ĐỒ án môn học THIẾT kế máy THIẾT kế hệ dẫn ĐỘNG cơ KHÍ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁYSơ đồ hệ dẫn động 1.Động cơ điện, 2.Bộ truyền đai, 3.Hộp giảm tốc khai triển 2Chế độ tải trọng cấp bánh răng trụ, 3.Nối trục, 5.Bộ truyề

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY

Sơ đồ hệ dẫn động 1.Động cơ điện, 2.Bộ truyền đai, 3.Hộp giảm tốc khai triển 2Chế độ tải trọng cấp

bánh răng trụ, 3.Nối trục, 5.Bộ truyền xích

Thông số tính toán thiết kế:

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 7

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI THỰC HIỆN 8

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 11

1 Chọn động cơ điện 11

1.1 Công suất tính toán trên trục máy công tác (công thức 2.14 trang 20-[1]): 11

1.2 Hiệu suất truyền động (công thức 2.9 trang 19-[1]): 11

1.3 Công suất cần thiết trên trục động cơ (công thức 2.8 trang 19-[1]): 12

1.4 Xác định vòng quay sơ bộ 12

1.5 Chọn động cơ 12

2 Phân phối tỷ số truyền 13

3 Tính toán thông số trên các trục 13

3.1 Tỉ số truyền 13

3.2 Tính vận tốc quay trên các trục 13

3.3 Tính công suất trên các trục 14

3.4 Tính momen xoắn trên các trục 14

4 Bảng thông số động học 15

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 15

1 Chọn loại đai 15

2 Chọn tiết diện đai 15

3 Xác định các thông số của bộ truyền 16

3.1 Đường kính (d 1 -d 2 ) 16

3.2 Tính sơ bộ khoảng cách trục a 17

3.3 Xác định chiều dài đai l 17

3.4 Góc ôm ∝ trên bánh đai nhỏ 18

4 Xác định số đai 18

5 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 19

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ 21

1 Chọn vật liệu 21

2 Xác định ứng suất cho phép 21

2.1 Cặp bánh răng 1 (bộ truyền cấp nhanh, bánh răng trụ răng nghiêng) 23

2.2 Cặp bánh răng 2 (bộ truyền cấp chậm, bánh răng trụ răng thẳng) 24

3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 25

3.1 Cặp bánh răng 1 (bộ truyền cấp nhanh, bánh răng trục răng nghiêng) 25

3.2 Cặp bánh răng 2 (bộ truyền cấp chậm, bánh răng trụ răng thẳng) 26

4 Xác định các thông số ăn khớp 26

4.1 Cặp bánh răng 1 (bộ truyền cấp nhanh, cặp bánh răng trụ răng nghiêng) 26

4.1.1 Mônđun 26

4.1.2 Số răng 27

4.1.3 Góc nghiêng của răng 27

4.1.4 Xác định hệ số dịch chỉnh 27

4.1.5 Góc ăn khớp 27

4.2 Cặp bánh răng 2 (bộ truyền cấp chậm, cặp bánh răng trụ răng thẳng) 27

4.2.1 Mônđun 27

4.2.2 Số răng 28

4.2.3 Góc nghiêng của răng 28

4.2.4 Xác định hệ số dịch chỉnh 28

4.2.5 Góc ăn khớp 28

5 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 28

5.1 Cặp bánh răng 1 (bộ truyền cấp nhanh, cặp bánh răng trụ răng nghiêng) 28

5.1.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc 28

5.1.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn: 31

5.2 Cặp bánh răng 2 (bộ truyền cấp chậm, cặp bánh răng trụ răng thẳng) 32

5.2.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc 32

5.2.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn: 34

6 Một số thông số khác của bộ truyền bánh răng 36

6.1 Cặp bánh răng 1 (bộ truyền cấp nhanh, cặp bánh răng trụ răng nghiêng) 36

6.2 Cặp bánh răng 2 (bộ truyền cấp chậm, cặp bánh răng trụ răng thẳng) 37

7 Sơ đồ kết cấu hai cặp bánh răng 38

7.1 Cặp bánh răng 1 (cặp bánh răng nghiêng) 38

7.2 Cặp bánh răng 2 (cặp bánh răng thẳng) 38

8 Bảng tổng hợp thông số của bộ truyền 39

8.1 Cặp bánh răng 1 (cặp bánh răng trụ răng nghiêng): 39

8.2 Cặp bánh răng 2 (cặp bánh răng trụ răng thẳng): 40

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 41

1 Tính chọn khớp nối 41

1.1 Chọn khớp nối 41

1.2 Kiểm nghiệm khớp nối 42

1.3 Lực tác dụng lên trục 42

2 Tính sơ bộ trục 42

2.1 Chọn vật liệu chế tạo trục 42

2.2 Xác định sơ bộ đường kính trục 43

2.3 Xác định lực từ các chi tiết, bộ truyền tác dụng lên trục (kèm sơ đồ đặt lực chung) 44

2.4 Xác định sơ bộ khoảng cách giữa các điểm đặt lực và gối đỡ 45

3 Tính toán thiết kế trục 47

3.1 Tính toán thiết kế trục I 47

3.1.1 Tính phản lực tại các gối đỡ 47

3.1.2 Vẽ biểu đồ mômen 48

3.1.3 Tính mômen tương đương 48

3.1.4 Tính đường kính các đoạn trục 49

3.1.5 Chọn và kiểm nghiệm then 49

3.1.6 Kiểm nghiệm trục 51

3.1.7 Sơ đồ kết cấu trục 57

3.2 Tính toán thiết kế trục II 57

3.2.1 Tính phản lực tại các gối đỡ 57

3.2.2 Vẽ biểu đồ mômen 58

3.2.3 Tính mômen tương đương 59

3.2.4 Tính đường kính các đoạn trục 59

3.2.5 Chọn và kiểm nghiệm then 60

3.2.6 Kiểm nghiệm trục 61

3.2.7 Sơ đồ kết cấu trục 67

3.3 Tính toán thiết kế trục III 68

3.3.1 Tính phản lực tại các gối đỡ 68

3.3.2 Vẽ biểu đồ mômen 69

3.3.3 Tính mômen tương đương 69

3.3.4 Tính đường kính các đoạn trục 70

3.3.5 Chọn và kiểm nghiệm then 70

3.3.6 Kiểm nghiệm trục 72

3.3.7 Sơ đồ kết cấu trục 78

CHƯƠNG V: CHỌN VÀ KIỂM NGHIỆM Ổ LĂN 78

1 Chọn và kiểm nghiểm ổ lăn cho trục 1 78

2 Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn cho trục 2 81

3 Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn cho trục 3 83

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VỎ HỘP 86

1 Các kích thước cơ bản của vỏ hộp giảm tốc . 86

1.1 Kết cấu vỏ hộp 86

1.2 Thiết kế vỏ hộp 87

1.3 Kết cấu các chi tiết 89

2 Bôi trơn hộp giảm tốc 94

3 Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai . 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơkhí Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các hệ thốngtruyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư cơ khí

Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói nó đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất Đối với các hệ thống truyền động thì hộp giảm tốc là một bộ phận thường gặp và được sử dụng rộng rãi

Đồ án Thiết kế máy giúp chúng ta tìm hiểu và thiết kế hoàn chỉnh một hệthống dẫn động, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các mônhọc như Nguyên lý máy, Chi tiết máy, Đồ họa kỹ thuật, Dung sai và kỹ thuật đo ,

và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế cơ khí Hộp giảm tốc là mộttrong những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làm quen vớicác chi tiết cơ bản như bánh răng, trục, ổ lăn…Thêm vào đó, trong quá trình thựchiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ AutoCad, Solidworks,quy cách trình bày một bản vẽ cơ khí, đó là điều rất cần thiết với một sinh viên cơkhí

Em chân thành cảm ơn thầy Trương Văn Thuận, người đã giúp đỡ em rất nhiều

trong quá trình thực hiện đồ án này

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI THỰC HIỆN

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong nhiều chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức cơ sở cho sinh viên

Truyền động đai được dùng để truyền chuyển động giữa các trục xa nhau Đai được mắc lên hai bánh với lực căng ban đầu 0 , nhờ

đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai và nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi.

+ Có thể truyền động giữa các trục có khoảng cách xa nhau

+ Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động với vận tốc lớn

+ Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu

+ Nhờ vào sự trượt trơn của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ.+ Kết cấu và vận hành đơn giản

- Nhược điểm:

+ Kích thước bộ truyền đai lớn hơn so với các bộ truyền khác: bánh răng, xích

+ Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn do phải có lực căng đai ban đầu.

+ Tuổi thọ của bộ truyền thấp

Hiện nay bộ truyền đai thang được sử dụng rộng rãi, đai dẹt ngày càng ít sử dụng Khuynh hướng sử dụng bộ truyền đai răng ngày càng phổ biến vì tận dụng được ưuđiểm của bộ truyền bánh răng và bộ truyền đai

2 Bộ truyền bánh răng trụ

Truyền động bánh răng được dùng để truyền chuyển động giữa các trục với tỷ sốtruyền xác định nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng, thông thường cókèm theo sự thay đổi về trị số và chiều của của vận tốc hoặc mômen

Có thể truyền chuyển động giữa các trục song song, cắt nhau, chéo nhau hay biếnđổi chuyển động quay thành tịnh tiến

+ Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn

+ Tỉ số truyền không đổi do không có hiện tượng trượt trơn

+ Hiệu suất cao (97%-99%)

+ Làm việc với vận tốc lớn, công suất cao

Tuy nhiên truyền động xích đòi hỏi chế tạo và chăm sóc phức tạp, làm việc có vađập, chóng mòn nhất là khi bôi trơn không tốt và môi trường làm việc nhiều bụi.

+ Không có hiện tượng trượt như bộ truyền đai, có thể làm việc khi có quá tải

đột 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 nhiều bánh 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 dẫn thay 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

Tra bảng 2.3 trang 19-[1], ta chọn được:

Do bộ truyền xích làm việc ở chế độ hở nên:= 0,9

Hiệu suất truyền động là:

Tra danh mục động cơ điện ta chọn động cơ thỏa mãn các số liệu tính toán trên:

Tra bảng P1.3 trang 236-[1] ta được động cơ có các thông số sau:

=

1500

= 34,29

43,74

Chọn sơ bộ tỷ số truyền của bộ truyền ngoài: đ = 2; = 2

Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng: = =

34,29

= 8,57

đ 2.2

tỷ số truyền của cấp nhanh và cấp chậm sẽ được tính như sau ( công thức 3.12 trang

Tỉ số truyền từ động cơ sang trục I: đ → = đ = 2

Tỉ số truyền từ trục I sang trục II: → = 1 = 2,924

Tỉ số truyền từ trục II sang trục III: → = 2 = 2,932

Tỉ số truyền từ trục III sang trục làm việc: → = = 1.2 = 2

3.2. Tính vận tốc quay trên các trục

3.3 Tính công suất trên các trục

Công suất trên trục làm việc: = đ = 4,42 (kW)

Công suất trên trục III: = =

3.4 Tính momen xoắn trên các trục

Mômen xoắn trên các trục được tính theo công thức sau:

Mômen xoắn trên trục III:

=

9,55.10 6 4,42

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

Thông số đầu vào

Bảng 2.1 Đặc tính yêu cầu kỹ thuật của bộ truyền đai

Số vòng quay trục dẫn 1 vòng/phút 1500

Mô men xoắn trên trục chủ động 1 N.mm 33778,26

1 Chọn loại đai

Chọn đai thang thường

2 Chọn tiết diện đai

Dựa vào giá trị của P1 và n1 tính được ở trên, tra đồ thị hình 4.1 trang 59-[1] ta

chọn tiết diện đai: A

Loại đai Ký Kích thước tiết

hiệu diện Diện tích Đường kính Chiều dài giới

mm tiết diện bánh đai nhỏ hạn l, mm

- là tỷ số truyền đai

- là hệ số trượt tương đối

Theo tiêu chuẩn bảng 4.21 trang 63-[1] ta chọn đường kính bánh đai lớn:

3.3 Xác định chiều dài đai l

- Tính chiều dài đai l (công thức 4.4 trang 54-[1]):

Theo công thức 4.7 trang 54-[1] ta có:

- 1 : Công suất trên bánh chủ động, 1 = 5,31 (kW)

+ [ 0] = 2 (kW)

+ 0 = 1700 (mm)

- đ : Hệ số tải trọng động.Tra bảng 4.7 trang 55-[1] ta được đ = 1,25 Do

động cơ làm việc 2 ca

Nên đ = 1,25 + 0,1 = 1,35

- ∝ : Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm 1

Tra bảng 4.15 trang 61-[1] với 1 = 158,08∘ ta được: ∝ = 0,95

- : Hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai

1250

Tra bảng 4.16 trang 61-[1] với 0 = 1700 = 0,74 ta được: = 0,95

- : Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỷ số truyền

Tra bảng 4.17 trang 61-[1] với= 1,96 ta được = 1,12

- : Hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng giữa các dây đai

Tra bảng 4.18 trang 61-[1] theo′ = [ ] = 5,312 = 2,66 Từ đó có = 0,95

18

5. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Lực căng ban đầu: =

6 Bảng thông số bộ truyền đai

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN

BÁNH RĂNG TRỤ

1 Chọn vật liệu

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 và cho cả hai cặp bánh răng thẳng

− Tổng số giờ làm việc của bánh răng t ∑ = = 4800 (giờ)

- Bánh chủ động:

560 [ 1 ] = 1,1 1 = 509,09

441 [ 1 ] =

1,75 1 = 252

530 [ 2 ] = 1,1 1 = 481,82

414 [ 2 ] =

− Tổng số giờ làm việc của bánh răng t ∑ = = 4800 (giờ)

29825279,96 2 = 60 .∑( / )3 2 ∑( ) = 11128780,33 2 = 60 .∑( / )6

24

441 [ 1 ] =

1,75 1 = 252

530 [ 2 ] = 1,1 1,04 = 500,44

414 [ 2 ] =

• Momen xoắn trên bánh chủ động: 1 = 63536,91 (N.mm)

• Tra bảng 6.6 trang 97-[1], hệ số chiều rộng răng: = 0,3

⇒ = 0,53 (u + 1) = 0,53.0,3 (2,924 + 1) = 0,624

25

• Tra bảng 6.7 trang 98-[1], = 0,624 và ứng với sơ đồ 3, hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc: = 1,07

• Ứng suất tiếp xúc cho phép: [ ] = 495,45 (MPa)

• Momen xoắn trên bánh chủ động: 1 = 176558,89 (N.mm)

⇒ = 0,53 (u + 1) = 0,53.0,3 (2,932 + 1) = 0,625

• Ứng suất tiếp xúc cho phép: [ ] = 500,44 (MPa)

4.2.3 Góc nghiêng của răng

Do bánh răng trụ răng thẳng nên: = 0

5 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

5.1 Cặp bánh răng 1 (bộ truyền cấp nhanh, cặp bánh răng trụ răng nghiêng)

5.1.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

- là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

Với:

29

+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các cặprăng đồng thời ăn khớp Với bánh răng nghiêng, tra bảng6.14 trang 107-[1] ta có: α = 1,13

+ là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp Tra bảng 6.13 trang 106-[1] với bánh răng trụ răng nghiêng với = 2,3 / được cấp chính xác của bộ truyền:

= 9

Tra phụ lục P2.3 trang 250-[1] với:= 9, răng nghiêng,

< 350, = 2,3 / , nội suy tuyến tính ta được: = 1,03

5.1.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn:

- [ 1 ] = 252và [ 2 ] = 236,6là ứng suất uốn cho phép

- là hệ số tải trọng khi tính về uốn:

Với:

trang 98-[1] với = 0,624 và sơ đồ bố trí 3 ta được: = 1,17

ăn khớp, với bánh răng trụ răng nghiêng tra bảng 6.14 trang 107-[1] ta được: = 1,37

Thay các số liệu trên vào công thức, ta được:

+ là hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất

5.2 Cặp bánh răng 2 (bộ truyền cấp chậm, cặp bánh răng trụ răng thẳng)

5.2.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

răng, tra bảng 6.7 trang 98-[1] ta có: = 1,07

+ là hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên

các cặp răng đồng thời ăn khớp Với bánh răng thẳng, ta có:

α =1 + Đường kính vòng lăn: 1 =

2.

=

2.185

+ là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp Tra bảng 6.13 trang 106-[1] với bánh răng trụ răng thẳng, với = 1,26 / được cấp chính xác của bộ truyền:

= 9

Tra phụ lục P2.3 trang 250-[1] với:= 9, răng thẳng,

< 350, = 1,26 / , nội suy tuyến tính được = 1,05

- [ 1 ] = 252và [ 2 ] = 236,6là ứng suất uốn cho phép

- là hệ số tải trọng khi tính về uốn:

trang 98-[1] với = 0,625 và sơ đồ bố trí 3 ta được: = 1,17

ăn khớp, với bánh răng trụ răng thẳng, ta được: = 1

P2.3[1] trang 250-[1] với: = 9, răng thẳng, < 350, = 1,26 / , từ đó ta có: = 1,13

- là hệ số kể đến độ nghiêng của răng, với bánh răng trụ răng thẳng, ta có: = 1

- 1 và 2 là hệ số dạng răng Tra bảng 6.18 trang 109-[1], với:

+ là hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất

6 Một số thông số khác của bộ truyền bánh răng

6.1 Cặp bánh răng 1 (bộ truyền cấp nhanh, cặp bánh răng trụ răng nghiêng)

7 Sơ đồ kết cấu hai cặp bánh răng.

7.1 Cặp bánh răng 1 (cặp bánh răng nghiêng).

7.2 Cặp bánh răng 2 (cặp bánh răng thẳng).

8 Bảng tổng hợp thông số của bộ truyền

8.1 Cặp bánh răng 1 (cặp bánh răng trụ răng nghiêng):