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

LỜI MỞ ĐẦUĐồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây là thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc một cấp bánh răng côn với yêucầu về lực cũn

LỜI MỞ ĐẦU

Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây

là thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc một cấp bánh răng côn với yêucầu 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 , hiểusâu 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 cơkhí, nhưng đây không phải là phương án tối ưu nhất trong thiết kế hệ dẫn động donhững 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 bộ môn,đặc biệt là ThS Phạm Thanh Tùng, em đã hoàn thành xong đồ án môn học củamình

Em xin chân thành cảm ơn !

Đặng Văn Anh Khoa Cơ khí – Trường Đại học Thủy lợi

TÀI LIỆU THAM KHẢO

- [1] Trịnh Chất , Lê Văn Uyển – Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí –Tập

một Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, 2015

- [2] Trịnh Chất , Lê Văn Uyển – Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí –Tập

hai Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, 2016

- [3] Ninh Đức Tốn – Dung sai và lắp ghép Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam,

2016

- [4] Nguyễn Hữu Lộc – Cơ sở thiết kế máy

Mục lục

1 Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền 7

1.1 Chọn động cơ 7

1.2 Phân phối tỉ số truyền 8

1.3 Tính các thông số trên trục 8

2 Tính toán thiết kế bộ truyền đai 10

2.1 Chọn tiết diện đai 10

2.2 Chọn số đường kính đai 10

2.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 10

2.4 Xác định chính xác khoảng cách trục 11

2.5 Xác định số đai 11

2.6 Xác định thông số cơ bản bánh đai 11

2.7 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 12

3 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 13

3.1 Chọn vật liệu bánh răng 13

3.2 Xác định ứng suất cho phép 13

3.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục bộ truyền bánh răng trụ 14

3.4 Xác định thông số ăn khớp 14

3.5 Xác định chính xác ứng suất cho phép 15

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng 16

3.7 Xác định các thông số khác của bộ truyền 19

4.Tính toán thiết kế trục 21

4.1 Chọn vật liệu chế tạo trục 21

4.2 Xác định lực và phân bố lưc tác dụng lên trục 21

4.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 22

4.4 Xác định chiều dài mayơ 22

4.5 Tính mối ghép then 31

4.6 Kiểm nghiệm trục 32

4.7 Tính chọn ổ lăn 35

5.Thiết kế vỏ hộp và bôi trơn 41

5.1 Tổng quan về vỏ hộp 41

5.2 Thiết kế vỏ hộp 41

5.3 Một số các chi tiết khác 44

5.4 Một số chi tiết phụ 48

5.5 Bôi trơn HGT 54

Đồ án cơ sở thiết kế máy trong kĩ thuật cơ khí Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

Đề 2.2.2: Động cơ – bộ truyền đai – bộ truyền bánh răng trụ nghiêng– khớp

nối -băng tải

Số liệu thiết kế:

Vận tốc băng tải (m/s) 0.98

Góc nghiêng đường nối tâm BT ngoài (độ) 165

1 Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

η x = 0,96 : hiệu suất bộ truyền đai

η k = 1 : hiệu suất khớp nối

η ol = 0.99 : hiệu suất ổ lăn

- Tỉ số truyền sơ bộ:

usb = uđ.ubr = 2.4 = 8Trong đó: uđ = 2 : tỉ số truyền đai

1.2 Phân phối tỉ số truyền

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

ut = n đc

n lv=

701 93,58= 7,5

- Phân phối tỉ số truyền:

- Công suất trên trục công tác: Plv = 2,3 (kW)

- Công suất trên trục II:

PII = P lv

n ol .n k=

2,3 0,99.1= 2,32 (kW)

- Công suất trên trục I:

PI = P II

n ol n br=

2,32 0,99.0,96= 2,42 (kW)

- Công suất thực của động cơ:

- Số vòng quay trục II:

1.3.3 Mômen xoắn trên các trục

- Mômen xoắn trên trục công tác:

Mômen xoắn T,

Nmm

34739,66 61981,39 237699,82 235650,68

2 Tính toán thiết kế bộ truyền đai

2.1 Chọn tiết diện đai: A

-Kiểm tra số vòng chạy : i = v

L 10−3 =1250.105,14 −3 = 4,11 ≤ i max=10

2.4 Xác định chính xác khoảng cách trục

- Xác đinh a ¿(+√❑2−8 ∆2)

4 = 637.39+√637.394 2−8 552 = 313,88 (mm)Trong đó  = 1-π (d1 +d2 )

Trong đó P1 : công suất trên trục bánh đai chủ động

P o = 1,25 :công suất cho phép (tra bảng 4.20 trang 62)

K đ = 1,2 :hệ số tải trọng động (tra bảng 4.7 trang 55)

C α = 0,95 :hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm α1( tra bảng 4.15 trang 61)

C l = 0,95 :hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài đai (tra bảng 4.16 trang 61)

C u = 1,12 :hệ số kể đến ảnh hưởng tỉ số truyền ( tra bảng 4.17 trang 61)

C z = 0,95 :hệ số kể đến sự phân bố không đồng đều tải trọng cho các dâyđai (tra bảng 4.18 trang 61)

2.6 Xác định thông số cơ bản bánh đai

- Từ số đai z có thể xác định chiều rộng bánh đai B theo công thức:

B = ( z−1) t +2 e = (3 -1).15+2.10 = 50 (mm)

- Đường kính ngoài bánh đai :

F0=780 P1 K đ

v C α z +F v = 780.2,55.1,25,14.0,95 3 = 165.75 (N)

F r= 2.F0 z sin ⁡( α1

2 ) = 2.165,75.3 sin(106,04/2) = 979,43 (N)

3 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

σ Hlim1 o =2 HB1+ 70 = 2.200 + 70 = 470 (MPa) ; σ Flim1 o = 1,8.245 = 360 (MPa)

σ Hlim2 o =2 HB2+70 = 2.190 + 70 = 450 (MPa) ; σ Flim2 o = 1,8.230 = 342 (MPa)

- Số chu kỳ chịu tải:

=> Chọn Z1 = 20

+ Tính Z2 = ubr.Z1 = 4.20 = 80

- Tỉ số truyền thực: ut = Z2

Z1= 9223= 4 = ubr

=> Sai lệch tỉ số truyền Δuu = 0 < 4%

- Xác định góc nghiêng của răng

α t= α tw= tan−1(cos β tan α) = tan −1 ¿= 20,73°

- Góc nghiêng răng trên trục cơ sở

β b= tan −1 (cos αt tan β )= tan −1

Hệ số ảnh hưởng đến vận tốc vòng: Zv = 1

Hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng: KxH = 1

Hệ số ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng: YR = 1

Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với sự tập trung ứng suất:

YS = 1,08 – 0,0695ln(mn) = 1,08 – 0,0695ln(2.5) = 1

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

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

3.6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

- Hệ số kể đến cơ tính vật liệu: ZM = 274 MPa1/3

+ Trong đó:

Với vận tốc vòng v = 1,02 m/s, ta chọn được cấp chính xác cho bộ truyền bánhrăng trụ răng nghiêng là 9, tra bảng 6.7, 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 răngK Hα= 1,13

Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng K Hβ = 1,05

Hệ số tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp K Hv = 1,01

- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc:

3.6.2 Kiểm nghiệm độ bền uốn

- Xác định hệ số tải trọng khi tính về uốn KF:

KF = K Fα K Fβ K Fv= 1,37.1,07.1,07 = 1,57Trong đó:

Với vận tốc vòng v = 1,02 m/s, ta chọn được cấp chính xác cho bộ truyền bánhrăng 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 K Fβ= 1,1

Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên các cặp răng đồng thời ăn khớpkhi tính về uốn K Fα= 1,37

Hệ số tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn K Fv = 1,04

=> Răng thỏa mãn về độ bền uốn

3.7 Xác định các thông số khác của bộ truyền

Đường kính chân bánh bị dẫn df2 201,75 mm

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

4.2.1 Bộ truyền bánh răng trụ nghiêng

Tt < [T] = 125 (Nm)+ Với [T] = 125 (Nm) tra bảng 16.1

- Lực vòng trên khớp nối:

Ft = 2T t

D t = 2.52109,4990 = 1157,99 (N)Tra bảng 16.10a với Tt = Tđc, ta có: Dt = 90 (mm)

- Lực hướng tâm tác dụng lên trục:

4.4 Xác định chiều dài mayơ

- Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực và chiều dài các đoạn trục :+ Trục 1 : k = 1

+ Trục 2: k = 2

+ Số trục trên hộp giảm tốc: t = 2

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

+ i = 2….s là số chi tiết quay (3)

+ 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

- Chiều dài ổ lăn:

- Sơ đồ phân bố lực:

Fdy=253,55N

Fdx=946,25N A

B Fy10=1120,66N

Fx10=2767,94N

Ft1

Fr1 Fa1

+M x C trái = -F dy.51 = -253,55.51 = -12931,05 (Nmm) ( căng trên )

M x C phải= -F dy.51 = -253,55.51 = -12931,05 (Nmm) ( căng trên )

+ M x D = 0

+ M x B trái = F y 11.38,5 = 71,36.38,5= 2747,36 (Nmm) ( căng dưới )

M x B phải = F y 11.38,5 +F a .(52

2 ) = 71,36.38,5 + 680,98 (52/2) = 20452,84 (Nmm) ( căng dưới)

- Chiếu lên trục Oxz:

+ M y A= 0

+M C trái y = F dx.51 = 946,25.51 = 48258,75 Nmm (căng dưới)

M C phải y = F dx.51 = 946,25.51 = 48258,75 Nmm (căng dưới)

+ M D y = 0

+ M B trái y =−F x 11.38,5 = -565,22.38,5 = -21760,97 Nmm ( căng trên )

+ M B phải y ==−F x 11.38,5 = -565,22.38,5 = -21760,97 Nmm ( căng trên )

- Biểu đồ Mômen trục 1:

A

B

D C

12931,05Nmm

20452,84Nmm 2747,36Nmm Mx

A B

D C

48258,75Nmm

21760,97Nmm My

61981,39Nmm

A

D Tz

- Tính Momen tại tiết diện nguy hiểm:

√ M tdB

0,1.[σ ] = 3

√61425,790,1.63 = 21,36 (mm) => Chọn dB = 28 (mm)+ dA = 3

Fa2 Fr2

Ft2

Fy21=1230.76N Fx21=1274,13N Fkn=231,6N

+ M x D = 0

+ M x B trái = 0

M x B phải = 0

- Chiếu lên trục Oxz:

+ M y A= 0

+M C trái y = F x 20.46,5 = 292,29.46,5 = 62373,71 Nmm (căng dưới)

M C phải y =F x 20.46,5 = 292,29.46,5 = 62373,71 Nmm (căng dưới)+ M D y = 0

+ M B trái y =F kn.60 = 231,6.60 = 13896 Nmm ( căng dưới )

+ M B phải y =F kn.60 = 231,6.60 = 13896 Nmm ( căng dưới )

- Biểu đồ Mômen trục 2:

57230,43Nmm

13591,49Nmm Mx

√ M tdB

0,1.[σ ] = 3

√206322,570,1.63 = 31,99 (mm) => Chọn dB = dA = 35 (mm)+ dC = 3

4.5.1 Bước 1: Chọn tiết diện then (Tra bảng 9.1)

Tiết diện trục Đường kính

4.5.2 Bước 2: Tính kiểm nghiệm then

- Ứng suất dập cho phép, tra bảng 9.5, [σ d¿ = 100 (MPa)

- Ứng suất cắt cho phép, [τ c¿ = 60 (MPa)

4.6.1 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

- Giới hạn mỏi uốn: σ−1= 0,436.σ b = 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 = 1,6

- 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 thenứng với vật liệu σ b= 600 MPa là K σ= 1,76, K τ= 1,54.

b x h(mm)

+ Giới hạn chảy: [σ1¿= 0,8σ ch1 = 0,8.580 = 464 (MPa)

+ Giới hạn chảy: [σ2¿= 0,8σ ch2= 0,8 450 = 360 (MPa)

=> Tất cả các tiết diện trục đều thỏa mãn về độ bền tĩnh

b = T(mm)

R(mm)

R1

(mm) C (kN)

Co

(kN)Trục

Trục

4.7.3 Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả năng tải động

- Tổng thời gian làm việc: L = 13440 (h)

+ Hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ kt = 1 với θ = 105° C

+ Hệ số đặc trưng tải trọng, tra bảng 11.3, kđ = 1

+ Hệ số thực nghiệm, tra bảng 11.4, e = 0,68

+ Lực dọc trục Fs do Fr gây ra: Fs = e.Fr

+ Có FsB ngược chiều với Fat =>Σt F aA= F sB- F at = 1204,61 – 680,98 = 523,63 (N)

