đồ án chi tiết máy

nlv: Số vòng quay của trục máy công tác, vòng/phút... : Số vòng quay của trục máy công tác vòng/phút... • Công suất trên các trục:Công suất trên trục II: Công suất trên trục I: Công su

SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Công suất trên trục công tác: P = 20,5 kW

Số vòng quay trên trục công tác: n = 300 vòng/phút

CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN Công suất trên trục động cơ

Theo công thức 2.8 trang 19 [1], ta có:

Trong đó: : Công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

: Công suất tính toán (kW)

: Hiệu suất truyền động

Từ công thức 2.9 trang 19 [1], ta có:

Với: (Chọn theo bảng 2.3 trang 19 [1])

: Hiệu suất của một cặp ổ lăn

: Hiệu suất bộ truyền bánh răng

: Hiệu suất bộ truyền đai thang

: Hiệu suất của khớp nối

Vậy:

Theo công thức 2.10 trang 20 [1], ta có: (với tải trọng không đổi)

Trong đó: : Công suất tính toán (kW)

: Công suất làm việc trên trục công tác (kW)

Vậy:

Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ điện

Theo công thức 2.18 trang 21 [1], ta có:

nsb= nlv.ut

Trong đó: nsb: Số vòng quay sơ bộ của động cơ điện, (vòng/phút)

nlv: Số vòng quay của trục máy công tác, (vòng/phút)

ut : Tỉ số truyền toàn bộ của hệ thống dẫn động

Với: ut= uđ.uh

Theo bảng 2.4 trang 21 [1], ta chọn sơ bộ:

uđ = 3 (tỉ số truyền đai thang)

uh = 3 (tỉ số truyền hộp giảm tốc 1 cấp bánh răng trụ)

Vậy:

Chọn động cơ thỏa mãn điều kiện 2.19 trang 22 [1], như sau:

Dựa vào bảng P1.3 (động cơ 4A) với nđc = 3000 vòng/phút Ta chọn kiểu

động cơ: 4A180S2Y3, với các thông số sau:

 Công suất động cơ: Pđc = 22,0 (kW)

 Số vòng quay của động cơ: nđc = 2940 (vòng/phút)

 Hệ số công suất: Cos = 0,91

 Hiệu suất: η = 88,5 %

Xác định tỉ số truyền toàn bộ (u t ) của hệ dẫn động

Tỉ số truyền của hệ dẫn động theo công thức 3.23 trang 48 [1]:

Với: : Số vòng quay của động cơ đã chọn (vòng/phút)

: Số vòng quay của trục máy công tác (vòng/phút)

Tính toán động học hệ dẫn động cơ khí

Từ công thức 3.24 trang 48 [1], ta có:

Theo dãy tiêu chuẩn trang 49 [1], ta chọn: uđ = 3,15

Độ sai lệch uđ so với giá trị ban đầu, ta có:

uđ = 3,7 % < 4% (thỏa mãn điều kiện sai lệch không vượt quá 4%)

Tính lại uh, ta có:

Dựa vào hộp giảm tốc như hình vẽ:

Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục

Từ công thức trang 49 [1], ta có:

• Công suất trên các trục:

Công suất trên trục II:

Công suất trên trục I:

Công suất trên trục động cơ:

• Số vòng quay trên các trục:

Số vòng quay trên trục I:

Số vòng quay trên trục II:

• Momen xoắn trên các trục:

Momen xoắn trên trục động cơ :

Momen xoắn trên trục I:

Momen xoắn trên trục II:

Bảng 1.1 Thông số động cơ và tỉ số truyền.

TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI (ĐAI THANG) Chọn loại đai và tiết diện đai

Ta có các thông số để thiết kế bộ truyền đai như sau:

P1 = 21,9 kW; n1= 2940 vg/ph; u = 3,15

Theo hình 4.1 trang 59 [1], ta chọn: đai thang thường loại Ƃ.

Thông số của đai cho ở bảng 4.13 trang 59 [1], như sau:

bp =14 mm; b0 = 17 mm; h = 10,5 mm; y0 = 4,0 mm;

A = 138 mm2; d1= 140 - 280 mm; L = 800 - 6300 mm

Xác định các thông số bộ truyền đai

• Đường kính bánh đai nhỏ:

Với dmin lấy theo bảng 4.13 trang 59 [1], ta có: dmin = 140 mm

• Chọn theo tiêu chuẩn bảng 4.21 trang 63 [1], ta có:

Chọn: d1 = 160 mm

• Vận tốc đai:

• Đường kính bánh đai lớn theo công thức 4.2 trang 53 [1], ta có:

Chọn hệ số trượt tương đối:

Chọn theo tiêu chuẩn bảng 4.21 trang 63 [1], ta có: = 500 mm

• Chiều dài tính toán của đai theo công thức 4.4 trang 54 [1], ta có:

• Chọn theo tiêu chuẩn bảng 4.13 trang 59 [1], ta có:

Chọn: L = 2240 mm = 2,24 m.

• Kiểm tra tuổi thọ dây đai theo công thức 4.15 trang 60 [1]:

Vì i > 10 s-1 nên tăng chiều dài đai lên L = 2500 mm = 2,5 m Khi đó:

• Tính lại khoảng cách trục a theo công thức 4.6 trang 54 [1], ta có:

Điều kiện khoảng cách trục a theo công thức 4.14 trang 60 [1], ta có:

Vậy: a = 712 mm (thỏa mãn)

• Góc ôm đai bánh đai nhỏ theo công thức 4.7 trang 54 [1], ta có:

Vậy: (thỏa mãn)

Xác định số đai

• Số đai chọn theo công thức 4.16 trang 60 [1], ta có:

 Ta có: P1 = 21,9 kW

 Hệ số tải trọng động bảng 4.7 trang 55 [1]:

Chọn: Kđ = 1,0 Với tải trọng tĩnh của động cơ nhóm I

 Công suất cho phép theo bảng 4.19 trang 62 [1]:

Chọn: [Po] = 5,93 kW Với đai loại Ƃ, d1 = 180 mm và v = 24,6 m/s

 Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai theo bảng 4.15 trang 61 [1]:

Chọn: Với

 Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai theo bảng 4.16 trang 61 [1]:

Theo bảng 4.19 trang 62 [1]: Với đai loại Ƃ có

 Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỷ số truyền u bảng 4.17 trang 61 [1]:

• Chiều rộng bánh đai được tính theo công thức 4.17 trang 63 [1], ta có:

• Đường kính ngoài bánh đai theo công thức 4.18 trang 63 [1], ta có:

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Bộ truyền được điều chỉnh lực căng định kì:

Khối lượng 1 mét chiều dài đai theo bảng 4.22 trang 64 [1], ta có:

Chọn: qm = 0,178 kg/m Với tiết diện đai Ƃ

Lực căng do lực ly tâm sinh ra, theo công thức 4.20 trang 64 [1], ta có:

• Lực căng trên một đai theo công thức 4.19 trang 63 [1], ta có:

• Lực tác dụng lên trục theo công thức 4.21 trang 64 [1], ta có:

Bảng 2.1 Các thông số và kích thước bộ truyền đai tính được.

Sai lệch tỉ số truyền ∆u, % 0,32

Chiều dài đai tiêu chuẩn L, mm 2500

Lực căng ban đầu Fo, N 296

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG Chọn vật liệu

Thông số ban đầu:

(Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp)

T1 = 214952 N.mm; T2 = 652583 N.mmn1 = 933 vg/ph; n2 = 300 vg/phPđc = 21,9 kW; u1 = 3,11

Ta chọn vật liệu nhóm I Vì nhóm I có độ rắn HB ≤ 350, bánh răng được tôicải thiện Theo bảng 6.1 trang 92 [1] chọn:

Bánh nhỏ và lớn: Thép C45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285,có:

Để chạy mòn tốt nên lấy vật liệu của bánh răng nhỏ lớn hơn bánh răng lớn:

Ứng suất cho phép

Chọn độ rắn bánh nhỏ: ; độ rắn bánh lớn với:

Theo bảng 6.2 trang 94 [1] ứng với thép tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180…

350, ta có:

 Ứng suất tiếp xúc cho phép:

 Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc:

 Ứng suất uốn cho phép:

 Hệ số an toàn khi tính về uốn:

Ứng suất tiếp xúc cho phép

Hệ số tuổi thọ theo công thức 6.3 trang 93 [1], ta có:

Bậc của đường cong mỏi: (vì H < 350 HB)

Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở theo công thức 6.5 trang 93 [1]:

Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương, công thức 6.6 trang 93 [1]:

Vì bộ truyền chịu tải trọng tĩnh nên:

Với: c số lần ăn khớp trong một vòng quay

n số vòng quay trong một phút

tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét

Vì: nên ta lấy:

Ứng suất tiếp xúc cho phép, công thức 6.1a trang 93 [1], ta có:

Với bánh răng trụ răng nghiêng, công thức 6.12 trang 95 [1]:

Điều kiện:

Vậy:

Ứng suất uốn cho phép

Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải: (bộ truyền quay một chiều)

Hệ số tuổi thọ theo công thức 6.4 trang 93 [1], ta có:

Bậc của đường cong mỏi: (vì H < 350 HB)

Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở :

Đối với tất cả loại thép:

Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương, công thức 6.6 trang 93 [1]:

Vì bộ truyền chịu tải trọng tĩnh nên:

Vì: nên ta lấy:

Ứng suất uốn cho phép, công thức 6.2a trang 93 [1], ta có:

Ứng suất quá tải cho phép

Vì:

Với bánh răng tôi cải thiện từ công thức 6.13 trang 95 [1], ta có:

Với HB ≤ 350 từ công thức 6.14 trang 96 [1], ta có:

Tính toán

Xác định thông số cơ bản của bộ truyền

Tra bảng 6.5 trang 96 [1], ta có:

Với răng nghiêng, vật liệu hai bánh răng là thép – thép

Tra bảng 6.6 trang 97 [1], ta có:

Theo công thức 6.16 trang 97 [1], ta có:

Hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, bảng 6.7 trang

98 [1], ta có: Ứng với sơ đồ 6

Khoảng cách trục sơ bộ, công thức 6.15a trang 96 [1], ta có:

Theo tiêu chuẩn chọn: aw = 180 mm

Xác định các thông số ăn khớp

Modun bánh răng

Modun bánh răng, công thức 6.17 trang 97 [1], ta có:

Theo bảng 6.8 trang 99 [1], ta chọn theo tiêu chuẩn:

Xác định số răng và góc nghiêng β

Ta chọn trước góc nghiêng răng

Số răng bánh nhỏ, công thức 6.31 trang 103 [1], ta có:

Ta chọn:

Số răng bánh lớn:

Ta chọn:

Số răng tổng:

Tỷ số truyền thực tế:

Tính lại góc nghiêng , công thức 6.32 trang 103 [1], ta có:

thỏa mãn điều kiện

Góc prôfin răng bằng góc ăn khớp:

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, bảng 6.5 trang 96[1], ta có:

Với vật liệu bánh răng lớn và nhỏ là thép – thép

Góc nghiêng hình trụ cơ sở, công thức 6.35 trang 105 [1]:

Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc, công thức 6.34 trang 105 [1]:

Chiều rộng vành răng:

Hệ số trùng khớp dọc, công thức 6.37 trang 105 [1], ta có:

Hệ số trùng khớp ngang của răng, công thức 6.38b trang 105 [1], ta có:

Hệ số kể đến sự trùng khớp của bánh răng:

, nên dùng công thức 6.36c trang 105 [1], ta có:

Vận tốc vòng, công thức 6.40 trang 106 [1], ta có:

Dựa vào bảng 6.13 trang 106 [1] chọn cấp chính xác bộ truyền là 9

Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ănkhớp khi tính về tiếp xúc, bảng 6.14 trang 107 [1], ta có:

Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, bảng P2.3 trang

Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, bảng6.7 trang 98 [1], ta có:

Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ănkhớp khi tính về uốn, bảng 6.14 trang 107 [1], ta có:

Hệ số tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, bảng P2.3 trang 250 [1],

ta có:

Hệ số tải trọng khi tính về uốn, công thức 6.45 trang 109 [1], ta có:

Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:

Hệ số kể đến độ nghiêng răng:

Hệ số dạng răng của bánh 1 và 2, bảng 6.18 trang 109 [1], ta có:

Với: Hệ số dịch chỉnh x = 0; số răng tương đương:

Chọn:

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

Theo công thức 6.43 trang 108 [1], ta có:

Theo công thức 6.43 trang 108 [1], ta có:

Vậy: thỏa mãn điều kiện cho phép

Kiểm nghiệm răng về quá tải

Hệ số quá tải, với tải trọng tĩnh:

Ứng suất tiếp xúc cực đại, công thức 6.48 trang 110 [1], ta có:

Ứng suất uốn cực đại, công thức 6.49 trang 110 [1], ta có:

Bảng 3.1 Các thông số bộ truyền bánh răng.

Thông số Bánh nhỏ Bánh lớnĐường kính vòng lăn dw, mm 87 272

Đường kính chân răng df, mm 81 266

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC Chọn vật liệu:

Với các thông số đầu vào:

Góc nghiêng răng của cặp bánh răng:

Góc ăn khớp:

Đường kính vòng chia cặp bánh răng:

Ta chọn vật liệu trục là thép 45 tôi cải thiện có

Tính sơ bộ trục

Ứng suất xoắn cho phép: Với vật liệu trục là thép 45

Chọn:

Đường kính trục, công thức 10.9 trang 188 [1], ta có:

Đường kính sơ bộ trục I:

Đường kính sơ bộ trục II:

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

Xác định gần đúng chiều rộng ổ lăn b0, bảng 10.2 trang 189 [1], ta có: chọn

chọn

Chiều dài mayơ bánh đai, mayơ bánh răng trụ trên trục I:

Từ công thức 10.10 trang 189 [1], ta có:

Từ công thức tính trong bảng 10.4 trang 191 [1], ta có:

Trục I:

Trục II:

Tính tải trọng tác dụng lên các trục

Lực tác dụng lên trục của bánh đai

(số liệu từ chương 2)

113 66,5

G E

Hình 4.2 Phân tích lực trục II.

Trục I

Tính phản lực ở các gối đỡ

- Xác định phản lực mặt phẳng zy:

Phương trình cân bằng moment tại B:

Phương trình cân bằng lực với trục y:

Giá trị moment tại các vị trí:

Nếu kể đến tập trung moment tại C:

- Xác định phản lực mặt phẳng zx:

Phương trình cân bằng moment tại B:

Phương trình cân bằng lực với trục x:

Đường kính các đoạn trục

Moment uốn tổng tại C từ công thức 10.15 trang 194 [1], ta có:

Moment tương đương tại C từ công thức 10.16 trang 194 [1], ta có:

Tính đường kính trục tại C theo công thức 10.17 trang 194 [1], ta có:Ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, bảng 10.5 trang 195 [1], ta có :

(với thép 45 tôi cải thiện , )

Theo tiêu chuẩn, chọn: = 38 mm (lắp bánh răng)

Tương tự với các tiết diện khác:

Tại A: (lắp bánh đai)

Theo tiêu chuẩn, chọn: = 32 mm

Tại B: (lắp ổ lăn)

Theo tiêu chuẩn của ổ lăn, chọn:

Tại D: Vì lắp theo cặp ổ lăn nên: dB = dD = 35 mm

Fr1

56,5

113 66,5

Z X

Trục II

Tính phản lực ở các gối đỡ

- Xác định phản lực mặt phẳng zy:

Phương trình cân bằng moment tại E:

Phương trình cân bằng lực với trục y:

Giá trị moment tại các vị trí:

- Xác định phản lực mặt phẳng zx:

Phương trình cân bằng moment tại E:

Phương trình cân bằng lực với trục x:

Đường kính các đoạn trục

Moment uốn tổng tại F từ công thức 10.15 trang 194 [1], ta có:

Moment tương đương tại F từ công thức 10.16 trang 194 [1], ta có:

Tính đường kính trục tại F theo công thức 10.17 trang 194 [1], ta có:Ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, bảng 10.5 trang 195 [1], ta có : (với thép 45 tôi cải thiện , )

Theo tiêu chuẩn, chọn: = 52 mm (lắp bánh răng)

Tương tự với các tiết diện khác:

Tại G: (lắp ổ lăn)

Theo tiêu chuẩn của ổ lăn, chọn:

Tại E: Vì lắp theo cặp ổ lăn nên:

113 56,5

F

G E

Hình 4.4 Biểu đồ moment uốn M x , M y và moment xoắn T của trục II.

Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Trục là thép 45 có Do đó:

Giới hạn mỏi uốn: (với vật liệu chế tạo trục là thép cacbon)

Giới hạn mỏi xoắn:

Hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi tratheo bảng 10.7 trang 197 [1], ta có: ;

Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đốixứng, công thức 10.22 trang 196 [1], do đó:

Vì trục quay một chiều nên ứng xoắn thay đồi theo chu kì mạch động, theo10.23 trang 196 [1], do đó:

Dựa theo kết cấu trục trên các Hình 4.3, Hình 4.4 và biểu đồ moment tương

ứng, có thể thấy các tiết diện sau đây là tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra vềđộ bền mỏi:

Trên trục I: tiết diện A lắp bánh đai, tiết diện B lắp ổ lăn, tiết diện C lắp bánhrăng

Trên trục II: tiết diện F lắp bánh răng

Chọn lắp ghép: các ổ lăn lắp trên trục theo k6; lắp bánh răng, bánh đai theo k6 kết hợp với lắp then.

Trị số moment cản uốn và moment cản xoắn, bảng 10.6 trang 196 [1], ta có:Ứng với trên trục có 1 rãnh then, ta có:

Ứng với trục tiết diện tròn, ta có:

Chọn loại then là then bằng lấy kích thước của then theo bảng 9.1a trang 173

Bảng 4.1 Kích thước then, trị số moment cản uốn và moment cản xoắn Tiết diện j Đường kính trục b x h

Các trục được gia công trên máy tiện tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt ,

do đó tra bảng 10.8 trang 197 [1], hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt làKhông dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó hệ số tăng bền

Tra bảng 10.12 trang 199 [1], khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứngsuất tại rãnh then ứng với vật liệu có là , Tra bảng 10.10 trang 198 [1], hệ sốkích thước và ứng với đường kính của tiết diện nguy hiểm, từ đó xác định được

tỉ số và tại rãnh then trên các tiết diện này

Theo bảng 10.11, ứng với kiểu lắp đã chọn, và đường kính của tiết diệnnguy hiểm tra được tỉ số và do lắp căng tại tiết diện này

Trên cơ sở đó, dùng giá trị lớn hơn trong hai giá trị của để tính và giá trị

lớn hơn trong hai giá trị của để tính Kết quả ghi trong bảng 4.2.

Hệ số an toàn chỉ xét riêng đến ứng suất pháp theo công thức 10.20 trang 195[1], ta có:

Hệ số an toàn chỉ xét riêng đến ứng suất tiếp theo công thức 10.21 trang 195[1], ta có:

Hệ số an toàn theo công thức 10.19 trang 195 [1], ta có:

Hệ số an toàn cho phép khi cần tăng độ cứng, như vậy không cần kiểmnghiệm về độ cứng của trục