Đồ án Chi tiết máy

X ác định đường kính chính xác và chiều dài các đoạn trục 26 III.. T ính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh 39 VI...  Các thông số của đĩa xích -Đường kính vòng chia của đĩa xích dẫn và đ

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu

Phần 1 - TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG I Chọn động cơ 4

1 Xác định công suất đặt trên trục động cơ 4

2 Xác định tốc độ đồng bộ của động cơ 4

II Phân phối tỉ số truyền 5

1 T ính toán các thông số động học 5

2 Bảng số liệu tính được 7

Phần 2 - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY I B ộ truyền xích 7

1 Chọn loại xích 7

2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích 7

II Tính bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc 10

1 Tính toán bộ truyền cấp nhanh 10

2 Tính toán bộ truyền cấp chậm 16

Phần 3 - THIẾT KẾ TRỤC I Chọn vật liệu 21

II Thiết kế trục 21

1 Tính sơ bộ đường kính trục 21

2 X ác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 21

3 X ác định lực và sơ đồ đặt lực 24

4 X ác định đường kính chính xác và chiều dài các đoạn trục 26

III Tính mối ghép then 36

1 Trục 1 36

2 Trục 2 36

3 Trục 3 37

IV T ính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 37

V T ính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh 39

VI N ối trục đàn hồi 39

Phần 4 - CHỌN VÀ TÍNH TOÁN Ổ LĂN I T ính ổ theo trục 1 42

II T ính ổ theo trục 2 44

III T ính ổ theo trục 3 47

Phần 5 - KẾT CẤU VỎ HỘP I Vỏ hộp 49

1 T ính kết cấu của vỏ hộp 49

2 K ết cấu bánh răng 49

3 K ết cấu nắp ổ 49

II M ột số chi tiết khác 51

Phần 6 - BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC I B ôi trơn trong hộp giảm tốc 53

II B ôi trơn ngoài hộp 54

Phần 7 - XÁC ĐỊNH VÀ CHỌN CÁC KIỂU LẮP

LỜI NÓI ĐẦU

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hóa lại các kiến thức của các môn học như : Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kĩ thuật đồng thời giúp cho sinh viên làm quen với công việc làm và thiết kế đồ án chuẩn bị cho việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được dùng để giảm vận tốc góc, tăng mômen xoắn Với chức năng như vậy, ngày nay hộp giảm tốc được sử dụng rộng rãi trong các nghành cơ khí, luyện kim, hóa chất, trong công nghiệp đóng tàu Trong giới hạn của môn học em được giao nhiệm vụ thiết kế hệ dẫn động băng tải – hộp giảm tốc côn trụ Trong quá trình làm đồ án được sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Đỗ Đức Nam em đã hoàn thành xong đồ án môn học của mình Do đây là lần đầu, với trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót, em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy trong bộ môn

Sinh viên

Nguyễn Phi Long

PHẦN 1: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNGI.CHỌN ĐỘNG CƠ

1.XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐẶT TRÊN TRỤC ĐỘNG CƠ

• Công suất trên trục công tác

Trong đó : ηol là hiệu suất của một cặp ổ lăn

ηbrt là hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ

ηbrc là hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn

ηk là hiệu suất của khớp nối

ηx là hiệu suất của bộ truyền xích

ηot là hiệu suất của một cặp ổ trượtTra bảng 2.3[1]-tr19 ta có: ηol = 0,99; ηbrt = 0,97; ηbrc = 0,96;ηk = 1;

• Ta chọn Pđc > Pyc ;

2.XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỒNG BỘ CỦA ĐỘNG CƠ

• Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống là Usb Theo bảng

2.4[1]-tr21, truyền động bánh răng côn trụ hộp giảm tốc 2 cấp, truyền động xích (bộ truyền ngoài)

-chọn số vòng quay sơ bộ của động cơ là 1500 vg/ph

• Động cơ được chọn phải thỏa mãn : Pđc > Pyc , nđb ≈ nsb và k

1.1.CÔNG SUẤT TRÊN CÁC TRỤC

- Công suất trên trục 3: 3

n n

vg ph

n n

1.3.MÔ MEN TRÊN CÁC TRỤC

- Mô men trên trục động cơ:

14559,55.10 P 9,55.10 N mm

-Mô men trên trục công tác:

Vì trục 3 kéo 2 xích như nhau nên ta chỉ cần tính toán cho 1 xích

Các thông số ban đầu:

P=P3/2=5,78/2=2,89 KW

Ux=2,98

n3=104 vg/ph1.CHỌN LOẠI XÍCH

Do vận tốc và công suất truyền không cao nên ta chọn loại xích con lăn

2.XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA XÍCH VÀ BỘ TRUYỀN XÍCH

• Dạng hỏng chủ yếu và nguy hiểm nhất là mòn, do đó ta tính xích theo độ bền mòn

- Theo bảng 5.4[1]/78 ứng với Ux=2,98 ta chọn số răng đĩa nhỏ Z1=25, suy ra số răng đĩa lớn Z2=Ux.Z1=2,98.25=74,5

 Lấy Z2=75 < Zmax=120 =>Tỷ số truyền thực Ux=Z2/Z1=75/25=3

-Với Zmax =120 được xác định từ điều kiện hạn chế tăng bước xích do bản lề bị mòn sau một thời gian làm việc

• Xác định bước xích t

-Theo công thức 12-22[3]/15 ta có công suất tính toán là: tt .z n

x

K K K P P

=>Ka=1(hệ số chiều dài xích)-Bộ truyền có thể điều chỉnh được

=>Kđc=1(hệ số xét đến khả năng điều chỉnh)-Chọn phương án bôi trơn định kì(có bụi)

=>Kb=1,3 (hệ số xét đến điều kiện bôi trơn)-Bộ truyền làm việc êm

=>Kđ=1(hệ số tải trọng động)-Bộ truyền làm việc 2 ca

=>Kc=1,25(hệ số kể đến chế độ làm việc)

=> K=1.1.1.1,3.1.1,25=1,625

=> Ptt=1,625.1.0,48.2,89 2,25

-Theo bảng 12.5[3]/15, chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích t=25,4mm

ký hiệu πP25,4-56700, thỏa mãn điều kiện bền mòn Ptt < [P] =3,2 KW và theo bảng 12.3[3]/8 thỏa mãn t<tmax

Fv –lực căng do lực li tâm sinh ra: Fv =qv2 = 2,6.1,12 = 3,146(N)[S]-hệ số an toàn cho phép, tra bảng 5.10[1]/84 với n = 200vg/ph:[S]=8,2

 F0 = 9,81.4.2,6.1,018 = 103,86(N)

17,39 [S]=8,21,2.2627,27 103,86 3,146

Vậy S > [S], bộ truyền xích đảm bảo độ bền

 Các thông số của đĩa xích

-Đường kính vòng chia của đĩa xích dẫn và đĩa xích bị dẫn:

1

25,4

202,66( )sin( / ) sin( / 25)

df1 = d1 -2r = 202,66 – 2.8,03 = 186,6 (mm)

df2 = d2 -2r = 606,56 – 2.8,03 = 590,5 (mm)Với r = 0,5025d1 +0,05 = 0,5025.15,88 + 0,05=8,03(d1 =15,88 tra bảng 5.2[1]/76)

 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích:

-ứng suất tiếp xúc σH =0,47 k F k r( t d+ F E A k vd) /( ) [ ]d ≤ σH

Trong đó:

[σH ]-ứng suất tiếp xúc cho phép, tra bảng 5.11[1]/84

kr – hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích: Z1=25=> kr=0,42

Z1=75=> kr=0,2

Fvđ – lực va đập trên m dãy xích:

Fvđ = 13.10-7n3t3m = 13.10-7.104.25,43=2.22(N)

E-mô đun đàn hồi : E= 2,1.105 Mpa

A – diện tích chiếu bởi bản lề, tra bảng 5.12[1]/85 => A = 180mm

kd - hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy : kd =1

3019,53( )25.25,4.104

r

II.TÍNH BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC

1.TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN CẤP NHANH

 Ứng suất tiếp xúc cho phép

[ ]σH =(σHLim0 /S H).Z Z K K R v XH HL CT6.1[1]/89Trong đó:

-σ0HLim là ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở

Theo bảng 6.2[1]/92:σHLim0 =2HB + 70

 σ0HLim1 =2.260 70 590(+ = MPa)

 σ0HLim2 =2.245 70 560(+ = MPa)

-SH là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc.Theo bảng 6.2[1]/92: SH =1,1

-ZR là hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc

i

T , n , i t lần lượt là mô men xoắn, số vòng quay và tổng số giờ làm i

việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

Ta có: NHE2 > NHO1; NHE1 =4.NHE2 => NHE1 > NHO1 =>KHL =1

-Bánh răng côn răng thẳng : [ ]σH =min{ [ ] [ ]σH1 ; σH2 } =509,09MPa

-Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải theo 6.13[1]/93:

-S là hệ số an toàn khi tính về uốn Theo bảng 6.2[1]/92: F S =1,75 F

-Y là hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng R

-Y là hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất S

-K là hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn XF

-mF là bậc của đường cong mỏi khi thử về uốn Vì HB<350=>mF=6

- N là số chu kì thay đổi ứng suất khi thử về uốn FO N =4.10 FO 6 với mọi loại thép

- N là số chu kì thay đổi ứng suất tương đương.Theo CT6.8[1]/91: FE

[σFm ax] =0,8σch =0,8.580 464(= MPa)1.3.XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ TRUYỀN

 Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài:

3 1

+ K là hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng Với truyền động bánh R

răng côn răng thẳng có: K R =0,5K =0,5.100=50(MPa d 1/3)

+ K là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng Hβ

K u K

+Theo bảng 6.21[1]/111, trục lắp trên ổ đũa ,tra nội suy ta có: K =1,12 Hβ

R d

55,41

2,13( )26

55,41

25,322,188

tm

d Z

e

-Đường kính trung bình của bánh nhỏ: d m1 =Z m1 tm =25.2,188 54,47(= mm)1.4.KIỂM NGHIỆM RĂNG VỀ ĐỘ BỀN TIẾP XÚC

Theo CT6.58[1]/113:

[ ] [ ]

2

2 1

2 1

Trong đó : v <5m/s → Z =1; chọn cấp chính xác tiếp xúc 8, R V a=2,5…1,25µ →m Z =0,95;d R a <700mm→ K =1 xH

-Như vậy σH >[ ]σH ', nhưng chênh lệch không nhiều nên có thể tăng chiều rộng vành răng : b=33(σH /[ ]σH ')2 =33(491,7 / 483,64)2 =33,55(mm) Lấy b=35mm.1.5.KIỂM NGHIỆM RĂNG VỀ ĐỘ BỀN UỐN

Theo CT6.66[1]/114: σF1 =2T K Y Y Y1 F ε β F1/(0,85bm d mm m1)≤[ ]σF1

σF2 =σF1Y F2/Y F1 ≤[ ]σF2Trong đó:

-T1 là mô men xoắn trên bánh chủ động

-KF là hệ số tải trọng khi tính về uốn Theo CT6.67[1]/115:

F m FV

F F

V bd K

Thay số 1

2.42006,87.1,86.0,58.1.3,48

88,99( )0,85.33,5.2,188.56,89

Ta thấy σF1 <[ ]σF1 và σF2 <[ ]σF2

Như vậy độ bền uốn được đảm bảo.

1.6.KIỂM NGHIỆM RĂNG VỀ QUÁ TẢI

Theo đầu bài, ta có hệ số quá tải : kqt=1,4

Như vậy răng thỏa mãn điều kiện về quá tải

1.7.CÁC THÔNG SỐ VÀ KÍCH THƯỚC CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP

NHANH

Chiều dài côn ngoài

Chiều cao răng ngoài

Chiều cao đầu răng ngoài

Chiều cao chân răng ngoài

Z1=25;Z2=100

00

x1,2=0,38;-0,38(mm)62,5;250(mm)

1402’

75058’

5,5mm

3,43mm1,57mm2,07mm3,93mm

71,66mm260,81mm2,5mm4

 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Bánh răng trụ răng nghiêng:

267,43( )252( )

F F

F F

MPa MPa

+ K là hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng a

Tra bảng 6.5[1]/94 được K = 43(MPa) a 1/3

+ T2 là mô men xoắn trên bánh chủ động, T2 = 156368,13 Nmm

+Theo bảng 6.6 [1]/95 chọn Ψ =ba 0,3 (bộ truyền không đối xứng)

Tỉ số truyền thực : u m =Z Z4/ 3 =98/ 28 3,5=

0

1 2( ) 2,5(28 98)

0,9545 17,34.165

w

os

m Z Z c

2.4.KIỂM NGHIỆM RĂNG VỀ ĐỘ BỀN TIẾP XÚC

Theo CT6.33[1]/103, ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:

b H

1,9 12,5.3,14

w

b m

β

β

Π

w d w3

H HV

H H

V b K

T K Kβ α

= +

Với v H =δH g v a u0 w/ mTra bảng 6.15[1]/105→δH =0,002 6.16 →g0 =73

Vậy điều kiện tiếp xúc được đảm bảo

2.5.KIỂM NGHIỆM RĂNG VỀ ĐỘ BỀN UỐN

[ ]

3 2 2 3/( w w3 ) 3

F T K Y Y Y F ε β F b d m F

F F

V b d K

Vậy độ bền uốn được thỏa mãn

2.6.KIỂM NGHIỆM RĂNG VỀ QUÁ TẢI

Theo đầu bài, ta có hệ số quá tải : kqt=1,4

Như vậy răng thỏa mãn điều kiện về quá tải

2.7.CÁC THÔNG SỐ VÀ KÍCH THƯỚC CỦA BỘ TRUYỀN

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

Ứng suất xoắn cho phép: [τ] = 12 20 Mpa

τ

Trong đó:

T là momen xoắn, Nmm[τ] là ứng suất xoắn cho phép, Mpa Chọn [τ] = 14 MpaĐối với động cơ 4A132S4Y3 tra phụ lục P1.7 ta có dđc = 38(mm)Đường kính đầu vào của trục hộp giảm tốc lắp bằng khớp nối với trục động

cơ thì đường kính này tối thiểu phải bằng (0,8 1,2)dđc

2.XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC GỐI ĐỠ VÀ ĐIỂM ĐẶT LỰC

Chiều dài trục cũng như khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực phụ thuộc vào sơ đồ động, chiều dài mayơ của các chi tiết quay, chiều rộng ổ , khe hở cần thiết và các yếu tố khác

-Chiều rộng mayơ ở nửa khớp nối, ở đây là nối trục đàn hồi nên:

lm12= (1,4→2,5) dsb1= (1,4→2,5).35 = 49→87,5 (mm)

Chọn lm12 = 50mm-Chiều dài mayơ bánh răng côn lớn:

lm23=(1,2→1,4)dsb2=(1,2→1,4).40 = 48→56 (mm)Chọn lm23 = 50mm

• Sơ đồ sơ bộ khoảng cách hộp giảm tốc

-Chiều dài mayơ bánh răng côn nhỏ:

lm13=(1,2→1,4)dsb1 = (1,2→1,4).35 = 42→49 (mm)Chọn lm13 = 45mm

-Chiều dài mayơ bánh răng nghiêng nhỏ:

lm22=(1,2→1,5)dsb2 = (1,2→1,5).40 = 48→60 (mm)Chọn lm22 = 50mm

-Chiều dài mayơ bánh răng nghiêng lớn:

lm32 =(1,2→1,5)dsb3 = (1,2→1,5).50 = 60→90 (mm)

Chọn lm32 = 70mm-Chiều dài mayơ đĩa xích :

lm33 =(1,2→1,5)dsb3 = (1,2→1,5).50 = 60→90 (mm)Chọn lm32 = 65mm

 Khoảng cách giữa các điểm đặt lực và chiều dài các đoạn trục:

+hn là chiều cao nắp ổ và đầu bulông Tra bảng 10.3 :hn = 18mm+lc12 là khoảng cách côngsôn

→lc12 = 0,5(50+21) = 16 +18 =68,5 Lấy lc12 = 70mm

→l12 = lc12 = -70(mm)

l13 = l11 + k1 + k2 + lm13 +0,5(b0 – b13.cosδ1)-Trong đó:

+Tra bảng 10.3 → k1 = 10; k2 = 6+b13 = bw =35(mm) là chiều rộng vành răng

→l13 = 90 +10 +6 + 45 + 0,5(21 – 35cos13,40) = 144,45Lấy l13 = 145(mm)

3.XÁC ĐỊNH LỰC VÀ SƠ ĐỒ ĐẶT LỰC

3.1.SƠ ĐỒ ĐẶT LỰC

3.2.LỰC TÁC DỤNG LÊN BÁNH RĂNG CÔN

0 a1 t1 .sin 1 1516,22 20 0,2425 138,83( ) r2

0 a3 t3 4264,2 17,34 1349,95( ) a4

αα

Trong đó Fr = Fxích = 3019,53(đã tính ở bộ truyền xích)

