Thuyết minh đồ án thiết kế cơ khí

Thang máy là một thiết bị không thể thiếu được trong việc vận chuyển người và hàng hóa theo phương thẩng đứng , từ khi xuất hiện đến nay thang máy luôn được nghiên cứu , cải thiện, hoàn thiện hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của hành khách.

LỜI NÓI ĐẦU

Thang máy là một thiết bị không thể thiếu được trong việc vậnchuyển người và hàng hóa theo phương thẩng đứng , từ khi xuất hiện đếnnay thang máy luôn được nghiên cứu , cải thiện, hoàn thiện hơn để đápứng nhu cầu ngày càng cao của hành khách

Trong nhiều năm trở lại đây các nhà cao tầng được xây dựng ngàymột nhiều hơn trên đất nước và nhờ đó thang máy , thang cuộn và các hệthống cầu thang hoạt động bằng động cơ được sử ngày càng nhiều

Đồ án nêu ra phương án thiết kế hệ thống thang máy theo thông số kĩthuật đã được đưa ra, đồ án tập trung vào thiết kế hệ thống hộp giảm tốccho thang máy , đưa được ra các thông số kĩ thuật của hộp giảm tốc, bộtruyền , kết cấu , và cách lắp ghép các chi tiết để tạo thành hộp giảm tốccủa thang máy

Thiết kế và phát triển những hệ thống dẫn động là vấn đề cơ bản của

cơ khí Mặt khác, một nền công nghệ phát triển không thể thiếu trong mộtnền cơ khí hiện đại Vì thế tầm quan trọng của các hệ thống dẫn động cơkhí là rất lớn Hiểu biết lý thuyết và vận dụng nó trong thực tiễn là mộtyêu cầu cần thiết đối với một người kỹ sư

Để nắm vững lý thuyết và chuẩn bị tốt trong việc trở thành một người

kỹ sư trong tương lai Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí là một môn học giúpcho sinh viên ngành cơ khí làm quen với những kỹ năng thiết kế , tra cứu

và sử dụng tài liệu được tốt hơn, vận dụng kiến thức đã học vào việc thiếtkế một hệ thống cụ thể ngoài ra môn học còn giúp cho sinh viên củng cốkiến thức của các môn học liên quan, vận dụng khả năng sáng tạo và pháthuy khả năng làm việc

Trong quá trình thực hiện đồ án môn học, em luôn được sử hướng dẫntận tình của PGS.TS.Đỗ Văn Trường Em xin chân thành cảm ơn sự giúp

đỡ của thầy đã giúp em hoàn thành đồ án môn học

Chọn cáp theo hệ số an toàn :

+ Lực kéo đứt yêu cầu : Sdyc=Zp.S=12*422.94=5075.28 Kgf

 Sd=53700 N  đường kính cáp dc=11 mm

Chọn đường kính puly : D ≥ 40.dc= 40*11= 440 mm

Tính số vòng quay trục puly : npl= 60000.a.vπ.D = 60000∗1∗0.25π∗440 = 10.85 v/ph

Vận tốc quay (v/ph)

Bảng 1.1-Thông số động cơ được chọn

II Xác định tỉ số truyền và các thông số trên trục

1 Tỷ số truyền của trục vít –bánh vít:

u=ndc

npl = 698

10.85 = 64.33  ut = 64.33Tính lại đường kính puly:

Dpl = 60000 a v u t

π n dc =60000∗1∗0.25∗64.33π∗698 = 440.047 mm2.Xác định số vòng quay, công suất tính toán, momen xoắn trên các trục

Số vòng quay trục 1: n1 = ndc = 698 v/ph

Số vòng quay trục 2: n2 = n1

ut = 69864.33 = 10.85 v/phCông suất trên các trục được tính:

P2 = Ppl

ŋol =0.9950.94 =0.94 kW

P1 = P2

ŋtv.ŋol = 0.8∗0.9950.94 =1.18 kWMomen xoắn trên các trục :

Bảng 1.2 – Số vòng quay, công suất momen xoắn trên các trục

Chương 2: thiết kế bộ truyền trục

là vật liệu thép hoặc gang, vật liệu bánh vít có thể làđồng thanh hoặc gang

Để thuận tiện trong thiết kế, ban đầu có thể dựa vào vật tốc trượt vs tính theo công thứckinh nghiệm để chọn vật liệu bánh vít

 ứng suất tiếp xúc cho phép [σ H] :

[σ H]=[σ HO]K HL

- [σ HO] là ứng suất cho phép ứng với 107 chu kì :[σ HO]=(0.75 :0.9)× σb

σ b : giới hạn bền của vật liệu làm bánh vít

(đồng thanh không thiếc σ b=250 MPa) Trục vít bằng thép không tôi

 [σ F]=0.85 ×70.5=60 Mpa

 Ứng suất cho phép khi quá tải Bánh vít làm bằng đồng thanh thiếc : [σ H]max=2 σch = 2×100 = 200 Mpa

[σ F]max=0.8 σ ch= 0.8×100 = 80 Mpa

III Xác định các thông số của bộ truyền

1 Xác định aw :

aw = (z2 + q)√3(z1702[σ H] )2T2K H

q

Chọn sơ bộ : KH=1.2 , với u=64.33 cho z1= 1  z2 = uz1= 65

chọn sơ bộ q theo công thức :q=0.3×64.33=19.3  q= 25

V Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

σ F=1.4T2Y F K F

b2d2m n Chiều rộng bánh vít : d a1 = m(q+2) = 4(25+2) = 108

K F = K H = 1.03×1.1 =1.133

 σ F = 1.4827373× 1.4 ×1.133 100 ×280 × 4 = 11.7 MPa < [σ F]

Điều kiện bền uốn thỏa mãn

VI Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải

VII Các thông số của bộ truyền trục vít bánh vít

Các thông số của bô truyền:

Đường kính vòng đáy df1= 90.4 mm, df2 = 260 mm

Bảng 2.1 – Các thông số của bộ truyền trục vít bánh vít

Chương 3: Chọn khớp nối và phanh

ut là tỉ số truyền thực của bộ truyền, ut = 64.33

η hiệu suất chung của hệ dẫn động, η =0.743

Để chọn phanh theo yêu cầu ta cần chọn phanh sao cho momen yêu cầu nhỏ

hơn momen của phanh.

Thông số phanh :

Hình 3.1

Mã hiệu Đường kính

bánh phanh(mm)

Momenphanh(N.m)

Khoảnghở(mm)

Mã hiệu bơmthủy lực

Áplực(N)

Hànhtrình (mm)

Côngsuất (W)

Khốilượng (Kg)

Tổngkhốilượng(Kg)

như nối trục bù) Nối trục có bộ phận đàn hồi bằng vật liệu không kim loại rẻ và đơn

giản, vì vậy nó được dùng để truyền momen xoắn nhỏ và trung bình (đến 10000 N.m)

khi giá trị momen xoắn lớn, thường dùng nối trục có bộ phận đàn hồi là kim loại ( giảm

kích thước )

Khớp nối cần chọn đủ khả năng truyền momen xoắn và lưu ý đến đường kính trục

mà khớp có thể lắp ( dmin≤ d ≤dmax) để chọn và thiết kế trục Ngoài ra do nửa khớp sử

dụng làm tang phanh nên phải chọn cùng đường kính D của phanh

Với T=16144.7NmVới trục đàn hồi:

T d D dm L l d1 Do Z B B1 l1 D3 l2

4

Bảng 3.2 – Thông số khớp nối được chọn

Chương 4:Tính toán thiết kế trục

Ở những máy móc quan trọng nhưng chịu tải quan trọng thép 45 thường hóa hoặc tôi cải thiện được sử dụng

Thép 45 có σb=600 MPa và ứng suất xoắn cho phép [τ]=12 20 MPa

Giả sử trục vít có răng nghiêng phải :

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

Từ đường kính d=19mm có thể xác định được gần đúng chiều rông ổ lăn b theo bảng chuần, suy ra chiều rộng ổ lăn bo =15 mm

Hình 4.3

Khoàng cách từ 2 ổ lăn của trục vít: l11 = (0,9 1)daM2 = 290mm

Khoảng cách từ tâm ổ lăn đến khớp nối: l12 =0.5(lm12 +b0) + k3 + hn

D`Có : Chiều dài may-ơ nửa khớp nối : lm12=2.5*d1=2.5*19=47

k3 = 10 mm :khoảng cách mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ

hn =15 mm : chiều cao nắp ổ và đầu bulong

l12 = 0.5( 47 + 15) +10 +15 = 69 mm

Khoảng cách từ ổ lăn đến tâm trục vít: l13 =l11/2= 290/2=145 mm

d Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

Fr1×135+ Ma= RBy×135×2  {RAy= 62 N

RBy=2257 N

Hình 4.4 – Biểu đồ nội lực trục vít hộp giảm tốc

Theo biểu đồ momen mặt cắt nguy hiểm nhất đặt tại điểm C:

Momen uốn tại C : Mc = √346652+3271902 = 329021 Nmm

Momen xoắn tại C : Tc = 0 Nmm

Momen tác động tại C : MtdC = 329021 Nmm

 dc ≥ 3

√Mtd

0.1×[σ] = 3

√3290210.1×67 = 36 mm Chọn dc=45mmĐường kính trục tại B:

Momen tác dụng tại B : MtdB = √69002

+0.75 ×16144.72 = 15591Nmm  dB ≥ 3

√Mtd

0.1×[σ] = 3

√0.1× 6715591 = 15 mm -> chon db=40mmĐường kính trục tại D :

Momen tác dụng tại D: MtdD = √0.75×16144.72= 13981.7 Nmm

 dD ≥ 3

√Mtd

0.1×[σ] = 3

√13981.70.1 ×67 = 13 mm chọn dD=35mm

2 Chọn then cho trục vít

Kiểm nghiệm độ bền dập và cắt đối với then bằng:

Bảng 4.1 – Thông số then trục vít

3.Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi và bền tính

Sơ đồ chi tiết quay và lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục:

Hình 4.5 – Sơ đồ chi tiết quay và lực từ các chi tiết quay tác dụng

Bảng 4.2 – Momen cản trên các đoạn trục

Kiểm nghiệm hệ số an toàn s87

-Bảng 4.3 – Hệ số an toàn trên các đoạn trục

có s >[s] vậy trục vít thỏa mãn về độ bền mỏi

4.Chọn ổ lăn cho trục vít

Ổ trục dùng để đỡ trục , giữ cho trục có vị trí xác định trong không gian, tiếpnhận tải trọng và truyền đến bệ máy Tùy theo dạng ma sát trong ổ , người ta phân ra

ổ trượt và ổ lăn Chúng khác nhau về cấu tạo, lắp ghép, phạm vi sử dụng và phươngpháp tính toán thiết kế ổ

Nhờ có nhiều ưu điểm như momen ma sát và momen mở máy nhỏ, ít bị nóng khilàm việc, chăm sóc, bôi trơn đơn giản, thuận tiện trong sửa chữa, thay thế nên ổ lănđược dùng ngày càng rộng rãi

Khi thiết kế máy, cơ cấu hoặc bộ phận máy , không thiết kế ổ lăn mà chọn ổ lăntiêu chuẩn mà dùng , dựa theo hai tiêu chí cơ bản: khả năng tải động C và khả năng tảitĩnh Co

Hình 4.6

Để đảm bảo kết cấu và nguyên lý làm việccủa hộp giảm tốc ta chọn ổ lăn cho cho trục víthộp giảm tốc như sau: ở vị trí của A ta chọn hai

ổ đũa côn đỡ chặn ( làm cho một đầu của trụcđược cố định tại một vị trí ) ở vị trí của B tachọn ổ bi đỡ

Chọn ổ lăn cho trục vít như sau :bên trái (A) chọn hai ổ đũa côn đỡchặn , bên phải (B) chọn ổ bi đỡ

Lực hướng tâm tác dụng lên trục : Fr = √922+22572 = 2258N

Ổ bi đỡ một dãy  X = 1 và Y = 0

các hệ số: V = 1 ; kd = 1 ; kt = 1

có tải trọng quy ước là: Qr = (XVFr + YFa )kdkt = 2258 N

số vòng quay của trục vít : n = 698 v/ph

thời gian làm việc của ổ Lh = 24000 giờ

thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay: L = 60× n × L h

106 = 1005 triệu vòng quay

khả năng tải động : Cd = Q3

√L = 2258×3

√1005 = 22617 NChọn ổ lăn : Cỡ nhẹ

Kí

o ,kN

Bảng 4.4 – Thông số ổ lăn tại B

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ :

Fa = 0 ; Qt = XoFr = 0.6×2258 = 1354.8 N < Co khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo

Chọn sơ bộ ổ là đũa côn đỡ chặn :

Tính kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ :

Lực hướng tâm tác dụng vào hai ổ : FrA = √622

+2392 = 246 N

 lực hướng tâm tác dụng lên từng ổ FrA1 = FrA2 = 123

N Lực dọc trục do trục vít gây ra : Fa = 6364 N

Góc côn của ổ lăn α=14 o

 e = 1.5tg (14o

¿ = 0.37Thành phần lực dọc trục do lực hướng tâm gây ra là:

Có tỷ số F a 2

V F r 2=¿37 > e

 X = 0.4 và Y = 0.4 cotg ( 14) = 1.3Chọn kt = 1 ; kd =1 và V=1

Tải trọng động quy ước :

Qt = (XVFr + YFa)ktkd = (0.4×1 ×123+1.3 × 6364¿1x1 = 8524N

số vòng quay của trục vít : n = 698 v/p

thời gian làm việc của ổ : Lh = 24000 (h)

thời gian làm việc tính trên triệu vòng quay:

L=60× n × L h

106 =60× 698 ×24000

106 = 1000 ( triệu vòng quay )Khả năng tải động tính toán:

C= Q10

√L3 = 9542 10

√10003 =59674kNChọn ổ lăn:

Bảng 4.5 - Ổ lăn tại A

Tính tuổi thọ của ổ lăn 7608:

số vòng quay của trục vít : n = 698v/pThời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:

d2 = 60mm  chiều rộng ổ lăn là b0 = 31 mm

Hình 4.8 – Khoảng các giữa các gối và điểm đặt lực

Chiều dài mayo bánh vít là : lm22 = (1,2 1,8)d =76mm

Có k1 = k2 = 10 cm

Khoảng cách giữa hai ổ lăn trục bánh vít

{ R Ax+R Bx=F t 2

148 R Bx−74 Ft 2=0  {R Ax=3182 N

R Bx=3182 N

Hình 4.10 – Biểu đồ nội lực và momen trục bánh vít

Momen xoắn T(Nmm)

3 Kiểm tra trục về độ bền mỏi và bền tĩnh

 có s > [s] vậy trục vít thỏa mãn về độ bền mỏi

0.2d3

4.Chọn ổ lăn cho trục bánh vít

Lực hướng tâm tác dụng lên ổ A là : FrA= √106892+31822 = 11152 NLực hướng tâm tác dụng lên ổ B là : FrB= √(−5643)2

+31822 = 6478 NLực dọc trục do trục vít gây ra : Fa = 432 N

Chọn góc côn α=14 o

 hệ số tải trọn của hệ e = 1.5tgα = 1.5tg(14 o

¿ = 0.374Thành phần lực dọc trục do lực hướng tâm gây ra :

Chọn kt = 1 ; kd =1 và V=1

Tải trọng động quy ước :

Qt = (XVFr + YFa)ktkd = (1×1 ×6478+0× 2141¿1x1 = 6478 N

Số vòng quay của bánh vít : n=65 v/ph

Thời gian làm việc của ổ : Lh = 24000 giờ

Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay: L = 60× n × L h

Kí

hiệ

u ổ

dmm

Dmm

kN kNCo

761

Bảng 4.10 – Ổ lăn trục bánh vít

Tính lại tuổi thọ của ổ lăn :

Chương 5: Thiết kế kết cấu

I Các kết cấu cơ bản của vỏ hộp giảm tốc

Vỏ hộp giảm tốc đúc có thể có nhiều dạng khác nhau, songchúng đều có chung nhiệm vụ; đảm bảo vị trí tương đối giữa các chitiết và bộ phận máy, tiếp nhận tải trọng do các chi triết lắp trên vỏtruyền đến, đựng dầu trơn, bảo vệ các chi tiết máy tránh bụi bặm.Chỉ tiêu cơ bản của hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượngnhỏ

Hộp giảm tốc bao gồm: thành hộp, nẹp hoặc gân, mặt bích, gốiđỡ,

Vật liệu phổ biến nhất dùng để đúc hộp giảm tốc là gang xámGX15-32 ( chỉ dùng thép khi chịu tải lớn và đặc biệt khi chịu tải vađập)

hộp:

Hình dạng của nắp và thân chủ yếu được xác định bởi số lượng

và kích thước của bánh răng, vị trí mặt ghép và sự phân bố của cáctrục trong hộp đồng thời còn phụ thuộc và chi tiết kinh tế, độ bền và

độ cứng

Vỏ hộp do các mặt phẳng và mặt trụ tạo thành Mặt phẳng thuậntiện khi làm khuôn mẫu nhưng làm tăng khuôn khổ, kích thước vàtrọng lượng vỏ hộp

Kích thước các phần tử cấu tạo lên vỏ hôp:

Chiều dày: Thân hộp (δ) : δ= 0.03×a + 3 = 0.03×180 + 3 = 8mm Nắp hộp (δ1¿: δ1=¿ 0.9 δ = 7.5 mm

Chiều dày bích thân hộp :S3 = (1.4 ÷1.8)d3 = 16.5mm

Chiều dày bích nắp hộp :S4 = (0.9 ÷1)S3 = 16.5mm

Kích thước gối trục : Tâm lỗ bulong cạnh ổ: E2 = 1.6d2 = 21.5 mm

R2 = 1.3d2 = 17.5 mm

 Bề rộng mặt ghép bulong cạnh ổ:K= 49.4 mm

Khe hở giữa các chi tiết: Giữa bánh răng với thành trong hộp: ∆ ≥ (1

÷ 1.2)δ = 10 mm

Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp : ∆1≥ 27 mm

Giữa mặt bên các bánh răng với nhau: ∆ ≥ 9 mm

vỏ hộp

 Chốt định vị :

Mặt ghép giữa nắp và thân nằm trong các trục Lõ trục ( đườngkính D ) lắp ở trên và thân hộp được gia công dồng thời Để đảmbảo vị trí tương đối của nắp và thân trước và sau khi gia côngcũng như khi lắp ghép , dùng 2 chốt định vị Nhờ có chốt định vị,khi xiết bulong khiing làm biến dạng vòng ngoài của ổ (do sailệch vị trí tương đối của nắp và thân), do đó loại trừ được mộttrong các nguyên nhân làm ổ chóng bị hỏng

Chọn chốt định vị hình trụ : d= 10mm ; c =1.6 mm; l= 20 ÷

160

Để kiểm tra, quan sát các tiết máy trong hộp khi năp ghép và

để đổ dầu vào hộp ,trên lắp hộp cso làm của thăm Cửa thămđược đậy bằng nắp trên nắp có thể năp thêm nít thông hơi Kíchthước cửa thăm có thể chọn theo bảng 18-5 hoặc chọn theo kíchthước của nắp hộp

Chọn cửa thăm:

nút thông hơi Nút thông hơi, thường được lắp trên nắp của thăm

hoặc ở vị trí cao nhất của nắp hộp

Chọn nút thông hơi: M27x2

A B C D E G H I K L M N O P Q R S M27x 2 15 30 15 45 36 32 6 4 10 8 22 6 32 18 36 32

Bảng 5.2 – Nút thông hơi

 Nút tháo dầu :

Sau môt thời gian làm việc, dầu bôi trợn chứa trong hộp bị bẩn( do bui bặm và do hạt mài ), hoặc bị biến chất, do đó phải thaydầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có lỗ tháo dầu.lúc làm việc ,lỗ được bịt kín bằng nút tháo dầu

Chọn nút tháo dầu:

Bảng 5.3 – Nút tháo dầu

Hình 5.1

Trục vít được thiết kế liền trục Trên hìnhtrình bày một số loại kết cấu của trục víttùy thuộc vào đường kính vòng đáy rencủa trục vít.Khi thiết kế kết cấu trục vítcần chú ý đến việc thoát dụng cụ cắt giacông ren .do có phần thoát tự do củadụng cụ nên có thể cắt ren bằng daophay vít hoặc gia công ren trên máytiện kết cấu này cũng thuận tiện khi cầnmài ren Góc vít ở mút phần ren thườngkhoảng 20o Trừ phần cắt ren, các phầnkhác của trục vít được thiết kế như kếtcấu trục.Bánh vít được ghép từ vành vàthân Thân bánh vít thường là gang xám,đôi khi làm bằng thép , vành bánh vít làmbằng vật liệu giảm ma sát

III Kết cấu các bộ phận khác

ống lót làm bằng gang GX15-32, với chiều dày δ=¿C.D

trong đó: D đường kính trong ổ lót (đường kính ngoài ổlăn), C hệ số phụ thuộc vào đường kính lỗ

Thường trong ngành chế tạo máy , kích thước của ống lót cóthể chọn như sau:

δ = 6 ÷8 mm  δ= 8 mm Chiều dày vai δ1 và chiều dày bích δ2: δ=δ1= δ2

Các kích thước như đường kính tâm lỗ vít D2 , đường kính vít d4

và số lượng vít:

D2 = 144 mm

D3 = 160 mm

Để thuận tiện cho gia công, bề mặt lắp ghép của ống lót và lỗ

hộp có thể làm lõm xuống khoảng 1÷ 0.5 mm.chiều dài phần định vị khoảng từ 20÷ 25 mm Chỗ lắp ổ lăn cũng được gia công

chính xác Lắp ghép giữa ống lót với lỗ hộp có thể là lắp lỏng nếucần dịch chuyển theo chiều trục, thông thường dùng kiểu H 7

h6 .