ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Họ và tên sinh viên: Nguyễn văn Nam Mã số sinh viên:19010243 Mã đề: 01Đánh giá của giảng viên hướng dẫn 1 độ được yêu cầuĐi thông qua đầy đủ và Hoàn thành đúng tiến 1,0 Đánh giá của cán

KHOA CƠ KHÍ – CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Mã đề: 01

Học kỳ I Năm học 2021-2022

Sinh viên thực hiện

Khóa: Kỹ thuật ô tô và năng lượng

Mã lớp: Đồ án thiết kế cơ khí

Mã học phần: Đồ án thiết kế cơ khí_1.1(13VEE1).1_LT

Giảng viên hướng dẫn: Vũ Thị Liên

Họ và tên sinh viên: Nguyễn văn Nam Mã số sinh viên:19010243 Mã đề: 01

Đánh giá của giảng viên hướng dẫn

1 độ được yêu cầuĐi thông qua đầy đủ và Hoàn thành đúng tiến 1,0

Đánh giá của cán bộ hỏi thi

1 Mức độ nắm được các nội dung về tính toán 2,0

2 Mức độ nắm được các nội dung về thiếtkế/lựa chọn kết cấu các chi tiết máy 3,0

Đề đồ án (bản gốc) có chữ ký của Giảng viên hướng dẫn đóng thay thế vào vị trí trang

Lời nói đầu

Sinh viên trình bày các nhận thức chung của bản thân về đồ án môn học này, vai trò và

ý nghĩa của đồ án, phân tích và trình bày cơ sở của sơ đồ hệ thống, các ý kiến góp ý, lờigửi gắm, lời cảm ơn, …

Chương 1: Tính toán động học hệ dẫn động 1

1.1 Tính chọn động cơ 3

1.1.1Hiệu suất hệ dẫn động: 3

1.1.2Công suất cần thiết trên trục động cơ: 3

1.1.3 Số vòng quay trên trục công tác: 3

1.1.4Chọn tỉ số truyền sơ bộ: 3

1.1.5Số vòng quay trên trục động cơ: 4

1.1.6Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: 4

1.2Chọn động cơ: 4

1.2.1Phân phối tỉ số truyền 4

1.2.2 Tỉ số truyền của cả hệ: 5

1.2.3 Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ: 5

1.2 Công thức, bảng và hình vẽ 4

1.3.1 Công suất trên các trục: 4

1.3.2 Số vòng quay trên các trục: 5

1.3.3 Mô men xoắn trên các trục: 5

1.3.4 Bảng tính lập được như sau: 6

Chương 2: Tính thiết kế bộ truyền ngoài (xích) 6

2.1 Chọn loại xích 7

2.2 Chọn số răng đĩa xích 7

2.3 Xác định bước xích 7

2.4 Xác định khoảng cách trục và số bước xích 8

2.5 Kiểm nghiệm xích về độ bền 9

2.6 Xác định thông số của đĩa xích 10

2.7 Xác định lực tác dụng trên trục 12

2.8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích: 12

Chương 3: Tính thiết kế bộ truyền trong hộp (bánh răng trụ/răng nghiêng,…) 13

3.1 Chọn vật liệu 13

3.2 Xác định ứng suất cho phép 14

3.3 Xác định khoảng cách trục sơ bộ 16

3.4 Xác định các thông số ăn khớp 17

3.5 xác định các hệ số và một số thông số 18

3.8 Bảng tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng: 21

Chương 4: Tính thiết kế trục 23

4.1 Tính chọn khớp nối 23

4.2 Thiết kế trục 25

4.2.2 Lực tác dụng từ các bộ truyền bánh răng: 25

4.3 Xác định sơ bộ đường kính trục: 26

4.3.1 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 26

4.3.2 Xác định các phản lực tác dụng lên gối đỡ: 29

4.4 Tính thiết kế trục: 29

4.2 Chọn và kiểm nghiệm độ bền của then 32

4.3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 33

4.4 Tính chọn sơ bộ trục II 37

Chương 5: Tính chọn ổ lăn 38

5.1 Chọn loại ổ lăn 38

5.2 Chọn sơ bộ cỡ ổ 38

5.3 Tính kiểm nghiệm khả năng tải động 39

5.5 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh 40

Chương 6: Tính kết cấu hộp giảm tốc 41

6.1 Tính kết cấu của vỏ hộp: 41

6.2 Các kết cấu liên quan: 43

6.3 Bôi trơn : 45

6.3.1 Bôi trơn hộp giảm tốc : 45

6.3.2 Bôi trơn ổ lăn : 46

6.3.3 Điều chỉnh sự ăn khớp: 46

6.3.4 Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai: 46

Chương 1: Tính toán động học hệ dẫn động

1.1 Tính chọn động cơ

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy Việc chọn động cơ ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn và thiết kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp

Để chọn đúng được loại động cơ cần hiểu rõ các đặc tính làm việc, phạn vi sử dụng

và các yêu cầu cụ thể của thiết bị cần được dẫn động Dưới đây là các loại động cơ điện:

Hình 1.1 Phân loại các kiểu động cơ điện

Động cơ điện một chiều:

- Ưu điểm: động cơ điện một chiều có thể có thể thay đổi trị số mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, ngoài ra còn khi khởi động có đặc tính êm, hãm và đảo chiều dễ dàng

- Nhược điểm: các loại động cơ điện một chiều có giá thành đắt, khó kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu

- Phạm vi sử dụng: động cơ điện một chiều được dùng trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục Động cơ điện xoay chiều một pha:

- Đặc điểm: có công suất nhỏ

- Phạm vi sử dung: chỉ phù hợp cho các thiết bị gia đình Động cơ xoay chiều 3 pha (Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp): Đồ án thiết kế cơ khí Họ và tên sinh viên – Lớp - Khóa 7 * Động cơ điện ba pha đồng bộ:

- Ưu điểm: có hiệu suất và cosφ cao, hệ số tải lớn

- Nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao vì phải có thêm thiết bị phụ để khởi động động cơ

- Phạm vi sử dụng: chúng được dùng cho các trường hợp cần công suất lớn (100kw) khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc * Động cơ điện ba pha không đồng bộ roto dây cuốn:

- Ưu điểm: cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi nhỏ ( khoảng 5%), có dòng điện mở máy thấp

- Nhược điểm: hệ số cosφ thấp, giá thành đắt, vận hành phức tạp

- Phạm vi sử dụng: chỉ thích hợp trong phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ đã được lắp đặt * Động cơ điện ba pha không đồng bộ rô to ngắn mạch:

- Ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành hạ, dễ bảo quản, có thể nối trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện

- Nhược điểm: hiệu suất và hệ số công suất cosφ thấp so với động cơ ba pha đồng

bộ, không điều chỉnh được vận tốc Từ những ưu điểm, nhược điểm đã được nêu ở trên, cùng với điều kiện làm việc của hộp giảm tốc, chọn động cơ điện ba pha khôngđồng bộ roto ngắn mạch (lồng sóc) ([1] TINH_TOAN_HE_DAN_DONG_CO_KHI 1)

1.1 Tính chọn động cơ

Công suất làm việc :

1.1.1Hiệu suất hệ dẫn động:

η=η br η ol 3 η x η kn

Trong đó tra bảng 2.3 trang 19 có được:

- Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ trục sơ cấp: η br = 0,98

- Hiệu suất bộ truyền xích: η x = 0,92

Thay số vào có:

1.1.2Công suất cần thiết trên trục động cơ:

1.1.3 Số vòng quay trên trục công tác:

1.1.4Chọn tỉ số truyền sơ bộ:

Theo bảng : 2.4 chọn sơ bộ:

Tỷ số bộ truyền xích

Tỷ số bộ truyền bộ bánh rang

Vậy tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống là:

