Đồ án môn học cơ sở thiết kế máy động cơ bộ truyền đai bộ truyền bánh răng trụ nghiêng khớp nối băng tải

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀNLỗi!. Đồ án môn học chi tiết máy với bước đầu làm quen với công việc tính toán ,thiết kế các chi tiết máy trong lĩnh vực cơ khí nhằm nâng

KHOA CƠ KHÍ TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN

CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

Giáo viên hướng dẫn : Ts Vũ Ngọc Thương

Sinh viên thực hiện : Lỗ Quốc Huy

Lớp : 61CĐT3

MSV : 1951201704

Hà Nội, 9/2022

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀNLỗi! Thẻ đánh dấu

không được xác định

1.1: Chọn động cơ Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

1.2: Phân phối tỷ số truyền Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

1.3: Tính các thông số trên trục Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

1.4: Lập bảng kết quả tính toán động họcLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀNLỗi! Thẻ đánh dấu không được

xác định

2.1: Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răngLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

2.1.1: Chọn vật liệu bánh răng Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

2.1.2: Xác định sơ bộ ứng suất cho phépLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

2.1.3: Xác định sơ bộ khoảng cách trụcLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

2.1.4: Xác định các thông số ăn khớp 20

2.1.5: Xác định chính xác ứng suất cho phép 21

2.1.6: Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ 22

2.1.7: Xác định các thông số khác của bộ truyền 26

2.1.8: Tổng hợp các thông số bộ truyền bánh răng trụ nghiêng 27

2.2: Tính toán thiết kế bộ truyền đaiLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 2.2.1: Chọn loại đai Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định. 2.2.2: Chọn đường kính 2 bánh đai d1 và d2Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 2.2.3: Xác định khoảng cách trục sơ bộLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 2.2.4: Xác định số đai Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 2.2.5: Xác định các thông số cơ bản của bánh đaiLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 2.2.6: Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên các trụcLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 29

3.1: Chọn vật liệu chế tạo trục 29

3.2: Xác định lực và phân bố lực tác dụng lên trục 29

3.3: Xác định sơ bộ khoảng cách trục 30

3.4: Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực 31

3.5: Xác định đường kính các đoạn trụcLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 3.5.1: Trục II Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 3.5.2: Trục I Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định. 3.6: Kiểm nghiệm trục 41

3.6.1: Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 41

3.6.2: Kiểm nghiệm về độ bền tĩnhLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN ỔN LĂN – THENLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 4.1:Tính chọn then Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 4.2: Tính chọn ổ lăn Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 4.2.1: Trục I Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 4.2.2: Trục II Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định CHƯƠNG V: THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ 58

5.1: Thiết kế vỏ hộp 58

5.1.1: Chọn bề mặt ghép nắp và thân 58

5.1.2: Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp 58

5.2: Một số chi tiết khác Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

5.2.1: Bulong vòng Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

5.2.2: Chốt định vị Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

5.2.3: Cửa thăm Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

5.2.4: Nút thông hơi Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

5.2.5: Nút tháo dầu Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

5.2.6: Que thăm dầu Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

5.2.7: Lót ổ lăn Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

5.2.8: Ổ lăn Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

5.2.9: Cốc lót và nắp ổ Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

CHƯƠNG VI: DUNG SAI LẮP GHÉP VÀ BÔI TRƠN 71

6.1: Bôi trơn hộp giảm tốc 716.2: Dung sai lắp ghép ổ lăn 71

LỜI MỞ ĐẦU

Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ởđây là thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc một cấp bánh răng cônvới yêu cầu về lực cũng như vận tốc và các đặc trưng khác

Đồ án môn học chi tiết máy với bước đầu làm quen với công việc tính toán ,thiết kế các chi tiết máy trong lĩnh vực cơ khí nhằm nâng cao kỹ năng tính toán ,hiểu sâu hơn về kiến thức đã học

Nội dung đồ án môn học chi tiết máy bao gồm:

