Thiết kế hệ dẫn động xích tải

Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện: sj và sj - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất phá

Nội dung

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1

1.1 Chọn động cơ điện 1

1.2 Phân phối tỷ số truyền 3

1.3 Tính các thông số trên trục 3

1.4 Lập bảng thông số 4

PHẦN 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN 5

2.1 Tính toán thiết kế bộ truyền xích 5

2.2 Tính toánthiết kế bộ truyền trong ( bánh răng trụ) 12

PHẦN 3: TÍNH TRỤC, CHỌN Ổ LĂN 21

3.1 Tính toán khớp nối 21

3.2 Tính sơ bộ trục: 24

3.3 Tính, chọn đường kính các đoạn trục 28

Phần IV lựa chọn kết cấu 45

4.1 Tính, lựa chọn kết cấu cho các bộ phận, các chi tiết 45

4.2 Tính, lựa chọn bôi trơn: 48

4.3 Các kết cấu liên quan đến chế tạo vỏ hộp 48

4.4 Dung sai lắp ghép 51

Tài liệu tham khảo 53

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

ĐỀ SỐ 1: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG XÍCH TẢIPHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

Bảng thông số đầu vào:

1.1 Chọn động cơ điện

1.1.1 Công suất làm việc

 Hiệu suất bộ truyền xích: x= 0,92

 Hiệu suất ổ lăn: ol= 0,99

 Hiệu suất khớp nối: kn= 0,99

       br .ol3 d x= 0,97.0,993.0,92.0.99= 0,857

1.1.3 Công suất cần thiết trên trục động cơ

4, 2 0,857

lv yc

Số ca làm việc: soca = 2 (ca)

Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền

ngoài @ = 700

Đặc tính làm việc: va đập nhẹ

1.14 Số vòng quay trên trục công tác

sb x b

u u u

Theo bảng

2.4 [1]

960( / ) 38

cf db

dc ch lv

n u n

= 9,143Chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc ubr= 4

Tỷ số truyền của bộ truyền ngoài:

9,143 4

ch x br

u u u

= 2,28

Vậy ta có:

r x

9,14 4

2, 28

ch

b

u u u

Công suất trên trục công tác: Pct=Plv=4,2 (KW)

Công suất trên trục II:

4, 2

ct II

ol x

P P

 

= 4,611 (KW)Công suất trên trục I:

r

4,611

II I

ol b

P P

ol kn

P P

dc I kn

n n u

I II b

n n u

=240 (v/ph)

Số vòng quay trên trục công tác:

240 2.28

II ct x

n n u

= 105.26 (v/ph)Môment xoắn trên trục động cơ:

6 6 4,899

960

dc dc

dc

P T

n

= 48734,84 (N.mm)Môment xoắn trên trục I:

960

I I

I

P T

n

(N.mm)Môment xoắn trên trục II:

240

II II

II

P T

n

(N.mm)Môment xoắn trên trục công tác:

105, 26

ct ct

ct

P T

PHẦN 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN

2.1 Tính toán thiết kế bộ truyền xích

Thông số yêu cầu:

P = PII = 4,611 (KW)

T1 = TII = 183480 (N.mm)

n1 = nII = 240 (v/ph)

u = u = 2,28

với điều kiện Pt ≤[P], trong đó:

Pt – Công suất tính toán: Pt = P.k.kz.kn

Ta có:

Chọn bộ truyền xích thí nghiệm là bộ truyền xích tiêu chuẩn, có số răng

và vận tốc vòng đĩa xích nhỏ nhất là:

01 01

25 200

Z n

25

1, 0 25

Z k Z

kn – Hệ số vòng quay:

01 n 1

200 0,833 240

n k n

với loại xích ống con lăn, bước xích p = 25,4 (mm) =>

Số lần va đập cho phép của xích: [i] = 30

Do làm việc ở chế độ trung bình => kđ = 1,2

Ft – Lực vòng:

1815,35( ) 2,54

2

25, 4

202, 660( ) sin

sin

25

25, 4

461,082( ) sin

Kđ – Hệ số tải trọng động: Theo như mục trên ta đã tra được Kđ = 1,2

A – Diện tích chiếu của bản lề: Tra bảng 5.12 1

2.1.8 Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích

Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ df1 185,886 (mm)

Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ df2 444,308 (mm)

2.2 Tính toánthiết kế bộ truyền trong ( bánh răng trụ)

2.2.1 thông số đầu vào

0 lim

Z Z K K S

Bánh chủ động:

0 lim1 0 lim1

2 1 70 2.245 70 560( )1,8 1 1,8.245 441( )

H F

1,8 2 1,8.230 414( )

H F

HL

HE F m

mH=6,mF=6 bậc của đường cong mỏi khi khử về ứng suất tiếp xúc

NH0,NF0: số chu kỳ thay đổi ứng suất khi khử về ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn:

N HE1 >NH01 lấy N HE1 =NH01 �K HL1 1

N HE2 >NH02 lấy N HE2 =NH02 �K HL2 1

N FE1 >NF01 lấy N FE1 =NF01 �K FL11

N FE2 >NF02 lấy N FE2 =NF02 �K FL2 1

Do vậy ta có

0 lim 2

0 lim1

0 lim 2

560.1.1 509,09( )1,1

530.1.1 481,818( )1,1

441.1.1 252( )1,75

414.1.1 236,57( )1,75

Z2=uZ1=4.21,3=85,2 chọn Z2=85

Tỷ số truyền thực tế :

ut=

852

211

Z

Z 

=4,05Sai lệch tỷ số truyền :



=0,964

Y S 1,08 0,0695ln( ) 1,08 0,069ln 2 1,032 m   

Tra bảng

1,146,7[1] 1,19

KHv KFv

2.2.7 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng

 Kiềm nghiệm về ứng suất tiếp xúc

1

2 1

Tải trọng khi tính về tiếp xúc:

K H K HK HK Hv=1,13.1,05.1,03=1,22

Thay vào được:

2

2.47770.1,22(4,05 1)274.1,71.0,77

44.4,05.43,56

H

=472,74<=495,454 (MPa)

 Kiểm nghiệm về độ bền uốn:

Hệ số tải trọng khi tính về uốn: K F K FK FK Fv=1,37.1,14.1,07=1,67

Z Z

43,6

F F

Y Y

 Kiểm nghiệm về quá tải:

Hệ số quá tải: max

T Kqt  T

= 1,3

2 2

mz d

2.2.9 Bảng tổng kết các thông số của bộ truyền bánh răng:

PHẦN 3: TÍNH TRỤC, CHỌN Ổ LĂN 3.1 Tính toán khớp nối

Thông số đầu vào:

3.1.1 Chọn khớp nối:

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục:

Ta chọn khớp theo điều kiện:

cf

t kn cf

dt – Đường kính trục cần nối: dt = dđc =38 (mm)

Tt – Mô men xoắn tính toán: Tt = k.T với:

k – Hệ số chế độ làm việc, phụ thuộc vào loại máy Tra bảng

 

16.1 258

Ta được các thông số khớp nối như sau:

Mô men cần truyền: T = Tđc = 48735 (N.mm)Đường kính trục động cơ: dđc = 38 (mm)

250( ) 40( ) 6

105( )

cf kn cf kn

3.1.2 Kiểm nghiệm khớp nối

a Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng đàn hồi:

 

0 0 3

2 .

 d - Ứng suất dập cho phép của vòng cao su Ta lấy    �d (2 4)MPa;

Do vậy, ứng suất dập sinh ra trên vùng đàn hồi:

0 0

0,1 .

 u - Ứng suất cho phép của chốt Ta lấy   u (60 80) � MPa;

Do vậy ứng suất sinh ra trên chốt:

3.1.3 Lực tác dụng lên trục

Ta có:F kn (0,1 0,3)� F t; lấy F kn 0, 2F t trong đó:

928, 29( ) 105

t o

4.1.4 Bảng thông số cơ bản của nối vòng trục đàn hồi:

Môment xoắn lớn nhất có thể truyền

được

cf kn

Đường kính lớn nhất có thể của trục

nối

cf kn

Chiều dài đoạn công xôn của chốt l1 36 (mm)

3.2 Tính sơ bộ trục:

3.2.1 Chọn vật liệu chế tạo trục:

Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 tôi cải thiện có  b 600 MPa,

ứng suất xoắn cho phép [ ]=15 30 MPa �

3.2.3 Xác định lực từ các chi tiết, bộ truyền tác dụng lên trục (kèm sơ đồ đặt lực chung

2192,8 15,42 604,8

F a F a F tg t   tg 

NLực từ khớp nối tác dụng lên trục :

FKN =0,2.Ft

Với Ft=

2

2.48735 928,3105

Theo bảng (10.3_1/1) chọn :

k1 = 8….15 là khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến thành trong của hộp

k2= 5… 15 là khoảng từ mút ô đến thành trong của vỏ hộp

k3= 10…20 là khoảng cách từ mặt mút chi tiết đến nắp ổ

h= 15…20 chiều cao nắp ổ và đầu bulong

2(0) 1 13 11 11 .(11 12) 0

=> Các lực Fx10, Fx11, Fy10, Fy11 cùng chiều giả thiết

* xác định mô men tại các vị trí :

3.3.1.2 Vẽ biểu đồ mô men

Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục vào I

3.3.1.3 Tính mô men tương đương

Momen tổng, momen uốn tương đương:

d 30 mm

12

d  20 mm

3.3.1.6 Chọn và kiểm nghiệm then

+Xác định mối ghép then cho trục 1 lắp bánh răng, d13=30(mm), chọn then bằngtra bảng 9.1 [1]

173

a B

Ta có:

 Chiều rộng then:b=8(mm)

 Chiều cao then: h=7(mm)

 Chiều sâu rãnh then trên trục t1=4 (mm)

 Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2= 3,3 (mm)

 Chiều dài then: l=(0,8÷0,9).lm13= 28÷31,5 (mm)

Vậy tại vị trí này ta làm bánh răng liền trục

+Xác định mối ghép then cho trục 1 lắp khớp nối:

d12=20

Chọn then bằng tra bảng B

9.1( )173

a

[1] ta có:

 Chiều rộng then:b= 6 mm

 Chiều cao then : h= 6 mm

 Chiều sâu rãnh then trên tấm trục: t1= 3,5 (mm)

 Chiều dài then: l =(0,8÷0,9)lm12= (0,8÷0,9)45=36÷40,5 (mm)

Vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt.

3.3.1.7 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi

Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:

sj và sj - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toànchỉ xét đến ứng suất tiếp tại tiết diện j :

và - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đếngiới hạn mỏi

và - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn, trị số của chúngphụ thuộc vào các loại yếu tố gây tập trung ứng suất

-kiểm nghiệm tại tiết diện ở ổ lăn:

12,06 1 1 2,061

11,64 1 1 1,641

K

Kx

K Kx

477703013

1,54 0,81

21

1,91

K Kx

K Kx

3.3.1.8 Chọn, kiểm nghiệm ổ lăn

* Trục I có khớp nối nên ta đảo chiều khớp nối và tính lại phản lực tại các ổ:

2(0) 1 13 11 11 .(11 12) 0

2(0) 2192,8.46 11.92 185,7.(92 56) 0

1.604,8

0,04114,9.10

a

i F

tra bảng 11.4tr 215[1] => e = 0,351.Khả năng chịu tải động:

Theo công thức: C d Q L.m

Trong đó:

Q- là tải trọng động quy ước kN

L- là tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

m- là bậc đường cong mỏi khi thử về ổ lăn.m=3 với ổ bi

V là hệ số ảnh hưởng đến vòng nào quay, khi vòng trong quay V=1

kt: là hệ số ảnh hưởng đến nhiệt độ,ở đây chọn kt =1 do t<1000C

kđ: là hệ số ảnh hưởng đến đặc tính tải trọng Theo bảng B

11.3 [1]

215 ,ta chọn kđ =1,1 (va đập nhẹ)

X hệ số tải trọng hướng tâm

Tải trọng tĩnh tương đương tác dụng vào từng ổ:

Qt=1,42 kN < C0=14,9 kN thỏa mãn điều kiện bền

Vậy ổ thỏa mãn điều kiện bền khi chịu tải trọng động và tải trọng tĩnh

3.3.2 Trục II không yêu cầu tính đầy đủ

3.3.2.1 Chọn đường kính các đoạn trục dựa vào các yếu tố công nghệ, lắp ráp

Ta có:

 Chiều rộng then:b=12(mm)

 Chiều cao then:h=8(mm)

 Chiều sâu rãnh then trên trục t1=5 (mm)

 Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2= 3,3 (mm)

 Chiều dài then:l=(0,8÷0,9).lm23= (0,8÷0,9).45= 36÷40,5 (mm)

Chọn l= 36(mm)

+Xác định mối ghép then cho trục 2 lắp đĩa xích:

d22=32 (mm)

Chọn then bằng tra bảng B

9.1( )173

a

[1] ta có:

 Chiều rộng then:b= 10 mm

 Chiều cao then : h= 8 mm

 Chiều sâu rãnh then trên tấm trục: t1= 5 (mm)

 Chiều dài then: l =(0,8÷0,9)lm22=(0,8÷0,9).45= 36÷40,5(mm)

Phần IV lựa chọn kết cấu 4.1 Tính, lựa chọn kết cấu cho các bộ phận, các chi tiết

4.1.1 thiết kế vỏ hộp

Hộp giảm tốc để đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận máy,tiếp nhận tại trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến,đựng dầu bôi trơn bảo vệ các chi tiết máy tránh bụi bẩn

Chi tiết cơ bản của hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ

Chọn vật liệu làm hộp giảm tốc là gang xám GX15-32

Chọn bề mặt ghép ráp và thân đi qua tâm trục song song với đáy

4.1.2 Các phần tử cấu tạo nên hộp giảm tốc đúc

Chiều dày :thân hộp 

Đường kính

Bu lông nền d1 d1>0,04a+10=15, 8chọn d1=M

16

3618

Khe hở giữa các chi tiết

Giữa bánh răng với thành

4.2 Tính, lựa chọn bôi trơn:

Bộ truyền bánh răng có vận tốc vòng v 2,1 12( / ) m s nên ta chọn bôi trơn bằng cách ngâm trong dầu bằng

Do đáy hộp giảm tốc cách đỉnh răng bị động 1 khoảng 30 (mm)

Vậy chiều cao lớp dầu là 54 (mm)

Dầu bôi trơn trong hộp giảm tốc:vận tốc vòng của bánh răng v2,1và

470 1000

Độ nhớt của dầu là 50oc là 186(11)16 2 

tra bảng

18 13

101

B 

chọn được loại dầu ô tô máy kéo AK-15

4.3 Các kết cấu liên quan đến chế tạo vỏ hộp

+Bu lông vòng hay bu lông móc

Để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc chọn bu lông móc

+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 ta dùng nút thông hơi nắp trên cửa thăm

Tra bảng 18 6 2

93

B 

chọnA=M27x2, B=15, C=30, D=15, E=45, G=36, H=32, I=6, K=4, L=10,M=8, N=22, O=6, P=32, Q=18, R=36, S=32

+Nút tháo dầu:

Sau thời gian làm việc dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn của biến chất cần phảithay dầu mới,để tháo dầu cũ ra thì đáy hộp có lỗ thoát dầu được bịt kín bằng núttháo dầu

Chọn nút tháo dầu tra bảng 18 7 2

+Kiểm tra mức dầu : dùng que thăm dầu để kiểm tra mức dầu:

+Các chi tiết liên quan khác

Lót kín bộ phận ổ nhằm mục đích bảo vệ ổ khỏi bụi bặm, chất bẩn, hạt cứng và các tạp chất khác xâm nhập vào ổ, đề phòng mỡ chảy ra ngoài

Vòng phớt được dùng để lót kín và là chi tiết được dùng khá rộng rãi do có kếtcấu đơn giản, thay thế dễ dàng nhưng chóng mòn và ma sát lớn khi bề mặt có độ

nhám cao Ta chỉ cần chọn vòng phớt cho trục vào và ra và tra bảng 15-17 trang50.

Để ngăn cách mỡ trong bộ phận ổ với dầu trong hộp thường dùng các vòng chắn

mỡ (dầu) Kích thước vòng chắn mỡ (dầu) cho như hình vẽ trên

t = 2mm, a = 6mm

4.4 Dung sai lắp ghép

+ dung sai lắp ghép bánh răng

Chịu va đập nhẹ không yêu cầu tháo nắp thường xuyên ta chọn kiểu lắp trungH7/k6

+dung sai lắp bạc lót trục

Chọn kiểu lắp trung gian H7/h6 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp

+dung sai và lắp ghép ổ lăn

Để các vòng ổ không trơn trượt trên bề mặt trục hoặc lỗ khi làm việc cần chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi cho các vòng quay

Đối với các vòng không quay ta sử dụng kiểu lắp có độ dôi hở

Chính vì vậy khi lắp ổ lăn lên trục ta chọn mối ghép k6,còn khi lắp ổ lăn vào vỏ thò ta chọn H7

+dung sai lắp ghép nắp ổ lăn

Chọn kiểu lắp H7/d11 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp

+dung sai khi lắp vòng chắn dầu

Chọn kiểu lắp trung gian H7/h6 để thuận tiện cho quá trình tháo lắp

+dung sai lắp then trên trục

Theo chiều rộng chọn kiểu lắp trên trục là P9 trên bạc là D10

Bảng dung sai lắp ghép bánh răng :

Mối lắp Sai lệch giới hạn trên m Sai lệch giới hạn dưới m

Bảng dung sai lắp ghép ổ lăn:

Mối lắp Sai lệch giới hạn trên m Sai lệch giới hạn dưới m

Bảng dung sai lắp ghép nắp ổ lăn

Mối lắp Sai lệch giới hạn trên m Sai lệch giới hạn dưới m

Bảng dung sai lắp ghép vòng chắn dầu

Mối lắp Sai lệch giới hạn trên m Sai lệch giới hạn dưới m



35 7 / 6H h

Tài liệu tham khảo :

1 Thiết kế chi tiết máy [ Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm]

2 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (2 tập) [ Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ]

3 Bài giảng và hương dẫn làm bài tập dung sai của Ninh Đức Tốn – ĐH Bách Khoa Hà Nội