thiết kế hệ dẫn động tời kéo

Xác định công xuất, momen và số vòng quay trên các trục: Tính công suất, mô men, số vòng quay trên các trục I, II, III của hệ dẫn động... Phần 2 : TíNH TOáN THIếT Kế CHI TIếT MáYi.TíNH

Đồ áN MÔN HọC CHI TIếT MáY

THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG TỜI KẫO

5 1

2

1

= +

t

t T T

Công suất cần thiết đợc xác định bằng công thức:

Pct F v 5,05Kw

85,0.1000

93,0.66,0.7000

usbđ= uđ (uđ =2…5) Ta chon uđ =2

usbh =8…40 ta chọn usbh =20

usb =20.2 =40

Số vòng quay của trục máy công tác là nct

nct =

320 14 , 3

66 , 0 60000

1000

Π D

v

= 39v/phTrong đó : v : vận tốc kéo cáp

Các thông số kĩ thuật của động cơ nh sau : Theo bảng P 1.4

M =72 kg

D =32 mm Kết luận động cơ K132 M4thớc phù hợp với yêu cầu thiết kế.

Xác định công xuất, momen và số vòng quay trên các trục:

Tính công suất, mô men, số vòng quay trên các trục (I, II, III) của

hệ dẫn động

C«ng suÊt, sè vßng quay :

Pct =5,05 kw ;nct =39 v/ph;

Ta cã :plv = β.pct =0,93.5,05=4,7kw

8 , 4 99 , 0 99 , 0

7 , 4

=

k ol

lv III

n n

P

95 , 4 98 , 0 99 , 0

8 , 4

=

=

br ol

III II

P P

η

1 , 5 98 , 0 99 , 0

95 , 4

=

=

br ol

II I

P P

d

dc 723 /

2

1445

ph v u

n

5

723 1

1

ph v u

n

4

145 2

Ttct = 9,55 106 6 1237 103

39

05 , 5 10 55 ,

Phần 2 : TíNH TOáN THIếT Kế CHI TIếT MáY

i.TíNH Bộ TRUYềN ĐAI:

* Thiết kế bộ truyền đai Thang:

Đề đảm bảo về tính năng làm việc , và theo điều kiện sử dụng ta chọn đai thang thờng vì đợc sử dung rộng rãi hiện nay Nó đảm bảo vè tính năng kỹ thuật mà còn đảm bảo về mặt kinh tế

*Với số liệu ban đầu :

Sè vßng ch¹y cña ®ai trong 1s:

Gãc «m α1=1800- ( )

700

150 300

d

C C C

2 , 1 5 , 5

=2,57lÊy z=3

ChiÒu réng b¸nh ®ai:Theo c«ng thøc 4.17 ta cã

B=(z-1).t+2.e=50 mm (®ai lo¹i A th× e=10,t=15 b¶ng 4.21)

§õ¬ng kÝnh ngoµi b¸nh ®ai :Víi h0=3,3

F0= +F v

97 ,

Đờng kính ngoài bánh đai nhỏ :da1=156,6 mm

Đờng kính ngoài bánh đai lớn :da2=306,6 mm

Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục :

F0=170 N

Fr=1014 N

II

TíNH Bộ TRUYềN BáNH RĂNG TRONG HộP GIảM TốC

Đây là hộp giảm tốc khai triển thờng nó có u va nhợc điểm sau:

+Ưu điểm : Là hộp tơng đối đơn giản ,đựoc sử dụng rộng rãi hiện nay

+Nhợc điểm:Các bánh răng bố trí khong đối xứng với các ổ ,do vậy làm tăng sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều dài răng.Vì vậy bánh răng phải đựơc nhiệt luyện đạt độ rắn cao,chịu tải trọng thay đổi

Chính vì các yếu tố trên mà ta phải thiêt kế , tinh toán sao cho phù hợp

A.Tính toán bộ truyền cấp nhanh ( bánh trụ răng thẳng ) :

KHL= m H

HE

HO N

N với mH = 6

mH: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về tiếp xúc

NHO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

NHO = 30 H2 , 4

HB

HHB : độ rắn Brinen

7 4

, 2

1 = 30 260 = 1 , 875 10

HO

N

7 4

, 2

2 7

3 3

8

3 ) 8 , 0 ( 8

5 1 15000 5 / 723 1

H

s

k

0

ω

σ =

⇒[σH]1 = 536 , 36MPa

1 , 1

1 590

= ; [σH]2= 481 , 8MPa

1 , 1

1 530

mF: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về uốn

NFO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFO = 4.10 6vì vật liệu là thép 45,

NEE: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng

m i i i

6

1 7

6 6

8

3 ) 8 , 0 ( 8

5 1 15000 5 / 723 1

S

K

K

0

1

.

ba H

H

u

K T

ψ σ

β

Với: T1: Mômen xoắn trên trục bánh chủ động, N.mm ;

Ka : hệ số phụ thuộc vào loại răng ;

Hệ số Ψba = bw/aw;

T1=67000Nmm;

Ka=49,5 ψba = 0 , 3 ⇒ ψbd = 0 , 5 ψba(u1+ 1) = 0 , 5 0 , 3 (5 + 1)= 0 , 9

Tra ở sơ đồ 5 (bảng 6.7 trang 107) ta đợc KH β=1,15 ; u1= 5; [σH]=481,8 MPa

Thay số ta định đợc khoảng cách trục :

aw1= 49,5.(5+1) 179 , 64

3 , 0 5 8 , 481

15 , 1 67000 3

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Yêu cầu cần phải đảm bảo σH ≤ [σH] , σH = ZM ZH Zε 2

1

1

) 1 (

2

w m w

m H

d u b

u K

;Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;

cos 3 120

2

cos 1

cos 2

36 , 61 sin

2 = 1,5 ;

εα = 1,88 – 3,2 1 , 69

100

1 20

= 0,88

60000

723 60 60000

. 1 1 = π =

πd w n

m/s;

Với dw1 =2.aw/(um +1)=2.180/6=60

vì v < 6 m/s tra bảng 6.13 (trang 106) chọn cấp chính xác 8, tra bảng 6.16 chọn go= 56

Theo công thức 6.42

5

180 3 , 2 56 006 , 0

u

a v g

δ ν

theo bảng 6,15 => δH =0,006

05 , 1 03 , 1 67000 2

60 54 64 , 4 1

2

.

=

α β

ν

H H I

w w H Hv

K K T

d b K

KH = KH β.KHVKH α ; KH β =1,1.1,05.1,03=1,12

Thay số : σH = 274.1,5.0,88 2

60 5 54

) 1 5 (

12 , 1 67000

TÝnh chÝnh x¸c øng suÊt tiÕp xóc cho phÐp : [σH] = [σH] ZRZVKxH.

F F

.

2

1 1

B¶ng 6.14 v<2,5 m/s cÊp chÝnh x¸c 8 cã KF α=1,22

64 , 4 5

180 3 , 2 56 006 , 0

H

u

a v g

δ

ν

17 , 1 05 , 1 22 , 1 67000 2

60 54 64 , 4 1

.

2

.

=

α β

ν

H H I

w w F FV

K K T

d b K

F F

.

.

2

1 1

1

1 ε β

=

3 60 54

08 , 4 1 59 , 0 5 , 1 67000 2

=50 Mpam=3

YS=1,08-0,0695.ln3=1

YR=1

[σF1]= [σF1] YS YR KXF KFC KFL=297,17.1.1.1.1.1=297,17 Mpa[σF2]= [σF1]

1

.

ba H

H

u

K T

ψ σ

β

T2=326000 Nmm; Ka=43(Vì răng nghiêng)

( 1) 0 , 5 0 , 3 (4 1) 0 , 75

5 , 0 3

15 , 1 326000 3

cosβ = m Zt/(2.aw) = 3 150/2.230 = 0,98;⇒β = 12

Hệ số trùng khớp dọc:

3 14 , 3

12 sin 230 3 , 0

4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Yêu cầu cần phải đảm bảo σH ≤ [σH] , σH = ZM ZH Zε

3

2

) 1 (

2

d u b

u K T

m w

m

H +

;Trong đó: T1=326000Nmm;

bw = 0,3.aw = 0,3.230 = 69 mm,

ut= 4;

Đờng kính vòng lăn bánh nhỏ : dw3=

1 4

230 2 1

2

+

= +

cos

2

=

) 4 , 20 2 sin(

) 65 , 11 cos(

2

0

0 = 1,73 ; Zε =

α

ε

1 ;

. 1 2 = π =

u

a v g

δ ν

13 , 1 15 , 1 326000

2

69 92 77 , 0 1

2

.

=

α β

ν

H H I

w w H Hv

K K T

d b K

KH = 1,006.1,13.1,15 = 1,31

Thay số : σH = 274.1,73.0,57 69 4 ( 92 ) 2

) 1 4 (

31 , 1 326000

= 365,32 MPaTính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép : [σH] = [σH] ZRZVKxH

Với v =0,66 m/s ⇒ ZV = 1 (vì v < 5m/s ) , Cấp chính xác động học là 8, chọn mức chính xác tiếp xúc là 9 Khi đó cần gia công đạt độ nhám là Ra = 1,25 0,63àm Do đó ZR = 0,95 với da< 700mm ⇒ KxH = 1

u

a v g

δ ν

32 , 1 37 , 1 326000

2

69 92 32 , 2 1

2

.

=

α β

ν

F F I

w w F

Fv T K K

d b K

KF = KF β.KF α.KFV = 1,014.1,37.1,32 = 1,84

Với εα = 1,75 ⇒ Yε = 1/εα = 1/1,75 = 0,57;

Ta thấy độ bền uốn đợc thoả mãn vì σF1 < [σF1] ,σF2 < [σF2];

6 Kiểm nghiệm răng về quá tải:

Kqt= Tmax/T = 1,4;

σH1max=σH K qt = 509 1 , 4 = 602 , 25MPa < [σH]max = 1260 MPa;

σF1max = σF1 Kqt =125,53 1,4 = 175,74 MPa ;

σF2max = σF2 Kqt = 118,92.1,4 = 166,49 MPa

Vì σF1max < [σF1]max ,σF2max < [σF2]max nên răng thoả mãn

Kết luận: với vật liệu trên thì bộ truyền cấp chậm thoả mãn các yêu cầu kĩ

Điều kiện bôi trơn:

-d2: Đờng kính của bánh bị dẫn của bộ truyền cấp nhanh

-d4: Đờng kính của bánh bị dẫn của bộ truyền cấp chậm

d4 =360 mm; d2 =300 mm

⇒ c = 1 , 2

300

360 2

4 = =

d

d

; 1,1 ≤ c ≤ 1,3

Vậy bộ truyền thoả mãn điều kiện bôi trơn

III tính toán thiết kế trục và chọn ổ lăn:

1\ Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có:

30

67000 1

=

=

τ => 0 , 2 30 22,35

67000 3

[ ] MPa

m N T

30

326000 '2

=

=

τ => 0 , 2 30 37,8

326000 3

[ ] MPa

m N T

30

1273000 3

=

=

τ => 0 , 2 30 59,64

1273000 3

=60 mm

Sơ đồ đặt lực:

Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực Tra bảng 10.2 trang 189 có:

Loại nối trục đàn hồi

Tại trục III có mômem xoắn TIII = 1273000 (N.mm)=1273 N.m

Tra bảng 16.10a kích thớc cơ bản của nối trục vòng đàn hồi đợc tra theo mômem xoắn

Các thành phần lực trong thiết kế đợc biểu diễn nh hình vẽ phần trên

Lực tác dụng của đai lên trục Fy12 = 1014 (N)

Ft1 = 2233

60

67000 2 2 1

Cos

tg F

N = Fy13

Ft2 = 7087

92

326000

2 ω

2 2

46 , 20

7087 β

α ω

Cos

tg F

Fy23 =2703 N

Fz23 =-1506 N

Xác định lực và vẽ biểu đồ momen :Trục I:

Fly11=

11

13 13 12

12

l

l F l

F y + y

=

170

55 833 54

12

l

l l F l l

170

55 170 833 ) 170 54 (

l

l l

23

l

l F l

21

l

l l F l l

Trôc 3:

24153 2 2

2 11

2 1

2 1

2 1

2 13

132600 2 2

2 21

2 21 23

321211 326000

75 , 0 132600 75

,

2

2 21 24

318300 157200

276800 2 2

2 22

75 , 0 318300 75

137500 2 2

2 31

75 , 0 158100 75

219100 170600

137500 2 2

2 32

75 , 0 219100 75

117000 2 2 2

75 , 0 117000 75

109760

=28 mm

d21=d24=3 [ ]21

1

321211

=40 mm

d22= d23=3 [ ]22

1 ,

0 tdτ

M

=3

50 1 , 0

Trục quay theo 1 chiều do đó τmi.

Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm cần kiểm tra về độ bền mỏi các tiết diện 10, 11, 21, 22, 31, 33, 34 Chọn lắp ghép các ổ lăn lắp lên trục theo k6 lắp bánh răng, bánh đai, nối trục theo k6 kết hợp với lắp then

Kích thớc then tra bảng 9.1 trị số momen cản uốn, cản xoắn ứng với các tiết diện trục nh sau

d

t d t b d

2

) (

32

1 1

− π

Woj=

j

j j

d

t d t b d

2

) (

16

1 1

− π

Xác định hệ số Kσdj và Kτdj đối với các tiết diện nguy hiểm theo công thức :

Các trục đợc gia công trên máy tiện , tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra=2,5 0,63… àm do đó hệ số tập chung ứng suất do trạng thái bề mặt

1

K σ + ψ σ

σ

σ σ

−

Xác định hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp

Sτj=

mj j

dj

1

K τ + ψ τ

τ

τ τ

−

[S] =1,5 2,5 S… j= 2

j

2 j

j j S S

S S

τ σ

τ σ

d

T

−

[ ]c

t c

b l.

d

T

2 ≤ σ

= σ

Theo bảng 9.5 với tải trọng va đập [σd]= 150 Mpa và [τc]=60 -90 Mpa

Vậy tất cả các mối ghép đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt

IV CHọN ổ LĂN:

1.Chọn ổ lăn cho trục vào của hộp giảm tốc:

Xét tỉ số Fa/Fr : ta thấy tỉ số Fa/Fr = 0 vì Fa = 0, tức là không có lực dọc trục nên ta chọn loại ổ là ổ bi đỡ một dãy

Trong đó : Đối với ổ đỡ chịu lực hớng tâm X= 1

V =1 khi vòng trong quay

b, Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh:

Tải trọng tính toán theo ct 11.19 với Fa = 0

Q0 = X0.Fr

Với X0 = 0,6 (tra bảng 11.6)

 Q0 = 0,6.700 =420 (N)

Q0 = 0,42 kN < C0 = 11,6kN

⇒ loại ổ lăn này thoả mãn khả năng tải tĩnh

2.Chọn ổ lăn cho trục trung gian của hộp giảm tốc:

Trục có lực hớng tâm , để đảm bảo cặp bánh răng luôn ăn khớp chính xác do

L = Lh.n2.60.10-6 = 15000 145 60 10-6 = 130,5 triệu vòng

Hệ số khả năng tải động: Cd = 7,165.3 130 , 5 = 36,34 kN

Do Cd = 36,34 kN < C = 39,2 kN ⇒ loại ổ lăn đã chọn đảm bảo khả năng tải động

b, Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh:

Tải trọng tính toán theo ct 11.19 với Fa = 1506

⇒ loại ổ lăn này thoả mãn khả năng tải tĩnh

3, Chọn ổ lăn cho trục ra của hộp giảm tốc:

Tuổi thọ của ổ lăn:

L = Lh.n3.60.10-6 = 15000 36 60 10-6 = 32,4 triệu vòng

Hệ số khả năng tải động: Cd = 7,637 3

10 4 ,

32 = 22 kN

Do Cd = 22 kN < C = 57,9 kN ⇒ loại ổ lăn đã chọn đảm bảo khả năng tải

động

b, Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh:

Tải trọng tính toán theo ct 11.19 với Fa = 1508

⇒ loại ổ lăn này thoả mãn khả năng tải tĩnh

V.Thiết kế vỏ hộp giảm tốc, bôI trơn và đIều chỉnh

ăn khớp:

1.Tính kết cấu của vỏ hộp:

Chỉ tiêu của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lợng nhỏ Chọn vật liệu để đúc hộp giảm tốc là gang xám có kí hiệu GX 15-32

Chọn bề mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục

Các kích thớc cơ bản đợc trình bày ở trang sau

2.Bôi trơn trong hộp giảm tốc:

Lấy chiều sâu ngâm dầu khoảng 1/4 bán kính của bánh răng cấp chậm khoảng 30 mm.

3.Dầu bôi trơn hộp giảm tốc :

Chọn loại dầu là dầu công nghiệp 45

Các kích thớc của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc:

Chiều dày: Thân hộp, δ

Nắp hộp, δ1

δ = 0,03.a + 3 = 0,03.230 + 3 = 9,9 mm > 6mm

δ1 = 0,9 δ = 0,9 10 = 9 mmGân tăng cứng: Chiều dày, e

Chiều cao, h

Độ dốc

e =(0,8 ữ 1)δ = 8 ữ 10, chọn e = 9mm

h < 5.δ = 5.10 =50 mmKhoảng 2o

Mặt đế hộp:

S1 = (1,3 ữ 1,5) d1⇒ S1 = 28mm

Chiều dày: Khi không có phần lồi

S1

Bề rộng mặt đế hộp, K1 và q

K1≈ 3.d1≈ 3.20 = 60 mm

q = K1 + 2δ = 60 + 2.10 = 80 mm;

Khe hở giữa các chi tiết:

Giữa bánh răng với thành trong

Sai lệch giới hạn then theo chiều rộng b-h9

Sai lệch giới hạn của rãnh then trên trục ghép có độ hở H9

Dung sai :

Để lắp ghép vòng trong lên trục và vòng ngoài lên vỏ, ngời ta sử dụng các miền dung sai tiêu chuẩn của trục và lỗ theo TCVN2245-7 phối hợp với các miền dung sai của các vòng ổ

Miền dung sai và sai lệch giới hạn của lỗ với kiểu lắp u tiên

Miền dung sai và sai lệch giới hạn của trục với kiểu lắp u tiên

Kích thớc(mm) Sai lệch giới hạn Miền dung saiàm