Đồ án nguyên lí chi tiết máy đại học SPKT TP HCM Đề 05

Về những đóng góp quý báu trong quá trình em thực hiện đồ án.Ngoài ra, để hoàn thành được đồ án này em có tham khảo một số sách như Chi tiết máy của Nguyễn Trọng Hiệp, Tính toán thiết kế

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành cơ khí là một ngành ra đời sớm so với các ngành khác ,nó được xem là ông

tổ của nền công nghiệp Ngày nay nó đóng vai trò rất quan trọng trong tiến trình công nghiệp hóa ,hiện đại hóa của đất nước ta nói riêng và trên thế giới nói chung Lần đầu tiên thiết kế các chi tiết máy và bộ phận máy, đây là một công việc hoàn toàn mới mẻ đòi hỏi người thực hiện phải vận dụng những kiến thức đã và đang học vào thực tế Công việc này đã đem lại những giá trị bổ ích cho các sinh viên, riêng em qua đồ án này em đã rút ra được nhiều kinh nghiệm và bài học quý giá.

Em chân thành cảm ơn đến Thầy ĐỖ VĂN HIẾN là giảng viên hướng dẫn em thực hiện đồ án này Về những đóng góp quý báu trong quá trình em thực hiện đồ án.Ngoài ra, để hoàn thành được đồ án này em có tham khảo một số sách như Chi tiết máy của Nguyễn Trọng Hiệp, Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển tập I và II cùng nhiều tài liệu khác lưu hành nội bộ trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh như Dung sai kỹ thuật đo, Vật liệu học, Sức bền vật liệu, Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy để việc học của em ngày một tốt hơn.Chân thành cảm ơn !

NHẬN XÉT CỦA GVHD:

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Mục lục Lời Nói Đầu 1

Đề và Phương án 7

PHẦN I: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ VÀ TỶ SỐ TRUYỀN 8

I Chọn động cơ: 8

1 Công suất trên trục công tác: 8

2 Tính toán công suất hệ thống: 8

3 Chọn động cơ: 8

II Phân phối Tỉ số truyền: 9

Phần II: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN (BỘ TRUYỀN ĐAI) 12

I Xác định các thông số bộ truyền : 12

1 Chọn tiết diện đai: 12

2 Xác định đường kính bánh đai nhỏ: 12

3 Xác định khoảng cách trục a và chiều dài đai L: 13

4 Tính góc ôm và kiểm tra điều kiện góc ôm : 14

5 Xác định số đai z: 14

6.Chiều rộng và đường kính ngoài bánh đai: 15

7 Tính lực tác dụng lên bộ truyền đai: 15

8 Lập bảng kết quả tính toán: 16

PHẦN III: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC 17 I Tính toán bộ truyền cấp nhanh: 17

II Tính toán bộ truyền cấp chậm: 26

Phần IV: THIẾT KẾ TRỤC 36

I.Chọn vật liệu chế tạo trục: 36

II.Tính sơ bộ trục : 38

III.Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục : 42

1.Trục I : 43

2.Trục II: 45

3 Trục III: 48

IV Kiểm nghiệm về độ bền mỏi: 51

1.Thép C45 tôi thường hóa: 51

2 Xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm: 51

3 Chọn lắp ghép: 51

4 Xác định các hệ số : 52

PHẦN V: TÍNH TOÁN THEN VÀ Ổ LĂN 54

I.Then: 54

II.Ổ lăn : 55

1 Trục I: 55

2 Trục II: 57

3 Trục III: 59

III Chọn dung sai lấp ghép đối với ổ lăn: 61

PHẦN VI: 62

TÍNH TOÁN VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC 62

I Chọn vật liệu: 62

II.Các kích thuớc của hộp giảm tốc: 62

III Một số kết cấu khác: 64

IV PHƯƠNG PHÁP BÔI TRƠN 67

1 Bôi trơn ổ lăn 67

2 Bôi trơn hộp giảm tốc: 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

Sinh viên thực hiện : Lê Xuân Đạt MSSV: 16146274

Giáo viên hướng dẫn : Đỗ Văn Hiến Chữ ký:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

(Đề số: 05 Phương án: 10 )

Trường ĐHSPKT TP HCM

Khoa : Cơ khí Chế tạo máy

Bộ môn : Cơ sở Thiết kế máy

Một năm làm việc 300 ngày, một ngày làm việc 2 ca, 1 ca 8 giờ.

