Thiết kế chi tiết máy dẫn động băng tải

a.Xác định công suất đặt trên trục động cơ... Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc... Kiểm tra răng về quá tải... Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc... Chiều dài may ơ nối trục, bánh răn

Thuyết Minh đồ án chi tiết máy

I.tính toán động học hệ dẫn động cơ khí

1 Chọn động cơ

a.Xác định công suất đặt trên trục động cơ

Công suất của động cơ cần chọn phảI thoả mãn :

3500 = 3,85 kw + η là hiệu suất của toàn bộ truyền

η=hol.hx.ηol2.ηot.ηbr

ηk = 0,99 hiệu suất nối trục đàn hồi ,

ηx = 0,96 hiệu suất bộ truyền xích ,

t p

p

1

2 1

) ( với Pi ≈ Ti

t T

T

1 1 1

) (

β

mm mm

t

t T

T t

t T

T t

t T

1

2 1 2 1

1 2

1

) ( ) (

4 1 3600 8

3 5 ,

= 0,905

⇒ Pyc = 4 , 275

815 0

905 , 0 85 , 3

1 , 1 60000

usbn lµ tØ sè truyÒn cña bé truyÒn xÝch

n

=uh .ung

uch = 21 , 706

65 , 65

=

=

ng

ch u u

706 , 21

2 1

=

=

u u

85 , 3

3 = =

x ot ct P P

η

97 , 0 99 , 0

31 , 4

3

br ol

P P

η

4 , 67

97 , 0 99 , 0

49 , 4

2

br ol

P P

η

4 , 77

99 , 0 99 , 0

67 , 4

=

′

k ol dc

P P

η

- Sè vßng quay trªn c¸c trôc:

n1 =n dc = 1425 vßng/phót

432 , 6

284 , 3

6 , 432

10 55 ,

1 1

49 , 4 10 55 , 9 10 55 ,

2 2

31 , 4 10 55 , 9 10 55 ,

3 3

85 , 3 10 55 , 9 10 55 ,

max

= 60.1 18000

294 , 3

σ

σ =

1 , 1

1 560

0 1 lim

⇒

H

HL H

1 530

0 2 lim

H

HL H

H H

u

n c

6

max 1

1425 1

- Theo công thức 6.2a :

[ ]σF1 = 252

75 , 1

1 1 441

S

K K

[ ]σF2 = 236 , 5

75 , 1

1 1 414

S

K K

2 2

.

)

1 (

ba H

H a

w

u

K T u

K a

ψ σ

033 , 1 43 , 99120 )

1 294 , 3 (

5 , 2

10 cos 160 1 ) 1 (

cos

+

= +

u m

) 95 29 ( 5 , 2 2

) (

2

2

w a

z z m

→ β = 14,36o

c Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Theo 6.33 øng suÊt tiÕp xóc trªn bÒ mÆi lµm viÖc cña r¨ng lµ :

1

2

.

) 1 ( 2

w m w

m H H

M H

d u b

u K T Z Z

48 , 13 cos

36 , 14 sin

1

36 , 14 cos )]

1 1 ( 2 , 3 88 , 1 [ cos )]

1 1 ( 2 , 3 88 , 1 [

z z z

160 2 1

2

= +

= +

=

m

w w

u

a

v = 1 , 695

60000

6 , 432 85 , 74 60000

275 , 3

160 = 1,792 theo c«ng thøc 6.41 :

13 , 1 033 , 1 43 , 99120 2

48 , 74 32 792 , 1 1

2

.

2

α

β H H

w H K K T

d b v

) 1 275 , 3 (

19 , 1 43 , 99120 2 77 , 0 72 , 1

165 2 1

2

= +

= +

, 76 3 , 3 33

) 1 3 , 3 (

43 , 99120 2 778 , 0 73 , 1

.

=

σH = 463 , 8MPa <[ ]σH = 470 , 6 MPathoả mãn điều kiện bền

d.Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Theo công thức 6.43 :

m d b

Y Y Y K T

w w

F F

F

.

.

1

β ε

165 = 5,38

37 , 1 0545 , 1 43 , 99120 2

74 , 76 33 38 , 5 1

2

.

2

β

β F F

w w F K K T

d b V

- với εα = 1 , 7 → 0 , 59

7 , 1

99 cos 3

78 , 3 9115 , 0 59 , 0 1 43 , 99120

Y

F F

F

F

78 , 3

6 , 3 1 , 96

1

2 1

σ

Vậy bộ truyền đảm bảo độ bền uốn

e Kiểm tra răng về quá tải

1 max = =

=

T

T T

σF1max = σF1.K qt = 96 , 1 1 , 5 = 144 , 15 MPa<[ ]σF2 max = 464 MPa

σF2max = σF2.K qt = 91 , 5 1 , 5 = 137 , 5 MPa<[ ]σF2 max = 360 MPa

→ bộ truyền đảm bảo độ bền uốn

30 5 , 2 cos

99 5 , 2 cos

- Sè r¨ng

) 1 294 , 3 (

5 , 2

165 2 )

1 (

+

= +

- Kho¶ng c¸ch trôc:

aw1 = 161 , 25

2

) 99 30 ( 5 , 2 2

) (z1 +z2 = + =

165 ) (

5 ,

5 , 1 1000

+

=

t z y

995 , 0 1000

y

= 0,5( 1,623 – ( 99-30 ) )

99 30

5 , 1

o

w

t tw

a

m z

16 , 21

9325 , 0 165

2

20 cos 5 , 2 ) 100 30 ( 2

cos cos

c Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

) 1 (

2

w m w

m H H

m H

d u b

u K T Z Z

0 cos 2 2

sin

cos 2

1 ( 2 , 3 88 , 1 )) 1 1 ( 2 , 3 88 , 1

(

2 1

= +

−

= +

−

=

z z

165 2 1

2

+

= +

165 82 , 5 47 006 , 0

m

w o

H

u

a v g

09 , 78 75 , 24 74 , 11 1

2

1

w w H Hv

K K T

d b v K

→ K H =K HαK HβK Hv = 1 1 , 0175 1 , 34 = 1 , 36

09 , 78 226 , 3 75 , 24

) 1 226 , 3 (

36 , 1 19 , 31297 2 868 , 0 75 , 1

Y Y Y K T w w

ú F

2

1

1 1

1

β ε

σ =

Víi

-Yε = 0 , 575

74 , 1

165 82 , 5 47 006 , 0

.

m

w o F

u

a v g

δ

1 038 , 1 19 , 31297 2

09 , 78 22 66 , 11 1

2

1

w w F Fv

K K T

d b v K

→KF = 1,038.1.1,31 = 1,36

82 , 41 5

, 2 09 , 78 22

67 , 3 1 575 , 0 36 , 1 19 , 31297

536 , 3 6 , 42

1

2 1

F

F F

σ <F2 [ ]σF2 nªn bé truyÒn tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn uèn

e KiÓm nghiÖm r¨ng vÒ qu¸ t¶i

σHmax = σH. K qt = 357 , 2 1 , 5 = 437 , 48 MPa<[ ]σH max = 1260 MPa

σF1max = σF1.K qt = 41 , 82 1 , 5 = 62 , 73 MPa<[ ]σF1 max = 464 MPa

σF2max = σF2.K qt = 41 , 32 1 , 5 = 61 , 98 MPa<[ ]σF2 max = 360 MPa

f Thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh :

df1 = d1 – (2,5 – 2x1) m =77,5 – ( 2,5 -2.0,126 )2,5 = 61,88 mm,

df2 = d2 – ( 2,5-2.x2 ) m = 250 – (2,5 – 2 0,775)2,5 = 245,69 mm,

III.tính toán thiết kế bộ truyền xích.

Do có sự thay đổi về tỉ số truyền của bộ truyền trong nên cần tính lại tỉ sốtruyền của bộ truyền ngoài

Với u1 = 3,3 và u2 = 3,226 2 , 039

266 , 3 3 , 3

706 , 21 2

82 , 431

86 , 133

=

ng ct

1

01 = =

n n

+ k lµ hÖ sè ®iÒu kiÖn sö dông xÝch

Theo b¶ng 5.5 víi n01 = 200 vßng/phót chän bé truyÒn xÝch 1 d·y cã bíc xÝch p

= 24,5 mm tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn mßn :

z z z p

a

2

2 1 2 2 1

4 ) (

) (

5 , 0

2

π

− + +

= ( ) ( )

1016 4

4 , 25 25

50 50 25 5 0 4 , 25

1016 2

2

2

π

− + +

z z z

z x

z z x

p − − + − − − −

86 , 133 25 15

d F F F k

Q

+ +

v = 1 , 53

60000

86 , 133 4 , 25 27 60000

31 , 4 1000

kf là hệ số phụ thuộc độ võng f và vị trí của bộ truyền

lấy kf =2 ( bộ truyền nghiêng 1 góc 45o )

→ Fo = 9,81 2 2,6 1,014 = 51,72 N

72 , 51 02 , 5 99 , 2816

4 , 25 )

4 , 25 )

sin(

2

=

= π π

z p

mm

E F K F k

Kđ là hệ số tải trọng động , theo bảng 5.6 lấy Kđ = 1

E là môđun đàn hồi của ( MPa ) , với thép ta có E = 2,1 105

A là diện tích chiếu cửa bản lề , mm2 , tra bảng 5.12 a đợc A = 180 mm2

1 180

10 1 , 2 ).

85 , 2 1 99 , 2816 ( 42 , 0 47 ,

Tơng tự , ta tính cho đĩa 2 ta đợc σH2 =481,5 < [ ]σH = 600 MPa

Vậy chọn vật liệu đĩa 2 giống đĩa 1

+ Theo bảng 1.4 với động cơ 4A112M có đờng kính dđc = 32 mm

vì trục vào nối khớp với động cơ nên

Chọn : k1 = 10 (mm) – khoảng cách giũa các chi tiết quay

k2 = 5 (mm) - khoảng cách từ mặt ổ mút đến thành trong của hộp

k3 = 20 (mm) – khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đếnnắp ổ

h = 20 (mm) - chiều cao nắp ổ và đầu bulông

Chiều dài may ơ nối trục, bánh răng, đĩa xích :

+ Lùc t¸c dông cña khíp nèi:

t k

3 , 0 2 , 0

19 , 31297 2 2

1

w d

43 , 99120 2 2

2

w d

39 , 12 cos

43 , 20

, 2583 β

α ω

( )( )

− +

=

= + +

=

= +

−

=

=

− + +

) (

.

) 3 ( 0

) 2 ( 0

.

1 0

12 11 11

11 13 1 )

0

(

1 11 10

11 11 13 1 0

1 11 10

l l F l F l F M

F F F

F

l F l F M

F F F F

F

k x

t y

r y y y

y r

x

k t x x x

89

5 , 44 1 , 299

11

13 1

11 = − = − = −

→

l

l F

2 , 150

) (

12

13 1 12 11

→

l

l F l l F

=

= +

− +

−

=

= + +

.

.

) 7 ( 0

) 6 ( 0

.

2

5 0

21 21 23 22 22 21 )

0

(

22 21 21 20

21 21 13 22

2 2 22 21 0

21 22 21 20

l F l F l F M

F F F F

F

l F l F

d F l F M

F F F F

F

x t

t y

r r y y y

y r

w a r

x

x t t x

74 , 76 5 , 567 5 , 44 1 , 299

2

12

23 22

2 2 22 21 21

d F l F

w a r

, 44 9 , 821

.

21

23 22 22 21

→

l

l F l F

(5) →F x20 =F t21−F t22 −F x21 = 821 , 9 − 2583 , 3 + 1802 = 40 , 6 N

(7) →F y20 =F r21 +F r22 −F y21 = 299 , 1 + 985 , 2 − 711 , 4 = 572 , 9 N

c TÝnh ph¶n lùc trªn trôc III

Ta cã hÖ ph¬ng tr×nh :

( )( )

=

=

− +

−

=

= +

− +

.

.

) 11 ( 0

) 10 ( 0

.

2

9 0

33 31

31 32 3 )

0

(

3 31 30

33 31

31

3 3 32 3 0

3 31 30

l F l F l F M

F F F F

F

l F l F

d F l F M

F F F F

F

xx x

t y

xy r y y

y

xy y

w a r

x

xx t x x

x

109

5 , 188 5 , 2091 5

, 54 3 , 2583

.

31

33 32

24 , 253 5 , 567 5 , 54 5 , 985

2

31

33

3 3 32 3 31

d F l F

w a r

tdj j

7 , 36977

d12 = 16 , 7 mm

63 1 , 0

9 , 29617

d13 = 16 , 26 mm

63 1 , 0

27104

Xuất phát từ yêu cầu về độ bền ,lắp ghép và công nghệ ta chọn đờng kính các

đoạn trục nh sau:

6 , 143803

d22 = 24 , 32 mm

63 1 , 0

8 , 89564

4 , 271423

d31 = 40 , 7 mm

25 , 53 1 , 0

6 , 359116

d32 = 39 , 45 mm

25 , 53 1 , 0

7 , 326994

d33 = 0

Vậy ta chọn đờng kính các đoạn trục của trục III nh sau:

d30 = 40 mm

d31 = 45 mm

d32 = 48 mm

d33 = 45 mm

6.Kiểm nghiệm trục về bền mỏi

- Với thép C45 có σb = 600MPa,

σ−1 = 0 , 436 σb = 0 , 436 600 = 261 , 6 MPa

τ−1 = 0 , 58 σ−1 = 0 , 58 261 , 6 = 151 , 7 MPa

Theo bảng 10.6 ta có ψσ = 0 , 05 , ψτ = 0

- Các trục của hộp giảm tốc đều quay , ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng ,

do đó σaj đợc tính theo công thức 10.22:

j j j aj W M = = σmax σ , σmj = 0 Vì trục quay 1 chiều nên ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động, do đó theo công thức 10.23 2 max j aj mj τ τ τ = = - Xác định các hệ số an toàn ở cá tiết diện nguy hiểm của trục Dựa theo kết cấu của trục và biểu đồ mômen tơng ứng ,có thể thấy các tiết diện sau đây là các tiết diện nguy hiểm cần đợc kiểm tra về độ bền : trên trục 1 là các tiết diện lắp bánh răng (1-1) , tiết diện lắp ổ lăn (1-2) và tiết diện nối trục (1-3); trên trục 2 là các tiết diện lắp bánh răng (2-1) và (2-2); trên trục 3 làcác tiết diện lắp đĩa xích (3-0), tiết diện lắp ổ lăn (3-1) và tiết diện lắp bánh răng (3-2) - Chọn lắp ghép: Các ổ lăn lắp trên trục theo k6 , lắp bánh răng , bánh đai ,nối trục theo k6 kết hợp với lắp ghép then Kích thớc của then , trị số của mômen cản uốn và mômen cản xoắn ứng với các tiết diện nh sau : Tiết diện Đờng kính trục bìh t1 W (mm) Wo (mm) 11 13 21 22 30 32 32

28

30

28

40

48

10ì8 8ì7 8ì7 8ì7 12ì8 14ì9 5

4

4

4

5 5,5

2647,5 1496,84 2290,1 1496,84 5364,4 9408,6

5864,4 3981,1 4940,9 3981,1 11647,6 20265,9

- Xác định các hệ số K odjvà Kτdj đối với các tiết diện nguy hiểm theo công thức (10.25) và (10.26)

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 theo bảng 10.8 , hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề

mặt Kx = 1,06

Không ding các biện pháp tăng bền bề mặt , do đó hệ số tăng bền K y= 1

Theo bảng 10.12 , khi ding dao phay ngón , hệ số tập trung ứng suất tại rãnhthen ứng với vật liệu có σb= 600 MPa là Kσ= 1,76 vàKτ= 1,54

- Xác định các hệ số an toàn sσ( theo công thức 10.20 ) ,sτ( theo công thức10.20 ) và hệ số s ( theo công thức 10.19)

2. 2

τ σ

τ σ

s s

s s s

then căngLắp Rãnhthen căngLắp11

2,06 2,06 2,06 2,06 2,06 2,06 2,06 2,06

1,67 1,59 1,90 1,90 1,86 1,97 1,84 2,01

1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64

2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12

1,73 1,70 1,96 1,96 1,92 2,03 1,90 2,07

18,0 9 40,7 _ 2,68 10,79 _ 5,12 6,51

37,3 30,7 22,4 8,34 7,11 6,02 9,17 10,2

16,28 24,5 22,4 2,55 5,94 6,02 4,47 5,49 Kết quả ghi trong bảng cho thấy các tiết diện nguy hiểm trên cả 3 trục đều

đảm bảo an toàn về mỏi

7.Tính kiểm nghiệm then.

Các tiết diện trục dùng mối ghép then kiểm tra mối ghép về độ bền dập theocông thức ( 9.1 ) :

[ ]d

t d

t h dl

và độ bền cắt theo công thức (9.2) :

[ ]c

t c

b dl

31297,1999120,4399120,43313412,78

20,37 55,06 65,2 59,22

6,1 20,6 24,58 14,8

Ta nhận thấy các vị trí lắp then tại bánh răng trục 2 và 3 đều không thoả mãn

điều kiện bền dập , do đó ta có thể sử dụng 2 then đặt cách nhau 180o , khi đómỗi then có thể tiếp nhận 0,75T , tính lại ứng suất bền dập và bền cắt tại các vịtrí ta đợc :

Tại vị trí (2-1) d=30 mm có: σd= 41,29 MPa , τc= 15,45 MPa

Tại vị trí (2-2) d=28 mm có: σd= 448,9 MPa , τc= 18,44 MPa

Tại vị trí (3-0) d=48 mm có: σd= 44,41 MPa , τc= 11,1 MPa

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

V.tính chọn ổ lăn.

1.Chọn ổ lăn trên trục I

a Tính lại phản lực ở các gối đỡ khi đổi lại chiều của lực Fk

Gọi F x′10và F x′11 là các phản lực tại các ổ lăn khi đổi chiều Fk

′ +

=

= + +

′ +

.

) 1 ( 0

) 12 11 11

11 13 1

1 11 10

l l F l F l F

M

F F F F

F

k x

t

y

k t x x

89

) 5 , 79 89 (

2 , 150 5 , 44 9 , 821 (

.

11

) 12 11 13

c.Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả năng tải động

Theo công thức 11.3 với Fa = 0 , tải trọng qui ớc

Q = (X.V.F r10 +YF a).k t k d

Trong đó

V là hệ số kể đến vòng nào quay ,vì vòng trong quay nên V=1

X là hệ số tải trọng hớng tâm , ổ lăn chỉ chịu lực hớng tâm nên X = 1

kt là hệ số kể đến ảnh hởng của nhiệt , kt =1 ( nhiệt độ t < 100)

kđ là hệ số đặc tính tải trọng , kđ = 1,5 ( tải trọng va đập vừa )

m h

hmm m mm m

i i

m i

L

L Q

Q L

L Q

Q L

L Q

Q Q L

L

1

2 1 1

1 1

1 ( ) ( ) ( )

.

+ +

h m h

hmm m mm

L

L T

T L

L T

T L

L T

T

1

2 1 1

1 1

4 1 60 60 8

3 5

60

→ theo bảng P2.12 Tại các tiết diện lắp ổ lăn của trục I chọn loại ổ bi đỡ chặn

1 dãy cỡ trung hẹp kí hiệu 46305 có C = 21,10 kN , Co = 14,9 kN

b.Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả năng tải động

Theo công thức 11.3 , tải trọng qui ớc

1

4 , 1317

1

9 , 1884

60

, 1317 28 , 0 3 , 1937

b.Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả năng tải động

Theo công thức 11.3 , tải trọng qui ớc

kđ = 1,5 ( tải trọng va đập vừa ).

18100

5 , 567

1

5 , 567

1

5 , 567

60

, 567 5 , 0 4 , 3388 6

1 Quan hệ kích thớc của các phần tử cấu tạo nên vỏ hộp giảm tốc đúc :

Tên gọi Biểu thức tính toán

Đờng kính:

Bulông nền , d 1 d 1 > 0,04 + 10 → d 1 = 20 mm

Chiều dày khi không có phần lồi S 1

Bề rộng mặt đế hộp , K 1 và q SK11 = (1,3…1,5)d= 3d 1 = 60 mm1 = 30 mm

và q ≥ K 1 + 2 δ =76 chọn q = 80 mm Khe hở giũa các chi tiết:

Giữa bánh răng với thành trong của hộp

Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp

Giữa các mặt bên với nhau

300 500 300

2.Một số kết cấu khác liên quan đến cấu tạo vỏ hộp

- kết cấu gối đỡ trong lòng hộp : đối với hộp giảm tốc đòng trục cần thiết kế gối

đỡ trục trong lòng hộp, với kết cấu có tiết diện hình chữ T có chiều dày

- Nót th«ng h¬i : theo b¶ng 18-6 chän nót th«ng h¬i cã kÝch thíc M27×2

- Nót th¸o dÇu : theo b¶ng 18-7 chän nót th¸o dÇu trô cã kÝch thíc M20×2

- Kiểm tra mức dầu : dùng que thăm dầu để kiểm tra mức dầu

- Bảng kê các kiểu lắp , trị số sai lệch giới hạn và dung sai lắp ghép

Trục Vị trí lắp ghép Kiểu lắp Giá trị dung sai(mm) Độ hở giới hạnS

max S min

I

Bánh răng lắp trên trục φ 32H7/k6 0…+0,025+0,002…+0,018 0,023 -0,018 Trục lắp ổ lăn φ 30k6 +0,002…+0,018

Vòng chắn mỡ lắp trên

trục φ 28D8/k6 +0,065…+0,098+0,002…+0,015 0,040 0,096 Nối trục đàn hồi φ 28k6 +0,002…+0,015

Lắp ổ lăn lắp với vỏ hộp φ 62H8/d11 0…+0,046-0,290…-0,100 0,336 0,100

II

Bánh răng lắp trên trục φ 28H7/k6 0…+0,021+0,002…+0,015 0,019 -0,015

φ 30H7/k6 0…+0,025+0,002…+0,018 0,023 -0,018 Trục lắp ổ lăn φ 25k6 +0,002…+0,015

Vòng chắn mỡ lắp trên

trục φ 25D8/k6 +0,065…+0,098+0,002…+0,015 0,096 0,040 Lắp ổ lănlắp với vỏ hộp φ 62H8/d11 0…+0,046-0,290…-0,100 0,336 0,100

III

Bánh răng lắp trên trục φ 48H7/k6 0…+0,025+0,002…+0,018 0,023 -0,018 Trục lắp ổ lăn φ 45k6 +0,002…+0,018

Vòng chắn mỡ lắp trên

trục φ 45D8/k6 +0,050…+0,089+0,002…+0,018 0,087 0,032 Lắp ổ lăn lắp với vỏ hộp φ 85H8/d11 0…0,046-0,340…-0,120 0,386 0,120 Trục lắp đĩa xích φ 40k6 +0,002…+0,018

Cốc lót lắp với gối trục

trung gian φ 85H7/h6 0…+0,030-0,022…0 0,052 0

Tài liệu tham khảo :

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 [ Trịnh Chất – Lê VănUyển ]

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 2 [ Trịnh Chất – Lê VănUyển ]

Dung sai và lắp ghép [ PGS.TS Ninh Đức Tốn ]