ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNGTRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ

Chương 3: Lựa Chọn Phương Án Thiết KếTham khảo thiết kế của các hệ thống truyền động liên quan, ta đưa ra được các phương án thiết kế sau Phương án 1: hộp giảm tốc 2 cấp khai triển và bộ

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

_

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ

GVHD : Nguyễn Tuấn Kiệt

SVTH : 1 Phạm Ngọc Hân – 20100783

2 Thái Nguyễn Nhật Điền – 20100602

Tp Hồ Chí Minh – Tháng 12 / 2004

0 Mục lục 2

1 Nhiệm vụ đồ án, yêu cầu kỹ thuật 3

2 Kế hoạch thực hiện 4

3 Lựa chọn phương án thiết kế 5

4 Chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền 9

5 Tính toán thiết kế chi tiết (phương án 1) 11

5.1.Tính toán bộ truyền xích 11

5.2.Tính toán bộ truyền bánh răng 14

5.3.Tính toán trục – then – khớp nối 24

5.4.Tính toán ổ 36

5.5.Tính toán vỏ hộp 40

5.6.Dung sai lắp ghép 41

6 Tính toán thiết kế chi tiết (phương án 2) 43

6.1.Tính toán bộ truyền xích 43

6.2.Tính toán bộ truyền bánh răng 45

6.3.Tính toán trục – then – khớp nối 55

6.4.Tính toán ổ 64

6.5.Tính toán vỏ hộp 67

6.6.Dung sai lắp ghép 68

7 Các chi tiết phụ 70

8 Tài liệu tham khảo 72

Chương 1: Nhiệm Vụ Đồ Án – Yêu Cầu Kỹ Thuật

1.1 Nhiệm vụ đồ án

Tính toán thiết kế hệ thống truyền động cơ khí cho băng tải vận chuyển đá

1.2 Yêu cầu kỹ thuật

Lực vòng trên tang cuốn Ft = 3000 N

Vận tốc băng tải v = 1,2 m/s

Đường kính tang D = 500 mm

Thời gian sử dụng a = 10 năm

Hộp giảm tốc 2 cấp khai triển

Chương 2: Kế Hoạch Thực Hiện

0

11

12

13

1

4 15Thành lập nhóm thiết

Chương 3: Lựa Chọn Phương Án Thiết Kế

Tham khảo thiết kế của các hệ thống truyền động liên quan, ta đưa ra được các phương

án thiết kế sau

Phương án 1: hộp giảm tốc 2 cấp khai triển và bộ truyền xích

Phương án 2: hộp giảm tốc 2 cấp khai triển và bộ truyền đai

Phương án 3: hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục và bộ truyền xích

Phương án 4: hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục và bộ truyền đai

Phương án 5: hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi và bộ truyền xích

Phương án 6: hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi và bộ truyền đai

o Hộp giảm tốc 2 cấp khai triển có kết cấu đơn giản, nhưng bánh răng bố trí không đối xứng gây phân bố không đều tải trọng

o Hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục có kích thước, khối lượng nhỏ nhưng kết cấu phức tạp, khó bôi trơn, lắp ráp, gối đỡ lớn

o Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi có tải phân bố đều, bánh răng và ổ bố trí đối xứng làm giảm tập trrung moment xoắn nhưng làm tăng số lượng chi tiết, kết cấu phức tạp và chiều rộng hộp tăng

Kết luận: Ta quyết định chọn sơ đồ hộp giảm tốc 2 cấp khai triển kết hợp với bộ

truyền xích do bộ truyền không phải chịu tải quá lớn, kết cấu đơn giản đồng thời cũng

là phương án được sử dụng nhiều trong thực tế

Chương 4: Chọn Động Cơ – Phân Phối Tỷ Số Truyền

4.1 Tính toán chọn động cơ

Công suất làm việc của động cơ

t lv

P

h



Chọn sơ bộ số vòng quay của động cơ: n 0 = 1400 rpm

Chọn động cơ thỏa điều kiện: P đcơ ≥ P ct , n đcơ ≥ n 0

Chọn được động cơ K132M4 có P = 5,5 kw, n đcơ = 1445 rpm

4.2 Phân phối tỷ số truyền

Số vòng quay của tang:

