Thuyết minh đồ án môn chi tiết máy thiết kế trạm dẫn động xích tải

Lời nói đầuĐ Thiết kế trạm dẫn động xích tải ối với nhiều nghành trong các trờng đại học kỹ thuật ,sau khihọc xong phần lý thuyết về Chi tiết máy, học sinh buớc sang giaiđoạn thiết kế đồ

Bộ môn thiết kế máy

thuyết minh đồ án môn học

chi tiết máy

Thiết kế môn học chi tiết máy

Lời nói đầu

Đ

Thiết kế trạm dẫn động xích tải

ối với nhiều nghành trong các trờng đại học kỹ thuật ,sau khihọc xong phần lý thuyết về Chi tiết máy, học sinh buớc sang giaiđoạn thiết kế đồ án môn học.Vì là lần đầu tiên bắt tay vào mộtcông việc mới mẻ, vận dụng lí thuyết để giải quyết những vấn đề

có liên hệ mật thiết với thực tế sản xuất ,thiết kế ra những chi tiết và bộ phậnmáy có hình dạng kích thớc cụ thể ,phải thoả mãn trong một chửng mực nhấtđịnh các yêu cầu chủ yếu về kinh tế

Thiết kế máy là một quá trình sáng tạo để thoả mãn một nhiệm vụthiết kế nào đó có thể đề ra nhiều phong án khác nhau Người thiết kế vậndụng những hiểu biết lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế để chọn mộtphong án thiết kế hợp lí nhất Muốn làm được điều đó người thiết kế cầnphải đề cập và giải quyết hàng loạt yêu cầu khác nhau về công nghệ ,về sửdụng có thể là trái ngựoc nhau.Vì vậy nên tiến hành tính toán kinh tế theonhững phương án cấu tạo đã đề ra ,cân nhắc lợi hại rồi chọn một phương ántốt nhất

Thông thường thì thiết kế máy cần giải quyết đồng thời hai yêu cầu

cơ bản:Máy được thiết kế cần giải quyết đồng thời thoả mãn những chi tiết làm việc chủ yếu như sức bền ,độ bền mòn ,độ cứng,giá thành của máy rẻ nhất

Ngoài những yêu cầu về khả năng làm việc chủ yếu ,các tiết máy(hoặc máy) được thiết kế cần phải thoả mãn những điều kỹ thuật cơ bản sau:

Cơ sở hợp lí để chọn kết cấu chi tiết và bộ phận máy ,những yêu cầu

về công nghiệp tháo lắp ,hình dạng cấu tạo của chi tiết phù hợp với phơngpháp chế tạo gia công cơ và sản lượng chi trớc ,tiết kiệm nguyên vật liệu.dùng rộng rãi các chi tiết ,bộ phận máy đã tiêu chuẩn hoá

Ngoài những điều trình bày ở trên khi thiết kế cần lưu ý đến vấn đề antoàn lao động và hình thức sản phẩm

Trong phần thiết kế nay có sử dụng tài liệu :

trương tất đích chi tiết máy t1,2 NXB Giao thông vận tải 2002

trịnh chất –lê văn uyển tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí t1,2 NXBGiáo dục 2003

( pp i p )2.tt

i 1 p

t i

phần I : chọn động cơ điện

1/ Các thông số cho trước :

Lực kéo trên xích tải P = 1000 (KG)

Chiều cao tâm đĩa xích H : 600

2/ Xác định công xuất động cơ :

F: lực kéo trên xích tảiV: vận tốc xích tảiChú ý : ******************

Do tải trọng thay đổi (Tải trọng va đập trung bình) :

Ta chọn

k = 1 : hiệu suất khớp nối đàn hồi

ol = 0,99: hiệu suất 1 cặp ổ lăn

bk = 0,97: hiệu suất 1 cặp bánh răng trong hộp giảm tốc,và 1cặp bánh răng ngoài hộp giảm tốc

  = 1 0,994 0,972 =0.9038

 Công suất cần thiết của trục động cơ :

P t



pct =

1, 96 0.9038

v: vận tốc xích tải (m/s) z: số răng đĩa xích tảit: bước xích của xích tải (mm)

0.2

 nlv = 60000 8.125 = 12

* Tỉ số truyền toàn bộ it của hệ thồng dẫn động : it = ih

in Trong đó:

ih = 14: tỉ số truyền hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp

(tra theo bảng 2.4 tt hệ dẫn động cơ khí)

in = 5 :tỉ số truyền của bộ bánh răng tru ngoài

 it = 14 5 = 70

_Vậy số vòng quay sơ bộ của động cơ là :nsb = nlv it = 12 70 = 840 (vg/ ph)_Theo bảng phụ lục P (1.3) và với pct =2,71 (KW) , nđb = 840 (vg/ ph)

Ta chọn kiểu động cơ : 4a71A6Y3

Các thông số của động cơ như sau :

*Công suất động cơ : Pđc = 3 (kW)

= =2

*Kết luận : động cơ 4A71A6Y3 phù hợp với yêu cầu thiết kế.

4/ Phân phối tỉ số truyền.

Trong đó : * ix là tỉ số truyền của bộ truyền xích , chọn ix = 5

* ih tỉ số truyền của hộp giảm tốc , ih = i1 i2 = 14 Với : i1 là tỉ số truyền cấp nhanh

i2 là tỉ số truyền cấp chậm_Ta phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc đảm bảo các nguyên tắc sau:

+ bảo đảm điều kiện bôi trơn tốt

+ bảo đảm khuôn khổ và trọng lượng hộp giảm tốc là nhỏ nhất+ mô men quán tính thu gọn nhỏ nhất và thể tích các bánh lớn nhúng trong

dầu là nhỏ nhất

_Tra bảng 3.1 tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí ta phân phối tỉ số truyền như sau:

i1 = 4,79 ; i 2 = 2,92Tính lại giá trị ix theo i1 , i2 trong hộp giảm tốc

i t i

h

ix =

70 4,79.2,92

*Kết luận : ih = 14 , i1 = 4,79 , i2 = 2,92 , i x = 5

5/ Xác định công suất , mô men và số vòng quay trên các trục

_Xác định công suất trên các trục :

Trên trục I :N 1= pct k ol =0,2714 1 0,99 = 0,2687(KW) Trên trục II : N2 =N1 br ol =0.2687 0,97 0,99 = 0,258 (KW) Trên trục III :N3 = N2 br ol = 0,258 0,97 0,99 = 0,2478 (KW) Trên trục IV: N4 = N3 br ol = 0,2478.0,97.0,99 = 0,238 (KW)_Xác định số vòng quay trên các trục :

= = 192,067 (vg/ph)

Tr

ên trục III: n3 =

= = 13.1553 (vg/ph)_Xác định mômen xoắn trên các trục

= 9,55.106 = 35977,798( Nmm)

0,238

6 13,1553

= 9,55.10 = 172774,471(Nmm)Momen xoắn của động cơ

:

N dc

0,37 920

Giới phạn pchảyđộ pcứng pHB p650265450230

0,8012 0,8 0,8012

-Sai số vận tốc là : =

= 0,15% < 5%

phần ii: tính toán thiết kế chi tiết máy

A.TíNH TOáN Bộ TRUYềN BáNH RĂNG TRONG HộP giảm TốC

I ) Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng

cấp nhanh ( bánh răng nghiêng )

1 Chọn vật liệu

Do giả thiết tải trọng tác dụng lên bộ truyền là trung bình nên ta chọn vật

liệu 2 cấp bánh răng là như nhau

Để đảm bảo sức bền bề mặt, tránh tróc rỗ, mòn dính; sức bền uốn để tránh

gãy đồng thời dễ cắt răng; đảm bảo độ chính xác và độ nhẵn cần thiết Vậy

nên vật liệu chủ yếu để chế tạo bánh răng

Là thép nhiệt luyện

_Vì tải trọng trung bình nên chọn vật liệu có HB < 350

Theo bảng 6.1 ( tkhdđ ck ) ta chọn các số liệu như sau :

Vật liệu Nhiệt luyện Giới hạn bềnBánh chủ động Thép 45 Tôi cải thiện 850

Bánh bị động Thép 45 Tôi cải thiện 750

2 Xác định ứng suất cho phép

 0H lim

_ứng suất cho phép :[ H ] = s H

Z R zV k XH K HL (*)Trong đó : chọn sơ bộ Z R zV k XH =1

sH hệ số an toàn , tra bảng (6.2) lấy sH = 1,1_Ta đã có độ rắn bánh nhỏ là :

KHL=Với mH=6 là bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc

NHE 2 = 60 1 331,78 24000 (

1 31.4

.4+ .4) = 13,93 108

Do bắt đầu từ NHO đường cong mỏi gần đúng là một đường thẳng song songvới trục hoành nên

NHE1= 2,89.109 > NHO1= 1,256.107 => NHE1= NHO1 => KHL1=1

NHE2= 13,39 108 > NHO2= 0,883.107 => NHE2= NHO2 =>

KHL2=1

Từ (*) ta có :

1 1, 1

[ H1]  [ H 2 ]

[ H]= = 513,635 (Mpa)

Thấy [ H] < 1,25 [ H] min =1,25.481,82 =602,275 (Mpa)

Flim là ứng xuất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở

0 = 1,8 HBChọn sơ bộ Y R.YS kXF =1

S :hệ số an toàn về uốn tra bảng (6.2 sách TTTKHDĐCK )

F

S =1,75_Vậy :

NFO :số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốnĐối với tất cả các loại thép ta có : N FO = 4 106

bánh 1 : n1=1420(v/ph)

1 61.4

N FE1 = 60 1 1420 24000 (

Bánh 2 : n2= n1/i1=331,78 (v/ph)

1 61.4

.4+

9

.4)=2,17.10

1 6 1.4

N

60

1

331,78 24000 (

3 M 1 tK H

[ ]2 p.tiba.tH1

Do bắt đầu từ NFO đường cong mỏi gần đúng là một đường thẳng song

song với trục hoành nên

NFE1= 2,17.109 > NFO= 4.106 => NFE1= NFO => KFL1=1

NFE2= 5,07.108 > NFO= 4.106 => NFE2= NFO => KFL2=1_Xét bộ truyền quay theo một chiều do đó KFC =1

Từ (**) ta có :

1.1 1,75

[ F1 ] = 477

1.1 1,7 5

[ F2 ] = 414

= 272,57 (Mpa)

= 236,5 (Mpa)

ứng xuất quá tải cho phép

ứng xuất tiếp xúc khi quá

ứng xuất uốn chophép (Mpa)

ỉng xuất tiếp xúcquá tải (Mpa)

ứng xuất uốn quá tải (Mpa)

M1 = 2789,233 (N.mm) momen xoắn trên trục bánh chủ động

[H] = 600(MPa) ứng xuất tiếp xúc cho phép

Chọn sơ bộ :  ba = 0,3 ( do vị trí bánh răng không đối xứng)

1

( 80 

200)

5/ Kiểm tra răng về độ bền tiếp xúc

Theo (6.33) ứng xuất tiếp xúc trên mặt răng làm việc :

z M .z H .z

H = d w1

Theo bảng 6.5 :Với bánh răng bằng thép ta chọn

zM = 274 MPa1/3 hệ số kể đến cơ tính của vật liệu

1

2.M 1.K H .K H

Với H : hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp ( tra bảng 6.15)

go :hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1và 2

( tra bảng 6.16)Tra bảng 6.15 ta lấy : H = 0,002 Tra bảng 6.16 ta lấy g0 = 73

H =648,69(MPa) > [H ] =487,953 (MPa) không thoả mãn điều kiện

tiếp xúc do vậy chọn lại lấy aw =55 mm

6 / Kiểm nghiệm độ bền uốn

_Ta có : F1 =

kF = kF .kF kFV : hệ số tải trọng khi tính toán về uốn

kF  :hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răngđồng thời ăn khớp khi tính về uốn

kF :hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộngvành răng khi tính về uốn

kFV :hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớpkhi tính về uốn

Tra bảng 6.7 lấy: kF = 1,12 Tra bảng 6.14 lấy: kF  = 1,40

zv2 = cos 3  

= 56,45 56Theo bảng 6.18 ta lấy :

*Kêt luận : đảm bảo độ bền uốn

7/ Kiểm nghiệm về độ quá tải

F2max = F2 kqt = 43,482 2,2= 95,66 Mpa

Ta thấy là : Hmax = 451,226 < [Hmax ] =1260 Mpa

F1max =92,39 < [F1max ] =520 ; F2max = 95,66 < [F2max ] =360

*Kết luận : đảm bảo điều kiện quá tải

8/ Các thông số của bộ truyền

cos13,34

2,25.52 cos13,34

Do giả thiết tải trọng tác dụng lên bộ truyền là trung bình nên ta chọn vật liệu 2 cấp bánh răng là như nhau

Để đảm bảo sức bền bề mặt, tránh tróc rỗ, mòn dính; sức bền uốn để tránhgãy đồng thời dễ cắt răng; đảm bảo độ chính xác và độ nhẵn cần thiết Vậy nên vật liệu chủ yếu để chế tạo bánh răng

Là thép nhiệt luyện

Hlim 1 1 Hlim 2 2

_Vì tải trọng trung bình nên chọn vật liệu có HB < 350

Theo bảng 6.1 ( tkhdđ ck ) ta chọn các số liệu như sau :

Vật liệu Nhiệt luyện Giới hạn bền [ b ] Giới hạn chảy [ ch ] độ cứng [ HB]

_Tính NHO = 30.Hb2,4 với NHO là số chu kỳ cơ sở khi tính độ bền tiếp xúc

NHE 1 = 60 1 331,78 24000 (

1 3 1.4

.4+ .4) = 13,93 108Bánh 2 : n3= n2/i2=331,78/4,28 =77,52 (v/ph)

1 3 1.4 NHE 2 = 60 1 77,52 24000 (

F

Flim

Flim1 Flim2

NHE1= 13,93 108 > NHO1= 1,256.107 => NHE1= NHO1 => KHL1=1

NHE2= 3,255 108 > NHO2= 0,999.107 => NHE2= NHO2 =>

KHL2=1_Ta chọn sơ bộ : ZR Zv = 1 , KXH =1 Và đã lấy SH = 1,1

Từ (1) ta có :

1 1, 1

[ H1 ] = 600

1

= 545,45 (Mpa)

[ H2 ] = 530 1,1 = 481,82 (Mpa)_Với cấp chậm sử dụng bánh răng thẳng nên ta có :

[ H]= [ H2 ] = 481,82(Mpa)_Thấy : [ H] < 1,25 [ H] min

_ứng xuất uốn cho phép : [ F] =

 0 F

lim

s F Y R YS k XF KFC K FL (2)Trong đó :0

Flim là ứng xuất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở

0 = 1,8(HB)Chọn sơ bộ Y R.YS kXF =1

S :hệ số an toàn về uốn tra bảng (6.2 sách TTTKHDĐCK) S =1,75

NFO :số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốnĐối với tất cả các loại thép ta có : N FO = 4 106

bánh 1 : n2=331,78(v/ph)

1 61.4

N FE1 = 60 1 331,78 24000 (

Bánh 2 : n3= n2/i2=77,52 (v/ph)

1 61.4

.4+

8

.4)=5,076.10

1 6 1.4

N FE2 = 60 1 77,52 24000 (

1 61.4

.4+ .4)= 1,185 10 8_Thấy là : NFE1 > N FO1 do đó K FL 1 = 1

NFE2 > N FO2 do đó K FL 2 = 1

_Xét bộ truyền quay theo một chiều do đó KFC =1

_ứng xuất quá tải cho phép

ứng xuất tiếp quá tải

1.1 1,7 5

ứng xuất uốn chophép (Mpa)

ứng xuất tiếp xúcquá tải (Mpa)

ứng xuất uốn quátải (Mpa)

2.tM p 2 p tK H tK H tK HV p t(i 2 p  1)

b w p ti 2

[H] = 2789,233 (MPa) ứng xuất tiếp xúc cho phép

Chọn sơ bộ :  ba = 0,4 ( do vị trí bánh răng không đối xứng)

KH : hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng răng khi tính về tiếp xúc

5/ Kiểm tra răng về độ bền tiếp xúc

Theo (6.33) ứng xuất tiếp xúc trên mặt răng làm việc :

z M .z H .z

H = d w1

Theo bảng 6.5 :Với bánh răng bằng thép ta chọn

zM = 274 MPa1/3 hệ số kể đến cơ tính của vật liệu

4 p 

3

4 p 1,734 3

_Vận tốc vòng : v =  60,22.331,7

8 60000

2.M 1.K H .K H

Với H : hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp ( tra bảng 6.15)

go :hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1và 2

( tra bảng 6.16)Tra bảng 6.15 ta lấy : H = 0,006 Tra bảng 6.16 ta lấy g0 = 73

vH = H go

_Do đó kHV = 1 +

v H .b w .d w1 2.M 2 .K H .K H =1 +

2, 79.0, 4.76.60, 22 2.12828,336.1, 05.1

= 1,064Với KH =1,05 đã trọn trước

_Thay tất cả vào trên ta tính được ứng xuất tiếp xúc :

kF = kF .kF kFV : hệ số tải trọng khi tính toán về uốn

kF  :hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răngđồng thời ăn khớp khi tính về uốn

kF :hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộngvành răng khi tính về uốn

kFV :hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớpkhi tính về uốn

Tra bảng 6.7 lấy: kF = 1,06 Tra bảng 6.14 lấy: kF  = 1,37

=1 +

7, 45.63, 6.60, 22 2.12828,336.1, 06.1, 37

= 1,123

 kF =kF .kF kFV = 1,37.1,06.1,123 = 1,63

1  +)Với = 1,7  Y =

K qt

2,2

1 1,734

27 cos 3 0

*Kêt luận : đảm bảo độ bền uốn

7/ Kiểm nghiệm về độ quá tải

F2max = F2 kqt = 60,75 2,2 = 133,65 Mpa

Ta thấy là : Hmax = 617,8 < [Hmax ] =1260

F1max =144,408 < [F1max ] =520 ; F2max = 133,65 < [F2max ] =360

*Kết luận : đảm bảo điều kiện quá tải

8/ Các thông số của bộ truyền

Khoảng cách trục a w = 76mm

Chiều rộng răng b w = 30

a

f f

Do giả thiết tải trọng tác dụng lên bộ truyền là trung bình nên ta chọn vật

liệu 2 cấp bánh răng là như nhau

Để đảm bảo sức bền bề mặt, tránh tróc rỗ, mòn dính; sức bền uốn để tránh

gãy đồng thời dễ cắt răng; đảm bảo độ chính xác và độ nhẵn cần thiết Vậy

nên vật liệu chủ yếu để chế tạo bánh răng

Là thép nhiệt luyện

_Vì tải trọng trung bình nên chọn vật liệu có HB < 350

Theo bảng 6.1 ( tkhdđ ck ) ta chọn các số liệu như sau :

Vật liệu Nhiệt luyện Giới hạn bền [ b ] Giới hạn chảy [ ch ] độ cứng [ HB]

Hlim 1 1 Hlim 2 2

_Tính NHO = 30.Hb2,4 với NHO là số chu kỳ cơ sở khi tính độ bền tiếp xúc

NHE 1 = 60 1 77,52 24000 (

Bánh 2 : n4= n3/ix=77,52/4,3 (v/ph)

1 31.4

.4+ .4) = 3,255 108

1 31.4

NHE 2 = 60 1 18,03 24000 (

1 31.4

.4+ .4) = 0,757 108

Do bắt đầu từ NHO đường cong mỏi gần đúng là một đường thẳng song

songvới trục hoành nên

F

Flim

Flim1 Flim2

NHE1= 3,255 108 > NHO1= 1,963.107 => NHE1= NHO1 =>

KHL1=1 NHE2= 0,757 108 > NHO2= 1,397.107 => NHE2= NHO2

=> KHL2=1

_Ta chọn sơ bộ : ZR Zv = 1 , KXH =1 Và đã lấy SH = 1,1

Từ (1) ta có :

1 1, 1

[ H1 ] = 600

1

= 545,45 (Mpa)

[ H2 ] = 530 1,1 = 481,82 (Mpa)_Với cấp chậm sử dụng bánh răng thẳng nên ta có :

[ H]= [ H2 ] = 481,82(Mpa)_Thấy : [ H] < 1,25 [ H] min

_ứng xuất uốn cho phép : [ F] =

 0 F

lim

s F Y R YS k XF KFC K FL (2)Trong đó :0

Flim là ứng xuất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở

0 = 1,8(HB)Chọn sơ bộ Y R.YS kXF =1

S :hệ số an toàn về uốn tra bảng (6.2 sách TTTKHDĐCK) S =1,75

NFO :số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốnĐối với tất cả các loại thép ta có : N FO = 4 106

Trong đó : C=1: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay

M i :mômen xoắn ở chế độ i

n i :số vòng quay ở chế độ i

t i : tổng số giờ làm việc ở chế độ i t=200.3.8.5 =24000 (giờ )

bánh 1 : n3=77,52 (v/ph)

1 61.4

N FE1 = 60 1 77,52 24000 (

Bánh 2 : n4= n3/ix=18,03 (v/ph)

1 6 1.4

.4+

8

.4)=1,186.10

1 61.4

N FE2 = 60 1 18,03 24000 (

1 6 1.4

.4+ .4)= 0,276 10 8_Thấy là : NFE1 > N FO1 do đó K FL 1 = 1

NFE2 > N FO2 do đó K FL 2 = 1

_Xét bộ truyền quay theo một chiều do đó KFC =1

_ứng xuất quá tải cho phép

ứng xuất tiếp quá tải

1.1 1,7 5

ứng xuất uốn chophép (Mpa)

ứng xuất tiếp xúcquá tải (Mpa)

ứng xuất uốn quátải (Mpa)

3 M p 3 p tK H

[  ] p.ti 2 ba.tHx

Chọn sơ bộ :  ba = 0,4 ( do vị trí bánh răng không đối xứng)

KH : hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng răng khi tính về tiếp xúc

5/ Kiểm tra răng về độ bền tiếp xúc

2.tM p 3 p tK H tK H tK HV p t(i x p  1)

b w p ti x

4 p   3

4 p1,7,34 3

Theo (6.33) ứng xuất tiếp xúc trên mặt răng làm việc :

H =

z M .z H .z

d w1

Theo bảng 6.5 :Với bánh răng bằng thép ta chọn

zM = 274 MPa1/3 hệ số kể đến cơ tính của vật liệu

a w p i

a w

i 2

250 4,3

1 = 94,34

 dw1 .n

3 60000

_Vận tốc vòng : v =

 94,34.77,52 60000

2.M 3 .K H .K H

Với H : hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp ( tra bảng 6.15)

go :hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1và 2

( tra bảng 6.16)Tra bảng 6.15 ta lấy : H = 0,006 Tra bảng 6.16 ta lấy g0 = 73

vH = H go

_Do đó kHV = 1 +

v H .b w .d w1 2.M 3 .K H .K H =1 +

1, 279.0, 4.250.94, 34 2.35977,798 1,12.1,13

= 1,016Với KH =1,12 đã trọn trước

_Thay tất cả vào trên ta tính được ứng xuất tiếp xúc :