Đồ án nguyên lý máy (2)

PHẦN I: TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀNI.TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ 1... PHẦN III: THIẾT KỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NGHIÊNG σ : ứng suất tiếp xúc cho phép với chu kỳ cơ sở NHE,

PHẦN I: TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

I.TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ

1 Tính công suất trên trục động cơ điện:

- Các số liệu ban đầu:

+ Lực vòng trên băng tải: F= 10700 (N)

+ Vận tốc tang tải: V = 0,85 (m/s)

+ Đường kính tang tải: D = 200 (mm)

+ Số năm làm việc: y = 5 (năm)

- Công suất làm việc trên trục máy công tác:

- Tính toán hiệu suất hệ thống:

+Hiệu suất chung:

2 Xác định công suất động cơ:

- Ta có tải trọng thay đổi → Pt = Ptd

+ u: tỉ số truyền chung của hệ thống

+nlv : số vòng quay của máy công tác

- Xác định nlv:

1

II PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

- Tỉ số truyền của hệ thống

1458 17,96

81,17

dc tt

lv

n u

n

- Theo sơ đồ động:

+ Tỉ số truyền chung:

u = unt × uh × ux

+ Trong đó:

U: tỉ số truyền chung

uh: tỉ số truyền hộïp giảm tốc

ux= 2: tỉ số truyền xích ngoài hợp

unt =1: tỉ số truyền khớp nối trục

+ Tỉ số truyền hợp giảm tốc

un: tỉ số truyền bộ bánh rang nghiêng cấp nhanh

uc : tỉ số truyền bộ bánh rang nghiêng cấp chậm

+ Chọn u n =1, 25u c

2

- Sai lệch tỉ số truyền là: Δu = utt − u = 17,96 – 17,956= 0,004

- Sai lệch cho phép 2 ÷ 3 %

n n

u

= = = (v ph)

IV x

n n

ct dc

I I

II II

II

P T

III III

IV IV

P(kw) 9,65 9,6 9,36 9,13 8,63

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÁC BỘ TRUYỀN

Điều kiện làm việc:

- Tải trọng va đập nhẹ và quay một chiều.

- Một năm làm việc 300 ngày, 1 ngày làm việc 2 ca, 1 ca 8 giờ

- Làm việc trong môi trường có bụi.

- Chất lỏng bôi trơn đạt yêu cầu.

I THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH

1 Chọn loại xích

Vì tải trọng nhỏ,vận tốc thấp, dùng xích con lăn

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

Pt : công suất tính toán (kw)

P : công suất cần truyền trên trục 3 (kw) : P = 9,13 ( kw)

[P] : công suất cho phép (kw)

⇒ k = 1×1×1×1,35×1,25×1,3 = 2,194

Vậy, công suất tính toán là: Pt = P×K×Kz×Kn = 9,13×2,194×0,93×1,19 = 22,17 (kw)Theo bảng 5.5 với n01 = 200 (v/ph) chọn bộ truyền xích 1 dãy, có bước xích p= 38,1(mm).Thỏa điều kiện bền mòn Pt < [P]= 34,8(KW)

π

4

4 Tính kiểm nghiệm xích về độ bền

- Với các bộ truyền xích bị quá tải lớn khi mở máy hoặc thường xuyên chịu

trọng va đập trong quá trình làm việc cần tiến hành kiểm ngiệm về quá tải theo

Fv: lực căng do lực ly tâm sinh ra

Chọn q=5,5kg (nghĩa là khối lượng 1 mét xích)

⇒ F v = × =q v2 5,5 2,88× 2 =45,6( )N

Fo = 9,81kf ×q×a: lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra

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

- Theo bảng 5.10 với n = 200 (v/ph)

5

Ta cĩ: [s] = 8,5 Vậy s > [s], bộ truyền xích đảm bảo đủ bền.

d1,d2:Đường kính vòng chia của đĩa xích

df1,df2:Đường kính vòng chân

- Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc của đĩa xích

- Theo bảng 5.11 ta chọn thép 45 tơi cải thiện đạt độ rắn HB170 sẽ đạt ứng suất

tiếp xúc cho phép [σH] = 500 MPa đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng 2

PHẦN III: THIẾT KỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NGHIÊNG

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

NHE, NFE: số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

Với C=1: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay

N=1458(v/ph) Tổng thời gian làm việc: 24000(h)

K : HL hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ

tải trọng của bộ truyền

+ Theo cơng thức 6.1a: ứng suất tiếp xúc cho phép [ ] lim

H

K S

σ =σ [ ]1

560 1

509( )1,1

+Theo cong thức 6.7 (trang 93)

+ Do trường hợp làm việc với tải trọng thay đổi nhiều bậc.Theo cơng thức 6.8

max

F m i

NFO: số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi khử về uốn

+Theo công thức 6.2a với bộ truyền quay 1 chiều KFC=1, ta được:

[ ] FLim o . FC. FL

F

F

F K S

σ

+ Ứng suất quá tải cho phép

Theo cơng thức 6.10 & 6.11

.

H a

- Theo bảng 6.5 chọn Ka = 43 (răng nghiêng)

- Theo bảng 6.7 chọn = 1,07 (sơ đồ 3)

c Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

- Theo cơng thức 6.33: ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc

-Theo cơng thức 6.34:

( ) 2 cos 9,935( ( ) )

2.cos

1,739sin 2 sin 2 20,32

b H

εβ : hệ số trùng khớp đo

Ï Zε: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

εα: hệ số trùng khớp ngang

- Đường kính vịng lăn bánh nhỏ

dw1 = u2m+w1

a

= 2 1033,355 1

×+ = 47,3 (mm)

- Theo cơng thức (6 40)

v1 =

60000

d w1 n1

u

a v g

- Cơng thức (6.41) Khv: hệ số kể đến tải trọng xuất hiện trong vùng ăn khớp

KHv = 1+

α β

ν

H H

w w h

K K T

d b

2

1

1 1

- Với cấp chính xác động học 9.Chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8.Khi đĩ cần

gia cơng đạt độ nhám Ra = 2,5… 1,5µ m, do đó Z =0,95 r

Như vậy σH =470,4 MPa < [σH]=470,63 MPa

d Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

α α

Yε : hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

Yβ: hệ số kể đến độ nghiêng của răng

- Số răng tương đương:

σH1max =σH K qt =475,5MPa<[σH]max =1260MPa

σF1max =σF1K qt =140,57MPa<[σF1 max] =464MPa

σF2max =σF2K qt =136,77MPa<[σF2 max] =360MPa

g Các thơng số và kích thước bộ truyền

-Gĩc nghiêng của răng : β =6 39 51,32o ' "

-Số răng bánh răng: z1=40; z2=107

-Hệ số dịch chuyển: x=0; y=0

-Theo các công thức trong bảng 6.11, ta được:

+Đường kính vịng chia :

d1 =cosβ

.Z1m

=60 (mm)

d2 = cosβ

.Z2m

=161 (mm) +Đường kính đỉnh răng:

H a

- Theo bảng 6.5 chọn Ka = 43 (răng nghiêng)

- Theo bảng 6.7 chọn K Hβ= 1,03 (sơ đồ 5)

- Theo cơng thức 6.16:ψbd= 0,53× (u+1)=0,53 0, 4× ×(2, 23 1+ ) =0,68476

.cos

- Suy ra β = 8,2089=8012’31,99”

c Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

- Theo cơng thức 6.33: ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc

σH = ZM.ZH Zε 2 2

1

2 .(u 1)

- Theo cơng thức 6.34: ZH =

w

2.cossin 2

- Theo cơng thức (6 40):

14

v =

60000

d w n2

u

a v g

- Với cấp chính xác động học 8.Chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 7 Khi đĩ cần

gia cơng đạt độ nhám Ra = 1,25… 0,63µm,do đó Z =1 r

σH1max =σH K qt =494,39MPa<[σH]max =1260MPa

σF1max =σF1K qt =164, 26MPa<[σF1 max] =464MPa

16

σF2max =σF2K qt =162MPa<[σF2 max] =360MPa

g Các thơng số và kích thước bộ truyền

- Hệ số dịch chuyển: x=0; y=0

- Theo các công thức trong bảng 6.11, ta được:

PHẦN IV: THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN

1 CHỌN VẬT LIÊÏU CHẾ TẠO TR ỤC

+ Ta dùng thép C45 cĩ σb=600 MPa, ứng suất xoắn cho phép

[τ ] = (12… 20)MPa

+ Sơ đồ lực trong khơng gian:

17

2 XÁC ĐỊNH Đ ƯỜNG KÍNH SƠ BỘ CÁC ĐOẠN TRỤC

- Theo (10.9), đường kính trục k với k=1……3: 3 [ ] ( )

2,

2,

1 d d d

28,19 mm ⇒ dtb =35 mm

3 XÁC ĐỊNH GIỮA CÁC GỐI ĐỠ VÀ ĐIỂM ĐẶT LỰC

- Từ đường kính các trục, tra bảng (10.2) ta được chiều rộng các ổ lăn:

4 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ VÀ KIỂM NGHIỆM BỘ TRUYỀNG TRỤC I

a Xác định các thơng số và chiều của các lực từ các chi tiết máy:

- Các thơng số ban đầu:

2082

60, 41

t w

- Tra bảng (16.10a) với T1 =62881 (N.mm) ta được:

Dt =71 (mm): đường kính vịng tròn qua tâm các chốt của nối trục đàn hồi

⇒ Lực hướng tâm do khớp nối đàn hồi tác dụng lên trục, hướng ngược phương

D

×

⇒Chọn Fxkn = -450 (N)

b Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục:

- Sơ bộ trục, chi tiết quay và lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục

- Xác định phản lực tác dụng lên gối đở, sử dụng phương trình moment và

phương trình hình chiếu của các lực trong mặt phẳng zOy và zOx:

+Trong mp zOy:

1 12 1 12

11

11 1 12

202( )169

11

846( )169

tdA A

*Tại D: theo cơng thức (10.15) và cơng thức (10.16):

25009]

.[

1,

*Tại B : theo công thức (10.15) và công thức (10.16)

48348]

.[

1,

c.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

- Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện có mặt cắt nguy hiểm (tại B)

MxB = 17325 (Nmm) ; MyB = 48009 (Nmm0

21

+ σ-1 :giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng.

+Với thép Cacbon 45 có σb = 600 (MPa)

b.1.( − 1)

+ Theo bảng (10.16) tra được then:

b = 6 (mm) ; t1 =3, 5 (mm)

114525

)5,325(5,3632

2514,

6,261

m a

d

K

S

τψσ

τ

τ σ

+ Khi trục quay 1 chiều: Cơng thức (10.23): Tm =Ta =TB / 2.WOB

+ Theo bảng (10.6) với trục quay 1 chiều :

25

255,3616

2514,3).(

.16

1 1

3

B

B D

d

t d t b d W

+ Moment xoắn tại B : T1 = 70251 (Nmm)

⇒ m a 5MPa

26782

73,151

×+

×

=+

=

m a

d

K

S

τψτ

τ

τ τ

τ

5,274,4

5,27.4,4

2 2

2

S S

S S

+

=+

=

⇒

τ σ

τ σ

Như vậy,khơng cần phải kiểm tra về độ cứng của trục

- Tại tiết diện nguy hiểm : Mmax =48009 (Nmm) ; Tmax = 26807 (Nmm)

- Theo cơng thức (10.28) : MPa

d

M

B

7,30251,0

48009

1,

- Theo cơng thức (10.29) : MPa

d

T

B

6,8252,0

26807

2,

- Thép 45 : σb = 600 (MPa) ; σch = 340 (MPa)

- Theo cơng thức (10.30) : [ ]σ =0,8×σch =0,8 340 272× = (MPa)

⇒ σtđ = 30,72 +3×8,62 =34MPa

- Vậy σtd <[ ]σ : trục đạt yêu cầu về độ bền tĩnh.

5.XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ VÀ KIỂM NGHIỆM BỘ TRUYỀNG TRỤC II

a Xác định các thơng số và chiều của các lực từ các chi tiết quay :

- Các thơng số ban đầu :

- Moment uốn do Fa2 gây ra trên trục II

w

16,60

84455.22

t

3692,13cos

5112,202807cos

3

3 3

βα

3 3

b Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục :

- Xác định phản lực tác dụng lên gối đở : Sử dụng phương trình moment và

phương trình hình chiếu của các lực trong mp zOy và zOx :

-Trong mp zOy :

N F

F F

F

N l

M M l F l F

F

r ly r

ly

a a r

r ly

2663434701079

343153

36,2006315870

5,49.4705,103.1079

2 22 3 21

21

3 2 22 2 23 3 22

F F F

N l

F l F l F

t lx t lx

t t

lx

17511246

23022807

2302153

1246.5,492807.5,103

2 22 3 21

21

2 22 3 23 22

=+

−

=+

* Tại A : Mtđ = 0 ; * Tại D : Mtđ = 0 Do đó, chọn d2A và d2D theo d sơ bộ

Tại đây có lắp ổ lăn : chọn d2A = d2D = 30 (mm)

* Tại B : theo công thức (10.15) và công thức (10.16)

mm N T

M M

Nmm M

M M

B B

tdB

xB yB B

.11417284455

.75,087669

75,0

87669)

5,49.1751()5,49.266(

2 2

2 2

2 2

2 2

=+

=+

=

=+

=+

114172]

.[

1,

3

σ Chọn dB =35 (mm) [ ]σ =50 (MPa) ứng với thép 45 có σ ≥b 600(MPa) đường kính trục ≥ 30(mm)

*Tại C : theo công thức (10.15) và công thức (10.16)

mm N T

M M

Nmm M

M M

C C

tdc

xC yC C

.140377184455

75,0119818

75,0

119818113949

37041

2 2

2 2

2 2

2 2

=

×+

=+

=

=+

=+

140377]

.[

1,

- Biểu đồ moment như hình vẽ.

c.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện có mặt cắt nguy hiểm (tại C)

* sσ : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại C.

- Theo công thức (10.20): 1

s K

σ-1 : giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng

- Với thép Cacbon 45 có σb = 600 (MPa)

d

t d t b W

2 1 1

3 ( )32

36.14,

)535.(

5.1032

35.14,

- ψσ : hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình.

6,261

m a

d

K

S

τψσ

τ

τ σ

- Theo bảng (10.6) với trục quay 1 chiều :

26

7128

35

)535.(

5.1016

3514,3).(

.16

1 1

3

C

C C

d

t d t b d

⇒ m a 5,9MPa

7128.2

73,151

+

=+

=

m a

d

K

S

τψτ

τ

τ τ

τ

][7,438,238,4

38,23.8,4

2 2

2

S S

S S

+

=+

=

⇒

τ σ

τ σ

- Như vậy,khơng cần phải kiểm tra về độ cứng của trục.‘

d Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh :

- Cơng thức (10.27): σtd = σ2+3τ2 ≤[ ]σ

- Tại tiết diện nguy hiểm : Mmax =119818 (Nmm) ; Tmax =84455(Nmm)

- Theo cơng thức (10.28) : MPa

d

M

C

9,27351,0

119818

1,

- Theo cơng thức (10.29) : MPa

d

T

C

8,9352,0

84455

2,

- Thép 45 : σb = 600 (MPa) ; σch = 340 (MPa)

- Theo cơng thức (10.30) : [ ]σ =0,8×σch =0,8 340 272× = (MPa)

- Thay vào cơng thức (10.27) :

σ < σ Kết luận: trục đạt yêu cầu về độ bền tĩnh.

6 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ VÀ KIỂM NGHIỆM BỘ TRUYỀN TRỤC III

a.Xác định các trị số và chiều của các lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục:

- Các thơng số ban đầu :

- Moment uốn do Fa3 gây ra trên trục III:

Sử dụng phương trình moment và phương trình hình chiếu của các

lực trong mp zOy và zOx :

- Trong mp zOy :

N F

F F

F

N l

M l

l F l F F

x r ly ly

a c

x r

ly

13782518

10794976

4976153

53987)

5,83153(25185

,103.1079)

(

4 32 31

31

4 34

31 33

4 32

++

=+

++

=

- Trong mp zOx :

N F

F F

N l

F l F

lx t lx

t lx

90818992807

1899153

2807.5,103

32 4 31

31

4 33 32

M

Nmm M

M M

D tdD

yD xD

D

284485221280

75,0

210257210257

2 2

2 2

2

=

×+

=

=

=+

284485]

.[

1,

3

σ ⇒ Chọn d3D=d3A = 40 (mm) [ ]σ =50 (MPa) ứng với thép 45 có σ ≥b 600(MPa) đường kính trục > 30(mm)

*Tại C : theo công thức (10.15) và công thức (10.16)

mm N T

M M

Nmm M

M Mc

c c

tdc

xc yc

.256703221280

75,0170801

75,0

17080193978

142623

2 2

2 2

2 2

2 2

=

×+

=+

=

=+

=+

256703]

.[

1,

*Tại E : theo công thức (10.15) và công thức (10.16)

28

mm N T

M M

M

E E

tdE

E

.191634221280

75,00

75,0

0

2 2

191634]

.[

1,

x y

465839

159675,2 406029

C.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

- Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện có mặt cắt nguy hiểm (tại C)

σ-1 :giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng

- Với thép Cacbon 45 có σb = 600 (MPa)

d

t d t b d W

2 1 1

3 ( )32

.14,

4514,

6,261

m a

d

K

S

τψσ

τ

τ σ

σ

*sτ : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng tiếp tại C:

31

- Theo cơng thức (10.21): 1

s K

T

0

.2

=

=ττ

- Theo bảng (10.6) với trục quay 1 chiều :

1521345

)5,545(5,51416

4514,3).(

.16

2 3

2 1 1

3

C

C C

d

t d t b d

152132

73,151

=

m a

d

K

S

τψτ

τ

τ τ

τ

5,93,7

5,9.3,7

2 2 2

S S

S S

+

=+

=

⇒

τ σ

τ σ

Như vậy,khơng cần phải kiểm tra về độ cứng của trục.‘

d Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh :

- Cơng thức kiểm nghiệm cĩ dạng : cơng thức (10.27) :

σtd = σ2+3τ2 ≤[ ]σ

- Tại tiết diện nguy hiểm : Mmax = 170801(Nmm) ; Tmax =221280(Nmm)

- Theo cơng thức (10.28) : MPa

d

M

C

7,1845.1,0

170801

1,

max = =

=σ

- Theo cơng thức (10.29) : MPa

d

T

C

1,1245.2,0

221280

2,

max = =

=τ

- Thép 45 : σb = 600 (MPa) ; σch = 340 (MPa)

- Theo cơng thức (10.30) : [ ]σ =0,8×σch =0,8 340 272× = (MPa)

⇒ σtd = 18,72 +3×12,12 =28MPa

σtd <[ ]σ Kết luận: trục đạt yêu cầu về độ bền tĩnh.

7.THIẾT KẾ THEN

- Ta dùng then bằng đầu nón

32

- Gia cong rảnh then trên trục dùng phương pháp phay bằng

dao phay ngón

- Ta cần kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập theo c.t(9.1)

và độ bền cắt theo c.t (9.2) với lt =1,35 d.

- Theo bảng (9.5) : [ ]σd =100 MPa( ) ⇒σd <[ ]σd

- Điều kiện bền cắt : theo cơng thức (9.2) :

b l d

T

C t

875,3325

268072

h l d

T

t

)58(25,4735

844552

).(

.2

Theo bảng (9.5) : [ ]σd =100 MPa( ) ⇒σd <[ ]σd

Điều kiện bền cắt : theo cơng thức (9.2) :

b l d

T

C t

1025,4735

844552

T

t

)58(25,4735

844552

).(

.2

Theo bảng (9.5) : [ ]σd =100 MPa( ) ⇒σd <[ ]σd

b l d

T

C t

1025,4735

844552

h l d

T

t

)5,59(75,6045

2212802

).(

.2

33

Theo bảng (9.5) : [ ]σd =100 MPa( ) ⇒σd <[ ]σd

- Điều kiện bền cắt : theo cơng thức (9.2) :

MPa MPa

b l d

T

C t

1475,6045

2212802

h l d

T

t

)58(25,4735

2212802

).(

.2

Theo bảng (9.5) : [ ]σd =100 MPa( ) ⇒σd <[ ]σd

- Điều kiện bền cắt : theo cơng thức (9.2) :

MPa MPa

b l d

T

C t

1025,4735

2212802

PHẦN V: THIẾT KẾ Ổ LĂN

1 Chọn ổ lăn cho truc I:

- Theo kết quả tính toán trục ta có :

1 = =

r

a

F V