Đồ án nguyên lí chi tiết máy đại học SPKT TP HCM Đề 03

usb : tỷ số truyền của hệ thống dẫn động.Trong đó : usb = ung.uh Uh : là tỷ số truyền hộp giảm tốc banh răng trụ 2 cấp... Xác định công suất, moment và số vòng quay trên các trục :  Tí

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

PHẦN I : CHỌN ĐỘNG CƠ

1.1.Chọn động cơ điện

1.1.1 Xác định công suất trên trục động cơ điện:

Công suất truyền trên các trục công tác:

Công suất trên trục động cơ điện :

(1)

Hiệu suất truyền động :

( công thức 2.9 trang 19 tài liệu [1])

Dựa vào bảng 2.3 trang 19 tài liệu [1] ta có :

Hiệu suất bộ truyền xích : ηx = 0,93Hiệu suất nối trục di động : ηk = 1Hiệu suất 1 cặp ổ lăn : ηol = 0,99Hiệu suất 1 cặp bánh răng : ηbr = 0,98

η = 1.0,994.0,982.0,93 = 0,86 Thay vào (1) ta được :

= =3,953 kW

1.1.2 Số vòng quay sơ bộ của động cơ điện:

ndcsb= usb.nlv

Ta có :

usb : tỷ số truyền của hệ thống dẫn động.

Trong đó : usb = ung.uh

Uh : là tỷ số truyền hộp giảm tốc banh răng trụ 2 cấp Uh = 9

Un : tỷ số truyền bộ truyền xích Ung=Ux=2 (chọn theo bảng 2.4 trang

21 tài liệu [1])

 Usb = 9.2= 18

 nsb = 52.18 = 936 (vòng/phút)

 Ta chọn số vòng quay đồng bộ : ndb= 1000 (vòng/phút)

 Động cơ được chọn thỏa các điều kiện :

Theo bảng 1.1 phụ lục trang 234 tài liệu [1] ta chọn động cơ :

 Số hiệu động cơ :4A112MB6Y3

 Công suất danh nghĩa :Pđc = 4,0 kW

3

Với ung = ux = 2( đã chọn)



Mặt khác ta có : u12 = 1,3.u23 ( theo công thức thực nghiệmu1=(1,2÷1,3)u2)

Ta có công thức : uhgt = u12.u23 (2)

Dựa vào công thức (2) ta tính được :

Ta tính lại tỉ số truyền un với u12 và u34 đã tính:

1.3 Xác định công suất, moment và số vòng quay trên các trục :

 Tính số vòng quay trên các trục :

Đối với trục I :

Đối với trục II:

Đối với trục III :

Đối với trục máy công tác :

 Tính công suất trên các trục :

Đối với trục III:

Đối với trục II:

Đối với trục III :

Đối với trục công tác :

 Với động cơ đã chọn là 4A112MB6Y3 thì ta có bảng đặc tính kỹ thuật như sau :

PHẦN II : TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH

Số liệu đầu vào :

- Các thông số làm việc của bộ truyền

+ Công suất trên trục dẫn : P = 3,91(kW)

Trục Thông số

+ Số vòng quay tên trục dẫn : n1 = 104(vòng/phút)+ Tỷ số truyền của bộ truyền xích : u = 2

+ Momen xoắn trên trục dẫn : T =359,043 103(Nmm)

- Điều kiện làm việc của bộ truyền :

+ Tải trọng va đập nhẹ , quay 1 chiều + Trục đĩa xích điều chỉnh được + Làm việc 2 ca , 1 ca 8 giờ + Môi trường làm việc có bụi + Bôi trơn nhỏ giọt

2.1 Thiết kế bộ truyền xích :

- Chọn loại xích : xích ống con lăn

- Chọ số răng đĩa xích : Z1 = 29 – 2.2 = 25 răng => chọn Z1= 25

Số đĩa xích bị dẫn : Z2 = u.Z1 = 2.25 = 50 răng < Zmax = 120

2.3 Xác định bước xích

Hệ số giá trị Điều kiện làm việc của bộ truyền xích

k 0 1 Bộ truyền đặc nằm ngang hoặc nghiên 1 góc 30 độ

- Hệ số phân bố không điều tải trọng cho các dãy xích : chọn xích 1 dãy

2.8 Kiểm nghiệm xích về độ bền tiếp xúc :

E: Mođun đàn hồi: E = 2,1.105 Mpa

A = 262 diện tích bề mặt tựa của bản lề (tra theo bảng 5.12 tài liệu [1])

Như vậy dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB210,tra bảng 2.11 [1, trang 86] sẽ đạt ứng suất tiếp [ ] = 600 (MPa), đảm bảo độ bền cho đĩa xích dẫn Tương tự ,

(với cùng vật liệu và nhiệt luyện)

2.9 Xác định lực tác dụng lên trục:

Trong đó đối với bộ truyền nghiêng một góc nhỏ hơn 40o, kx=1,15

LẬP BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Số liệu đầu vào

+ Công suất trên trục dẫn : P1= 3,91 (kW)

+ Số vòng quay trên trục dẫn : n1= 104(v/ph)

+ Tỷ số truyền của bộ truyền xích : u = 2

Kết quả tính toán

Thông số Kí hiệu (đơn vị) Giá trị lần

Loại xích … Xích con lăn

PHẦN III : BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

3.1.Bộ truyền cấp nhanh – bánh trụ răng thẳng

 Số liệu đầu vào :

- Công suất trên trục dẫn : P1=3,91(kW)

- Số vòng quay trên trục dẫn : n1 = 950 (vg/ph); n2 = 275(vg/ph)

- Momen xoắn trên trục dẫn : T1 = 41,718.103(Nmm) ; T2 = 139,95.103(Nmm)

- Tỷ số truyền của hộp giảm tốc : u12 = 3,45 ; u23 = 2,65

3.1.1 Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép :

Chọn vật liệu 2 cấp bánh rằng như sau :

Theo bảng 6.1 trang 92 tài liệu [1] trang 92 ta chọn được :Bánh nhỏ : thép 45 tôi cải thiện độ rắn :

HB = 241¿ 285, có σb1 = 850 MPa ,σch1 = 580 Mpa

Bánh lớn : thép 45 tôi cải thiện có độ rắn :

HB = 192¿ 240 , có σalignl ¿ b2 ¿¿¿= 750 MPa, σch2 = 450 Mpa

3.1.2.Xác định ứng suất tếp xúc và ứng suất uốn cho phép

Phân cấp tỷ số truyền Uhgt= 9,14 ; cấp nhanh U12=3,45 ; cấp chậm

U23 = 2,65

 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Với tính sơ bộ thì :

Nên ta có : Theo bảng 6.2 tài liệu [1] thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn

HB = 180¿ 350.

;σH=1,1; σ 0Flim =1,8 HB

Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1 = 245, độ rắn bánh lớn HB2 = 230 tatính được :

c: số lần ăn khớp của bánh răng trong một vòng quay

n : số vòng quay của bánh răng (vòng/phút)

t : tổng số giờ làm việc (h, giờ)

Từ công thức ta tính được :

Vì NHE2 > NHO2 do đó KHL2 = 1

Tương tự ta tính được NHE1 > NHO1 => KHL1 = 1

Như vậy theo công thức tính sơ bộ ứng suất cho phép ở trên ta

530.11,1 = 481,82 Mpa.

Với cấp nhanh sử dụng răng thẳng :

Tương tự ta tính được , NFE1 > NFO nên do đó KFL1 = 1.

Như vậy theo công thức tính sơ bộ ứng suất uốn cho phép ta tính được :

 Ứng suất quá tải cho phép :

ψba : Hệ số; là tỷ số giữa chiều rộng vành răng và khoảng cách trục Chọn

ψba= 0,3 theo bảng 6.6 tài liệu [1].

Ka : Hệ số kế đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc.(Ka = 49,5 Mpa1/3)

ψbd = 0,5.ψba (u12+1) = 0,5.0,3.(3,45+1) = 0,7

Tra bảng 6.7 tài liệu [1], KHβ= 1,02 ( sơ đồ 7)

 aw1 = Ka( u±1)

Trong đó :

: là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp, theo bảng 6.5 tài liệu [1] Zm = 274 (Mpa1/3)

Ta tính được đường kính vòng lăn bánh nhỏ và vận tốc vòng :

Tra bảng 6.13 tài liệu [1] ta được cấp chính xác của bánh răng là cấp 8Tra bảng 6.14 tài liệu [1] ta có : KHα = 1,09

Tra bảng 6.16 tài liệu [1] ta có : g0 = 56

Ta bảng 6.15 tài liệu [1] ta có:

Do đó ta tính được :

Vậy ta tính dược ứng suất tiếp trên bề mặt làm việc :

Với [ ] = 481,82 Mpa > = 386,79 MpaVậy răng đã thỏa mãn độ bền tiếp xúc

3.1.6.Kiểm nghiện răng về độ bền uốn

Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:

Hệ số kể đến đọ nghiêng của răng:

Y β =1− β1400 =1

Số răng tương đương:

Tra bảng 6.18 tài liệu [1] ta được : YF1 = 3,8 ; YF2 = 3,6

 Ứng suất uốn sinh ra tại chân bánh răng chủ động :

Ứng suất uốn sinh ra tại chân bánh răng bị động :

3.1.7.Kiểm nghiệm quá tải

3.2.Bộ truyền cấp châm – bánh trụ răng nghiêng

 Số liệu đâu vào :

- Công suất trên trục dẫn : P2 = 4,03 kW

- Số vòng quay trên trục dẫn : n2 = 275 (vg/ph) ; n3 = 104 (vg/ph)

- Momen xoắn trên trục dẫn : T2 = 139,95.103 (Nmm)

T3 =359,043.103(Nmm)

- Tỷ số truyền của hộp giảm tốc : u12 = 3,45 ; u23 = 2,65

3.2.1 Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép :

Chọn vật liệu 2 cấp bánh rằng như sau :

Theo bảng 6.1 trang 92 tài liệu [1] trang 92 ta chọn được :

2 Bánh nhỏ : thép 45 tôi cải thiện độ rắn :

HB = 241¿285, có σ b1 = 850 MPa ,σ ch1 = 580 Mpa

2 Bánh lớn : thép 45 tôi cải thiện có độ rắn :

HB = 192¿ 240 , có σalignl ¿b2¿¿¿= 750 MPa, σ ch2 = 450 Mpa

3.2.2.Xác định ứng suất tếp xúc và ứng suất uốn cho phép

 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Với tính sơ bộ thì :

Nên ta có : Theo bảng 6.2 tài liệu [1] thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn

c: số lần ăn khớp của bánh răng trong một vòng quay.

n : số vòng quay của bánh răng (vòng/phút)

t : tổng số giờ làm việc (h, giờ)

Từ công thức ta tính được :

Vì NHE4 > NHO4 do đó KHL4 = 1

Tương tự ta tính được NHE3 > NHO3 => KHL3 = 1

Như vậy theo công thức tính sơ bộ ứng suất cho phép ở trên ta

tính được:

[σH] = σHim0 K S HL H

[σH]

3 = = = 536,36 Mpa

Tương tự ta tính được , NFE3 > NFO nên do đó KFL3 = 1.

Như vậy theo công thức tính sơ bộ ứng suất uốn cho phép ta tính được :

 Ứng suất quá tải cho phép :

 aw2 = Ka( u±1)

= 43.(2,65+1)

Vậy lấy aw2 = 130mm

3.2.4.Xác định thông số bộ truyền :

- Modun pháp : mn = aw2

= 130 = Tra bảng 6.8 tài liệu [1] ta chọn modun pháp mn = 2,5

- Chọn góc nghiêng răng sơ bộ : β = 350

Trong đó :

: là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp, theo bảng 6.5 tài liệu [1] Zm = 274 (Mpa1/3)

Với β =3608’ thì tra bảng 6.12 tài liệu [1] ta được:

Ta tính được đường kính vòng lăn bánh nhỏ và vận tốc vòng :

Tra bảng 6.13 tài liệu [1] ta được cấp chính xác của bánh răng là cấp 9Tra bảng 6.14 tài liệu [1] ta có : KHα = 1,13

Tra bảng 6.16 tài liệu [1] ta có : g0 = 73

Ta bảng 6.15 tài liệu [1] ta có:

Do đó ta tính được :

Vậy ta tính dược ứng suất tiếp trên bề mặt làm việc :

Với [ ] = 504,55 Mpa > = 485,41 MpaVậy răng đã thỏa mãn độ bền tiếp xúc

3.2.6.Kiểm nghiện răng về độ bền uốn

Tra bảng 6.7 tài liệu [1] ta được : KFβ = 1,11Tra bảng 6.14 : KFα = 1,37

Hệ số tải trọng khi tính về uốn: theo công thức 6.45 tài liệu [1]

Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:

Hệ số kể đến đọ nghiêng của răng:

Số răng tương đương:

Tra bảng 6.18 tài liệu [1] ta được : YF3 = 3,7 ; YF2 = 3,6

 Ứng suất uốn sinh ra tại chân bánh răng chủ động :

Ứng suất uốn sinh ra tại chân bánh răng bị động :

3.2.7.Kiểm nghiệm quá tải

Hệ số quá tải:

Ứng suất tiếp xúc cực đại:

3.2.8.Thông số bộ truyền :

3.3.Kiểm tra điều kiện bôi trơn

1 Mức dầu thấp ngập (0,75 2) chiều cao răng h 4 ( h 2 = 2,25m) của bánh

răng 4 (nhưng ít nhất 10mm)

2 Khoảng cách giữa mức dầu thấp nhất và cao nhất h max - h min = 10…15mm

3 Mức dầu cao nhất không được ngập quá 1/3 bán kính bánh răng 2 (d a2 /6).

Tổng hợp ba điều kiện trên thì để đảm bảo điều kiện bôi trơn phải thỏa mãn bất đẳng thức sau :

3.4.Kiểm tra điều kiện chạm trục :

Ta có khoảng cách trục : aw2 = 130 mm

Bán kính bánh răng lớn cấp nhanh : ra2 =

Khoảng cách từ đỉnh bánh răng lớn cấp nhanh đến trục 3 của hộp giảm tốc

Ta tính được đường kính trục sơ bộ của trục 3 hộp giảm tốc :

với

Ta có :

 Hộp giảm tốc khỏa sát thỏa điều kiện chạm trục

Phần IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ CHỌN Ổ LĂN

- Chọn nối vòng đàn hồi để nối trục

- Chọn theo điều kiên :

Trong đó :

dt : đường kính trục cần nối (mm)

dt = dđc = 32mm

Tt = k.T là momen xoắn tính toán với :

k là hệ số chế độ làm việc , phụ thuộc vào loại máy Bảng 16.1 tài liệu [2]

b) Kiểm nghiệm khớp nối :

d) Các thông số cơ bản của vòng đàn hồi :

Các tthông số Ký hiệu Giá trịMomen xoắn lớn nhất có thể truyền

Đường kính lớn nhất có thể của trục 32(mm)

Đường kính vòng tâm chốt D0 90(mm)

Chiều dài phần tử đàn hồi l3 28(mm)

Chiều dài đoạn công xôn của chốt l1 34(mm)

Đường kính của chốt dàn hồi dc 14(mm)

Chiều dài khớp nối L 165(mm)

II Tính sơ bộ trục

II.1 Chọn vật liệu chế tạo trục và tính sơ bộ đường kính trục

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép c45 tối, thường hóa có giới hạn bền

25,6 =33,8 =44,8

II.2 Xác định lực từ các chi tiết, bộ truyền tác dụng lên trục

II.2.1.Sơ đồ lực tác dụng

Chiều quay của trục

Ft22 = = Ft23 = Ft32 = Ft33

Fr22 = = Fr23 = Fr32 = Fr33

Fa22 = Ft23.tgβ = 1959,16.tg3608’= 1430,4(N) = Fa23 = Fa32 = Fa33

II.2.3.Xác định khoảng cách gữi các gối đở và điểm đặt lực :

- Chiều rộng sơ bộ của cách ổ lăn :

lm22 = lm23 =(1,2…1,5)d2 = 42 52,5mm chọn lm22 = lm23 = 50mm+ Chiều dài mayơ bánh răng trụ răng nghiêng trục III:

lm32 = lm33 = (1,2…1,5)d3 =54 67,5mm chọn lm32 = lm33 = 60mm+ Chiều dài mayơ nữa khớp nối trục I vòng đàn hồi :

lmkn = (1,4…2,5)d1 = 35…62,5mm chọn lmkn = 55mm

- Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp:k1= 10

- Khoảng cách từ mặt mút của ổ đến thành trong của hộp: k2 = 10

- Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ: k3 = 15

- Chiều cao nắp ổ và đầu bulông: hn = 15

- Khoảng cách giữa các gối đở và điểm đặt lực trên trục I và III: + Trục I :

l11 = l21 = l22 + 0,5.(lm22+ lm11) + k1= 55,5 + 0,5.(50+37,5) + 10 = 109,25mm

l23 = l33 = 2.l21 – l22 = 2.109,25– 55,5 = 163 mm

l1 = l2 = l3 = 2.111,75 = 218,5 mm

Sơ đồ tính khoảng cách bánh răng trụ 2 cấp phân đôi

III Tính chọn đường kính các đoạn trục

3.1 Trục 1 :

- Trong mặt phẳng (yoz):

++

- Trong mặt phẳng (xoz):

++

- Tính momen tương đương ở các tiết diện nguy hiểm:

- Chọn đường kính trục theo các tiêu chuẩn :

dkn = 32 mm ( đoạn trục lắp khớp nối bằng với trục động cơ )

dA = dB = 35 mm (đoạn trục lắp ổ lắn )

d11 = 38 mm (đoạn trục lắp bánh răng)

Biểu đồ momen trục I

III.1.1 Kiểm nghiệm về độ bền mỏi

Thép C45 tôi thường hóa có: σb = 600 Mpa

Theo bảng 10.7 tài liệu [1]:

- Điều kiện kiểm tra trục vừa thiết kế và độ bền mỏi Theo công thức 10.19 tài liệu [1]

Trong đó: [S] = là hệ số an toàn cho phép

: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp theo công thứ 10.20 tài liệu [1]:

: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứn xuất tiếp tại tiết diện J

theo công thước 10.21 tài liệu [1] : Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất tiếp thay đổi theo chu kỳ đối xướng Do đố theo công thức 10.22 tài liệu [1] :

Vì trục I quay 1 chiều, ứng xuất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động Do đó theo công thức 10.23 tài liệu [1] :

- Xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm :

Dựa vào kết cấu biểu đồ momen trục, ta thấy tiết diện nguy hiểm cần kiểm tra độ bền mỏi của trục II : tiết diện A lắp ổ lăn

; Tiết diện Đường

kínhtrục(mm)

b x h t1 Wj(mm3) Woj(mm3)

A 35 10 x 8 5 3566,39 7775,63

- Xác định hệ số và đối với các tiết diện nguy hiểm

Theo công thức 10.25 và 10.26 tài liệu [1]:

; Các trục gia công trên máy tiện Tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra = 2,5…0,63 μm Theo bảng 10.8 tài liệu [1] hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx = 1,06

Không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt , do đó hệ số tăng bền Ky=1

Không dùng dao phay ngón để gia công các rãnh then Chọn bản 10.12 tài liệu [1] ta được : ;

Theo bảng 10.10 tài liệu [1] ta có các thông số sau :

Theo bảng 10.11 tài liệu [1] ta tra được và do lắp căng tại các tiết diện nguy hiểm

then

Lắpcăng

A 35 2 2,06 1,9 1,64 2,06 1,96 38,83 28,67 3,27 2,7 23,1

Kết quả tính toán được ghi ra bảng sau :

Ta thấy các tiết diện nguy hiểm trên trục II đều đảm bảo an toàn về độ bề mỏi

III.1.2 Kiểm nghiệm độ bền của then :

Với các tiết diện dùng mối ghép then ta tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập và độ bền cắt

Theo công thức 9.1 và 9.2 tài liệu [1]:

Với Tính và chọn theo tính chất ta có chiều dài then được cho trong bảng 9.1 tài liệu [1]

Với then bằng thép 45 chịu tải trọng tĩnh va đập nhẹ ta có :

Vậy các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt

III.1.3 Tính toán chọn ổ lăn :

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A và B :

FrA =

FrB = Lực dọc trục đã bị triệt tiêu => Fat = 0 Theo công thức 11.6 tài liệu [1] Tải trọng quy ước

QA = V.FrA.Kt =1.1,2.581,34 = 679,61 (N)

QB = V.FrB.Kt =1.1,2.842,1 = 1010,52 (N)Khả năng tải động quy ước xác định theo công thức 11.1 tài liệu [1]: =

= Với Cdmax = max [CdA ; CdB] = 4,894 (KN) và đường kính ngõng trục d

= 35 mm , chọn kích thước ổ bị đỡ chặn cỡ nhẹ hẹp với các thông số sau đây ( tra bảng P2.12 tài liệu [1]):

- Khả năng tải tĩnh : Co = 16,6 KN

Ta có : Ma22 = Ma23 = Fa22 = 1430,4 =50900,78 Nmm

- Tính momen tương đương ở các tiết diện nguy hiểm:

Ta có công thức : ta tính được :

MtđC =MtđD = 0 Nmm ; Mtđ22=Mtđ23= 188351 Nmm ; Mtđ21 = 239477 Nmm

- Tính đường kính trục , tra bảng 10.5 tài liệu [1] ta có : với đường kính sơ bộ trục 1 là d1 = 35mm ta chọn [σ] = 63 Mpa

d22 = d23 = 36 mm (đoạn trục lắp bánh răng trụ răng nghiêng)

d21 = 38 mm (đoạn trục lắp bánh răng trụ răng thẳng)

Biểu đồ momen trục II :