n

n

Chọn tỉ số truyền của toàn hệ thống u = 30

Ta có 2 phương án phân phối tỷ số truyền

o Phương án 1

 Chọn tỉ số truyền bên ngoài hộp giảm tốc là i x = 2,14

 Tỷ số truyền bánh răng cấp nhanh u 1 = 4,79

 Tỷ số truyền bánh răng cấp chậm u 2 = 2,92

o Phương án 2

 Chọn tỉ số truyền bên ngoài hộp giảm tốc là i x = 2,5

 Tỷ số truyền bánh răng cấp nhanh u 1 = 4,32

 Tỷ số truyền bánh răng cấp chậm u 2 = 2,78

Chương 5: Tính toán thiết kế chi tiết (PA1)

Theo tỷ số truyền đã phân phối, ta có bảng sau

25 25

n

n k

Theo bảng 5.5[I], n01 = 200 rpm, chọn xích 1 dãy có bước xích p = 31,75 mm thoả điều kiện bền mòn Pt < [P] = 19,3 kw đồng thời p = 31,75 mm < pmax (bảng 5.8[I])Khoảng cách trục a = 40p = 40 31,75 = 1270 mm

.2

0.5

4

54 25 31,752.1270

54 25

0, 25 31,75 120 0,5 25 54 120 0,5 25 54 21269,5

5 , 103 25 15

đ F F F k

Q s

10 5 ,

Vậy s > [s]  Dảm bảo độ bền cho xích khi hoạt động

5.1.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc đĩa xích

 H

đ vđ

đ t r H

K A

E F

K F

).

.(

47 0

1

Z 1 =25  k r = 0,42; E = 2,1 10 5 MPa; A = 262 mm 2 ; k đ = 1 (xích 1 dãy)

F vđ = 13 10 -7 n x p 3 m = 13.10 -7 103,5 31,75 3 1 = 4,306N

Suy ra

5 1

10 1 , 2 ).

306 , 4 35 , 1 06 , 2951 (

232 , 0 47 ,

(Bộ truyền nằm ngang nên kx = 1,15)

5.2 Tính toán bộ truyền bánh răng



0 Hlim1 = 2 280+70 = 630 MPa



0 Hlim2 = 2 260+70 = 590 MPa



S H = 1,

N HO = 30HB 2,4

Ta có: NHE2 = 36,09.107 > NHO2 suy ra KHL2 = 1

Suy ra NHE1 > NHO1  KHL1 = 1

o Hlim1 HL1

0 lim 2 1,8 1,8.260 468

5.2.2 Tính toán bộ truyền cấp nhanh (bánh răng trụ răng nghiêng)

a Khoảng cách trục sơ bộ

1 3

Bánh răng nghiêng nên Ka = 43 Bảng 6.5[I]

Bộ truyền không đối xứng: HB < 350  Chọn ψba= 0,3

Suy ra ψbd = 0,5ψba(u1+1) = 0,5.0,3(4,79+1) = 0,8685

Tra bảng 6.7[I], ta được KHβ = 1,13

1

3 3

Mô đun m = (0,01…0,02)a w1 = 1,25…2,5  Chọn m = 2,5

Chọn sơ bộ   10  suy ra cosβ = 0,9848

Số răng bánh nhỏ

1 1

1

2 cos 2.125.0,9848

17( 1) 2,5.(4,79 1)

w a Z

b H

w b m

1 1

43, 4

1 4,76 1

w w

4,764

H

1 1 1

 Vậy thoả điều kiện độ bền tiếp xúc

d Kiểm nghệm răng về độ bền uốn

m d b

Y Y Y K T

w w

F F

F

.

2

1

1 1

2

4 , 43 5 , 37 371 , 7 1

2

1

1

1 1

w F Fv

K K T d

b v K

94 , 1 117 , 1 24 , 1 4 , 1

48 , 11 1 140

06 , 18 48 , 11 cos

1 2 2

1

65, 2 3,6

57,534,08

F

F

MPa Y

 

Ta có

xF S R Fi

Các thông số bộ truyền cấp nhanh Giá trị

1 1

] [

).

