Đồ án cơ sở thiết kế máy Hutech (Phương án IC)

Đồ án cơ sở thiết kế máy Hutech (Phương án IC) Ngày nay, Việt Nam đang trong quá trình hội nhập thế giới, khoa học và kỹ thuật ngày càng đòi hỏi nhiều sự tiến bộ vượt bậc, đặc biệt là trong các ngành kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng. Để đạt được sự tiến bộ đó, các kỹ sư đòi hỏi phải có đầy đủ những kiến thức chuyên sâu và thực tiễn. Như vậy, đồ án môn học Thiết kế máy tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí đặc biệt là đối với kỹ sư ngành chế tạo máy. Đồ án môn học Thiết kế máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hoá lại các kiến thức của các môn học chuyên ngành như: Chi tiết máy, sức bền vật liệu, dung sai, vẽ kỹ thuật. Đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho đồ án tốt nghiệp sau này

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

ĐỒ ÁN MÔN CHI TIẾT MÁY THIẾT KẾ TRẠM DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

Giảng viên hướng dẫn: TH.S NGUYỄN TIẾN NHÂN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Nam

MSSV: 1611030186Lớp: 16DCTA2

TP Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, Việt Nam đang trong quá trình hội nhập thế giới, khoa học

và kỹ thuật ngày càng đòi hỏi nhiều sự tiến bộ vượt bậc, đặc biệt là trongcác ngành kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng Đểđạt được sự tiến bộ đó, các kỹ sư đòi hỏi phải có đầy đủ những kiến thứcchuyên sâu và thực tiễn Như vậy, đồ án môn học Thiết kế máy tính toánthiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trìnhđào tạo kỹ sư cơ khí đặc biệt là đối với kỹ sư ngành chế tạo máy Đồ ánmôn học Thiết kế máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hoálại các kiến thức của các môn học chuyên ngành như: Chi tiết máy, sứcbền vật liệu, dung sai, vẽ kỹ thuật Đồng thời giúp sinh viên làm quen dầnvới công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho đồ án tốt nghiệp sau này

Đề tài nghiên cứu là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có động cơđiện thông qua khớp nối truyền động tới hộp giảm tốc một cấp bánh răngtrụ răng nghiêng, sau đó qua bộ truyền xích ngoài và cuối cùng truyềnchuyển động tới băng tải

Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợpnên còn có những mảng chưa nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng thamkhảo các tài liệu và bài giảng của các môn song bài làm của em không thểtránh được những sai sót Em rất mong được sự hướng dẫn và chỉ bảothêm của các thầy trong bộ môn để em có thể củng cố và hiểu sâu hơn,nắm vững hơn về những kiến thức đã học hỏi được

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong khoa và bộmôn, đặc biệt là thầy NGUYỄN TIẾN NHÂN đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảocho em hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao Những tháng ngày nghiên cứuthiết kế đã giúp em tiếp cận được nhiều kiến thức hơn và ngày một trưởngthành hơn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

KHOA CƠ - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

I – Thiết kế trạm dẫn động cho băng tải

theo thứ tự sơ đồ truyền động như sau:

1 Động cơ điện

2 Khớp nối

3 Hộp giảm tốc bánh răng nghiêng

4 Xích truyền động

5 Tang và băng tải

II – Các số liệu ban đầu:

- Lực kéo băng tải P (N): 6750

- Vận tốc băng tải V (m/s): 1.65

- Đường kính tang D (mm): 220

- Thời hạn phục vụ 5 năm

- Sai số cho phép về tỉ số truyền i = (2 ÷3)%

- Băng tải làm việc một chiều, Số ca làm việc là 2 ca, tải trọng thai đổikhông đáng kể, mỗi năm làm việc 300 ngày

III Nhiệm vụ:

1 Lập sơ đồ động để thiết kế, tính toán

2 Một bản thuyết minh để tính toán

3 Một bản vẽ lắp hộp giảm tốc khổ giấy A0

4 Nộp File điện tử (thuyết minh word và bản vẽ AutoCAD 2007) qua

Email cho GVHD trước ngày bảo vệ (Điều kiện bắt buộc để có điểm quá trình)

