Thiết kế hệ dẫn động thùng trộn gồm có hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục và bộ truyền xích

SVTH: HUỲNH PHẠM MINH TUẤN 5 LỜI NÓI ĐẦU Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là yêu cầu không thể thiếu đối với một kỹ sư ngành cơ khí, nhằm cung cấp các kiến thức cơ sở về máy và kế

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

GDHD: TRẦN TIẾN ĐẠT SVTH: HUỲNH PHẠM MINH TUẤN MSSV: 1651020150

Trang 2

SVTH: HUỲNH PHẠM MINH TUẤN 2

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

A TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN 6

I CHỌN ĐỘNG CƠ 7

1 Xác định hiệu suất hệ thống 7

2 Công suất tính toán 7

3 Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện: 8

4 Phân bố tỉ số truyền: 8

II Lập bảng đặc tính: 10

1 Tính toán công suất trên các trục 10

2 Tính toán số vòng quay trên các trục 10

3 Tính moment xoắn trên các trục 10

Bảng đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền động: 11

B THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH 12

Thông số kĩ thuật để thiết kế: 12

I CHỌN DẠNG XÍCH: 12

1 Các thông số của bộ truyền xích: 12

2 Kiểm tra xích theo hệ số an toàn: 14

Thông số của bộ truyền: 14

C THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 15

I THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP NHANH RĂNG THẲNG 15

1 Số chu kỳ làm việc tương đương: 15

2 Số chu kỳ làm việc cơ sở: 15

3 Ứng suất tiếp xúc cho phép: 15

4 Ứng suất uốn cho phép: 16

5 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: 16

6 Chọn modun răng: 16

7 Xác định góc nghiêng răng và số răng: 16

8 Tính lại khoảng cách trục: 17

9 Xác định các kích thước bộ truyền bánh răng: 17

10 Vận tốc vòng và cấp chính xác của bộ truyền bánh răng: 17

11 Xác định lực tác dụng lên bộ truyền: 18

Trang 3

12 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc: 18

13 Kiểm nghiệm độ bền uốn: 19

II THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP CHẬM RĂNG NGHIÊNG: 20

1 Giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn của bánh răng: 20

2 Số chu kỳ làm việc cơ sở: 21

3 Số chu kỳ làm việc tương đương: 21

4 Ứng suất tiếp xúc cho phép: 21

5 Ứng suất uốn cho phép: 22

6 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: 22

7 Chọn modun răng: 22

8 Xác định góc nghiêng răng và số răng: 23

9 Xác định các kích thước bộ truyền bánh răng: 23

10 Vận tốc vòng và cấp chính xác của bộ truyền bánh răng: 24

11 Xác định lực tác dụng lên bộ truyền: 24

12 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 24

13 Kiểm nghiệm về độ bền uốn: 25

Bảng kết quả tính: 27

Kiểm nghiệm điều kiện bôi trơn ngâm dầu: 28

C THIẾT KẾ TRỤC 29

Sơ đồ lực phân bố trên cơ cấu: 29

1 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực: 31

2 Xác định phản lực tại các gối đỡ: 33

3 Kiểm nghiệm độ bền trục theo độ bền mỏi: 42

4 Tính kiểm nghiệm độ bền then: 47

D TÍNH CHỌN Ổ ĐỠ 48

I Trục I: 48

1 Số liệu thiết kế đã tính toán và chọn loại ổ đỡ: 48

2 Tải trọng hướng tâm tại các ổ : 48

3 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ: 48

4 Chọn ổ lăn: 49

5 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ: 49

II Trục 2 49

Trang 4

2 Tải trọng hướng tâm tại các ổ: 50

II Trục III 51

2 Tải trọng hướng tâm tại các ổ: 51

E THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC 54

Tính kết cấu của vỏ hộp: 54

Các kích thước cơ bản của vỏ hộp: 54

Kích thước gối đỡ trục tra bảng 18-2 TL[2]: 56

Một số chi tiết khác : 56

1 Nắp ổ 56

2 Bulông vòng: 57

3 Chốt định vị: 57

4 Cửa thăm: 57

5 Nút thông hơi: 58

6 Nút tháo dầu: 58

7 Que thăm dầu và dầu bôi trơn: 59

F BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP 60

I Bảng dung sai lắp ghép trục và ổ lăn: 60

II Bảng dung sai lắp ghép then: 61

Trang 5

LỜI NÓI ĐẦU

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là yêu cầu không thể thiếu đối với một kỹ sư ngành cơ khí, nhằm cung cấp các kiến thức cơ sở về máy và kết cấu máy

Thông qua đồ án môn học Chi tiết máy, mỗi sinh viên được hệ thống lại các kiến thức

đã học nhằm tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc , thiết kế kết cấu chi tiết máy, vỏ khung và bệ máy , chọn cấp chính xác, lắp ghép

và phương pháp trình bày bản vẽ, trong đó cung cấp nhiều số liệu mới về phương pháp tính, về dung sai lắp ghép và các số liệu tra cứu khác Do đó khi thiết kế đồ án chi tiết máy phải tham khảo các giáo trình như Chi tiết máy, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Dung sai và lắp ghép, Nguyên lý máy .từng bước giúp sinh viên làm quen với công việc thiết kế và nghề nghiệp sau này của mình

Nhiệm vụ của em là thiết kế hệ dẫn động thùng trộn gồm có hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục và bộ truyền xích Hệ được dẫn động bằng động cơ điện thông qua khớp nối, hộp giảm tốc và bộ truyền xích để truyền động đến thùng trộn

Lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế, với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần em chưa nắm vững, dù đã tham khảo các tài liệu song khi thực hiện đồ án, trong tính toán không thể tránh được những thiếu sót Em mong được sự góp

ý và giúp đỡ của các thầy

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Tiến Đạt đã hướng dẫn tận tình và cho em nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này

TPHCM, 20/08/2020

Sinh viên thực hiện

Tuấn Huỳnh Phạm Minh Tuấn

Trang 6

A TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ

TRUYỀN

SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

Công suất: P = 17,3 (KW)

Số vòng quay: n = 29 Vòng/phút

Thời gian phục vụ: a = 5 năm

Quay 1 chiều, làm việc 2 ca, tải va đập nhẹ

(1 năm làm việc 300 ngày, ngày làm 2 ca, 1 ca làm việc 8 giờ)

Chế độ tải: t1=

CK

t0,7 , t2=0,3

CK

t , T1=T, T2=0.8T

Trang 7

I CHỌN ĐỘNG CƠ

1 Xác định hiệu suất hệ thống

• Hiệu suất truyền động

𝜂 = 𝜂𝑘𝑛 𝜂𝑏𝑟2 𝜂𝑥 𝜂𝑜𝑙4Trong đó:

𝜂𝑘𝑛 = 0,99 : Hiệu suất khớp nối

𝜂𝑏𝑟 = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

𝜂𝑥 = 0,93 : Hiệu suất bộ truyền xích

𝜂𝑜𝑙 = 0,99 : Hiệu suất ổ lăn

➔ 𝜂 = 𝜂𝑘𝑛 𝜂𝑏𝑟2 𝜂𝑑 𝜂𝑜𝑙4

= 0,99 0,962 0,93 0,994 = 0,815

2 Công suất tính toán

Công suất tính toán:

Trang 8

= 17,3√(

𝑇

𝑇)2 0,7 + (0,8𝑇

𝑇 )2 0,30,7 + 0,3

Tỉ số truyền chung của bộ truyền:

𝑢𝑡 = 𝑢ℎ 𝑢𝑥 = 8.3 = 24 Trong đó:

uh = 8 là tỉ số truyền của hộp giảm tốc hai cấp phân đôi (8- 40)

ux = 3 là tỉ số truyền của bộ truyền xích

Số vòng quay sơ bộ động cơ:

𝑛𝑠𝑏 = 𝑛𝑙𝑣 𝑢𝑡 = 29.24 = 696 (𝑣ò𝑛𝑔)

3 Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện:

Động cơ điện được chọn phải có công suất Pdcvà số vòng quay đồng bộ thỏa mãn điều kiện:

Pdc ≥ Pct= 20,05 (KW)

• nđb ≈ nsb

Dựa vào bảng P1.3 [1] ta chọn động cơ:

Kiểu động cơ Công suất(kW) Vận tốc quay(v/p) cos

Trang 9

𝑢𝑥 = 𝑢𝑡

𝑢ℎ =25,17

8 = 3,15

Trang 10

Trang 11

Bảng đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền động:

Trang 12

1 Các thông số của bộ truyền xích:

Chọn số răng của dĩa xích dẫn:

z1 = 29 – 2.ux ≥ 19 (theo thiết kế xích [TL2- NHL])

Xác định bước xích và kiểm nghiệm:

Theo công thứ 5.4 và bảng 5.6 ta có hệ số điều kiện sử dụng xích:

K = Kđ.Ka.Ko.Kdc.Kbt.Klv

Với :

Kđ =1,2 là hệ số tải trọng động ứng với tải va đập nhẹ

Ka = 1 là hệ số ảnh hưởng khoảng cách trục với a = (30-50).pc

K0 = 1 là hệ số ảnh hưởng bố trí bộ truyền ứng với bộ truyền nằm ngang

Kdc = 1 là hệ số ảnh hưởng khả năng điều chỉnh lực căng xích

Kbt = 1 là hệ số điều kiện bôi trơn

Klv =1,25 hệ số làm việc ứng với làm việc 2 ca

K = Kđ.Ka.K0.Kdc.Kb.Klv =1,2.1.1.1.1.1,12 = 1,344

Trang 13

Ứng với xích 1 dãy Kx = 1 (theo sách NHL/179)

Công suất tính toán:

Chiều dài L= pc X= 38,1.144= 5486,4 mm

Tính chính xác khoảng cách trục (theo công thức 5.13 sách tập 1 TC), ta có:

Trang 14

Trang 15

C THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

Đây là bộ truyền kín, ta tính toán theo độ bền mỏi tiếp xúc để tránh hiện tượng bong tróc

rỗ bề mặt và kiểm nghiệm lại theo điều kiện bền uốn

I THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP NHANH RĂNG THẲNG

Momen xoắn trên trục bánh dẫn T1=272109,6 Tí số truyền u1 = 3,08

NFO1 = NFO2 = 5.106 chu kì (Trang 226 Nguyễn Hữu Lộc)

❖ Vì: NHE1 > NHO1, NHE2 > NHO2, NFE1 > NFO1, NFE2 > NFO2

Trang 16

So sánh với điều kiện (6.41) NHL:

 H min = 433 , 63  H = 450  1 , 25  H min = 542 , 0375MPa

(1,25 đối với truyền động bánh răng trụ, còn 1,15 đối với truyền động bánh răng côn nghiêng hoặc răng cung tròn)

Thỏa mãn điều kiện, nên ta chọn:  H =450MPa

4 Ứng suất uốn cho phép:

Theo bảng 6.15 TL2 chọn 𝜓𝑏𝑎 = 0,4 (do bánh răng nằm đối xứng so với các ổ trục)

⇨ ψbd = 𝜓𝑏𝛼(𝑢+1)

2 = 0.4.(3,08+1)

2 = 0,816 Theo bảng 6.4 TL2, với ψbd = 0,816 tra được 𝐾𝐻𝛽= 1,06

⇨ 50 (3,08+1)√272109,6.1,06

0,4.450 2 3,08

3

= 214,1 mm Chọn aw1 = 220 mm

6 Chọn modun răng:

m= (0.01÷0.02) aw = (0,01÷0,02).220= 2,2÷4,4

Theo tiêu chuẩn thống nhất với cấp nhanh ta chọn m = 3

7 Xác định góc nghiêng răng và số răng:

Số răng bánh dẫn là:

Trang 17

𝑧1 = 2𝑎𝑤

𝑚 (𝑢 + 1) =

2.2203(3,08 + 1)= 35,9 (𝑟ă𝑛𝑔) Chọn z1 = 36 răng suy ra z2 = 36.3,08 = 110,88 răng

9 Xác định các kích thước bộ truyền bánh răng:

Trang 18

36+ 1

111)] 1 = 1,762

Trang 19

Vậy σH < [𝜎𝐻] nên thỏa điều kiện tiếp xúc

13 Kiểm nghiệm độ bền uốn:

❖ Số răng tương đương:

Trang 20

Vậy thỏa mãn điều kiện bền uốn

II THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP CHẬM RĂNG NGHIÊNG:

Momen xoắn trên trục bánh dẫn

Trang 21

NFO1 = NFO2 = 5.106 chu kì (Trang 226 NHL)

3 Số chu kỳ làm việc tương đương:

Xác định theo sơ đồ tải trọng:

Số lần ăn khớp của mỗi răng trên 1 vòng quay c = 1

Thời hạn sử dụng: Lh = 300 5 2 8 = 24000 giờ

mH = 6

NHE1 = 60c∑( 𝑇𝑖

𝑇𝑚𝑎𝑥)3 niti = 60 1 237,01.[(1)3 0,7 + (0,8)3 0,3] 24000

Trang 22

So sánh với điều kiện (6.41) tài liệu thầy Nguyễn Hữu Lộc:

 H min = 433 , 63  H = 450  1 , 25  H min = 542 , 0375MPa

( 1,25 đối với truyền động bánh răng trụ, còn 1,15 đối với truyền động bánh răng côn nghiêng hoặc răng cung tròn)

Thỏa mãn điều kiện, nên ta chọn:  H =450MPa

5 Ứng suất uốn cho phép:

[σF1] = 𝜎𝑂𝐹𝑙𝑖𝑚1𝐾𝐹𝐶

𝑠𝐹1 KFL1 =

450.1 1.75 1 = 257.14 Mpa

[σF2] = 𝜎𝑂𝐹𝑙𝑖𝑚2𝐾𝐹𝐶

𝑠𝐹2 KFL2 =

414.1 1.75 1 = 236,57 Mpa

Theo 6.6 TL1 chọn 𝜓𝑏𝑎 = 0,25 do bánh răng không nằm đối xứng so với các ổ trục

Trang 23

8 Xác định góc nghiêng răng và số răng:

Trang 24

10 Vận tốc vòng và cấp chính xác của bộ truyền bánh răng:

Trang 25

vH = 𝛿𝐻𝑔0𝑣√𝑎𝜔

𝑢 = 0,002 73 1,58 √230

2,61 = 2,17 Theo bảng 10.2 TL3 𝛿𝐻 = 0,002; go = 73

13 Kiểm nghiệm về độ bền uốn:

Số răng tương đương:

Trang 26

Trang 27

Trang 28

Kiểm nghiệm điều kiện bôi trơn ngâm dầu:

Mức dầu phải thỏa điều kiện: dầu ngập qua chân răng của bánh răng 2 và không được ngập quá 1/3 bán kính bánh răng 4 để tránh mất công suất do khuấy dầu

Trang 29

Trang 30

Trang 31

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

Trang 32

- Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay tới thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay:

Trang 33

Khoảng cách giữa hai gối đỡ 0 và 3:

Trang 34

SVTH: HUỲNH PHẠM MINH TUẤN 34 Biểu đồ nội lực:

Trang 35

Ta có:

Nmm M

M

M A1 = A21x + A1y2 = 02 +02 =0

Nmm T

M

M tdA1= A21+0,75 A21 = 0 =0

Nmm M

M

M B1 = B21y + B1x2 = 133889,32 +423978,162 =444616,5

Nmm T

M

M tdB1= B21+0,75 B21 = 444616,52+0,75.272109,62 =503206,3

Nmm M

M

M C1 = C21y + C1x2 = 02 +112247,722 =112247,72

Nmm T

M

M tdC1 = C21+0,75 C21 = 112247,722 +0,75.272109,62 =261021,6

Nmm M

M

M D D x D y2 02 02 0

1 2

1

Nmm T

M

M tdD1= D21+0,75 D21 = 02+0,75.272109,62 =235653,8

Đường kính các thiết diện theo công thức:

Dựa vào bảng 10.5 TL [1], với đường kính sơ bộ d1 = 40 mm, chọn sơ bộ   =61MPa

Trang 36

(Thép C45 tôi cải thiện với  ≥850 MPa) b

8,2356531

Trang 37

Trang 38

Ta có:

• MA2 = ME 2= 0

MtđA2 = MtđE2 = 0

Nmm M

M

M B2 = B22y + B2x2 = 102200,952 +622488,952 =630822,9

Nmm T

M

M D2 = D22y + D2x2 = 102200,952 +622488,952 =630822,9

Nmm T

M

M tdD2 = D22 +0,75 D22 = 630822,92+0,75.398302,8152 =718972,45

Dựa vào bảng 10.5 TL [1], với đường kính sơ bộ d2 = 60 mm, chọn sơ bộ   =54MPa

(Thép C45 tôi cải thiện với  ≥850 MPa) b

01

,

0



Trang 39

M

54.1,0

45,7189721

01

Trang 40

Momen do Fa4, Fa4 gây ra quanh trục x:

Ma4 = Ma4’ = Fa4 𝑑1

2 = 1697,52 332,64

2 = 282331,53 (Nmm)

Biểu đồ nội lực:

Trang 41

Ta có:

Nmm M

M

M C3 = C23y + C3x2 = 224028,852 +443600,92 =496961,5

Nmm T

M

M tdC3 = C23 +0,75 C23 = 496961,52 +0,75.984228,32 =986660,9

Nmm M

M

M D3 = D23y + D3x2 = 02 +02 =0

Nmm T

M

M tdD3 = D23 + 0 , 75 D23 = 0

Dựa vào bảng 10.5 sách tập 1 thầy Trịnh Chất, với đường kính sơ bộ d3 = 80 mm, chọn

Trang 42

Lấy dE3= 70 mm (tiết diện lắp dĩa xích)

9,9866601

01

Lấy dD2 = dA3 = 75 mm (Đoạn trục lắp ổ lăn)

3 Kiểm nghiệm độ bền trục theo độ bền mỏi:

Trang 43

c/ Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục:

Theo kết cấu và biểu đồ moment trục ta thấy các tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra

về độ bền mỏi:

Trục 1: tiết diện B1 ( tiết diện lắp bánh răng); tiết diện D1 ( Lắp nối trục)

Trục 2: hai tiết diện lắp bánh răng B2, C2, D2

Trục 3: tiết diện lắp bánh xích E3; lắp bánh răng C3, B3

.2

).(

.32

.2

).(

.16

Trang 44

Dựa vào bảng 9.1a TL [1] ta được các thông số như sau:

Tiết diện Đường

Các trục được gia công bằng máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt độ nhám

Ra = 1,1.Theo bảng 10.8 trang 197 [1] ta có hệ số tập trung ứng suất Kx = 1,1

Không dùng các phương pháp tăng bề mặt nên Ky = 1

Ta dùng dao phay ngón để gia công rãnh then nên từ bảng 10.12 trang 199 [1]

Ta có: Kσ = 2.01; Kτ = 1,88

Trang 45

Theo bảng 10.10 trang 198 [1] ta được:

Trang 46

Kết quả tính toán được ghi vào bảng sau:

h then

Lắp căn

g

Rãn

h then

Lắp căn

Trang 47

4 Tính kiểm nghiệm độ bền then:

Với các tiết diện trục dung mối ghép then, ta tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập σd và độ bền cắt τc

( 1)

2

[ ] 2

Tính và chọn theo tiêu chuẩn ta có chiều dài then được cho trong bảng:

Ta có bảng kiểm nghiệm then như sau:

Trang 48

D TÍNH CHỌN Ổ ĐỠ

Chọn ổ lăn:

- Trục I: Chịu tác dụng cả lực hướng tâm => chọn ổ bi đỡ 1 dãy

- Trục II: Chịu lực hướng tâm => chọn ổ bi đỡ 1 dãy

- Trục III: Chỉ chịu lực hướng tâm => chọn ổ bi đỡ 1 dãy

Thời làm việc của ổ 2 năm thay 1 lần: Lh = 2.8.300.2 = 9600 (giờ)

2 Tải trọng hướng tâm tại các ổ :

FrA1 = √𝑋𝐴12 + 𝑌𝐴12 =√2903,962+ 917,052 = 3045,32 N

FrC1 = √𝑋𝐶12 + 𝑌𝐶12 =√696,12+ 917,052 = 1151,32 N

Vì FrA1 > FrC1 nên ta tính chọn theo ổ A1

3 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:

Tải trọng động quy ước:

Q = (X.V.Fr+Y.Fa).Kt.Kd

Theo trang 214 TL[1] và bảng 11.3 TL[1], ta có:

X = 1 là hệ số tải trọng huứng tâm

Y = 0 hệ số tải trọng dọc trục (do không có lực dọc trục)

V = 1 : hệ số tính đến vòng nào quay - vòng trong quay

K d = 1,2: hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng đến tuổi thọ ổ ( tải va đập nhẹ theo bảng 11.3[1])

K t = 1 : hệ số xét đến ảnh hưởng nhiệt độ đến tuổi thọ ổ (≤100 0 C)

 Q = 3045,32.1,2 = 3654,384 N

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	1,63 MB