosβ = 2.90cos14,3≈ 185,71mm
Lực hướng tâm
P r=P tan∝ n cos β = 535,95 tan 20cos14,3 ≈ 201,31 N
Lực dọc trục
P a =P tan β=535,95 tan14,3 ≈ 136,61 N
2 Thiết kế bộ bánh răng cấp nhanh răng trụ răng thẳng (bộ truyền trong)
Trang 18Thông số ban đầu :
Làm việc: 6 năm, 300 ngày, 12 giờ
Số vòng quay bánh dẫn: 580 (vòng/phút)
Làm việc 1 chiều - tải trọng không đổi
2.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng
Chọn vật liệu chế tạo bánh răng
Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ
[σ ] tx 1 =2,6.200=520 N /mm2
Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn
[σ ] tx 2 =2,6.180=468 N /mm2
Chọn [σ ] tx =468 N /mm2
Trang 19Vì tải trọng không thay đổi và độ rắn của các bánh răng HB<350 nên K tt=1.
Số bánh răng lớn
Z2=i Z1=61.2=122(răng)
Chiều rộng bánh răng
Trang 20b=Ψ A A
Lấy b=0,2.183=36 mm
2.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng
Tính số răng tương đương của bánh nhỏ
Z tđ 1=61
Tính số răng tương đương của bánh lớn
Z tđ 2=122
Kiểm nghiệm ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ
σ u1= 19,1 106KN
y1.m2.Z n.b= 19,1.10
6 1,55 2,83 0,5 22.61.580 73,2≈ 16,17 N /mm
2.10 Kiểm nghiệm sức bền của bánh răng khi chịu quả tải trong thời gian ngắn
Ứng suất tiếp xúc cho phép
Trang 21Lực hướng tâm
P r =P tan ∝ n =763,8.tan 20 ≈278 N
Trang 223 Bộ truyền xích ( bộ truyền ngoài )
Hình 3.1 Mindmap thiết kế bộ truyền ngoài(bộ truyền xích)
Trang 23Thông số đầu vào :
Lấy thông số trục III từ bảng ta được:
Trang 24Theo bảng 6-7 [1] số lần va đập cho phép trong 1 giây [u]= 35 (ứng với bước xích 19,05)cho nên điều kiện u<[u] được thõa mãn.
3.5 Tính đường kính vòng chia của xích
Trang 25nằm ngang hoặc nghiêng 1 góc nhỏ hơn 40 độ so với phương nằm ngang
Trang 264 Kiểm nghiệm ngâm dầu
Mức dầu tối thiểu ngâm cho bánh răng trụ là
Nếu X min − X max =(10÷ 15) thì thỏa mãn điều kiện ngâm dầu
ngâm dầu
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TRỤC VÀ TÍNH THEN
Hình 4-1 Mindmap thiết kế trục tính then
Trang 27N: Công suất của trục
n: Sô vòng quay của trục
B o 1=14 ; B o 2=17 ; B o3=19 ; Để tiện cho việc tính toán sơ bộ các trục ta chọn b o=17
chế tạo trục lần lượt là: [σ]1=50 N /mm2 ; [σ]2=50 N /mm2 ; [σ]3=50 N /mm2
b) Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
Theo bảng 10.2 tài liệu [2], với đường kính trục tương ứng ta có chiều rộng ổ lăn:
c) Xác định chiều dài giữa các ổ
Áp dụng các công thức cho hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp phân đôi cấp nhanh trong
bảng 10.4 tài liệu [2]
27
Trang 28- k1 là khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp
Trang 29- Lực tác dụng trên cấp bánh răng bộ truyền cấp nhanh
Thông số đầu vào
Sử dụng phương trình moment và phương trình hình chiếu của các lực có trong mặt
phẳng zOy và zOx, chẳng hạn đối với trục k trong mặt phẳng zOy
Fl yk 1=−(Σ F yki l ki −ΣF zki r ki)
l k1
Fl yk 0 =−(Fl yk 1 +F yl1)
29
Trang 30Trục k trong mặt phẳng zOx
Fl xk 1=−(Σ F xki r ki −ΣF zki r ki)
l k 1
Fl xk 0 =−(Fl xk 1 +F xl1)
Ta có Fl tki=√Fl2xki +Fl2yki
Ta có được bảng thông số sau:
Trang 31Hình 4-2 Sơ đồ phân bố nội lực trục I
Để tính đường kính trục tại các thiết diện nguy hiểm ta sử dụng lần lượt hai công thức7-3[1] và 7-4[1] :
− Tại thiết diện 0 (ổ lăn 1)
− Tại thiết diện 1 (bánh răng 1)
31
Trang 32M td=√M x2+M2y +0,75 T2=33435 Nmm
d11≥3
√ M tđ
0,1(1− β4)[σ]=18,83 mm
− Tại thiết diện 2 (bánh răng 2)
M td=√M x2+M2y +0,75T2=33435 Nmm
d12≥√3 M tđ
0,1(1− β4)[σ]=17,08 Nmm
Tính chính xác trục
n: hệ số an toàn tại thiết diện (áp dụng công thức 7-5[1])
n= n σ n τ
√n σ2+n τ2
n τ: hệ số an toàn tính theo ứng suất tiếp
Trang 33K σ, K τ: hệ số tập trung ứng suất do rãnh then gây ra
ε σ, ε τ: hệ số tập trung ứng suất do kích thước trục gây ra
Trang 34Hình 4-3 Sơ đồ phân bố nội lực trục II
− Tại thiết diện 2 ( bánh răng 2 )
Trang 35− Tại thiết diện 3 ( bánh răng 3 )
M td=√M x2+M2y +0,75 T2=59825,61 N /mm2
d23≥√3 M tđ
0,1(1−β4)[σ]=22,87mm
− Tại thiết diện 0 và 4 ( ổ 0 và 1 ):
Vì ổ 0 và ổ 1 không chịu mômen uốn và xoắn ( hính vẽ ) nên chọn đướng kính
Theo quy ước trang 122[1] Ψ σ=0,1, Ψ τ=0,05
