Thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn

Thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CHI TIẾT MÁY

Sinh viên thực hiện:THÂN TRỌNG KHÁNH ĐẠT MSSV:20800418

Ngành đào tạo: Chế tạo máy

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc.

Ngày hoàn thành: Ngày bảo vệ:

ĐỀ TÀI

Phương án số:01

1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2- Nối trục đàn hồi; 3- Hộp giảm bánh răng trụ 2 cấp đồng trục; 4- Bộ truyền xích ống con lăn; 5- thùng trộn.

Số liệu thiết kế:

Công suất trên trục thùng trộn, P(KW)=3kw :

Số vòng quay trên trục thùng trộn, n(v/p) =42:

Thời gian phục vụ, L(năm)=5 :

Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ

(1 năm làm việc 250 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)

Chế độ tải: T1 = T ; t1=60 giây; T2 =0.82T ; t2=12 giây

YÊU CẦU

01 thuyết minh, 01 bản vẽ lắp A0; 01 bản vẽ chi tiết

NỘI DUNG THUYẾT MINH

1 Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động

2 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:

a Tính toán các bộ truyền hở (đai hoặc xích)

b Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít)

c Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực

d Tính toán thiết kế trục và then

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC 3

LỜI NÓI ĐẦU 5

PHẦN 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 6

1.1 Chọn động cơ 6

1.2 Phân bố tỷ số truyền 7

1.3 Bảng đặc tính 8

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY 9

2.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH ỐNG CON LĂN 9

2.1.1 Xác định thông số xích và bộ truyền 10

2.1.2 Tính kiểm nghiệm xích về độ bền 11

2.1.3 Đường kính đĩa xích 11

2.1.4 Xác định lực tác dụng lên trục 12

2.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 12

2.2.1 Cấp chậm:bánh răng trụ răng nghiêng 12

2.2.1.1 Chọn vật liệu 12

2.2.1.2 Xác định hệ số tuổi thọ 13

2.2.1.3 Giới hạn mỏi tiếp xúc và giới hạn mỏi uốn 14

2.2.1.4 Ứng suất cho phép 14

2.2.1.5 Chọn hệ số 15

2.2.1.6 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 15

2.2.1.7 Modun răng, góc nghiêng răng, tỉ số truyền 15

2.2.1.8 Các thông số hình học chủ yếu bộ truyền bánh răng 16

2.2.1.9 Giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền 16

2.2.1.10 Chọn cấp chính xác theo vận tốc vòng bánh răng 17

2.2.1.11 Chọn hệ số tải trọng động 17

2.2.1.12 Kiểm nghiệm độ bền 18

2.2.1.13 Các thông số và kích thước bộ truyền bánh răng nghiêng 19

2.2.2.1 Chọn vật liệu 21

2.2.2.2 Xác định hệ số tuổi thọ 21

2.2.2.3 Giới hạn mỏi tiếp xúc và giới hạn mỏi uốn 21

2.2.2.4 Ứng suất cho phép 22

2.2.2.5 Chọn hệ số 22

2.2.2.6 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 23

2.2.2.7 Modun răng, góc nghiêng răng, tỉ số truyền 23

2.2.2.8 Các thông số hình học chủ yếu bộ truyền bánh răng 24

2.2.2.9 Giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền 34

2.2.2.10 Chọn cấp chính xác theo vận tốc vòng bánh răng 24

2.2.2.11 Chọn hệ số tải trọng động 24

2.2.2.12 Kiểm nghiệm độ bền 25

2.2.2.13 Các thông số và kích thước bộ truyền bánh răng nghiêng 26

2.3 THIẾT KẾ TRỤC – CHỌN THEN 26

2.3.1 Chọn vật liệu chế tạo các trục 26

2.3.2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 27

2.3.3 Xác định lực tác dụng lên trục 27

2.3.4 Chọn then bằng và kiểm nghiệm then 36

2.3.5 Kiểm nghiệm trục 37

2.4 TÍNH TOÁN Ổ LĂN – NỐI TRỤC 38

2.4.1 Tính chọn nối trục đàn hồi 38

2.4.2 Tính chọn ổ lăn 39

PHẦN 3: CHỌN THÂN MÁY, BULONG VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ 46

1 Xác định kích thước của vỏ hộp 46

2 Các chi tiết phụ khác 47

3 Chọn Bulong 50

4 Dung sai và lắp ghép 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí Mặtkhác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại Vì vậy, việcthiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong công cuộchiện đại hoá đất nước Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các hệthống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư cơ khí

Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói nóđóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất Đối với các hệ thốngtruyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc,qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Cơ kỹ thuật, Chitiết máy, Vẽ kỹ thuật ; và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế cơ khí.Hộpgiảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làmquen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn,…Thêm vào đó, trong quá trình thực hiệncác sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ Cơ khí, đây là điều rất cần thiết vớimột sinh viên cơ khí

Em chân thành cảm ơn thầy PGS.TS NGUYỄN HỮU LỘC, các thầy cô và các bạn

trong khoa cơ khí đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án

Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mongnhận được ý kiến từ thầy cô và các bạn

Sinh viên thực hiện

Thân Trọng Khánh Đạt

Phần 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUÂT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ:

1.1.1 Chọn hiêu suất của hệ thống:

 Hiệu suất truyền động:

       kn br1 br2 x ol4  0,99.0,98.0,98.0,95.0,994  0,8677

 Với:

kn 0,99: hiệu suất nối trục đàn hồi

br1 0,98: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 1.

br2  0,98: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 2.

x 0,95 : hiệu suất bộ truyền xích ống con lăn

0,99

ol  : hiệu suất ổ lăn

1.1.2 Tính công suất cần thiết:

 Công suất tính toán:

1.1.3 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ:

 Số vòng quay trên trục công tác: nlv=42 (vòng/phút)

 Chọn sơ bộ tỷ số của hệ thống:

ch h x

16 : tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp 8 40

2 : tỉ số truyền của bộ truyền xích 2 5

đc đc

1.2 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN:

 Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động:

42

đc ch

lv

n u

3 3.190 0,99.0,95

1420 3554

355 88,754

Trong đó: với z1=27, kz=25/27=0,926; với n01= 200 (vg/ph), kn=n01/n3=200/88,75=2,254

Theo công thức (5.4) và bảng 5.6 Tài liệu (*):

 Theo bảng 5.5 Tài liệu (*) với n01=200 (vng/ph), chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích

pc=31,75mm thỏa mãn điều kiện bền mòn:

k F F FVới :

- Theo bảng 5.2 tài liệu (*), tải trọng phá hỏng Q=88500N, khối lượng 1m xích

- Lực căng do lực li tâm: FV=q.v2=3,8.1,26802=6,11N;

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

F0=9,81.kf.q.a=9,81.4.3,8.1,257=187,43N (Với kf=4 khi bộ truyền nằm ngang

 Đường kính đĩa xích: Theo công thức (5.17) tài liệu (*) và bảng 14.4b:

 d1=p/sin(πa31,7522π1270/z1)=31,75/sin(πa31,7522π1270/27)=273,49mm ; d2=p/sin(πa31,7522π1270/

z2)=31,75/sin(πa31,7522π1270/57)=576,35mm.(Đường kính vòng chia)

 da1=p[0,5+cotg(πa31,7522π1270/Z1)]=287,51mm;

da2=p[0,5+cotg(πa31,7522π1270/Z2)]=591,35mm (Đường kính vòng đỉnh răng)

 df1=d1-2r=273,49-2.9,62=254,25mm và df2=d2-2r=576,35-2.19,05=538,25 (với bán kính đáy r=0,5025d1+0,05=0,5025.19,05+0,05=9,62mm và d1=19,05mm bảng 5.2 sách (*))

 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích theo công thức (5.18) tài liệu (*):

A=262mm2: diện tích của bản lề (bảng 5.12 sách (*))

E=2E1E2/(E1+E2)= 2,1.105 Mpa

A=262mm2: diện tích của bản lề (bảng 5.12 sách (*))

 Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra:

F0=9,81.kf.q.a=9,81.4.3,8.1,257=187,43 N (Với kf=4 khi bộ truyền nằm ngang nghiêng 1 góc <400)

2.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG:

 Thông số kĩ thuật:

- Thời gian phục vụ: L=5 năm

- Quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 250 ngày/ năm, 2 ca/ngày, 8 tiếng/ ca

- Cặp bánh răng cấp nhanh (bánh răng trụ răng nghiêng) :

 Tỷ số truyền : ubr1=4

 Số vòng quay trục dẫn: n1=1420 (vòng/phút)

 Momen xoắn T trên trục dẫn: T1=22 792,22 Nmm

- Cặp bánh răng cấp chậm (bánh răng trụ răng nghiêng) :

 Số vòng quay trục dẫn: n2=355 (vòng/phút)

 Momen xoắn T trên trục dẫn: T2=88 451,83 Nmm

2.2.1 Cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp chậm:

- 1 7 7 

2

39,41.10 9,85.104

Theo bảng 6.2 tài liệu (*) với thép 45, tôi cải thiện:

 Giới hạn mỏi tiếp xúc: 0Hlim 2HB70; S

 Ứng suất tiếp xúc cho phép :

- Tính toán sơ bộ : lim

530 481.821,1

Với K FC 1 (do quay 1 chiều), s  F 1,75– tra bảng 6.2 tài liệu (*)

1 441 1 2521,75

 K H 1,05

:trị số phân bố không đều tải trọng trên chiều rông vành răng Với

bd 1,06 tra bảng 6.7 tài liệu (*).

 Với kết quả aw tính được ta chọn khoảng cách trục tiêu chuẩn a w =160mm.

 Chọn sơ bộ góc nghiêng răng  100

 Theo (6.31) tài liệu (*) số răng bánh nhỏ:

 w

m u z a

2.2.1.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Theo công thức (6.33) tài liệu (*) ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:

2cos 2 cos11,67

1,73sin 2 b sin 2.20,44

H

tw

Z

Với: b: góc nghiêng răng trên hình trụ cơ sở

 Z: Hệ số kể dến sự trùng khớp của răng, xác định như sau:

- Hệ số trùng khớp doc:

0

w.sin( ) w .sin( ) 160.0,4.sin(12.43 )

1.75 1.2,5

: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

- Theo (6.40) tài liệu (*), vận tốc vòng của bánh chủ động:

- Theo ct (6.42) tài liệu (*), ta có: H  H g v a0 w / um  0,002.73.1,19 160 / 4 1,1 

với H 0,002: hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp (bảng 6.15 tài liệu (*));

g0=73: hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch bước răng bánh 1 và 2 (bảng 6.16 tài liệu (*))

-1 2

[H cx] [H].Z Z K V R xH 495,5.1.0,95.1 470,7 Mpa (2)

Như vậy từ (1) và (2) ta có: H [H], cặp bánh răng đảm bảo độ bền tiếp xúc

2.2.1.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

v

z z



107cos cos 12, 43

v

z z



 Theo bảng 6.7 tài liệu (*),KF  1,16

; theo bảng 6.14 với v=1.19 (m/s) < 2,5 (m/s) và cấp chính xác 9, KF 1,37, theo (6.47) tài liệu (*) hệ số

: hệ số kể đến độ nghiêng của răng

 Với m=2.5 mm, YS=1,08 – 0,0695ln(2,5)=1,022; YR=1 (bánh răng phay); KxF=1

(da<400mm), do đó theo (6.2) và (6.2a) tài liệu (*):

Với hệ số quá tải: Kqt=Tmax/T=1

 Theo (6.48) tài liệu (*) ứng suất tiếp quá tải:

- F2 max  F1 Kqt  56.1 56  MPa  [ F2]max  360 MPa

2.2.1.8 Bảng thông số và kích thước bộ truyền:

39,41.10 9,85.104

HE HE

 Giới hạn mỏi tiếp xúc: 0Hlim 2HB70; S

 Ứng suất tiếp xúc cho phép :

- Tính toán sơ bộ : lim

1

530 481.821,1

H

s K

MPa s

Với K FC 1 (do quay 1 chiều), s  F 1,75– tra bảng 6.2 tài liệu (*)

1 441 1 2521,75

Vì đây là hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục nên a w1 =a w2 =160Mmm

ba 0,28, bd  0,53ba(u1  1) 0,53.0,28.(4 1) 0.74  

 K H 1,04

:trị số phân bố không đều tải trọng trên chiều rông vành răng Với

bd 1,06 tra bảng 6.7 tài liệu (*).

2.2.2.4 Xác định các thông số ăn khớp:

 m n 0,01 0,02 a w 1,6 3,2 mm

, theo bảng trị số tiêu chuẩn 6.8 tài liệu (*) chọn m n 2, 5mm

 Chọn sơ bộ góc nghiêng răng  100

 Theo (6.31) tài liệu (*) số răng bánh nhỏ:

 w

88 422

m u z a

2.2.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Theo công thức (6.33) tài liệu (*) ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:

2cos 2 cos11,67 1,73sin 2 b sin 2.20,44

 Z: Hệ số kể dến sự trùng khớp của răng, xác định như sau:

- Hệ số trùng khớp doc:

0

w.sin( ) w .sin( ) 160.0,28.sin(12.43 )

1.23 1.2,5

: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

- Theo (6.40) tài liệu (*), vận tốc vòng của bánh chủ động:

- Với 2,5(m/s)<v=4,76 (m/s) < 5 (m/s) theo bảng 6.13 tài liệu (*) dùng cấp chính xác 8 ta

2.22 792,22.1,4 4 1274.1,73.0,77 240 (1)

M H H

[H cx] [H].Z Z K V R xH 495,5.1.0,95.1 470,7 Mpa (2)

Như vậy từ (1) và (2) ta có: H [H], cặp bánh răng đảm bảo độ bền tiếp xúc

2.2.2.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

25

27cos cos 12, 43

v

z z



107cos cos 12, 43

v

z z



 Theo bảng 6.7 tài liệu (*),KF  1,11

; theo bảng 6.14 với v=4,76 (m/s) < 5 (m/s) và cấp chính xác 8, KF 1,27, theo (6.47) tài liệu (*) hệ số

: hệ số kể đến độ nghiêng của răng

 Với m=2.5 mm, YS=1,08 – 0,0695ln(2,5)=1,022; YR=1 (bánh răng phay); KxF=1

(da<400mm), do đó theo (6.2) và (6.2a) tài liệu (*):

2.2.2.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải:

Với hệ số quá tải: Kqt=Tmax/T=1

 Theo (6.48) tài liệu (*) ứng suất tiếp quá tải:

- F2 max  F1 Kqt  26,1.1 26,1  MPa  [ F2]max  360 MPa

2.2.2.8 Bảng thông số và kích thước bộ truyền:

Qui ước các kí hiệu:

 k : số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc

 i : số thứ tự của tiết diện trục trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền tải trọng

 i = 2 s : với s là số chi tiết quay

 l k1 : khoảng cách trục giữa các gối đỡ 0 và 1 trên trục thứ k

 lki : khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ k

 lmki

: chiều dài mayo của chi tiết quay thứ i (lắp trên tiết diện i) trên trục

 lcki : khoảng công-xôn trên trục thứ k, tính từ chi tiết thứ i ở ngoài hộp giảm

tốc đến gối đỡ

 bki : chiều rộng vành bánh răng thứ i trên trục k.

2.3.1 Chọn vật liệu và xác định sơ bộ đường kính trục:

Thép 45 có  600b MPa, ứng suất xoắn cho phép   12 20MPa

 Xác định sơ bộ đường kính trục thứ k : 3 0, 2 

k k

T d

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

 k1 10mm : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

 k2 8mm

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

 k3 10mm : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

 h n 15mm : chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông

Với l m13 (1,2 1,5) d1 (30 37,5)( mm) nhưng do chiều rộng bánh răng là

bw1=50mm nên tối thiểu ta phải chọn lm13=bw=50mm: chiều dài mayo bánh răng trụ

 Chọn sơ bộ chiều dài mayo bánh răng trụ:

 Phân tích phản lực tại các gối đỡ:

- Moment uốn quanh trục X do lực dọc trục Fa4 gây ra tại mặt cắt 31:

31

32

33

2.3.5 Chọn và kiểm nghiệm then:

 Dựa theo bảng 9.1a tài liệu (*), chọn kích thước then b h theo tiết diện lớn nhất của trục

 Chọn chiều dài l t của then theo tiêu chuẩn, nhỏ hơn chiều dài mayo l m   5 10mm

 Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt then bằng

 [s] hệ số an toàn cho phép Thông thường [s] = 1,5 … 2,5 (khi tăng độ cứng: [s] = 2,5

… 3, như vậy không cần kiểm nghiệm về độ cứng trục)

 s, s hệ số an toan toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp, ứng suất tiếp.

  : giới hạn bền của vật liệu với thép 45 thường hóa

 K  1,75;K  1,5 : hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự tập trung ứng suất đến độ bền mỏi (bảng 10.8 tài liêu (**))

    a, m, ,a m

: biên độ và giá trị trung bình của ứng suất.

 Do tất cả các trục của hộp giảm tốc đều quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối

xứng m 0; a max M

W

    

với W là moment cản uốn, M là moment uốn tổng.

 Do trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động

0 là moment cản xoắn, T là moment xoắn

    0,05;    0 : hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi của vật liệu – cacbon mềm (trang 359 tài liệu (**))

  ,  : hệ số kích thước (bảng 10.3 tài liệu (**))

106.88

70.38

58.78

12 3566.39 7775.63 6.23 1.47 8.04 0.88 0.81 35.65 93.95 33.33

II 20,2

-21 3566.39 7775.63 12.28 5.69 23.21 0.88 0.81 18.11 24.21 14.50

- Chọn V=1 ứng với vòng trong quay.

- Lực dọc trục tác động vào ổ A, B do lực hướng tâm FR gây ra:

F

R A

F

1

F

- Ta có:

ta R A

Từ kết quả trên ta thấy rằng ổ B chịu tải trọng lớn hơn nên ta tính toán theo ổ B

 Thời gian làm việc:

0,5 449,6 0,47 234,1 334,8

449,6449,6