Thuyết minh Đồ Án chi tiết máy tính toán và thiết kế trạm dẫn băng tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Tính toán và thiết kế trạm dẫn băng tải NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ... Chi tiết máy là môn khoa học nghi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN

CHI TIẾT MÁY

Tính toán và thiết kế trạm dẫn băng tải NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

YÊU CẦU ĐỀ TÀI, HÌNH ẢNH GV CUNG CẤP:

Huy

+ tính toán + tìm ngữ liệu

+ nhập số liệu

Lê Hiền Đức

+ tính toán +tìm ngữ liệu

+ nhập số liệu

Võ Minh Hiếu

+ tính toán +tìm ngữ liệu

+ nhập số liệu

Võ Đình Quốc

+ tính toán

NHẬN XÉT CỦA GV HƯỚNG DẪN

I VỀ HÌNH THỨC

II VỀ NỘI DUNG

III KẾT LUẬN Đạt:

Chi tiết máy là môn khoa học nghiên cứu các phương pháp tính toán và thiết kế các chitiết máy có công dụng chung Môn học Chi Tiết Máy có nhiệm vụ trình bày những kiến thức cơbản về cấu tạo, nguyên lý cũng như phương pháp tính toán các chi tiết máy có công dụngchung, nhằm bồi dưỡng cho học viên khả năng giải quyết những vấn đề tính toán và thiết kế cácchi tiết máy, làm cơ sở để vận dụng vào việc thiết kế máy Chi tiết máy là môn kỹ thuật cơ sởquan trọng, là bản lề kết nối giữa những kiến thức về khoa học kỹ thuật cơ bản với phần kiếnthức chuyên môn.

Trong nội dung một đồ án môn học, được sự chỉ bảo hướng dẫn tận tình của thầy giáoPhùng Danh Sa, tôi đã hoàn thành bản thiết kế Hệ dẫn động băng tải với hộp giảm tốc bánhrăng trụ nghiêng hai cấp Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót Tôirất mong tiếp tục được sự chỉ bảo, góp ý kiến của giáo viên và các bạn

Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với thầy giáo Phùng Danh Sa và các thầy giáotrong khoa đã giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này

Nhóm 3.5

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN……… ….11

1.1 Chọn động cơ điện……… 11

1.2 Phân phối tỷ số truyền……… 12

1.3 Tính toán các thông số động học……… 12

PHẦN 2 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI ……… 14

2.1 Chọn loại đai……… 14

2.2 Xác định các thông số của bộ truyền……….……… 15

2.3 Xác định tiết diện đai……… ……….15

2.4 Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục……… …… 16

PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NÓN THẲNG……… 16

3.1 Chọn vật liệu……… …… 17

3.2 Xác định ứng suất cho phép……… 17

3.3 Ứng suất quá tải cho phép……… 19

3.4 Tính toán bộ truyền……… 19

PHẦN 4 : THIẾT KẾ TRỤC – THEN – KHỚP NỐI……… 23

4.1 Thiết kế trục – then………23

4.1.1 Thiết kế trục 1……… 23

4.1.2 Thiết kế trục 2……… 28

PHẦN 5 : TÍNH TOÁN VÀ CHỌN Ổ LĂN……… 33

5.1 Trục 1……….……… 33

5.1.1 Chọn loại ổ……….………33

5.1.2 Kiểm tra ổ theo khả năng tải động……… ……… 33

5.1.3 Kiểm tra ổ theo khả năng tải tĩnh……… 34

5.2 Trục 2………

……… 34

5.1.1 Chọn loại ổ……… ………

35 5.1.2 Kiểm tra ổ theo khả năng tải động……… ………

35 5.1.3 Kiểm tra ổ theo khả năng tải tĩnh………

……….36

5.1.4 chọn khớp nối……… ……… 37

PHẦN 6: THIẾT KẾ VỎ HỘP CHỌN CÁC CHI TIẾT PHỤ……… 43

6.1 Kích thước hộp giảm tốc đúc……… ………

43 6.2 Chọn các chi tiết phụ………

…….45

6.2.1.Nắp quan sát……….45

6.2.2 Nút thông hơi……… …… … 50

6.2.3 Nút tháo dầu……… ….…

51 6.2.5.que thăm dầu………

……….52

6.2.6 Chốt định vị………

……… 53

6.2.7 Vòng phớt……….……… 53

6.2.8 Vòng móc……….……… 52

6.2.9 vòng chắn dầu……….……… …54

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 HAWT Horizontal Axis Wind Turbine

2 VAWT Vertical Axis Wind Turbine

3 PV PhotoVoltaic

4 MPPT Maximum Power Point Tracking

5 PWM Pulse Width Modulation

6 NACA National Advisory Committee for Aeronautics

7 BMS Battery Management System

8 Lion Lithium-Ion

9 LiPo Lithium-Ion Polymer

10 LiFePo4 (LFP) Lithium Fe Photphat

DANH S

BẢNG TRANG

Bảng 1.1: So sánh tuabin HAWT và VAWT 22

Bảng 3.1: Quan hệ độ cong (m) và vị trí độ cong (p) trên cánh NACA 5 số [43] 58

Bảng 4.1: Vận tốc gió trung bình tháng và năm (m/s) tại TPHCM [9] 60

Bảng 4.2: Tọa độ biên dạng cánh NACA 2412 nửa cánh bên trái 66

Bảng 4.3: Tọa độ biên dạng cánh NACA 2412 nửa cánh bên phải 67

Bảng 4.4: Simulation Properties 69

Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng 71

Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển sạc Hybrid Controler MPPT 300W 102

Chương 1 CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.1 Chọn động cơ điện

- Công suất trên trục công tác

- Công suất tính toán theo công thức 2.14 trang 20 tài liệu [1]

- Hiệu suất hệ thống:

Tra bảng 2.3 trang 19 tài liệu [1], ta chọn

Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn:

Hiệu suất bộ truyền bánh răng côn:

Hiệu suất bộ truyền đai:

Hiệu suất của khớp nối:

- Công suất sơ bộ của động cơ theo công thức 2.8 trang 19 tài liệu [1]

- Số vòng quay của trục công tác

- Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống u

u = uh.uđ

Tra bảng 2.4 trang 21 tài liệu [1]

uh – tỉ số truyền của hộp giảm tốc (2 ÷ 4)

ud – tỉ số truyền của bộ truyền đai thang (3 ÷ 5)

=> u = (2 ÷ 4).(3 ÷ 5) = (6 ÷ 20)

- Số vòng quay sơ bộ của động cơ

Nếu chọn động cơ có số vòng quay đồng bộ nđb=1500 v/p tra bảng P1.3 phụ lục [1] , căn

Vận tốcquay,vg/ph

Thỏa mãn điều kiện

1.2 Phân phối tỷ số truyền

u: tỉ số truyền của hệ thống.

ud: tỉ số truyền của bộ truyền đai, chọn uđ = 2,8 (theo tiêu chuẩn trang 49 [1])Nên ta có:

1.3 Tính toán các thông số động học

1.3.1 Tính công suất trên các trục

Công suất trên các trục có kết quả như sau:

Trục làm việc

PHẦN 2 THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI

I THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

Thông số trục dẫn: P = 6 kW; n = 1455 v/p; u = 2,8

1 Chọn loại đai

Từ đồ thị 4.1 trang 59 [1], ta chọn thang thường loại Ƃ thông số cơ bản của

bánh đai tra bảng 4.13 trang 59 [1]

Chiều dài giới hạn l,mm

40°

btb

nên ta chọn đai thang thường

- Đường kính bánh đai lớn (công thức 4.2 trang 53 [1])

d2 = d1u.(1-ε) = 140.2,8.(1-0,02) =384,2 mm Chọn d2 = 385 mm

- Tỷ số truyền thực tế

- sai lệch tỉ số truyền

- Tính khoảng cách trục:

- Định k

hoảng cách trục sơ bộ theo bảng 4.14 trang 60 tài liệu [1]

- Tính chiều dài dây đai theo a sơ bộ (công thức 4.4 trang 54 tài liệu [1])

Tra bảng 4.13 trang 59 [1]: chọn L = 1800 mm

- Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây (công thức 4.15 trang 60 tài liệu [1])

- Tính a theo L tiêu chuẩn (công thức 4.6 trang 54 [1])

- Khoảng cách trục phải thỏa điều kiện (công thức 4.14 trang 60 tài liệu [1])0,55(d1 + d2) + h < a < 2.(d1+d2)

0,55.(140+385) +10,5 < a < 2.(140+385) thỏa mãn điều kiện

- Góc ôm bánh dẫn (công thức 4.7 trang 54 tài liệu [1])

3 Xác định số dây đai Z (công thức 4.16 trang 60 [1])

Chọn Z = 3 dâyTrong đó: Kd =1,25 (Tra bảng 4.7 trang 61 [1])

