Thiết kế trục và chọn ổ lăn

Để đảm bảo cho bộ truyền động băng tải làm việc ổn định và ít rung động ta phải tính toán và chọn động cơ sao cho vừa đủ công suất không quá thừa nhằm tránh vượt tải và thừa tải quá nhiều

Lời nói đầu

Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây là thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng với yêu cầu về lực cũng như vận tốc và các đặc trưng khác

Đồ án môn học chi tiết máy với bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kế các chi tiết máy trong lĩnh vực cơ khí nhằm nâng cao kỹ năng tính toán , hiểu sâu hơn

về kiến thức đã học

Nội dung đồ án môn học chi tiết máy bao gồm

Tính toán chọn động cơ cho hệ dẫn động băng tải

Tính toán bộ truyền trong và bộ truyền ngoài

Thiết kế trục và chọn ổ lăn

Tính toàn vỏ hộp và các chi tiết khác

Tính toán bôi trơn

Đồ án môn học chi tiết máy là tài liệu dùngđể thiết kế chế tạo các hệ dẫn động cơ khí , nhưng đây không phải là phương án tối ưu nhất trong thiết kế hệ dẫn động do những hạn chế về hiểu biết và kinh nghiệm thực tế

Trong đồ án này có tham khảo tài liệu :

- Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tập 1[TL1], 2[TL2] : Trịnh Chất – Lê Văn Uyển

- Chi tiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp :Tập 1, Tập 2

- Dung sai và lắp ghép – Ninh Đức Tốn

Nguyễn Tuấn Khoa

Cơ Điện Tử 2 – K49 ĐHBK Hà Nội

Mục lục

Phần I

I.Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền… Trang 3

Bảng số liệu của hộp giảm tốc Trang 4

Phần II :Thiết kế và tính toán các bộ truyền

1.Tính toán bộ truyền xích… Trang 4

2.Tính bộ truyền trục vít trong hộp giảm tốcTrang 7

3.Tính bộ truyền bánh răng…Trang 11

4.Kiểm tra điều kiện bôi trơn của hộp giảm tốc…Trang 16

Phần III :Tính toán thiết kế trục và chọn ổ lăn

1 Tính toán thiết kế trục.Trang 17

2 Chọn ổ lăn….Trang 34

Phần IV :Thiết kế vỏ hộp và bôi trơn hộp giảm tốc… Trang41

Phần V : Bảng thống kê các kiểu lắp và dung sai Trang47

Đề 21:

Thiết kế hệ dẫn động băng tải

F V

5 4

4.Chiều cao tang : H=750 mm

5.Thời gian phục vụ: Ih=20000 giờ

6.Số ca làm việc: soca=2;

7.Đặc tính làm việc : va đập vừa;

T T1

Phần I :

I / Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền u :

I.1 /Chọn động cơ :

a/Tính công suất

+/Để đảm bảo cho bộ truyền động băng tải làm việc ổn định và ít rung động ta phải

tính toán và chọn động cơ sao cho vừa đủ công suất không quá thừa nhằm tránh

vượt tải và thừa tải quá nhiều

+/Từ yêu cầu: - Lực kéo băng tải : F=9000 N.

.

ch

V F

t

t P

.

ch

V F

= 0 , 899 5 , 548

700 , 0 1000

48 , 0 9000

48 , 0 1000 60

.

1000 60





V D

1,5 1 , 5

1

1 1





T

T T

T mm

Với Động cơ đã chọn có  2 , 2

dn

k T

Tỷ số truyền của hệ dẫn động:

uch= 102 , 44

65 , 28

22 , 51

Chọn ubr=17,0

=> Tính chính xác ung = uch/uh =uch/(utv.ubr) = 102,44/(3,0.17,0) = 2,009

I.3/ Tính công suất,số vòng quay, mômem xoắn trên các trục

+/Tính công suất trên các trục:

Pct = Ptg = 4 , 32 ( )

1000

48 , 0 9000 1000

.

KW V

32 , 4

P

t x

791 , 4

P ol br

929 , 4

P ol tv

059 , 6

P ol k

kw P

(Nmm)

Ttg= 1441005

63 , 28

32 , 4 10 55 ,

T3= 795031

55 , 57

791 , 4 10 55 ,

T2= 272644

65 , 172

929 , 4 10 55 ,

II/ Tính toán thiết kế các bộ truyền

II.1/ Thiết kế bộ truyền ngoài (xích)

a/Chọn loại xích

Vì tải nhỏ , va chạm vừa ,vận tốc thấp chọn xích con lăn

b/Xác định các thông số của xích và bộ truyền:

Theo bảng 5.4 tr.80[TL1] với u=2,01 chọn số răng xích Z1=25

Ko=1 : hệ số ảnh hưởng vị trí bộ truyền (đường nối 2 tâm đĩa xích

nằm nghiêng 1 góc <600 so với phương nằm ngang)

Ka=1 : hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích (chọn a=40p)

Kđc=1,1 : hệ số kể dến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích

(điều chỉnh được bằng con lăn căng xích)

Kđ=1,3 : hệ số tải trọng động (va đập vừa)

Kc=1,25 : hệ số kể dến chế độ làm việc (2 ca)

Kbt=1,3 : hệ số kể dến ảnh hưởng của việc bôi trơn (có bụi chất

lượng bôi trơn đạt yêu cầu)

=> P = 4,791.2,113.1.0,869 = 8,795 (kW);

Vì công suất khá lớn nên chọn bộ truyền xích 2 dẫy với Kd=1,7 =>

P’

t=Pt/Kd=8,795/1,7=4,821(kW)

Theo bảng( 5.5) với n01=50 (v/f) ,chọn bộ truyền xích 2 dẫy có p=31,75mm có

[P] = 5,83 > Pt’ = 4,821(kW) đồng thời p < pmaz=50,8 (mm) (theo bảng 5.8

2

2

2

2 2 1 2 1

75 , 31 ) 25 50 ( 2

50 25

2 1 2

5 , 0 25

,

0



Z Z Z

Z X

Z Z X

14 , 3

25 2 75 5 , 0 118 75

5 , 0 118 75 , 31

55 , 57 25 15

761 , 0

791 , 4 1000

F0 = 9,81.Kf.q.a : lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra

= 9,81.2.7,3.1,268=181,61(N) với Kf=2 (đường nối 2 tâm đĩa xích

nghiêng 1 góc 400 so vói phương nằm ngang );

Fv :lực căng do lực li tâm sinh ra

Fv= q.v2 : lực căng do lực li tâm sinh ra

=7,3.0,7612=4,23 (N)

23 , 4 61 , 181 86 , 6292

e/ Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng đĩa xích phải thoả mãn điều kiện

d

vd d t r

K A

E F K F K

.

).

.(

.

47

,

[H] :ứng suất tiếp xúc cho phép

Kr=0,42 :hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích phụ thuộc vào Z (bảng

E=2,1.105 MPa :môđun đàn hồi

A=446 mm2 :diện tích chiếu của bản lề (bảng5.12 tr.87[TL1])

7 , 1 446

10 1 , 2 ).

07 , 4 3 , 1 86 , 6292 (

42 , 0 47

Đĩa 2: H2< H1< 600 (MPa) => cũng thoả mãn

CS cho phép : [P]=5,83KW

(2dẫy xích)

Khoảng cách trục:

a =1267,85 mmBước xích: p = 31,75 mm Đường kính đĩa xích:

-Theo bảng 7.1 với БpOЦΦ 5-5-5)pOЦΦ 5-5-5)ЦΦ 5-5-5)Φ 5-5-5 đúc trong khuôn kim loại:

b=200-250 (MPa ), ch =80-100 (MPa);

+/ứng suất tiếp xúc cho phép:

[H]=[HOЦΦ 5-5-5)].KHL( theo công thức7.2);

T

T

. 2

= 60.172,65.20000(1.5/8+0,74.3/8) =148,14.106 Vậy KKL=8 6

7

10 14 , 148

T

. 2

] [

170

q

K T Z

22 , 154 34

+/Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít của bộ truyền phải thoả mãn điều

kiện:

H=

q

K T a

q Z Z

H W

.

- Tính lại vận tốc trượt

vs=

W

1 W1

60000.cos

.n d

dW1=(q+2x)m = (12,5 – 2.0,23).6,3 = 75,85 mm;

vs = 60000.cos 9 , 43 0

5 75,85.293 14

, 3

= 11,81 (m/s)>5(m/s);

Vậy chọn vật liêu thoả mãn;

- Hiệu suất của bộ truyền:

T Z

2 2

KHV=1,1 theo (b7.7 tr153[TL1]) với vs= 11,81 (m/s);

=>KH = 1,0023.1,1 =1,102;

Vậy  H=

5 , 12

102 , 1 272644 145

5 , 12 34 34

+/ Kiểm nghiện răng bánh vít về bền uốn:

ứng suất uốn sinh ra tại chân bánh vít phải thoả mãn điều kiện:

F = 1,4 

n

F F m d b

K Y T

.

.

2 2

+/ Kiểm nghiệm bánh vít về quá tải:

Hmax= H K qt = 140,78 1 , 5 =172,42 <[H]max =360(MPa);

Fmax= F.Kqt = 7,94.1,5 =22,28 < [F]max = 72(MPa);

to :nhiệt độ môi trường xung quanh;

=0,86 (hiệu suất bộ truyền );

P1= 6,059 kW (công suất trên trục vít)

Kt =8 17,5W/(m2 0C) :hệ số toả nhiệt chọn

Kt =15 W /m2 0C ;

=0,25 0,3 :hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp

xuống bệ máy chọn = 0,27 ;

 :hệ số kể đến nhiệt sinh ra trong một đơi vị thời gian

Chưa thỏa mãn về nhiệt độ của dầu bôi trơn

- Diện tích thoát nhiệt cần thiết:

A> [0,7 (1 1000) .(01,3 ).].1 ([ ] )

to td Ktq

Ktq = 17 ứng với số vũng quay của quạt là nq=750 v/ph.

Để đảm bảo giá thành khi chế tạo , và tính công nghệ ta chọn vật liệu làm

bánh răng giống như vật liệu làm trục vít

+/ Chọn vật liệu của bánh nhỏ :Thép C45 thường hóa đạt độ rắn

HB =185 b=600(MPa) ch=340(MPa);

+/ Chọn vật liệu của bánh lớn giống như vật liệu làm bánh nhỏ

nhưng có HB =170 b=600(MPa) ch=340(MPa)

b/ứng suất cho phép

+/ứng suất tiếp xúc cho phép:

[H] =0

Hlim.KHL/SH ; Với 0

Hlim : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với chu kỳ cơ sở;

SH :hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc;

mH : bậc của đường cong mỏi mH =6 do HB <350;

NH0 : số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

T

T

max

i

t

t n T

T

max

T

T

max

i

t

t n T

T

max

3

Flim :ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở ;

SF : hệ số an toàn khi tính về uốn;

T

T

max

6

= = 60.c.t i   

i

t

t n T

T

max

T

T

max

i

t

t n T

T

max

+/ứng suất cho phép khi quá tải:

.

ba H

H

u

K T





 (6.15a);

Ka= 43 :hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và

loại răng ( theobảng6.5)

u=3,00 : tỷ số truyền của cặp bánh răng;

T1=272644(Nmm) :mômen xoắn trên trục chủ động

[H] = 386,37(MPa)

ba=0,25 chọn sơ bộ theo (bảng 6.6)

KH :hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều

rộng vành răng khi tính về tiếp xúc

KH=1,037 với bd=0,53ba(u+1) = 0,53.0,25(3+1)=0,53 theo(bảng6.7sơ đồ 5) =>aW=43(3+1)3

2 3 0 , 25 37

, 386

037 , 1 272644

= 234,22 mm; chọn aW=240 mm+/Xác định các thông số ăn khớp:

m =(0,01- 0,02)aW=2,4- 4,8 mm; chọn m =3 theo tiêu chuẩn

Chọn sơ bộ =150 (00<<200=> Z1= a W u m

) 1 (

cos 2

Z Z m

2

)

=3(392.240117) =0,975=> = 12,840 ( thỏa mãn )

+/Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện: H =ZM ZH Z 2  

1

1

.

) 1 (

2

W W

H

d u b

u K T

[H];

ZM = 274MPa1/3 : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh

răng ăn khớp (theo bảng6.5);

KH : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho

các đôi răng đồng thời ăn khớp

) 1 3 (

172 , 1 272644

- Tính chính xác [H]’= [H]ZRZVKxH = [H].1.1.1= 386,37MPa, do hệ số xột đến độ nham của mặt răng làm việc :ZR = 0,95 với Ra<2,5…1,25μm; hệ số xột đến ảnh hưởng m; hệ số xột đến ảnh hưởng của vận tốc vũng ZV = 1 với v <5m/s; hệ số xột đến ảnh hưởng của kớch thước bỏnh răng KxH = 1 do da < 700 mm

Mặt khác :

H

H H





 ]'  [

=367,05356,35653 ,53 =2,95% < 10 % => Không thừa bền

Vậy điều kện bền tiếp xúc thoả mãn

+/Kiểm nghiệm về độ bền uốn

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng ứng suất sinh ra tại mặt răng không được vượt quá giá trị cho phép:

m d b

Y Y Y K T

W W

F F

.

2

69 , 3 91 , 0 58 , 0 52 , 1 272644

.

2

= 74,73 <[F1] =200,57(MPa);

F2= F1.YF2/YF1= 72,91 < 185,14(MPa);

Vậy điều kiện bền uốn được thoả mãn;

+/Kiểm nghiệm độ quá tải

Hmax= H K qt = 356,53 1 , 5 =436,66<[H]max =952(MPa);

F1max= F1.Kqt = 74,73.1,5 =113,0< [F1]max = 272(MPa);

F2max= F.Kqt = 72,91.1,5 =109,4< [F2]max = 272(MPa);

Đảm bảo điều kiện quá tải đủ bền;

Bảng thông số cơ bản của bộ tuyền trong HGT

Đường kính chân răng (mm) df1/df2=62 /198 df1/df2= 112/352,5

Đường kính ngoài bánh vít daM2 da2+1,5m

=233,35 chọn daM2=230Chiều dài phần cắt ren trục

vít

b1>(11+0,06Z2)m=82.15lấy b1 = 85(bảng 7.10)

II.4/ Kiểm tra điều kiện bôi trơn của hộp giảm tốc

Để thoả mãn điều kiện bôi trơn hộp giảm tốc

awtv+df1tv/2df2br/2

Với awtv=145 mm df1tv=62 mm df2br=352,5mm

awtv+df1tv/2 =145+62/2=176 df2br/2=352,5/2=176,25mm

Vậy hộp giảm tốc thoả mãn điều kiện bôi trơn

Phần III / Tính toán thiết kế trục và chon ổ lăn

III.1/ Tính toán thiết kế trục:

a/ Chọn vật liệu:

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b= 600 MPa

ứng suất xoắn cho phép [] = 12 20 Mpa

c/ Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:

+/Từ đường kính sơ bộ theo bảng 10.2 ta chọn sơ bộ chiều rộng ổ lăn:

l

11

13 12

m12

l

- Nửa khớp nối lm12 =(1,4 2,5)d1sb=(1,4 2,5).35 = 65 mm;

Theo bảng 10.3 chọn các khoảng cách:

k1 =8 :Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành

trong của hộp hoặc k/c giữa các chi tiết quay

k2=10: Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp

k3=12: Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ

hn =15 :Chiều cao nắp ổ và đầu bulông

k 2 1

k

1

o b

Với T2=272644 Nmm : Là mô men xoắn trên trục bánh 1 trên trục2

dw3=117,5 mm : Là đường kính vòng lăn bánh 1 trên trục 2

+/Đối với khớp nối :

- Chọn khớp nối : Nối trục đàn hồi

Dựa vào mô men xoắn : Tt=k.T [T]

Do máy công tác là băng tải nên k=1,2 1,5  chọn k=1,5

d =36 là đường kính sơ bộ của trục trục vít

Lực trên khớp nối Frk=109 N có chiều ngược chiều Ft1 làm tăng ứng

*/Tính chính xác đường kính trục 1:

Với thép 45 có b  600MPa ,dsb1=36 thì []=60 N.mm

-Tại mặt cắt 0: d10= M td  14 , 8mm

60 1 , 0

19426

1 ,

75 , 0

75 ,

17074

1 ,



td M

mm

- Tại mặt cắt 3:

0,75. 2 981752 293202 0,75.197152 104383( )

1 2

2

d13=

  0 , 1 60 25,9

104383

1 ,

Với số liệu như sau: d1=214,2 (mm) là đường kính của bánh vít

d2= 120 (mm) là đường kính của bánh răng 1 trục 2

Mô men xoắn trên trục 2 T2=272644 Nmm

-Trên mặt phẳng x0y chỉ có mô men xoắn T2=272644 Nmm

->Biểu đồ mômen và kết cấu của trục:

*/Tính chính xác đường kính trục 2:

Với dsb2=35 mm thì [] = 60Nmm

-Tại mặt cắt 0: d0=   0

1 , 0



td M

( do Mtd1=0) -Tại mặt cắt 1:

Xuất phát từ độ bền ,tính lắp ghép và tính công nghệ ta chọn đường kính trên các đoạn trục như sau:

d20=35 mm d21=35 mm d22=40mm d23=40 mm

+/Trên trục 3:

Với số liệu như sau:

d2=360 (mm) là đường kính của bánh răng

- Trên mặt phẳng x0y chỉ có mô men xoắn T3=795.031 Nmm

->Biểu đồ mômen và kết cấu của trục:

td M

(do Mtd1=0) -Tại mặt cắt 1:

-Tại mặt cắt 3: d33=

50 1 , 0

688517

1 ,

Mi : Mômen uốn tổng tại điểm i

+/Do trục quay một chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động:

m = a=max/2=T/2.W0

+/Xác định hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số trung bình đến độ bền mỏi

Theo bảng 10.7 có  = 0,05 = 0

+/Xác định các hệ số Kdj , Kdj với các tiết diện nguy hiểm theo:

Kdj = ( Kj/ + Kx – 1)/Ky

Kdj = (Kj/ + Kx –1)/Ky

Phương pháp gia công là tiện Ra = 2,5 …0,63 m Tra bảng 10.8 (trang 197)  Kx

=1,06

Ky : hệ số tăng bền bề mặt Ky=1 (không tăng bền bề mặt)

K : hệ số tập trung ứng suất khi uốn

K : hệ số tập trung ứng suất khi xoắn

Bảng(10-12):dùng dao phay ngón,hệ số tập trung ứng suất tải rãnh ứng suất vật liệu:

3 13

2

t d bt

5 30 8 10 32

30 14 ,

3 13

2

t d bt

5 30 8 10 16

30 14 ,

6 , 261

7 , 151

02 , 35 54 , 2

2 2

2 2

2 2

2 2 2

Khi đó có

W11 =

32

3 11

Ky : hệ số tăng bền bề mặt Ky=1 (không tăng bền bề mặt)

K : hệ số tập trung ứng suất khi uốn

K : hệ số tập trung ứng suất khi xoắn

Bảng(10-12):dùng dao phay ngón,hệ số tập trung ứng suất tải rãnh ứng suất vật liệu:

K2 =1,76; K2 =1,54

Bảng(10-10):tra được hệ số kích thước  = 0,88  =0,81

1 22 1 22

22

bt d t d

1 22 1 22

22

bt d t d

1 23 1 23

23

bt d t d

1 23 1 23

23

bt d t d

3 32

2

t d bt

3 32

2

t d bt

16

60 14 ,

7 , 151

Với kết quả tính toán như trên thì trục thoả mãn độ bền

g/ Kiểm nghiệm độ bền của then :

Nguyên nhân hỏng then chủ yếu do bị dập hay bị cắt , do vậy ta kiểm nghiệm độ bền dập và độ bền cắt của then :

d = 2T / [d.lt ( h - t1)]  [d] c = 2T / (d.lt b)  [c]

Với d:là ứng suất dập c : là ứng suất cắt

T : mô men xoắn trên các trục d : đường kính trục

h : chiều cao của then b : chiều rộng của then

t1 : chiều sâu rãnh then trên trục

lt : chiều dài rãnh then

Theo bảng 9.5: Với mối ghép cố định , trạng thái làm việc va đập vừa