BẢN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN NGHUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Nguyên lý Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật cơ khí..., và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế cơ khí. Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn,…Thêm vào đó, trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ AutoCad, điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí.

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại Vì vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hoá đất nước Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các hệ thống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên,

kỹ sư cơ khí

Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói nó đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất.Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Nguyên lý- Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật cơ khí , và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết

kế cơ khí Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn,…Thêm vào đó, trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ AutoCad, điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí

Em chân thành cảm ơn thầy Hồ Ngọc Bốn và các thầy trong khoa CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án

Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến từ thầy cô và các bạn

Sinh viên thực hiện:

Mai Chí Tâm

PHỤ LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

I CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 4

1 Chọn động cơ điện 4

2 Phân phối tỉ số truyền 5

3 Lập bảng hệ thống số liệu : 6

II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 8

1 Chọn loại đai và tiết diện đai: 8

2 Xác định các thông số của bộ truyền : 8

3 Xác định số đai: 9

4 Xác định lực căng ban đầu lực tác dụng lên trục: 10

III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HAI BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 11

1 Chọn vật liệu 11

2 Xác định ứng xuất cho phép: 12

3 Tính toán cấp nhanh: Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 14

4 Tính toán cấp chậm: Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 20

III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 26

1 Chọn vật liệu chế tạo trục 26

2 Xác định sơ bộ đường kính trục 26

3 Xác định khoảng cách giữa các gối đở và điểm đặt lực 27

4 Xác định thông số tải trọng và đường kính trục I : 29

5 Xác định thông số tải trọng và đường kính trục II : 32

6 Xác định thông số tải trọng và đường kính trục III : 35

7 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi và tĩnh: 38

IV TÍNH TOÁN THEN VÀ Ổ LĂN: 46

1 Tính kiểm nghiệm đồ bền của then 46

2 Ổ lăn: 46

V TÍNH TOÁN VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC: 52

1 Tính kết cấu của vỏ hộp : 52

2 Bôi trơn hộp giảm tốc : 53

3 Lắp bánh răng trên trục và điều chỉnh sự ăn khớp : 53

4 Các kích thước của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc : 53

5 Cố định trục theo phương dọc trục : 56

6 Một số kết cấu khác : 56

7 Dung sai lắp ghép : 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

I CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1 Chọn động cơ điện

a Công suất trên trục máy công tác (Pt):

,

b Công suất tương đương (Ptd):

Vì sơ đồ tải trọng là thay đổi nên công suất tương đương được tính theo công thức sau:

- Hiệu suất khớp nối : η

- Hiệu suất 1 cặp ổ lăn : ηô ,99

- Hiệu suất 1 cặp bánh răng: η ,9

- Hiệu suất bộ truyền xích: ηđ ,9

⇒ Hiệu suất truyền động chung η là:

đ ô

,9 ,9 ,99 ,

d Công suất cần thiết trên trục động cơ điện (Pct) :

đ

, , ,

e Chọn động cơ điện :

Tỉ số truyền toàn bộ (ut):

ut= uh.uđ Chọn uđ=3: tỉ số truyền động đai thang

uh=8: tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Với nsb= 1163,52(vòng/phút) chọn tốc độ quay động cơ nđb vòng phút

Tra bảng P1.2 phụ lục trang 3 tài liệu [1], với : Pct= 5,46 kW và nđb vòng phút nên ta chọn động cơ điện DK52-4

Ta có : Pđm = 7 kW > Pct = 5,46 kW

nđc = 144 vòng phút

2 Phân phối tỉ số truyền

 Tốc độ quay của trục công tác (n) : n =48,48 (v/ph)

 Tỉ số truyền chung :

, 9, ( Trong đó :

nđc là vận tốc quay của động cơ

n là số tốc độ quay của trục công tác

Mặt khác với :

uđ là tỉ số truyền của bô truyền đai

un là tỉ số truyền của bô truyền bánh răng cấp nhanh

uc là tỉ số truyền của bô truyền bánh răng cấp chậm

Ta có :

⇒ , ⇒ , 9,9

, ,

⇒ 9,9

, 3, Mặt khác : u = un.uc.uđ

= 3,45.2,87.3 = 29,705 (**) Kiểm tra sai lệch của tỉ số truyền chung Δu :

Δu (* – (**) = 29,7 – 29,705 = 0,05 Với Δu , < , 9 nên ta chấp nhận các tỉ số truyền :

un = 3,45

un = 2,87

3 Lập bảng hệ thống số liệu :

Dựa vào công suất làm việc trên trục máy công tác Pt và sơ đồ hệ dẫn động , ta tính được :

a Công suất trên các trục :

Động cơ :

đ

đ ,3 + Trục IV :

P4=Pt= 5,6 kW + Trục III :

, + Trục II :

, 3 + Trục I :

II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

1 Chọn loại đai và tiết diện đai:

Ta chọn tiết diện đai hình thang thường Ký hiệu A do từ điều kiện làm việc:

+ n =1440 (v/ph)

+ Pct= 6,55 kW

+ uđ = 3

+ Chế độ làm việc là ngày ca, ca giờ

2 Xác định các thông số của bộ truyền :

- Kích thước tiết diện:

Như vậy tỉ số truyền thực tế:

(

( , ,9

Với a = 400mm thỏa điều kiện trên

c Chiều dài đai (l :

Theo công thức 4.4 trang 54 tài liệu [1] ta có:

Tra bảng 4.13 trang 59 tài liệu [1] , chọn chiều dài tiêu chuẩn l = 1700 mm

- Kiểm nghiệm về tuổi thọ:

đ[ ] Trong đó:

P1= Pđc= 6,38 kW: công suất trên trục bánh chủ động

Kđ : hệ số tải trọng động (động cơ quay chiều, tải trọng và va đập nhẹ, làm việc 2 ca)

⇒ Kđ = 1,1 + 0,1 =1,2

[P0] , kW: công suất cho phép

C = 0,89 : hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm

Cl = 1: hệ số ảnh hưởng của tỉ số truyền ( l=1700mm,l0=1700mm => l/l0 =1)

Cz= 0,95 : hệ số ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai

Cu=1,14: hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền

- Đường kính ngoài của bánh đai dẫn: da1=140+2.3,3 =146,6 mm

- Đường kính ngoài của bánh đai bị dẫn: da2= 400+2.3,3= 406,6 mm

4 Xác định lực căng ban đầu lực tác dụng lên trục:

a Lực căng đai F0

Theo công thức 9, ta có:

đ Trong đó :

P1=Pđc=6,38 kW

Fv: lực căng do lực ly tâm sinh ra : Fv= qm.v2 =0,105.10,552=11,69 (N)

Với qm =0,105kg/m : khối lượng mét chiều dài đai

Thông số và đơn vị Kí hiệu Giá trị Tiết diện đai (mm

Các hệ số

KđC

Cl

Cu

Cz

1,2 0,89

1 1,14 0,95

Cụ thể, theo bảng trang 9 tài liệu [1], ta chon:

+ Bánh nhỏ : thép tôi cải thiện đạt độ rắn HB … có giới hạn bền σb1 = 850 MPa, giới hạn bền chảy σch1 = 580 MPa

+ Bánh lớn : thép tôi cải thiện đạt độ rắn HB 9 … có giới hạn bền σb2 = 750 MPa, giới hạn bền chảy σch2 = 450 MPa

2 Xác định ứng xuất cho phép:

Theo bảng trang 9 tài liệu [1],đối với thép , tôi cải thiện đạt độ rắn HB …3 ,

, , , , , ,

Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1 = 254 độ rắn bánh lớn HB2 3 , khi đó :

, , ,

3 3

, , 3

Theo công thức trang 93 tài liệu [1], ta có công thức tính số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc là: ,

Do đó : , ,

, ,39

Vì bộ truyền làm việc có tải trọng thay đổi nên số chu kỳ thay đổi, ứng suất tương đương tính theo công thức 6.7: (

(

Trong đó : c là số lần ăn khớp trong vòng quay c = 1 n1 số vòng quay trong phút n1 = 480 vòng phút u1 là tỉ số truyền u1 = un = 3,45 là tổng thời gian làm việc .3 33 ờ

,

, ,

đó: (

3, 33 ( , ,

, 3

⇒

, , Với cấp nhanh và cấp chậm ta đều sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng , do đó theo công thức trang 9 tài liệu [1] ta có:

Trong đó là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi khử về uốn

Do đó theo công thức a trang 93 tài liệu [1], với bộ truyền quay 1 chiều KFC=1,75 ta được:

[ ]

[ ] ,

, , [ ]

, 3 ,

 Ứng suất quá tải cho phép:

Theo công thức 3 và trang 9 và 9 tài liệu [ ] ta có :

[ ] , , [ ] , , [ ] , , 3

3 Tính toán cấp nhanh: Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Ka là hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng

Ka = 43 (tra bảng trang 9 tài liệu [1])

= 0,35 (tra bảng trang 9 tài liệu [1])

là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc

, 3 ( , 3 ,3 (3,

, ⇒ , (tra bảng trang 9 tài liệu [1]) [ ] là ứng suất tiếp cho phép

Theo bảng trang 99 tài liệu [1], ta chọn môđun pháp m1 = 2

c Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc :

Theo công thức 33 trang tài liệu [1], ta có công thức tính ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc là :

Trong đó :

là hệ số kể đến cơ tính vât liệu của các bánh răng ăn khớp

⇒ (tra bảng trang 9 tài liệu [1])

là hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

Với :

tan tan

,9 ,

⇒ cos( , tan( ,

,

Suy ra : ,3 ,

Do đó theo công thức 3 trang tài liệu [1], ta có công thức tính hệ

số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc là:

cos( ,3 sin( , , Theo công thức 3 trang tài liệu [ ], ta có công thức tính hệ số trùng khớp dọc là:

, 3,

3 ,9 = 1,66

Đường kính vòng lăn bánh nhỏ dw1:

3, , Theo công thức trang tài liệu [1], ta có công thức tính vận tốc vòng là:

là hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp

, (tra bảng trang tài liệu [1])

là hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh và

3 (tra bảng trang tài liệu [1])

, , 3 , , Thay các giá trị vừa tính được vào công thức:

d Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không vượt quá giá trị cho phép

Theo công thức 3, ta có:

≤ [ ] Trong đó :

KF = 1,12 (Tra bảng trang 9 tài liệu [1])

Với v < 2, m s và cấp chính xác 9 ⇒ KF⍺ =1,37 (bảng trang 9 tài liệu [1]) Theo công thức trang 9 tài liệu [1], ta có :

Với :

là hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp

là hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh và

(YԐ là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, Y là hệ số kể đến độ nghiêng của răng

Số răng tương đương :

3 ( ,9 3 ,

( ,9 , 3 Theo bảng trang 9 tài liệu [ ], ta có :

3,

3, Với m =2 ⇒ , , (

, , 9 ln , 3

( á ă

à ệ ố é đế ả ưở ủ độ á ặ ượ â ă

à ệ ố é đế độ ạ ủ ậ ệ đố ớ ậ ứ ấ

Với da < mm ⇒ KxF = 1

KxF là hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn

Do đó, theo công thức và a trang 9 và 93 tài liệu [1], ta có công thức tính ứng suất uốn cho phép [σF] là :

[ ] [ ] , , 3 9, Tương tự ta tính được :

e Kiểm nghiệm răng về quá tải :

Theo công thức trang tài liệu [ ] ta có công thức tính ứng suất tiếp cực đại

là:

Với hệ số quá tải là :

Suy ra :

f Các thông số và kích thước bộ truyền :

4 Tính toán cấp chậm: Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Ka là hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng

= 0,45 (tra bảng trang 9 tài liệu [1])

là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc

⇒ , (tra bảng trang 9 tài liệu [1])

[ ] là ứng suất tiếp cho phép

Theo công thức trang 9 tài liệu [ ] ta có :

( , ÷ ,

⇒ ( , ÷ , 9 ,9 ÷ 3,9 Theo bảng trang 99 tài liệu [1], ta chọn môđun pháp m2 = 3

 Xác định số răng, góc nghiêng

Chọn sơ bộ = 100, do đó cos ,9

Theo công thức 3 trang 3 tài liệu [1], ta có công thức tính số răng bánh nhỏ là:

( 9 ,9

c Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc :

Theo công thức 33 trang tài liệu [1], ta có công thức tính ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc là :

Trong đó :

là hệ số kể đến cơ tính vât liệu của các bánh răng ăn khớp

⇒ (tra bảng trang 9 tài liệu [1])

là hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

Với :

tan

tan ,9 , 3 ⇒

cos( , 3 tan( , 3 ,

Suy ra : 3, 3 9,

Do đó theo công thức 3 trang tài liệu [1], ta có công thức tính hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc là:

cos( 3, sin( , 3 , Theo công thức 3 trang tài liệu [ ], ta có công thức tính hệ số trùng khớp dọc là:

, 3,

33 9 ,9 = 1,753

Đường kính vòng lăn bánh nhỏ dw2:

9 , ,3 Theo công thức trang tài liệu [ ], ta có công thức tính vận tốc vòng là:

là hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh và

, , 3 , ,3 Thay các giá trị vừa tính được vào công thức:

d Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không vượt quá giá trị cho phép

Theo công thức 3 trang tài liệu [1], ta có :

Trong đó :

KF = 1,32 (Tra bảng trang 9 tài liệu [1])

Với v < 2, m s và cấp chính xác 9 ⇒ KF⍺ =1,37 (Tra bảng trang 9 tài liệu [1]) Theo công thức trang 9 tài liệu [1], ta có :

Với :

là hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp

là hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh và

(YԐ là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, Y là hệ số kể đến độ nghiêng của răng

Số răng tương đương :

33( ,9 3 ,

9 ( ,9 3,9 Theo bảng trang 9 tài liệu [1], ta có :

3,

3, Với m =2,5 ⇒ , , (

, , 9 ln(3 ,

( á ă

à ệ ố é đế ả ưở ủ độ á ặ ượ â ă

à ệ ố é đế độ ạ ủ ậ ệ đố ớ ậ ứ ấ Với da < mm ⇒ KxF = 1

KxF là hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn

Do đó, theo công thức và a trang 9 và 93 tài liệu [1], ta có công thức tính ứng suất uốn cho phép [σF] là :

[ ] [ ] , , , 9 Tương tự ta tính được :

[ ] 3 , , 3 , Thay các giá trị vừa tính được vào công thức :

e Kiểm nghiệm răng về quá tải :

Theo công thức trang tài liệu [ ] ta có công thức tính ứng suất tiếp cực đại

là:

Với hệ số quá tải là :

Suy ra :

Như vậy bộ truyền đạt yêu cầu về quá tải

f Các thông số và kích thước bộ truyền :

III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

T: momen xoắn

[ ]: ứng suất xoắn cho phép

Ta chọn [ ] MPa cho trục I và II, [ ] MPa cho trục III

- Đường kính sơ bộ trục I :

, [ ]

,

Chọn , tra bảng ta được chiều rộng ổ lăn

- Đường kính sơ bộ trục III :

, [ ]

,

Chọn , bảng ta được chiều rộng ổ lăn 33

3 Xác định khoảng cách giữa các gối đở và điểm đặt lực

a Trục II : lấy làm chuẩn để tính các khoảng cách của bộ truyền

- Chiều dài mayơ bánh răng trụ :

( , … , ( , … , … Chọn

- Chiều dài mayơ bánh răng trụ :

( , … , ( , … , … Chọn

- Theo bảng .3 ta có :

+ Khoảng cách từ mặt nút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

+ Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp

+ Khoảng cách từ mặt nút của chi tiết quay đến nắp ổ

+ Chiều cao nắp ổ và đầu bulông

- Khoảng cách giữa các điểm đặt lực theo công thức bảng ta có :

- Chiều dài mayơ bánh đai :

( , … , ( , … , 3 3 …

- Chiều dài mayơ nửa khớp nối với nối trục đàn hồi :

( , … , ( , … , 9 … Chọn

- Khoảng côngxôn (khoảng chia) :

4 Xác định thông số tải trọng và đường kính trục I :

Fr1 Ft1 Fa1

Fly11 Flx11

Fy33

 Xác định momen uốn và đường kính trục:

- Tại A: Theo công thức ta có:

- Tại C: Theo công thức & ta có: