Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí, Hộp giảm tốc Trục vít bánh vít

hệ thống cơ khí, Hộp giảm tốc Trục vít bánh vít

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển kinh tế và xã hội các tòa nhà và các công trình caotầng ngày càng được xây dựng nhiều hơn Việc di chuyển lên xuống trong cáctòa nhà cũng là vấn đề quan trọng được chú ý Chính vì vậy thang máy đã rađời và trở thành một thiết bị không thể thiếu trong các nhà cao tầng.Ở ViệtNam các tòa nhà cao tầng ngày được xây dựng ngày càng nhiều và việc lắpđặt và sử dụng thang máy ngày càng nhiều Nhưng đa số thang máy sử dụnghiện này đều phải nhập khẩu từ nước ngoài Để tránh việc phụ thuộc quánhiều vào nguồn thang máy nước ngoài, việc nghiên cứu phát triển và chế tạothang máy cần được quan tâm đúng mức Sản xuất ứng dụng lắp đặt thangmáy đang là một lĩnh vực tiềm năng hiện nay

Trong đồ án của mình em thiết kế hệ thống dẫn động thang máy có tảitrọng 1600kg và với vận tốc 90m/s Em đã đi sâu vào phần thiết kế hộp giảmtốc và chế tạo bánh đai.Trong quá trình làm đồ án được sự giúp đỡ tận tìnhcủa thầy NGUYỄN XUÂN HẠ , em đã hoàn thành xong đồ án môn học củamình Do đây là đồ án đầu tiên của em trong chương trình học khó có thểtránh khỏi nhưng sai sót Em mong nhận được thêm sự đóng góp của các thầy

cô trong bộ môn Qua quá trình làm đồ án em đã học hỏi thêm nhiều kiến thức

về thiết kế hệ thống dẫn động thang máy nói riêng và kiến thức về thiết kế cơkhí nói chung phục vụ cho quá trình làm việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiệnDương Xuân Thủy

PHẦN I TÍNH ĐỘNG HỌC

Trọng tải : Q1 = 1600 (Kg)

Khối lượng cabin : G = 800 (Kg)

Vận tốc cabin : v = 90 (m/phút)

Thời gian phục vụ : Lh = 36000 giờ

Góc ôm cáp trên puly ma sát :  = 1450

1 Xác định công suất yêu cầu

a, Tính công suất trên puly ma sát

- Treo qua puly, bội suất palăng : a =2

2 =0.425

- Hiệu suất giếng thang : η =0,95-f.Z =0,95-0,02.1=0,93g u

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 2

- Lực kéo trên puly ma sát :

1 g

b, Hiệu suất chung của cơ câu truyền, Công suất trên trục động cơ

- Chọn trục vít hai mối ren  hiệu suất bộ truyền trục vít bánh vít :

0,8

tv

- Hiệu suất ổ lăn : ol 0,995

- Hiệu suất khớp nối : kn 1

- Hiệu suất từ động cơ đến puly ma sát :

tv ol kn η=η η η =0,8.0,995 1=0,79

- Công suất yêu cầu cần thiết trên trục động cơ :

pl 14,84

η 0,79

yc dc

P P

2 Xác định số vòng quay đồng bộ trên trục động cơ

a, Chọn sơ bộ đường kính puly ma sát

- Số nhánh cáp : Zc = 3

- Lực căng cáp :

430,11(kgf ) .g c 2.0,93.3

Q G S

Tra bảng 2.3 Bảng thông số cáp thép tại tài liệu [III] tìm đươc đườngkính dây cáp : dc= 11 mm

Đường kính sơ bộ của puly : Dsb ≥ 40.dc= 40.11 = 440 (mm)

Chọn D=450 (mm)

b, Tính số vòng quay trên trục puly ma sát:

pl pl

sb

60000.V 60000.3

c, Tính số vòng quay đồng bộ của động cơ

Chọn tỷ số truyền sơ bộ của hộp giảm tốc (HGT) : usb = 20

Số vòng quay sơ bộ của động cơ : n =u n =20.127,3=2546sb sb pl (vòng/phút)

3 Chọn động cơ

Chọn động cơ thỏa mãn điều kiện

18,78( )3000( / )

T1,8

60000.V 60000 3

π.n π.127.3

(mm) Chọn đường kính : D = 450 (mm)

b, Xác định số vòng quay, công suất tính toán, số vòng quay trên các trục

Xác định số vòng quay trên trục : n =n =2960 (v/ph)dc I

n =n =127,3pl II (v/ph)

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 4

Xác định công suất trên trục :

pl ol

P 14,84 (kW)P

P = = 14,91 (kW)η

PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT – BÁNH VÍT

A : ĐẦU VÀO

- Momen xoắn trên trục bị động : TII =1118542,8 (Nmm)

- Số vòng quay trên trục chủ động : nI = 2960 (v/ph)

- Tỉ số truyền :u = utv = 23.25

- Tuổi thọ yêu cầu : 36000 giờ

- Quan hệ giữa chế độ tải trọng : Tck = 14,1 min

Vs >5 (m.s) nên ta sử dụng đồng thanh thiếc để chế tạo bánh vít Tra

bảng 7.1-tài liệu [I] ta có:

- Vật liệu chế tạo bánh vít: Đồng thanh thiếc kẽm chì (Nhóm I)

Ký hiệu : БpOIIC 5-5-5Cách đúc : dùng khuôn kim loại

σb = 250 (MPa)

σch = 100 (Mpa)

- vật liệu trục vít : trục vít thép tôi cải thiện và không mài

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 6

2 Xác định ứng suất cho phép

a, ứng suất tiếp xúc cho phép [H ]

Bánh vít làm bằng БpOIIC 5-5-5, trục vít làm bằng thép không tôi và

10N

K =

Với N - Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương.HE

4 2i

2i i 2max

6 HE

F FL

6 9 E

10N

K =

Với NFE : số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương khi tính về ứng suấtuốn

9 2i

2i i 2max

6 E

Suy ra [F ]= [FO ].KFL= 0,65.40 =26 (MPa)

c, ứng suất cho phép khi quá tải :

[H ]max = 4 ch= 4.100 = 400 (MPa)[F]max =0,8 ch= 0,8.100 = 80 (MPa)

II Xác định thông số bộ truyền

Lấy aw =220 mm

Tính modun

w 2

Thỏa mãn điều kiện -0,7 x 0,7 (mm)

III Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc

1 Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc :

Vận tốc trượt Vs tính theo công thức :

w1 1 s

Theo bảng 7.6 trong tài liệu [I] tra được cấp chính xác 6

Theo bảng 7.7 trong tài liệu [I] tra được kHv =1,1

Điều kiện bền tiếp xúc thỏa mãn

2 Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn:

Ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh vít thỏa mãn:

(MPa) < 26 (MPa)

Điều kiện bền uốn thỏa mãn

3 Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải:

Hệ số quá tải 1

2,5

m qt

Q K

Q

Để tránh biến dạng dư hoặc dính bề mặt răng:

max 158,6 2,5 250,8 (MPa) [ ]max 400 MPa

Để tránh biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh chân răng bánh vít:

4 Tính nhiệt truyền động trục vít:

Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc

1

1000(1-η).PA

- Ktq =40 ứng với vòng quay của quạt n=2960 vòng/phút

-  : hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp xuống bệ máy

Chọn  =0,25

- Kt : hệ số tỏa nhiệt , chọn Kt =13 W/(m2 oC)

- to : nhiệt độ xung quanh môi trường :to=200

-  : hiệu suất bộ truyền,h = 0,8.

- [td] nhiệt độ cao nhất cho phép của dầu, do trục vít đặt dưới bánhvít nên [td]=900

IV Tổng kết các thông số cơ bản của bộ truyền

d2 = mZ2

d1 = 112 mm

d2 = 322 mmĐường kính vòng đỉnh da da1 = m(q+2)

da2 = m(Z2 + 2 + 2x)

da1 = 126 mm

da2 = 342,02 mmĐường kính vòng đáy df df1 = m(q - 2,4)

df2 = m(Z2 – 2,4 +2x)

df1 =95,2 mm

df2 = 311,22 mmĐường kính mép ngoài

Chiều rộng bánh vít ba b2  0,75d a1 với Z1 = 2 b2 =90 mmGóc ôm    arcsin[ / (b2 d a1  0,5 )]m  0

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 14

PHẦN III :CHỌN KHỚP NỐI- TÍNH TRỤC- THEN VÀ Ổ LĂN

p

Q F

Tra bảng trong tài liệu [III] với D0 = Dph = 200 mm ta được khớp nốicó:

- Ký hiệu : ZZL2

- Momen xoắn cho phép truyền được : Tkn = 1400 Nm

- Đường kính: dmin= 30 mm, dmax=50 mm

- Modun : mph =2,5

- Số răng :Zph = 38

II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SƠ BỘ TRỤC (TRỤC VÍT)

Phân tích và tính lực ăn khớp : Xét trường hợp thang máy đi lên:

d1=q.m=112 (mm);

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 16

d2= m.z2=322 (mm).

Ft1: lực tiếp tuyến tác dụng lên trục I (Ft1 // trục II , ngược chiều quay 1 )

Ft2 : lực tiếp tuyến tác dụng lên trục II (Ft2 // trục I ,cùng chiều quay

Thông số đầu vào:

 Mômen xoắn trên trục I: T1=60139,2 Nmm

 Mômen xoắn trên trục II: T2=1118542,8 Nmm

1.3 Sơ đồ phân bố lực tác dụng chung

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 18

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

- Chiều dài may-ơ bánh vít: lm = (1,2÷1,8) d1= (65÷75) mm

- Chiều dài may-ơ nửa khớp nối: trục vòng đàn hồi

lm12=(1,4÷2,5) d1 = 70÷ 125 mmChọn lm12= 100 mm

- Khoảng cách từ mặt mút của ổ đến thành trong của hộp:

- Chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông: hn=15÷20 ® Chọn hn= 20 mm

- Khoảng cách các điểm đặt lực trên trục 1:

lc12 = 0,5 (lm12 + bol) + K3 + hn = 102.5 mm

- Do ổ lăn lắp tại vị trí 2,3 nên ta chọn : d2=d3=55 mm

- Do trục vít lắp tại vị trí 1 nên ta chọn : d1=60 mm

- Do khớp nối lắp tại vị trí 4 nên ta chọn : d4=50 mm

2 Chọn then cho trục I

Trên trục I then được lắp tại vị trí 4 (khớp nối)

Tra bảng 9.1 trang 173 tài liệu 1 với d4=50mm ta chọn then bằng có

Do vận tốc trượt trên bộ truyền trục vít bánh vít- bánh vít lớn hơn nhiệt sinh

ra nhiều, trục bị dẫn trong quá trình làm việc Mặt khác tải trọng dọc trục sinh

ra lớn Do vậy ta sử dụng ổ bi đỡ và sử dụng ổ kép là ổ đũa côn

4 Kết cấu trục và các chi tiết lắp trên trục

Trên trục I then được lắp tại vị trí 4 (khớp nối)

Tra bảng 9.1 trang 173 tài liệu 1 với d4=50mm ta chọn then bằng có

Thông số đầu vào :

- Momen xoắn trên trục I : T1=60139,2 (Nmm)

- Momen xoắn trên trục II : T2=1118542,8 (Nmm)

- Số vòng quay trên trục I: n1=2960 (vòng/phút)

- Số vòng quay trên trục I: n2=127,3 (vòng/phút)

1.1 Chọn vật liệu chế tạo trục

Chọn thép C45 có s b= 600 (MPa) ; [s ]= 48 (Mpa)

Ứng suất xoắn cho phép [ t ]= 30 (MPa).

1.2 Tính sơ bộ đường kính trục theo momen xoắn

- Đường kính trục 2 sơ bộ (trục bị động) d2=(0,3… 0,5)a=(66…77)Chọn đường kính d2=90 (mm)

Tra bảng 10.2 trang 182 tài liệu 1 ta có chiều rộng ổ lăn bo2=43 (mm)

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

Sơ đồ tính chiều dài các đoạn trục

Chiều dài may ơ và các khoảng cách k1, k2, k3, hn

- Chiều dài may ơ bánh vít lm22 =(1,2…1,8) = (108…162) (mm)

Khoảng cách điểm đặt lực trên trục II :

- Khoảng công-xôn lcki=0,5.(lmki + bo) +k3+ hn

- Khoảng cách đặt lực trên trục II

l22=0,5(lm22+ bo) +k1+ k2=96,5(mm)

l21=2l22=193 (mm)

l23=l21 +lc23=193+111,5=304,5 (mm)1.6 Tính phản lực tại các gối tựa và vẽ biểu đồ momen

Các lực tác dụng lên trục II có chiều như hình vẽ

Cần xác định phản lực tại các gối tựa Fx1, Fy1, Fx3, Fy3

Tính lực tại các gối tựa:

x x

y y

Vẽ biểu đồ momen và kết cấu trục:

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 28

1.7 Tính đường kính các đoạn trục theo mô men tương đương

- Xét lại tiết diện 1:

1 1 1

0 0 0

0

0 0,1.[ ] 0,1.48

td M

1385507 846833,5 1118542,8

1890796

73,30,1.[ ] 0,1.48

td M

2353319 1023255,5 1118542,8

2742902,7

83,00,1.[ ] 0,1.48

td M

4 4 4

0 0 1118542,8

968686

58,70,1.[ ] 0,1.48

td M



1.8 Chọn lại đường kính các đoạn trục

- Do ổ lăn lắp tại vị trí 1,3 nên ta chọn d1=d3=90 (mm)

- Do ổ lăn lắp tại vị trí 2 nên ta chọn d1=d3=95 (mm

- Do ổ lăn lắp tại vị trí 4 nên ta chọn d1=d3=85 (mm)

- Chiều cao then : h = 14 mm

- Chiều sâu rãnh then trên trục : t1 = 9 mm

- Chiều cao then : h = 14 mm

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 30

- Chiều sâu rãnh then trên trục : t1 = 9 mm

b Kiểm nghiệm độ bền then

Then tại vị trí 2 lắp bánh vít :

- Độ bền dập :

1 1

Then thỏa mán yêu cầu độ bền dập

- Độ bền cắt

1

2

[ ]

3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi; tĩnh

3.1 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Từ biểu đồ momen và kết cấu trục => các tiết diện chịu momen lớn cần đượckiểm tra độ bên mỏi là : vị trí 2 lắp bánh vít; vị trí 3 lắp ổ lăn

Hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau:

S S S  S S  S

[S] : Hệ số an toàn cho phép, [S]= 1,5 ÷2,5 chọn hệ số an toàn S=2

- Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp

1 aj

j

S K

- Với aj

; aj ; mj ; mj là biên độ và trị số trung bình ứng suấtpháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j

Hệ số ảnh hưởng ứng suất uốn trung bình đến độ bền mỏi :

Tra bảng 10.7 trong tài liệu [I] ứng với b 600MPa

0,050

Tra bảng 10.8 trong tài liệu [I],chọn phương pháp gia công đạt

Ta có hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt : Kx

=1,35

Kx – hệ số tập trung ứng suất di trạng thái bề mặt  K = 1,35x

Ky – hệ số tăng bền  K = 1y

a, Tại tiết diện 2: lắp trục vít- d2 = 95 mm

Tra bảng 10.11 trong tài liệu [I],với đường kính trục d2 = 95mm, ta có tỷ

2

2

2,871

1

x d

y

x d

1 2

b, Tại tiết diện 3: lắp ổ lăn- d3 = 90 mm

Tra bảng 10.11 trong tài liệu [I],với đường kính trục d2 = 90mm, ta có tỷ số

/ 1 2,03 + 1,35 -1

1

x d

y

x d

- Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 34

1 3

Từ sơ đồ kết cấu trụ với dngõng=90 (mm) theo bảng 2.11 tài liệu 1 ta chọn

ổ đũa côn cỡ nhẹ, kí hiệu 7218 C=141 kN, Co=125 kN, d=90 (mm),

D=160 (mm) B=30(mm)

e =1,5 tanα=1,5tan14,30=0,38

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên 2 ổ

4.2.Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ

Khả năng tải động Cđ được tính theo công thức : C d Q L.m

Trong đó: Q- tải trọng quy ước

L- tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay:

m- bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn

Tính Q :

Q  X V F  Y F k k

Trong đó:

V: Hệ số kể đến vòng nào quay, vòng trong quay: V=1

Kt: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ: Kt = 1

Kđ: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng: Kđ = 1

X, Y: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng hướng tâm, dọc trục

Lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra:

0,83 0,83.0,38.16827 5307 N0,83 0,83.0,3.34717 10950 N

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 36

V F F

Do Q1>Q3 nên ta chỉ cần kiểm nghiệm cho ổ đũa côn 1

Tải trọng thay đổi nên ta có trọng tải quy ước là:

10/3 10/3

3

10/3 10/3

Vậy ổ thỏa mãn khả năng tải động

4.3 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ

Ổ đũa côn 1 dãy X0=0,5 ; Y0=0,22 cot14,30=0,86

Qt = X0.Fr2 + Y0.Fa

3

0,5.16827 0.86.12024 18754 0,5.34717 0.86.10950 26776

lc23 = 101,5 mm; l22 = 96,5 mm; l21 = 193 mm; l23 = 294,5 mm

5.2.Chọn then cho trục II

Trên trục II then được lắp tại vị trí 2 (đặt bánh vít) ; vị trí 4 (puly)

Then trên trục II lắp tại vị trí 2- (đặt bánh vít)

Sử dụng ổ đũa côn cơ nhẹ:

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 38

C = 141 kN; C0 = 125 kN; = 14,3 

d = 90 mm; D1 = 160 mm; B = 30 mm

PHẦN IV TÍNH KẾT CẤU HỘP GIẢM TỐC

I Kết cấu hộp giảm tốc

- Chỉ tiêu của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ

- Chọn vật liệu để đúc hộp giảm tốc là gang xám có kí hiệu GX

15-32 Chọn bề mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục để việc lắp ghépđược dễ dàng

Các kích thước cơ bản

Chiều dày: Thân hộp, 

Chiều cao, h

Độ dốc

e =(0,8  1) = 8,811

h < 5. = 55 mmKhoảng 2o

e = 9 mmh=50

Bulông cạnh ổ, d2 d2 = (0,7 0,8).d1=(1,4 1,6) d2=14(mm

) Bulông ghép bích nắp và

thân, d3

d3 = (0,8 0,9).d2

=(11,2 12,6)

d3=12(mm)

Vít ghép lắp ổ, d4 d4 = (0,6  0,7).d2 =(8,4 9,8) d4=10(mm

) Vít ghép lắp cửa thăm dầu, d5 =( 0,5  0,6).d2 =(7 8,4) d5=8(mm)

h: phụ thuộc tâm lỗ bulông vàkích thước mặt tựa

D2=180mm

D3=210mm

Khe hở giữa các chi tiết:

Giữa bánh răng với thành

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 40

Số lượng bulông nền Z Z = ( L + B ) / ( 450  300)

750 / 200 = 3,75Lvà B : Chiều dài và rộng sơ

bộ của hộp

Z = 4

II Kết cấu các chi tiết khác

1 Chốt định vị

Mặt ghép giữa nắp và thân được gia công đồng thời, để đảm bảo vị trí

tương đối giữa nắp và thântrước và sau khi gia công cũng như lắp ghép ta

chọn 2 chốt định vị Nhờ có chốt định vị, khi xiếtbu lông không bị biến

Chức năng: Để kiểm tra quan sát các chi tiết trong hộp khi lắp ghép và

để đổ dầu vào hộp, trên đỉnh hộp có làm cửa thăm Cửa thăm được đậy bằng nắp, trên nắp có nút thông hơi

Chọn kích thước:

3 Nút thông hơi

Chức năng: Khi làm việc, nhiệt độ trong hộp giảm tốc tăng lên Để giảm

áp suất và điều hòa không khí bên trong và bên ngoài hộp, ngườ ita dùng

nút thông hơi Nút thông hơi được lắp trên cửa thăm

Sinh viên thực hiện: Dương Xuân Thủy – MSSV 20133881 42

5 Que thăm dầu

Để kiểm tra mức dầu trong hộp giảm tốc ta dùng que thăm dầu có kích thước

Dp – đường kính tính toán của puly ma sát: Dp=450mm

dt – đường kính trục tại vị trí lắp puly : dt= 85mm

dc – đường kính cáp: dc= 11mm

Kích thước moay-ơ: dm = 1,6.dt + 5= 141 ;

lm=120