1372,85 5793,65

B2

2130,94 8992,91

- Ta có, điều kiện ổ theo khả năng tải động: Cd ≤ C

C dC1>C nên chọn lại ổ lăn cho trục 1

- Ta có, điều kiện ổ theo khả năng tải tĩnh: Qt ≤ C0

=> Tất cả các ổ lăn đều đảm bảo khả năng tải tĩnh

5.Thiết kế vỏ hộp và bôi trơn

5.1 Tổng quan về vỏ hộp

5.1.1 Nhiệm vụ

- Bảo đảm vị trí tương đối giữa các chi tiết, bộ phận máy

- Tiếp nhận tải trọng các chi tiết lắp trên vỏ

- Đựng dầu bôi trơn, bảo vệ các chi tiết

5.1.2 Chỉ tiêu thiết kế

- Độ cứng cao

- Khối lượng nhỏ

5.1.3 Cấu tạo, vật liệu

- Cấu tạo: thành hộp, nẹp hoặc gân, mặt bích, gối đỡ,…

e = 6 mm

h = 32 mm2°

K2 = 43 mm

E2 = 17 mm

R2 = 23 mm

C1 = 46.5 mm

L = 318 mm

Z = 3

- Tra bảng 18.3b với aw = 120 mm ta được trọng lượng hộp Q = 80 Kg.

- Thông số bu lông vòng tra bảng 18.3a, ta được:

5.3.3 Chốt định vị

- Nhiệm vụ: nhờ có chốt định vị, khi xiết bu lông không làm biến dạng vòng

ngoài của ổ (do sai lệch vị trí tương đối của nắp và thân) do đó loại trừ được

trên nắp có nút thông hơi

- Thông số kích thước: tra bảng 18.5, ta được:

- Vật liệu: Thép CT3.

- Chọn loại nút tháo dầu là nút tháo dầu trụ

- Thông số kích thước (số lượng 1 chiếc): tra bảng 18.7, ta được:

5.3.7 Thiết bị chỉ dầu

- Chọn thiết bị chỉ dầu là que thăm dầu

- Nhiệm vụ que thăm dầu: dùng để kiểm tra mức dầu, chất lượng dầu bôi

trơn trong hộp giảm tốc Để tránh sóng dầu gây khó khăn cho việc kiểm tra,đặc biệt khi máy làm việc 3 ca, que thăm dầu thường có vỏ bọc bên ngoài

- Số lượng 1 chiếc

- Để tránh sai lệch khi kiểm tra, que thăm dầu được bọc

+ Sử dụng thêm đệm cánh để tránh tự tháo lỏng đai ốc.

+ Kích thước của đai ốc hãm: tra bảng 15.1, ta có:

+ Đặc điểm: chắc chắn và đơn giản

+ Nhiệm vụ: Đệm được giữ chặt bằng vít và dây néo

+ Chọn loại đếm chắn mặt đầu là loại cố định mặt đầu vòng trong ổ bằng 1 vít

- Vòng hãm lò xo (phanh)

+ Đặc điểm: chắc chắn và chỉ chịu được lực dọc trục rất bé

+ Nhiệm vụ: sử dụng để cố định vòng trong của ổ lăn hoặc các chi tiết khác trêntrục khi các vòng ổ không chịu tác động của lực dọc trục hoặc chịu lực dọc trục rấtbé

+ Để dễ chế tạo và đảm bảo độ rơ dọc trục cần thiết, thường lắp thêm bác 2 vàogiữa vòng lò xo và vòng ổ

+ Kích thước chiều dài của bạc được xác định khi lắp ghép

+ Kích thước của vòng lò xo và cấu tạo phần rãnh trên trục: tra bảng 15.7, ta có:

g kính

trục d d1

B ±0,25

h r d2 d3 d4 S b−0,2 1 r2 r3max

25 23,5 1,4 2,3 0,1 23,1 28,5 2 1,2 3,6 3 14,1 2,5

35 33 1,9 3 0,2 32,2 39,6 2,5 1,7 4,9 6 19,1 3

5.4.2 Các chi tiết điều chỉnh lắp ghép

- Nhiệm vụ: Điều chỉnh khe hở khi lắp ghép các chi tiết, tạo độ dôi ban đầu (ổ lăn)

- Vòng chắn dầu, đệm bảo vệ

+ Nhiệm vụ: ngăn cách mỡ bôi trơn ổ với dầu của HGT

Vòng chắn dầu

Đệm bảo vệ

5.5 Bôi trơn HGT

- Các bộ truyền cần được bôi trơn liên tục nhằm:

+ Giảm mất mát công suất vì ma sát

+ Giảm mài mòn

+ Đảm bảo thoát nhiệt

+ Đề phòng các chi tiết máy bị han gỉ

- Việc lựa chọn phương pháp bôi trơn HGT phụ thuộc vào vận tốc vòng của bộtruyền

- Khi vận tốc vòng của bánh răng vbr ≤ 12 m/s:

+ Bôi trơn bằng ngâm dầu

+ Chiều sâu ngâm dầu khoảng 1/6 đến 1/4 bán kính bánh răng