Thiết kế hệ dẫn động hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm bộ truyền đai làm việc 2 ca thời gian phục vụ 12500 giờ, f=11700n,d=400mm,v=0,53m,s đại học chính qui

Xác định số vòng quay của tang -Tốc độ quay của trục trong.. Uh : tỉ số truyền của hộp giảm tốc Uđ: tỉ số truyền của bộ truyền động đai... Xác định công suất, momen và số vòng quay trên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

Số liệu của đề bài

Lực kéo băng tải: F =11700 N

PHẦN I: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

1.1 Công suất cần thiết.

- Gọi Pt là công suất tính toán trên trục máy công tác

- Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo

Hiệu suất của các bộ truyền tra bảng (2.3)

Hiệu suất bộ truyền đai đ= 0,95

Hiệu xuất một cặp bánh răng br = 0,96

Hiệu xuất một cặp ổ lăn  = 0,99

Hiệu xuất khớp nối k= 0,98

  = 0,95 0 , 96 2.0 , 99 4 0,98 = 0,824

- Công suất làm việc trên trục công tác Pt :

Pt = 1000

v

F

= 1000

53 , 0 11700

T t

t T

1

2 1 2 1

1 ) ( )

8

6 , 2 68 ,

201 , 6

= 5,004 (kw)

1.2 Chọn động cơ.

- Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ : nđb = 1500 v/ph

Theo bảng P1.3 [1] với Pct = 5,004 kW và nđb = 1500 v/ph dùng động cơ

4A112M4Y3 với Pđc = 5.5 kW ; nđc = 1425 v/ph

- Điều kiện mở máy :

max  1,68 

T

Tdn

max = 2,2

Cả 2 điều kiện đều thỏa mãn Vậy ta chọn động cơ 4A112M4Y3

1.3 Xác định số vòng quay của tang

-Tốc độ quay của trục trong

Uh : tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Uđ: tỉ số truyền của bộ truyền động đai Theo tiêu chuẩn chọn Uđ = 2,8

Mà Uh = U1.U2 vì đây là hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp Dựa vào bảng 3.1

ta có kết quả U1= 5,69 và U2= 3,51 (lấy theo trị số Uh = 20 gần với 20,11 nhất)

1.5 Xác định công suất, momen và số vòng quay trên các trục.

P =

đ I

P

 = 04,96,1 = 4,27 (kw) nđc = nI.Uđ = 505,67.2,8 = 1415 (vg/ph)

Tđc = 9,55.10 6

đ đc

P

 = 9,55.10 6.14154,27 = 28818 (N.mm)Bảng số liệu tổng kết:

Động cơ I II III Tang

- Dựa vào đặc tính làm việc êm với vận tốc nhỏ ta chọn đai thường làm bằng

chất liệu đai vải cao su

2.2 Xác định thông số của bộ truyền.

- Dựa vào bảng 4.13 và dãy kích thước tiêu chuẩn ta chọn đường kính bánh

1

= 160 2 , 8

99 , 0

1

= 452 mm với : -  = 0,010,02 : hệ số trượt

- Với điều kiện 0,55d 1 d2+ h  a  2d 1 d2 chọn a= 1000 mm

- Chiều dài dây đai:

- Chiều dài dây đai L được xác định dựa theo khoảng cách trục a bởi CT:

L = 2a +    

a

d d d d

4 2

2 1 2 2





- Dựa vào bảng 4.13 ta chọn trị số tiêu chuẩn của chiều dài đai là L=3000 mm

- Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ

i = imax  10

L

v đ

với v đ  11 , 84 m/s L= 3m

3 , 94

3

84 , 11

 1=1800  

a d

K P

1 0

1



Với: - P1: công suất trục bánh đai chủ động (P1=5,5 kW)

- Po : công suất cho phép, với v= 11,93 và d1= 160 mm chọn Po =

- Kđ: hệ số tải trọng động theo bảng 4.7 ta chọn Kđ = 1,1

- C : hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm  1

C = 1  0 , 0025180  1 = 0,985

- C1: hệ số ảnh hưởng đến chiều dài đai, theo bảng 4.16 chọn C1=1

- Cu : hệ số ảnh hưởng của tỉ số truyền, theo bảng 4.17 chọn Cu =1,135

- Cz: hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không dều tải trọng, theo bảng4.18 chọn Cz=0,95

2.4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

- Lực căng trên 1 đai được xác định theo CT 4.19

Fo = 780 v

Z C v

K P

1 , 1 5 , 5

1



=790,5 N

Ta có các thông số kĩ thuật chính của bộ truyền đai thang như trong bảng:

Đường kính ngoài bánh đai da (mm) 168,4

PHẦN III THIẾT KẾ BÁNH RĂNG 3.1: Chọn vật liệu.

