ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY HỘP GIẢM TỐC CÔN TRỤ

Mục đích chính giúp sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức,cũng như làm quen với cách sử dụng tài liệu cũng như tìm hiểu tiêu chuẩn thiết kế các thông số kỹ thuật cũng như đưa ra cũng như

Đồ án môn học thiết kế chi tiết máy là môn chuyên nghành rất cần thiết cho ngành cơ khí chế tạo nói chung,ngành Máy và Thiết bị mỏ nói riêng ; nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản giải quyết các vấn đề tổng hợp về công nghệ chế tạo máy Mục đích chính giúp sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức,cũng như làm quen với cách sử dụng tài liệu cũng như tìm hiểu tiêu chuẩn thiết kế các thông số kỹ thuật cũng như đưa ra cũng như rút ra được sai số giữa thực tế và lý thuyết,nâng cao khả năng tự lập ,tìm tòi,phát huy tính sáng tạo trong thiết kế trong giải quyết các vấn đề công nghệ chế tạo

Với sự phát triển của cơ khí chế tạo và yêu cầu ngày càng cao về chuyên môn chế tạo máy.Để nắm bắt dần dần và phát huy được tiềm năng và thế mạnh bản thân với chương trình đào tạo mới của nhà trường tạo điều kiện cho chúng em được tiếp xúc và làm quen

nghiên cứu môn “ thiết kế hệ dẫn động băng tải”

Do lần đầu làm quen thiết kế yêu cầu lượng kiến thức tổng hợp,khả năng nắm vững lượng kiến thức rất lớn cho nên trong quá trình thiết kế em cố gắng đọc và tham khảo tài liệu song những sai sót không thể không xảy ra Vậy em rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô,để em kịp thời sữa chữa những sai sót trong thiết kế để rút ra kinh nghiệm cho những bài thiết kế lần sau và kiến thức có ích cho ứng dụng thực tế trong thiết kế chế tạo máy sau khi em ra trường

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy,các cô trong Bộ môn Cơ khí và đặc biệt thầy Phạm Tuấn để em sớm hoàn thành được đồ án thiết kế được giao

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội , ngày 23/05/2015

Sinh viên thực hiện

Chu Văn Thông

: hiệu suất của một cặp ổ lăn ,theo bảng 2.1[1/11] ta có:

Theo bảng 4P[23] ta chon được động cơ điện không đồng bộ ba pha có

Kiểm tra lại ,ta có :

= 2 4,8 0,81 = 7,78 [Kw] = 4,78 [Kw]

Vậy động cơ đã chọn thỏa mãn yêu cầu

1.2 Phân phối tỉ số truyền

Để đảm bảo điều kiện khuôn khổ và trọng lượng hộp giẩm tốc là nhỏ nhất và

2 cấp nón trụ ta được :

Ta quy ước gọi :

Trục II là trục lắp bánh răng 2 ( bánh răng nón bị động ) với bánh răng 3 ( bánh răng trụ chủ động )

của bộ truyền xích

2.1.2 Chọn số răng của đĩa xích.

Kb : Hệ số làm việc của bộ truyền, Kb = 1,5

Kc : Hệ số về chế độ làm việc của bộ truyền, làm viêc 3 ca,có Kc =1,45

Kd : Hệ số về tính chất tải trọng ngoài, Kd = 1,3

Kdc : Hệ số về khả năng điều chỉnh được, Kdc = 1 có đĩa căng xích

N : công suất danh nghĩa, Kw tra bảng (2.3),ta có N = 4,39 [Kw]

Vậy thỏa mãn điều kiện (2.3)

2.1.5 Các thông số cơ bản của bộ truyền xích

Với lọa xích đã chọn được theo bảng 6.5[1/95] ta tìm được các kích thước của xíchnhư sau :

X =

X = = 135,4(mắt xích)

Để tiện cho việc gắn kết cũng như đảm bảo độ tối ưu,hiệu quả cao nhất trong

Kiểm nghiệm số lần va đập U cho phép trong 1 giây :

Với U = 2,63(lần) < [U] = 30 lần Vậy xích thỏa mãn số lần va đập trong 1 giây

Tính chính xác lại khoảng cách trục A theo công thức 6.3[1/94] :