1.1.5Số vòng quay trên trục động cơ:

Tra bảng phụ lục P1.3 trang 237 chọn động cơ thỏa mãn điều kiện:

Kết quả chọn được động cơ có thông số như sau:

1.2.1Phân phối tỉ số truyền

1.2.2 Tỉ số truyền của cả hệ:

1.2.3 Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ:

- Chọn tỉ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc:

u br=4

- Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài là bộ truyền xích có:

1.2 Công thức, bảng và hình vẽ

1.3.1 Công suất trên các trục:

- Công suất trên trục công tác:

- Công suất trên trục II:

-

Công suất trên trục I:

- Công suất trên trục của động cơ:

1.3.2 Số vòng quay trên các trục:

- Số vòng quay trên trục động cơ:

- Số vòng quay trên trục I:

- Số vòng quay trên trục II:

- Số vòng quay trên trục công tác:

1.3.3 Mô men xoắn trên các trục:

- Mô men xoắn trên trục động cơ:

- Mô men xoắn trên trục I:

- Mô men xoắn trên trục II:

- Mô men xoắn trên trục công tác:

Chương 2: Tính thiết kế bộ truyền ngoài (xích)

Thông số tính toán thiết kế bộ truyền xích:

Các ưu điểm của xích con lăn như sau:

Xích ống – con lăn gọi tắt là xích con lăn, về kết cấu giống như xích ống, chỉ khácphía ngoài ống lắp thêm con lăn, nhờ có thể thay thế ma sát trượt giữa ống và răng đĩa(ở xích ống) bằng ma sát lăn giữa con lăn và răng đĩa ( ở xích con lăn) Kết quả là độbền mỏi của xích con lăn cao hơn xích ống, chế tạo nó không phức tạp bằng xích răng,

do đó xích con lăn được dùng khá rộng rãi

Xích con lăn có các thông số kỹ thuật chính như sau:

2.2 Chọn số răng đĩa xích

Số răng đĩa xích nhỏ được nhỏ được xác định như sau:

Với:

là tỷ số truyền của bộ truyền xích = 2,71

Bước xích p được tra bảng B 5.5 trang 81 với điều kiện trong đó:

công suất tính toán ta có:

Chọn bộ truyền xích thí nghiệm là bộ chuyền tiêu chuẩn có số răng và vận tốc vòngxích đĩa nhỏ nhất là:

Ta tính được :

P = 7,14 (kW): công suất cần truyền;

[P]: Công suất cho phép;

Hệ số hở răng:

Hệ số vòng quay :

Trong đó:

với các hệ số thành phần được tra ở bảng 5.6 [1-82] cụ thể như sau:

k0-Hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền: với β=600,ta được k0=1

ka-Hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích:

Chọn a=(30÷50)p ka=1

kđc-Hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích: kđc=1

kbt-Hệ số ảnh hưởng của bôi trơn: kbt =1 (Bộ truyền làm việc trong môi trường cóbụi,chất lỏng bôi trơn đạt yêu cầu)

kđ-Hệ số tải trọng động: kđ=1,2

kc-Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền;với số ca làm việc là 2 ta có kc=1

Lực căng do lực li tâm sinh ra

Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra :

2.6 Xác định thông số của đĩa xích

Đường kính vòng chia của đĩa xích được xác định theo công thức sau:

Thay số ta được:

Đường kính đỉnh răng

Bán kính đáy: r = 0,5025𝑑1 + 0,05 = 8,47(mm)

(d1= 15,88 – tra bảng 5.2 trang78

Đường kính chân răng:

Kiểm nghiệm răng đĩa xích về độ bền tiếp xúc :

2.8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích:

Đường kính vòng chia đĩa xích nhỏ d1 186,53 (mm)

Đường kính vòng chia đĩa xích lớn d2 509,75 (mm)

Đường kính vòng đỉnh đĩa xích nhỏ da1 197,35 (mm)

Đường kính vòng đỉnh đĩa xích lớn da2 521,46 (mm)

Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ df1 169,59 (mm)

Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ df2 492,63 (mm)

Chương 3: Tính thiết kế bộ truyền trong hộp (bánh

răng trụ/răng nghiêng,…)

Bảng dữ liệu đầu vào

Vật liệu làm bánh răng có hai nhóm I và nhóm II, tương ứng với độ rắn HB ≤ 350 và

HB > 350 Ta chọn vật liệu làm bánh răng là nhóm I vì có những ưu điểm sau:

Do độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện;

Có khả năng chạy mòn;

Giá thành thấp hơn vật liệu nhóm II;

Yêu cầu không cao về công suất làm việc

Ngoài ra khi chọn vật liệu cho hai bánh răng cần chú ý đến đặc tính chạy mòn răngcủa chúng, vì vậy ta chọn độ cứng của vật liệu bánh nhỏ cao hơn độ cứng vật liệu bánhlớn là 10HB Các thông số chi tiết về vật liệu của bánh răng được tra trong Bảng 6.1tr.92 [1], cụ thể như sau

- hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng;

- hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng;

- hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất;

- hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn

Chọn sơ bộ: Hệ số an toàn khi tính toán về ứng

Tra bảng 6.2 trang 94 với:

Bánh răng chủ động:

Bánh răng bị động :

ứng suất tiếp xúc và uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở:

HB <350 => =6 và =6

số chu kỳ thay đổi ứng suất khi thử về ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn :

số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương : Do bộ truyền chịu

Ta xét thấy :

chọn

Do vậy ta có :

Do đây là bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng =>

Ứng suất cho phép khi quá tải:

momen xoắn trên trục chủ động = 48143 (N.mm)

ứng suất tiếp xúc cho phép : = 472,72

(MPa)

hệ số chiều rộng vành răng :

Tra bảng 6.6 trang 97 với bộ truyền đối xứng ,HB < 350 ta chọn được

Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khitính về ứng suất tiếp xúc và uốn : tra bảng 6.7 trang 98 với = 1 và sơ đồ bố trí là sơ

Vận tốc trung bình của bánh răng:

Tra bảng 6.13 trang 106 với bánh răng trụ răng nghiêng và v =3,85 ta được cấp chính xác của bộ truyền CCX = 9

Tra bảng PL 2.3 trang 250 với:

Từ thông tin trong trang 91 và 92 trong [1] ta chọn:

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

Kiểm nghiệm về ứng suất tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc cho phép

hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp:

Tra bảng 6.5 trang 96

hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc:

hệ số trùng khớp của răng , phụ thuộc vào hệ số trùng khớp của ngang và hệ số trùng khớp dọc

- hệ số trùng khớp ngang:

- hệ số trùng khớp dọc:

hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc :

chiều rộng vành răng

Thay vào ta được:

Nhận thấy =402,29(MPa) < [ ]=449,08(MPa) do đó bánh răng nghiêng ta tínhtoán đã đáp ứng được điều kiện bền do tiếp xúc

Kiểm nghiệm về độ bền uốn:

-[ ], [ ]-Ứng suất uốn cho phép của bánh răng chủ động và bị động:

•Đường kính đáy răng:

•Đường kính vòng cơ sở:

•Góc profin gốc:α=

3.8 Bảng tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng:

Tổng hợp các thông số của bộ truyền bánh răng:

Chương 4: Tính thiết kế trục 4.1 Tính chọn khớp nối.

Thông số đầu vào:

•Mô ment cần truyền:T=T đc= (N.mm)

•Đường kính trục động cơ :d đc=38(mm)

4.1.1 Chọn khớp nối:

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục

Ta chọn khớp theo điều kiện:

Trong đó :

•-d tĐường kính trục cần nối:d t =d đc =38(mm)

•T t-Mô ment xoắn tính toán:T t =k T ,với:

+k-Hệ số chế độ làm việc,phụ thuộc vào loại máy.Tra bảng 16.1 [2] ,ta lấy k=1,7

+T-Mô ment xoắn danh nghĩa trên trục:T=T đc= (N.mm)

4.1.2 Kiểm nghiệm khớp nối:

Ta kiểm nghiệm theo 2 điều kiện:

a)Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi

-Ứng suất dập cho phép của vòng cao su

Do vậy ứng suất dập sinh ra trên vòng đàn hồi:

Thỏa mãn

b)Điều kiện bền của chốt:

Trong đó:

[ ]- Ứng suất uốn cho phép của chôt.Ta lấy MPa;

Do vậy,ứng suất sinh ra trên chốt:

4.1.4 Các thông số cơ bản của nối trục vòng đàn hồi:

Bảng 4.1: Các thông số cơ bản của nối trục vòng đàn hồi

B, Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Dựa vào công thức 10.3 tr.184 [1] kết hợp với cá thông số hình học cơ bản của haibánh răng côn trong Bảng 3.1, tính được lực tác dụng lên trục như sau:

4.3.1 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

a Xác định chiều rộng ổ lăn trên trục:

Tra bảng 10.2[1] với :d1=25(mm);d2=35(mm)

Ta có chiều rộng ổ lăn trên các trục: b01=17(mm);b02=21(mm)

Sơ đồ trục

Trong đó: k3 - khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

- hn Chiều cao nắp ổ và đầu bulông Chọn :

k3 =15 (mm) ;

hn =20 (mm)

-Tra bảng 10.4[1] ta có:

Theo các điều kiện cân bằng lực và mô men ta lập được hệ phương trình sau:

Giải hệ phương trình trên để thu được các phản lực

Biểu đồ mô men uốn MXZ, MYZ và biểu đồ momen xoăn T trên trục I

Momen uốn tổng Mj và momen tương đương Mtđj ứng với các tiết diện j được tính theocông thức :

Trong đó :

Mj ,Mtd ,dj – lần lượt là momen uốn tổng , momen tương đương và đường kính trục tạicác tiết diện j trên chiều dài trục

Myj, Mxj – momen uốn trong mặt phẳng yox và xoz tại các tiết diện thứ j

- ứng suất uốn cho phép chế tạo trục , tra bảng 10.5[1]=67 (MPa)

- Tại tiết diện khớp nối 1-0

Tại tiết diện lắp ổ lăn 1-1

(Nmm) (Nmm)

Tại tiết diện 1-2 bánh răng

4.2 Chọn và kiểm nghiệm độ bền của then

Chọn then thỏa mãn điều kiện:

Trong đó:

-σd,[ σd]:Ứng suất dập và ứng suất dập cho phép;

[ σd]=100MPa tra bảng 9.5[1]

-τc,[ τc]:Ứng suất cắt và ứng suất cắt cho phép

[ τc]=40÷60MPa khi chịu tải trọng va đập nhẹ

-T-Mô men xoắn trên trục

với

Với W0j Wj là mômem cản xoắn và cản uốn tại thiết diện thứ j của trục

Xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm của trục:

Dựa vào biểu đồ mômem uốn và mômem xoắn trên trục Ӏ ta thấy các tiết diện nguyhiểm là tiết diện lắp bánh răng 3 và tiết diện lắp ổ lăn 1 Kết cấu trục vừa thiết kế đảmbảo độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm đó thỏa mãn điều kiện sau:

Trong đó

hệ số an toàn cho

- hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trường hợp ứng suất pháp hoặc ứng suất tiếp,được tính theo công thức sau:

Hệ số an toàn tính riêng về ứng suất uốn là:

Hệ số an toàn tính riêng về ứng suất xoắn là:

Trong đó :

-1; -1 giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng

σaj, τaj và σmj, τmj - biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiếtdiện xét

Chọn sơ bộ kiểu lắp h6 theo bảng 10.11 [1] ta có:

Ứng suất uốn biên:

Ứng suất xoắn biên: