hiết kế hệ dẫn động băng tải vói hộp giảm tốc bánh ráng trụ hai cấp, đồng trục, dẫn bằng động cơ điện thông qua khớp nôi và bộ truyền xích

ĐỒ án môn học chi tiết máy là một đồ án chuyên ngành chính của sinhviên ngành công nghệ chế tạo máy, nhằm cung cấp các kiến thức cơ bản đê giảiquyết một vấn đề tổng hợp về công nghệ chế

^Đầ án @/tí ỶĨiỉí JHúíị QlạẦiụln Qtítảl Qụ á ntị

Lơrí XXtA.

ĐỒ án môn học chi tiết máy là một đồ án chuyên ngành chính của sinhviên ngành công nghệ chế tạo máy, nhằm cung cấp các kiến thức cơ bản đê giảiquyết một vấn đề tổng hợp về công nghệ chế tạo Sau khi thiết kế đồ án môn họcchi tiết máy, sinh viên được làm quen với cách sử dụng tài liệu, sổ tay, tiêuchuẩn và khả năng kết hợp so sánh những kiến thức lý thuyết và thực tế sản xuất,độc lập trong sáng tạo để giải quyết một vấn đề công nghệ cụ thể

Đồ án môn học Chi tiết máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệthống hoá lại các kiến thức cũng như nắm vững thêm về môn học Chi tiết máy vàcác môn học khác như Sức bền vật liệu, Dung sai, Vẽ kỹ thuật đồng thời làmquen dẫn với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị chi việc thiết kế đồ án Tốtnghiệp sau này

Xuất phát từ tầm quan trọng đó, em được nhận đồ án môn học Chi tiết

máy với việc lập quy trình: “Thiết kế hệ dẫn động băng tải vói hộp giảm tốc bánh ráng trụ hai cấp, đồng trục, dẫn bằng động cơ điện thông qua khớp nôi

và bộ truyền xích

Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợp, còn

có những mảng chưa nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu

và bài giảng cuả các môn học có liên quan song bài làm của em không thể tránhkhỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự hướng dẫn tận tình và chỉ bảo củacác thầy cô trong bộ môn để em củng cố và hiểu sâu hơn, nẵm vững hơn về nhữngkiến thức đã học

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là sự

giúp dỡ tận tình của thầy giáo Đỗ Đức Nam Đến nay cơ bản em đã hoàn thành

nhiệm vụ của mình, tuy còn nhiều thiếu sót trong quâ trình làm đồ án, em kínhmong sự chỉ bảo của các thầy cô để em có thể củng cố thêm kiến thức và hoànthành tốt nhiệm vụ của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, tháng 11 năm 2006

Sinh viên:

^Đầ án @h ì CJiứ JtlÚ Ịi QlụẮiụẪn Qỉhảl Qu á n tị

PHÀN I - TÍNH TOÁN HỆ DÂN ĐỘNG

CHƯƠNG 1:

CHỌN ĐỘNG Cơ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ số TRUYỀN

I- CHỌN ĐỘNG Cơ

1 Xác định công suất cần thiết của động cơ.

Công suất cần thiết lớn nhất Pct trên trục động cơ được xác định theo côngthức 2.8[1 ] sau:

Pct = PTAl

♦ Trong đó:

Pct: Côns suất cần thiết trên trục động cơ (kw)

Pt: Công suất tĩnh toán trên trục máy công tác (kw)

TỊ: Hiệu suất chung của hệ dẫn động

★ Theo công thức: 2.11

p,= F.Vr» _ 900.0,55

Với: p =——— = 4,95(/bv)

F =9000 N: lực kéo băng tải,

V = 0,55 m/s : vận tốc băng tải

r| - Hiệu suất chung của hệ thống dẫn động

★ Theo sơ đồ tải trọng đề bài thì:

© Tra bảng 2.3 [1] ta được các hiệu suất:

r|0| = 0,99 - hiệu suất của một cặp ổ lăn.r|br = 0,97 - hiệu suất của một cặp bánh răng

rỊk = 0,99- hiệu suất của khớp nối trục đàn hồi.r|x = 0,93- hiệu suất của bộ truyền xích

* Thay số ta có:

TI = 0,99 0,972.0,993.0,93 * 0,84

=> pct = Px/r| = 4,95/0,84 = 5,89 (KW)

^Đầ án @h ì CJiứ JtlÚ Ịi QLgẨíựẪn Qlhăl Qụ á ntị

Do tải trọng thay đổi nên ta chọn động cơ theo công suất tương đương

D: Đường kính băng tải

© Số vòng quay sơ bộ của động cơ nsb:

Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ là nđb= 1500 vg/ph

© Theo bảng P1.3 [1] ta chọn được kiểu động cơ là: 4A132S4Y3

♦ Các thông sô kĩ thuật của động cơ như sau:

q = 87,5 %

Coscp = 0,86

ux = 3,06

2 Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục

Pct = 5,89 KW : Công suất tính toán trên trục công tác

nct = 32,84 vg/ph: Vòng quay của trục công tácCông suất:

^Đầ án @/tí ỶĨiỉí JHíỉụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

CHƯƠNG II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG

Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp nên ta chọn xích con lãn

2 Xác định các thông số của đĩa xích và bộ truyền

Số răng đĩa xích nhỏ: Zj = 25 - 2ƯX = 25- 2.3,06 = 18,88 răng

ka = 1(VÌ lấy khoảng cách trục a = 30p)

k0 = 1 (Vì bộ truyền theo tính toán có góc nghiêng 4* < 40°)

kđc = l(Bộ truyền có thẻ điều chỉnh được bằng một trong các đĩa xích)

kbt = 1,3 (Môi trường có bụi, chất lượng bôi trơn loại II- theo bảng5.7)

Hệ số điều kiện sử dụng xích lấy theo công thức 5.4[1]

^Đầ án @h ì ỊJiỉi JtlÚ Ịi QLgẨíựẪn Qlhăl Qụ á ntị

t = 31,75 mm thoả mãn điều kiện bền mòn:

Vì là hộp giảm tốc đồng trục, đã chọn tỉ số truyền U| = ư2 do đó bộ truyềncấp nhanh không dùng hết khả năng tải cho nên ta tính bộ truyền cấp chậmtrước, bộ truyền cấp nhanh có thể lấy gần như toàn bộ số liệu của bộ truyền cấpchậm.

A TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN CẤP CHẬM (bánh răng trụ, răng thẳng)

1 Chọn vật liệu

Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo sự thống nhất hoá trong thiết kế

ta chọn vật liệu như sau:

* Bánh nhỏ (bánh 3): Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241-ỉ- 285 có:

ơb3 = 850Mpa ; ơch3 = 580 Mpa, chọn HB3 = 270 HB

* Bánh lớn (bánh 4): Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192 240 có

ơb4 = 750Mpa ; ơch4 = 450 Mpa, chọn HB4 = 220 HB

2 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Do bộ truyền làm việc trong điều kiện che kín đủ dầu bôi trơn nên dạnghỏng chủ yếu là tróc mỏi, do đó ta tính toán theo độ bền tiếp xúc - ta xác địnhứng suất tiếp xúc cho phép

ứng suất tiếp xúc cho phép của mỗi bánh răng được xác định theo CT 6.1 [1 ]:

[ Ơ°H3I J = 2HB3 + 70 = 2.270 + 70 = 610 Mpa[ ơ°H4iim ] = 2HB4 + 70 = 2.220 + 70 = 510 Mpa

Do bánh răng không được tăng bề mặt nên chọn hệ số an toàn

SH= 1,1 (theo bảng 6.2[1])

Khl: Hệ số tuổi thọ, được xác định như sau:

^Đầ án @h ì CJiứ JtlÚ Ịi QLgẨíựẪn Qlhăl Qụ á ntị

SỐ chu kỳ chịu tải trọng thay đổi tương đương của bánh răng lớn được xác định

> Theo công thức T: N Hữ = 6QCỊn, lu.2)ytị ^yỢị / Tỷ / /t ck

♦ Trong đó:

c =1: Là số lần ăn khớp của răng trong một vòng quay

£t; = 17000h: Là tổng thời gian làm việc của bộ truyền

tj: Là thời gian làm việc ở chế độ tải trọng T;

Từ đó ta có:

☆ Từ đó ta có:

NHE4 = 60.1.(382,89/3,8) 17000.[(l3.4/8 + 0,73.3/8)] = 63,720.106Theo bảng 10.8[1] ta có số chu kỳ cơ sở NH0 của thép C45 thường hoá chếtạo bánh răng lớn là 10.106

Vậy NHE4> NHO nên ta lấy: KHL4 = 1

Số chu kỳ chịu tải trọng thay đổi tương đương của bánh răng nhỏ lớn honcủa bánh răng lớn u lần:

NHE3 = u NHE4 = 3,8.63,720106 = 242,14.106 > NH0Theo bảng 10.8[ 1 ] với độ rắn bề mặt bánh răng nhỏ 250 HB có thể lấy:

Với [ơ H \ <[ơ-„J) và [ơ HỈ ]

* ủng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải của mỗi bánh răng

Bánh 3: [ơ-W3]Max = 2,8 ơch3 = 2,8.580 = 1624 Mpa

Bánh 4: [cr //4]Max = 2,8 ơch3 = 2,8.450 = 1260 Mpa

Vậy ta chọn [ơ H ]Max = 1260 Mpa

3 Tính ứng suất uốn cho phép

* ủng suất uốn cho phép của bánh răng được tính theo CT 6.2[1]:

k ]- I s, )YR.YS xXF X K ,K FL

Trong bước tính sơ bộ lấy: Y R Y S K XF = 1

^Đầ án @h i CJiứ JHií ụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

Ơ° FU : ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở

[ơ FĨ ]=ơ° FVimì /S F K FLÌ K FC = 486/1,75.1,1 =278 Mpa

[ơ F4 ]=ơ° FVim4 /S F K FL4 K FC = 396/1,75.1,1 =226 Mpa

ứng suất uốn cho phép khi quá tẳi, theo CT 6.14[1]:

Bánh 3: [ơ>3]Max = 0,8 ơch3 = 0,8 580 = 464 Mpa

Bánh 4: [ơ>4]Max = 0,8 ơch4 = 0,8 450 = 360 Mpa

bw = (pa.aw = 0,25.202 = 50,50 mm

dw3 = 2.aw2/(u+l) =2.202/(3,8+1) =84,17

6 Kiểm nghiệm răng về độ bán tiếp xúc.

+ Yêu cầu cần phải đảm bảo:

Góc profin răng bằng góc ăn khớp:

20,4°

tgpb = cosartg|3 = cos20%.tg(0)= 0^> Ị3b = 0°

Z£: Hệ số ké đến sự trùng khớp của răng, theo CT 6.36[1]

KHa: Hệ số xét đến sự phân bố không đều của tải trọng, được xác định từvận tốc vòng V Vận tốc bánh dẫn theo công thức 6.40[1]:

Cấp chính xác động học là 9, chọn mức chính xác tiếp xúc là 8 Khi đócần gia công đạt độ nhám là Rz = 2,5 1,25 pm Do đó ZR = 0,95

Do đổ <J H < [ơ H \ nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc

7 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Yêu cầu : ơp < [ơy] , ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không được vượt

quá giá trị cho phép Theo công thức 6.43 [1 ]:

YF3: Hệ số dạng răng của bánh 3, tính theo số răng tương đương Ztđ3

Tra bảng 6.18[ 1 ] tacóYF3 = 3,8

Ztd4 = Z4 /cos^ = 125 /cosl4,98° = 138,66Tra bảng 6.18[ 1 ] ta có YF4 = 3,6

KF : Hệ số tải trọng khi tính về uốn theo CT 6.45[1]:

KF = KFp.KFa.KFV = 1,13.1,37.1,02 = 1,60

<T F3 =2 116229,20.1,60.0,6 0,89 3,8/50,50.84,17.2,5 = 71,02 Mpa o- F4 =aF3 YF4/ YF3 = 71,02.3,6/3,8 = 67,28 Mpa

Ta thấy độ bền uốn được thoả mãn vì:

Ơ F4 < [ơ F4 ] = 226 Mpa

Để đảm bảo sự ăn khớp khoảng cách trục a ta dịch chính âm:

s Kiểm nghiệm răng về quá tải.

^ Ta có:

^Đầ án @/tí ỶĨiỉí JHíỉụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

K ql = T m m / T = l , 4 _

ơBm„ = Ơ„.ỊK~ V =291,25 .VŨ = 343,68Mpa < [ƠJM„ = 1260 Mpa

o>4„,, = S Fi x v = 76,28.1,4 = 94,19 Mpa

Vi Ơ FÌmax*' [&FÌ ]Max — 464 Mpa, < [ơ’ f - 4 ] Max — 360 Mpa,

Nên răng thoả mãn về điều kiện quá tải

Kết luận: Bộ truyền cấp chậm làm việc an toàn.

^Đầ án @/tí ỶĨiỉí JHíỉụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

S Tỉ số truyền: u = 3,79

s Số răng bánh bị dẫn: Z4 =125

B TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN CẤP NHANH (Bánh răng trụ răng nghiêng)

1 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúe.

^ Chọn vật liệu:

Vì là bộ truyền bánh răng trụ năng nghiêng nên có khả năng chịu tải caohơn bánh răng thẳng, làm việc êm hẳn Nên ta chỉ cần chọn vật liệu bằng với vậtliệu của bộ truyền cấp chậm bánh răng trụ răng thẳng đã tính ở trên

Do hộp đồng trục bộ truyền cấp nhanh không dùng hết khả năng tải chonên ta lấy một số thông số cơ bản như bộ truyền cấp chậm

^Đầ án @/tí ỶĨiỉí JHíỉụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

Góc profin răng bằng góc ăn khớp:

= 235,52 Mpa

(ổ H ,g Q tra theo bảng 6.15[ 1 ] và bảng 6.16[ 1 ] ta có £„=0,002 và g0=56 )

=> Kh= KhP Khv K„a=l,01.0,15.1,13 «0,17Tính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:

[ Ơ I I ] = [ ơ / I ] ZR Z V K XHVới v = 6,38 m/s=>zv = lCấp chính xác động học là 8 Khi đó cần gia công đạt độ nhám là:

Rz = 2,5 1,25 pm

Do đó ZR = 0,95Với da < 700 mm => KXH = 1

Do đó Ơ H < [ơ„ ] nên răng thoả mãn độ bền tiếp xúc

2 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Yêu cầu : Ơ F ^ k l , ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không được vượt

quá giá trị cho phép Theo công thức 6.43 [ 1 ]:

YF3: Hệ số dạng răng của bánh 3, tính theo số răns tương đương Ztđ3

Tra bảng 6.18[ 1 ] tacóYF3 = 3,9

ztđ4 = z4 /cos^ = 125 / 0,98482 = 132,97

Tra theo Ybd ứng với bảng 6.7[1] ta có Kpp=l,3

Với V < 10 m/s, tra bảng 6.14[ 1 ] thì Kpa=l,37

Ỡ74max = 5:8,61.1,4 = 82,05 Mpa

*1 073max< [^Vsliviax •> ơ F4max ^ [^V^Max

Nên 1'ăng thoả mãn về điều kiện quá tải

Kết luận: Bộ truyền cấp nhanh làm việc an toàn.

* Các thông số của bộ truyền:

^Đầ án @/tí ỶĨiỉí JHíỉụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

z Góc nghiêng của răng: Ị3 »10,140° = 10°08’30”

s Góc profin răng bằng góc ăn khớp:

a, = a tw = arctg (tga/cosP) = arctg (tg20°/cos 10,140) » 20,29 °

^Đầ án @h i CJiứ JHií ụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

CHƯƠNG III: THIẾT KÊ TRỤC

Sô liệu cho trước:

Công suất trên trục vào của hộp giảm tốc: p = 4,95 KW

n, = 1455 v/ph ; u, =u2 =3,8 ; b, =34b2 =30.b3 =50,50; b4= 45Góc nghiêng của cặp bánh răng: (3 «10°08,30”

^Đầ án @/tí ỶĨiỉí JHíỉụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

d3 = 52 mm

4 Xác định Khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt ỉực.

Ta chọn sơ bộ chiều rộng của ổ lăn (theo bảng 10.2[1]):

s Ô lăn trên trục I: b0 = 17 mm

S Ô lăn trên trục II: b0 = 23 mm

S Ô lăn trên trục III: b0 = 35 mm

hn : Chiều cao nắp ổ và đầu bulông

Theo công thức 10.10[ 1 ] ta có chiều dài mayơ nối trục, bánh răng, đĩa xích:

lm33 = (1,4*2,5)d3 = (1,4*2,5).52 = 72 * 130 mmChọn u = 90

AB 113

5 Tính toán hiểm nghiệm trục 2:

_ _ F X [ A O ] +F X2 A0 2 _ 180.28 + 756,31.56,50

r RY= -r— - = -: -:

^Đầ án @/tí ỶĨiỉí JHíỉụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

5 = Js; + sỉ >[5]

> Xác định hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm nhất (tiết diện lắp BR):

> Trong đó:

[s]: Hệ số an toàn cho phép, [s] = 1,5 .2,5Khi cần tăng độ cứng thì [s] = 2,5 3

Sơ, ST: Hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trường hợp ứng suất pháp hoặc ứng

ơ a ,T ,ơm, T m là biên độ và trị số tmng bình của ứng suất pháp và ứng suất

ơ_ị = 0,436 ơ b

Tra bảng 10.5, trục làm bằng thép C45 có ơ b = 600 MPa

=> <7_, = 0,436 crft = 0,436 600 =261,6 MPa

r_, =0,58 ơ_ x =0,58.261,6 = 151,73 MPa

Theo bảng (9.1) ta chọn loại then là: b X h X t = 6 X 6 X 3,5

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

Không dùng các phưoììg pháp tăng bề mặt do đó hệ số tăng bền: Ky = 1

^Đầ án @h i CJiứ JHií ụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

Theo bảng (10.12) khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại

rãnh then ứng với vật liệu ơ h = 600 MPa là:

^Đầ án @hi ỶĨiỉí JHú tị QlụẮiụẪn Qĩhảl Qu á n tị

^Đầ án @h ì CJiứ JtlÚ Ịi QlụẮiụẪn Qỉhảl Qu á n tị

6 Tính toán hiểm nghiệm trục 33 :

^Đầ án @/tí ỶĨiêí JHíỉụ QlạẦiụln Qlhăl Qụ á ntị

Õ.4 Kiểm nghiệm về độ bền mỏi.

Dựa vào kết cấu của trục II đã chọn sơ bộ như trên và biểu đồ mômentương ứng, ta thấy tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra về độ bền mỏi đó là tiếtdiện lắp bánh răng

Xác định hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm nhất:

Trên trục II, tiết diện nsuy hiểm nhất là tiết diện lắp BR dẫn 3

Kết cấu trục thiết kế phải thoả mãn điều kiện:

> Trong đó:

[s]: Hệ số an toàn cho phép, [s] = 1,5 2,5

Khi cần tăng độ cứng thì [s] = 2,5 .3

32 2d 2

Sơ, ST: Hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trường hợp ứng suất pháp hoặc ứngsuất tiếp, được tính theo các công thức sau đây:

ơ , T ,ơ m, T m là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất

ơ_ị = 0,436 ơ h

Tra bảng 10.5 trục làm bằng thép C45 có ơ b = 600 MPa

=> ơ_ x = 0,436 ơ h = 0,436 600 =261,6 MPa

=» r_, = 0,58 <7_, = 0,58 261,6 =151,73 MPa

Theo bảng (9.1) ta chọn loại then là: b X h X t = 10x8x5

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

^Đầ án @h ì CJiứ JtlÚ Ịi QlụẮiụẪn Qỉhảl Qu á n tị

Phương pháp gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầuđạt Ra = 2,5 0,63 pm, do đó theo bảng(10.8), hệ số tập trung ứng suất do trạngthái bề mặt là Kx = 1,06

Không dùng các phương pháp tăng bề mặt do đó hệ số tăng bền:

KY = 1

Theo bảng (10.12) khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại

rãnh then ứng với vật liệu ơ h = 600 MPa là:

Hệ số an toàn s theo CT(10.19):

s = = , 16’44-25-2 = = 13,77 > [ 5 ]

v^+s,2 Vl6,442 + 25,22

Trục tại tiết diện(2-2) thoả mãn về độ bền mỏi với hệ số an toàn s = 13,77

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp S ơ theo CT (10.20):

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp S T theo CT (10.21)

s _ T_ị _ 0,58.0,436.600 _ 25 2

T ~ krd*a+VT-Tm~ 2,06.3