Tính toán bộ truyền trong và bộ truyền ngoài

Thiết kế trục và chọn ổ lăn

Thiết kế vỏ hộp và bôi trơn

Đồ án môn học chi tiết máy là tài liệu dùng để thiết kế chế tạo các hệ dẫn động

cơ khí, nhưng đây không phải là phương án tối ưu nhất trong thiết kế hệ dẫnđộng do những hạn chế về hiểu biết và kinh nghiệm thực tế

Trong quá trình làm đồ án được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộmôn, đặc biệt là Ts Vũ Ngọc Thương, em đã hoàn thành xong đồ án môn họccủa mình

Em xin chân thành cảm ơn !

Lỗ Quốc Huy Khoa Cơ khí – Trường Đại học Thủy lợi

Đề 2.1: Động cơ – bộ truyền đai – bộ truyền bánh răng trụ nghiêng– khớp

nối -băng tải

Số liệu thiết kế:

Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài @ (độ) 90

Chương I: Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

Với ηol - Hiệu suất một cặp ổ lăn: ηol =0,99

ηđ - Hiệu suất bộ truyền đai: ηđ = 0,95

ηbr - Hiệu suất bộ truyền bánh rang: ηbr = 0,96

ηk - Hiệu suất khớp nối trụ bộ đàn hồi; trị số của hiệu suất được tra theo bảng 2.3/19[1]

- Công suất cần thiết cho động cơ:

Pct = P t

η = 1,840,88 = 2,09 (kW) (CT2.8/19[1])

- Xác định số vòng quay trên trục máy công tác:

nlv = 60000 v π D = 60000.1,7π 380 = 85,44 ( vòng/ phút) (CT2.16/21[1])

- Chọn sơ bộ tỉ số truyền của các bộ truyền:

usb = ubr uđ= 4 2= 8 (CT2.15/21[1]) (Bảng 2.4/21[1]) Trong đó: uđ = 2: tỉ số truyền đai

ubr = 4: tỉ số truyền bánh răng trụ răng nghiêng

- Xác định số vòng quay sơ bộ:

Tra bảng P.1.3[1], ta được nđb = 750 (vòng/phút)

 Chọn động cơ: 4A112MA8Y3 với Pđc= 2,2(kW) > Pct= 2,01;

nđc = 705(vòng/phút);

1.2 Phân phối tỉ số truyền

- Tỉ số truyền chung thực tế của hệ dẫn động:

ut = n đc

n lv = 85,44705 = 8,25 (CT3.23/48[1])

Với nđc : Số vòng quay của động cơ đã chọn (vòng/phút)

nlv : Số vòng quay của trục máy công tác (vòng /phút)

- Phân phối tỉ số truyền:

Theo công thức 3.24[1] ta có:

- ut = 8,25

- Có uhgt = ubr = 4 ( hộp giảm tốc 1 cấp) tra bảng 1.2

- Tính lại tỉ số truyền bộ truyền đai: uđ = u t

u br = 8,254 = 2,06

1.3 Tính các thông số trên trục

1.3.1 Công suất

- Công suất trục làm việc: Plv = 1,84 (kW)

- Công suất trục II: PII = P III

- Số vòng quay trục II: nII = u n I

br = 342,234 = 85,55 (vòng/phút)

- Số vòng quay trục công tác: nlv= n u II

bt = 85,551 = 85,55 (vòng/phút)

1.3.3 Mômen xoắn trên các trục

- Mômen xoắn thực trên động cơ:

2.1 Chọn tiết diện đai:

- Thông số đầu vào bộ truyền ngoài: Pđc = 2.06 (kW)

→ thỏa mãn điều kiện 𝑣 ≤ 𝑣𝑚𝑎𝑥

- Đường kính bánh đai:

𝑑2= 𝑢đ 𝑑1(1 - 𝜀) = 2,06.160 (1 - 0,02) = 323,01 (𝑚𝑚)Chọn đường kính tiêu chuẩn: 𝑑2 = 325 𝑚𝑚 ( Theo bảng 4.21[1])

=> d2 thỏa mãn điều kiện Δu =u < 4%

2.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục a

- Theo Bảng 4.14, chọn sơ bộ khoảng cách trục:

Theo bảng (4.13/59[1]) chọn chiều dài đai tiêu chuẩn: L = 1500 mm

- Kiểm tra số vòng chạy: i = v L = 5,91,5= 3,93 < 𝑖𝑚𝑎𝑥 = 10 (vg/s)

Tính chính xác khoảng cách trục:

 𝑃1: Công suất trên trục bánh đai chủ động (kW) : 𝑃1= 2,06 kW

 [𝑃0] : Công suất cho phép

(Trong đó 𝑞𝑚 =0,105 (kg/m) : khối lượng 1m chiều dài đai)

- Lực căng ban đầu:

Thông số Ký hiệu Đơn vị

Chương III: Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng

nghiêng

3.1 Chọn vật liệu bánh răng

- 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

 Giới hạn chảy: σ ch2=450 Mpa

3.2 Xác định sơ bộ ứng suất cho phép

- Theo bảng 6.2[1] với thép C45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180 … 350,

σ Hlim o = 2HB + 70 ; SH = 1,1 ; σ Hlim o = 1,8HB, SF = 1,75, SH = 1,1

- Chọn độ rắn bánh răng nhỏ: HB1 = 245 ; độ rắn bánh lớn HB2 = 215, khi đó:

σ Hlim1 o = 2HB1 + 70 = 2.241 + 70 = 552 (MPa) ; σ Flim1 o = 1,8.241 = 433,8(MPa)

σ Hlim2 o = 2HB2 + 70 = 2.215 + 70 = 500(MPa) ; σ Flim2 o = 1,8.215 = 387(MPa)

- Số chu kỳ chịu tải theo (6.7),(6.8)

NFE1 = NHE1 = 60.c.n1.Σt = 60.1.t = 60.1.342,23 13440 = 275974272

NFE2 = NHE2 = 60.c.n2.Σt = 60.1.t = 60.1.85,55 13440 = 68987520 Với:

c - số lần ăn khớp trong 1 vòng quay: c =1

[σ¿¿H 2]= σ Hlim2

0 K HL2

500.1 1,1 =454,54 (MPa)¿

- Ứng suất uốn cho phép:

[σ¿¿F 2]= σ Flim 2

0 K FC K FL2

387.1.1 1,75 =221,14 (MPa)¿

1 Đối với bánh răng trụ, răng nghiêng 6.12[1]

[σ H]=[σ¿¿H 1]+[σ¿¿H 2]

501,81+ 454,54

2 =478,17 (MPa );¿ ¿ [σH]sb < 1,25 [σH]min

3.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục bộ truyền bánh răng trụ

- Khoảng cách trục sơ bộ của bộ truyền bánh răng trụ

Bước 2: Xác định số răng

2 Chọn sơ bộ góc nghiêng β=10 °

Z1=2 a ⍵ cosβ

2.115 cos10 o

1,5.(4+1) =30,2Chọn Z1 = 30

Z2 = u.30 = 4 30 = 120

3 Tỷ số truyền thực: ut = Z2

Z1= 30,2120 = 3,97

4 Kiểm tra sai lệch tỷ số truyền: ∆ u=0,007 % <4 %

Bước 3: Xác định góc nghiêng của răng

Bước 4: Xác định góc ăn khớp( α tw):

α t=α tw= arctan(tanα cosβ)=arctan

(tan 20°45

46 )=20, 41 °Góc nghiêng răng trên trục cơ sở:

β b= arctan(cos α t tanβ)= arctan(cos (20,41 °) tan (11,97 °))=11,24 °

3.5: Xác định chính xác ứng suất cho phép

Bước 1: Xác định vận tốc vòng của bánh răng:

6 Với đường kính vòng lăn:

[σ H]=[σ¿¿H ] sb Z R Z v K xH¿

[σ F]=[σ¿ ¿F ] sb Y R Y s K xF¿

Bánh nhỏ:

[σ H]1 =[σ¿¿H 1] sb Z R Z v K xH=509,09.1 1.1=509,09(MPa) ¿

 Hệ số ảnh hưởng của độ nhám bề mặt làm việc: ZR = 1

 Hệ số ảnh hưởng của vận tốc vòng: v<5(m s )= ¿Z

v

=1

 Hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng: K xH=1

 Hệ số ảnh hưởng độ nhám mặt lươn chân răng: YR = 1

 Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với sự tập trung ứng suất với m=1,5:

YS = 1,08 – 0,0695ln(mn) = 1,08 – 0,0695ln(1.5) = 1,05

 Hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bền uốn: KxF = 1

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ

3.6.1.Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc:

σ H=Z M Z H Z ε .√2 T1 K H(u +1)

b w u d w 12 ≤ [σ¿¿H ]¿

Bước 1: Tra bảng 6.5[1] ta có: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu

ZM = 274 (Mpa)1/3

Bước 2: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc:

Z H=√ 2 cos β b

sin ⁡(2 α¿¿tw)=√2 cos ⁡(11,24 °) sin ⁡(2 20,41°)=1,73¿

Bước 3: Chiều rộng vành răng: bw = ψba aw = 0,4.115 = 46 (mm)

- Hệ số trùng khớp của răng :

Z ε=√ε1α

=√2,021 =0,70Bước 5: Hệ số tải trọng KH

K H=K Hβ K Hα K Hv

Trong đó: Theo bảng 6.13[1] ta có CCX: 9( Vì v = 0,82m/s < 4 m/s)

- K Hβ:Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

K Hβ=1,06

- K Hα: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên các cặp răng đồng thời

ăn khớp Tra bảng 6.14[1] ta có K Hα=1,13

- K Hv: là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

 Thỏa mãn độ bền tiếp xúc

3.6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn

K F=K Fα K Fβ K Fv=1,37.1,14.1,02 = 1,59

Trong đó: Với vận tốc vòng v = 0,81 m/s, ta chọn được cấp chính xác cho

bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng là 9, tra bảng 6.7 và 6.13,6.14 và phụ lục 2.3 ta được:

 Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng KFβ β =1,14

 Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn KFβ α = 1,37

 Hệ số tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn

𝐾𝐹𝑣 = 1,02Bước 2: Xác định hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Y ∈

Y ∈= 1

ε α=

1 1,71=0,58Bước 3: Xác định hệ số kể đến độ nghiêng của răng

Z v 2= Z2

cos3β=

120 cos3(11,97°)=128,18Tra bảng 6.18 theo số răng tương đương Zv1, Zv2 và hệ số dịch chỉnh x1 = x2 = 0, ta được hệ số dạng răng: YF1 = 3,8 ; YF2 = 3,6

σ F 1=2 T1 K F Y ∈ Y β Y F 1

b w d w 1 m =

2.54694,21 1,59 0,58.0,96 3,80

46.46 1,5 =115,94

σ F 2=σ F 1 Y F 2

115,94 3,6 3,8 =109,83

- Xác định ứng suất cho phép:

[σ¿¿F ]1=[σ¿¿F 1]sb Y R Y S K xF=252.1.1,05 1=264,6 (MPa) ¿ ¿

[σ¿¿F ]2=[σ¿¿F 2]sb Y R .Y S K xF=221,14 1 1,05.1=232,19(MPa) ¿ ¿

=> σFβ 1 < [σFβ 1] ; σFβ 2 < [σFβ 2]

=> Răng thỏa mãn về độ bền uốn

3.7: Xác định các thông số khác của bộ truyền

3.8: Tổng hợp các thông số bộ truyền bánh răng trụ nghiêng

Z2=120

Chương IV: Tính toán thiết kế trục

4.1 Chọn vật liệu chế tạo trụcChọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 thường hóa hoặc tôi cải thiện có

{ σ b=600 Mpa

[σ]=15 ÷ 30 Mpa

4.2 Xác định lực và phân bố lực tác dụng lên trục

4.2.1.Bộ truyền bánh răng trụ nghiêng

D t=D0: Đường kínhvòng tròn qua tâm các chốt

Tra bảng 16-10a[2] ta có D t=D0=130 (mm )

4.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục

- Xác định chỉ bằng momen xoắn

+ i = 0 và 1: các tiết diện trục nắp ổ

+ i = 0 và 1: các tiết diện trục nắp ổ

+ lk1 = khoảng cách giữa các gối đỡ 0 - 1

+ lki = khoảng cách giữa các gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục k+ lmki = chiều dài may ơ của chi tiêt quay thứ i

+ lcki = khoảng công xôn

+ bki = chiều rộng vành răng thứ i trên trục thứ k

Bước 1: Tra bảng 10.2[1] ta có chiều rộng gần đúng của ổ lăn

{d I=25( mm)= ¿b o 1=17 (mm)

d II=40 (mm )= ¿b o 2=23 (mm)

Tra bảng 10.3[1] T189 ta chọn k1 = 10mm, k2 = 10mm, k3 = 15mm, hn = 17mm

4.4.1 Trục I

Bước 2: Xác định chiều dài mayơ

- Chiều dài mayơ

0

Mx 110198,5 My 48503,4

54694,21

T

4.4.2 Trục II

- Chiều dài may ơ :

Nối vòng trục đàn hồi : lk = (1,4…1,5).dII= (1,4…2,5).40 = 56…100 (mm)

X 0’ 60 F t2 60 90 X 1

15624,6

694,2

Mx(N.mm) 65559,6 86710,5

My(N.mm)

208749,27

T(N.mm)

4.5 Xác định đường kính các đoạn trục

Trục I

+) Tra bảng 10.5, ta có [σ] = 63 (Mpa)

+) Tại ổ lăn 0: Mx0 = 0 (Nmm); My0 = 0 (Nmm)

 Lấy đường kính theo tiêu chuẩn chọn : d1 = 25 (mm)

+) Tại bánh răng : MxBR= 16814,5 (Nmm)

+) Tại bánh đai 3 : Mx3 = 0 (Nmm); My3 = 0 (Nmm)

 Lấy đường kính theo tiêu chuẩn chọn : d1’= d0’=35mm+) Tại bánh răng 2’: MxBR’= 15624,6 (Nmm);

 Lấy đường kính theo tiêu chuẩn chọn : dKN = 33 (mm)

*) Hình minh họa trục II:

3.6: Kiểm nghiệm trục

3.6.1: Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

- Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi yêu cầu nếu hệ số an toàn tại các chi tiết nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau:

-Trong đó [s]: hệ số an toàn cho phép, thông thường [s] = 1,5÷2,5

+) sσ : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp

+) sτ: hệ số an toàn chỉ xét riêng đến ứng suất tiếp

Với thép 45 , σb=600(Mpa)

- Giới hạn mỏi uốn: σ-1 = 0,436 σb = 0,436.600 = 261,6 (MPa)

- Giới hạn mỏi xoắn: τ-1 = 0,58 σ-1 = 0,58.261,6 = 151,73 (MPa)

+) Hệ số ảnh hưởng trung bình của độ bền mỏi:ψ σ= 0,05 và ψ τ=0

+) Không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó hệ só tăng bền KY = 1,7+) Các trục được gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra = 2,5 … 0,63 μmm, do đó theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất do trang thái bề mặt KX = 1,06

+) Theo bảng 10.12, khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then ứng với vật liệu σb=600(Mpa) là Kσ= 1,76; K τ = 1,46;   và  :

hệ số kích thước( theo bảng 10.4 sách 2)