Sai số cho phép về tỉ số truyền Δu = (2÷3)%u = (2÷3)%

II YÊU CẦU

1 Một bản thuyết minh tính toán.

2 Một bản vẽ lắp khổ giấy A 0 (1 bản vẽ chì trên giấy kẽ ly – hình chiếu đứng, hình cắt bằng HGT + 1 bản vẽ lắp hoàn chỉnh-CAD)

III NỘI DUNG THUYẾT MINH

1 Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

2 Tính toán thiết kế các bộ truyền

 Tính toán các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc (HGT)

 Tính toán các bộ truyền trong HGT

3 Thiết kế trục và then

4 Tính toán và chọn ổ lăn

5 Tính toán vỏ hộp, xác định kết cấu các chi tiết máy, chọn các chi tiết phụ

6 Tính toán bôi trơn và lập bảng dung sai lắp ráp

IV TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

02 - Nhận đề đồ án môn học.

- Phổ biến nội dung, yêu cầu ĐAMH

03 - Tìm hiểu hệ thống truyền động trong cơ khí- Tính toán chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

04

- Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài HGT

(1 trong 2 bộ truyền sau)

- Kiểm tra sai số TST, điều kiện bôi trơn

07-08 - Tính toán, thiết kế trục và vẽ kết cấu trục- Chọn ổ, then

- Chọn khớp nối

09 - Tính toán vỏ hộp- Xác định kết cấu các chi tiết máy

- Chọn các chi tiết phụ

10-13 - Bản vẽ lắp HGT- Hoàn thiện tài liệu thuyết minh

14 - Hoàn thiện yêu cầu ĐAMH

15 - Nộp cho GVHD- GVHD chấm điểm hướng dẫn

1 Công suất trên trục công tác:

 Điều kiện làm việc với số liệu ban đầu:

- Lực vòng trên tải xích: 2F = 4000 (N).

- Vận tốc tải xích: V = 1 (m/s)

- Số răng đĩa xích: Z = 11 (răng)

- Bước xích: P = 120

- Số năm làm việc: a = 6 năm

 Đặc điểm của tải trọng:

- Tải trọng va đập nhẹ, quay 1 chiều

- Năm làm việc (a) 300 ngày, ngày 2 ca, 1 ca 6 giờ Sai số cho phép tỷ số truyền

∆i=2÷3%

2 Tính toán công suất hệ thống:

Hiệu suất chung:

η = ηđ.ηol4.ηBr2.ηnđ

Tra bảng 2.3 trang 19 ta có:

ηđ = 0,95 : Hiệu suất bộ truyền đại

ηol = 0.99 : Hiệu suất 1 cặp ổ lăn

ηBr = 0,98 : Hiệu suất 1 cặp bánh răng

η = 1 : Hiệu suất nối trục

Ta có Pct nên ta cần chọn động cơ có công suất thỏa điều kiện

Cosφ = 0,85,

TK

Tdn

=2,

Uđ=Un : Tỷ số truyền của đai

- Số vòng quay trên trục 2:

• Tính công suất trên các trục:

- Công suất trên trục động cơ: Pct = 4,3 (KW)

- Công suất trên trục 1:

- Mômen trên trục 2:

T2 =

9,55.106.3,92 129,1 =289976( N mm) ;

• Số liệu đầu vào

Các thông số làm việc của bộ truyền:

- Công suất trên trục dẫn: Pđc = 4,3 (kW)

- Số vòng quay trên trục dẫn: n = 1425 (v/ph)

- Tỷ số truyền của bộ truyền đai: uđ = 3,1

• Điều kiện làm việc:

- Tải trọng tĩnh, va đập nhẹ và quay một chiều.

- Đai được điều chỉnh được.

- Làm việc 2 ca, 1 ca 8 giờ.

- Đai được định kỳ điều chỉnh lực căng đai.

Tính toán thiết kế bộ truyền đai

1 Chọn tiết diện đai.

Dựa vào Pđc và n bảng 4.1/trang 59:

Kích thước tiết diện:

bt = 14mm A= 138 h= 10,5 mm

y0= 4mm Đường kính bánh đai nhỏ : d1∈ (140÷280) mm

Chiều dài giới hạn l: l ∈ ( 800÷6300) mm

 Đai thang thường

 Thoả điều kiện.

3 Xác định khoảng cách trục a và chiều dài đai L:

Với asb= 630 (mm) thoả điều kiện.

Tính chiều dài đai L:

Tra bảng 4.13/trang 59, chọn chiều dài chuẩn : L = 2650 (mm)

Tính khoảng cách trục chính a chính xác theo L tiêu chuẩn:

 Thoả điều kiện.

4 Tính góc ôm và kiểm tra điều kiện góc ôm ≥ 1200

Điều kiện α1 ≥ 1200 (do đây là đai thang)

- P = 4,3 kW : Công suất trên bánh dẫn.

- [P0] = 4,61 kW Công suất cho phép ( tra bảng 4.19/trang 62)

- Kđ : hệ số tải trọng động ( tra bảng 4.7/trang 55)

Với chế độ ngày làm việc 2 ca và dao động nhẹ:

 Kđ = 1,1+0,1=1,2

- Cα = 0,89 : hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm ( tra bảng 4.15/trang 61)

 Cl = 1,04 – hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài đai ( tra bảng 4.16/trang 61)

 Cu = 1,14 – hệ số kể đến ảnh hưởng tỷ số truyền ( tra bảng 4.17)

 Cz = 0,95 – hệ số kể đến ảnh hưởng sự phân bố không điều tải trọng cho các dây đai ( tra bảng 4.18/trang 61)

 Tổng thời gian sử dụng: 300.(2.6).6 = 21600 (giờ).

I THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP NHANH- BÁNH TRỤ RĂNG THẲNG

1 Chọn vật liệu:

Việc chọn vật liệu tuân theo các nguyên tắc sau:

- Theo tải trọng làm việc

- Khả năng công nghệ và thiệt bị chế tạo

- Khả năng vật tư cung cấp

- Yêu cầu về khuôn khổ và kích thước

Yêu cầu về khuôn khổ và kích thướt Theo bảng 6.1/trang 92 ta chọn:

 Bánh nhỏ: thép C45 tôi cải thiện.

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

a Ứng suất tiếp xúc cho phép

Theo bảng 6.2/trang 94 đối với thép C45 tôi cải thiện đạt HB <350 (180÷350)Có: σ o H lim = 2HB + 70 S H = 1,1

Ta có : N HE1 = > N HO1 ⇒ KHL1 = 1

N HE2 = > N HO2 ⇒ KHL2= 1

Ứng suất tiếp xúc sơ bộ.được xác định :

Theo công th ức ( 6.1a ): [σ H]=σ Hlim K HL

[σH]2 =

550.1 1,1 = 500 ( MPa )

Vì là bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

[σ H] = H2= 500 (MPa)

b Ứng suất uốn cho phép

Theo bảng 6.2/trang 94 đối với thép C45 tôi cải thiện đạt HB <350 (180÷350)

Có : σ o F lim

= 1,8.HB S F = 1,75

Nên: Flim1o = 1,8×260 = 460 (Mpa)

o

Flim 2

 = 1,8×240 = 432 ( Mpa)

 Số chu kì thay đổi ứng suất uốn.

Theo 6.8/trang 93: N FE = 60.c ( Ti/ T max ) m F

.n i t i

*m F: bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn

Với HB(180÷350)HB  mF = 6 (tra bảng 6.4/trang 95)

 N FE 2 = 60.1

459,6 3,56 .21600.( 16 0,7 + 0,3.0,86) = 13,02.107

 NFE2 > NFo : số chu kì thay đổi ứng suất cở sở khi thử về uốn

c Ứng suất tải cho phép: Phụ thuộc vào phương pháp nhiệt luyện

Đối với bánh răng thường hoá, thép tôi cải thiện:

3 Xác định sơ bộ thông số cơ bản

Kiểm nghiệm răng về độ tiếp xúc:

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thỏa mãn điều kiện sau:Công thức 6.33/trang 105 :

σ H = Z M Z H Z ε

b w u t d w 1 √2 T1 K Hβ K Hα K Hv(u t+1) ≤ [σ H]

Trong đó:

 Z M = 274 (MPa)1/3 hằng số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp, trị

số ZM được tính tra bảng 6.5/trang 96

 ZH= 2cos / sin 2 wt hằng số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

Theo ct 6.35/trang 105: Tgβb=cosαt.tgβ

Vì β = 0 → Tgβb = 0 → βb = 0, theo TCVN/1065-71: α = 200

αt = arctg(

tg α cos β ) = arctg(

Đối với bánh răng thẳng tra bảng 6.14/trang 107 KHα =1,13.

* KHV : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

Theo công thức 6.14/trang 107

V ậy ta c ó δ H=450 , 99( MPa)<[δ H]=475( MPa)

 Thoả điều kiện ứng suất

5 Kiểm tra răng về độ uốn

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng , ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không để vượt quá 1giá trị cho phép:

Theo 6.43/trang 108: Độ bền uốn δ F 1=

*Y ;Y :F1 F2 Hệ số dạng răng của bánh 1 và 2 vào số răng tương đương

u

KXF = 1: Hệ số xét đến kiểm tra bánh răng đến độ uốn với da ¿ 400(mm).

 Thoả điều kiện về độ bền uốn

6 Kiểm tra răng về quá tải.

Theo công thức 6.48/trang 110: δH max= δH √ Kqt≤ [ δH]max

Với [δ H]max=2,8 δch

7 Các thông số và kích thước bộ truyền răng cấp nhanh:

Modun của bộ truyền bánh răng cấp

II THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP CHẬM- BÁNH TRỤ RĂNG NGHIÊNG.

Trong bộ truyền cấp chậm, có 2 bộ bánh răng làm việc hoàn toàn giống nhau, đặtsong song Do đó, ta tính thông số cho 1 bộ truyền bộ còn lại cũng giống như bộ thiết kế

1 Chọn vật liệu

Việc chọn vật liệu tuân theo các nguyên tắc sau:

- Theo tải trọng làm việc

- Khả năng công nghệ và thiết bị chế tạo

- Khả năng vật tư cung cấp

- Yêu cầu về khuôn khổ và kích thước

Theo bảng 6.1/trang 92 chọn vật liệu cho 2 bánh:

•Bánh dẫn: thép C45 tôi cải thiện:

2 Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn chi phép.

Theo bảng 6.2/trang 94 đối với thép 45 và 40 tôi cải thiện với HB ≤ 350

 Vì bộ truyền làm việc có tải thay đổi nên số chu kì thay đổi ứng suất tương đương,

được tính theo 6.7/trang 93:

NHE = 60 c ( T / T max ) 3

n i /t i

Với : c = 1 T1 = T T2 = 0,8T

n = 129,1 (v/ph) t = 21600 (h) u = 2,84

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Ứng suất tiếp xúc σH được tính theo 6.33/trang 105 , thỏa điều kiện:

 ZM = 274 bảng 6.5/trang 96

 ZH = tw

b

2.cosβsin2.α

công thức 6.34/trang 105

Ở đây:

* : góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở b

* tg βb =cos αtw .tg β công thức 6.35/trang 105

Với Z 1 =28 ¿ } ¿¿ ⇒Theo TCVN/1065-71: α= 20 0 ⇒ ¿

Không cần dịch chỉnh

Vì là răng nghiêng không sử dụng dịch chỉnh :

1

z =ε)d

 Thoả điều kiện cho phép.

6 Kiểm nghiệm về độ bền uốn:

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không được vượtquá một giá trị cho phép

Z V

cos3β=

28cos3(31 , 78) =45 , 58

Z V

cos3β=

80cos3(31 , 78)=130 , 23

Kết luận: bộ truyền đạt độ bền về uốn trong giới hạn cho phép

7 Kiểm nghiệm răng về quá tải:

8 Kiểm nghiệm bôi trơn ngâm dầu

Điều kiện bôi trơn đối với hộp giảm tốc bánh răng hai cấp:

1 Mức dầu thấp nhất ngập (0, 75 2) chiều cao răng h2 (h2=2,25m) của bánh răng 2 (nhưng ít nhất 10mm)

2 Khoảng cách giữa mức dầu thấp nhất và cao nhất hmax-hmin=10 15mm

3 Mức dầu cao nhất không được ngập quá 1/3 bán kính bánh răng 4 (da4/6)

Tổng hợp 3 điều kiện trên thì để đảm bảo điều kiện bôi trơn phải thỏa mãn bất đẳng thức sau:

8 Các thông số và kích thước bộ truyền răng cấp nhanh:

Modun của bộ truyền bánh răng

dt = 3

√ T3

0,2.[τ ] = 3

√7984590,2.16 = 63 (mm) ( Với [τ]=12 ÷ 20 MPa => Chọn [τ]=16 MPa )

Tt = kT là momen xoắn tính toán với:

k là hệ số chế độ làm việc Vì loại máy công tác là xích tải => k = 1,5 ÷ 2

Chọn k = 1,5 (Tra bảng 16-1 [2, trang 58])

T là momen xoắn danh nghĩa trên trục (T=T3)

 Tt = k.T = 1,5.798459

= 1197688,5 (Nmm) = 1197,68 (Nmm) Tra bảng 16.10a [2, trang 68], thoả điều kiện:

σ d= 2 kT

Z D0d0l3=

2.1,5 7984598.200.24 44 =1,41 MPa ≤[σ d]

 Thoả mãn điều kiện.

4 Các thông số cơ bản của vòng đàn hồi

Momen xoắn lớn nhất có thể truyền được T kn cp

2000 (mm) Đường kính lớn nhất có thể của trục nối d kn cp 110 (mm)

Chiều dài phần tử đàn hồi l3 44 (mm)

-Ứng suất uốn cho phép: [τ]= 15…30 (MPa)]= 15…30 (MPa)

[τ] : Ứng suất xoắn cho phép MPa.

Các thông số ban đầu :

T1 = 83947 (Nmm)

T2 = 289976 (Nmm) T3 = 798459 (Nmm)

Chọn ứng suất cho phép   lấy trị số nhỏ đối với trục vào và lấy

trị số lớn đối với trục ra.

-Đường kính sơ bộ trục III :

Ở đây, do lắp bánh đai lên đầu vào của trục, do đó không cần quan tâm

tới đường kính trục động cơ.

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

Từ đường kính các trục,tra bảng 10.2/trang 189 ta được chiều rộng các ổ lăn b0 theo bảng 10.2 :

Chọn lm22 = 66 (mm)

Nên

l22 = 0,5.(lm22 + b02 ) + k1 + k2 = 0,5.(66+25)+12+7 = 64,5 (mm)

l23= l22+0,5.(lm22 + lm23) + k1 = 64,5+0,5.(66+66) + 12 = 142,5 (mm)

lc34 = 0,5(lm34 + b03) + k3 + hn = 0,5(127 +31) + 10 +15 = 104 (mm)

l34=l31+ lc34 = 285 + 104 = 389 (mm)

Khoảng cách giữa các khớp nối:

l11=l21=l31= 2l23=2.142,5=285 (mm)

Sơ đồ động và lực tác dụng trên hệ dẫn động

Fr32 Fr33

Fr24 Fr22

Flx10 Fly10

Fly11 Flx11

Ft23

Fr23

Fly21 Fly20

B A

B A

Fa33 Fa32

Ma33

Ma32

x y z

x y z

x y z

III Tính toán thông số và kiểm nghiệm độ bền trục I:

1 Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác

dụng lên trục:

* Lực dọc trục : FZ12 = Fa12 = Ft12.tagβ = 817xtag00 = 0

- Theo đề bài, lực từ bánh đai tác dụng một hướng theo phương y và có

Frđ – Fly10 – FY12 + Fly11 = 0

 Fly11 = (817 + 486) – 722,25 = 580,75(N)

 Mặt phẳng xoz :

FX12 – Flx10 – Flx11 = 0

-Đường kính trục tại tiết diện A :

Theo công thức 10.17/trang 194  

tdA 3

A

M

d =0,1× σ

Trong đó:   =63 (MPa) ứng với thép 45 có b 600MPa :

=> d1 A=

3

√ 72700 0,1.63 =22,59 ( mm ) Chọn d1A = 24 (mm)

IV Tính toán thông số và kiểm nghiệm độ bền trục II:

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

=> Không có moment uốn gây ra cho trục.

 Đối với bánh răng trụ răng nghiêng 2 và 4:

* Lực dọc trục :

Fa22 =Fa24 =Ft22.tagβ = 2930.tag(31,780) =1815,26 (N)

Moment uốn do Fa22 gây ra cho trục II:

Ma22 = Ma24 = Fa22.

1 Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác

* Lực dọc trục : Fa32 = Fa33 = Fa22 = 1815,26 (N)

 Moment uốn do Fa gây ra cho trục III:

Ma33 =Ma32 = F a33.d W

VIII Kiểm nghiệm về độ bền mỏi:

1 Thép C45 tôi thường hóa:

Ta có b  600MPa