K σ, K τ: hệ số tập trung ứng suất do rãnh then gây ra
ε σ, ε τ: hệ số tập trung ứng suất do kích thước trục gây ra
Trang 36Ψ σ, Ψ τ: hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến sức bền mỏi Theo quy ước trang 122[1] Ψ σ=0,1, Ψ τ=0,05
K σ, K τ: hệ số tập trung ứng suất do rãnh then gây ra
ε σ, ε τ: hệ số tập trung ứng suất do kích thước trục gây ra
Trang 37Hình 4-4 Sơ đồ phân bố nội lực trục III
Với [σ]=50 N /mm2
− Tại thiết diện 0 ( ổ lăn 1 )
− Tại thiết diện 1 ( bánh răng 1 )
M td=√M x2+M2y +0,75 T2=218721,9 N /mm2
d2≥3
√ M tđ
0,1(1−β4)[σ]=35,23 mm
− Tại thiết diện 2 ( ổ lăn 2 )
M td=√M x2+M2y +0,75 T2=123100 N /mm2
d32≥3
√ M tđ
0,1(1− β4)[σ]=29,1mm
− Tại thiết diện 3 ( xích )
Theo quy ước trang 122[1] Ψ σ=0,1, Ψ τ=0,05
K σ, K τ: hệ số tập trung ứng suất do rãnh then gây ra
37
Trang 38β: hệ số răng bền Tra bảng 10.9 trang 197[2] β=1
ε σ, ε τ: hệ số tập trung ứng suất do kích thước trục gây ra
10 ×8
10 ×8
10 ×8
555
465984659846598
23,0123,0123,01
6,906,906,90
38
Trang 39CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC
Hình 5-1 Mindmap phần thiết kế gối đỡ trục
1 Chọn ổ lăn
Dựa vào công thức 8.1 trang 158[1], ta có hệ số C:
39
Trang 40ta chỉ tính đối với gối trục bên trái (ở đấy lực Q lớn hơn) và chọn ổ cho gối trục này, còngối trục kia lấy ổ cùng loại
Trang 41ta chỉ tính đối với gối trục bên trái (ở đấy lực Q lớn hơn) và chọn ổ cho gối trục này, còngối trục kia lấy ổ cùng loại
Trang 42Tính cho gối đỡ F vì R F lớn (A=0) vì không có lực dọc trục
Các vòng ổ là những chi tiết không đủ cứng, khi di chuyển ổ dọc trục vòng trong của
ổ có thể bị biến dạng dưới tác dụng của lực ngoài không đều hoặc lực ma sát Vì vậy
để vòng trong của 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 thể tựa mộtcách ổn định
3 Cố định trục theo phương dọc trục
Dùng phương pháp cố định ổ trục ở hai đầu Đặt ổ vào giữa vai trục và thành ngoàicủa vỏ hộp
Cấu tạo ổ loại này tương đối đơn giản, không cần chi tiết phụ, không làm rãnh hoặc
gờ trong lỗ của hộp Vì vậy được dùng rộng rãi trong trong ngành chế tạo máy
4 Bôi trơn ổ lăn
Bôi trơn bộ phận ổ nhằm giảm mất mát ma sát giữa các chi tiết lăn, chống mòn, tạođiều kiện thoát nhiệt tốt, bảo vệ bề mặt làm việc của chi tiết không bị hoăn gỉ, giảmtiếng 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
Ta 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 chi tiết máy
cố định, nhờ đó bảo vệ khỏi bụi bặm; mỡ có thể dùng cho các bộ phận ổ làm việc lâudài; 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 thểdùng phương pháp bắn toé để hắt dầu trong hộp vào bôi trơn bộ phận ổ Có thể dùng
mỡ loại T ứng với nhiệt độ làm việc từ 60 – 100 C và vận tốc dưới 1500 v/ph
42
Trang 43 Lượng mỡ chứa 2/3 chỗ rỗng của bộ phận ổ Để mỡ không chảy ra ngoài và ngănkhông 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 đặcbiệt để dẫn dầu vào ổ, chỉ cần nhét mỡ vào bộ phận ổ với một lượng đủ để bôi trơnsuốt thời kỳ làm việc Tuy nhiên không nên cho mỡ quá nhiều vì lượng mỡ thừa sẽlàm tăng nhiệt độ trong ổ
Khối lượng mỡ cho vào lần đầu trong bộ phận ổ nên theo quy định: khi số vòng 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 mỡ hoàn toàn sau mộtthời 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 mảnh kim loạihoặc 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 bộ phận ổchẳng 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, cũngnhư ngăn mỡ chảy ra ngoài, ở đây dùng loại vòng phớt là đơn giản nhất Tuy nhiênnhược điểm của vòng phớt là chống 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 phớt trong rãnh
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC
Hình 6-1 Mindmap phần thiết kế vỏ hôp giảm tốc và chi tiết khác
43
Trang 44 Dựa vào bảng 10-9 trang 268 [1] cho phép ta tính được kích thước các phân tử cấu
tạo vỏ hộp sau đây:
Chiều dày thành thân hộp
Đường kính bu lông vòng chọn theo trọng lượng của hộp giảm tốc, với khoảng cách trục
Số lượng bu lông nền n= L+B 200÷ 300
Trong đó
44
L chiều dài hộp, sơ bộ lấy bằng 900 mm
B chiều rộng hộp sơ bộ lấy bằng 350 mm
n= L+B 200÷ 300= 900+350250 =5 lấy n=6