Đối với đĩa dẫn : = = = 186,5 mm

Đối với đĩa bị dẫn = = = 792,5 mm

2.2 Thiết kế bộ truyền trong hộp giảm tốc

2.2.1 Bộ truyền bánh răng nón răng thẳng

1 Chọn vật liệu và cách nhiệt luyện

Vì bộ truyền chịu tải trọng trung bình để đảm bảo điều kiện bộ truyền có thể chạymòn tốt,theo bảng 3-4[1/38] và 3-6[1/39-1/40] ta chọn:

Bánh nhỏ : Thép 40X tôi cải thiện với các thông số cơ tính :

Giới hạn bền kéo () : 640[N/mm2]

Do điều kiện sản xuất đơn chiếc nên ta chọn phôi để chế tạo bánh răng làm bằngthép rèn

a Ứng suất tiếp xúc cho phép

= (2.5)

Trong đó : : Ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài

: Ứng suất mỏi tiếp xúc cho phépkhi bánh răng làm viêc lâu dài ,theo bảng 7[1/41] ta chọn được:

Với trường hợp bánh răng chịu tải trọng thay đổi,ta có :

Trong đó : u : số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay 1 vòng

: Momen xoắn ,số vòng quay trong một phút,tổng số thời gian làmviệc ở chế độ i

Với bánh răng lớn ,ta có :

= 60.1.()3

b Ứng suất uốn cho phép

Khi răng làm việc một mặt ,chịu ứng suất thây đổi mạch động :

Ta chọn = 272 [N/mm2].

n : Hệ số an toàn Với bánh răng làm bằng thép rèn thường hóa hoặc

: Hệ số tải trọng động,với bộ truyền có khả năng chạy mòn (HB ≤350

và V <15 [m/s] tải trọng thay đổi ít nên = 1

Thay vào (2.9) ,ta có :

Vậy sai số hệ số tải trọng thỏa mãn yêu cầu bài toán

8 Xác định mô đun,số răng,chiều rộng bánh răng,tính chính xác chiều dài nón(L)

Theo bảng 3-18[52] kết hợp phương pháp nội soi được hệ số dạng răng với hệ số

Vậy bánh răng đã thiết kế đảm bảo sức bền uốn

Kiểm nghiệm ứng suất uốn theo công thức 3-34[1/51] đối với bánh răng nhỏ :

= =

10.Kiểm nghiệm bánh răng chịu quá tải

a Hệ số quá tải

Trong đó : : momen xoắn danh nghĩa

: momen quá tải

b Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc quá tải

= ≤ (2.12)

Trong đó : : ứng suất tiếp xúc, vì ứng suất sinh ra trên bánh chủ động

và bánh bị động là giống nhau nên ta chỉ cần kiểm tra sức bền tiếp xúc đối với bánh răng bị động:

= =557,34[N/mm2]

= 0,8. =0,8.320 = 256[N/mm2]

10.Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền

Đường kính vòng chia(vòng lăn) :

Nhận xét: Ta thấy sai số lực vòng hai bánh răng sai số nhỏ,theo thực tế truyền động

2.2.2 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

1 Chọn vật liệu và cách nhiệt luyện

Vì bộ truyền chịu tải trọng trung bình và đảm bảo bộ truyền có thể chạy mòntốt,theo bảng 3-4[1/38] và 3-6[1/40] ta chọn được vật liệu và cách nhiệt luyện:

Bánh nhỏ : Thép 40XH tôi cải thiện

Độ cứng : 230HB

2 Xác định ứng suất mỏi và ứng suất tiếp xúc cho phép

a Ứng suất tiếp xúc cho phép

= (2.13)

âu dài,tra theo bảng 3-7[41] ta có:

Số chu kỳ cơ sở = 107

Trong đó : : số chu kỳ tương đương

Với bánh răng chịu tải trọng thay đổi :

Trong đó : u : số |ần ăn khớp của một răng/vòng

,, : momen xoắn ,số vòng quay trong 1 phút,tổng số giờ

làm việc ở chế độ i.

Với bánh răng nhỏ,ta có :

b.Ứng suất uốn cho phép

Vì bánh răng chịu ứng suất thay đổi mạch động :

=

Trong đó : : số chu kỳ cơ sở ,= 107

: số chu kỳ tương đương , với tải trọng thay đổi:

Trong đó : : giới hạn mỏi với vật liệu thép

: Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng,với bánh răng thép tôi cải thiện,thường

Thay các giá trị vào (2.15) ta có ứng suất uốn cho phép :

Trong đó : i : tỷ số truyền của hai bánh răng,theo như trên i=4

: ứng suất tiếp xúc cho phép tính được trên

a Hệ số tải trọng K

K = (2.17)

b = A = 0,4 132 = 52,8[mm] > = = 15,6[mm]

9.Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng

Số răng tương đương bánh nhỏ,bánh lớn lần lượt là :

Vậy bánh răng đã thiết kế đảm bảo điều kiện sức bền uốn.

10.Kiểm nghiệm bánh răng chịu quá tải (mở máy,hãm máy)

a.Hệ số quá tải

= = 1,8

b.Kiểm nghiệm Ứng suất tiếp xúc quá tải

Ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép :

= 2,5

= 2,5 = 2,5 598 = 1495[N/mm2]

= 2,5 = 2,5 572 =1430[N/mm2]

= =

=566,36[N/mm2]=572[N/mm2]

Bánh thép có độ rắn trong lõi răng HB≤350 :

11.Định các thông số hình học của bộ truyền

Mô đun tiếp : = = = 2,11[mm]

Độ hở hướng tâm : c = 0,25.= 0,25.2 = 0,5[mm]

Nhận xét : Ta thấy sai số giữa lực vòng,lực hướng tâm,lực dọc trục của hai

bánh răng nhỏ(3,7%).Xét về thực tế các lực tác dụng lên hai bánh răng có

giá trị là bằng nhau cho nên với sai số như tính được có thể thấy cặp bánh

răng được thiết kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và coi :

= 215,12[mm] > = 151,60[mm] vậy khi bánh răng 2 quay không

bị vướng vào trục III

vướng vào bánh răng 1 Vậy điều kiện kết cấu hình học thỏa mãn

PHẦN 3 THIẾT KẾ TRỤC

3.1 Chọn vật liệu

Vì điều kiện trục chịu tải với hai bộ truyền băng tải nên để đảm bảo bộ truyềnhoạt động ổn định và lâu dài,chịu được momen uốn và momen xoắn ta chọn vật liệuthép các bon 45 có nhiệt luyệ làm trục

N : công suất truyền(Kw)

n : số vòng quay trong 1 phút của trục(vòng/phút)

với N,n đã được tính ở phần 1 mục 1.3.3

≥ C = 160 = 28,85[mm] Ta lấy = 30[mm]

≥ C = 160 = 42,56[mm] Ta lấy = 45[mm]

giảm tốc côn trụ nên ta chọn ổ lăn cho hộp là ổ đũa côn đỡ chặn Dựa vào đường kínhngõng trục của các trục tính được ở phần 3.2 và bảng 18P[1/168] ta chọn ổ đũa côn

cỡ trung bình như sau :

Theo bảng 7-1[110] và các số liệu đã tính toán ở trên ta được quan hệ kích thướcgiữa các yếu tố của hộp giảm tốc như sau:

Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết

Khoảng cách giữa các gối trục bánh

+++a+(-0,5b.cos)

55+16/2+8+12+(26-0,5.25,28cos18,43)

97Trục 2

3.4 Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục

Ta có sơ đồ lực tác dụng của hộp như hình 2

x o

Nhận xét: Các lực , tính được mang giá trị âm vậy chiều các lực , ngược chiều giả

sử Các phép tính sau được tính theo giá trị,phương chiều các lực sau khi đã chọn lại

Ta có bảng giá trị momen tại các điểm đặc biệt như sau:

Đường kính tại tiết diện nguy hiểm chịu tải lớn :

≥

Trong đó : : momen tương đương của tiết diện chịu tải lớn nhất

Nguyên nhân gây ra ứng

Để cho trục có momen quay đủ lớn và dễ dàng tháo lắp,ổ đạt trạng thái quay đều

3.5.2 Trục 2

Sơ đồ trục,chi tiết quay và lực tác dụng lên trục được vẽ như trên hình 4b

Trong quá trình tính toán ta thấy sai số giữa momen xác định ở mục 1.1.3 với momentính được ở bảng dưới là nhỏ

Chon hệ trục tọa độ như hình vẽ

Ta gọi các phản lực tại các gối đỡ C và D là , và ,

42083,754 25101,07

30153,996 13265,586

Sử dụng các phương trình cân bằng,ta có:

Nguyên nhân gây tập

Vật liệu,cách nhiệt luyện và

= .+)+.

Nguyên nhân gây tập

Vật liệu,cách nhiệt luyện và

3.6.Tính kiểm nghiệm về độ bền mỏi (tính chính xác trục theo hệ số an toàn)

Sau khi tính đường kính trục ta chưa xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏicủa trục như tính chất chu kỳ ứng suất,sự tập trung ứng suất,trạng thái bề mặt Vì vậycần kiểm tra lại độ bền mỏi của trục với công thức:

,: biên độ ứng suất pháp và ứng suất tiếp

Vì trục quay theo 1 chiều nên ứng suất pháp(uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng:

, : hệ số kích thước,xét ảnh hưởng kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi,tra bảng 7-4[1/112]

: hệ số tăng bề mặt trục ,tra bảng 7-5[1/113] với trục ta thiết kế không dùng phương pháp tăng bền nên =1

, : hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn,tra bảng 7-6[1/114] đến 7-8[116]

[n] :hệ số an toàn cho phép,ta chọn với chế độ bình thường [n] =1,5 ÷2,5

Hệ số , với thép các bon trung bình: =0,1 ; =0,05

Hệ số kích thước tra bảng 7-4[1/113], với trục 20 thép cacbon : =0,92; =0,83

Vì nguyên nhân gây ra tập trung ứng suất tại tiết diện nguy hiểm do trục lắp có độ dôi với các chi tiết khác và kiểu lắp ta đã chọn(lắp ép) nên áp suất sinh ra trên bề mặt

+ Tập trung ứng suất do lắp có độ dôi giữa bánh răng và trục:

≥ = 2,31 ≥ (1.5÷2,5) = n thỏa mãn điều kiện Vậy trục đã thiết kế đảm bảo yêu cầu

đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm d=40 [mm]tra bảng 7-10[1/117] ta có:

≥ = 1,70 ≥ (1.5÷2,5) = n thỏa mãn điều kiện.Vậy trục đã thiế kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

l : chiều dài then,ta chọn l= 0,85

d : đường kính trục tại nơi lắp ghép,mm

k : chiều cao then lắp vào may-ơ,mm

b : chiều rộng then,mm

: momen xoắn cần truyền,Nmm

Thay các giá trị vừa tìm được vào (3.5),(3.6) ta có :

Ta kiểm tra tại chỗ lắp bánh răng côn :

Thay các giá trị vừa tìm đượcvào (3.5),(3.6) ta có :

Trục 2 là trục có 2 rãnh then nhưng tại chỗ lắp then có cùng đường kính và cùng momen xoắn,mặt khác tại chỗ lắp bánh răng côn có chiều dài ngắn hơn thỏa mãn điều kiện Vậy nên chắc chắn tại chỗ lắp bánh răng trụ cũng phải thỏa mãn

3.7.3 Trục 3

Tại chỗ lắp bánh răng trụ ta có l= 0,85.= 0,85 52,8= 44,88[mm]

Tại chỗ lắp đĩa xích ta có l= 0,85 = 0,85.58,5= 49,73[mm]

Để giảm bớt nguyên công gia công rãnh then,rút ngắn thời gian gia công nên ta chọn then giống nhau cho hai trục,theo bảng 7-23 ta chọn then (lấy d=40[mm]) có các kích thước như sau:

Với đường kính của ổ d=20 [mm],theo bảng 18P[1/168] ta chọn ổ đũa côn đỡ chặn

cỡ nhẹ có các thông số như sau :

n: số vòng quay của ổ trong 1 phút, n= 2800[vòng/phút]

h: thời gian làm việc của ổ,giờ h = 5.250.15 =18750 [giờ]

(với h là thời gian phục vụ của máy)

Tính tải trọng tương đương Q,[daN]

Như vậy chỉ có ổ I chịu lực dọc trục

: hệ số tải trọng,tra bảng 8-3[1/139] ta có =1,6 với va đập vừa và rung động;quá tải ngắn hạn đến 150% so với tải trọng tính toán;ứng dụng ổ trục toa xe dầu máy điện,

Thay các giá trị vào (4.2) ta có tải trọng tương đương :

=(1 61,69 +1,5 34,554).1.1,6 = 181,634[daN]

=(1 143,773 +1,5.0).1.1,6 =143,773[daN]

> : nên ta chọn ổ cho gối I Còn ổ gối II |ấy cùng kích thước với ổ của gối đỡ I

để tiện cho chế tạo và lắp ghép

Thay các giá trị vào (4.1) ta có:

C = ( = 181,634

Trị số tra trong bảng 8-7[140] ta được =205

C= 181,634 205 = 37234,97>28000.Vậy ổ đã chọn không đủ bền so với thực tế Tra bảng 18P[1/169] ta chọn lại được ổ cỡ trung = 38000

Ký hiệu ổ là 7304 thuộc cỡ trung

Với đường kính của ổ d=25 [mm],theo bảng 18P[1/168] ta chọn ổ đũa côn đỡ chặn

cỡ nhẹ có các thông số như sau :

2.Sơ đồ bố trí ổ

n: số vòng quay của ổ trong 1 phút, n= 933,33[vòng/phút]

h: thời gian làm việc của ổ,giờ h = 5.250.15 =18750 [giờ]

(với h là thời gian phục vụ của máy)

Tính tải trọng tương đương Q,[daN]

m: hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm,tra bảng 8-2[1/138] ta

Như vậy chỉ có ổ I chịu lực dọc trục

: hệ số tải trọng,tra bảng 8-3[1/139] ta có =1,6 với va đập vừa và rung động;quá tải ngắn hạn đến 150% so với tải trọng tính toán;ứng dụng ổ trục toa xe dầu máy điện,

Thay các giá trị vào (4.2) ta có tải trọng tương đương :

=(1 103,337 + 1,5 0).1.1,6 = 165,339[daN]

=(1 158,158 +1,5.0).1.1,6 = 253,053[daN]

> : nên ta chọn ổ cho gối I Còn ổ gối II lấy cùng kích thước với ổ của gối đỡ I

để tiện cho chế tạo và lắp ghép

Thay các giá trị vào (4.1) ta có:

C = ( = 253,053

Trị số tra trong bảng 8-7[1/140] ta được =149

C= 253,053 149= 37704,897>35000.Vậy ta chọn lại ổ Tra bảng 18P[1/169] ta chọn

ổ cỡ trung = 38000

Ký hiệu ổ là 7304 thuộc cỡ trung

4.3 Trục 3

Với đường kính của ổ d=35 [mm],theo bảng 18P[1/168] ta chọn ổ đũa côn đỡ chặn

cỡ nhẹ có các thông số như sau :

n: số vòng quay của ổ trong 1 phút, n= 233,33[vòng/phút]

h: thời gian làm việc của ổ,giờ h = 5.250.15 =18750 [giờ]

(với h là thời gian phục vụ của máy)

Tính tải trọng tương đương Q,[daN]

Như vậy chỉ có ổ II chịu lực dọc trục

: hệ số tải trọng,tra bảng 8-3[1/139] ta có =1,6 với va đập vừa và rung động;quá tải ngắn hạn đến 150% so với tải trọng tính toán;ứng dụng ổ trục toa xe dầu máy điện,

Thay các giá trị vào (4.2) ta có tải trọng tương đương :

=(1 243,915 + 1,5 662,7).1.1,6 = 1980,744[daN]

=(1 183,599 +1,5.0).1.1,6 = 293,758[daN]

> : nên ta chọn ổ cho gối I Còn ổ gối II lấy cùng kích thước với ổ của gối đỡ I

để tiện cho chế tạo và lắp ghép

Thay các giá trị vào (4.1) tính cho ổ gối G ta có:

C = ( = 1980,744

Trị số tra trong bảng 8-7[140] ta được =97,71

C= 1980,744 97,71=193553,35>>50000.vậy ta chọn lại ổ Tra bảng 18P[1/169] ta chọn ổ cỡ nhẹ = 200000

Ký hiệu ổ là 7217 thuộc cỡ nhẹ

PHẦN 5 THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU CHI TIẾT KHÁC

5.1 Kết cấu các bộ truyền trong hộp giảm tốc

5.1.1 Bộ truyền bánh răng côn

1.Bánh nhỏ(bánh chủ động)

Khoảng cách từ chân răng (ở mặt mút nhỏ) tới đường tâm của bánh răng: