Thiết kế hệ dẫn động băng tải với hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp, đồng trục, dẫn bằng động cơ điện thông qua khớp nối và bộ truyền xích

Đồ án môn học Chi tiết máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệthống hoá lại các kiến thức cũng nh nắm vững thêm về môn học Chi tiết máy vàcác môn học khác nh Sức bền vật liệu, Dung s

Lời nói đầu

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 để giảiquyết một vấn đề tổng hợp về công nghệ chế tạo Sau khi thiết kế đồ án môn họcchi tiết máy, sinh viên đợc làm quen với cách sử dụng tài liệu, sổ tay, tiêu chuẩn

và khả năng kết hợp so sánh những kiến thức lý thuyết và thực tế sản xuất, độclập 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 nh nắm vững thêm về môn học Chi tiết máy vàcác môn học khác nh Sức bền vật liệu, Dung sai, Vẽ kỹ thuật… đồng thời làm 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 đợc nhận đồ án môn học Chi tiết máy

với việc lập quy trình: Thiết kế hệ dẫn động băng tải với hộp giảm tốc bánh“Thiết kế hệ dẫn động băng tải với hộp giảm tốc bánh

răng trụ hai cấp, đồng trục, dẫn bằng động cơ điện thông qua khớp nối và bộ truyền xích ”

Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lợng kiến thức tổng hợp, còn cónhững mảng cha nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bàigiảng cuả các môn học có liên quan song bài làm của em không thể tránh khỏinhững sai sót Em rất mong nhận đợc sự hớng dẫn tận tình và chỉ bảo của các thầycô trong bộ môn để em củng cố và hiểu sâu hơn, nẵm vững hơn về những kiếnthức 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, emkính mong sự chỉ bảo của các thầy cô để em có thể củng cố thêm kiến thức vàhoàn thành tốt nhiệm vụ của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, tháng 11 năm 2006

Sinh viên:

Nguyễn Nhật Quảng

Phần I - Tính toán hệ dẫn động

Ch ơng 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 đợc xác định theo côngthức 2.8[1] sau:

Pct = PT/

 Trong đó:

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

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

: Hiệu suất chung của hệ dẫn động

 Theo công thức: 2.11

Pt =1000F .vVới: Pt =9001000.0,55 4,95(kw)

F =9000 N: lực kéo băng tải,

V = 0,55 m/s : vận tốc băng tải

 - Hiệu suất chung của hệ thống dẫn động

 Theo sơ đồ tải trọng đề bài thì:

 Tra bảng 2.3 [1] ta đợc các hiệu suất:

ol = 0,99 - hiệu suất của một cặp ổ lăn

br = 0,97 - hiệu suất của một cặp bánh răng

k = 0,99- hiệu suất của khớp nối trục đàn hồi

x = 0,93- hiệu suất của bộ truyền xích

P t = Ptđ

Vì công suất P tỷ lệ thuận với mô men T, do đó ta có hệ số chuyển đổigiữa mô men và công suất nh sau:

83 , 0 8

4 8 , 0 8

3 1

t

t T

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

 Các thông số kĩ thuật của động cơ nh sau:

Kết luận : Động cơ 4A132S4Y3 có kích thớc phù hợp với yêu cầu cần thiết

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 tác

Công suất:

Ta có: Pev =Pt. =4,95 0.83 = 4,11

99 , 0 93 , 0

11 , 4

P

e x

47 , 4

66 , 4

0

P

k e

85 , 4

0

116229,20 31833,33

32489,69

32,93 100,76

382,89 1455

1455

4,12 4,47

4,66 4,85

II I

CHƯƠNG II THIếT Kế Bộ TRUYềN ĐộNG

I TíNH TOáN Bộ TRUYềN XíCH BÊN NGOàI HộP GIảM TốC

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

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

kđ = 1,5 (Đối với va đập vừa)

kc = 1,25 (Bộ truyền làm việc 2 ca)

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

ko = 1 (Vì bộ truyền theo tính toán có góc nghiêng  < 40)

kđc = 1(Bộ truyền có thể điều chỉnh đợc bằng một trong các đĩa xích)

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

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

Theo bảng 5.5[1] với n01 = 50 v/ph, chọn bộ truyền xích 1 dãy có bớc xích

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

4 Z1) Z2 (

2 Z2)

75 , 31 18) 55 ( 75 , 31

1270 2 55)

. 3

1



n P z

9 , 0

47 , 4 1000

1000

N v

P





Fr = 4966,6 1,15 =5711,6 (N)

II TíNH CáC Bộ TRUYềN BáNH RĂNG TRONG HộP GIảM TốC

Vì là hộp giảm tốc đồng trục, đã chọn tỉ số truyền U1 = U2 do đó bộ truyềncấp nhanh không dùng hết khả năng tải cho nên ta tính bộ truyền cấp chậm trớc,

bộ truyền cấp nhanh có thể lấy gần nh toàn bộ số liệu của bộ truyền cấp chậm

A Tính toán bộ truyền cấp chậm (bánh răng trụ, răng thẳng)

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 đợc xác định theo CT 6.1[1]:

2 4

 Trong đó:

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

ti = 17000h: Là tổng thời gian làm việc của bộ truyền

ti : Là thời gian làm việc ở chế độ tải trọng Ti

 Từ đó ta có:

NHE4 = 60.1.(382,89/3,8).17000.[(13.4/8 + 0,73.3/8)] = 63,720.106

Theo bảng 10.8[1] ta có số chu kỳ cơ sở NHO của thép C45 thờng hoá chếtạo bánh răng lớn là 10.106

Vậy NHE4> NHO nên ta lấy: KHL4 = 1

Số chu kỳ chịu tải trọng thay đổi tơng đơng của bánh răng nhỏ lớn hơncủa bánh răng lớn U lần:

Vậy ta chọn HMax = 1260 Mpa

3 Tính ứng suất uốn cho phép

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

Bé truyÒn lµm viÖc mét chiÒu nªn ta lÊy:

F4= F0 /S F.K FL4.K FC

4 lim

2 2

2

.

)

1 (

ba H

H a

u

K T u

K a

1 8 , 3 ( 5 ,

Z3 =2aw2 .( 33 , 67

) 1 8 , 3 ( 5 , 2

202 2 )

1 (

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

+ Yêu cầu cần phải đảm bảo:

H

  [H] theo CT 6.33[1]:

2 3

2 H

M

.

) 1 (

2 Z Z Z

u K T

m w

m H H

Z



 2 sin

cos 2



 4 , 20 2 sin

14 cos

 Trong đó:

Góc profin răng bằng góc ăn khớp:

) 98 , 14 cos / 20 ( )

cos /

125

1 33

1 ( 2 , 3 88 , 1 [ cos )]

1 1 ( 2 , 3 88 , 1

4 3

6 , 0 66 , 1 / 1 /

s m n

d

60000

76 , 100 84,17 60000

. 3 3

2

17 , 84 50 , 50 47 , 0 1

2

1

W W H

d b v K

 Trong đó:

79 , 3

202 44 , 1 73 002 , 0

a v g

7 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Yêu cầu : F  F , ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không đợc vợtquá giá trị cho phép Theo công thức 6.43[1]:

79 , 3 50 , 50

) 1 8 , 3 ( 3 , 1 20 116229

2 0,6 1,72 274



Y= 1/ = 1/1,66 = 0,6: Hệ số xét đến sự trùng khớp

Y=1- /140 = 1- 14,98 / 140 = 0,89 : Hệ số kể đến độ nghiêng củarăng

Tra theo bd ứng với bảng 6.7[1] ta có KF=1,12

Với v < 2,5 m/s, tra bảng 6.14[1] , cấp chính xác 9 thì KF=1,37

2

17 , 84 50 , 50 44 , 1 1

2

1

3

3



 F F

w w F FV

K K T

d b v

202 44 , 0 006 , 0 73

.

1 0

m

w F

F

u

a v g

Vì F3 max< [F3]Max = 464 Mpa, F4 max< [F4]Max = 360 Mpa,

Nên răng thoả mãn về điều kiện quá tải

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

B TíNH TOáN Bộ TRUYềN CấP NHANH (Bánh răng trụ răng nghiêng)

1 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

 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 nh bộ truyền cấp chậm

1 H

M

.

) 1 (

2 Z Z Z

u K T

m w

m H H

Z



 2 sin

cos 2



 29 , 20 2 sin(

) 25 , 9 cos(

2

= 1,74

 Trong đó:

34 , 84 79 , 3 34

) 1 79 , 3 (

25 , 1 33 , 33 318 2 0,79 1,69 274

cos /

1 ( 2 , 3 88 , 1 [ cos )]

1 1 ( 2 , 3 88 , 1 [

4 3

. 1 1 

34 , 84 34 6,38 1

2

1

1

1



 H H

W W H HV

K K T

d b v

 Trong đó:

79 , 3

202 38 , 6 56 002 , 0

H

u

a v g

2 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Yêu cầu : F  F , ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không đợc vợtquá giá trị cho phép Theo công thức 6.43[1]:

34 , 84 34 20,36 1

2

1

1

1



 F F

w w F

d b v

202 38 , 6 006 , 0 73

.

1 0

m

w F

F

u

a v g

Tra theo bảng 6.16[1] chọn g0 = 73, theo bảng 6.15[1] chọn F=0,006

V× F3 max< [F3]Max , F4 max< [F4]Max

Nªn r¨ng tho¶ m·n vÒ ®iÒu kiÖn qu¸ t¶i

KÕt luËn: Bé truyÒn cÊp nhanh lµm viÖc an toµn.

§Üa xÝch

Trôc sè III

B¸nh bÞ dÉn 4 B¸nh dÉn 1

1 Chän vËt liÖu chÕ t¹o

Chän vËt liÖu chÕ t¹o b»ng thÐp C45

Cã : b=600 Mpa ; ch=340 Mpa

øng suÊt xo¾n cho phÐp [] = 12 20 Mpa

2 Lùc t¸c dông tõ c¸c bé truyÒn lªn trôc



63

31833,33

2 ).

3 , 0

2 , 0 (

10,142 cos

29 , 0 2 756,31.tg 

=

' 142 10 cos

29 , 0 2 2761,44

2 ,

31833,33

2 ,

T

15 2 , 0

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

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:

5 Tính toán kiểm nghiệm trục I:

Đờng kính vòng tròn qua tâm các chốt Tra theo bảng 16.10[1] ta có

D = 63 mm., Suy ra: FX1 = (0,2… đồng thời làm0,3)2.T/ D = (0,2… đồng thời làm0,3) 2 31833,33/ 63

) (

0

2 2

2 2

R F AB F AO F F m

F F F F

Z BY

Y A

BY Y AY Y

113

67 , 26 35,29 1 50 , 56 270,64

2

AB

R F AO F

) (

0

2 2 1 1 2 1

AB F AO F AO F F m

F F F F F

BX X

X A

BX X AX X X

113

50 , 56 756,31 28

180

1

AB

AO F AO F

 S S S

S S





2 2

0 

M

 d11 ≥ 3

63 1 , 0

28025,38

= 17,8 mm

22 2

57697,7

 Dựa vào kết cấu của trục I đã chọn sơ bộ nh trên và biểu đồ mômen

t-ơng ứng, ta thấy tiết diện nguy hiểm cần đợc kiểm tra về độ bền mỏi đó là tiếtdiện lắp bánh răng

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

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 đốixứng do đó a tính theo CT(10.22)

2

2 1 2 1

3 2 2

2

) (

32

.

d

t d t b d

1339 25

2

) 5 , 3 25 ( 5 , 3 6 32

3 2 2

2

) (

16

.

d

t d t b d

) 5 , 3 25 ( 5 , 3 6 16

Phơng pháp gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra = 2,5… đồng thời làm0,63 m, do đó theo bảng(10.8), hệ số tập trung ứng suất do trạngthái bề mặt là KX = 1,06

Không dùng các phơng pháp tăng bề mặt do đó hệ số tăng bền: KY = 1Theo bảng (10.12) khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tạirãnh then ứng với vật liệu b = 600 MPa là:

K = 1,76 và K = 1,54

Từ bảng (10.10) với d = 19 mm, lấy:

 = 0,91;  = 0,87

Ta xác định đợc tỉ số : K/  = 1,76/ 0,91 = 1,93

K/  = 1,54/ 0,87 = 1,77Xác định các hệ số Kd và Kd theo CT(10.25) và CT(10.26):

y

x

K K

600 436 0

261,6 0,58.

.

S

S S

' 97 , 14 '.

66 , 4

2 2 2

FY1 O1

.

) (

0

2 2 2 2 1 1 1 1 2 1

AB F AO F R F AO F R F F m

F F F F F

BY Y

Z Y

Z A

BY Y Y AY Y

)

(

0

2 2 1 1 2 1

AB F AO F AO F F m

F F F F F

BX X

X A

BX X X AX X

299

50 , 56 31 , 756 2,50 2761,14.22

2

AB

AO F AO F

 S S S

S S





2 2

6.3 Xác định đờng kính các đoạn trục

Tại tiết diện 1-1

102340,94

=25,32 mm

Tại tiết diện 2-2

22 2

22

T Y

1000658,16

= 25,18 mm

 Chọn:

d11 = d22 = 34 mm

dổ = 30 mm

6.4 Kiểm nghiệm về độ bền mỏi

Dựa vào kết cấu của trục II đã chọn sơ bộ nh trên và biểu đồ mômen tơngứng, ta thấy tiết diện nguy hiểm cần đợc kiểm tra về độ bền mỏi đó là tiết diệnlắp bánh răng

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

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

Kết cấu trục thiết kế phải thoả mãn điều kiện:

1



 Trong đó:

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 đốixứng do đó a tính theo CT(10.22)

2

2 1 2 1

3 2 2

2

) (

32

.

d

t d t b d

34 2

) 5 34 ( 5 10 32

3 2 2

2

) (

16

.

d

t d t b d

=

34 2

) 5 34 ( 5 10 16

Phơng pháp gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra = 2,5… đồng thời làm0,63 m, do đó theo bảng(10.8), hệ số tập trung ứng suất do trạngthái bề mặt là KX = 1,06

x

K K

600 436 , 0

600 436 , 0 58 , 0

S

S S

2 , 25 44 , 16

2 2

2 2

F AX

FX1

FY1 O1

FX2 = Fxich sin 300 = 5711,6 sin 300 = 2855,8N

FY2 = Fxich cos 300 =5711,6 cos 300 = 4946,36 N

.

) (

0

2 2 1

1 1

2 1

AO F AB F R F AO F F m

F F F F F

Y BY Z Y

A

Y BY Y AY Y

150

120 1678,5 75

,69 103 150 4946,39

) (

0

2 2 1 1

2 1

AB F AO F AO F F m

F F F F F

BX X

X A

X X X AX

150

242 2855,8 75

2761,44

1

AB

AO F AO F

MY11 =FAY A01=51,84 75 =3888 Nmm

7.3 Xác định đờng kính các đoạn trục

Tại tiết diện 1-1

11 2

4 574476,45,

= 45,01 mm

Tại tiết diện 2-2

22 2

742478,63

= 49,02 mmTại tiết diện 3-3 ta có:

d33 ≥

 

3

1 ,

7.4 Kiểm nghiệm về độ bền mỏi

Dựa vào kết cấu của trục III đã chọn sơ bộ nh trên và biểu đồ mômen tơngứng, ta thấy tiết diện nguy hiểm cần đợc kiểm tra về độ bền mỏi đó là tiết diệnlắp bánh răng

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

Trên trục III, Xét tại tiết diện 2-2

Kết cấu trục thiết kế phải thoả mãn điều kiện:

 Trong đó:

[s]: Hệ số an toàn cho phép, [s] = 1,5 … đồng thời làm2,5

Khi cần tăng độ cứng thì [s] = 2,5 … đồng thời làm3

 S S S

S S





2 2

S, S : Hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trờng hợp ứng suất pháp hoặc ứngsuất tiếp, đợc tính theo các công thức sau đây:

m a

Theo bảng (9.1) ta chọn loại then là: b x h x t = 18 x 11 x 7

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

do đó a tính theo CT(10.22)

32

3 2 2

d

32

55 3 2

d

16

55 3

Phơng pháp gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra = 2,5… đồng thời làm0,63 m, do đó theo bảng(10.8), hệ số tập trung ứng suất do trạngthái bề mặt là KX = 1,06

Không dùng các phơng pháp tăng bề mặt do đó hệ số tăng bền: KY = 1Theo bảng (10.12) khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tạirãnh then ứng với vật liệu b = 600 MPa là:

600 436 0

600 436 , 0 58 , 0

S

S S

4 , 5 3

2 2 2 2

8 KIểM NGHIệM Độ BềN THEN.

8.1 Kiểm nghiệm độ bền then trên trục I

Trên trục I ta lắp then có thông số : b x h x t1 x t2 = 6x6x3,5x2,8

Công thức kiểm nghiệm then về độ bền dập:

 d

t d

t h l d

2

1 1

Công thức kiểm nghiệm then về độ bền cắt:

 c t

c

b l d

T



.

t h l d

31833,33

2 ) (

2

1 1

Vậy then thoả mãn về độ bền dập

 c

t c

b l d

T



6 24 25

31833,33

2

.

2 1

Vậy then thoả mãn về độ bền cắt

Nh vậy then trên trục I đợc thoả mãn các điều kiện về độ bền

8.2 Kiểm nghiệm độ bền then trên trục II

Trên trục II ta lắp then có thông số : b x h x t1 x t2 = 10x8x5x3,3

Công thức kiểm nghiệm then về độ bền dập:

 d

t d

t h l d

2

1 2

Công thức kiểm nghiệm then về độ bền cắt:

 c

t c

b l d

T



.

.

2 2

Tra theo bảng ta có:

t h l d

116229,20

2 ) (

2

1 2

Vậy then thoả mãn về độ bền dập

 c

t c

b l d

T



10 40 34

20 , 116339

2

.

2 1

Vậy then thoả mãn về độ bền cắt

Nh vậy then trên trục II đợc thoả mãn các điều kiện về độ bền

8.3 Kiểm nghiệm độ bền then trên trục III

Trên trục III ta lắp then có thông số : b x h x t1 x t2 = 18x16x10x6,4.Công thức kiểm nghiệm then về độ bền dập:

 d

t d

t h l d

2

1 3

Công thức kiểm nghiệm then về độ bền cắt:

 c t

c

b l d

T



.

t h l d

423665,14

2 ) (

2

1 3

O2 A

b l d

T



18 65 55

423665,14

2

.

2 3

Vậy then thoả mãn về độ bền cắt

Nh vậy then trên trục III đợc thoả mãn các điều kiện về độ bền

CHƯƠNG IV: THIếT Kế gối đỡ TRụC

) (

0

2 2

2 2

R F AB F AO F F m

F F F F

Z BY

Y A

BY Y AY Y

113

27 , 26 135,29 5

, 56 279,64

) (

0

2 2 1 1

2 1 1

AB F AO F AO F F m

F F F F F

X t

k A

X t X K X

113

5 , 56 31 , 756 28 180

2

AB

AO F AO F

F

F

N F

F

F

Y x rB

Y x rA

17 , 375 171,75

55 , 333

33 , 612 89

, 7 10 76 , 602

2 2

2 2

2 2

2 2