Đồ án thiết kế hệ thống dẫn động xích tải hộp giảm tốc côn - trụ 2 cấp

Đồ án thiết kế là một môn học giúp cho sinh viên chuyên ngành Cơ khí có những kiến thức cơ bản về việc thiết kế các hệ thống truyền động cơ khí, để từ đó có cách nhìn về hệ thống sản xuất, về việc điều khiển các hệ thống tự động trong các nhà máy, xí nghiệp hay phân xưởng. Trong chương trình đào tạo cho sinh viên, nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu: “Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải”. Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợp, còn có những mảng chưa nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng, song bài làm của em không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy giúp em có được những kiến thức thật cần thiết để sau này ra trường có thể ứng dụng trong công việc cụ thể của sản xuất. Trong phạm vi đồ án, các kiến thức từ các môn cơ sở như Nguyên lý máy, Cơ lý thuyết, Vẽ kỹ thuật, ... được áp dụng khiến sinh viên có cái nhìn tổng quan về một hệ thống dẫn động cơ khí. Từ đây, cộng với những kiến thức chuyên ngành, em sẽ tiếp cận được với các hệ thống thực tế, có được cái nhìn tổng quan hơn để chuẩn bị cho đồ án tiếp theo và luận văn tốt nghiệp.Em xin chân thành cảm ơn thầy đã tận tâm hướng dẫn em hoàn thành đồ án môn học.Đây là đồ án thiết kế một hệ thống cơ khí đầu tiên nên sẽ không tránh được những thiếu sót và thiếu kinh nghiệm trong việc tính toán, chọn lựa các chi tiết. Em kính mong được sự chỉ dẫn thêm của quý thầy cô để em được củng cố kiến thức và đúc kết thêm những kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc sau này. Trân trọng cảm ơn

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

1

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án thiết kế là một môn học giúp cho sinh viên chuyên ngành Cơ khí có những kiến thức cơ bản về việc thiết kế các hệ thống truyền động cơ khí, để từ đó có cách nhìn về

hệ thống sản xuất, về việc điều khiển các hệ thống tự động trong các nhà máy, xí nghiệp hay phân xưởng Trong chương trình đào tạo cho sinh viên, nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu: “Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải”

Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợp, còn có những mảng chưa nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng, song bài làm của em không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy giúp em có được những kiến thức thật cần thiết để sau này ra trường có thể ứng dụng trong công việc cụ thể của sản xuất

Trong phạm vi đồ án, các kiến thức từ các môn cơ sở như Nguyên lý máy, Cơ lý thuyết, Vẽ kỹ thuật, được áp dụng khiến sinh viên có cái nhìn tổng quan về một hệ thống dẫn động cơ khí Từ đây, cộng với những kiến thức chuyên ngành, em sẽ tiếp cận được với các hệ thống thực tế, có được cái nhìn tổng quan hơn để chuẩn bị cho đồ án tiếp theo và luận văn tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn thầy đã tận tâm hướng dẫn em hoàn thành đồ án môn học

Đây là đồ án thiết kế một hệ thống cơ khí đầu tiên nên sẽ không tránh được những thiếu sót và thiếu kinh nghiệm trong việc tính toán, chọn lựa các chi tiết Em kính mong được sự chỉ dẫn thêm của quý thầy cô để em được củng cố kiến thức và đúc kết thêm những kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc sau này

Trân trọng cảm ơn!