1 (

ba H

H a

w

u

K T u

K a

5 , 2

157 2 )

1 (

2

b w  w ab  160 0 , 4  64

Hệ số dịch tâm

  0 , 532 95 0 , 5

5 , 2

160 5

5 , 0 1000 1000

Theo bảng 6.10a [I], ta có kx = 0,122

Hệ số giảm đỉnh răng

0155 , 0 1000

) 95 32 ( 220 , 0 1000

32

5 , 0 ).

32 95 ( 5155 , 0 5 , 0 ).

( 5

Z

y Z Z x x

Hệ số dịch chỉnh bánh 2

3918 , 0 1337 , 0 5155 , 0

, 0 160

2

20 cos 5 , 2 ).

95 32 (

2

cos cos

a

m Z

2 2

)1.(

2

w m w

m H H

M H

d u b

u K T Z

1 , 2 2

cos 2

1 32

1 2 , 3 88 , 1 1 1 2 3 88 1

2 1





866 , 0 3

7463 , 1 4 3

2 2

80,63

1 95 / 32 1

w q

160

275 , 1 73 006 , 0

.

H

u

a v g

v 

065 , 1 13 , 1 07 , 1 7 , 134395

2

63 , 80 64 1 , 4 1

2

1

K K T

d b v K

288 , 1 065 , 1 13 , 1 07 , 1

273 , 1 7 , 134395

2 866 , 0 288 , 1

[σH ] > σH  Thoả điều kiện về độ bền tiếp xúc

d Kiểm nghiệm độ bền uốn

m d b

Y Y Y K T

w w

Fi F

2

2 2

133 , 1 4 , 1 12 , 1 7 , 134395

2

63 , 80 64 93 , 10 1

2

1

1

2 2 2

w F Fv

K K T d

b v K

808 , 1 133 , 1 4 , 1 14 , 1

.

7463 , 1 cos 1 1 2 3 88 1

2 1

7 , 3

55 , 3 81 , 79

1

2 1



Ta có

xF S R Fi

5.3 Tính toán trục – then – khớp nối

5.3.1 Vật liệu trục và các thông số sơ bộ

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có σb = 600MPa, ứng suất xoắn cho phép [τ]=12…20MPa]=12…20MPa

Đường kính sơ bộ các trục

 

3

2 ,

0 

i i

Chiều dài mayơ nửa khớp nối l mkn = 1,4d 3 = 1,4 55 = 77 mm

Khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết đến thành trong của hộp hay khoảng cách giữa

các chi tiết quay k 1 = 15mm

Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp k 2 = 15mm

Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến nắp ổ k 3 = 20mm

Chiều cao nắp ổ và đầu bulông h n = 15mm

T

34 , 43

2 , 29542

2

2 1

N tg

tg F

48 , 11 cos

37 , 20 3 , 1363 cos

T F

w

5 , 237

372773

2 2

tg F

0 cos

20 3139 cos

T F

t

71

2 , 29542

2

Fr1

N d

Biểu đồ moment xoắn

M

M tđ 0 , 75 2 16600 2 0 , 75 29542 , 2 2 30497 , 8

1 2

mm

M d

b

63 1 , 0

8 , 30497 ]

[ 1

M

M tđ 0 , 75 2 73416 , 3

1 2

M d

b

63 1 , 0

3 , 73416

1 ,

M

M tđ 0 , 75 2 25584 , 3

1 2

  mm

M d

b

63.1,0

3,25584

1

3

2 13

Chọn d13 = 18mm

628618,32

226074,64

33,630.1.[ ] 0,1 63

tđ b

tđ b

32 33

32

413736

43,570,1.[ ] 0,1 50

tđ b

j j aj

134395,7

0 4580,438 9160,876 41,605 7,335

d 23 38

230204,00 0

372773,0 0

10857,33 5

21714,67

0 38,107 8,583

d 33 45

372773,00 0

372773,0

0 8946,168

17892,33

7 41,668 10,417

5.3.4 Kiểm nghiệm then

a Kiểm nghiệm độ bền mỏi

Kτ]=12…20MPa = 1,54 : tra bảng 10.12[I]

mj aj

dj j

Ta có s> [s] = 1,5  Thoả điều kiện bền mỏi

b Kiểm nghiệm bền dập và bền cắt của then

Kiểm nghiệm độ bền dập

 d

t d

t h l d

c

b l d

T



) 2

Tra bảng 9.5[I] , ứng với tải trọng va đập nhẹ có [σd] = 100 MPa > σd  Then thoả điều kiện bền dập

Tra bảng 9.5[I], có [Τc] = 40-60 MPa > Τc  Thoả điều kiện bền cắt

 Thoả điều kiện bền dập của vòng đàn hồi

Kiểm nghiệm sức bền của chốt

 

0 3 0

.0,1

.60

6 6

1





 n L h L

Bulông nền d 1 d 1 > 0,04 160 + 10 = 16

Chiều dày bích thân hộp S3

Chiều dày khi không có phần lồi S1

Bề rộng mặt đế hộp K 1 và q

S 1 = (1,3-1,5) d 1 = 24

K 1 = 3 d 1 = 48

q ≥ K 1 + 2 δ = 64 Khe hở giữa các chi tiết:

1 Dung sai ổ lăn

Vòng trong chịu tải tuần hoàn, để vòng ổ không trượt trên bề mặt trục khi làm việc, ta chọn mối lắp k6, lắp trung gian có độ dôi

Vòng ngoài không quay nên chịu tải cục bộ Để ổ có thể di chuyển dọc trục khi nhiệt độ tăng trong quá trình làm việc, chọn kiểu lắp H9

2 Lắp ghép bánh răng lên trục

Chịu tải vừa, va đập nhẹ, chọn kiểu lắp H7/k6

Theo chiều rộng, chọn kiểu lắp trên trục là P9/h9

Theo chiều cao, sai lệch giới hạn kích thước then là h11

Theo chiều dài, sai lệch giới hạn kích thước then là h14

Chi tiết Mối lắp d es ei ES EI Độ dôi max Độ hở max

Chương 6: Tính toán thiết kế chi tiết (PA2)

6.1 Tính toán bộ truyền xích

6.1.1 Tính toán các thông số

Chọn loại xích ống con lăn, với tỷ số truyền 2,5 ta lấy z 1 =25, z 2 =63

Công suất tính toán

đ F F F k

Q s

Ứng với n01 = 200 rpm  [s] = 8,5

Vậy s > [s]  Dảm bảo độ bền cho xích khi hoạt động

6.1.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc đĩa xích

Với kx = 1,15 (bộ truyền nằm ngang)

6.2 Tính toán bộ truyền bánh răng



0 Hlim1 = 2 280+70 = 630 MPa



0 Hlim2 = 2 260+70 = 590 MPa

Suy ra NHE1 > NHO1  KHL1 = 1

o Hlim1 HL1

0 lim 2 1,8 1,8.260 468

2 .cos

23,139.( 1)

w a Z

m u



Chọn Z1=23

Z 2 = u 1 Z 1 =99,36  Chọn Z 2 = 99

Tỷ số truyền thực

2 1 1

994,323

m

Z u

1 1

)1.(

2

w m w

m H H

M H

d u b

u K T Z

b H

Suy ra [σH] = 526,83 Mpa < [σH] thoả điều kiện độ bền tiếp xúc

d Kiểm nghiệm độ bền uốn

m d b

Y Y Y K T

w w

F F

2

1

1 1

v

Z Z

v

Z Z

 

Ta có

xF S R Fi

Fi] [ ].Y .Y .Y

[   

Với

Y = 1,08-0,0695.ln2 = 1,032

1 1

] [

).

1 (

ba H

H a

w

u

K T u

K a

2

42,328.( 1)

w a Z

m u

Chọn Z1 = 42

Z

Tra bảng ta có kx = 0,724

1 1 1

2 2

)1.(

2

w m w

m H H

M H

d u b

u K T Z

84,5283

1 117 / 42 1

w w

2

160 0, 006 73.1, 48 4,913

d Kiểm nghiệm độ bền uốn

m d b

Y Y Y K T

w w

Fi F

Fi

.

.

.

2

2 2

.102

F

F

MPa Y

 

Ta có

xF S R Fi

Đường kính đáy răng

d a2 = 239,448 mm

d f1 = 79,552 mm

d f2 = 230,494 mm

6.3 Tính toán trục – then – khớp nối

6.3.1 Vật liệu trục và các thông số sơ bộ

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có σb = 600 MPa, [τ]=12…20MPa] = 12…20 MPa

Đường kính sơ bộ các trục

 

3 1

29542.2

20 230.2 0.2(12 20)

12 ( 2 0

7 134395 2

12 ( 2 0

372773 2

Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp k2 = 10 mm

Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến nắp ổ k3 = 15 mm

Chiều cao nắp ổ và đầu bulông: hn = 20 mm

Khoảng cách các bánh răng và các gối đỡ trên các trục

o Trục 1



1 0

2938

2 2.121338

288984

 23 32

0,1.[ ]

tđ b

0,1

tđ b

0,1

tđ b

0.1.[ ]

tđ b

0.1

tđ b

0.1.[ ]

tđ b

0.1

tđ b

td b

6283.18 0

12566.36

0 50.320 12.759

d 33 40 27770 32066 6283.18 12566.36 44.198 12.759

1 2 0 0

6.3.4 Kiểm nghiệm then

a Kiểm nghiệm độ bền mỏi

dj j

dj j

Lắp căng Then

Lắp căng K σjd

t h l d

Kiểm mghiệm sức bền dập của vòng đàn hồi

 

2

 Thoả điều kiện bền dập của vòng đàn hồi

Kiểm nghiệm sức bền của chốt

 

0 3 0

.0,1

.60

6 6

 n L h L

3 3 3

Chiều dày bích thân hộp S 3

Chiều dày khi không có phần lồi S 1

Bề rộng mặt đế hộp K và q

S 1 = (1,3-1,5) d 1 = 22

K = 3 d = 48

q ≥ K 1 + 2 δ = 64 Khe hở giữa các chi tiết:

1 Dung sai ổ lăn

Vòng trong chịu tải tuần hoàn, để vòng ổ không trượt trên bề mặt trục khi làm việc, ta chọn mối lắp k6, lắp trung gian có độ dôi

Vòng ngoài không quay nên chịu tải cục bộ Để ổ có thể di chuyển dọc trục khi nhiệt độ tăng trong quá trình làm việc, chọn kiểu lắp H8

Theo chiều rộng, chọn kiểu lắp trên trục là P9/h9

Theo chiều cao, sai lệch giới hạn kích thước then là h11

Theo chiều dài, sai lệch giới hạn kích thước then là h14

Chi tiết Mối lắp d es ei ES EI Độ dôi max Độ hở max

Bánh răng 1 H7/k6 24 +15 +2 +21 0 15 19 Bánh răng 2 H7/k6 30 +18 +2 +25 0 18 23

Chi tiết Mối lắp d es ei ES EI Độ dôi max Độ hở max

8 Bánh răng 4 H7/k6 40 +18 +2 +25 0 18 23 V.trong ố trục 1 H7/k6 20 +15 +2 15

Chương 7: Các chi tiết phụ

Vòng phớt: có tác dụng không cho dầu hay mỡ chảy ra ngoài hộp giảm tốc và ngăn

không cho bụi bên ngoài vào hộp giảm tốc

Chọn vòng phớt có các kích thước như sau

Vòng chắn dầu: dùng ngăn cách mỡ trong bộ phận ổ với dầu trong hộp

Chốt định vị: có tác dụng định vị chính xác vị trí của nắp và thân của hộp giảm tốc Ta

dùng 2 chốt định vị để khi xiết bulông không làm biến dạng vòng ngoài của ổ

Chọn chốt định vị có các kích thước như sau:

Nắp cửa thăm: có tác dụng để kiểm tra, quan sát các chi tiết máy trong hộp giảm tốc

khi lắp ghép và đổ dầu vào trong hộp được bố trí trên đỉnh hộp Ta chọn nắp có kích thước 150×100 mm

Nút thông hơi: có tác dụng làm giảm áp suất, điều hoà không khí

bên trong và bên ngoài hộp giảm tốc khi làm việc Nút thông hơi

được lắp trên nắp cửa thăm Ta chọn nút thông hơi M27x2 có các

thông số như sau:

Nút tháo dầu: có tác dụng tháo dầu cũ, chứa trong hộp bị

bẩn do bụi hay do hạt mài bị biến chất gây nên

Vít tách nắp: có tác dụng tách nắp và thân hộp giảm tốc Ta chọn vít tách nắp M6 Que thăm dầu: dùng kiểm tra mức dầu trong hộp giảm tốc.

1 Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ thống truyền động cơ khí tập 1,