Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải _ hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp đồng trục

Thiết kế hệ thống, dẫn động xích tải, hộp giảm tốc bánh răng, trụ 2 cấp đồng trục

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

… ………

……… ………

… ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………… ………

……… ………

………

……

………

………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM ĐỒ ÁN

………

………

………

………

………

………

………

………

… ………

……… ………

… ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………… ………

……… ………

………

……

………

………

LỜI NÓI ĐẦUĐối với tất cả sinh viên cơ khí của tất cả các ngành: chế tạo máy, cơ điện tử, ô tô,nhiệt lạnh, … thì công việc “tính toán và thiết kế hệ dẫn động cơ khí” là nội dungkhông thể thiếu trong chương trình đào tạo của họ Bởi nó giúp cho sinh viênchúng ta có thể trao dồi thêm kiến thức cơ sở về kết cấu máy Đồng thời khới gợilại cho chúng ta những kiến thức cũ có liên quan mật thiết như: vẽ kỹ thuật, sứcbền vật liệu, nguyên lý máy, chi tiết máy, … Và quá trình hoàn thành công việcnày chính là ta đang hoàn thành bộ môn “đồ án chi tiết máy”.

Được sự phân công của giáo viên hướng dẫn (thầy (Th S): Nguyễn Tuấn Hùng).Nhóm 28 tiến hành tìm hiểu và thiết kế hệ thống dẫn động xích tải _ hộp giảmtốc bánh răng trụ 2 cấp đồng trục Mặc dù còn nhiều bỡ ngỡ vì đây là lần đầu tiêntiếp xúc với bộ môn đồ án Nhưng dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy bộ môn

và sự cố gắng của nhóm thì bài đồ án cũng được hoàn thành Tuy còn nhiều thiếuxót và chưa thật sự đi sâu vào thực tế; nhưng bài đồ án được làm một cách tuần

tự, có chỉ dẫn nguồn cụ thể nên phần nào đáp ứng được yêu cầu của một đồ án.Bài đồ án được chia làm 8 phần tương ứng với 8 bước đi cơ bản để hoàn thànhcông việc thiết kế hệ dẫn động xích tải, cùng với phần phụ lục tương ứng

Phần 1: Tìm hiểu về bộ truyền

Phần 2: Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền của hệ thống

Phần 3, 4, 5: Tính toán và thiết kế các bộ truyền (đai, bánh răng, trục, then)

Chân thành cảm ơn!

Nhóm 28

ĐỀ TÀI

Hệ thống dẫn động xích tải gồm

1- Động cơ điện

2- Bộ truyền đai thang

3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục

5 Thời gian phục vụ, L(năm): 6

6 Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ

(một năm làm việc 300 ngày, một ca làm việc 8 giờ)

7 Chế độ tải: T

T1 =T, T2 =0.8T,T3 =0.9

t1 =48, t2 =30, t3 =12.

MỤC LỤC

PHẦN I TÌM HIỂU BỘ TRUYỀN 8

1.1 Cấu tạo 8

1.2 Nguyên lý hoạt động 8

1.3 Ứng dụng 8

1.4 Ưu điểm và nhược điểm của hộp giảm tốc 10

PHẦN II XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 11

2.1 Xác định công suất động cơ 11

2.2 Phân phối tỉ số truyền 13

2.3 Số vòng quay, công suất các trục và momen xoắn trên các trục: 13

PHẦN III:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 16

3.1 Chọn dạng đai 16

3.2 Điều kiện bánh đai nhỏ 16

3.3 Điều kiện bánh đai lớn: 17

3.4 Chọn khoảng cách trục a và chiều dài đai l 17

3.4.1 Chọn sơ bộ 17

3.4.2 Định chính xác chiều dài đai và khoảng cách trục .17

3.5 Tính góc ôm alpha ( ) 18

3.6 Tính số đai z 18

3.7 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục : 19

PHẦN IV : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 20

4.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ nghiêng cấp nhanh 20

4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng 20

4.1.2Thông số đầu vào: 20

4.1.3 Xác định ứng suất tiếp và ứng suất uốn cho phép 20

4.3.4 Ứng suất uốn cho phép 22

4.1.4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng .22

4.1.5 Xác định sơ bộ khoảng cách trục aw 23

4.1.6 Xác định môđun bánh răng 23

4.1.7 Xác định số răng, góc nghiêng và hệ số dịch chuyển x 23

4.1.8 Các thông số hình học chủ yếu bộ truyền bánh răng 24

4.1.9 Vận tốc vòng của bánh răng trụ 24

4.1.10 Tính toán kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn 24

4.2 Tính toán cấp chậm: bánh răng trụ răng thẳng 28

4.2.1 Thông số đầu vào 28

4.2.2 Số chu kỳ làm việc tương đương, xác định theo tải trọng : 29

4.2.3 Ứng suất tiếp xúc cho phép 30

4.2.4 Ứng suất uốn cho phép 30

4.2.5 Số chu kỳ làm việc: 30

4.2.6 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng .31

4.2.7 Xác định khoảng cách trục aw(sơ bộ) 31

4.2.8 Môđun bánh răng 31

4.2.9 Tổng số răng 31

4.2.10 Các thông số hình học chủ yếu bộ truyền bánh răng 31

4.2.11 Vận tốc vòng của bánh răng trụ 32

4.2.12 Tính toán kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn 32

PHẦN V: THIẾT KẾ TRỤC VÀ CHỌN THEN 37

5.1Tính toán đường kính trục sơ bộ 37

5.2.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 37

5.3Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục 39

5.3.1.Tính trục I: 39

5.3.2.Tính trục II: 42

5.3.3.Tính trục III: 45

5.4 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 47

5.5 Tính toán và kiểm nghiệm độ bền then 52

PHẦN VI: CHỌN Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC 56

A Chọn ổ lăn: 56

5.1 Sơ đồ chọn ổ cho trục I: 56

6.2 Sơ đồ chọn ổ cho trục II: 60

6.3 Sơ đồ chọn ổ cho trục III: 63

6.4 Định vị ổ lăn 65

6.5 Lắp ghép ổ lăn 66

B Nối trục đàn hồi 66

Phần VII:CHỌN THÂN MÁY, BULÔNG, CÁC CHI TIẾT MÁY, BÔI TRƠN VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP 69

7.1Cấu tạo vỏ hộp 69

7.2 Bôi trơn hộp giảm tốc 71

7.3 Dung sai lắp ghép 72

7.4 Chọn các chi tiết máy phụ khác 73

7.4.1Bulông vòng 73

7.4.2Chốt định vị 74

PHẦN VIII: XÍCH TẢI………75

7.1 Chọn loại xích……… 75

7.2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền………75

PHẦN I TÌM HIỂU BỘ TRUYỀN

1.1 Cấu tạo

Hệ thống dẫn động xích tải gồm

1 Động cơ điện

2 Bộ truyền đai thang

3 Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục

1.3 Ứng dụng

Xích tải là một loại của bộ truyền xích nó được sử dụng rất rộng rãi trongcuộc sống và trong sản xuất với hiệu suất cao, không sảy ra hiện tượngtrượt, khả năng tải cao, có thể chịu được quá tải khi làm việc chính vì thế nórất được ưa chuộn trong các băng chuyền trong sản xuất Dưới đây là hìnhảnh về ứng dụng xích tải trong sản xuất:

1.4 Ưu điểm và nhược điểm của hộp giảm tốc

Sử dụng hộp giảm tốc này có một số ưu nhược điểm sau:

- Ưu điểm:

+ Đơn giản

+ Đường tâm của trục vào, ra trùng nhau nên giảm được chiều dài hộpgiảm tốc và cơ cấu sẽ gọn hơn.

+ Khoảng cách giữa các ổ đỡ trục lớn làm cho trục yếu đi dẫn đến phảităng đường kính trục…

PHẦN II XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ

TRUYỀN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG.

2.1 Xác định công suất động cơ

Gọi P: công suất trên xích tải

: Hiệu suất chung

Nct: Công suất cần thiết

Công suất trên xích tải:

Dựa vào bảng 3.3 (trang 86, [1]) ta chọn:

: Hiệu suất bộ truyền bánh răng

: Hiệu suất một cặp ổ lăn

: Hiệu suất bộ truyền đai

: Hiệu suất khớp nối

: Hiệu suất bộ truyền xích

Ta có (3.12, [1])

Thế số vào ta được:

¿ 0,97 2 ∗0,995 5 ∗0,94∗1∗0,96=0,828

Thế và P vào (2−03) ta được:N ct =6,04 K w

Cần chọn động cơ điện có công suất lớn hơn công suất cần thiết Nct

Dựa vào calalog động cơ điện trong hệ thống quản lý chất lượng ta chọn động cơ 3K132M4, có các đặc tính kỹ thuật theo bảng dưới đây:

[http//:www.dongcoviet.com.vn]

2.2 Phân phối tỉ số truyền

Tỷ số truyền chung u của hệ thống truyền động là:

u= n đc

n (3.8,[1])(2−04)

Trong đó: nđc= 1460 vòng/phút: số vòng quay của động cơ

nx: số vòng quay của đĩa xích dẫn,

Số vòng quay của đĩa xích dẫn là:

n x = 60000∗v

z∗p =60000∗1,211∗110 =59,5 v/ ph (5.10, [1])

Thay nđc và nx vào (2- 04) ta được:u=146059,5=24,54

Với: u=u đ ∗u bn ∗u bc (_ 21, [3]) (2– 05)

Trong đó:

- uđ: tỷ số truyền của bộ truyền đai thang

- ubn: tỉ số truyền của bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh

- ubc: tỉ số truyền của bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm

2.3 Số vòng quay, công suất các trục và momen xoắn trên các trục:

Tính moment xoắn trên trục và động cơ:

Theo công thức sau:

( _49, [3])

Với:

P : công suất (kw)

: số vòng quay (vòng/phút)

Moment xoắn trên trục động cơ:

Moment xoắn trên trục I:

Moment xoắn trên trục II:

Moment xoắn trên trục III:

Bảng 1: Tổng hợp kết quả các thông số cho hộp giảm tốc và bộ truyền đai:

Số vòng quay (vòng/phút) 1460 486,67 155,49 59,57

PHẦN III: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

Ta chọn: Đai thang loại Б , được làm từ vật liệu tổng hợp (hình 4.1, [3] )

Bảng 2 Các thông số đai hình thang thường loại Б:

( Bảng 4.13, [3]) Kích thước mặt cắt ngang của dây đai

3.2 Điều kiện bánh đai nhỏ

Chọn đường kính bánh đai nhỏ d1 = 150 mm (bảng 4.13,[3] )

Vận tốc dài của đai:

(_60,[3]) Vận tốc đai nhỏ hơn vận tốc cho phép: nên thỏa điều kiện

3.3 Điều kiện bánh đai lớn:

Với hệ số trượt ε=0,02 thì đường kính bánh đai lớn là:

d2=u đ d1(1−ε)=3∗150∗(1−0,02)=441mm (4.2, [3])

Đường kính tiêu chuẩn d2 =450mm (bảng 4.21, [3])

Như vậy tỷ số truyền thực tế là:

u t= d2[d1(1−ε)]=[150(4501−0,02)]=3,06

Và:

Δu=|u t −u đ|

u đ ∗100 %=|3,06−3|

Nên thõa điều kiện giữa bánh đai nhỏ và bánh đai lớn

3.4 Chọn khoảng cách trục a và chiều dài đai l

3.4.2 Định chính xác chiều dài đai và khoảng cách trục

Chọn tiêu chuẩn chiều dài: l =1800 mm (bảng 4.13,[3])

Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây i:

i=v/l=11,46/1,8=6,367 /s<10/s (4.15, [3])

Tính khoảng cách trục theo theo chiều dài đai tiêu chuẩn l = 1800 mm

a=(λ +√λ2−8 Δ2)/ 4 (4.6, [3]) (3- 01)

: công suất trên bánh dẫn, kW( =7,5kW).

[Po]: công suất cho phép (kW)

Kđ : Hệ số tải trọng động

CL :Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai

Cz :Hệ số xét đến ảnh hưởng của sự phân bố không điều tải trọng cho các dâyđai

:Hệ số ảnh hưởng của góc ôm

:Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền

Đường kính ngoài của bánh đai da = d1 + 2*ho =150 + 2*4,2 = 158,4 mm

Trong đó t, e, ho xem trong (bảng 4.21, [3])

3.7 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục :

Lực căng ban đầu được xác định như sau :

PHẦN IV : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

4.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ nghiêng cấp nhanh

4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng

Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trongthiết kế, ở đây ta chọn vật liệu 2 cấp bánh răng là như nhau:

Bảng 3: Các thông số của 2 bánh răng trụ nghiêng cấp nhanh

Tên thép Thép 45 (tôi cải thiện) Thép 45(tôi cải thiện)Giới hạn bền kéo

là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

4.1.3.2 Số chu kỳ làm việc tương đương, xác định theo tải trọng

Tương từ với (chu kỳ) ứng với n2 =155,49 vòng/phút

Vì NHE1 >NHO1 , NHE2 >NHO2 , NFE1 >NFO1 , NFE2 >NFO2

Cho nên: KHL1 = KHL2 =KFL1 =KFL2 =1 (_94,[3])

KHL :hệ số tuổi thọ

KFL : chế độ tải trọng của bộ truyền

Ta có giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng như sau: ( bảng 6.2, [3 ] )

:ứng suất tiếp xúc cho phép

: ứng suất uốn cho phép

Và hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn là

(bảng 6.6, [3])khi đó: (6.16,[3])

d1 = 120( mm ) đường kính vòng chia bánh dẫn

Với vận tốc này ta chọn chế tạo bánh răng theo cấp chính xác 9 (bảng6.13, [3])

KH: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

=1,015:hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp (bảngP2.3_250[3)]

:hệ số kể đến sử phấn bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

Ta có =1,13 (bảng 6.7,[3])

Do đó điều kiện bền tiếp xúc thỏa mãn

4.1.10.2 kiểm nghiệm ứng suất uốn

hệ số kể đến độ nghiêng của răng

Số răng tương đương

Vậy độ bền uốn được thỏa mãn

Bảng 4: Bảng thông số bánh răng phân đôi cấp nhanh.

4.2 Tính toán cấp chậm: bánh răng trụ răng thẳng

4.2.1 Thông số đầu vào

t : tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét

Tương từ với (chu kỳ) ứng với n2 =155,49 vòng/phút

Vì NHE1 >NHO1 , NHE2 >NHO2 , NFE1 >NFO1 , NFE2 >NFO2

Cho nên theo trang 94,[3] ta có: KHL1 = KHL2 =KFL1 =KFL2 =1

KHL :hệ số tuổi thọ

KFL : chế độ tải trọng của bộ truyền

Ta có giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng như sau: (bảng 6.2, [3 ])

:ứng suất tiếp xúc cho phép

: ứng suất uốn cho phép

Và hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn là

SH =1,1

là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

4.2.6 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng

Bộ truyền có tải trọng trung bình, do đó chọn:

(bảng 6.6, [3])khi đó: (6.16,[3])

Ta chọn: (bảng 6.7, [3]), :trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

4.2.7 Xác định khoảng cách trục a w (sơ bộ)

(6.15a,[3])Chọn aw =240mm

(6.58,[3]) Với u=2,61

Do đó =0,86

KH = = 1,046.1,13.1,06=1,253 (6.39,[3])

KH: hệ số tải trỏng khi tính về tiếp xúc

=1,06:hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp từ bảngP2.3_250[1]

:hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

Ta có =1,046 (bảng 6.7,[3])

Do đó điều kiện bền tiếp xúc thõa mãn

4.2.12.2 Kiểm nghiệm ứng suất uốn

hệ số kể đến độ nghiêng của răng

Số răng tương đương :

(_108,[3])

(_108,[3])Theo bảng 6.18_109,[3]

Hệ số dạng răng:

Đối với bánh dẫn : YF1 = 3,7

Đối với bánh bị dẫn: YF2 =3,60

= ( 6.44,[3] )Suy ra độ bền uốn được thỏa mãn

Bảng 5: Thông số bánh răng phân đôi cấp chậm

PHẦN V THIẾT KẾ TRỤC VÀ CHỌN THEN

Chọn vật liệu cho trục: chọn vật liệu làm trục là thép C45, CT6

Ta có:

- : ứng suất xoắn cho phép (_188,[3])

5.1Tính toán đường kính trục sơ bộ

(10.9,[3]) (5 – 01)Trong đó: : mômen xoắn của trục

: là ứng suất xoắn cho phép, đối với đường kính trục tại cáctiết diện nguy hiểm:

Theo (5 – 01) Ta có:

- Trục I:

Với moment xoắn:

- Trục II:

Với moment xoắn:

- Trục III:

Với moment xoắn:

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

bo – chiều rộng ổ lăn tra theo đường kính sơ bộ của trục

Theo tiêu chuẩn ta chọn ta chọn bo =19 (bảng 10.2_189[3]) Theo tiêu chuẩn ta chọn ta chọn bo = 25 (bảng 10.2_189[3]) Theo tiêu chuẩn ta chọn ta chọn bo =31 (bảng 10.2_189[3]) + Chiều dài mayơ bánh đai và bánh răng :

lm = (1,2…1,5)d ((10.10)[3])

Chọn lm22 = 96 (mm) (bằng chiều rộng bánh răng lớn cấp nhanh)

lm13 = 101(mm) (bằng chiều rộng bánh răng nhỏ cấp nhanh)

lm32 =96 (mm) (bằng chiều rộng bánh răng lớn cấp chậm)

lm12 =63 (mm)( bằng chiều rộng bánh đai) + Chiều dài mayơ nửa khớp nối :

Đối với nối trục vòng đàn hồi : lm = (1,4…2,5) (10.3,[1])

lm = (1,4…2,5)d3

lm = (1,4…2,5).70 =100 (mm)Chọn lm = 100 mm

+ Chọn các khoảng cách k1, k2, k3, hn

- k1 : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộphoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

k1 = 8…15 (mm)Lấy k1 = 10 (mm)

- k2 : khoảng cách tử mặt mút ổ đến thành trong của hộp ( lấy giá trị nhỏkhi bôi trơn ổ bằng dầu trong hộp giảm tốc)

k2 = 5…15 (mm)Lấy k2 = 10 (mm)

- k3 : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

k3 = 10…20 (mm)Lấy k3 = 15 (mm)

- hn : chiều cao nắp ổ và đầu bulông

hn = 15…20 (mm)Lấy hn = 20 (mm) + Kết quả tính toán được khoảng cách lki trên trục thứ k từ gối đỡ 0 đến chitiết quay thứ i ,ở đây chọn gối đỡ 0 bên trái làm gốc,do đó khoảng cách từ gốcđến các chi tiết quay ở bên trái gối đỡ 0 mang dấu âm

5.3Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục

Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ bên dưới

Trị số và chiều các lực tác dụng lên các trục như sau :

5.3.1.Tính trục I:

Các thông số ta đã có theo các kết quả tính toán ở trên:

l12=76 mm; l13=80 mm; l11=160 mm; b1=101 mm (chiều rộng bánh răngdẫn cấp nhanh)

Fy12=Fr=1427,5 N (Lực tác dụng lên trục đai) (10.1,[3])

(10.1,[3])

(10.1,[3]) (10.1,[3])Các phương trình tổng momen xoắn, và tổng lực tác dụng lên trục