thiết kế hệ thống truyền động cơ khí

Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu.. Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làm q

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại.

Vì vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hoá đất nước Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt

lý thuyết vào thiết kế các hệ thống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư cơ khí.

Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói nó đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu.

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật cơ khí , và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế cơ khí Hộp giảm tốc là một trong

những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn,…Thêm vào đó, trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ AutoCad, điều rất cần thiết với một sinh viên kĩ thuật.

Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đức Nam đã giúp đỡ nhóm em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.

Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến từ thầy cô và các bạn.

PHIẾU NHẬN XÉT:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

I/ Chọn động cơ

+ công suất tương đương của hộp giảm tốc

Dựa theo bảng thông số kỹ thuật đã cho ta có:

+ Công suất của động cơ điện

Với

- : hiệu suất bộ truyền xích

- : hiệu suất 1 cặp ổ lăn

- : hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

- : hiệu suất khớp nối

Suy ra

Vậy =

+ Số vòng quay của động cơ

Ta có tỉ số truyền của máy

Động cơ được chọn phải thỏa điều kiện sau

Dựa vào bảng P1.3 trang 237 sách

Ta chọn động cơ có các thông sau

Kiểu động

cơ

Côngsuất KW

Vận tốcquay(v/p)

Dựa vào bảng (3.1) trang 43 sách

Ta được tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng như sau

Cấp nhanh:

Cấp chậm:

Công suất, số vòng quay và các moment trên các trục

Công suất trên các trục

+ Momen xoắn trên các trục

Bảng thống kê các số liệu tính được

Theo yêu cầu của đề tài phải dùng xích ống con lăn do đó ta có các thông số như sau

1. Xác định các thông số của xích và bộ truyền

2. Tính kiểm nghiệm xích về độ bền

Theo (5.15)

[ ]δ

≥ + + o v

t

K Q

- Theo bảng 5.2 tải trọng phá hủy

- Khối lượng một met xích

- Chọn Kđ =1.7 (tải trọng mỏ máy bằng 2 tải trọng danh nghĩa)

Với Kf = 4 ( bộ truyền nghiên một góc nhỏ hơn 400)

Do đó

Theo bảng 5.10 với n=200 vòng/phút

Vậy ⇒ Bộ truyền xích đảm bảo đủ bền

3 Đường kính xích theo đĩa

Theo công thức (5.17) và bảng 13.4:

Ta có:

(xem bảng 5.2)

⇒

- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích theo công thức (5.18)

PHẦN 3: BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG I/ Tính bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng (cấp chậm)

Như vậy theo (6.1a) ứng suất sơ bộ được xác định:

Với cấp nhanh sử dụng bánh răng nghiêng

3. Tính toán cấp nhanh

Bộ truyền răng trụ răng nghiêng

a/ Xác định sơ bộ khoảng cách trục theo (6.15a)

Với K= 43 ( Bánh răng nghiêng bảng 6.5)

⇒ β = 15.2540 = 15015’

c/ Kiểm nghiệm bánh răng về độ bền tiếp xúc:

Theo (6.33), ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:

- Theo 6.39

Thay các giá trị vừa tính được vào 6.33 ta có:

- Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép

Theo 6.1 với v = 4.152 < 5 m/s, Zv =1

Chọn Z2 = 0.95, KXH = 1

Vậy

Như vậy ⇒ Thỏa điều kiện

d/ Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

- Với m =2.5 mm,

YR = 1 (Bánh răng phay)

KXF = 1 ( da < 400 mm)

Do đó theo (6.2) và (6.2a)

Thay các giá rị vừa tính được vào công thức trên

⇒ Thỏa điều kiện

e/ Kiểm nghiệm về quá tải

Hệ số dịch chỉnh x1 = 0, x2 = 0

- Theo các công thước trong bảng, tính được:

+ Đường kính vòng chia

+ Đường kính đỉnh răng

+ Đường kính đáy răng

4. Tính bộ truyền cấp chậm ( Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng)

- Theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, chọn modun tiêu chuẩn của bánh răng cấp chậm bằng modun ở bánh nhanh m =2.5 mm

- Tỉ số truyền mới như sau:

c/ Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

- Theo (6.33) ứng suất tiếp xúc bề mặt làm việc:

Vậy ⇒ Thỏa điều kiện

d/ Kiểm nghiệm về độ bền uốn

Thay các giá trị vừa tính được vào 6.43

Ta thấy ⇒ Thỏa điều kiện

e/ Kiểm nghiệm về quá tải

⇒ Thỏa điều kiện.

g/ Các thông số và kích thước bộ truyền

I. Chọn và tính các thông số ban đầu của trục

Vật liệu chế tạo trục là thép C45 tôi cải thiện, giới hạn bền σb =

= 850Mpaứng suất xoắn cho phép [ ]τ =20÷25MPa

đối với trục vào ra của hộp giảm tốc ( trang 188 [1])

giá trị nhỏ đối với trục vào và giá trị lớn đối với trục ra

[ ]τ =20÷25MPa

đối với trục trung gian

1) Xác định sơ bộ đường kính trục

32,

79 ,

28,

7 ,

2) Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt

2.1 Ta chọn chiều rộng ổ lăn tương ứng

Phương trình lực theo phương y

F x

02 + 2 + 2 =

MBtd =

6,2098354

,37204

75,093,1866249

,

Nmm

MCtd =

5,2277034

,74408

75,053,1988279

,74408

75,021750

Nmm

MEtd =

9,644394

,74408

75,00

Nmm

Với đường kính trục sơ bộ d1 = 30mm ta chọn [ ]σ

= 67MPaTheo 10.7

3

1,

6,209835

5,227703

5,68011

5,68011

=

E

d

= 21,26 mm

Chọn các đường kính theo tiêu chuẩn như sau

dC1 = 25 mm (đường kính lắp bánh răng )

dD1 = 25 mm (đường kính lắp ổ lăn)

dE1 = 25 mm (đường kính khớp nối)

71,78

300 2662,82

21750 198827,53

186624,93

37204,4

74408,7

=

(N)Phương trình lực theo phương x

8,12320

=

(N)Xác định momen tương đương

Mtdj =

2 2

2 rj 0,75 j

MAtd = MEtd = 0

MBtd = MDtd =

27,44551714

,2931.75,06,40966638

,162931

75,06,70085938

3

1,

27,445517

78,740576

=

C

d

= 51,25 mmChọn các đường kính theo tiêu chuẩn như sau

dA=dE = 40 mm (đường kính lắp ổ lăn )

dB = dD = 45 mm (đường kính lắp bánh răng)

dC = 55 mm (đường kính bánh răng)

103677,38 12881,125

31 ) (

l

l F l

l

5,151.7,2493)

5,88303(

= 3425,8 (N)Xác định momen tương đương

Mtdj =

2 2

2

75,

rj

MAtd =

2 2

,991063

75,07,51900875

3,85286

6,1058700

6,1120196

z x

7004

798,8

3292,5

498813,75 619831,98

III Kiểm nghiệm trục và độ bền mỏi

j j

j j j

S S

S S S

τ σ

τ σ+

=

(10.19) : hệ số an toàn cho phép

: hệ số an toàn chi tiết ứng suất pháp

: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp

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

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

do đó

Vì trục quay một chiều ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động nên:

3. xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục.

Theo kết cấu và biểu đồ mômen ta thấy các tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra

về độ bền mỏi

• Trục I: tiết diện lắp khớp nối E1 và tiết diện lắp bánh răng C1

• Trục II: hai tiết diện lắp bánh răng C2 và D2

• Trục III: tiết diện lắp bánh răng A3 và đĩa xích C3

Chọn lắp ghép:

Các ổ lăn lắp trục theo kiểu K6 lắp bánh răng đĩa xích nối trục

Kích thước then (bảng 9.1) trị số momen cản uốn và momen cản xoắn (bảng 10.6) ứng với tiết diện trục sau

Tiết diện Đường kính

Không dùng phương pháp tăng bề mặt nên Ky = 1

Ta dùng dao phay ngón để gia công rãnh then tao có: ,

Ta được các giá trị sau:

Rãnhthen

Độdôi

-C1 35 2,33 2,44 2,35 1,86 2,54 2,45 2,4

6

18,62

61,2 4,78 2,43

C2 55 2,48 2,97 2,64 2,28 3,07 2,74 2,5

5

29,98

Từ kết quả tính toán ta thấy tiết diện trên 3 trục đều đảm bảo an toàn bền mỏi.

IV Tính kiểm nghiệm độ bền của then

Với các tiết diện trên trục dung sai mối ghép then ta tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập và độ bền cắt :

Với

Tính và chọn theo tiêu chuẩn ta có chiều dài then cho trong bảng sau:

Ta có bảng kiểm nghiệm then như sau:

Lực hướng tâm tác dụng lên ổ 1.

Lực hướng tâm tác dụng lên ổ 2:

Vì Fr12 < Fr11 nên ta tính toán chọn ổ cho ổ 1

2. Kiểm nghiện khả năng tải động của ổ:

Tải trọng động quy ước:

Với m=3

L: tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay:

Vậy Cd = 35,6518kN < C = 37,4 kN

Khả năng tải động được đảm bảo

3. Khả năng tải tĩnh của ổ:

Lực hướng tâm tác dụng lên ổ 1

Lực hướng tâm tác dụng lên ổ 2:

Vì Fr21 = Fr22 nên ta tính toán chọn ổ cho 1 ổ

2. Kiểm nghiện khả năng tải động của ổ:

Tải trọng động quy ước:

Khả năng tải động của ổ được đảm bảo

3. Khả năng tải tĩnh của ổ:

Sơ đồ bố trí ổ lăn

1. Phản lực tại các ổ:

Lực hướng tâm tác dụng lên ổ 1

Lực hướng tâm tác dụng lên ổ 2:

Vì Fr31 > Fr32 nên ta tính toán chọn ổ cho ổ 1

2. Kiểm nghiện khả năng tải động của ổ:

Tải trọng động quy ước:

Khả năng tải động được đảm bảo

3. Khả năng tải tĩnh của ổ:

Khả năng tải tỉnh của ổ được bảo đảm.

1. Tính toán kết cấu của vỏ hộp:

Chỉ tiêu của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ Chon vật liệu để

đúc hộp giảm tốc là gang xám có kí hiệu GX15-32

Chọn bề mặt nắp ghép và thân đi qua tâm trục

2. Bôi trơn trong hộp giảm tốc

Lấy sâu ngâm dầu khoảng ¼ bán kính của bánh răng cấp chậm

3. Dầu bôi trơn hộp giảm tốc.

Chọn loại dầu là dầu công nghiệp 45

4. Lắp bánh răng lên trục và điều chỉnh sự ăn khớp.

Để lắp bánh răng lên trục ta dùng mối ghép then và chọn kiểu lắp là H7/k6 vì nó

chịu tả vừa và va đập nhẹ

5. Điều chỉnh sự ăn khớp

Để điều chỉnh sự ăn khớp của hộp giảm tốc bánh răng trụ này ta chọn chiều rộng

bánh răng nhỏ tăng lên 10% so với bánh răng lớn

Các kích thước của các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc:

Chiều dày: Thân hộp

Nắp hộp Gân tăng cứng: Chiều dày e Chiều cao h

Độ dốc

e = (0,8 1) = 8 10 chọn e = 9 mm h< 58

khoảng 2 0 Đường kính:

Buloong nền d 1 Buloong cạnh ổ d 2 Buloong ghép nắp bích và thân d 3 Vít lắp ghép ổ d

Vít lắp ghép ổ d 5 Mặt bích ghép nắp bích và thân:

Chiều dày bích thân hộp S 3 Chiều dày bích nắp hộp S 4

Bề rộng bích nắp hộp K 3 Kích thước gối trục Đường kính ngoài và tâm lỗ vít D 3 , D 2

Bề rộng mặt ghép buloong cạnh ổ K 2 Tâm lổ buloong cạnh ổ: E 2

k là khoảng cách từ buloong tới mép ổ chiều cao h

Giữa bánh răng với thành trong của hộp Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp Giữa mặt bên các bánh răng với nhau

=> = 12 mm => =40 mm

mm

Số lượng buloong nền Z

PHẦN VII CÁC CHI TIẾT PHỤ VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP

1. Vòng chắn dầu.

Không cho dầu mỡ tiếp xúc

2. Chốt định vị.

Chốt định vị hình trụ d= 8 mm, chiều dài l = 25 mm vát mép c = 1,2 mm

3. Nắp quan sát.

Nắp quan sát tra bảng 18.5 trang 98[2] ta lấy:

A (mm)

B (mm)

A 1 (mm)

B 1 (mm)

C (mm)

K (mm)

R (mm)

Lượng vít

Que thăm dầu

1. Dung sai và lắp ghép bánh răng:

Chịu tải vừa, thay đổi va đập nhẹ vì thế ta chọn kiểu lắp trung gian va đập nhẹ H7/k6

2. Dung sai lắp ghép ổ lăn.

Khi lắp ổ lăn ta cần lưu ý:

- Lắp vòng trong trên trục theo hệ thống lỗ, lắp vòng ngoài vào vỏ theo hệ thống trục

- Để các vòng ổ không trơn trượt theo bề mặt trục hoặc lỗ khi làm việc, chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi cho các vòng quay

- Đối với các vòng không quay ta sử dụng kiểu lắp có độ hở

Chính vì vậy mà khi lắp ổ lăn lên trục ta chọn mối ghép k6, còn khi lắp ổ lănvào vỏ ta chọn H7

3. Dung sai khi lắp vòng chắn dầu.

Chộn kiểu lắp trung gian H7/Js6 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp.

4. Dung sai khi lắp vòng lò xo (bạc chắn) trên trục tùy động:

Vì bạc chỉ có tác dụng chặn các chi tiết trên trục nên ta chọn chế độ lắp có

độ hở H8/h7

5. Dung sai lắp ghép then trên trục:

Theo chiều rộng ta chọn kiểu lắp trên trục là P9 và kiểu lắp trên bạc là D10

Kiểu lắp

Kiểu lắp

Dungsai(µm)

Kiểu lắp

Dungsai(µm)

Kiểu lắp Dung sai

(µm)

Bánh

răng-trục

+250

+250

+300+18

+2

+18 +2

+21+2+25

0+18+2+18

+2

+18 +2

+21+2

Ổ lăn –

trục

+18+2

+18+2

+21+2

Nắp ổ lăn

– vỏ hộp

+300

+300

+400-60

-106

-72-126

-85-143

Kích thước tiết

diện then bxh

Sai lệch giới hạn chiều rộng rãnh then

Chiều sâu rãnh then

Trên trục Trên bạc Sai lệch giới hạn

trên trục t 1

Sai lệch giới hạn trên bạc t 2

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Hữu Lộc - Cơ Sở Thiết Kế Máy – NXB ĐHQG TPHCM

[2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyên – Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí T1 – NXBGD

[3] Trịnh Chất - Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy - Nhà xuất bản Khoa Học và

[8] Lê Hoàng Tuấn – sức bền vật liệu tập 2- Nhà xuất bản Khoa Học và Kĩ Thuật.[9] Ninh Đức tốn – Dung sai và lắp ghép – Nhà xuất bản Giáo Dục