Chọn vật liệu 2 cấp bánh răng với:

+ Tính ứng suất tiếp xúc cho phép với chu kỳ cơ sở o

N / với mH là bậc của đường cong mỏi

 Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc NHO = 30.HB2.4

T u

.

3

max 1

1 với c ,ni,Ti,ti lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay,số vòng quay, mô men xoắn, tổng số giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét

NHE2 = 60.1.5055,69,67   12500

8

5 , 4 72 , 0 8

6 , 2 68 ,

1 560

1 , 1

1 530

 Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn NFO1 = NFO2 = 4.106

 Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương NFE1 = 60.c i n i t i

T

T

.

T u

.

3

max 1

1

NHE2 = 60.1.5055,69,67   12500

8

5 , 4 72 , 0 8

6 , 2 68 ,

 Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải KFC = 1 do tải đặt một phía

+ Hệ số an toàn khi tính về uốn SF = 1,75

 F1 = 252

75 , 1

1 1 441

 (MPa)

75 , 1

1 1 414

1

.

ba H

HB

u

K T

, 481

05 , 1 77431

= 173,67 (mm)Lấy aw1 = 173 (mm)

a w

= 2,5.(25.173,691)= 20,68Lấy Z1 = 21 (răng)

= 2,5.(212119)=175 (mm) Lấy aw1 = 180, do đó cần dịch chỉnh để tăng khoảng cách trục từ 175 (mm)

lên 180 (mm)

- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

H

 = ZM.ZH.Z

) (

) 1 (

2

2 1 1

1 1

w w

H

d u b

u K

cos 2

1 1

z

z  ) = 1,88 – 3,2.(

109

1 18

4  = 0,88+ Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc KH = K H K HV K H

 Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp K H= 1

w w H

K K T

d b

2

.

u

a V

o H



V =

60000

.d w1 n1



= 3,14.5360000,81.505,67 = 1,43 (m/s)Theo bảng (6.13) chọn cấp chính xác là 9

Theo bảng (6.15) , (6.16) chọn H = 0,006

go = 73

 Chiều rộng vành răng bw = ba.a w1 = 0,4 180 = 72 (mm)

 ),do đó zR = 0,95 ; với da <700 (mm), kxH = 1

 H = 481,8.1.0,95.1 = 457,71 (MPa)

Ta có H = 412,27 (MPa) < H = 457,71 (MPa)  thỏa mãn

- Kiểm nghiệm răng về ứng suất uốn.

1

F

 = T b K d Y Y m Y

w w

F F

.

2

w w F

K K T

d b

2

u

a V

o F



Theo bảng (6.15) , (6.16) chọn F = 0,016

go = 73

 F = 0,016 73.1,67 5180,69 = 10,91

+ Số răng tương đương

F

F F

Y



  = 52,03 33,,8958 = 47,88 (MPa) < F2 = 240,36 (MPa)

- Kiểm nghiệm răng về quá tải.

68 , 1

 = F2.K qt = 37,26 1,68 = 62,596 (MPa) < F2 max = 360 (MPa)

- Các thông số khác của bộ truyền.

= 2cos,5.210 = 52,5 (mm)d2 =



cos

.z2m

= 2,cos5.1190 = 297,5 (mm)+ Đường kính đỉnh răng

da1 = d1 + 2.m.(1 + x1 - y) = 52,5 + 2 2,5.(1 + 0,157 - 0,015) = 58,21 (mm)

da2 = d2 + 2.m.(1 + x2 - y) = 297,5 + 2 2,5.(1 + 0,358 - 0,015) = 296,215(mm)

+ Đường kính đáy răng

df1 = d1 – (2,5 – 2.x1) m = 52,5 – (2,5 – 2.0,157) 2,5 = 47,035 (mm) df2 = d2 – (2,5 – 2.x2) m = 272,5 – (2,5 – 2.0,358) 2,5 = 285,04 (mm)+ Đường kính lăn

2 1 1

Z Z

y d

Z Z

y d

.

.

ba H

HB

u

K T

+ Theo bảng (6.7) ta chọn hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng KHB = 1,12

 aw2 = 43.(3,51 + 1).3

2 3 , 51 0 , 3 45

, 495

12 , 1 5 , 217069

= 190 (mm)Lấy aw2 = 190 (mm)

2

) (

w

a

z z

) 1 (

2

2 2 2

2

w w

H

d u b

u K

cos 2

ở đây b là góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

 tgb = cost.tg = cos (23,95).tg(35) = 0,6399

Với t  tw = arctg.(costg ) = arctg (costg2035 ) = 23 , 95o





5 , 2 14 , 3

35 sin

1 1 2 , 3 88 , 1

1 2 , 3 88 ,

+ Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc KH = K H K HV K H

 Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp K H= 1,13

w w H

K K T

d b

2

u

a V

o H



V =

60000

.d w2 n2



= 3,14.8460000,26.88,87= 0,392(m/s)Theo bảng (6.13) chọn cấp chính xác là 9

Theo bảng (6.15) , (6.16) chọn H = 0,002

go = 73

 Chiều rộng vành răng bw = ba.a w1 = 0,3 190 = 57 (mm)

Lấy bw = 57

213 , 1 5 , 217069

= 447,96 (MPa)

- Tính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép

H = H.zv.zR.KxH

Với V = 0,517 (m/s) < 5 (m/s), zv = 1; với cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra = 2,5…1,25 (m),do đó zR = 0,95 ; với da <700 (mm), kxH = 1

 H = 495,45.1.0,95.1 = 470,67 (MPa)

Như vậy H = 447,96 (MPa) < H = 470,67 (Mpa)  Thỏa mãn

- Kiểm nghiệm răng về ứng suất uốn.

1

F

 =

m d b

Y Y Y K T

w w

F F

.

2

w w F

K K T

d b

2

u

a V

o F



 F = 0,006 73.0,517 3190,51 = 1,68

KFV = 1 + 2.1660721,68.56,65.85.1,,0732.1,37 = 1,016

 KF = 1,07 1,37 1,016= 1,489

+ Số răng tương đương

zv1 =



3 1

cos

Z

=

35 cos

98

3 = 178,29Theo bảng (6.18) ta được YF1 = 3,65 , YF2 = 3,6

F

F F F

Y

Y



  = 104,64 33,65,6 = 103,206 (MPa) < F2 = 240,35 (MPa)

- Kiểm nghiệm răng về quá tải.

68 , 1

= cos2,5.3528 = 85,45 (mm)

d2 =



cos

.z2m

= cos2,5.3598 = 299,09 (mm)+ Đường kính đỉnh răng da1 = d1 + 2.m = 85,45 + 2 2,5 = 90,45 (mm)

Z Z

y d

Z Z

y d

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 thường hóa có

- Độ cứng HB = 200

- Giới hạn bền b = 850 (Mpa)

- Giới hạn chảy ch = 340 (MPa)

- Ứng suất xoắn cho phép   = 15…30 (MPa) chọn   = 20 (MPa)

0 

T

= 3

15 2 , 0

77431

= 29,55 (mm)Lấy d1 = 30 (mm)

- Đường kính trục II

Chọn   = 20 (MPa)

d2 = 3 2 

2 ,

0 

T

= 3

20 2 , 0 434139

= 47,70 (mm)

0 

T

= 3

30 2 , 0

1584123

= 64,15 (mm)Lấy d3 = 64 (mm)

Do lắp bánh đai lên đầu vào của trục I nên không cần quan tâm đến đường kính trục động cơ điện

4.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lưc.

- Theo bảng (10.2) ta chọn Chiều rộng ổ lăn là bo = 25 (mm)

- Chiều dài mayơ bánh đai và bánh răng

Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành

trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết

Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ K3 = 10

Trục 1 quay ngược chiều kim động hồ nên cq1 = 1

Bánh răng trụ răng thẳng nên hr12 = 0

Ft12 =

12 1

2

w

d

T

= 2.7743152 = 2978 (N)  Fx12 = 2626 1.1.2978 = 2978(N)

 FY11 + FY12 + FlY10 + FlY11 = 0

Phương trình mô men : M ( A) = FY11 l12 + FY12 l13 - FlY11 l11 = 0

10 Y

X Fl

Fl  = 1801  2 195 2 = 1811 (N) Flt11 = 2

11 2

1 2

1 2

tdj j

M d

0 

A td A

M

67 1 , 0

298917

= 34,46 (mm)+ Tại tiết diện D-D

0 

D td D

M

67 1 , 0

67057

= 21,55 (mm)+ Tại tiết diện C-C

0 

C td C

M

67 1 , 0

211180

= 31,58 (mm)Xuất phát từ các yêu càu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :

d1D = 25 (mm)

d1A = 35 (mm)

d1C = 32 (mm)

d1B =25 (mm)

- Xác định then và kiểm nghiệm độ bền của then

Ta có đường kính vòng lăn bánh răng trụ răng thẳng chủ động là 47,035ma đường kính của trục một tại vị trí lắp bánh răng là 36 nên ta chọn chế tạo bánh răng đồng trục và không sử dung ghép then

-Xác định điều kiện bền dập: áp dụng công thức 9.1 ( TT-TKHDĐCK)

Với d ứng suất dập cho phép: tra bảng 9.5 (TT-TKHDĐCK) d  100

Với ltI1 = (0,8…0,9).lm11 = (0,8…0,9).36 = 28,8…32,4 chọn ltI1 =

TRỤC 1

 d = 322.38.77431.(8 5) = 42,45 d = 100 (MPa)

(Thỏa mãn điều kiện)

- Xác định điều kiện bền cắt: áp dụng công thức 9.2 ( TT-TKHDĐCK)

 c ứng suất cắt cho phép  c  20 30 ( MPa)

1





I tI D C

b l d

T

 = 7,37 (MPa)  C = 40…60 (MPa) (Thỏa mãn điều kiện)

+Tại tiết diện C-C

2.. . 322.77431.38.10

2 1

1





I tI C C

b l d

T

 = 12,73 (MPa)  C = 40…60 (MPa) (Thỏa mãn điều kiện)

- Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

- Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau:

 

2 2

.

j j j

  s - hệ số an an toàn cho phép, thông thường  S = 1,5…2,5

 sj- hệ số an toàn chỉ xét riêng cho ứng suất pháp tại tiết diện :

1 aj

j

s K

 - giới hnaj mỏi uốn với chu kì đối xứng Vì vật liệu thép chế tạo trục ban đầuchọn là thép 45 do vậy 1  0 , 436 b= 0,436 850 = 371 (MPa)

,

aj mj

  - biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp tại tiết diện j

Đối với trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng, do đó:

j

bt d t d

j

s K

 - giới hạn mỏi uốn với chu kì đối xứng Vì vật liệu thép chế tạo trục ban đầu chọn là thép 45 do vậy   0 , 58 1 = 0,58 371 = 215

,

aj mj

  - biên độ và trị số trung bình của ứng suất tiếp tại tiết diện j:

Khi trục quay 1 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch dộng:

oj

j

bt d t d

1

1A M X A M Y A

M   = 290914  2 14976 2 = 52709 (Nmm)

A

I A I I A A

d

t d t b d W

1

2 1 1 1

3 1 1

2

) (

32

) 5 22 (

5 10 32

22 14 ,

I A

1

2

o

d

t d t b d W

1

2 1 1 1

3 1 1

2

) (

16

) 5 22 (

5 10 16

22 14 ,



(mm3)

A o

I A

1

2

K - hệ số tăng bề mặt của trục, phụ thộc vào tăng bề mặt cơ tính vật liệu

-Do không sử dụng phương pháp tăng bề mặt do vậy : K y= 1

d

K

K K K

01 , 2

d

K

K K K

88 , 1

a A d A

K

S

1 1

1

1 1

  

a A d

S

1 1

2

1

2 1

1 1 1

.

A A

A A A

S S

S S S

d

t d t b d W

1

2 1 1 1

3 1 1

2

) (

32

) 5 32 (

5 10 32

32 14 ,



 = 2645,8 (mm3)  a1C 2002512645,8 = 75,68(MPa)

Có ứng suất tiếp là :

C o

I C

1

2

o

d

t d t b d W

1

2 1 1 1

3 1 1

2

) (

16

) 5 32 (

5 10 16

32 14 ,

I C

1

2

K - hệ số tăng bề mặt của trục, phụ thộc vào tăng bề mặt cơ tính vật liệu

-Do không sử dụng phương pháp tăng bề mặt do vậy : K y= 1

Y

X C

d

K

K K K

01 , 2

d

K

K K K

88 , 1

a C d C

K

S

1 1

1

1 1

  

C m C

a C d C

K

S

1 1

1

1 1

  

1 1 1

.

C C

C C C

S S

S S S







Bánh 4 là bánh bị động do đó cb24 = -1

Trục 2 quay cùng chiều kim động hồ nên cq1 = -1

Ft24 =

24 2

2

w

d

T

= 2299.434139,625 = 2901 (N)  Fx24 =  143143 1.1.2419 = -2901 (N)

 FlY20 - FY23 + FY24 - FY25 + FlY21 = 0

Phương Trình mô men : M ( A) = FY23 l22 - FY24 l23 + FY25 l24 - FlY21 l21 = 0  FlY20 = 2125 (N)

20 Y

X Fl

Fl  = 6557  2 2125 2 = 6892 (N) Flt21 = 2

21 2

2 2

tdj j

M d

0 

C td C

M

55 1 , 0

615308

= 48,18(mm)+ Tại tiết diện D-D

2 3  2

1 ,

0 

D td D

M

55 1 , 0 670407

= 49,58(mm)

+ Tại tiết diện E-E

0 

E td E

M

55 1 , 0

615308

= 48,18(mm)Xuất phát từ các yêu càu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :

d2A = d2B = 30 (mm)

d2C = 50 (mm)

d2D = 52 (mm)

d2E = 50 (mm)

- Xác định then và kiểm nghiệm độ bền của then.

Dựa vào tính toán xác định đường kính trục tại các tiết diện như trên

Tra theo bảng 9.1a ( TT-TKHDĐCK) ta chọn được thông số của then lắp trên trục I như sau

Kích thước tiết diện then: bII = 16 ( mm )

hII = 10 ( mm )

Chiều sâu rãnh then: trên trục tII1 = 6 ( mm )

trên lỗ tII2 = 4,3 ( mm )

-Xác định điều kiện bền dập: áp dụng công thức 9.1 ( TT-TKHDĐCK)

Với d ứng suất dập cho phép: tra bảng 9.5 (TT-TKHDĐCK) d  100

Với ltII1 = (0,8…0,9).lm23 = (0,8…0,9).59 = 47,2…53,1 chọn ltII1 = 51 (mm)

TRỤC 2

(Thỏa mãn điều kiện)

- Xác định điều kiện bền cắt: áp dụng công thức 9.2 ( TT-TKHDĐCK)

 c ứng suất cắt cho phép  c  20 30 ( MPa)

2





II tII C C

b l d

T

 = 21,28 (MPa)  C = 40…60 (MPa) (Thỏa mãn điều kiện)

+Tại tiết diện D-D

2.. . 252.434139.58.16

2 2

2





II tII D

T

 = 17,99 (MPa)  C = 40…60 (MPa) (Thỏa mãn điều kiện)

+Tại tiết diện E-E

2.. . 250.434139.55.16

3 2

2





II tII E

T

 = 19,73 (MPa)  C = 40…60 (MPa) (Thỏa mãn điều kiện)

- Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

2

2C M X C M Y C

M   = 287172  2 393420 2 = 487080 (Nmm)

C

II C II II c C

d

t d t b d W

2

2 1 2 1

3 2 2

2

) (

32

) 6 50 (

6 16 32

50 14 ,

II C

2

2

o

d

t d t b d W

2

2 1 2 1

3 2 2

2

) (

16

) 6 50 ( 6 16 16

50 14 ,



C o

II C

2

2

K - hệ số tăng bề mặt của trục, phụ thộc vào tăng bề mặt cơ tính vật liệu

-Do không sử dụng phương pháp tăng bề mặt do vậy : K y= 1

d

K

K K K

01 , 2

d

K

K K K

88 , 1

c m c

a C d c

K

S

2 2

2

1 2

  

a c d

S

2 2

2 2 2

.

C C

C C C

S S

S S S

d

t d t b d

W

2

2 1 2

1

3 2 2

2

) (

32

) 6 52 ( 6 16 32

52 14 ,

 = 11843 (mm3)  a2D 55505711843 = 46,86 (MPa)

Có ứng suất tiếp là :

D o

II D

o

d

t d t b d W

2

2 1 2

1

3 2 2

2

) (

16

) 6 52 (

6 16 16

52 14 ,

II D

2

2