thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn

Xác định công suất động cơ, phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động.. Tính toán thiết kế các chi tiết máy: Tính toán các bộ truyền hở đai, xích, bánh răng,….. Tính toán các bộ t

Thời gian phục vụ: L = 7 (năm)

Quay một chiều, làm việc một ca, tải va đập nhẹ (một năm 300 ngày, một ca làm việc 8 giờ)

Chế độ tải: T1= 22 ; T2= 48 tương ứng thời gian t1 = T ; t2 = 0,8T

Yêu cầu:

01 thuyết minh; 01 bản vẽ lắp A0; 01 bản vẽ chi tiết

Nội dung thuyết minh:

1 Tìm hiểu hệ thống truyền động của máy

2 Xác định công suất động cơ, phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động

3 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:

Tính toán các bộ truyền hở (đai, xích, bánh răng,…)

Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít,…)

Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền, tính giá trị các lực

Tính toán thiết kế trục và then

Chọn ổ lăn và nối trục

Chọn thân hộp, bulông, các chi tiết phụ khác

4 Chọn dầu bôi trơn, bảng dung sai lắp ghép

5 Tài liệu tham khảo

Chương I : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1 Tính toán chọn động cơ:

a) Tính công suất cần thiết của động cơ

Do tải trọng thay đổi theo bậc nên ta xác định công suất tương đương: Ptđ theo công thức 2.3 trang 20 [1]

KW t

t t P t

P

P td  ( 12 1 22 2) /(1  2)  ( 92 22  ( 9 0 , 8 )2 48 ) /( 22  48 )  7 , 81

-Tính hiệu suất chung cho hệ thống

Tra bảng 2.3 trang 19 [1], ta có:

ηx = 0,96 Hiệu suất của bộ truyền xích

ηbr=0,97 Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

ηol = 0,99 Hiệu suất của một cặp ổ lăn được che kín

-Hiệu suất chung cho cả hệ thống:

87 , 0 99 , 0 97 0 96 ,

81 , 7

KW

Vận tốc quay, Vg/ph, 50Hz

%

K dn

T T

= 8,1 tỷ số truyền của hệ thống bánh răng

Đối với hộp giảm tốc đồng trục , tỉ số truyền của cấp nhanh được lấy bằng cấp chậm, tỉ số truyền được chọn theo công thức:

Theo công thức 3.14 trang 44 [1]

√ √ Vậy ta có tỷ số truyền của hệ chuyển động như sau:

2,84

38 , 513

21 , 8

76 , 180

55 , 8 10 55 , 9

Bảng đặc tính kĩ thuật của hệ thống truyền động:

Thông số

Động cơ Trục I Trục II Trục III

Trục IV Công suất,

Chương II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH

1 Chọn loại xích dẫn động: do yêu cầu về giá thành cũng như độ bền cho hệ thông

nên ta chọn Xích ống con lăn

2 Chọn số răng của đĩa xích dẫn và đĩa xích lớn:

- Số răng đĩa xích dẫn: z1= 29 – 2.u với u = 3 → z1= 29 – 2.3 = 23 răng

Để xích mòn đều, ta chọn số răng bánh xích là số l theo bảng 5.4 trang 80 [1] :

3 Tính công suất tính toán P t :

Theo công thức 5.4 trang 81 [1]

Kz.Kn Trong đó:

Với: Chọn theo bảng 5.6 trang 82 [1]

Kdc = 1 (Trục đĩa xích điều chỉnh được)

Ka = 1 (Vì chọn a = (30÷50).pc),

Kbt = 1,3 (Điều kiện bôi trơn nhỏ giọt , môi trường có bụi ,chất lượng bôi trơn II bảng 5.7 )

Ko = 1 (Đường nối tâm hai đĩa xích hợp với đường nằm ngang một góc < 400)

Kc = 1 (Do làm việc 1 ca/ ngày)

Kd = 1,35 (tải trọng có va đập)

K=kakdck0kckbtkd = 1.1.1,3.1.1.1,35 = 1,75

Như vậy:

= 16,96

Theo bảng 5.5 trang 81[1] với n01 = 200 vg/ph, ta chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích pc = 31,75 mm thỏa mãn điều kiện bền mòn: Pt= 16,96 < P = 19,3 kw

4 Xác định vận tốc trung bình v của bước xích theo công thức 5.5 trang 88[1]và lực vòng có ích F t

5 Chọn khoảng cách trục sơ bộ: Tính theo công thức 5.11 trang 84[1]

Số mắc xích X theo công thức 5.12 trang 89 [1]: ( ) ( )

= 2.40+ 0,5(25+75) + ( ) 31,75/4 131,58 Lấy số mắt xích chẳn xc= 132 - Tính chính xác khoảng cách trục a theo công thức 5.13 trang 85 [1] a =0,25p [ ( ) √[ ( )] [ ] ]

= 0,25.31,75 [ ( ) √( ( )) (

) ]

= 1353,44 Để xích không chịu lực căng quá lớn , giảm a một lượng bằng

6 Tính toán kiểm nghiệm xích về độ bền :

S=

Theo bản 5.2 trang 78 [1] tải trọng phá hỏng Q = 88,5 KN , khối lượng 1m xích q= 3,8kg

1,31349,37= 83,21 N Trong đó ( bộ truyền nghiêng 1 góc < 40)  S= 88500/(1,7.4278,53 + 83,21 + 18,22) = 12 Vậy theo bản 5.10 ta có [s] = 8,5 , vậy s > [s] bộ truyền xích đảm bảo đủ bền 7 Đường kính đĩa xích Theo công thức 5.17 trang 86 [1] ( ) (

)

( ) (

)

8.Lực tác dụng lên trục

Theo công thức 5.20

Với bộ truyền nghiêng một góc nhỏ hơn 40 lấy

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

SH = 1,1 : hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc

Theo công thức 6.3 trang 93[1]

: hệ số tuổi thọ khi xét ứng suất tiếp xúc

MH = 6 : bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc

NHO: số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

Theo công thức 6.5trang 93 [1]

i

.)max

N : số vòng quay của bánh răng đang xét

Tlv: tổng thời gian làm việc

Ti : momen xoắn

C : chu kỳ làm việc

Ta có: 60.1.1458.16800.(1 0,31 0,8 0,68) 967,27.10 ( )

.)max.(

60

6 3

3

3 2

1 1 1

MPa C

t T

T t

n c

i lv HE

16800 38

.

.

60

6 3

3

3 max

2

1 2 2

MPa C

t T

T t

n

c

i lv HE

Theo công thức 6.1a trang 93[1]

Vậy

1 , 1

1 580

0 1 lim

1 550

500 3 , 527 2

2 1

MPa

H H

YR=1 hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám của mặt lượn chân răng

YS=1 hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất

KXf=1 hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến dộ bền uốn

Sơ bộ ta thấy: YR.YS.kxF = 1

Ta có:

Ứng suất uốn cho phép của thép 45 theo bản 6.2 trang 94[1]

) ( 459 255 8 , 1

Theo bảng 6.2 trang 94[1] ta tra được

SF = 1,75 : hệ số an toàn khi tính về uốn

KFC = 1 : hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải

Theo công thức 6.4 trang 93 [1]

mF =6 : bậc của đường cong mỏi khi xét về uốn

NFO = 5.106 : số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

Ta có: N FE1

= 60.1.1458.16800.(1.0,31 .0,8 .0,68) 717,57.10 ( )

) ( 60

6 6

6 max

2

1 2

MPa C

t T

T t

n

i lv

60

6 6

6 max

2

1 2 2

MPa C

t T

T t

n c

i lv HE

S

k

k .

0 1 lim 1



75 , 1

1 1 459

F

S

k

k .

1 1 432

MPa





Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:

Theo công thức 6.14 trang 96[1]

( ):hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng ăn khớp tra theo bảng 6.5 trang 96[1]

T2 =181371,49 Nmm: mômen xoắn trên trục bánh răng chủ động

: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính tiếp xúc

 H  513, 65(MPa): ứng suất tiếp xúc cho phép

Chọn mn = 2 mm theo tiêu chuẩn bảng 6.8 trang 99 [1]

Đối với bánh răng nghiêng, ngoài số răng, ta còn phải chọn góc nghiêng  (t 8o– 20o

( ) Chọn :z1= 39 răng

hi đó số răng bánh lớn xác định theo công thức 6.20 trang 99[1]

Z2 = U.z1 = 2,84.39 = 110,8

Vậy chọn z2 = 111 răng

Do đó tỷ số truyền thực tế là:

vậy góc nghiêng theo công thức 6.32 trang 103[1]

( )

( ) vậy góc nghiêng

Tra bảng 6.10a trang 101[1]

032,0

z k

Tổng hệ số dịch chỉnh công thức 6.25 trang 100:

5248 , 2 0048 , 0 52 ,

52,2.391115248

,2.5,0

5,

86,165,052,2

20cos.2.150

2

cos cos

4 Xác định các thông số bộ truyền theo bảng 6.11 trang 104 [1]

- đường kính chia: d1 m.z1/cos  2.39/0,96780,66(mm)

)(57,229967

,0/111.2cos

/ 2

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Theo công thức 6.33 trang 105[1]

w m w

m H H

M H

d U b

U k T z

1

2

Trong đó : zM = 274 (MPa1/3) là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp theo bảng 6.5 trang 96[1]

zH là hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc theo công thức 6.34 trang 105[1]

2.cossin(2 )

√ ( )

zε là hệ số kể đến sự trùng khớp của bánh răng với theo công thức 6.36c trang 105[1]

K =1,03 hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng

vành răng tra bảng 6.7 trang 98[1]



H

K = 1,13 là hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều cho các đôi

răng đồng thời ăn khớp bảng 6.14 trang 107[1]

w w H Hv

k k T

d b v K

2

1

U

a v

g , 0

 với v là vận tốc vòng được tính :

60000

38,513.66,80.14,360000

1 2

s m n

δH = 0,002 là hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp theo bảng 6.15 trang 107[1]

g0 = 73 là hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch bước răng với cấp chính xác là 9 tra bảng 6.16 trang 107

29,284,2

150.167,2.73.002

2

66,80.60.29,2

, 80 84 , 2 60

1 84 , 2 1871 , 1 181371,49

2 764 , 0 58

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Ứng suất uốn sinh ra tại chân răng tính theo công thức 6.43 , 6.44 trang 116[1]

][

2

1 1

1 2

w w

F F

F

m d b

Y Y Y k T

F F

F F F

38 , 14 1 140



Số răng tương đương

Tra theo bảng 6.18 trang 109[1]

33,3

kFα =1,37 : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng không đều cho các đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn tra theo bảng 6.14 trang 107[1]

kFv : hệ số kể đến otải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp tính theo công thức 6.46 trang 109[1] ta có:



 F F

w w F Fv

k k T

d b v k

2

1

F

U

a v g

,

1

07,137,1.06,1.49,181371

2

66,80.60.89,61

89,684,2

150.167,2.73.006

 

  247( ))

(47,10533

,3

49.3.63,

100

3,262)

(63,1002

.66,80.60

33,3.897,0.58,0.55,1.49,181371

2

2 2

1 1

MPa MPa

MPa

F F

F F

II Bộ truyền cấp nhanh

Đối với hộp giảm tốc đồng trục, các thông số được chọn giống nhau ngoại tr bề rộng răng

Dựa vào điều kiện khoảng cách trục của hai cấp bằng nhau, mà ba2  0, 4

Tra bảng 6.6 trang 97[1] chọn

Theo công thức 6.16 trang 97[1]

1 2

s m n

2 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Theo công thức 6.33 trang 105[1]

w m w

m H H

M H

d U b

U k T z

1

2

Trong đó : zM = 274 (MPa1/3) là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp theo bảng 6.5 trang 96[1]

zH là hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc theo công thức 6.34 trang 105[1]

2.cossin(2 )

zε là hệ số kể đến sự trùng khớp của bánh răng với theo công thức 6.36c trang 105[1]

K =1,02 hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng

vành răng tra bảng 6.7 trang 98[1]



H

K = 1,13 là hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều cho các đôi

răng đồng thời ăn khớp bảng 6.14 trang 107[1]

w w H Hv

k k T

d b v K

2

1

U

a v

g , 0

 với v là vận tốc vòng được tính :

Theo bảng 6.13 trang 106 v 4m/s đối với bánh răng nghiêng ta chọn cấp chính

δH = 0,002 là hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp theo bảng 6.15 trang 107[1]

g0 = 73 là hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch bước răng với cấp chính xác là 9 tra bảng 6.16 trang 107

529,684,2

150.154,6.73.002

2

66,80.30.529,6

, 80 84 , 2 30

1 84 , 2 27 , 1 66548,69

2 764 , 0 58

3.Kiểm nghiệm răng về độ bền uo

Ứng suất uốn sinh ra tại chân răng tính theo công thức 6.43 , 6.44 trang 116[1]

Trong đó:

71 , 1

38 , 14 1 140



Số răng tương đương

][

2

1 1

1 2

w w

F F

F

m d b

Y Y Y k T

Tra theo bảng 6.18 trang 109[1]

33,3

kFα =1,37 : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng không đều cho các đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn tra theo bảng 6.14 trang 107[1]

kFv : hệ số kể đến otải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp tính theo công thức 6.46 trang 109[1] ta có:



 F F

w w F Fv

k k T

d b v k

1 2

.

F

U

a v g

,

1

24,137,1.05,1.66548,69

2

66,80.30.58,191

58,1984,2

150.154,6.73.006

(60,8933

,3

49.3.49

,

85

3,262)

(49,852

.66,80.30

33,3.897,0.58,0.79,1.66548,69

2

2 2

1 1

MPa MPa

MPa

F F

F F

Vậy độ bền uốn thỏa

4 Xác định các thông số bộ truyền (theo bảng 6.11 trang 104 [1])

- đường kính chia: d1 m.z1/cos  2.39/0,96780,66(mm)

)(57,229967

,0/111.2cos

/ 2

Chương IV :THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN I.Trục:

=49,16mm

Chọn d3=50mm

3.2 Xác định khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực:

_Chọn sơ bộ chiều rộng ổ lăn theo d:

X Y

a) Lực tác dụng của khớp nối đàn hồi

Ft = 1

1

5323,89 25

1 1

Vậy Bx ngược chiều đã chọn

Xác định đường kính trục tại các tiết diện

Theo bảng T Chọn sơ bộ[ ]  60MPa

1 Tại tiết diện A

td M

- Trục có một then bằng, với đường kính 25 mm, ta chọn then có chiều rộng b

= 8mm , chiều cao h = 7 mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 4 mm, và trên lỗ

X Y

718,8 N

53316,92 Nmm

61151,97 Nmm 49904,77 Nmm

Vậy Ax ngược với chiều đã chọn

Xác định đường kính trục tại các tiết diện

Theo bảng T Chọn sơ bộ[ ]  60MPa

a) Tại tiết diện A

- Với đường kính 24 mm, ta chọn then có chiều rộng b = 8 mm , chiều cao h =

7 mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 4 mm, và trên mayo t2 = 2,8 mm

c) Tiết diện tại C

Chọn d13 = 25

- Với đường kính 25 mm, ta chọn then có chiều rộng b = 8 mm , chiều cao h =

7 mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 4 mm, và trên mayo t2 = 2,8 mm

d) Tại tiết diện D

X Y

790, 05( ) 142

4 4

Vậy Ax cùng với chiều đã chọn

Xác định đường kính trục tại các tiết diện

Theo bảng Chọn sơ bộ[ ]  60MPa

a) Tại tiết diện A

td M



Chọn d11 = 36 (mm)

- Với đường kính 36 mm, ta chọn then có chiều rộng b = 10mm , chiều cao h

= 8 mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 5 mm, và trên mayo t2 =3,3 mm

- Với đường kính 42 mm, ta chọn then có chiều rộng b = 12mm , chiều cao h

= 8 mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 5 mm, và trên mayo t2 = 3,3 mm

d) Tại tiết diện D

13 0

td

Chọn d14 = 30 (mm)

Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn

Vật liệu chế tạo trục thép C45 thường hoá B170…217,ứng suất xoắn [

τ]=12…20MPa.Giới hạn bền [бb]=600MPa Giới hạn chảy [бch]=340MPa

M

MPa W

Mô men cản xoắn ol được xác định theo công thức:

a m

T

MPa W

Đối với thép có thành phần các bon trung bình:  0,05;   0

ệ số an toàn theo ứng suất uốn:

2, 47 a . m 1,55.68,17 0, 05.0

Vậy điều kiện bền mỏi được thỏa

Trục 2:

Tiết diện nguy hiểm là tại điểm C, nơi lắp bánh răng dẫn động cho trục 3

- Với đường kính 24 mm, ta chọn then có chiều rộng b = 8 mm , chiều cao h =

7 mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 4 mm, và trên mayo t2 = 2,8 mm.(Trục 2

có 2 then)

- Xét đến hệ số ảnh hưởng đến đường kính εσ = 0,9; ετ = 0,85

- Đối với thép có thành phần các bon trung bình:  0,05;   0

- ệ số tập trung ứng suất σ và τ với mặt cắt có rãnh then và σb=600MPa

M

MPa W

Mô men cản xoắn M0 được xác định theo công thức:

3 0

ệ số an toàn theo ứng suất xoắn:

Với đường kính 42 mm, ta chọn then có chiều rộng b = 12 mm , chiều cao h = 8

mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 5 mm, và trên mayo t2 = 3,3 mm

Tính toán momen cản uốn tại điểm lắp bánh răng

M

MPa W

Ứng suất xoắn tại vị trí :

- ệ số tập trung ứng suất σ và τ với mặt cắt có rãnh then và σb=600MPa có giá trị: σ = 1,55 và τ = 1,54

-Xét đến hệ số ảnh hưởng đến đường kính εσ = 0,84; ετ=0,78

-Đối với thép có thành phần các bon trung bình:  0,05;   0

- ệ số an toàn theo ứng suất uốn:

- Trục có một then bằng, với đường kính 25 mm, ta chọn then có chiều rộng b

= 8mm , chiều cao h = 7 mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 4 mm, và trên lỗ

Trục 2:

 Kiểm nghiệm then bằng

- Các trường hợp hỏng hóc có thể xảy ra là dập các bề mặt và bị cắt Do đó ta kiểm nghiệm sức bền dập và sức bền cắt

- Với đường kính 25 mm, ta chọn then có chiều rộng b = 8 mm , chiều cao h =

7 mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 4 mm, và trên mayo t2 = 2,8 mm

 Kiểm nghiệm độ bền dập:

1

41, 7 ( ) (7 4).25.31,88

- Với đường kính 36 mm, ta chọn then có chiều rộng b = 10 mm , chiều cao h

= 8 mm, chiều sâu rãnh then trên trục là t1 = 5 mm, và trên mayo t2 =3,3 mm