đồ án chi tiết máy bánh răng trụ răng thẳng

đồ án chi tiết máy bánh răng trụ răng thẳng 1 cấp, đồ án môn học, thiết kế hộp giảm tốc trong sản xuất băng chuyền, trường đại học công nghiệp hà nội, bài tập lớn khkhoia cơ khí ồ án chi tiết máy bánh răng trụ răng thẳng 1 cấp, đồ án môn học, thiết kế hộp giảm tốc trong sản xuất băng chuyền, trường đại học công nghiệp hà nội, bài tập lớn khkhoia cơ khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA: CƠ KHÍ

- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Trường

Mã sinh viên: 2020603970

Hà Nội ̶ 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

Số: 483

1 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Tuân

2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Trường Mã SV: 2020603970

NỘI DUNG THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

1 Động cơ 2 Hệ thống dẫn động 3 Băng tải

Các số liệu cho trước:

TT Nội dung Đánh giá Sản phẩm

815/QĐ-ĐHCN banhành ngày 15/08/2019Trích dẫn tài liệutham khảo theo quyđịnh số 815/QĐ-ĐHCN ban hànhngày 15/08/2019

2 Bản vẽ:Thiết kế bản vẽ lắp hộp giảm tốc L2

01 bản vẽ lắp hộp giảm tốc khổ A0 theo đúng tiêu chuẩn (TCVN 7283; TCVN0008)

3 Viết topic: Nhận thức được những tác động của giải pháp kỹ thuật đối với cá

nhân, tổ chức và xã hội

1-2 trang khổ A4, đóng cùng quyển thuyết minh ở mục 2

Ngày giao đề: 12/09/2022 Ngày hoàn thành: 24/12/2022

Hà Nội, ngày 05 tháng 09 năm 2022

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN

Tên lớp: 2020DHKH04 Khóa : K15

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đình Trường MSSV: 2020603970

Tên chủ đề: Thiết kế hệ dẫn động cơ khí

Tuần Người thực hiện Nội dung công việc Phương pháp thực hiện

DANH MỤC HÌNH ẢNH

LỜI CẢM ƠN

Chi tiết máy là một môn học khoa học nghiên cứu các phương pháp tính toán

và thiết kế chi tiết máy Giúp sinh viên hiểu được nhiều kiến thức quan trọng trướckhi tốt nghiệp và trong công việc tương lai của mình

Thông qua đồ án môn học Chi tiết máy, sinh viên được hệ thống lại các kiếnthức đã học nhằm tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả nănglàm việc và thiết kế kết cấu chi tiết máy, chọn cấp chính xác, lắp ghép và phươngpháp trình bày bản vẽ, về dung sai lắp ghép, chế độ làm việc cũng như những hócmắc phải thông thảo nhiều môn học trong ngành cơ khí cũng như các phần mềm đồhọa máy tính hay khả năng vẽ của mình Đặc biệt làm rèn luyện tính cẩn thận trongviệc tính toán, cũng như các số liệu cần chọn

Lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế, với một khối lượng kiến thứctổng hợp lớn và có nhiều phần em chưa nắm vững, dù đã tham khảo các tài liệu, ýkiến trên các trang mạng, cũng như những sinh viên khóa trước, trong tính toánkhông thể tránh được những thiếu sót Mong thầy cô thông cảm

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, đặc biệt là thầy giáo NguyễnVăn Tuân và cô giáo Nguyễn Thị Thu Hường đã hướng dẫn tận tình và cho em nhiều

ý kiến quý báu về việc hoàn thành đồ án môn học này

NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

(Kí, ghi rõ họ tên)

Nguyễn Đình Trường

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG

DẪN ĐỘNG

Ta thấy trục của động cơ và trục của băng tải được đặt song song với nhau vàkhoảng cách giữa hai trục cách nhau xa nên ta nên sử dụng bộ truyền ngoài để có thểtruyền tải tốt Đối với bộ truyền ngoài chúng ta có thể sử dụng bộ truyền đai hoặc bộtruyền xích , còn đối với hộp giảm tốc thì chúng ta nên sử dụng hộp giảm tốc bánhrăng trụ

• Bộ truyền đai thường dùng truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình Tảitrọng cực đại có thể đến 50 kW

• Bộ truyền có thể làm việc với vân tốc nhỏ, đến trung bình Vận tốc thườngdùng không nên quá 20 m/s, vận tốc lớn nhất có thể dùng là 30 m/s

• Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 3 cho đai dẹt, từ 2 đến 6 cho đai thang

Tỷ số truyền tối đa cho một bộ truyền đai dẹt không nên quá 5, cho bộtruyền đai thang không nên quá 10

• Hiệu suất trung bình trong khoảng 0,92 đến 0,97

- Bộ truyền đai có ưu điểm:

• Bộ truyền đai có kềt cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ

• Bộ truyền đai có khả năng truyền chuyển động giữa hai trục khá xa nhau,

mà kích thước của bộ truyền không lớn lắm

• Bộ truyền làm việc êm, không có tiếng ồn

• Đảm bảo an toàn cho động cơ khi có quá tải

- Nhược điểm:

• Bộ truyền đai có trượt, nên tỷ số truyền và số vòng quay n2 không ổn định

• Bộ truyền có khả năng tải không cao Kích thước của bộ truyền lớn hơncác bộ truyền khác, khi làm việc với tải trọng như nhau

• Tuổi thọ của bộ truyền tương đối thấp, đặc biệt khi làm việc với vận tốccao

• Lực tác dụng lên trục và ổ lớn, có thể gấp 2÷3 lần so với bộ tuyền bánhrăng

• Công suất truyền thông thường < 100 kW.

• Tỉ số truyền < 6, hiệu suất 0,95 0,97

- Ưu điểm

• Không có hiện tượng trượt như bộ truyền đai, có thể làm việc khi có quá tảiđột ngột, hiệu suất cao

• Không đòi hỏi phải căng xích, nên lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn

• Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu cùng công suất

• Góc ôm không có ý nghĩa như bộ truyền đai nên có thể truyền cho nhiềubánh xích bị dẫn

- Nhược điểm

• Bản lề xích bị mòn nên gây tải trọng động, ồn

• Có tỉ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫnthay đổi

• Phải bôi trơn thường xuyên và phải có bánh điều chỉnh xích

• Mau bị mòn trong môi trường có nhiều bụi hoặc bôi trơn không tốt

Hình 2 Bộ truyền xích

 Ta nhận thấy trong hệ dẫn động cơ khí thường xảy ra hiện tượng quá tải động

cơ và dựa vào ưu nhược điểm của hai bộ truyền trên thì ta nên sử dụng bộtruyền đai ( đai thang) với u d = ÷3 4

u

÷

÷

Ta thấy uhgt ≤5 Vậy ta sử dụng hộp giảm tốc 1 cấp

 Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng

- Ưu điểm:

• Tất cả các mặt tiếp xúc hoàn toàn trực tiếp với các hướng của trục quay

• Tạo được sự thống nhất trong hệ thống

• Máy hoạt động êm, ít tiếng ồn do răng nghiêng nên khi ăn khớp sẽ không xảy

ra hiện tượng tăng đột ngột chiều dài cảu bánh răng

3 Động cơ

Động cơ điện một chiều bao gồm kích từ mắc song song , nối tiếp hoặc hỗn hợp và

hệ thống cơ - máy phát cho phép thay đổi trị số của mô men và vận tốc góc trong mộtphạm vi rộng , đảm bảo khởi động êm , hãm và đảo chiều dễ dàng , do đó được dùngrộng rãi trong các thiết bị vận chuyển bằng điện , thang máy , máy trục , các thiết bịthí nghiệm Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là giá thành cao và cần thêm cácthiết bị chính lưu

Động cơ điện xoay chiều bao gồm động cơ điện một pha và động cơ điện bapha Động cơ một pha có công suất tương đối nhỏ, sử dụng thuận tiện cho các dụng

cụ điện gia đình

Trong công nghiệp sử dụng động cơ điện ba pha, chúng gồm hai loại là động cơđồng bộ và động cơ không đồng bộ Động cơ ba pha đồng bộ là động cơ có vận tốcgóc không đổi không phụ thuộc vào trị số của tải trọng và không điều chỉnh được.Động cơ đồng bộ có ưu điểm là hiệu suất và cos cao, hệ số quá tải lớn nhưng nhượcđiểm là thiết bị phức tạp, giá thành cao do đó chỉ sử dụng trong trưởng hợp yêu cầucông suất lớn - trên 100 kW, ít phải mở máy và dừng máy

Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu là rôto dây quấn và rôto ngắnmạch Trong công nghiệp thường sử dụng động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộrôto ngắn mạch do kết cấu của nó đơn giản, giá thành hạ, dễ bảo quản, làm việc tincậy và có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha mà không cần phải biến đổi dòngđiện

Hình 3 Động cơ 3 pha

 Từ những yêu cầu của đề bài và thông qua những phân tích trên để phù hợp với hệthống chúng ta sẽ chọn đông cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ rôto ngắn mạch,

và cụ thể là động cơ loại 4A

6 Sơ đồ hệ thống dẫn động

4. Khớp nối 5. Bộ truyền đai hình thang

Các số liệu cho trước:

2 Vận tốc băng tải: v = 0,45 m/s

Theo sơ đồ hệ thống dẫn động: Động cơ (1)→

Bộ truyền đai hình thang (5)→

hộp

giảm tốc (2)→

Khớp nối (4)→

Băng tải (3).

CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1.1 Xác định công suất động cơ

- Công suất cần thiết: P ct=P t

Trong đó: P ct – Công suất cần thiết trên động cơ (kW)

P t – Công suất tính toán trên trục máy công tác (kW)

η – Hiệu suất truyền động

- Hiệu suất truyền động:

Thay vào công thức P ct=P t

η ,ta có:

4, 01

4, 460,9

t ct

¿ 3,15.4=12,6

Trong đó: u d−Tỉ số truyền của bộ truyền đai

u h−Tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Do đó: n sb =n u lv. sb 53,74.12,6 677,12

vg ph

T = T = T = < =T

, vậy động cơ đã chọn thỏa mãn điềukiện làm việc

1.2 Phân phối tỉ số truyền:

- Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động:

dc t lv

n u n

=

(1.6)Với n dc =716(vg ph n), lv =53,74(vg ph)

thay vào (1.6) ta được:

716

13,3253,74

dc t lv

n u n

Chọn tỉ số truyền đai theo tiêu chuẩn u đ=3,15 ; khi đó

13,32

4, 23 3,15

t h

- Tính toán thông số trên các trục:

Công suất trên các trục:

- Momen xoắn trên các trục:

69,55.10 i i

i

P T

II

P T

lv

P T

n

1.3 Bảng thông số kỹ thuật

Ta có bảng thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 1 2 Thông số kỹ thuật chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP GIẢM TỐC

3 loại đai hình thang: đai thang thường, đai thang hẹp và đai thang rộng [2] Trong đóđai thang thường được sử dụng phổ biến hiện nay

Với những ưu điểm như trên và độ phổ biến trên thế giới, ta lựa chọn đai thangthường để làm bộ truyền đai cho hệ thống dẫn động

2.2 Xác định các thông số của bộ truyền

1 2

.(1 )

u d d

ε

- hệ số trượt (ε

= 0,01 – 0,02)Theo bảng 4.26 [3], ta chọn đường kínhtheotiêu chuẩn d2=710 mm

Như vậy tỷ số truyền thực tế:

2 1

.(1 ) 710.(1 0,01)

3,14224

t

d u

đảm bảo điều kiện

2.2.2 Chiều dài đai L

- Theo bảng 4.14 [3] chọn sơ bộ khoảng cách trục a = d2 = 710 mm, theo công thức (4.4) [3] chiều dài đai:

Chọn chiều dài L theo tiêu chuẩn L = 3000 mm

- Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây, theo (4.15) [3]:

max

8,4 2,8 / 10 /3

V

L

= = = < =

ta có

2 1 1

P 0 – Công suất cho phép, kW xác định bằng thực nghiệm ứng với boj truyền có số dây đai z=1, chiều dài dây đai l 0 , tỷ số truyền u=1 và tải trọng tĩnh

C u –hệ số tỉ số truyền

C α – hệ số góc ôm

C l - Hệ số chiều dài đây đai

C z – Hệ số phân bố không đều tải trọng

 Theo bảng 4.7 [3], Kđ = 1,25 + 0,2 = 1,45 (làm việc 3 ca tăng thêm 0,2)

 Với α=141,83 thì C α=¿ 0,88 (bảng 4.15)

 Với 0

3000

1,34 2240

P C C C Cα

=

=

5,48.1,45 3,472,3.0,88.1,06.1,14.0,94=

( 1) 2 (4 1).19 2.12,5 82

B= −z t+ e= − + =

mm

 Đường kính ngoài của bánh đai: da = d + 2h0 = 224 + 2.4,2=232,4 mm

2.2.6 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Fv = qm.V2 (định kỳ điều chỉnh lực căng),

qm=0,179 (bảng 4.22) [1] là khối lượng 1m chiều dài đai

20,178.8, 4 12,56

780

d v

2.3 Thông số kỹ thuật bộ truyền đai thang

Bảng 2 1 Bảng thông số kỹ thuật bộ truyền đai

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC

3.1 Chọn vật liệu

 Nguyên tắc chung chọn vật liệu [2]:

• Vật liệu phải thỏa mãn điêu kiện làm việc của chi tiết máy ( độ bền, độ cứng, độ bền mòn,…)

• Thỏa mãn yêu cầu về khối lượng và kích thước máy của chi tiết máy và cả

bộ máy

• Vật liệu phải có tính chất công nghệ phù hợp với hình dạng, phương phápgia công chi tiết máy và phải dễ chế tạo

• Vật liệu phải dễ tìm, giá thành phù hợp

 Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế,

ở đây chọn vật liệu 2 cấp bánh răng như nhau

Nếu bộ truyền kín (hộp giảm tốc) được bôi trơn tốt thì dạng hỏng chủ yếu là tróc lỗ

bề mặt răng và ta tiến hành tính toán thiết kế theo ứng suất tiếp xúc

Mô men xoắn trên trục của bánh dẫn T1=216377,03 Nmm Tỷ số truyền u=4,23 Sốvòng quay n= 227,3 (vg/ph)

s = σ = HB s =

N = c∑ T T n t

(3.2)( max)

N = c∑ T T n t

(3.3)Trong đó: Ti , ni , ti lần lượt là mô men xoắn, số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

do đó K HL1 =1

.Như vậy theo (6.1a) [3] , sơ bộ xác định được

σ =σ

(3.4)Thay số vào (3.4) ta có:

lim1 1

lim 2 2

Vì N FE2

71,85.10

.( 1)

H a

Trong đó: K a- Hệ số, tra theo bảng (5.3) [1]:K a =49,5MPa

u – Tỉ số truyền,( dấu (+) dùng khi bánh răng ăn khớp ngoài, (-) khi bánh răng ăn khớp trong)

T1 – mô men xoắn trên trục bánh chủ động; Nmm

w w

0,4

ba

b a

- hệ số, tra theo bảng 5.4 [1]

481,8 4, 23.0, 4 .

H a

2( 1)

a z

27,53( 1) 3.(4, 23 1)

a z

z u z

Do đó

1 2 w

Lấy aw =215mm

, do đó cần dịch chỉnh để tăng khoảng cách trục từ 211,5 mm lên 215 mm

Tính hệ số dịch tâm theo (5.22) [1]:

w

1 2

2150,5( ) 0,5(27 114) 1,17

Theo bảng 6.5 [3],

1/3274

b H

82,34114

w w1 1

3,06.86.82,34

2 2.216377,03.1,06.1,13

H Hv

v b d K

27

114

86 82,3427

3.3.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Để đảm bảo về độ bền uốn răng, ứng suất sinh ra tại chân răng không được vượt quá

2150,016.73.0,98 8,17

8,17.85.82,34

F Fv

v b d K

[ ] [ ]σF2 = σF2 Y Y Y R S xF =236,57.1.1.1 236,57= MPa

;Thay các giá trị vừa tính được vào công thức (3.9):

3.3.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Theo (6.48) [3] với

max 1

1,7

qt

T K

3.3.6 Xác định các thông số và kích thước của bộ truyền

Sau khi kiểm nghiệm bộ truyền đạt độ bền , ta xác dịnh các thông số của bộ truyềntheo công thức trong bảng 5.10 [1]:

- Đường kính chia d:

1 1

3.27

81cos cos0

3.114

342cos cos 0

- Khoảng cách trục chia a:

2 10,5( ) 0,5.(342 81) 211,5

Ta có bảng thông số cơ bản và kích thước của bộ truyền đai bánh răng trụ như sau:

Bảng 3 1 Các thông số cơ bản và kích thước của bộ truyền bánh răng trụ

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TRỤC 4.1 Chọn vật liệu

Ở các máy móc quan trọng hay hộp giảm tốc, hộp tốc độ, … khi chịu tải trọngtrung bình thường dùng thép 45 thường hóa hoặc tôi cải thiện, thép 40X tôi cải thiện

để chế tạo trục

Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 có σb =600MPa

, ứng suất xoắn cho

Hình 4 1 Lực từ bộ truyền bánh răng trụ tác dụng lên trục

Bộ truyền bánh răng trụ, theo (10.1) [3]:

1 2

1 1

2 2.216377,03

5255,782,34

Với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng β =0

khi đó F a1 =F a2 =0

.Trong đó: T1 – momen xoắn trên trục bánh 1; dw1 – đường kính vòng lăn bánh

.cos

F =F α

(4.1)sin

t t

≥

(4.3)Trong đó T = 216377,03 Nmm; [ ]τ = ÷15 30Mpa

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

Chiều dài mayơ chỗ lắp bánh đai và lắp bánh răng:

Hình 4 3 Sơ đồ tính khoảng cách trục I đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp

Hình 4 4 Sơ đồ tính khoảng cách trục II đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp

2016,36125

xD

F AB F BC F

A y

M = Nmm

Mx (mặt phẳng yOz):

0

A x

M d

σ

=

(4.6)Trong đó:

+ [σ] - ứng suất cho phép của thép chế tạo trục+ M tđj – momen tương đương tại các tiết diện jTra bảng 7.3 [1] ta chọn [σ] = 50

Kích thước trục tại mặt cắt A: 3 [ ] 3187388

33, 460,1 0,1.50

A A

M

σ

Do mặt cắt tại đai có rãnh then nên đường kính trục cần tăng thêm 4% theo đó

ta tính được đường kính trục tại mặt cắt đai là:

B B

C C

Từ yêu cầu về độ bền, lắp ghép (dễ tháo lắp và cố định các chi tiết trên trục), khả năng công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau:

Hình 4 6 Biểu đồ momen trục I

 Trục 2:

- Phân tích lực:

3427,87125

A y

M = Nmm

Mx (mặt phẳng yOz):

0

A x

B B

C C

Hình 4 8 Biểu đồ mô men trục II

4.3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

– giới hạn mỏi uốn cứng với chu kì đối xứng1

σ = σ =σ =

(4.11)

τ =τ = =

(4.12)Trong đó: j

σ

3 0

X

K

- hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt (bảng 10.8)

x dB

, εσ =0,83;ετ =0,77/ 1 1,76 / 0,83 1,06 1 2,18

1

x dC

x dC

B aB

B

M

MPa W

, εσ =0,78;ετ =0,75/ 1 1,76 / 0,78 1,06 1 2,32

1

x dB

x dB

M d

σ =

max 30,2

T d

τ =[ ]σ ; 0,8σch

M

MPa d

II

M

MPa d

T

MPa d

Như vậy trục I,II đảm bảo điều kiện bền tĩnh

4.5 Tính chọn then và kiểm nghiệm độ bền của then

2.( )

d

: đường kính trục,mm(0,8 0,9)

,mm, , :

Chọn then bằng tại các vị trí lắp bánh răng và bánh đai tại A và C

Tính kiểm nghiệm độ bền của then về độ bền dập và độ bền cắt:

(0,8 0,9) (0,8 0,9).50 40 45

Chọn theo tiêu chuẩn l tA =45mm

Chọn then bằng tại các vị trí lắp bánh răng và khớp nối tại B và D

Tính kiểm nghiệm độ bền của then về độ bền dập và độ bền cắt:

(0,8 0,9) (0,8 0,9).95 76 85,5

.80

tB

l = mm