đồ án môn học thiết kế máy

LỜI NểI ĐẦUGóp phần cho sự phát triển nền công nghiệp nói chung và sự tiến bộ của nền cơ khí nói riêng, hệ thống truyền động cơ khớ không ngừng đợc nghiên cứu và nâng cao chất lợng để kh

LỜI NểI ĐẦU

Góp phần cho sự phát triển nền công nghiệp nói chung và sự tiến bộ của nền cơ khí nói riêng, hệ thống truyền động cơ khớ không ngừng đợc nghiên cứu và nâng cao chất lợng để khi sản xuất chúng đợc tối u trong quá trình vận hành để tạo ra đợc chất lợng sản phẩm tốt phục vụ cho sản xuất

Bộ truyền động băng tải đóng vai trò rất quan trọng trong các phân xởng cơ khí Chính nhờ sự phát triển mang tớnh chất quan trọng mà nú đó đem lại năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm giải phóng sức lao động cho con ngời.

Bộ truyền động băng tải kiến thức cơ sở của sinh viên ngành cơ khí, là cơ sở

để nghiên cứu để phát triển các chi tiết mỏy Nếu không nắm vững kiến thức cơ bản này sinh viên sẽ không hoàn thành đợc nhiệm vụ của mình.

Nội dung thuyết minh gồm 5 phần

Phần 1: Tỡm hiểu hệ thống truyền động mỏy

Phần 2: Xỏc định cụng suất động cơ và phõn bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động.

Phần 3: Tớnh toỏn, thiết kế cỏc chi tiết, tớnh khớp nối và chọn ổ lăn.

Phần 4: Chọn dầu bụi trơn, bảng dung sai lắp ghộp.

Phần 5: Vấn đề bụi trơn và bảng dung sai lắp ghộp.

Trong quá trình tính toán và thiết kế không thể tránh đợc những sai sót do cha hiểu hết đợc về hệ thống truyền động cũng như bản chất của cỏc chi tiết mỏy trong hệ thống truyền động cơ khớ Vậy em mong đợc các thầy chỉ bảo để em hoàn thiện đợc nhiệm vụ của mình một cách tốt nhất và giúp em làm tốt hơn trong việc thiết kế sau này.

Em rất biết ơn sự hớng dẫn tận tính của thầy Đỗ Minh Tiến và các thầy giáo bộ môn cơ sở thiết kế máy đã giúp em hoàn thiện đồ án môn học này.

Phần I: Giới thiệu hệ thống truyền động.

- Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ phận truyền bánh răng hay trục vít, tạo

thành một tổ hợp biệt lập để làm giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ đến máy công tác

• Hộp giảm tốc bánh răng-trục vít, trục vít-bánh răng, trục vít 2 cấp

• Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh

 Trong hệ thống truyền động băng tải cần thiết kế là hộp giảm tốc trục vít

- Ưu nhược điểm của các bộ truyền:

+ Bộ truyền đai

• Ưu điểm:

Có khả năng truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục khá xa nhau.Làm việc êm, không ồn do vật liệu đai có tính đàn hồi

Giữ được an toàn cho các chi tiết máy khi bị quá tải

Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ

• Nhược điểm

Khuôn khổ kích thước khá lớn

Tỷ số truyền không ổn định vì có trượt đàn hồi trên bánh

Lực tác dụng trên trục và ổ lớn do phải căng đai

Tuổi thọ thấp vì làm việc với vận tốc cao

Khi dùng bánh căng đai làm căng số chu kỳ bị uốn của đai, sẽ làm giảm tuổi thọ của đai

Có khả năng tự hảm.

• Nhược điểm

Hiệu suất thấp

Cần phải dùng vật liệu đắt tiền (đồng thanh) để chế tạo bánh vít

- Đặc điểm của hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc gồm có trục vít và bánh vít ăn khớp với nhau, góc giữa hai trục là

900

Do các trục chéo nhau như vậy nên trong truyền động trục vít xuất hiện vận tốc trượt Vt hướng dọc trục ren trục vít Trượt dọc ren làm tăng ma sát, làm giảm hiệu suất, tăng nguy hiểm về dính và mòn

Bộ truyền trục vít có các dạng hỏng: tróc rổ mặt răng, gãy răng, mòn và dính, trong đó mòn và dính xảy ra nguy hiểm hơn

- Vấn đề bôi trơn của hệ thống

Bôi trơn hệ thống gồm có bôi trơn các ổ lắp vào trục và bôi trơn các bộ truyền.+ Bôi trơn bộ phận ổ: Nhằm mục đích giảm mất mát ma sát giữa các chi tiết lăn, chống mòn, tạo điều kiện thoát nhiệt tốt, bảo vệ bề mặt làm việc của chi tiết, không bị han gỉ, giảm tiếng ồn và bảo vệ ổ khỏi bụi bặm việc chọn hợp lý dầu và cách bôi trơn sẽ làm tăng tuổi thọ của bộ phận ổ Khi chọn dầu bôi trơn cần dựa vào những điều kiện sau: vận tốc của vòng ổ quay, tải trọng tác động, nhiệt độ làm việc và đặc điểm của môi trường xung quanh Chất bôi trơn thường dùng hiện nay là dầu và mỡ

Dùng mỡ có những ưu điểm sau: mỡ ít bị chảy ra ngoài; lấp kín khe hở của các chi tiết máy quay và chi tiết máy cố định, nhờ đó bảo vệ khỏi bụi bặm; mỡ có thể dùng cho các bộ phận ổ làm việc lâu dài; chống mòn tốt, độ nhớt ít thay đổi khi nhiệt

độ biến thiên Tuy nhiên không nên dùng mỡ khi nhiệt độ làm việc cao quá hoặc thấp quá và khi vận tốc lớn

Dầu có độ ổn định tốt hơn so với mỡ, có thể dùng khi vận tốc cao nhiệt độ cao cũng như thấp, không cần tháo rời bộ phận máy khi thay dầu, điều kiện thoát nhiệt tốt hơn mỡ

 Chọn phương pháp bôi trơn ổ bằng mỡ, bởi không thể bôi trơn bằng

phương pháp bắn tóe dầu do bánh vít quay với n = 30,49 v/ph Tra bảng 8 28[ ]1

ta chọn nhóm mỡ T lượng mỡ chiếm 2/3 chỗ rỗng của bộ phận ổ

+ Bôi trơn các bộ truyền: theo cách dẫn dầu đến bôi trơn các chi tiết máy người

ta phân biệt bôi trơn ngâm dầu và bôi trơn lưu thông

Bôi trơn ngâm dầu bằng cách ngâm bánh răng, bánh vít, trục vít hoặc các chi tiết máy phụ trong dầu chứa ở hộp Cách bôi trơn này thường dùng khi vận tốc vòng của bánh răng v≤12 m/s hoặc của trục vít v≤10 m/s khi vận tốc lớn công suất mất mát do khuấy dầu tăng lên và dầu dễ bị biến chất do bắn tóe Mặc khác khi vận tốc lớn các chất cặn trong dầu sẽ bị khuấy động và hắt vào chỗ ăn khớp khi vận tốc bộ truyền xấp xỉ các trị số trên thì bánh răng và bánh vít được ngâm ngập chiều cao răng Khi trục vít đặt dưới thì ngâm ngập chiều cao răng nhưng không vượt quá đường tâm ngang viên bi

Bôi trơn lưu thông dùng cho các bộ truyền có vận tốc lớn (v > 12÷14 m/s) và cho các hộp giảm tốc cỡ lớn có vận tốc nhỏ hơn Phương pháp này còn dùng cho các hộp giảm tốc có công suất và vận tốc không lớn lắm nhưng cấu tạo của nó không cho phép thực hiện được việc bôi trơn ngâm dầu dầu bơm từ bể có áp suất 0,5÷1,75 atm theo các đường ống qua các vòi phun đến bôi trơn chỗ ăn khớp đối với bánh răng nghiêng và bánh răng chữ v nên đặt vòi phun sao cho các tia dầu bắn theo chiều quay của bánh răng Đối với bánh răng thẳng ngược với chiều quay

 Chọn phương pháp bôi trơn hộp giảm tốc bằng cách ngâm dầu, mức dầu

chỉ ngập chiều cao răng của trục vít Theo bảng 10 18[1]

285

−

, chọn độ nhớt của dầu bôi

trơn trục vít ở 500c là 165 centistốc và theo bảng 10 20[1]

286

−

chọn loại dầu AK15

Phần II: Tính toán các số liệu ban đầu của hệ thống

1 Động cơ 3 Bộ truyền đai

η- hiệu suất chung

η1 =0,95 - hiệu suất bộ truyền đai

η2 = 0,86- hiệu suất bộ truyền trục vít (không tự hãm với Z1 = 4)

η3 =0,99- hiệu suất của một cặp ổ lăn

η4 =1 - hiệu suất khớp nối

2.2 Phân phối tỷ số truyền

- Số vòng quay của trục tang:

trong đó: id - tỷ số truyền của bộ truyền đai

itv - tỷ số truyền của bộ truyền trục vít

2.4 Tính công suất trên các trục

- Công suất của băng tải theo yêu cầu Nbt: Nbt= 8,662 kW

- Công suất danh nghĩa trên trục II:

3 4

bt bt II

N N

Phần III: Thiết kế các bộ truyền

3.1 Thiết kế bộ truyền đai

Bộ truyền đai có nhiệm vụ truyền, dẫn động từ động cơ đến hộp giảm tốc theo các

số liệu sau:

Công suất trên trục động cơ: Ndc = 13 kW

Số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn nđc = 730 v/ph

F, mm2

1410,5174,1138

1913,5224,8230

Giả sử vận tốc đai v > 5 m/s Tra bảng 13 5[3]

)(

2

)(

2

2 1 2 1

2 + + −+

-Đai Б: L =

2 3,14(630 220) (630 220)

2 1 2 1

2 2

4

1

d d d

d L d

- Nct : Công suất cần thiết

- [ ]σp 0:trị số ứng suất có ích cho phép , tra bảng 5 17, 1[ ]

3.1.9 Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.

- Lực căng ban đầu đối với mỗi đai.

S =σ F = F ( N )

Với:σ0=1,2MPa =1,2.106 N/m2 =1,2( N/mm2) - Ứng suất căng ban đầu

F - Diện tích 1 dây đai

BẢNG PHÂN PHỐI BỘ TRUYỀN ĐAI

∗Kết luận: Chọn phương án dùng bộ truyền bánh đai loại B có khuôn khổ nhỏ gọn

hơn, lực tác dụng lên trục nhỏ hơn đai loại Б

3.2 Thiết kế bộ truyền trục vít.

Bộ truyền bánh vít-trục vít một cấp trong hộp giảm tốc được thiết kế theo số liệu:

- Công suất trên trục vít NI = 10,276 kW

- Số vòng quay trong 1 phút của trục vít nI = 243,3 v/ph

- Công suất trên trục gắn bánh vít NII = 8,749 kW

- Số vòng quay trong 1 phút của trục gắn bánh vít nII = 30,49 v/ph

Hệ thống làm việc với tải trọng ổn định Thời gian làm việc là 2 ca, mỗi ca 8 giờ,

300 ngày/1năm, làm việc trong 5 năm

 Dự đoán vận tốc trượt v t , chọn vật liệu và cách chế tạo

Giả thiết vận tốc trượt vt ≤2 m/s, chọn vật liệu bánh vít là gang xám CH

21-40, đúc bằng khuôn cát, vật liệu trục vít là thép 45 tôi bề mặt có độ rắn HRC = 45

4

)(

2

)(

2 1 2 1

2 2

4

1

d d d

d L d

 Định ứng suất cho phép

Số chu kỳ làm việc của bánh vít:

N= 60nT= 60.30,49.5.300.2.8 = 4,39.107

trong đó: n- số vòng quay của bánh vít theo yêu cầu

T- tổng thời gian làm việc của bánh vít

N- số chu kỳ làm việc của bánh vít

7

104,39.10 = 0,83 ( công thức 4 5 1

7

104,39.10 = 0,623 ( công thức 4 8[ ]1

( Do bánh vít làm việc với trục vít tôi có độ rắn HRC=45 nên chọn 0,9)

- Ứng suất uốn cho phép:

ta được [ ]σ ou= 60 N/mm2 Nhưng bánh vít làm việc một

chiều nên có ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động với hệ số ''

NII- số vòng quay của trục II (của tang)

Chọn mối ren của trục vít Z1 = 4

Số răng bánh vít Z2 = itv.Z1 = 7,98.4= 31,9

Lấy Z2 = 32

Tính lại tỷ số truyền itv = 2

Ta có công suất trên bánh vít N = 8,749 kW II

Định sơ bộ K =1,1 ( giả thiết v2 < 3 m/s)

 Định m và q

[ ]

2 6

2

1, 45.10

II II tx

- Để tính hiệu suất tra bảng 4 8[ ]1

λ η

23 57 '45''(0,96 0,98)

(23 57'45'' 2 17 )

tg tg

Vì tải trọng không thay đổi và gần như đã giả thiết như trên v2 < 3 m/s,

Do đó K = Ktt.Kd = 1.1,1 = 1,1 ; phù hợp với dự đoán

Vì v2 < 2 m/s có thể chế tạo bộ truyền với cấp chính xác 9

 Kiểm nghiệm ứng suất uốn của bánh vít

Số răng tương đương của bánh vít theo công thức 4 17[ ]1

td

Z Z

15.10

II u

Vì không có yêu cầu lấy khoảng cách trục A theo tiêu chuẩn nên không dùng dịch chỉnh (ξ=0)

Đường kính vòng chia( vòng lăn) của trục vít:

N

d n =

6

2.9,55.10 10, 276243,3.144 = 5602 NLực vòng P2 trên bánh vít bằng lực dọc trục Pa1 trên trục vít

Lực hướng tâm Pr1 trên trục vít bằng lực hương tâm Pr2 trên bánh vít

Fr1 = Fr2 = P2.tgα = P2.tg200= 10703.0,364 = 3895,8 N

 Tính toán về nhiệt bôi trơn khi làm việc

Nhiệt độ dầu bôi trơn khi làm việc tl

× −

+ = 950C

Trong đó

Nhiệt độ môi trường xung quanh t0 = 30oC

N1 là công suất của trục vít NI = 10,276 kW

η là hiệu suất bộ truyền η = 0.86

 Kiểm tra độ bền uốn của trục vít

Với thép vật liệu chế tạo trục la thép C45 thường hóa ta chọn σ F = 60 Mpa

Ứng suất uốn của trục vít xác định theo công thức sau :

3 1

1 1

a r

 Kiểm tra độ cứng của trục vít

Độ võng của trục vít được xác định theo công thức sau :

E là môđun đàn hồi của trục vít lấy E = 2.1×105 N/mm2

J là mômen quán tính tương đương trên mặt cắt trục vít

[f] = (0,005÷0,01)m = (0,005÷0,01)×16 = (0,08÷0.16)

4 1

1 1

0.6250.375

64

e

i i

d

d d

 Bôi trơn của bộ truyền trục vít

Đây là bộ truyền có trục vít nằm dưới và có vận tốc vt = 2 m/s, để tránh mất mát

về công suất do khoái dầu ta bôi trơn trục vít bằng cách cho dầu ngập chân ren của trục vít hoặc 1/3 bán kính trục vít

Lượng dầu cần đổ vào hộp giảm tốc nên lấy (0.35÷0.7) l/kW

Phần IV TÍNH TOÁN TRỤC, THEN, Ổ LĂN VÀ THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC 4.1 Tính toán trục

D l3

L2 L2/2

l2 l4

Ta có thể chọn sơ bộ các kích thước như sau :

- Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp,

lấy a =14 mm

- Chiều rộng bánh vít Bv = 118 mm

- Chiều rộng bánh đai Bd = 86 mm

- Khe hở giữa bánh vít và thành trong của hộp, lấy D = 18 mm

- Chiều cao của nắp và đầu bulông, lấy l3 = 35 mm

- Khoảng cách của nắp ổ đến mặt cạnh của bánh đai, lấy l4= 40 mm

- Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp, lấy l2 = 10 mm

- Khoảng cách giữa hai gối đỡ trục vít, L1= 0,9De2 = 0,9.544 = 489 mm

⇒h1= L1/2 = 489/2 = 245 mm ( h1 là khoảng cách từ gối A đến mặt phẳng đi qua trục bánh vít)

Ta thấy B1= 31 mm và chiều dài phần có ren của trục vít L= 301 mm

=

144 2

Vì các lực thuộc phương Ox đối xứng trên 2 gối đỡ nên các phản lực được tính như sau:

M u m-m = Muy2 + Mux2

1021169,3 +686245 = 1230332,8 N.mmTính đường kính trục ở tiết diện m-m

Do kết cấu của trục nên ta lấy đường kính trục tại vị trí lắp trục vít lấy bằng 95

mm, chon trục vít chế tạo liền trục, đường kính ở tiết diện m-m lấy bằng 105,6 mm (bằng với đường kính chân ren trục vít)

Tính đường kính trục tiết diện tại A

[ ]

3

0,1

td A

Ở đây : P2 = 10703 N d2 = 512 mm

Fa2 = 5602 N L2/2 = 191 mm Fr2 = 3895,8 N

Tính phản lực tại các gối trục :Trong mặt phẳng Oyz:

R = Fy

5123895,8.191 5602

22.191

= 1806,3 N

∑Fy = REy - Fr2 – RFy = 0

⇒ REy = 3895,8 +1806,3 = 5702,1 NTrong mặt phẳng Oxz

Vì các lực thuộc phương Ox đối xứng trên 2 gối đỡ nên các phản lực được tính như sau:

M u i-i = M uy2 +Mux2

M u i-i = 1089101,12 +1022136,52 = 1493621,2 N.mmMtđ = M u2 +0, 75.M z2

Đường kính trục tại vị trí lắp ổ lăn trên trục II ( tại F )

σ σ

τ

Vậy

1.

τ−1= ( 0,2÷0.3).τ−1

kτ

τ

1,5 0,59= 2,54

Tập trung ứng suất do lắp căng với kiểu lắp ta chọn P ứng suát sinh ra trên bề

Thay các giá trị tìm được vào công thức nσvà nτ:

nσ=

1 ax

2703,3.14, 6 0,1.14,1

kσ

σ σ

1502,38.1, 2 0,05.1, 2

kτ

τ τ

Hệ số an toàn [n] thường lấy bằng 1,5÷2,5

Ở tiết diện i-i

Với di-i = 95 mm, tra bảng 7 3 [ ] 1

−

  lấy εσ= 0,7; ετ= 0,59Tra bảng 7 8[ ]

1127

Tập trung ứng suất do lắp căng với kiểu lắp ta chọn p ứng suất sinh ra trên bề mặt

mặt ghép ≥ 30N/mm2, tra bảng 7 10[ ]

1128

Đối với trục II ở tiết diện i-i

Đường kính trục II để lắp then là 95 mm, tra bảng [ ]1

Chiều dài then l = (0,8 0,9÷ ) lm = (0,8 0,9÷ ) 125 =100 112,5÷ mm

Chọn chiều dài then l = 100 mm

Với chiều dài moay-ơ: lm = (1, 2 1,5÷ ) d = (1, 2 1,5÷ ) .95 = 114÷142,5

Lấy lm bằng 125 mm.

Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức 7 11[ ]

1139

3

2.403, 3.1060.6,8.70

Trục I và trục II có lực dọc trục tác dụng nên ta chọn ổ đũa côn đỡ chặn

Sơ đồ chọn ổ cho trục I (hình dưới)

−

, ổ đũa côn đỡ chặn cỡ trung rộng ứng với d = 80 mm, lấy ổ có

ký hiệu 7616, Cbang = 500000, đường kính ngoài của ổ D = 170 mm, chiều rộng B

=59,5 mm , góc nghiêng β = 11050’, đường kính trung bình con lăn bằng 19,4 mm

- Chọn ổ cho gối B: Chọn gối tại B như tại A

Sơ đồ chọn ổ cho trục II(hình dưới)

 Momen xoắn truyền qua nối trục

ứng suất dập cho phép của vòng cao su [ ] σ d= 2N/mm2

ứng suất uốn cho phép của chốt [ ] σ u= 60N/mm2

 Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng cao su (công thức tra bảng

9 22[1]

z c u

- Từ hộp giảm tốc đến tang : Chọn kiểu nối trục vòng đàn hồi

 Momen xoắn truyền qua nối trục

Mz= 9,55.106N

n = 9,55.10

6.8,74930,49= 2740,3.10

ứng suất dập cho phép của vòng cao su [ ] σ d=2N/mm2

ứng suất uốn cho phép của chốt [ ] σ u=60N/mm2

 Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng cao su

σd=

0

2

z c u

Chọn vỏ hộp đúc, mặt ghép giữa nắp và thân là mặt phẳng đi qua đường làm các trục để việc lắp ghép được dễ dàng.

  cho ta tính được các phần tử cấu tạo vỏ hộp sau đây:

Chiều dày thành thân hộp

ở cạnh ổ d1=0,7dn, lấy d1 = 17 mmghép nắp vào thân d2=(0,5÷0,6)dn = 14 mmghép nắp ổ d3=(0,4÷0,5)dn =12 mm

ghép nắp cửa thăm d4=(0,3÷0,4)dn = 9 mm

Đường kính bulông vòng chọn theo trọng lượng của hộp giảm tốc trục vít- bánh

vít, với khoảng cách trục A = 328 mm tra bảng 10 11 [ ]1

 Cửa thăm dầu

Để quan sát các chi tiết máy bên trong hộp và rót dầu vào hộp, trên đỉnh nắp hộp

có làm cửa thăm Cửa thăm đậy lại bằng nắp Kích thước nắp cửa thăm được chọn theo bảng 10-12/277 Trên nắp có thể gắn lưới lọc dầu