[Po] = 3 kW (Tra bảng 4.19trang 61 [1])

Cα = 0,92 (Tra bảng 4.15trang 61 [1])

CL = 0,95 (Tra bảng 4.16 trang 61 [1]) với l/l0 = 0,8

Cu = 1,14 (Tra bảng 4.17 trang 61 [1])

Cz = 0,95 (Tra bảng 4.18 trang 61 [1]) với P/[Po]= 6/3 = 2Chiều rộng bánh đai (công thức 4.17 trang 63 [1])

B = (z - 1).t + 2.e = (3-1).19 + 2.12,5 = 50 mm

Với: t =19, e = 12,5 (tra bảng 4.21 trang 63 [1])

4 Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

- Lực căng ban đầu (công thức 4.19 trang 63 [1])

Trong đó: lực căng phụ (công thức 4.20 [1]):

Thông số đầu vào của bộ truyền bánh răng

+ Mômen xoắn trên trục dẫn: T1= 104579,0 (Nmm)

Bánh nhỏ: C45 tôi cải thiện, độ cứng 250HB, σch1=580MPa

Bánh lớn: C45 tôi cải thiện, độ cứng 240HB, σch2=450MPa

3.2 Xác định ứng suất cho phép

3.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép:

3.2.2.1 Bánh răng nhỏ:

Trong đó:

- Ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở (Tra Bảng 6.2[1])

-Hệ số tuổi thọ:

Với: N HO =30HB 2,4 =30.250 2,4 =17.10 6 chu kỳ

Vậy ứng suất uốn cho phép của từng bánh răng là:

+ Bánh răng nhỏ:

+ Bánh răng lớn:

3.3 Ứng suất quá tải cho phép

+ Ứng tiếp xúc quá tải cho phép:

Z1p =19→Z1=1,6Z1p =1,6.17 = 27,2 răng, chọn Z1 = 27 răng

- Đường kính trung bình theo công thức 6.54 trang 114 [1]

dm1 = (1- 0,5Kbe)de1 = (1-0,5.0,25) 89,3 = 78,2 mm

- Mô đun vòng chia trung bình theo công thức 6.55 trang 114 [1]

- Mô đun vòng chia ngoài theo công thức 6.55 tran g 114 [1]

-Hệ số tính đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng: KxH=1 (da<400mm)

Tính lại ứng suất uốn cho phép:

YS=1,08-0,0695.ln(mm)=1,08-0,0695.ln(3,063)=1

KxF=1 (Vì da < 400mm)

3.4.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc làm việc:

Trong đó:

- Hệ số kể đến cơ tính vật liệu: ZM = 274 (MPa)1/3 (Bảng 6.5)

- Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc: ZH=1,76 (Bảng 6.12)

- Hệ số kể đến sự trùng khớp của các răng:

3.4.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Ứng suất uốn sinh ra:

KFv=1,05 (Tra phụ lục P2.3 đối với cấp chính xác 9)

3.4.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Tra bảng động cơ điện 4A132S4Y3 ta có:

Ứng suất tiếp xúc cực đại:

Ứng suất uốn cực đại:

Bảng 3.1 Thông số và kích thước bộ truyền

P1= 5,69 kW

n1= 519,6 (v/p)

1.1 Chọn vật liệu chế tạo trục:

Dùng thép 45, có σb=600Mpa

ứng suất xoắn chon phép, [τ]=15…30MPa

Trong đó: [τ]=15…30MPa, lấy trị số nhỏ đối với trục vào, trị số lớn đối vớitrục ra ([τ]1 = 15MPa, [τ]2 = 30MPa)

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

Đường kính trục sơ bộ:

Tra bảng 10.2 trang 189 chọn d1= 35mm, bo=21mm

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

Hình 3.1 Sơ đồ tính khoảng cách của hộp giảm tốc bánh răng nón 1 cấp

k3 hn

k1

k2

Hình 3.2 Chiều dài các đoạn trục 1

Chọn các kích thước trong hộp giảm tốc

Tra bảng 10.3 chọn:

- k1 = 10(mm): Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến thành trong của hộphoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

- k2 = 10(mm): Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp

- k3 = 15(mm): Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

- hn = 20(mm): Chiều cao nắp ổ và đầu bulong

1.3 Xác định trị số và chiều các lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục

Hình 3.3 Phân tích lực tác dụng lên các bộ truyền

+ Mô men tại D: MDX = M a1 = 9579,9Nmm

+ Mô men tại B: MBX = Fr1.58,6 - M a1= 44660,3Nmm

+ Mô men tại A: MAX = Fr.70,5 = 86193,3Nmm

Trong mặt phẳng oxz:

∑MA=0 Ft1 158,5 - RBX.100=0, thay số ta có  RBX= 4167,4 N

RAX = 1539,8 N

+ Mô men tại B: MBy= Ft1 58,6 = 153977,36 Nmm

- Mô men uốn tương đương tại các đoạn trục:

+ MtdA=

+ MtdB=

+MtdC=

+ MtdD=

- Ứng suất uốn cho phép của trục (bảng 10.5[1]) [σ] = 60MPa

- Đường kính trục tối thiểu tại các tiết diện:

Chọn đường kính của trục theo tiêu chuẩn

dA= 35 mm; dB=35mm; dC=30mm; dD=30mm

n2 = 135 (v/p)

2.1 Chọn vật liệu chế tạo trục:

Dùng thép 45, ta có σb=600Mpa ứng suất xoắn chon phép, [τ]=15…30MPa

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

- k2 = 10(mm): Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp

- k3 = 15(mm): Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

- hn = 20(mm): Chiều cao nắp ổ và đầu bulong

Chiều dài các đoạn trục 2

Với D0=130 (tra bảng 16-10a [1])

2.4 Xác định đường kính các đoạn trục

+ Mô men tại C: MCX = RAy 160,4 = 81319,8 Nmm

+ Mô men tại C’: MCX - M a2 = 60412,7 Nmm

Trong mặt phẳng oxz:

∑MA=0 Ft1 160,4 - Fkn 337,7 - RBX 241,2=0

Thay số ta được  RBX= 1071,6N

 RAX = 1073,3N

+ Mô men tại C: MCy = RAx.160,4 = 172164,4 Nmm

+ Mô men tại B: MBy = Fkn.96,5 = 46580,6 Nmm

- Mô men uốn tương đương tại các đoạn trục :

+ MtdA

+ MtdB=

+ MtdD=

- Ứng suất uốn cho phép của trục (bảng 10.5 [1]) [σ]=50MPa

- Đường kính trục tối thiểu tại các tiết diện:

Chọn đường kính của trục theo tiêu chuẩn

dA= 50mm; dB= 50mm; dC= 55mm; dD=45mm

81319,8 Nmm

383414,8N.mm

z

y x O

II TÍNH TOÁN VÀ CHỌN Ổ LĂN

Vì có lực hướng tâm lớn nên dùng ổ đũa côn cỡ nhẹ

FaoB= SA-∑Fa= 689 - 240,7= 448,3 N < SB = 1286,8 N lấy FaoB= SB= 1286,8 NXét: FaoA/ VFroA= 1527,5/1 2248,0 = 0,679 > e

chọn X= 0,4, Y= 0,4.cotg (13,83) =1,63 (Bảng 11.4 trang 215[1])

Tải trọng động qui ước:

Q=(XFroA+YFaoA)KtKd= 0,4 2248,0 +1,63.1527,5= 3381,2N

Trong đó: Kt =1, Kd=1(B11.3 trang 215)

Kiểm tra khả năng tải động:

Trong đó: L = Lh60n/106 = 17280.60 519,6/106 = 539 triệu vòng quay

Ổ B

Xét FaoB/VFroB= 1286,8/1 4198,5= 0,31 < e→X=1; Y=0 (Bảng 11.4)

Tải trọng động qui ước:

Q=(XFroB+YFaoB)KtKd = 4198,5N

Vì có lực hướng tâm lớn nên dùng ổ đũa côn cỡ nhẹ

Tải trọng động qui ước:

Q=(XFroA+YFaoA)KtKd = 0,4.1187,1 +1,6.1331,2 = 2610,5N

Trong đó: Kt =1, Kd=1(B11.3 trang 215)

Kiểm tra khả năng tải động:

Trong đó: L=Lh60n/106=17280.60.135/106 =140 triệu vòng quay

Ổ B

Xét FaoB/VFroB= 405,6/1.1306,6 = 0,31 < e

chọn X=1, Y=0 (Bảng 11.4 trang 215[1])

Tải trọng động qui ước:

Q=(XFroB+YFaoB)KtKd = 1306,6 N

l3 = 28 mm: chiều dài đoạn chốt bị dập

h = 1,5 mm ; D2 = 20 mm

lo=l1+l2/2=34+15/2=41,5 mm: chiều dài chịu uốn của chốt

Chiều dài vòng đàn hồi: l = 62mm

Bulong đầu vòng đàn hồi: M10

kiểm nghiệm điều kiện bền của vòng đàn hồi và chốt

k=1,5: hệ số chế độ làm việc (Bảng 16-1)

Điều kiện bền dập của vòng đàn hồi:

Điều kiện bền uốn của chốt:

Như vậy khớp nối bảo đảm bền

Hình 3.7 Nối trục vòng đàn hồi

IV THIẾT KẾ THEN - KIỂM NGHIỆM TRỤC

1 Trục 1

a Thiết kế then

Kiểm nghiệm then tại vị trí lắp bánh răng và vị trí đầu trục lắp bánh đai.(tại C

và tại D) [σd]=100Mpa (Bảng 9.5 trang 178), [τc] = 60Mpa trang174

Chọn kích thước then theo đường kính trục Ф35

b Kiểm nghiệm trục tại vị trí lắp ổ lăn

- Tại tiết diện B (lắp ổ lăn): [s]=1,5 trang 195

sσj-hs an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại tiết diện j

sτj- hs an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j

Trong đó: σ-1=0,436σb=0,436.600=261,6MPa

c Kiểm nghiệm trục tại vị trí lắp bánh răng

- Tại tiết diện D (lắp bánh răng): [s]=1,5 trang 195

sσj-hs an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại tiết diện j

sτj- hs an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j

Trong đó: σ-1=0,436σb=0,436.600=261,6MPa

τ-1=0,58 σ-1=151,73MPa

b Kiểm nghiệm trục tại vị trí lắp ổ lăn

- Tại tiết diện B (lắp ổ lăn): [s]=1,5 trang 195

sσj-hs an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại tiết diện j

sτj- hs an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j

Trong đó: σ-1=0,436σb=0,436.600=261,6MPa

c Kiểm nghiệm trục tại vị trí lắp bánh răng

- Tại tiết diện C (lắp bánh răng): [s]=1,5trang 195

sσj-hs an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại tiết diện j

sτj- hs an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j

Trong đó: σ-1=0,436σb=0,436.600=261,6MPa

Chiều dày: Thân hộp δ

Chiều dày bích thân hộp S3

Chiều dày bích nắp hộp S4

Đường kính lỗ lắp ổ lăn, D

80 mm

100 mm125mm62,5 mmM8 x 6

150 mm

75 mmM10 x 6

26 mm

60 mm

80 mm

Khe hở giữa các chi tiết:

Bánh răng với thành trong Δ

Giữa đỉnh bánh răng lớn với

Z=4

1.2 Chọn các chi tiết phụ

1.2.1 Nắp quan sát (Bảng 18-5)

Để kiểm tra, quan sát các chi tiết máy trong hộp khi lắp ghép và để đổ dầu vàotrong hộp, trên đỉnh hộp có làm cửa thăm Cửa thăm được đậy bằng nắp Trên nắp cólắp thêm nút thông hơi

Hình 4.1 Nắp quan sát

1.2.2 Nút thông hơi (Bảng 18-6)

Khi làm việc, nhiệt độ trong hộp tăng lên Để giảm áp suất và điều hòa khôngkhí bên trong và bên ngoài hộp, người ta dùng nút thông hơi Nút thông hơi được lắptrên nắp cửa thăm

Kích thước nút thông hơi như hình vẽ:

Hình 4.2 Nút thông hơi

1.2.3 Nút tháo dầu (Bảng 18-7)

Sau một thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn (do bụi và dohạt mài) hoặc bị biến chất, do đó cần phải thay dầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có

lỗ tháo dầu Lúc làm việc, lỗ được bịt kín bằng nút tháo dầu

Kết cấu và kích thước của nút tháo dầu như hình vẽ:

Hình 4.3 Nút tháo dầu

1.2.4 Que thăm dầu (H 18-11)

Hộp giảm tốc được bôi trơn bằng cách ngâm dầu và bắn toé nên lượng dầu tronghộp phải đảm bảo điều kiện bôi trơn Để biết được mức dầu trong hộp ta cần có thiết

bị chỉ dầu ở đây ta sử dụng que thăm dầu để kiểm tra mức dầu Hình dạng và kíchthước cơ bản của que thăm dầu như sau: