Đồ án Thiết kế sản phẩm với CAD Chi tiết máy đóng trục

Nhưng hiệu suất và hệ số cos thấp hơn so với loại động cơ ba pha đồng bộ, không điều chỉnh được vận tốc.. 1.1.2.Chọn công suất động cơ Công suất động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt

Mục lục

PHẦN 1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 4

1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 4

1.1.1 Chọn kiểu, loại động cơ 4

1.1.2 Chọn công suất động cơ 5

1.1.3 Chọn động số vòng quay đồng bộ của động cơ 7

1.1.4 Chọn động cơ thực tế 7

1.1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải động cơ 8

1.2 Phân phối tỉ số truyền 8

1.2.1 Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc 9

1.2.2 Tỉ số truyền của bộ truyền trong hộp 9

1.3 Tính toán các thông số trên trục 10

1.3.1 Tính công suất trên trục 10

1.3.2 Tính số vòng quay của các trục 10

1.3.3 Tính mô men xoắn trục 10

1.3.4 Lập bảng kết quả 11

PHẦN 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 13

2.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP CHẬM 13

2.1.1 Chọn vật liệu 13

2.1.2 Ứng suất cho phép 14

2.1.3 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng 17

2.1.3.2 Xác định các thông số ăn khớp 18

2.1.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 20

2.1.5 Kiểm nghiệm răng độ bền uốn 23

2.1.6 Kiểm nghiệm răng về quá tải 25

2.1.7 Bảng Các thông số cơ bản của bộ truyền cấp chậm 26

2.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP NHANH 28

2.2.1 Chọn vật liệu 28

2.2.2 Ứng suất cho phép 28

2.2.3 Xác định các thông số ăn khớp 32

2.2.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 34

2.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 36

2.2.6 Kiểm nghiệm răng về quá tải 38

2.2.7 Bảng các thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh 39

2.3 KIỂM TRA CÁC ĐIỀU KIỆN 41

2.2.2 ĐIỀU KIỆN CHẠM TRỤC 41

2.2.3 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN 41

2.2.3.1 Cặp bánh răng cấp chậm 41

2.3.2.3 Mức dầu chung 42

PHẦN 3 THIẾT KẾ TRỤC 45

3.1 CHỌN VẬT LIỆU 46

3.2.1 Tải trọng tác dụng lên trục 46

3.2.2 Tính sơ bộ trục 47

3.2.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 48

3.3 Tính khoảng cách trên các trục 49

3.4 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục 51

3.4.1 Xác định đường kính và chiều dài trục I 51

3.4.2 Xác định đường kính và chiều dài trục II 56

3.4.3 Xác định đường kính và chiều dài trục III 60

3.3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 65

3.3.1 Xét đối với trục I 67

3.3.2 Xét trục II 68

3.3.3 Xét trục III 70

3.4 TÍNH KIỂM NGHIỆM TRỤC THEO ĐỘ BỀN TĨNH 71

3.4.1 Tính kiểm nghiệm cho trục I 72

3.4.2 Tính kiểm nghiệm cho trục II 72

3.4.3 Tính kiểm nghiệm cho trục III 73

Phần 4 CHỌN Ổ LĂN 75

4.1 Trục I 75

4.1.1 Chọn loại ổ 75

4.1.2 Kiểm nghiện ổ theo tải trọng động 75

4.1.3 Kiểm nghiệm tải trọng tĩnh 78

4.2 Trục II 79

4.2.1 Chọn ổ 79

4.2.3 Kiểm nghiệm tải trọng tĩnh 83

4.3 Trục III 83

4.3.1 Chọn loại ổ 83

4.3.2 Kiểm nghiệm tải trọng động 84

4.3.3 Kiểm nghiệm tải trọng tĩnh 87

Phần 5 TÍNH MỐI GHÉP THEN 89

PHẦN 6 CHỌN KHỚP NỐI 93

6.1 Chọn khớp nối trục động cơ với trục I 93

6.2 Chọn khớp nối trục III với trục đỡ bánh đai 95

PHẦN 7 CÁC CHI TIẾT PHỤ 98

7.1 Tính toán thiết kế vỏ hộp 98

7.2 Chọn các chi tiết phụ 100

7.2.1 Cửa thăm 100

7.2.2 Nút thông hơi 101

7.2.3 Nút tháo dầu 102

7.2.4 Kiểm tra mức dầu 102

7.2.5 Bulông vòng 103

7.2.6 Chốt định vị 103

7.2.7 Chọn mỡ dầu bôi trơn cho ổ lăn 103

PHẦN 1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ

KHÍ

1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1.1.1.Chọn kiểu, loại động cơ

