Thiết Kế Máy Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Thùng Trộn ĐH Bách Khoa

Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động... Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc bánh răng, trục vít.. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc IV.THƠNG SỐ BỘ TRUY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN MƠN HỌC CHI TIẾT MÁY

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thái Vinh MSSV: G0904799

Ngành đào tạo: Ơ tơ – máy động lực.

GVHD: Dương Đăng Danh.

Thời gian phục vụ, L(năm) : 6 năm.

Quay một chiều, làm việc 2 ca, tải va đập mạnh.

(1 năm làm việc 270 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)

Chế độ tải: T 1 = T ; T 2 = 0,4T

t1= 31 giây ; t2 = 45 giây

NỘI DUNG THUYẾT MINH:

1. Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động

2. Tính toán thiết kế các chi tiết máy:

a. Tính toán các bộ truyền hở (đai, xích hoặc bánh răng)

b. Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít)

c. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực

d. Tính toán thiết kế trục và then

e. Chọn ổ lăn và nối trục

f. Chọn thân máy, bu-lông và các chi tiết phụ khác

3. Chọn dung sai lắp ghép

4. Tài liệu tham khảo

MỤC LỤC

LỜI NĨI ĐẦU………

PHẦN I: TÌM HIỂU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY……….

PHẦN II: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN………

I. CHỌN ĐỘNG CƠ………

II. PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN……….

PHẦN III: TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN XÍCH………

I. THƠNG SỐ CƠ BẢN………

II. TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN XÍCH………

III.KIỂM NGHIỆM BỘ TRUYỀN XÍCH………

1. Kiểm nghiệm xích về độ bền 2. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc IV.THƠNG SỐ BỘ TRUYỀN XÍCH……….

PHẦN IV: TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC………

A. THƠNG SỐ CƠ BẢN………

B. TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CƠN – CẤP NHANH………

1. Vật liệu và nguyên cơng bánh răng 2. Ứng suất cho phép a) Ứng suất tiếp xúc cho phép b) Ứng suất uốn cho phép c) Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép khi quá tải 3. Hệ số chiều rộng vành răng và hệ số tải trọng tính a) Xác định chiều dài cơn ngồi b) Xác định thơng số ăn khớp 4. Cấp chính xác bộ truyền 5. Các giá trị lực tác dụng lên bộ truyền 6. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 7. Kiểm nghiệm răng về ứng suất uốn 8. Kiểm nghiệm răng về độ bền quá tải 9. Thơng số bộ truyền C. TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ, RĂNG THẲNG – CẤP CHẬM…………

1. Vật liệu và nguyên cơng bánh răng

2. Ứng suất cho phép

d) Ứng suất tiếp xúc cho phép

e) Ứng suất uốn cho phép

f) Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép khi quá tải

3. Xác định sơ bộ khoảng cách trục

4. Xác định các thông số ăn khớp

5. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

6. Kiểm nghiệm răng về ứng suất uốn

7. Kiểm nghiệm răng về độ bền quá tải

8. Thông số bộ truyền

D. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN NGÂM DẦU………

PHẦN V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN……….

I. VẬT LIỆU CHẾ TẠO TRỤC VÀ ỨNG SUẤT CHO PHÉP………

II. CHỌN ĐƯỜNG KÍNH TRỤC SƠ BỘ………

1. Tải trọng tác dụng lên trục a) Bộ truyền bánh răng côn – răng thẳng b) Bộ truyền bánh răng trụ - răng thẳng c) Bộ truyền xích d) Nối trục 2. Xác định sơ bộ đường kính trục III.XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI MOAY – Ơ CÁC ĐOẠN TRỤC………

IV.XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ CHIỀU DÀI CÁC ĐOẠN TRỤC………

1. Tính cho trục I a) Xác định các lực tác dụng lên trục b) Tính đường kính trục 2. Tính cho trục II a) Xác định các lực tác dụng lên trục b) Tính đường kính trục 3. Tính cho trục III a) Xác định các lực tác dụng lên trục b) Tính đường kính trục V. TÍNH KIỂM NGHIỆM TRỤC VỀ ĐỘ BỀN MỎI………

VI.TÍNH KIỂM NGHIỆM TRỤC VỀ ĐỘ BỀN TĨNH………

VII. TÍNH CHỌN THEN………

1. Chọn then cho trục I

1.1.Chọn then vị trí lắp bánh răng côn

a) Chọn then

b) Kiểm nghiệm sức bền dập cho then

c) Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then

1.2.Chọn then vị trí lắp nối trục

a) Chọn then

b) Kiểm nghiệm sức bền dập cho then

c) Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then

2. Chọn then cho trục II

a) Chọn then

b) Kiểm nghiệm sức bền dập cho then

c) Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then

3. Chọn then cho trục III

3.1.Chọn then vị trí lắp bánh răng trụ

a) Chọn then

b) Kiểm nghiệm sức bền dập cho then

c) Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then

3.2.Chọn then vị trí lắp bánh xích.

a) Chọn then

b) Kiểm nghiệm sức bền dập cho then

c) Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then

PHẦN VI: TÍNH TOÁN CHỌN Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC………

A. CHỌN Ổ LĂN………

I. Xác định các thông số chọn ổ II. Chọn ổ cho tổng trục 1. Tính chọn ổ cho trục I a) Tính chọn ổ b) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ c) Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ 2. Tính chọn ổ cho trục II a) Tính chọn ổ b) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ c) Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ 3. Tính chọn ổ cho trục III a) Tính chọn ổ b) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ c) Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ B. CHỌN NỐI TRỤC………

PHẦN VII: TÍNH TOÁN VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ……….

I. THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC………

II. TÍNH CHỌN, THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT PHỤ………

III. CHỌN DẦU BÔI TRƠN………

PHẦN VIII: DUNG SAI VÀ LẮP GHÉP……….

KẾT LUẬN………

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đóng vai trò quan trọng với cuộc sống con

người Áp dụng khoa học kỹ thuật nhằm thay thế và giảm sức lao động con người một cách hiệu quả là mục tiêu của khoa học kỹ thuật Các hệ thống cơ khí chính là sự phát triển tuyệt vời cho

mục tiêu này Đặt con người ở trạng thái chủ động, an toàn và nâng cao hiệu quả công việc.

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí là một môn học cơ sở, xây dựng cho sinh viên ngành ô

tô có được kiến thức nền tảng, kỹ năng nhìn nhận vấn đề và cách nhìn tổng quan về công việc

thiết kế trong tương lai của một kỹ sư Từ đó, tạo nền tảng cho việc thực hiện các thiết kế, quản

lý, tổ chức, điều khiển trong lĩnh vực, chuyên môn của sinh viên sau này.

Trong phạm vi đồ án, các kiến thức của những mơn cơ sở như nguyên lý máy, chi tiết máy, sức

bền,… được áp dụng Đồng thời bổ trợ thêm về kỹ năng thực hiện đồ án, kỹ năng thực hiện bản

vẽ trên cơng cụ hỗ trợ là máy tính.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Đăng Danh đã hướng dẫn đồ án thiết kế truyền động cơ khí này Xin cảm ơn vì sự tận tình và kiến thức thầy đã cho em.

Đây là đồ án thiết kế cơ khí đầu tiên em thực hiện nên khơng tránh khỏi những sai sĩt, thiếu kinh nghiệm trong quá trình tính tốn, thực hiện Kính mong thầy, cơ sẽ chỉ dẫn thêm để em được

củng cố và đúc kết thêm kinh nghiệm hỗ trợ cơng việc sau này.

PHẦN I TÌM HIỂU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY.

Hệ thống dẫn động thùng trộn là hệ thống cơ khí được ứng dụng rất nhiều trong thực tế, cả

trong nơng lẫn cơng nghiệp.

Trong nơng nghiệp thùng trộn và hệ thống dẫn động thùng trộn được ứng dụng ngày càng rộng rãi như: trộn phân bĩn; thức ăn gia súc, gia cầm;…

Trong cơng nghiệp thùng trộn được sử dụng để khuấy dầu, hĩa chất; trộn nguyên liệu trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm; trộn bê tơng;…

Trong các ứng dụng của thùng trộn ở tất cả các trường hợp, thùng trộn đều được truyền và

dẫn động từ động cơ qua hộp giảm tốc Thùng trộn sẽ cĩ trục nối với đầu ra của hộp giảm tốc

hoặc thơng qua bộ truyền trung gian (bộ truyền ngồi) là bộ truyền xích hoặc đai Động cơ

truyền cơng suất và moment thơng qua hộp giảm tốc cho thùng trộn.

Các bộ truyền này cĩ thể đặt ngay trong thùng trộn hoặc ngồi thùng trộn tùy vào kích thước, khối lượng, chức năng và yêu cầu của hệ thống.

Các bộ truyền động sử dụng trong hộp giảm tốc rất đa dạng Cĩ thể là bộ truyền trục vis bánh

vis, bộ truyền bánh răng khai triển, bộ truyền bánh răng đồng trục, bộ truyền kết hợp,… một hay nhiều cấp và các bánh răng sử dụng như: bánh răng trụ - răng thẳng (răng nghiêng), bánh răng nĩn – răng thẳng ( răng nghiêng),…

Trong phạm vi đồ án này, bộ truyền trong hộp giảm tốc được chỉ định là bộ truyền bánh răng

cơn – trụ hai cấp, trục ra hộp giảm tốc được nối với bộ truyền xích trước khi đến trục cơng tác

của thùng trộn.

Phân tích bộ truyền.

Mơ tả hoạt động

Động cơ truyền chuyển động quay, moment và cơng suất cho trục 1, cặp bánh răng cơn truyền

chuyển động cho trục 2, thơng qua cặp bánh răng trụ chuyển động được truyền đến trục 3, nhờ

vào bộ truyền ngồi – bộ truyền xích dẫn động trục cơng tác trên thùng trộn.

I. Chọn Động Cơ

 Công suất tính toán (công suất đẳng trị):

i i m

i

T t P

 Chọn hiệu suất của hệ thống

Hiệu suất truyền động:

- hiệu suất nối trục đàn hồi chọn bằng 1

 Ta được: hiệu suất truyền chung

 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ

 Số vòng quay của trục công tác:

45

ct

n =

(vòng/phút)  Đối với bộ truyền xích, tỉ số truyền ux chọ trong khoảng 2 – 6

 Đối với hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp, tỉ số truyền được chọn trong khoảng 10 – 25

 Ta chọn tỉ số truyền sơ bộ:

3 11 33

u = u u = × =

: tỉ số truyền của bộ truyền xích.

 Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

 Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện:

Dựa vào bảng P1.3/ trang 237 sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí-Tập một” tác giả

“Trịnh Chất-Lê Văn Uyển” Chọn động cơ :

4A112M4Y3 có công suất 7,5 (KW) và số vòng quay trục chính n= 1455 (vòng/phút),

dc ch ct

n u n

ch h x

u u u

- Phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc:

Phương trình độ bền đều đối với hộp giảm tốc bánh răng cơn – trụ hai cấp, theo (3.15):

K

e

d c

d

=

[ ] ( ) 2 [ ]0201

2,25 1

bd K

h tru con

u u u

 LẬP BẢNG ĐẶC TÍNH

Tính toán công suất trên trục:

Số vòng quay n,vòng/phút 1455 1455 486 135,1 45

Mô men xoắn T,Nmm 55265,292 189125,29 544843,38 1485555,556

 Ta thấy rằng công suất làm việc trên trục I (8,422 KW) lớn hơn công suất định mức của động

cơ đã chọn (7,5 KW) Do đó ta chọn lại động cơ có công suất định mức cao hơn công suất làm

việc tối đa

 Chọn động cơ: 4A132S4Y3 có công suất 11 KW, vận tốc quay n = 1458 vòng/phút, hệ số

công suất cosϕ =0,87

Phân phối tỉ số truyền hộp giảm tốc:

Tỉ số truyền bánh răng cơn ( cấp nhanh của hộp giảm tốc):

Phương trình độ bền đều đối với hộp giảm tốc bánh răng cơn – trụ hai cấp, theo (3.15):

u u

+

Và theo (3.16) (3.17):

1

bd K

33,6

Bộ truyền xích ống con lăn một dãy, làm việc 2 ca, với:

- Công suất trên trục bánh dẫn xích P = 7,686 KW;

z K z

25,4

c

p = mm

;

II. Kiểm nghiệm bộ truyền xích.

1. Kiểm nghiệm xích về độ bền.

Hệ số an toàn:

( r t 0 v)

Q s

2. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc.

ππ

mm

ππ

a

mm

ππ

a

mm

ππ

v c

mm

ππ

=

cotan( /z) 1,225,4 cotan( / 69) 1,2 24,2528,44

v c

mm

ππ

=

Thời gian phục vụ, L (năm): 6;

Quay một chiều, làm việc 2 ca, tải va đập mạnh.

(một năm làm việc 270 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ).

Bảng thơng số:

Trục

Thông số

Động cơ

Mô men xoắn T,Nmm 55164,678 188736,296 543713,33 1485555,556

Đây là bộ truyền bơi trơn tốt ( bộ truyền kín) ta tính tốn theo độ bền mỏi tiếp xúc để tránh hiện tượng trĩc rỗ bề mặt và kiểm nghiệm lại điều kiện bền uốn.

B. Bộ truyền bánh răng cơn – răng thẳng cấp nhanh.

1. Vật liệu và nguyên cơng bánh răng.

Chọn vật liệu hai cấp của bánh răng như nhau:

Thép C45 tơi cải thiện:

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép.

Tính sơ bộ theo (6.1a):

H

K s

- bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6.

Số chu kỳ làm việc tương đương được xác định theo công thức ???:

9 1

2

1,01 10

0,28 10 3,6

HE HE

N N

2 0 lim 2

2

1

570 518,181,1

1

550 5001,1

HL

H HL

H

K

MPa s

K

MPa s

b) Ứng suất uốn cho phép.

Giới hạn mỏi uốn, tương ứng với chu kỳ cơ sở FO

432 246,86 1,75

F

F

MPa MPa

3. Hệ số chiều rộng vành răng và hệ số tải trọng tính.

a) Xác định chiều dài côn ngoài.

Chiều dài côn ngoài của bánh răng côn chủ động được xác định theo độ bền tiếp xúc:

( )1 [ ]

2

1 1

- hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng bánh

răng côn, theo bảng (6.21).

R

; Chọn

Vậy ta có:

1 2

2

1155164,678 1,13

104

3,58629

m

z u z

Sai số tương đối tỷ số truyền :

Với bánh răng côn răng thẳng module vòng ngoài được xác định theo công thức:

90 74,42

z z

5. Các giá trị lực tác dụng lên bộ truyền.

6. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt răng côn phải thỏa mãn điều kiện:

[ ]

2 1

2 1

K β

- hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, Theo

bảng (6.21) sơ đồ I, răng thẳng, trục lắp trên ổ đũa, chọn

- hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng ăn khớp đồng thời,

với bánh răng côn răng thẳng

T K Kβ α

= +

;

Trong đó:

1 0

1

2 11,91 38,46 62,176

2 1

2 1

2 2

H

Z Z K K s

σ =σ

; Trong đó:

7. Kiểm nghiệm ứng suất uốn.

Ứng suất sinh ra tại chân răng không được vượt quá giá trị cho phép.

[ ] [ ]

K

- hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng anh khớp, tính theo công thức:

1 1

1

106,4 3,6

100,83,8

Vậy điều kiện bền uốn được đảm bảo.

8. Kiểm nghiệm răng về độ bền quá tải.

Khi làm việc răng có thể bị quá tải (lúc mở máy và hãm máy…) với hệ số quá tải:

ax

m qt

T K

ax

m

T

- moment xoắn quá tải.

Để tránh biến dạng dư hoặc gãy dòn lớp bề mặt, hay phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng

.

[ ] [ ]

ππ

134,96 1,273 ;

fe f

e

h R

θ =

=

=

2 2

0

arctan 3 arctan

134,96 1,273 ;

fe f

e

h R

C. Bộ truyền bánh răng trụ - răng thẳng cấp chậm.

10.Vật liệu và nguyên công bánh răng.

Chọn vật liệu hai cấp của bánh răng như nhau:

Thép C45 tôi cải thiện:

d) Ứng suất tiếp xúc cho phép.

Tính sơ bộ theo 6.1a:

H

K s

HE

N K

m

- bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6.

Số chu kỳ làm việc tương đương được xác định theo công thức 6.7:

2

0,28 10

0,93 103

HE HE

Ứng suất tiếp xúc sơ bộ của từng bánh răng:

2 0 lim 2

2

1

570 518,18 1,1

1

550 500 1,1

HL

H HL

H

K

MPa s

K

MPa s

e) Ứng suất uốn cho phép.

Giới hạn mỏi uốn, tương ứng với chu kỳ cơ sở FO

2,97337

z u z

; Sai số tương đối tỉ số truyền:

w 2

37 110 2,5 os20 cos

t t

c

z m c

2cos 2cos0

1,92 sin 2 sin 2 16,41

b H

w 2 w1

w 2 0

180 0,006 56 1,92 4,997 / ;

4,997 56,7 90,61

2 2 188736,296 1,034 1,05

H Hv

v b d K

nhưng chênh lệch này nhỏ, do đó có thể tăng chiều rộng răng:

[ ]

507,12 0,315 180 64,63

475

H ba

4. Kiểm nghiệm ứng suất uốn.

Ứng suất sinh ra tại chân răng không được vượt quá giá trị cho phép.

[ ] [ ]

Yε

;

2

F Fv

1 1 1

1

68,5 3,6

66.653,7

F F F

F

Y

MPa Y

Vậy điều kiện bền uốn được đảm bảo.

5. Kiểm nghiệm răng về độ bền quá tải.

Khi làm việc răng có thể bị quá tải (lúc mở máy và hãm máy…) với hệ số quá tải:

- moment xoắn danh nghĩa;

ax

m

T

- moment xoắn quá tải.

Để tránh biến dạng dư hoặc gãy dòn lớp bề mặt, hay phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng

a a

Đối với bộ truyền bánh răng côn thì mức dầu phải ngập hết bề rộng chân răng.

Mức dầu thấp nhất:

( )

0 2

ax

280 261,34 38,46sin 73,147 46,14

Chọn:[ ]τ =20MPa

đối với trục vào và ra;

II. Chọn sơ bộ đường kính trục.

Lực tác dụng lên trục do bộ truyền xích gây nên là lực căng xích có phương hướng

kính, điểm đặt nằm trên đường tâm trục, chiều từ bánh xích trên trục đến bánh xích đặt ở trục công tác có trị số:

1,15 5849,32 6726,72

Trong đó:

=

; Trong đó:

t

D

- đường kính vòng tròn qua tâm các chốt (nối trục đàn hồi).

Với moment xoắn trên trục 1, 1

55,164

T = Nm

, đường kính trục d = 25 mm

; tra bảng (16-10a), được 0

τ

=

; Moment xoắn trục thứ k:

1

55164,678

23,980,2 20

-chiều dài may ơ đĩa xích (z5=23)

( )

5

lmz = 70 mm

; -chiều dài may ơ bánh răng trụ :

( )

3

lmz = 75 mm

; +bánh răng trụ lớn ( z4 = 110 )

( )

4

lmz = 100 mm

; -chiều dài may ơ bánh răng côn :

( )1

lmz = 60 mm

; +bánh răng côn lớn ( z2 = 104 )

:

( ) ( ) ( )

lmz = 1,2 1,4 d = 1,2 1,4 40 = 48 56 mm

; Lấy

( )

2

lmz = 70 mm

; -xác định chiều dài may ơ nửa khớp nối :

Chọn khớp nối trục vòng đàn hồi theo công thức 10.13 :

lmn = 1,4 2,5 d = 1,4 2,5 25 = 35 62,5 mm

; Lấy lmn1= 60 ( ) mm

-các khoảng cách khác được chọn trong bảng (10.3) :

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

-đối với hộp giảm tốc bánh răng côn – trụ :

Sơ đồ lực tác dụng lên bộ truyền