αlà góc nghiêng của đường nối tâm bộ truyền ngoài α= 300

4.XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH CHÍNH XÁC VÀ CHIỀU DÀI CÁC ĐOẠN TRỤC4.1.TÍNH TOÁN TRỤC VÀO CỦA HỘP GIẢM TỐC

4.1.1.TÍNH CÁC PHẢN LỰC VÀ VẼ BIỂU ĐỒ MÔ MEN

 Chiếu các lực lên phương ox 1 1 10 11

10 11 1

11

55,41535,41.145 90 138,83 0

 Biểu đồ mô men:

l12=70 l11=90

l13=145Fk

Fx10

Fx11

Fr1 Fa1

4.1.2.TÍNH MÔMEN UỐN TỔNG, MÔMEN UỐN TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ ĐƯỜNG KÍNH CÁC ĐOẠN TRỤC

Với dsb = 35mm Theo bảng 10.5[1]/193→[ ]σ =63(MPa)

tdIO IO

M

σ

Tại tiết diện IO lắp ổ lăn Chọn theo tiêu chuẩn lấy d = 30(mm) IO

 Tại tiết diện I1:

1

0,75 87256 0,75.41294 94300( )

94300

24,6( )0,1 0,1.63

tdI I

Tại tiết diện I1 lắp ổ lăn Chọn theo tiêu chuẩn lấy d = 30(mm) I1

 Tại tiết diện I2:

2

0,75 0,75.41294 35762( )

35762

17,8( )0,1 0,1.63

tdI I

Tại tiết diện I2 lắp nối trục đàn hồi Chọn theo tiêu chuẩn lấy d = 25(mm) I2

 Tại tiết diện I3:

3

3780 0 3780( )0,75 3780 0,75.41294 35762( )35762

17,8( )0,1 0,1.63

tdI I

4.2.TÍNH TOÁN TRỤC TRUNG GIAN

4.2.1.TÍNH CÁC PHẢN LỰC VÀ VẼ BIỂU ĐỒ MÔ MEN

 Chiếu các lực lên phương ox 2 2 3 20 21

x x

l22=53 l23=95

Mx

My

T

12810 71384

88510 72725

4.2.2.TÍNH MÔMEN UỐN TỔNG, MÔMEN UỐN TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ ĐƯỜNG KÍNH CÁC ĐOẠN TRỤC

Với dsb2 = 40mm Theo bảng 10.5[1]/193→[ ]σ =56(MPa)

Tại tiết diện II0 và II1 không có mômen xoắn, không có mômen uốn→ =d 0, nhưng

do yêu cầu về lắp ráp và chế tạo ta lấy d = 35(mm)

 Tại tiết diện II3:

267065

36,3( )0,1 0,1.56

tdII II

M

σ

Tại tiết diện II3 lắp ổ lăn Chọn theo tiêu chuẩn lấy d II3 =40 (mm)

 Tại tiết diện II2:

2

88510 142146 167450( )0,75 167450 0,75.160000 217346( )217346

33,9( )0,1 0,1.56

tdII II II

tdII II

x x

30 31 3

31

225,852615.165 1626,03.112 165 1349,95 0

4.3.2.TÍNH MÔMEN UỐN TỔNG, MÔMEN UỐN TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ ĐƯỜNG KÍNH CÁC ĐOẠN TRỤC

Với dsb3 = 50mm Theo bảng 10.5[1]/193→[ ]σ =50(MPa)

 Tại tiết diện III0:

2 0

3 0

417022

42,69( )0,1.50

Tại tiết diện III0 lắp ổ lăn Chọn theo tiêu chuẩn lấy d = 50(mm) III0

 Tại tiết diện III1:

1

209200 120782 241564( )0,75 241564 0,75.481535 481934( )481934

45,85( )0,1 0,1.50

tdIII III III

tdIII III

Tại tiết diện III1 lắp ổ lăn Chọn theo tiêu chuẩn lấy d = 50(mm) III1

 Tại tiết diện III2:

2

194023 38165 197740( )0,75 197740 0,75.481535 461528( )461528

45,2( )0,1 0,1.50

tdIII III III

tdIII III

Tại tiết diện III2 lắp bánh răng Chọn theo tiêu chuẩn lấy d = 55(mm) III2

 Tại tiết diện III3và III4:

[ ]

3

3 33

3

417022

43,69( )0,1 0,1.50

x y tdIII

tdIII III