THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

Xác định công suất, số vòng quay trên các trục... Khi xác định đường kính trục ta chưa xét tới một số yếu tố ảnh đưởng đến độ bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kỳ ứng suất,

MỤC LỤ

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ, LẬP BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT 4

1.1 Chọn động cơ 4

1.1.1 Xác định công suất động cơ 5

1.1.2 Xác định số vòng quay đồng bộ 6

1.2 Lập bảng thông số kỹ thuật 6

1.2.1 Xác định tỉ số truyền của hệ dẫn động 7

1.2.2 Xác định công suất, mô men và số vòng quay trên các trục 7

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 9

PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÁNH RĂNG 14

3.1 Chọn vật liệu bánh răng 14

3.2 Xác định ứng suất cho phép 14

PHẦN 4: TÍNH CHỌN Ổ LĂN, THEN, KHỚP NỐI 38

4.1 Tính toán khớp nối 27

4.2 Tính toán thiết kế trục 28

4.2.1.Chọn vật liệu ……… 28

4.2.2 Xác định tải trọng tác dụng lên trục ……… 29

4.2.3 Xác định sơ bộ đường kính trục ………29

4.2.4.Xác định sơ bộ khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực …………29

4.2.5 …Tính chọn mối ghép then ………37

4.2.6 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi ……….38

PHẦN 5 : TÍNH TOÁN CHỌN VÀ KIỂM NGHIÊM Ổ LĂN

5.1 Tính chọn ổ lăn trên trục 1 435.2 Tính chọn ổ lăn trên trục 2 464.3 Tính chọn khớp nối 49PHẦN 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT LẮP GHÉP 506.1 Tính toán thiết kế vỏ hộp 506.2 Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 536.3 Bảng thống kê các kiểu lắp trị số sai lệch giới hạn và dung sai của kiểu lắp 53

Cơ sở thiết kế máy II Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

Đề 11 Động cơ- đai- bộ truyền bánh răng trụ 1 cấp - khớp nối - xích tải

Đặc tính tải trọng

Sơ đồ tải trọng

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ LẬP BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT

1.1 Chọn động cơ

1.1.1 Xác định công suất của động cơ.

Công suất tương đương được tính như sau:

i

P P t

Hiệu suất hệ dẫn động theo bảng 2.3 Ta chọn.

Hiệu suất của bộ truyền đai d 0,96( để hở)

Hiệu suất cặp bánh răng trụ răng nghiêng: br 0,97(để kín)

Hiệu suất của cặp khớp nối trục kn 0,99

Hiệu suất của cặp ổ lăn ol 0,995

Vậy hiệu suất của toàn bộ hệ thống:

td ct

Trong đó: v  vân tốc băng tải; v2,8 /m s

Z : Bước xích của xích tải

Tỉ số truyền sơ bộ của hệ dẫn động

Ta chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: n dc 3000( /v ph)

Theo bảng tra phụ lục với P ct 5,04( W)k và n dc 3000( /v ph) Ta chọn được động cơ: 4A100L2Y3 với các thông số kỹ thuật sau:

Phân phối tỷ số truyền cho các bộ truyền u t u u n. h

Trong đó: u  n tỉ số truyền của bộ truyền ngoài: chọn u n u d 5,0



24,6

4,9215

u  : tỉ số truyền qua khớp nối

1.2.2 Xác định công suất, số vòng quay trên các trục.

Công suất trên trục công tác: P ct 4,794( W)k

Trục II:

4,794

4,867( W) 0,995.0,99

ct II

II I

I dc

dc I d

I II

II ct k

n

u

Xác định mô men trên các trục:

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

Các thông số của động cơ và tỉ số bộ truyền đai

Tra bảng 4.21 ta chọn đường kính bánh đai nhỏ d1140(mm)

Vận tốc dài của đai

Theo tiêu chuẩn và bảng 4.21 Chọn d2 600(mm)

Tỉ số truyền thực tế:

2 1

600

4,35(1 ) 140(1 0,015)

t

d u

t

u u u

Tra bảng 4.21[1]:

0 4, 2 19 12,5

h t e





 => B=(2-1)19+2.12,5=44(mm)Đường kính ngoài của bánh đai 4.18[1]

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Lực căng trên 1 đai được xác định theo công thức sau 4.19[1]

Lực tác dụng lên trục

1 0

PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG

Giới hạn chảy: ch2 450(MPa)

3.2 Xác định ưng suất cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép

0 lim.Z

H

H

Z K K S

2.245 70 560( ) 1,8.245 441( )

H

F

MPa MPa

530( ) 414( )

H

F

MPa MPa









K K là hệ số tuổi thọ

H F

m HO HL

HE m

FO FL

FE

N K

N N K

.u

HB a

T

T T

c  : số lần ăn khớp trong 1 vòng quay

n: số vòng quay bánh răng trong 1 phút.

lim1 1

1

560509,1( )1,1

441252( )1,75

H H

H F F

F

MPa S

MPa S

414236,6( )1,75

Ứng suất quá tải cho phép.

2 max

2,8 2,8.450 1260 ( )0,8 0,8.580 464( )0.8 0,8.450 360( )

MP a MPa MPa

.u

HB a

2 .cos 2.165.cos15

27, 47 27( 1) 2(4,8 1)

a Z

m

u u u

2 2

57,11( )cos cos(19, 01)

272,88( )cos cos(19, 01)

Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc.

Với CCX là 9 và v=1,723(m/s) tra phụ lục P2.3, nội suy tuyến tính ta có:

1,01 1,041

M

Z  MPa (bảng 6.5)

w

2cos sin 2

b H

: hệ số trùng khớp ngang.

1 2

1 1[1,88 3, 2.( )].cos

140 140

129

153 cos (0,945)

v

v

Z Z

Z Z





Y Y

2

2.84225,69.1,528.0,609.0,864.3,7

66, 4728(MPa)66.57,11.2

.Y 66, 47.3,6

64,676( )3,7

MPa MPa

Ta có bảng thông số và kích thước bộ truyền trong như bảng:

2

27129

Z Z

x x





PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 4.1 Tính toán khớp nối

Chọn khớp nối: Sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục II

.l0,1 .

II t

Chiều rộng may ơ bánh đai trục I: l m12 (1, 2 1,5) d sb142 52,5( mm)

Chiều dài phần chìa trục I: l c12  0,5.(lm12 b01 ) k3 h mm n( )=68(mm)

Các kích thước khác liên quan đến chiều dài trục chọn theo bảng 10.3:

Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của

hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

1 10

k 

Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp( lấy giá trị

nhỏ khi bôi trơn ổ bằng dầu trong hộp giảm tốc)

2 10

k 

Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ k 3 15

Từ trên ta có: l c12 0,5.(50 23) 15 20 71,5(    mm)

Kết hợp bảng 10.4[1] và hình 10.6[1] ta có chiều dài các đoạn trục như sau:

F 1201( )2950( )

rd

a

r t

Mô men do lực dọc trục F1sinh ra :

w1

57,11 1016 29012( )

Trục II:

Các lực tác dụng lên trục II như sau:

xo yo

Tính tổng mô men uốn tại các mặt cắt A, B, C, D, E, F, G, H theo công thức:

Tính đường kính trục tiết diện j: 3 0,1. ( )

tdj j

Tại vị trí lắp bánh đai trên trục I: d A 24(mm)

Tại vị trí lắp ổ lăn trên trục I: d B d D 30(mm)

Tại vị trí lắp bánh răng nghiêng nhỏ trên trục I: d C 32(mm)

Tại vị trí lắp khớp nối vòng đàn hồi trên đầu ra trục II: d H 42(mm)

Tại vị trí lắp ổ lăn trục II: d E d G 45(mm)

Tại vị trí lắp bánh răng nghiêng lớn trên trục II: d F 48(mm)

4.2.5 Tính chọn mối ghép then.

Nhờ tính dễ chế tạo và rẻ nên ta chọn mối ghép then bằng khi chế tạo hộp giảm tốc

Chiều dài then: l t (0,8 0,9).l m

Từ công thức trên ta thu được chiều dài then tại các vị trí như sau:

Tại bánh đai(A): l t 40(mm)

Tại bánh răng trụ răng nghiêng nhỏ (C): l t 45(mm)

Tại bánh răng trụ răng nghiêng lớn (F):l t 54(mm)

Tại khớp nối đầu ra trục II(H): l t 75(mm)

Dựa vào bảng 9.1a các thông số củ then bằng[1] ta thu được thông số then tại các vị trí lắp then:

c

MPa MPa

Từ bảng trên rút ra kết luận các then đã chọn đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt

4.2.6 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi.

Khi xác định đường kính trục ta chưa xét tới một số yếu tố ảnh đưởng đến độ bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kỳ ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố kích thước,chất lượng bề mặt…… vì vậy sau khi định kết cấu trục cần tiến hành kiểm nghiệm trục về

độ bền mỏi có kể đến các yếu tố vừa nêu

Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau: [1]

  

, mj 0Khi trục quay 1 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động do đó:

Do không dùng phương pháp tăng bền nên K  y 0(hệ số tăng bền bề mặt trục).

C 32 0,88 0,81

, K

K  là hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn

Do dùng dao phay ngón gia công Tra bảng 10.12 ta có :

    

ajW

j mj

Lắp căng

Rãnh then

Lắp căng

H 48 2,2 2,06 2,03 1,64 2,09 2,09 - 6,6 3,69Dựa vào bảng rút ra kết luận các tiết diện nguy hiểm trên 2 trục đảm bảo an toàn về mỏi

CHƯƠNG 5: CHỌN VÀ KIỂM NGHIỆM Ổ LĂN 5.1.Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn trên trục I: (HÌNH VẼ)

C 25,6(kN)18,17( )

Khi vòng trong quay thì V=1.

X là hệ số tải trọng hướng tâm

Gọi F atlà tổng lực dọc trục ngoài từ các chi tiết quay tác dụng lên trục và từ trục truyền đến

ổ Do F at hướng từ trái qua phải nên theo quy ước F at=1466(N)

Tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ 0 và 1 được xác định như sau:

X Y

Ta thấy C d Cnhư vậy ổ đã chọn trên trục I đảm bảo khả năng tải động

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Trong đó: X Y0 , 0 là hệ số tải trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục Tra bảng 11.6 ta

Vậy ổ đảm bảo khả năng tải tĩnh

5.2.Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn trên trục II.

Trên đầu ra trục II lắp trục vòng đàn hồi nên cần chọn chiều F kn ngược với chiều khi tính trục

Ta xác định lại phản lực tại các gối đỡ

Xét tỉ số:

1466

0,3754098

Chọn cấp chính xác là 0, độ đảo hướng tâm là 20m

Chọn kích thước ổ lăn: Đường kính ngõng trục d=45(mm)

Chọn ổ cỡ trung hẹp 46310 có : 0

45( )100( )48,1( )

Gọi F atlà tổng lực dọc trục ngoài từ các chi tiết quay tác dụng lên trục và từ trục truyền đến

ổ Do F at hướng từ phải qua trái nên theo quy ước F at=-1466(N)

Tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn được xác định theo hình vẽ:

3

2859

1,63 1750

X Y

X Y

Ta thấy C d C nên ổ lăn trên trục II đảm bảo khả năng tải động

Kiểm nghiệm về khả năng tải tĩnh:

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT LẮP GHÉP 6.1.Tính toán thiết kế vỏ hộp.

Vật liệu chế tạo là gang xám GX15-32 Phương pháp gia công là đúc

Bề mặt ghép của vỏ hộp( phần trên của vỏ là nắp, phần dưới là thân) thường đi qua đường tâm các trục nhờ đó việc lắp ghép các chi tiết sẽ thuận tiện hơn Sau khi đã lắp ghép các chitiết trên trục như bánh răng, bạc, ổ,….sau đó từng trục sẽ được lắp đặt vào vỏ hộp.[2]

Với a = 150 (mm) : khoảng cách trục

Các kích thước cơ bản của vỏ hộp được tính theo các công thức trong bảng 18-1 [2]

quảChiều dày: Thân hộp, 

Chiều cao, h

Độ dốc

(0,8 1)

e  58

h 

Khoảng 20

6mm35mm

40mm17mm14mm

Chiều cao h

32

C C





Xác định theo kết cấu

35mm43mm

Giữa bánh răng với thành trong hộp

Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp

Giữa mặt bên các bánh răng với

Các ký hiệu của kích thước như trong bảng 18.5[2]

Ký hiệu các kích thước như hình vẽ trong bảng 18.6[2]

M27 x 2 15 30 15 45 36 32 6 4 10 8 22 6 32 18 36 32

c Nút tháo dầu

Sau một thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn (do bụi bặm và

do hạt mài), hoặc bị biến chất, do đó cần phải thay dầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có lỗ tháo dầu Lúc làm việc, lỗ được bịt kín bằng nút tháo dầu Theo bảng 18.7[2] ta chọn nút tháo dầu có kích thước như sau:

M20 x2 15 9 3 28 2,5 17,8 30 22 25,4

d Kiểm tra mức dầu

Ta sử dụng que thăm dầu có kết cấu kích thước như hình vẽ để kiểm tra mức dầu

Theo bảng 18.4b[2] ta chọn chốt định vị hình côn có hình dạng và kích thước như sau:

1.1 Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp

a Bôi trơn các bộ truyền trong hộp

Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoát nhiệt tốt và

đề phòng các tiết máy bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộ truyền trong hộp giảm tốc

Do vận tốc vòng của bánh răng đều <12 m/s, do đó ta sử dụng phương pháp bôi trơnngâm dầu

Ta có vận tốc vòng của bánh răng là v1 = 0,534 m/s, theo bảng 18.11[2] và 18.12[2] ta

chọn dầu có độ nhớt

26036Theo bảng 18.13[2] ta chọn dầu công nghiệp 50 Engle

b Bôi trơn ổ lăn

Khi ổ được bôi trơn đúng kỹ thuật, nó sẽ không bị mài mòn bởi vì chất bôi trơn sẽgiúp tránh không để các chi tiết kim loại trực tiếp tiếp xúc với nhau Ma sát trong ổ sẽ giảm,khả năng chống mòn của ổ tăng lên, khả năng thoát nhiệt tốt hơn, bảo vệ bề mặt không bịhan gỉ, đồng thời giảm được tiếng ồn Ta sử dụng mỡ bôi trơn bởi so với dầu thì mỡ đượcgiữ trong ổ dễ dàng hơn, đồng thời có khả năng bảo vệ ổ tránh tác động của tạp chất và độ

ẩm Mỡ có thể dùng cho ổ làm việc lâu dài (khoảng 1 năm), độ nhớt ít bị thay đổi khi nhiệt

độ thay đổi nhiều Theo bảng 15.15a[2] ta chọn loại mỡ có ký hiệu LGMT2 do hãng SKFsản xuất Mỡ tra vào ổ chiếm 1/2 thể tích của bộ phận ổ

Để bảo bệ ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn, hạt cứng và các tạp chất khác xâm nhập vào ổ tadùng vòng phớt để lót kín bộ phận ổ Ta sử dụng hai vòng phớt tại đầu trục vào của hộpgiảm tốc (vòng 1) và trục ra của hộp giảm tốc (vòng 2)

c Điều chỉnh ăn khớp

Sai số về chế tạo các chi tiết theo kích thước chiều dài và sai số về lắp ghép làm cho vịtrí bảnh răng trên trục không chính xác Để bù vào sai số đó ta lấy chiều rộng bánh răng nhỏtăng lên 10% so với chiều rộng bánh răng lớn

1.2 Bảng thống kê các kiểu lắp trị số sai lệch giới hạn và dung sai của kiểu lắp.

(SỐ THỨ TỰ CỦA CÁC CHI TIẾT LẤY TỪ PHẦN ĐÁNH SỐ TRONG BẢN VẼ

1.2.1.Xác định và chọn kiểu lắp.

-Chọn cấp chính xác chế tạo:

+Cấp chính xác chế tạo trục : 6

+Cấp chính xác chế tạo bánh răng: 9

-Chọn kiểu lắp:

+Bánh răng, vòng trong ổ lăn, vòng chắn dầu, khớp nối , đĩa xích lắp trên trục theo hệ thống lỗ với kiểu lắp trung gian

+Vòng ngoài ổ lăn lắp trên vỏ theo hệ thống trục với kiểu lắp trung gian Cụ

thể kiểu lắp các vị trí cho trong bảng:

STT Tên mối ghép Kiểu lắp Sai lệch giới

hạn của lỗ vàtrục ( m )

Chú thích

1 Bánh răng dẫn và trục I 32H 7

k 6

250

2

7 Vòng trong ổ lăn trục II 45k6 21 2 ổ lắp giống

8 Vòng ngoài ổ lăn trục II 110H7 35 2 ổ lắp giống

18

-120

Do bánh răng không yêu cầu tháo lắp thường xuyên, khả năng định tâm phải đảm bảo,

không di trượt dọc trục, do đó ta chọn kiểu lắp trung gian

H 7

Với mối ghép cho then ta chọn mối ghép trung gian

N 9 n9 theo sai lệch giới hạn

chiều rộng của kích thước then

Trong lắp ghép với ổ, ta lắp vòng trong của ổ lên trục theo hệ thống lỗ k6 và vòngngoài của ổ lên vỏ hộp hoặc cốc lót theo hệ thống trục H7

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất ,Lê Văn Uyển –Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí ,tập 1 ,Nhà xuất bản giáo dục -2003

[2] Trịnh Chất ,Lê Văn Uyển –Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí ,tập 2 ,Nhà xuất bản giáo dục -2003

[3] Nguyễn Hữu Lộc - Cơ sở thiết kế máy , Nhà xuất bản Đại học quốc gia Tp.Hồ Chí Minh – 2004

[4] Trần Hữu Quế - Vẽ kĩ thuật cơ khí ,tập 1 ,nhà xuất bản giáo dục -2003

[5] Trần Hữu Quế - Vẽ kĩ thuật cơ khí ,tập 2 ,nhà xuất bản giáo dục -2003

[6] Ninh Đức Tốn – Dung sai và lắp ghép , nhà xuất bản giáo dục -2004