Thuyết minh đồ án thiết kế HGT trục vít bánh răng

ĐỀ TÀI Đề số 17: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số: 9 Hệ thống dẫn động xích tải bao gồm: 1 Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2 Bộ truyền đai thang; 3 Hộp giảm tốc trục vít – bánh răng; 4 Nối trục đần hồi; 5 Xích tải. (Quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ) Số liệu thiết kế: Lực vòng trên xích tải F: 14000N Vận tốc xích tải v: 0,25ms Số răng đĩa xích dẫn Z: 9 răng Bước xích p: 110mm Thời gian phục vụ L: 5 năm Số ngày làmnăm K_ng: 340 ngày Số ca làm trong ngày: 1 ca Chế độ tải: T_1=T, T_2=0,6T t_1=60s, t_2=22s   PHỤ LỤC CHƯƠNG I. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 4 1. Công suất tương đương (đẳng trị) của động cơ 4 2. Phân phối tỉ số truyền 4 3. Tính toán các thông số dùng để thiết lập hệ thống truyền dẫn cơ khí 5 CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY 6 1. Tính toán bộ truyền hở (bộ truyền đai thang) 6 2. Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bộ truyền trục vít bánh vít và bộ truyền bánh răng trụ thẳng)………..………………..………………………………9 a. Bộ truyền trục vít 9 b. Bộ truyền bánh răng trụ thẳng 13 3. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền 19 4. Tính toán thiết kế trục và then 20 5. Chọn ổ lăn và nối trục 37 a. Ổ lăn 37 b. Nối trục 46 6. Chọn thân máy, bulong và các chi tiết phụ khác 47 a. Vỏ hộp 47 b. Một số chi tiết khác 49 Vòng móc…………………………………………………………………......…49 Chốt định vị 50 Cửa thăm 51 Nút thông hơi 51 Nút tháo dầu 52 Que thăm dầu 53 Ống lót và nắp ổ 53 Dầu bôi trơn 54 CHƯƠNG III. CHỌN DUNG SAI LẮP GHÉP 55 CHƯƠNG IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

Thời gian phục vụ L: 5 năm

Số ngày làm/năm : 340 ngày

Số ca làm trong ngày: 1 ca

Chế độ tải: ,

,

PHỤ LỤC

CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

1. Công suất tương đương (đẳng trị) của động cơ

- Công suất cực đại trên trục xích tải:

- Công suất đẳng trị trên trục băng tải:

- Hiệu suất toàn bộ hệ thống:

- Công suất cần thiết trên trục động cơ:

Chọn c = 2 =>

3 Tính toán các thông số dùng để thiết lập hệ thống truyền dẫn cơ khí

- Công suất trên trục máy công tác:

- Công suất trên trục III:

- Công suất trên trục II:

- Công suất trên trục I:

- Công suất trên trục động cơ:

- Số vòng quay trên trục động cơ:

- Số vòng quay trên trục I:

- Số vòng quay trên trục II:

- Số vòng quay trên trục III:

- Số vòng quay trên trục máy công tác:

- Bảng số liệu dùng cho thiết kế các bộ truyền cơ khí:

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY

1 Tính toán bộ truyền hở (bộ truyền đai thang)

- Theo hình 4.22a, với công suất và số vòng quay , ta chọn đai loại A Theo bảng 4.3 với đai loại A,

- Đường kính bánh đai nhỏ: Theo tiêu chuẩn, ta chọn

- Giả sử ta chọn hệ số trượt tương đối Đường kính bánh đai lớn:

Theo tiêu chuẩn, ta chọn

- Tỷ số truyền:

- Sai lệch so với giá trị sơ bộ là:

- Khoảng cách trục nhỏ nhất ta có thể xác định theo công thức:

Ta có thể chọn sơ bộ khi

- Chiều dài tính toán của đai:

Theo bảng 4.3, ta chọn đai có chiều dài

- Vận tốc đai:

- Số vòng chạy của đai trong 1 giây:

, do đó điều kiện được thỏa

- Tính toán lại khoảng cách trục a:

Trong đó:

Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép

- Góc ôm bánh đai nhỏ:

Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai:

Theo bảng 4.8, ta chọn theo phương pháp nội suy tuyến tính khi và đai loại A

- Số dây đai được xác định theo công thức:

Ta chọn đai

- Lực căng đai ban đầu:

- Lực căng mỗi dây đai:

- Lực vòng có ích:

- Lực vòng trên mỗi dây đai:

- Tìm hệ số ma sát để bộ truyền không trượt:

+

=

−

- Suy ra:

0 0

2 2

t

F F e

- Dự đoán vận tốc trượt theo công thức 7.8:

Trong đó: là momen xoắn trên bánh vít

Tương ứng, vận tốc trượt ta chọn cấp chính xác 8 theo bảng 7.4

Vì , ta chọn vật liệu chế tạo bánh vít là đồng thanh không thiếc BCuAl9Fe4, đúc trong khuôn cát với (bảng 7.8) Chọn vật liệu cho trục vít là thép 40CrNi được tôi với độ rắn > 45HRC, sau đó được mài bóng và đánh bóng ren vít

- Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh vít Ứng suất uốn cho phép bánh vít được xác định theo công thức 7.28:

Trong đó là số chu kỳ làm việc tương đương xác định theo công thức 7.29:

- Chọn số mối ren với tỉ số truyền u = 15 (mục 7.3) Số răng bánh vít Chọn , tính chính xác tỉ số truyền:

- Chọn hệ số đường kính Chọn q = 16

- Chọn sơ bộ theo công thức 7.11:

- Tính khoảng cách trục theo độ bền tiếp xúc theo công thức 7.42a:

- Trong đó hệ số tải trọng tính với và theo bảng 7.6

- Tính modul , ta chọn theo tiêu chuẩn

Chiều cao đầu ren

Chiều cao chân ren

Đường kính vòng chia

Đường kính vòng đỉnh

Đường kính vòng chân ren

Chiều dài phần cắt ren trục vít

Góc ôm trục vít bởi bánh vít

Góc nghiêng răng bánh vít

- Vận tốc trượt được xác định theo công thức 7.7:

- Hệ số tải trọng tính theo bảng 7.6:

- Hiệu suất tính theo công thức 7.9:

- Trong đó góc ma sát tính theo công thức

- Tính toán lại ứng suất tiếp xúc cho phép:

Giá trị này phù hợp với giá trị đã chọn

- Xác định số răng tương đương bánh vít:

Chọn hệ số theo bảng 7.10

- Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít theo công thức 7.43:

- Tính toán nhiệt theo công thức 7.47:

Nhiệt độ nằm trong phạm vi cho phép

- Giá trị các lực tính theo các công thức 7.13-7.17:

- Kiểm tra độ bền uốn của trục (theo bảng 7.11 chọn ):

- Nếu bộ truyền kín được bôi trơn tốt thì dạng hỏng chủ yếu là tróc rỗ bề mặt răng

và ta tiến hành tính toán thiết kế theo ứng suất tiếp xúc

Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn Chọn thép C45 được tôi cải thiện Theo bảng 6.13 đối với bánh dẫn, ta chọn độ rắn trung bình ; đối với bánh bị dẫn ta chọn

độ rắn trung bình Vật liệu này có khả năng chạy rà tốt

- Số chu kỳ làm việc cơ sở:

- Số chu kỳ làm việc tương đương, xác định the sơ đồ tải trọng:

- Tương tự:

Vì nên

- Theo bảng 6.13, giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng xác định như sau:, suy ra

Và , suy ra

- Ứng suất tiếp xúc cho phép:

- Khi tôi cải thiện , do đó:

- Ứng suất tiếp xúc cho phép tính toán:

- Ứng suất uốn cho phép:

Chọn , ta có:

- Theo bảng 6.15 do bánh răng nằm không đối xứng ở các ổ trục nên Chọn theo dãy tiêu chuẩn, do đó:

Theo bảng 6.4, ta chọn

- Khoảng cách trục bộ truyền bánh răng xác định theo công thức:

Theo tiêu chuẩn, ta chọn

- Modul răng

Theo tiêu chuẩn, ta chọn

- Tổng số răng: răng

- Tỉ số truyền sau khi chọn số răng:

- Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng:

- Hệ số tải trọng động có thể xác định theo công thức 6.23 và 6.24:

Trong đó tính theo công thức sau:

Tra bảng 6.8, 6.9 và 6.10, ta có:

Từ đó:

- Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc:

Vậy điều kiện bền tiếp xúc được thỏa

Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn

Ứng suất uốn tính toán theo công thức 6.78:

Do đó, độ bền uốn được thỏa

3.Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền

- Trục I

- Trục II

- Trục III

4.Tính toán thiết kế trục và then

- Chọn vật liệu trục là thép C45, chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép

- Xác định đường kính sơ bộ theo công thức:

Theo tiêu chuẩn, ta chọn tại vị trí thân trục lắp với bánh đai, chọn tại vị trí thân trục lắp với bánh vít, chọn tại vị trí thân trục lắp với bánh răng dưới

: khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp

: khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

: chiều cao nắp ổ và đầu bulong

- Trục I:

Trong đó: là đường kính ngoài của bánh vít.

Lực hướng tâm:

Lực nối trục:

- Biểu đồ momen trên từng trục:

Trục I:

Phương trình momen cân bằng theo mặt phẳng Oyz tại gối A:

Phương trình lực cân bằng theo mặt phẳng Oyz tại A:

Phương trình momen cân bằng theo mặt phẳng Oxz tại A:

Phương trình lực cân bằng theo mặt phẳng Oxz tại A:

Phân tích lực

Xét trong mặt phẳng Oyz

Xét mặt phẳng Oxz

My

T

Trục II:

Phương trình momen cân bằng theo mặt phẳng Oyz tại gối C:

Phương trình lực cân bằng theo mặt phẳng Oyz tại C:

Phương trình momen cân bằng theo mặt phẳng Oxz tại C:

Phương trình lực cân bằng theo mặt phẳng Oxz tại C:

Phân tích lực

Xét mặt phẳng Oyz

Xét mặt phẳng Oxz

My

Trục III:

Phương trình momen cân bằng theo mặt phẳng Oyz tại gối E:

Phương trình lực cân bằng theo mặt phẳng Oyz tại E:

Phương trình momen cân bằng theo mặt phẳng Oxz tại E:

Phương trình lực cân bằng theo mặt phẳng Oxz tại E:

- Kiểm tra kích thước trục tại các tiết diện nguy hiểm

Trục I

Tiết diện nguy hiểm tại trục vít:

Tiết diện trục tại mặt cắt nguy hiểm:

Từ đường kính trục vít, ta chọn đường kính phần còn lại của trục như sau:

Chọn Vậy thỏa điều kiện kiểm nghiệm

Trục II

Tiết diện nguy hiểm tại bánh răng dẫn:

Tiết diện trục tại mặt cắt nguy hiểm:

Do vị trí nguy hiểm nhất là vị trí lắp bánh răng dẫn nên đường kính 5% nên ta có: Chọn

Trục III

Tiết diện nguy hiểm tại ổ lăn F:

Tiết diện trục tại mặt cắt nguy hiểm:

Chọn

- Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Ta kiểm nghiệm tất cả các tiết diện đã có đường kính được xác định bằng tính toánphía trên Hai tiết diện lắp ổ trên cùng một trục có đường kính như nhau nên ta chỉ kiểm tra tiết diện ổ chịu tải trọng lớn trong hai ổ

Hệ số an toàn của trục truyền được xác định theo công thức

Theo 10.20 và 10.21[1](trang 221) :

Ta có : Đây là thép C45 với

Ta có công thức tính là :

Vì trục là trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng nên :

Giá trị trung bình của ứng suất pháp tại tiết diện j:

Biên độ ứng suất pháp tại điểm j:

Trong đó:

: moment cản uốn, được tính theo bảng 10.6[1] (trang 196), trục có 1 rãnh then

Với giá trị b, đuợc tra theo bảng 9.1a[1](trang 173)

Hệ thống dẫn động xích tải thiết kế quay một chiều nên:

Giá trị ứng suất pháp tại tiết diện j:

Trong đó :

là moment xoắn tiết diện j

: moment cản xoắn, được tính theo bảng 10.6[1] (trang 196), trục có 1 rãnh then

Biên độ và giá trị trung bình các ứng suất

Trục Tiết diện σa (MPa) σm (MPa) τm = τa (MPa)

Hệ số : hệ số ảnh hưởng của trị số trung bình đến độ bền mỏi, tra theo bảng 10.7[1](trang 197) ta đuợc :

Hệ số tăng bền , do không dùng các phương pháp tăng độ bền mặt

Theo bảng 10.12[1](trang 199), khi dùng dao phay ngón, hệ số tập chung ứng suất tại rãnh then ứng với vật liệu có = 600(MPa) là:

, : hệ số kể đến ảnh hưởng của các kích thước các tiết diện trục tới độ bền mỏi bảng 10.10[1](trang 198)

Trục Tiết diện d

I Bánh đai 35 0,865 0,795 2,0947 1,9971 - 18,42

-Ổ lăn A, B 45 0,83 0,77 2,1805 2,06 37,7189 44,7943 28,8524Trục vít 55 0,7975 0,7525 2,2669 2,1065 6,7958 79,9794 6,7714

II Ổ lăn C, D 55 0,7975 0,7525 2,2669 2,1065 - 79,9794

-Bánh vít 60 0,785 0,745 2,302 2,1271 3,0363 6,8523 2,7007Bánh răng

dẫn 65 0,7725 0,7375 2,3383 2,1481 3,095 8,8088 3,0292III Ổ lăn E, F 85 0,7225 0,7075 2,496 2,2367 5,0501 7,1231 4,1198

Bánh răng

bị dẫn 95 0,7075 0,7025 2,5476 2,2522 5,515 8,8484 4,6803Nối trục 75 0,745 0,72 2,4224 2,1989 - 4,9773 -

Ta thấy s đều lớn hơn 2,5 nên thỏa điều kiện bền mỏi

- Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

- Tính chọn then bằng

Chọn vật liệu làm then bằng là thép 45, ứng suất cắt cho phép (do chịu tải trọng

va đập nhẹ nên giảm đi 1/3), ứng suất dập cho phép (bảng 9.5)

Chọn then bằng tại vị trí lắp bánh vít và đĩa xích (bảng 9.1a)[1] Chọn then 2 đầu tròn

Bánh đai:

Chọn

Kiểm tra ứng suất cắt:

Kiểm tra ứng suất dập:

Bánh vít:

Chọn

Kiểm tra ứng suất cắt:

Kiểm tra ứng suất dập:

Bánh răng dẫn:

Chọn

Kiểm tra ứng suất cắt:

Kiểm tra ứng suất dập:

Bánh răng bị dẫn:

Chọn

Kiểm tra ứng suất cắt:

Kiểm tra ứng suất dập:

5.Chọn ổ lăn và nối trục

a. Ổ lăn

- Trục I

Lực hướng tâm tác động lên ổ trục A:

Lực hướng tâm tác động lên ổ trục B:

Ta chọn cặp ổ đũa côn, lắp kiểu chữ O tại ổ lăn A và ổ bi đỡ 1 dãy tại vị trí B.Đối với ổ A

Thành phần lực dọc trục sinh ra do lực hướng tâm gây nên:

Do nên Mặc khác, do nên ta có tải trọng dọc trục tính toán với các ổ trục như sau:

Ta chọn ổ đũa côn bên phải vì tải trọng lớn hơn

Tính tỉ số sơ bộ:

Tính toán lại tuổi thọ ổ lăn:

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh:

Chọn Vậy ổ đủ bền tĩnh

Khả năng quay nhanh của ổ:

Trong đó:

: thông số vận tốc quy ước, tra bảng được giá trị

: đường kính vòng tròn qua tâm con lăn,

hệ số cỡ ổ, tra bảng được giá trị 0,85

Tính toán lại tuổi thọ ổ lăn:

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh:

Chọn Vậy ổ đủ bền tĩnh.

Khả năng quay nhanh của ổ:

Trong đó:

: thông số vận tốc quy ước, tra bảng được giá trị

: đường kính vòng tròn qua tâm con lăn,

: hệ số kích thước, do

hệ số cỡ ổ, tra bảng được giá trị 0,9

: hệ số tuổi thọ, chọn giá trị 0,9

- Trục II

Lực hướng tâm tác động lên ổ trục C:

Lực hướng tâm tác động lên ổ trục D:

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh:

: thông số vận tốc quy ước, tra bảng được giá trị

: đường kính vòng tròn qua tâm con lăn,

Do không có lực dọc trục nên ta chọn ổ bi đỡ 1 dãy.

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh:

: thông số vận tốc quy ước, tra bảng được giá trị

: đường kính vòng tròn qua tâm con lăn,

: hệ số kích thước, do

hệ số cỡ ổ, tra bảng được giá trị 1

: hệ số tuổi thọ, chọn giá trị 0,9

b. Nối trục

- Kết cấu bánh răng

Chọn phương pháp rèn hoặc dập để chế tạo phôi bánh răng, vật liệu là thép C45

- Kết cấu nắp ổ

Dùng phương pháp đúc để chế tạo nắp ổ, vật liệu là GX15-32

- Các kích thước của vỏ hộp giảm tốc

Chiều dày: Thân hộp δ

d2=(0,7÷0,8)d1 = 18,2÷20,8(mm)Chọn d2=20mm và chọn bulông M20

d3 = (0,8 ÷ 0,9)d2 =16 ÷ 18(mm) Chọn d3 = 18mm và chọn bulông M18

d4 = (0,6 ÷ 0,7)d2= 12 ÷ 14(mm)Chọn d4 = 14mm và chọn vít M14

d5 =( 0,5 ÷ 0,6)d2=10 ÷ 12(mm)Chọn d5 = 12mm và chọn vít M12Mặt bích ghép nắp và thân:

Chiều dày bích thân hộp S3

Chiều dày bích nắp hộp S4

Bề rộng bích nắp và thân hộp K3

S3 = (1,4 ÷ 1,8)d3 = 25,2 ÷ 23,4(mm)Chọn S3 = 30mm

S4 = ( 0,9 ÷ 1) S3 = 27 ÷ 30(mm) Chọn S4 = 30mm

K3= K2 – (3 ÷ 5)= 60 ÷ 58 Chọn K3 = 60(mm)

E2= 1,6d2 = 1,6*20= 32 mm.

R2 = 1,3d2 = 1,3*20 = 26mm

C ≈ D3 / 2 = 90mm với

k≥1,2d2=24mm chọn k=25mm

h = 14mmMặt đế hộp:

Chiều dày khi không có phần lồi S1

Bề rộng mặt đế hộp K1 và q

Chiều dày mặt bích thân hộp S2

S1 = (1,3 ÷ 1,5) d1 = 33,8 ÷ 39(mm)Chọn S1 = 35mm

K1≈ 3.d1= 78 (mm)

q≥ K1 + 2.δ = 78 + 2.15 = 108 mm

S2=2,35=2,35.15=35,25 Chọn S2=36mmKhe hở giữa các chi tiết

-Giữa bánh răng và thành trong hộp

-Giữa đỉnh răng bánh lớn với đáy hộp

-Giữa mặt bên các chi tiết quay với nhau

∆ ≥(1÷1,2)δ=15÷18 Chọn ∆ =15 mm

Δ1

≥(3÷5)δ =45÷75 Chọn ∆1 = 50mm

Kích thước của nút thông hơi:

Sau 1 thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn hoặc bị biến chất, do

đó phải thay dầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có lỗ tháo dầu Lúc làm việc lỗ được bít kín bằng nút tháo dầu

M27x

Để kiểm tra mức dầu trong hộp ta dùng que thăm dầu, que thăm dầu có kết cấu và kích thước như hình vẽ

Chọn độ nhớt của dầu ở 50 để bôi trơn bộ truyền bánh răng (bảng 18.11)

Đặc tính Vận tốc trượt (m/s)

Đặc tính làm việc <5m/s (Vừa)

Độ nhớt

Phương pháp bôi trơn Ngâm dầu

Chọn loại dầu ôtô máy kéo AK-20 (bảng 18.13)

CHƯƠNG III CHỌN DUNG SAI LẮP GHÉP

Dung sai(mm)

1 Bánh răng-trục

+0,0300

+0,030+0,021

+0,002

+0,025+0,003

2

Bánh vít –trục

+0,0300+0,039+0,02

CHƯƠNG IV TÀI LIỆU THAM KHẢO

- Thiết kế dẫn động cơ khí tập 1 (Trinh Chất)

- Thiết kế dẫn động cơ khí tập 2 (Trinh Chất)