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Nam Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Tiến Nhân

v

Ngày giao đề:

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn :

Họ và tên sinh viên :

Lớp :

MSSV :

Tên đề tài :

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

(ký tên và ghi rõ họ tên)

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên phản biện:

Họ và tên sinh viên :

Lớp :

MSSV :

Tên đề tài :

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Giáo viên phản biện (ký tên và ghi rõ họ tên)

Mục lục

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 8

1.1 Chọn động cơ điện 8

1.1.1 Chọn kiểu loại động cơ: 8

1.1.2 Tính toán sơ bộ: 8

1.2 Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ thống: 9

1.3 Tính toán các thông số trên các trục hệ dẫn động: 9

1.3.1 Số vòng quay trên các trục: 9

1.3.2 Công suất trên các trục: 9

1.3.3 Mômen xoắn trên các trục: 9

1.3.4 Bảng các thông số động học: 10

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP (BỘ TRUYỀN XÍCH) 11

2.1 Chọn loại xích: 11

Chọn loại xích ống con lăn do tải trọng không quá lớn và vận tốc thấp .11

2.2 Chọn số rang đĩa xích: 11

2.3 Xác định bước xích : 11

2.4 xác định khoảng cách trục và số mắt xích: 12

2.5 Kiểm nghiệm xích về độ bền: 12

2.6 Xác định thông số của xích: 13

2.7 Xác định lực tác dụng lên trục: 14

2.8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích: 14

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP(BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG) 16

3.1 Chọn vật liệu làm bánh răng : 16

3.2 Xác định ứng suất cho phép : 16

3.2.1 Ứng suất tiếp xúc [σ H ] và ứng suất uốn cho phép[σ F ]: 16

3.2.2 Ứng suất cho phép khi quá tải: 18

3.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: 18

3.4 Xác định thông số ăn khớp: 19

3.4.1 Môđun pháp: 19

3.4.2 Xác định số răng: 19

3.5 Một vài thông số hình học của cặp bánh răng: 20

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng: 21

3.6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc: 21

3.6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn: 24

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 27

4.1 Tính chọn khớp nối 27

4.1.1 Chọn khớp nối: 27

4.1.2 Kiểm nghiệm khớp nối: 28

4.2 Thiết kế trục 28

4.2.1 Chọn vật liệu chế tạo trục: 28

4.2.2 Sơ đồ phân bố lực: 29

4.2.3 Các lực tác dụng lên trục: 29

4.3 Xác định sơ bộ đường kính trục: 29

4.4 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực: 30

4.5 Tính Trục I : 32

4.6 Tính Trục II : 40

4.7Tính toán thân hộp : 49

CHƯƠNG 5 TÍNH LỰA CHỌN KẾT CẤU 52

5.1 Tính kết cấu của vỏ hộp: 52

5.2 Kết cấu các chi tiết truyền động: 52

5.3 Kết cấu nắp ổ: 52

5.4 Các chi tiết phụ : 53

5.4.1 Chốt định vị: 53

5.4.2 Que thăm dầu: 54

5.4.3 Nút tháo dầu: 54

5.4.4 Nắp cửa thăm: 54

5.4.5 Nút thông hơi: 54

5.5.6 Vòng móc : 55

Ta chọn vòng móc để dễ gia công với thông số : 55

CHƯƠNG 6 BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC VÀ Ổ LĂN 56

6.1 Bôi trơn hộp giảm tốc: 56

6.2 Bôi trơn ổ lăn : 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

1.1 Chọn động cơ điện

1.1.1 Chọn kiểu loại động cơ:

Hiện nay trên thị trường có 2 loại động cơ điện là động cơ

1 chiều và động cơ xoay chiều Để thuận tiện và phù hợp với lướiđiện hiện nay ta chọn động cơ xoay chiều Trong các loại động cơxoay chiều ta chọn loại động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồngsóc ( còn gọi là ngắn mạch ) với những ưu điểm như : dễ tìm, kếtcấu đơn giản, dễ bảo quản, giá thành thấp, làm việc đáng tincậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện 3 pha mà không cần biếnđổi dòng điện

- Trong đó, tra bảng 2.3[1] tr19 ta được:

nghiêng: 0,97

- ɳôl : hiệu suất bộ truyền động mỗi cặp ổ lăn: 0,99

- : hiệu suất khớp nối: 1



3/ Công suất cần thiết trên trục động cơ:

4/ Số vòng quay trên trục công tác:

5/ Tỉ số truyền sơ bộ:

- Theo bảng 2.4 Tr21 [1] ta có:

+ Tỉ số truyền bộ truyền xích:

+ Tỉ số truyền bộ truyền bánh răng nghiêng

6/ Số vòng quay trên trục động cơ:

10,1 1460 89 38

1.2 Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hệ

thống:

Tỉ số truyền của hệ:

Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài

Tỉ số truyển của hộp giảm tốc:

1.3 Tính toán các thông số trên các trục hệ dẫn động :

1.3.1 Số vòng quay trên các trục:

 Số vòng quay trên trục động cơ:

 Số vòng quay trên trục I:

 Số vòng quay trên trục II:

 Số vòng quay trên trục công tác:

1.3.2 Công suất trên các trục:

 Công suất trên trục động cơ: Pct = Plv = 12,8 (KW)

 Công suất trên trục I:

 Công suất trên trục II:

 Công suất trên trục của trục công tác:

1.3.3 Mômen xoắn trên các trục:

 Mô men xoắn trên trục động cơ:

 Mô men xoắn trên trục I:

 Mô men xoắn trên trục II:

 Mô men xoắn trên trục công tác

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN

- Thiết kế kết cấu đĩa xích và xác định lực tác dụng lên trục

Thông số yêu cầu:

Dựa vào bảng 5.4[1] với tỉ số truyền u=3 ta chọn số răng

Z1=29- (2.3)=23 với điều kiện 29-(2u) �19 và lấy theo số lẻ

Chọn bộ truyền thí nghiệm là bộ truyền xích tiêu chuẩn, có sốrăng và vận tốc vòng đĩa xích nhỏ là:

k0- Hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền: với k0=1

ka- Hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích:

Tra bảng 5.9[1] với loại xích ống con lăn, bước xíchp=31,75mm �Số lần va đập cho phép của xích: [i]=25

Fv-Lực căng do lực ly tâm sinh ra:

F0-Lực do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra:

52,1.100,47 0,46.(1342,73.1,2 15,7) 296( )

- T = TII =238617,54(N.mm)

- n = nII = 486,67 (v/ph)

- u = ux = 3

Bảng 2.1: Các thông số của bộ truyền xích

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN

TRONG HỘP (BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG)

Thông số đầu vào:

lim[ ] =

-Chọn sơ bộ:

11

• Bánh răng chủ động : SH1 = 1,1 ; SF1 = 1,75

• Bánh răng bị động : SH2 = 1,1; SF2 = 1,75

HB F

N

m H

K HL H

NHE N

0

6 4.10 0

1460 6

9

60 60.1.1460.24000 2,1024.10

91

NHE1>NH01�lấy NHE1= NH01 �KHL1=1

NHE2>NH02�lấy NHE2= NH02 �KHL2=1

NFE1>NF01 �lấy NFE1= NF01 �KFL1 =1

NFE2>NF02 � lấy NFE2= NF02 �KFL2=1

570 lim2

1,1 2

lim1

1 1,75 1

450 lim2

2 1,75 2

�

  1 2 572,72   518,18 545, 45

22

MPa m

-Ka- Hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng của cặp bánh răng Trabảng 6.5[1]

�Ka=43 MPa1/3

-T1- Môment xoắn trên trục chủ động: T1=82875(N.mm)

-[σH]-Ứng suất tiếp xúc cho phép: [σH]=481,82(MPa)

-u - Tỉ số truyền: u = 3,33

-ψba,ψbd - Hệ số chiều rộng vành răng:

Tra bảng 6.6[1] với bộ truyền đối xứng, HB<350, ta chọn được

ψba=0.4;

ψbd=0,5 ψba.(u+1)=0,5.0,4.(3,33+1)=0,866

- KHβ,KFβ - Hệ số xét đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiềurộng vành răng khi tính về ứng suất tiếp xúc và uốn: Tra bảng 6.7[1]với ψbd=1,16 và sơ đồ bố trí là sơ đồ 6 và dùng phép nội suy ta được:

1,091,23

3.333

3.333 3.33

u t u u

d2 = =

2.1200,975 = 246,2 ( mm )

• Đường kính vòng lăn :

dw1 = =

2.160 3.33 1  = 73,9 ( mm )

3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng:

3.6.1 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc:

Ta có ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng làm việc phải thỏa mãnđiều kiện :

2 1 ( 1)

2

Zm : Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp

tra trong bảng 6.5[1] có được ZM = 274 ( MPa 1/3 )

KHβ = 1,1 tra theo bảng 6.7 [1] ứng với sơ đồ 6

KHα: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho cácđôi răng đồng thời ăn khớp

Vận tốc vòng của bánh răng :

v = =

3,14.73,9.1460

60000 = 3,5 ( m/s )Tra bảng 6.13[1] Chọn cấp chính xác theo vận tốc vòng v < 4 (m/s)

=> Cấp chính xác của bánh răng là 9

Tra bảng 6.14[1] được KHα = 1,13

KHv: Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiên trong vùng ănkhớp.

KHv = 1 +

Với vH = gov = 0,002 73 2,66

140

4, 675 = 1,74 (m/s) ( trong đó là hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp,tra trong bảng 6.15[1] được = 0,002; go là hệ số kể đến ảnh hưởngcủa các bước răng 1 và 2, tra trong bảng 6.16[1] được go = 73 )

=> KHv = 1 +

3,04.64.73,92.82875.1,05.1,13 = 1,07

=> KH = 1,05 1,13 1,02 = 1,21

Vậy ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng làm việc là :

= 271 1,7 0,76

2.82875.1, 21.(6, 64 1) 64.6,64.73,9

 = 2445,69 ( MPa )

Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:

 để đảm quá trình ăn khớpVậy bộ truyền thỏa mãn điều kiện bền về tiếp xúc và vật liệu chếtạo bánh răng được tiết kiệm tối ưu.

3.6.2 Kiểm nghiệm về độ bền uốn:

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

Trong đó T1 mô men xoắn trên bánh chủ động ( Nmm )

M: mô đun pháp ( mm )

bw: chiều rộng vành răng ( bw1 = 54 mm )

dw1: đường kính vòng lăn bánh chủ động mm (dw =44,05 mm)

Yε : hệ số kể đến sự trùng khớp của răng : Yε = = = 0,58

Yβ : hệ số kể đến độ ngiêng của răng : Yβ = 1 - = 1 -

14 140

= 0,9

YF1 vàYF2 hệ số dạnh răng của bánh 1 và 2 phụ thuộc vào

số răng tương đương và hệ số dịch chỉnh

Số răng tương đương :

Zv1 = = 3

230,97 = 25,2

Zv2 = = 3

920,97 = 100,8

Vì răng không dịch chỉnh nên hệ số dịch chỉnh x = 0

Tra bảng 6.18[1] trị số của hệ số dịch chỉnh răng ta được

YF1 = 3,9 ; YF2 = 3,6Tra bảng 6.7[1] (sơ đồ 6) trị số của hệ phân bố không đều tải trọngtrên chiều rộng vành răng được KFβ = 1,1

 KFv = 1 +

10,6.73,9.44,052.82875.1,1.1,37 = 1,13

Hệ số tải trọng khi tính đến uốn :

Ứng suất sinh ra tại chân răng bánh chủ động :

= =

2.82875.1,70291.0,58.0,88.3,9

64.73,9.2 = 59,39 (MPa)Ứng suất sinh ra tại chân răng bánh bị động :

Ta thấy []cx > => thỏa mãn điều kiện độ bền uốn

3.7 Bảng tổng kết các thông số của bộ truyền bánh

răng:

1

1

12,8( ) 82875( ) 1460( / ) 3,33

21000

h L

Bảng 3.1: Các thông số của bộ truyền bánh răng

da2 250,087 mmĐường kính cơ sở db1 74,84 mm

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

• Tt- Mômen xoắn tính toán: Tt = k.T ,với:

+k- Hệ số chế độ làm việc, phụ thuộc vào loại máy Tra bảng16.1[2], ta lấy k =1,5

+T- Mômen xoắn danh nghĩa trên trục: T = Tđc = 83726 (N.mm)

Do vậy: Tt = k.T = 1,5.83726 = 125589(N.mm)

Tra bảng 16.10a[2] với điều kiện:

125589( )38( )

d m

m m

L m m

L m m

d 1

m m

D 0

m m

Z n max

vg/ph út

B B

1

l 1

m m

D 3

m m

l 2

m m

12

4.1.2 Kiểm nghiệm khớp nối:

Ta kiểm nghiệm theo 2 điều kiện:

a)Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi :

- Ứng suất dập cho phép của vòng cao su

Do vậy ứng suất dập sinh ra trên vòng đàn hồi :

[]- Ứng suất uốn cho phép của chốt Ta lấy []=(60) MPa;

Do vậy, ứng suất sinh ra trên chốt:

b= 600 (MPa); ch= 340 (MPa); Với độ cứng 200 HB; [] = 12  30

871,55 w 2265,92 20,56

70,5( )

12 12 50,5( ) 13

60( ) 12

40( ) 13

61,5( )

51,5( )23

tkn

T F

996,15.70,5 588,39.0,5.73,9

•Theo phương oy:

TRỤC I

Hình 4.4: Biểu đồ mômen phân bố trên trục I

c) Mômen uốn tổng, mômen tương đương và đường kính:

+)Mj ,Mtđj,dj - lần lượt là môment uốn tổng, môment tương đương,đường kính trục tại các tiết diện j trên chiều dài trục

+)Myj,Mxj - mô men uốn trong mặt phẳng yoz và zox tại các thiết diệnthứ j

+)[σ]- Ứng suất cho phép chế tạo trục, tra bảng 10.5[1] có[σ]=65MPa

•Tiết diện 1-3:

0( )13

0( )13

•Tiết diện 1-1:

17850 0,75.48869 45932( ) 11

TRỤC I :

Hình 4.5 : Đường kính các đoạn phân bố trên trục I

d) Chọn và kiểm nghiệm then:

Chọn then bằng thỏa mãn điều kiện:

-τc,[ τc]: Ứng suất cắt và ứng suất cắt cho phép

[ τc]=40÷60MPa khi chịu tải trọng va đập nhẹ

-T- Mô men xoắn trên trục

e) Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

Kết cấu trục cần đảm bảo hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểmthỏa mãn điều kiện:

Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu

kỳ đối xứng, do đó:

0 mj

 

; aj w

M j j

3,14.30 11

Khi trục quay 1 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động

Ra=2,5÷0,63 μm,chọn Kx=1,06

Ky-Hệ số tăng bền bề mặt trục, không dùng phương pháp tăngbền có Ky=1

εσ, ετ –Hệ số kích thước,kể đến ảnh hưởng của tiết diện trục đếngiới hạn mỏi theo bảng 10.10[1] ta có: εσ=0,88 ; ετ=0,81

Kσ , Kτ-Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn Trabảng 10.12[1] có: Kσ=1,76 ; Kτ=1,54

�Thỏa mãn điều kiện bền.

f) Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn trục I:

�Fat  0 Ta chọn ổ đỡ 1 dãy cỡ trung:

Tra theo bảng P2.7[1] có các thông số của ổ lăn:

D 1

m m

d 1

m m

B m m

C 1

m m

r m m

r 1

m m

α (o) C kN C kN 0 30

Bảng 4.5.1: Các thông số ổ lăn trên trục I.

•Kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải động:

Với m bậc của đường cong mỏi; ổ bi có m=3

L : tuổi thọ (triệu vòng quay) ;

•Kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải tĩnh:

0

Q t � C

Với C0-khả năng tải tĩnh của ổ; C0=15,10kN

Qt-tải trọng tĩnh quy ước; Qt= X1Fr1+Y1Fa1

Tra bảng 11.6[1] ta có:

�Qt=2,47kN < C0=15,10 kN � thỏa mãn