2

3

Mục lục

I XÁC ĐỊNH ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 7

1.1 Chọn động cơ điện 7

1.1.1 Xác định công suất động cơ 7

1.1.2 Xác định số vòng quay sơ bộ 8

1.1.3 Phân bố tỉ số truyền 8

1.2 Bảng thông số 8

1.2.1 Công suất trên các trục 9

1.2.2 Số vòng quay trên các trục 9

1.2.3 Moment xoắn trên các trục 9

1.2.4 Bảng đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động 10

II TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI 11

2.1 Thông số đầu vào 11

2.2 Tính toán bộ truyền đai 11

2.2.1 Chọn loại đai 11

2.2.2 Xác định thông số bộ truyền 11

2.2.3 Xác định số dây đai 13

2.2.4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 14

2.2.5 Tuổi thọ đai 14

2.3 Bảng thông số bộ truyền đai thang 15

III TÍNH TOÁN HỘP GIẢM TỐC 16

3.1 Thông số đầu vào 16

3.2 Chọn vật liệu 16

3.3 Xác định ứng suất cho phép 16

3.4 Tính toán bộ truyền cấp nhanh – Cặp bánh răng côn 18

3.4.1 Xác định chiều dài côn ngoài 18

3.4.2 Xác định thông số ăn khớp 19

3.4.3 Tính lại thông số cơ bản của bộ truyền 19

3.4.4 Xác định lực tác dụng lên bộ truyền 20

3.4.5 Kiểm nghiệm răng về độ bề tiếp xúc 20

4

3.4.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 21

3.4.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải 22

3.4.8 Bảng thông số bánh răng côn 22

3.5 Tính toán bộ truyền bánh cấp chậm – Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 23

3.4.1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 23

3.4.2 Xác định thông số ăn khớp 24

3.4.3 Xác định lực tác dụng lên bộ truyền 24

3.4.4 Kiểm nghiệm răng về độ bề tiếp xúc 24

3.4.5 Kiểm nghiệp răng về độ bề uốn 27

3.4.6 Kiểm nghiệm răng về quá tải 28

3.4.7 Bảng thông số bánh răng trụ nghiêng 29

3.6 Điều kiện bôi trơn ngâm dầu 30

IV TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRỤC 31

4.1 Thông số cơ bản 31

4.2 Tính toán, thiết kế trục và then 31

4.2.1 Chọn vật liệu tính toán sơ bộ 31

4.2.2 Thiết kế trục I 33

4.2.3 Thiết kế trục II 36

4.2.4 Thiết kế trục III 38

4.2.5 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi và bền tĩnh 40

4.2.6 Kiểm nghiệm độ bền của then 42

V TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Ổ LĂN 44

5.1 Trục I 44

5.1.1 Thông số đầu vào 44

5.1.2 Chọn loại ổ lăn 44

5.1.3 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ 44

5.1.4 Khiểm nghiệm khả năng tải tĩnh 46

5.1.5 Số vòng quay tới hạn của ổ: 46

5.2 Trục 2 47

5.2.1 Thông số đầu vào 47

5.2.2 Chọn loại ổ lăn 47

5

5.2.3 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ 47

5.2.4 Khiểm nghiệm khả năng tải tĩnh 49

5.2.5 Số vòng quay tới hạn của ổ: 49

5.3 Trục III 50

5.3.1 Thông số ban đầu 50

5.3.2 Chọn loại ổ lăn 50

5.3.3 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ 51

5.3.4 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh 52

5.3.5 Số vòng quay tới hạn của ổ 52

VI THÂN MÁY, BULONG VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC 54

6.1 Kết cấu vỏ hộp giảm tốc đúc 54

6.2 Một số kết cấu khác liên quan đến vỏ hộp 56

6.2.1 Vòng móc 56

6.2.2 Chốt định vị 56

6.2.3 Cửa thăm 56

6.2.4 Nút thông hơi 57

6.2.5 Nút tháo dầu 58

6.2.6 Que thăm dầu 58

6.2.7 Ống lót 59

6.2.8 Vòng chắn dầu, chắn mỡ 60

VII DUNG SAI LẮP GHÉP 60

7.1 Dung sai ổ lăn: 60

7.2 Lắp ghép bánh răng trên trục: 61

7.3 Lắp ghép nắp ổ và thân hộp: 61

7.4 Lắp ghép vòng chắn dầu trên trục: 61

7.5 Lắp chốt định vị: 61

7.6 Lăp ghép then: 61

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

6

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Hệ thồng dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ;

2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp côn trụ; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Xích tải (Quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ)

Số ca làm việc trong ngày, ca: 3

7

1.1.1 Xác định công suất động cơ

Vì động cơ làm việc theo sơ đồ tải trọng nên ta chọn động cơ dựa vào công thức đẳng trị Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết: Pđ ≥ P

η = 0,97: Hiệu suất bộ bánh răng trụ răng nghiêng

η = 0,97: Hiệu suất bộ bánh răng côn

ηđ = 0,95: Hiệu suất bộ truyền đai

η = 0,995: Hiệu suất cặp ổ lăn

η = 1: Hiệu suất nối trục Công suất cần thiết của động cơ: Pđ = đ = ,

Từ đây, ta có tỉ số truyền chung sơ bộ: u = uđ u = 1,5.12 = 18

Hộp giảm tốc bánh răng côn – trụ 2 cấp: u = 12

u = 4; u = 3

Sai số nhỏ hơn 5% nên ta có thể chấp nhận giữ nguyên các tỉ số truyền đã chọn

1.2.3 Moment xoắn trên các trục

11

II TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI

Bộ truyền đai thang có:

Theo bảng 4.13 tài liệu [1] ta có các thông số sau:

bt, mm b, mm h, mm y0, mm A, mm2 Chiều dài đai, l (mm) d1, mm

Sai số nhỏ hơn 5% nên ta có thể chấp nhận giữ nguyên các tỉ số truyền đã chọn

Khoảng cách trục chọn nhỏ nhất xác định theo công thức:

Chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn: L = 1320 mm = 1,32 m

Kiểm tra tuổi thọ: i = = ,

, = 8,36 s < [i] = 10 s , do đó điều kiện được thỏa Tính lại khoảng cách trục: a = √

13

Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép

Góc ôm đai bánh đai nhỏ:

[P ] C C C CTrong đó:

 Kđ = 1 – hệ số tải trọng động xem bảng 4.7 tài liệu [1]

 [P0] = 1,85 – công suất cho phép, kW Đối với đai thang thường với v

= 10 m/s theo bảng 4.19 tài liệu [1]

 C = 0,98 – hệ số ảnh hưởng đến góc ôm đai theo bảng 4.15 tài liệu [1] với α = 168,13

 C = 1,11 – hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền

14

Đường kính ngoài của bánh đai:

2.2.4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Do vận tốc v < 30 m/s nên ta bỏ qua lực ly tâm Fv tác dụng lên dây đai

Lực vòng có ích trên dây đai:

(Do đai thang nên ta chọn [σ0] = 1,5 MPa

15

 σr = 9 MPa - Theo bảng trang 156 tài liệu [3] (đai thang)

 m = 8 – Số mũ của đường cong mỏi (đai thang)

 σ = 1,5 2.3 Bảng thông số bộ truyền đai thang

16

III TÍNH TOÁN HỘP GIẢM TỐC

Bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc với:

 Moment xoắn trục II: T2 = 170894,74 Nmm

 Làm việc: 7 năm, mỗi năm làm 300 ngày, ngày 3 ca, mỗi ca 8 giờ

 c = 1 – Số lần ăn khớp trong 1 vòng quay

 T , n , t – Lần lượt là moment xoắn, số vòng quay và tổng thời gian làm việc ở chế độ i

 m = 6 – Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn ⇒ N = 60.1 (1 30 + 0,6 45) 950.44231,58 = 1,0014 10 > N

3.4.1 Xác định chiều dài côn ngoài

(1 − ψ )ψ u[σ ]Trong đó

 K = 100MPa / − Với truyền động bánh răng côn răng thẳng bằng thép

 K = 0,5K = 50 – Hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng

 T1 – Moment xoắn trên trục bánh chủ động

 [σ ] = 500 - Ứng suất tiếp cho phép

 K = 1,23 – Hệ số kể đến sự phân bố không đồng đều tải trọng trên chiều rộng vành răng bánh răng côn, tra bảng 6.21 tài liệu [1] với . = 0,71

Đường kính chia ngoài sơ bộ:

3.4.3 Tính lại thông số cơ bản của bộ truyền

Đường kính vòng chia ngoài:

Đường kính trung bình:

20

Chiều dài côn trung bình: R = R (1 − 0,5ψ ) = 131,94 (1 − 0,5.0,3) = 112,15 mm Chiều rộng vành răng: b = K R = 0,3.131,94 = 39,58 mm

Trong đó:

 Z = 274 – Hệ số kể đến cơ tính của vật liệu tra bảng 6.5 tài liệu [1]

 Z = 1,76 – Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc tra bảng 6.12 tài liệu [1] với x + x = 0

 Tra bảng 6.15 tài liệu [1] Trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp δ Tra bảng với thông số HB < 350𝐻𝐵 và dạng răng nghiêng ta có δ = 0,004

3.4.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

 Y = 3,8; Y = 3,6 – Hệ số dạng răng CT 6.18 tài liệu [1]

 Tra bảng 6.21 tài liệu [1] với Kbe = 0,3 ta có hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng 𝐾𝐹𝛽 = 1,47

 Tra bảng 6.14 tài liệu [1] trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp với các thông tin: cấp chính xác 8, vận tốc 2,71 m/s ta có hệ số 𝐾𝐹𝛼 = 1,22

 Tra bảng 6.15 tài liệu [1] trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp ta có 𝛿𝐹 = 0,011

Vậy độ bền uốn được kiểm nghiệm

3.4.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Thỏa điều kiện quá tải

3.4.8 Bảng thông số bánh răng côn

 K = 43 – Hệ số phụ thuộc vào vật liệu: Tra bảng 6.5 tài liệu [1], vật liệu cặp bánh răng và loại răng: thép - thép, răng nghiêng

25

Kiểm nghiệm răng về độ bề tiếp xúc

. Trong đó:

 Z = 274 – Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp: Tra bảng 6.5 tài liệu [1]

, ) = 20,96 – Góc ăn khớp trong mặt ngang

 β = arctan(cosα tanβ) = arctan(cos20,96 tan18,19) = 17,06 – Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

. = . ,

, = 1,69 – Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

26

 Tra bảng 6.14 tài liệu [1] trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp với các thông tin: cấp chính xác 9, vận tốc 0,99 m/s ta có hệ số K = 1,13

 Tra bảng 6.15 tài liệu [1] trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của sai

số ăn khớp δ Tra bảng với thông số HB < 350𝐻𝐵 và dạng răng nghiêng

Xác định chính xác ứng suất cho phép

Trong đó:

 Z = 0,85v , = 0,85 0,99 , = 0,85 – Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

 Z = 0,95 – Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc

 K = 1 – Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

27

Vậy [σ ] = 509,09.0,85.0,95.1 = 411,09 > σ

Độ bền về tiếp xúc được kiểm nghiệm

Ứng suất uốn sinh ra:

 Tra theo bảng 6.7 tài liệu [1] với ψ = 0,8 sơ đồ 6 ta có hệ số phân

bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng K = 1,07

 Tra bảng 6.14 tài liệu [1] trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp với các thông tin: cấp chính xác 9, vận tốc 0,99 m/s ta có hệ số K = 1,37

 Tra bảng 6.15 tài liệu [1] trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp δ Tra bảng với thông số HB < 350 và dạng răng nghiêng

[σ ] = [σ ] Y Y Y = 246,8571.1,03.1.1 = 254,26 MPa Ứng suất uốn sinh ra:

Độ bền uốn được kiểm nghiệm

3.4.6 Kiểm nghiệm răng về quá tải

29

Độ bền quá tải được kiểm nghiệm

Thông số hình học

30

Hình 3.1: Điều kiện bôi trơn Khi v ≤ 12,5 m/s bộ truyền bánh răng được bôi trơn bằng cách ngâm dầu Mức dầu thấp

nhất phải ngập ít nhất 2/3 bề rộng răng tính ở chân răng đối với bánh răng côn, nhưng phải

≥ 10 mm và mức dầu cao nhất không được ngập quá 1/3 bán kính bánh răng bánh răng trụ

lớn – theo tài liệu [3]

Để đảm bảo điều kiện bôi trơn cần thỏa mãn điều kiện sau:

2d − h − (10 .15) = (89,20 .84,20) >

23

Qua các thông số trên ta chọn mức dầu cho hộp giảm tốc như sau:

 Cao nhất tính từ tâm 81,33 mm

 Thấp nhất tính từ tâm 89,20 mm

4.2 Tính toán, thiết kế trục và then

4.2.1 Chọn vật liệu tính toán sơ bộ

Chọn vật liệu chế tạo là thép C45 tôi cải thiện có: độ rắn HB = 200; giới hạn bền và giới hạn chảy: σ = 850 MPa; σ = 450 MPa

Chọn [τ] = 12 ÷ 30 MPa

Đường kính sơ bộ của trục và bề rộng ổ lăn:

- Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong hộp k = 10 mm

- Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp k = 10 mm

- Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ k = 15 mm

- Chiều cao nắp ổ và đầu bu lông h = 15 mm

Chiều dài mayer nửa khớp nối:

35

Hình 4.1: Biểu đồ moment trục I Theo như biểu đồ moment thì tiết diện nguy hiểm nhất là tại mặt cắt bánh răng

Xác định moment tương đương và đường kính trục: (ta kí hiệu các mặt phẳng

dóng lần lượt từ trái qua phải là 1𝑖̅ với 𝑖=0 3) [𝜎] = 55.5 MPa

Lực tác dụng lên bánh răng trụ răng nghiêng:

Xác định moment tương đương và đường kính trục: (ta kí hiệu các mặt phẳng dóng lần lượt từ trái qua phải là 1𝑖̅ với 𝑖=0 3) [𝜎] = 50,5 MPa

Moment do lực dọc trục gây ra:

Xác định moment tương đương và đường kính trục: (ta kí hiệu các mặt phẳng

dóng lần lượt từ trái qua phải là 1𝑖̅ với 𝑖=0 3) [𝜎] = 47,4 MPa

Ta kiểm nghiệm tất cả các tiết diện đã có đường kính đã được xác định bằng tính toán phía trên Hai tiết diện lắp ổ trên cùng một trục có đường kính như nhau nên ta chỉ kiểm tra tiết diện ổ chịu tải trọng lớn trong hai ổ

Điều kiện kiểm tra trục về độ bền mỏi:

41

 σ , σ , τ , τ – Biên độ và giá trị trung bình của ứng suất

 Do trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng nên:

 Khi trục quay 2 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì đối xứng

 K = 1,06 ; K = 1,6 - Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt;

hệ số tang bề mặt trung Tra bảng 10.8,10.9 tài liệu [1]

 ε ; ε hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi Tra bảng 10.10 tài liệu [1]

 K ; K – Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn Tra bảng 10.12 tài liệu [1]

Vậy kết quả cho thấy 2 trục đều thõa mãn điều kiện mỏi và tĩnh

Với các tiết diện trục dùng mối ghép then, ta tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về

43

 d – Đường kính trục

 l = (0,8 ÷ 0,9) l

 B, h, t – Tra bảng 9.1 tài liệu [1]

 [σ ] = 100 MPa – Tra bảng 9.5 tài liệu [1]

 [τ ] = (60 ÷ 90) = (40 ÷ 60) Chọn [τ ] = 40 Bảng kết quả tính toán

Bảng 4.3: Thông số thiết kế then

diện

Đường kính

 F , F - Tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục

 V = 1 – Hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay

 k = 1 – Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, t < 125o

 kđ = 1 – hệ số tải trọng động va đập nhẹ, tra bảng 11.3 tài liệu [1]

 X: hệ số tải trọng hướng tâm

46

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

Vậy khả năng tải trọng động tính toán:

Vậy khả năng tải động được kiểm nghiệm

5.1.4 Khiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Vậy khả năng tải tĩnh được đảm bảo

5.1.5 Số vòng quay tới hạn của ổ:

47

Vậy n = 4252,462 > n Đảm bảo số vòng quay tới hạn