Đồ án thiết kế hệ dẫn động cơ khí hộp giảm tốc trục vít bánh vít

Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động.. Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc trục vít – bánh vít 1 cấp.. Các thông số hình học chủ yếu bộ truyền bá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CHI TIẾT MÁY

Sinh viên thực hiện:TRẦN VĂN ĐOÀN MSSV:52130332

LÊ THÀNH ĐẠT .MSSV :52130334

Ngành đào tạo:Công nghệ kỹ thuật ô tô

Giáo viên hướng dẫn:PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc

Ngày hoàn thành: Ngày bảo vệ:

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 (xích)

b Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc (trục vít – bánh vít 1 cấp)

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

e Chọn ổ lăn và nối trục

f Chọn thân máy, bu lông và các chi tiết phụ khác

3 Chọn dung sai lắp ghép

4 Tài liệu tham khảo

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 Cấp nhanh: bánh răng trụ răng nghiêng 20

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 Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại Vì vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hoá đất nước Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các

hệ thống 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 nó đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất Đối với các hệ thống truyền 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, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật ; và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế cơ khí.Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn,…Thêm vào đó, trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ Cơ khí, đây là điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí

Em chân thành cảm ơn thầy TRẦN NGỌC NHUẦN, đã giúp đỡ em rất nhiều trong

1.1.1 Tính công suất làm việc:

Vì tải trọng không thay đổi nên

 Nev=

1.1.2 Công suất của động cơ (N dc )

Ndc = ηt : hiệu suất chung của bộ truyền động

Ta có: ηt = η1 η3 η4 η5

 Với:

: hiệu suất khớp nối : hiệu suất cặp ổ lăn : hiệu suất 1 cặp bánh vít : hiệu suất bộ truyền xích : hiệu suất băng tải Tra bảng: 1 trang 23 nhà xuất bản giáo dục

 ηt=1 0,993 0,70 0,93 0,96 =0.61

Ndc = = 13,11 (kW)

1.1.3 Tốc độ quay

1.1.3.1 Tốc độ quay làm việc của động cơ ( nev )

là tốc độ quay của trục tang

nlv =

 nlv = = 51 (vòng/phút)

1.1.3.2 Tốc độ quay của động cơ nđc

nđc = i nlv trong đó: i tỉ số truyền chung

theo bảng 6

Vận tốc quay V/phút

1.1.4) Kiểm tra động cơ điện

a) Kiểm tra thời gian khởi động

B = = 25

trong đó Pmax : lực căng lớn nhất trên dây cáp

V : vận tốc kéo trên tang m/s

n : tốc độ quay động cơ V/phút

η : hiêuk suất truyền động của hệ thống

GD2 : mômem bánh đà

b) Kiểm tra mở máy ( )

với Mc mômem ban đầu:

1.2 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN:

1.2.1 Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động:

mà i = ix ih

2.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH:

2.1.1 Chọn loại xích:

 Vì vận tốc của đĩa xích nhỏ của bộ truyền xích nên chọn xích con lăn

 Số răng của đĩa xích nhỏ Z1 = 29 – 2i 19

 Z1 = 25 ( thỏa điều kiện )

 Số răng của đĩa xích lớn Z2 = i Z1 120

 Z2 = 2 25 = 50 Nên ta chọn Z2 = 51 (răng)

Tỷ số truyền thực tế của bộ truyền

Công suất tính toán

N : công suất danh nghĩa cần truyền của bộ truyền

Tra bảng 25 trang 51 : thiết kế chi tiêt máy

Vì vận tốc trượt sơ bộ chon vật liệu đồng thanh làm vành răng bánh vít,

ăn khớp trục vít bằng thép C45 tôi bề mặt Vành răng bộ truyền được chế tạo cấp chính xác 9, đúc khuôn cát

2.2.2 Ứng suất cho phép của đồng thanh chọn theo điều kiện tránh dính với vận tốc sơ bộ 5,72 m/s lấy bảng 44/80

b) Ứng suất uốn cho phép

tra bảng 44 :

Theo công thức ( 11-31)

vì tải trọng khoong đổi nên có số chu kỵ hay tải trọng tĩnh

: tổng số giờ làm việc của bộ truyền

c) Ứng suất quá tải cho phép

Lẽ ra theo bảng 11-3 có thể lấy f = 0,02 nhưng vì răng vít làm bằng đồng thanh không có thiếc, cho nên lấy tăng thêm theo công thức 11-18

phù hợp với dự đoán 2.2.6 Kiểm nghiệm ứng suất uốn theo công thức 11-26

Phần 3 THIẾT KẾ TRỤC

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

Trục thường chế tạo bằng thép cacbon và thep hợp kim, trục của máy chịu tải trọng lớn nen

SVTH: Trần Văn Đoàn – MSSV:52130332 Trang 18

Tra bảng 10.2 ta chonk sơ bộ đường kính trục và bề rônhj ổ lăn theo trục

Vì trục I nối với động cơ qua khớp nối và trục vào hộp giảm tốc nên đường kính sơ bộ

A Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết

B,B1,B2 Chiều rộng ổ lăn

Chiều dày thân hộp

b) Xác định khoảng cách các gối đỡ và điểm đặt lực

l4 Khoảng cách tùe nắp ổ đến mặt cạnh của

L1 Chiều các giữa hai gối đỡ trục vít

N2 =8 18 kW

L1=0,9 d2 =405 mm

L2 Khoảng cách giữa hai gối đõ trục vít

L2= 2.120+2

h1,h2 Khoảng cách từ mặt phẳng đi qua trục

bánh vít đến các gối đỡ trục vít

H1=

Vì N2 =8 kW

Mômem tại tiết diện 1 :

Mômem tại tiết diện 2:

Mô men tại G

189497,48 Nmm

Mx

131740,425 Nmm

Kiểm nghiệm hệ số an toàn

Trong đó là hệ số an toàn khi chỉ xét riêng ứng suất uônd và ứng suất xoắn

Trong đó là giới hạn mỏi uốn, mỏi xoắn trong chu kỳ đối xứng của đường kính

7-10 , được tính gần đúng theo công thức

biên độ ứng suất uốn và ứng suất xoắn trong tiết diện trục: ứng suất uốn và xoắn trung bình

ứng suất được coi như thay dổi theo chu kỳ đối xứng do đó

+ a = max = M/W = 331682,86/2000π=52,79

W:momen cản uốn W = πd3/32 =π.403/32 =2000π

Ứng suất xoắn được thay đổi theo chu kỳ mạch động(trục quay một chiều)

m = a = 0,5 max = 0,5 T/Wo =,0,5.84896,23/4000π = 3,38

Wo lực momen xoắn theo tiết diện trục

,  hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất tính đến độ bền mỏi

75 1

6,1

s = 2  2 

/   

 s s s

48 , 2 79 ,

19  = 2,46 > [ s]=1,5÷2 [s] hệ số an toàn cho phép

Kết luận:vậy lấy đường kính trục d=40 mm

2.Tính trục raTrục II:

 Phân tích phản lực tại các gối đỡ:

- Moment uốn quanh trục X do lực dọc trục Fa2 gây ra tại mặt cắt 21:

chiều chọn ngược lại

 Đường kính các đoạn trục:

2 2

75 ,

xj yj

0 2

Mu =0 Vậy Mtd3=616492,81 Nmm

Vì d2=60 nên chọn   =50 MPa

 

3

.1,

0 

tdj j

2

M

 [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=1,63 , K=1,5 hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự tập trung ứng suất đến độ bền mỏi (bảng 59 tài liêu (**))

D0= d1= 55 mm

D2= 58 mm

D3= 50 mm

    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

W

     với W là moment cản uốn, Mlà moment uốn tổng

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

W =với W0 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 57 tài liệu (**))

PHẦN 6: CHỌN THÂN MÁY, BULONG, CÁC CHI TIẾT PHỤ, DUNG

- Hộp giảm tốc bao gồm: thành hộp, nẹp hoặc gân, mặt bích, gối đỡ, …

- Bề mặt lắp ghép giữa nắp và thân được cạo sạch hoặc mài để lắp sít, khi lắp có một lớp sơn mỏng hoặc sơn đặc biệt

- Chọn bề mặt ghép nắp và thân: song song mặt đế

- Mặt đáy về phía lỗ tháo dầu với độ dốc khoảng 20 và ngay tại chỗ tháo dầu lõm xuống

1.2 Xác định kích thước vỏ hộp:

Chiều dày: - Thân hộp, 

- Nắp hộp, 1

 = 0,04a + 3 = 14 mm

1 = 0,85. = 12 mm

Gân tăng cứng: - Chiều dày gân thân hộp

- Chiều dày gân nắp hộp

Mặtbích ghép nắp và thân:

- Chiều dày bích dưới của thân hộp, b

- Chiều dày bích trên của nắp hộp, b1

h xác định theo kết cấu, phụ thuộc tâm lỗ

bulông và kích thước mặt tựa

Khe hở giữa các chi tiết:

- Giữa bánh răng với thành trong hộp

- Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp

- Giữa mặt bên các bánh răng với nhau

 (1  1,2) = 14 mm

1 (3  5) = 70 mm

=14mm Sốlượng bulông nền, Z Z = (L + B)/( 200 300) = 4

L= mm và B= mm

2 CÁC CHI TIẾT LIÊN QUAN ĐẾN KẾT CẨU VỎ HỘP:

2.1 Chốt định vị:

Mặt ghép giữa nắp và thân nằm trong mặt phẳng chứa đường tâm các trục Lỗ trụ (đường kính D) lắp ở trên nắp và thân hộp được gia công đồng thời Để đảm bảo vị trí tương đối của nắp và thân trước và sau khi gia công cũng như lắp ghép, dùng 2 chốt định vị Nhờ có chốt định

vị, khi xiết bulông không làm biến dạng vòng ngoài của ổ (do sai lệch vị trí tương đối của nắp

và thân), do đó loại trừ được một trong những nguyên nhân làm ổ chóng bị hỏng

Ta dùng chốt định vị hình côn có các thông số sau:

2.4 Nút thông hơi:

Khi làm việc, nhiệt độ trong hộp tăng lên Để giảm áp suất và điều hòa không khí bên trong

và bên ngoài hộp, người ta dùng nút thông hơi Nút thông hơi được lắp trên nắp cửa thăm Kích thước nút thông hơi (tra bảng 18-6 [1]):

2.5 Nút tháo dầu:

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

- Kết cấu và kích thước của nút tháo dầu tra trong bảng 18-8 [1] (nút tháo dầu tru) như sau:

2.6 Que thăm dầu:

- Đê kiểm tra mức dầu trong hộp ta dùng que thăm dầu

Que thăm dầu 2.7 Vòng móc:

- Dùng để di chuyển hộp giảm tốc 1 cách dễ dàng

Để đảm bảo độ đồng tâm và không bị sút, ta chọn kiểu lắp chặt P7/h6

5.5 Lăp ghép then:

Theo chiều rộng, chọn kiểu lắp trên trục là P9/h8 và kiểu lắp trên bạc là Js9/h8

Theo chiều cao, sai lệch giới hạn kích thước then là h11

Theo chiếu dài, sai lệch giới hạn kích thước then là h14

BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP

Chi tiết

Kích thước (mm)

Mối lắp ES

(m)

EI (m)

es (m)

ei (m)

Độ dôi lớn nhất

Độ hở lớn nhất

Qua thời gian làm đồ án môn học thiết kế hệ thống truyền động cơ khí, em đã nắm vững hơn

về cách phân tích một công việc thiết kế, cách đặt vấn đề cho bài toán thiết kế

Vì đặc trưng nghiên cứu của môn học là tính hệ truyền động nên qua đó giúp cho sinh viên

có cách xử lý sát thực hơn và biết cách kết hợp với những kiến thức đã được học để tính toán

và chọn ra phương án tối ưu cho thiết kế

Dù đã cố gắng hoàn thành đồ án này với cường độ làm việc cao, kỹ lưỡng và có sự hướng dẫn rất cụ thể của quý thầy cô khoa Cơ khí nhưng do hiểu biết còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắc chắn đồ án này còn có nhiều thiếu sót và bất cập Vì vậy, em rất mong sự sửa chữa và đóng góp ý kiến của quý thầy cô để em được rút kinh nghiệm và bổ sung thêm kiến thức

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Ngọc

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

[2] Nguyễn Hữu Lộc: Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2004

[3] Trần Hữu Quế: Vẽ kỹ thuật cơ khí, tập 1 và 2 Nhà xuất bản giáo dục, 2001

[4] Đỗ Kiến Quốc (chủ biên): Sức bền vật liệu Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2004