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hay các thiết bị công nghệ

là giai đoạn đầu tiên của quá trình thiết kế Việc chọn động cơ có ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn, thiết kế hộp giảm tốc, các điều kiện sản xuất, điều kiện về kinh tế… Do đó việc chọn đúng loại động cơ rất quan trọng Động cơ điện: gồm có loại động cơ 1 chiều và loại động cơ xoay chiều

+ Động cơ điện một chiều: là loại động cơ có ưu điểm là có thể thay

đổi trị số của mô men và vận tốc góc ở phạm vi rộng, khởi động êm, hãm

và xoay chiều dễ dàng Tuy nhiên loại này khó kiếm, giá thành cao, phải tăng thêm vốn đầu tư để dặt các thiết bị chỉnh lưu

+ Động cơ điện xoay chiều: có loại động cơ xoay chiều một pha và

loại động cơ điện xoay chiều ba pha

Động cơ điện xoay chiều một pha thì có công suất nhỏ, chỉ sử dụng

trong sinh hoạt Trong công nghiệp thường dùng loại động cơ ba pha đồng

bộ và không đồng bộ

So với loại động cơ ba pha không đồng bộ thì động cơ ba pha đồng

bộ có vận tốc góc không đổi, thiết bị tương đối phức tạp, gia thành cao vì cần thiết bị khởi động Thường chì sử dụng cho các trường hợp công suất

Động cơ ba pha không đồng bộ gồm có hai kiểu: kiểu roto dây cuốn

và kiểu roto lồng sóc

Loại động cơ không đồng bộ kiểu dây cuốn cho phép điều chỉnh tốc

độ trong phạm vi nhỏ, có dòng điện mở máy thấp nhưng cos thấp, giá thành cao, vận hành phức tạp do đó chỉ dùng trong một phạm vi hẹp

Loại động cơ không đồng bộ kiểu lồng sóc có kết cấu đơn giản, giá thành hạ, dễ bảo dưỡng, có thể trực tiếp đầu với lưới điện ba pha mà không cần biến đổi dòng Nhưng hiệu suất và hệ số cos thấp hơn so với loại động cơ ba pha đồng bộ, không điều chỉnh được vận tốc

Nhờ có những ưu điểm trên đáp ứng được các yêu cầu cơ bản về chọn loại động cơ Do đó, ta chọn loại động cơ điện ba pha không đồng bộ kiểu dây quấn

1.1.2.Chọn công suất động cơ

Công suất động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ nhằm đảm bảo cho nhiệt độ của động cơ khi làm việc không lớn hơn trị số cho phép Để đảm bảo điều kiện đó nó phải thỏa mãn yêu cầu sau:

P dm dcP dt dc (kw)

Trong đó:

dc

dm

P - Công suất định mức trên trục của động cơ

P – Công suất đẳng trị trên trục động cơ dt dc

Với tải trọng không đổi thì công suất đẳng trị trên trục động cơ được xác định:

P dt dcP lv dc

P - Giá trị công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác

 - Hiệu suất chung toàn bộ truyền

- Hiệu suất của bộ truyền:    o br kn

Với : o- là hiệu suất của ổ

br- hiều suất của bánh răng

kn- hiệu suất của khớp nối

Chọn giá trị hiệu suất theo bảng ta có

1.1.3.Chọn động số vòng quay đồng bộ của động cơ

Số vòng quay của trục động công tác:

Ta có với hệ băng tải:

360.10

ct

v n

D



D : Đường kính tang băng tải

v : vận tốc vòng quay của băng tải (m/s)

Ta có:

60.10 60.10 2,1

80,214 500

ct

v n

Xác định số vòng quay đồng bộ nên dùng cho động cơ

Chọn sơ bộ số vòng quay đồng bộ n db 1500 (v/ph) (kể đến hiệu suất trượt thì n db 1450 v/p)

Khi đó tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống : 1450 18,7

80, 214

db sb ct

n u n

Cos (%) K

dn

I I

k dn

T T

K180M4 15 1450 0,88 87,5 5,5 1,6

1.1.5.Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải động cơ

a Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ

Khi khởi động động cơ cần sinh ra một công suất đủ lớn để thắng được sức ỳ của hệ thống Do đó phải tiến hành kiểm tra điều kiện mở máy của động cơ

Điều kiện mở máy: P mm dc P bd dc

Trong đó: P là công suất mở máy của động cơ (kw) mm dc

Ta thấy P bd dcP mm dc  điều kiện mở máy của động cơ thỏa mãn

b Kiểm tra điều kiện qua tải cho động cơ

Với sơ đồ tải trọng không đổi thì không cần kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ vì trong suốt quá trình làm việc tải trọng không thể lớn hơn được công suất cho phép

1.2 Phân phối tỉ số truyền

Tỉ số truyền chung của toàn hệ thống:

n



Trong đó: ndc: số vòng quay của động cơ đã chọn (v/ph)

Với uh; tỉ số truyền các bộ truyền trong hộp giảm tốc

ung: tỉ số truyền ngoài hộp giảm tốc ung=1

1.2.1.Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc

Ta có: tỉ số truyền ngoài hộp ung = 1

1.2.2.Tỉ số truyền của bộ truyền trong hộp

18,0771,3494 1,3494 7,839

0, 40,3

h

ba ba

u u

h u u u

1.3 Tính toán các thông số trên trục

1.3.1.Tính công suất trên trục

Công suất danh nghĩa trên trục động cơ tính theo công thức sau

dc

br o III II

I II

n n u

II III

n n u

Tốc độ quay của trục công tác: n IV n III 80, 214(v/ph)

1.3.3 Tính mô men xoắn trục

Mô men xoắn trục được xác định dựa vào công thức sau

9,55.10 6 i

i

P T

PHẦN 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

2.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP CHẬM

2.1.1 Chọn vật liệu

Để đảm bảo khả năng chịu tải, tính công nghệ, điều kiện sản xuất, tính kinh tế cho việc chế tạo và thiết kế hộp giảm tốc.Vì vậy, ta phải chọn loại vật liệu cho phù hợp

Đây là loại HGT có công suất trung bình do đó chỉ cần chọn vât liệu nhóm I, có độ rắn HB350, bánh răng được thường hóa hoặc tôi cải thiện Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt

luyện, bộ truyền có khả năng chạy mòn

Tra bảng 6.1[1] ta chọn loại vật liệu:

Loại

bánh răng

Nhãn hiệu thép

Nhiệt luyện

Độ rắn Giới hạn

bền b(MPa)

Giới hạn chảy ch(MPa)

0 lim

YR : Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt lượn chân răng

YS: Hệ số kể đến ánh hưởng đến độ nhạy của vật liệu tới sự tập trung ứng suất

KxF: Hệ số kể đến ảnh hưởng kích thước bánh răng tới độ bền uốn

KFC: Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc đặt tải

Khi tính toán sơ bộ:

0 lim

0 lim

Tra bảng 6.2[1] ta có trị số của H0limvàF0lim

Ứng suất tiếp xúc ứng với số chu kỳ cơ sở : 0

lim

H

 =2HB+70

Hệ số an toàn khi tính tiếp xúc : S H=1,1

Ứng suất uốn cho phép ứng với cố chu kỳ cơ sở : 0

H HO m HL

HE

N K

N

 ; FO

mF FL

FE

N K

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

Vì tải không đổi ta có: N HE N FE 60 .c n t

Với c là số lần ăn khớp trong một vòng quay, c =1 (vì tải trọng một chiều nên trong một vòng quay một đôi răng ăn khớp một lần)

 3

530.1 481,821,1

H

500.1 454,551,1

F

387.1 351,821,1

F

Do là hộp giảm tốc sử dụng bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng nên ta có thể lấy trung bình giá trị của hai bánh để tính toán Vậy ứng suất cho phép của cấp chậm là:

MPa MPa

II H a

Công thức quan hệ: 3 4 3 2

w 2

.( ) ( 1)2cos 2cos

2

2 os 2.220.0,97

43,03( 1) 3.(2,306 1)

992,30243

t

Z u Z

2

4 4

2

3.43

133, 24( )

os 0,968 3.102

t t

b m

2.1.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thỏa mãn điều kiện sau

 

w4 w 3

2 .( 1)

ZH: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

w

2 ossin(2 )

b H

KH: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc K H K H.K H.K Hv

Trong đó: K H: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp

v b d K

v b d K

.2.707084,926 1,17.(2,302 1)

 [H]CX = 468,19.1.0,95.1 = 444,78 (MPa)

ăn khớp tải trọng phân bố đều

2.1.5 Kiểm nghiệm răng độ bền uốn

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

Số răng tương đương : 4

KFv là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn

3 3

12

Fv

b d K

T K K 



2 2.707084,926 1, 47.0,57.0,89.3,7

114,04( )88.133, 24.3

II F F F

3

114,04.3,61

111, 27( )3,7

 Vậy thoả mãn điều kiện độ bền uốn

2.1.6.Kiểm nghiệm răng về quá tải

Khi làm việc răng có thể bị quá tải (thí dụ như lúc mở máy , hãm máy ) với hệ số quá tải

•thoả mãn điều kiện tránh biến dạng dư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt

•ứng suất uốn cực đại :

2.1.7 Bảng Các thông số cơ bản của bộ truyền cấp chậm

Thông số Giá trị Đơn vị Thông số Giá trị Đơn vị

2.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP NHANH

Nhiệt luyện

Độ rắn Giới hạn

bền b(MPa)

Giới hạn chảy ch(MPa)

0 lim

K S



0 lim

Tra bảng 6.2[1] ta có trị số của H0limvàF0lim

Ứng suất tiếp xúc ứng với số chu kỳ cơ sở : 0

lim

H

 =2HB+70

Hệ số an toàn khi tính tiếp xúc : S H=1,1

Ứng suất uốn chocho phép ứng với cố chu kỳ cơ sở : 0

m H HO

HL

HE

N K

N

mF FL

FE

N K

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

Vì tải không đổi ta có: N HE N FE 60 .c n t

Với c là số lần ăn khớp trong một vòng quay, c =1 (vì tải trọng một chiều nên trong một vòng quay một đôi răng ăn khớp một lần)

Do đó hệ số tuổi thọ sét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ tải

.1.1 490,9( )1,1

Do là bộ truyền dung bánh răng trụ răng nghiêng nên ta có thể lấy trung

bình hai ứng suất sơ bộ để tính toán

Ta có ứng suất tiếp xúc của bộ truyền:

MPa MPa

lim 2 2

450

257,14( )1,75

423

241,71( )1,75

F F

F F F

F

MPa S

MPa S

MPa MPa

a.Xác định các thông số ăn khớp

Mô đun m n 0,01 0,02 aw12,2 4,4  Tra bảng 6.8[1] trị số mô đun tiêu chuẩn ta chọn giá trị mô đun tiêu chuẩn là m n 2,5

o

n t

c

a c Z

t

Z u Z

Không nên dịch chỉnh bánh răng để đảm bảo khoảng cách trục đã chọn từ bước tính trước

Đường kính vòng chia:

1 1

1

2 2

1

2,5.19

49, 467( )cos 0,974

2,5.150

390,53( )cos 0,974

w w

1 1

2 2

2,5 49, 467 2,5.2,5 43, 217( )2,5 390,53 2,5.2,5 384, 28( )

o w

n

b m

2.2.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

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

 

1

2 1

2 .( 1)

b H

KH : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp

Vận tốc vòng của bánh răng :

1 3,14.49, 476.1450

(trong đó H là hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp, tra trong bảng 6.15[1] được H = 0,002; g0 là hệ số kể đến ảnh hưởng của các bước răng 1 và 2 , tra trong bảng 6.16 [1]được g0 = 73)



Vậy bw2 = 66 và bw1 = 71 để đảm bảo quá trình ăn khớp

2.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng , ứng suất uốn sinh ra tại chân răng

không được vượt quá một giá trị cho phép :

Y: Hệ số kể đến độ nghiêng của răng : 1 0 1 16, 214 0,88

Zv2= 2

3 1

Vì răng không dịch chỉnh nên hệ số dịch chỉnh x = 0

Tra Bảng 6.18[1] Trị số của hệ số dạng răng ta được :

YF1= 4,08 và YF2= 3,6

Tra Bảng 6.7[1] (sơ đồ 5) Trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng

trên chiều rộng vành răng được KF = 1,22

Tra Bảng 6.14[1] Trị số hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi

răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn với bánh răng răng nghiêng KF  = 1,37

KFv là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn

2 2.93928, 48 1,82.0,61.0,88.4,08

93, 22( ) 66.49, 467.2,5

 Vậy thoả mãn điều kiện độ bền uốn

2.2.6 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Khi làm việc răng có thể bị quá tải (thí dụ như lúc mở máy , hãm

•ứng suất tiếp xúc cực đại :

max 477,77 1,5 585,14( )

=>thoả mãn điều kiện tránh biến dạng dư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt

•ứng suất uốn cực đại :

2.2.7 Bảng các thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh

Thông số Giá trị đơn vị Thông số Giá trị đơn vị

2.3 KIỂM TRA CÁC ĐIỀU KIỆN

2.2.2 ĐIỀU KIỆN CHẠM TRỤC

Hộp giảm tốc đồng trục không cần kiểm tra điều kiện chạm trục

2.2.3 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN

Để giảm mất mát công suất do lực ma sát, giảm mài mòn răng , đảm bảo thoát nhiệt tốt và đề phòng các chi tiết máy bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộ truyền trong hộp giảm tốc

Đối với hộp giảm tốc đang thiết kế thì dùng phương pháp bôi trơn trong dầu : ngâm các chi tiết trong dầu chứa ở hộp ( vì vận tốc nhỏ v < 12 m/s)

2.2.3.1 Cặp bánh răng cấp chậm

•Chiều cao răng : h3 = h4 = 5,625 (mm)

•Chiều sâu ngâm dầu : l4min = (0,75 2)h = (4,22  11,25) (mm)

nhưng chiều sâu này không được nhỏ hơn 10 (mm) ta lấy l4min = 10 (mm)

Mức dầu tối thiểu : X4min = 4

2

a d

- l4min = 312,76 10 146,38( )

- Mức dầu tối đa : vì v = 1,29 (m/s) < 1,5 nên: