Thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng (đồ án chi tiết máy)

Lời nói đầu Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây là thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng với yêu cầu

Lời nói đầu

Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây

là thiết kế hệ dẫn động băng tải, với hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng với yêu cầu về lực cũng nh vận tốc và các đặc trng khác

Đồ án môn học chi tiết máy với bớc đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kế các chi tiết máy trong lĩnh vực cơ khí nhằm nâng cao kỹ năng tính toán , hiểu sâu hơn về kiến thức đã học

Nội dung đồ án môn học chi tiết máy bao gồm

Tính toán chọn động cơ cho hệ dẫn động băng tải

Tính toán bộ truyền trong và bộ truyền ngoài

Trong đồ án này có tham khảo tài liệu

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí :

Tập 1, Tập 2 : Trịnh Chất – Lê Văn Uyển

Chi tiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp :Tập 1, Tập 2

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Hội đã hớng dẫn và giúp đỡ em hoànthành đồ án môn học này

V

5 4

4.ChiÒu cao tang : H=\ mm

5.Thêi gian phôc vô: Ih=21000 giê

ît t¶i vµ thõa t¶i qu¸ nhiÒu

+/Tõ yªu cÇu: Lùc kÐo b¨ng t¶i : F=9500 N

t P

2 , 0 9500

 (kW)

b/Tính số vòng sơ bộ của trục động cơ

nsb= ntg utbhộp utbngoài theo CT2.16 TL1 ntg= 11 , 94

320 14 , 3

2 , 0 1000 60

.

1000 60





V D





T

T T

Vậy động cơ K112M2 đáp ứng đợc yêu cầu công suất, tốc độ và điều kiện mở máy

I.2/ Phân phối tỉ số truyền (u)

04 , 242

Hộp giảm tốc Trục vít –Bánh răng

ubr=(0,05 …0,06)u0,06)uhộp=4,00 – 4,80 ; chọn ubr= 5,00

=> utv= 16 , 00

00 , 5

00 , 80

.

KW V

F





PIII= 2 , 09 9 ( )

992 , 0 92 , 0

90 , 1

P

ol x

099 , 2

P

ol br

181 , 2

P

ol tv

748 , 2

KW P

1000 60

f v V

) ( 10 55 ,

f v n

kw P

(Nmm)

Ttg= 1519682

94 , 11

90 , 1 10 55 ,

TIII= 554968

12 , 36

099 , 2 10 55 ,

TII= 115330

60 , 180

181 , 2 10 55 ,

6 , 2889

748 , 2 10 55 ,

II/ TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c bé truyÒn

II.1/ ThiÕt kÕ bé truyÒn ngoµi (xÝch)

Kz= 1

25

25 1

K = Ko Ka Kđc Kđ Kc Kbt

= 1.1.1,1.1,3.1,25.1,3 =2,324;

Theo bảng (5.6)

Ko=1 : hệ số ảnh hởng vị trí bộ truyền (đờng nối 2 tâm đĩa xích

nằm nghiêng 1 góc <600 so với phơng nằm ngang)

Ka=1 : hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích (chọn a=40p)

Kđc=1,1 : hệ số kể dến ảnh hởng của việc điều chỉnh lực căng xích

(điều chỉnh đợc bằng con lăn căng xích)

Kđ=1,3 : hệ số tải trọng động (va đập nhẹ)

Kc=1,25 : hệ số kể dến chế độ làm việc (2 ca)

Kbt=1,3 : hệ số kể dến ảnh hởng của việc bôi trơn (có bụi chất

lợng bôi trơn đạt yêu cầu)

Z Z Z p

a

4 ) (

2

2

2

2 2 1 2 1

1 , 38

) 25 76 ( 2

76 25

2 1 2

5 , 0 25

,

0



Z Z Z

Z X

Z Z X

14 , 3

51 2 101 5 , 0 132 101

5 , 0 132 1 , 38

12 , 36 25 15

Ft=1000.P/v; ( với v= 0 , 573 ;

60000

12 , 36 1 , 38 25 60000

. 1

1





n t Z

)

573 , 0

099 , 2 1000

 ( N);

F0 = 9,81.Kf.q.a : lực căng do trọng lợng nhánh xích bị động sinh ra

= 9,81.2.5,5.1,51654=163,65 N với Kf=2 (đờng nối 2 tâm đĩa xích

nghiêng 1 góc 600 so vói phơng nằm ngang );

e/ Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng đĩa xích phải thoả mãn điều kiện

d

vd d t r

K A

E F K F K

.

).

.(

.

47

,

[H] :ứng suất tiếp xúc cho phép

Kr=0,42 :hệ số ảnh hởng của số răng đĩa xích phụ thuộc vào Z (bảng

E=2,1.105 MPa :môđun đàn hồi

A=395 mm2 :diện tích chiếu của bản lề (bảng5.12 )

1 395

10 1 , 2 ).

6 , 2 3 , 1 3663 (

42 , 0 47

Theo (B7.1) Với vsb>5 m/s chọn đồng thanh thiếc để chế tạo bánh vít (Mác

i n t T

T

. 24

= 60.180,60.21000(1.4/8+0,64.3/8) =124,837.106

7

10 837 , 124

i n t T

T

. 29

KFL=9 6

6

10 64 , 114

170

q

K T Z

2 , 1 115330

11 , 151 32

+/Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện:

H=

q

K T a

q Z Z

H W

.

60000.cos

.n d

.60.2890 14

, 3

= 9,199 (m/s)>5(m/s);

Vậy chọn vật liêu thoả mãn;

- Hiệu suất của bộ truyền

46 , 9



tg tg

= 0,86 ( Theo bảng 7.4

2 2

(Với q=12,5 theo bảng (7.5 ) =>hệ số biến dạng của trục vít: =125)

KHV=1,3 theo (b7.7) với vs= 9,19(m/s); cấp chính xác 8;

=>KH = 1,0046.1,3 =1,306;

Vậy  H=

5 , 12

306 , 1 115330 110

5 , 12 32 32

Vậy đảm bảo độ bền tiếp xúc của bánh vít ;

+/ Kiểm nghiện răng bánh vít về bền uốn:

ứng suất uốn sinh ra tại chân bánh vít phải thoả mãn điều kiện:

F = 1,4 

n

F F

m d b

K Y T

.

.

2 2

+/ Kiểm nghiệm bánh vít về quá tải

Hmax= H K qt = 150,05 1 , 4 =177,54 <[H]max =920(MPa);

Fmax= F.Kqt = 9,09.1,4 =12,7 < [F]max = 72(MPa);

c/ Tính nhiệt truyền động trục vít

Nhiệt độ của dầu trong hộp giảm tốc trục vít phải thoả mãn

td =to + 



) 1 (

.

).

1 (

P

t [td];

to :nhiệt độ môi trờng xung quanh;

=0,86 (hiệu suất bộ truyền );

P1= 2,75 kW (công suất trên trục vít)

Kt =8 17,5W/(m2 0C) :hệ số toả nhiệt chọn

Kt =15 W /m2 0C ;

=0,25 0,3 :hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp

xuống bệ máy chọn = 0,27 ;

 :hệ số kể đến nhiệt sinh ra trong một đơi vị thời gian

86 , 0 1 (

Để đảm bảo giá thành khi chế tạo , và tính công nghệ ta chọn vật liệu làm

bánh răng giống nh vật liệu làm trục vít

+/ Chọn vật liệu của bánh nhỏ :Thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn

Hlim : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với chu kỳ cơ sở;

SH :hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc;

mH : bậc của đờng cong mỏi mH =6 do HB <350;

NH0 : số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

i n t T

T

max 3

i

t

t n T

T

max

i n t T

T

max 3

i

t

t n T

T

max

3

= 60.1.36,12.21000.(1.4/8+0,63.3/8)

=2,644 107 > NH0 nên KHE1=1;

=>[H2] = 530.1/1,1=481,8(MPa);

Do lµ cÆp b¸nh r¨ng trô r¨ng nghiªng nªn øng suÊt tiÕp xóc cho phÐp:

Flim :øng suÊt uèn cho phÐp øng víi chu kú c¬ së ;

SF : hÖ sè an toµn khi tÝnh vÒ uèn;

i n t T

T

max

6

= = 60.c.t i   

i

t

t n T

T

max

i n t T

T

max 6

i

t

t n T

T

max

ba H

H

u

K T

u=5,00 : tỷ số truyền của cặp bánh răng;

T1=115330(Nmm) :mômen xoắn trên trục chủ động

07 , 1

115330 = 179,21 mm; chọn aW=180 mm+/Xác định các thông số ăn khớp

m =(0,01- 0,02)aW=1,8- 3,6 mm; chọn m =2,5 theo tiêu chuẩn

aW=



cos 2

) (Z1 Z2

=



cos 2

) (Z1 Z2

Chọn sơ bộ =100 => Z1=

m u

a W

) 1 (

cos 2





=

5 , 2 ) 5 1 (

10 cos 180

2

) ( 1 2

=

180 2

) 120 24 ( 5 ,

=1; = 0 < 80

Chọn lại Z1=23 ;=>Z2=115;  = 16,60<200 thoả mãn

+/Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc

ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện:

H =ZM ZH Z 2  

1

1

.

) 1 (

2

W W

H

d u b

u K T

KH : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho

) 1 5 (

135 , 1 115330

<[H] = 495,45(MPa);

Vậy điều kện bền tiếp xúc thoả mãn

+/Kiểm nghiệm về độ bền uốn

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng ứng suất sinh ra tại mặt răng không đợc vợt quá giá trị cho phép:

m d b

Y Y Y K

T

W W

F F

.

.

Z

6 , 16 cos

Vậy điều kiện bền uốn đợc thoả mãn;

+/Kiểm nghiệm độ quá tải

Hmax= H K qt = 477,17 1 , 4 =564,6<[H]max =1260(MPa);

F1max= F.Kqt = 93,03.1,4 =130,24 < [F1]max = 464(MPa);

F2max= F.Kqt = 85,9.1,4 =120,23< [F2]max = 360(MPa);

Đảm bảo điều kiện quá tải đủ bền;

Bảng thông số cơ bản của bộ tuyền trong HGT

Bộ truyền trục vít Bộ truyền bánh răng

vít blấy b1=(8+0,06Z1 = 55(bảng 7.10)2)m=49,6

II.4/ Kiểm tra điều kiện bôi trơn của hộp giảm tốc.

Để thoả mãn điều kiện bôi trơn hộp giảm tốc

awtv+df1tv/2df2br/2

Với awtv=110 mm df1tv=62,5 mm df2br=293,75mm

awtv+df1tv/2 =110+50,5/2=135,25  df2br/2=293,75/2=146,9mm

Vậy hộp giảm tốc thoả mãn điều kiện bôi trơn

Phần III / Tính toán thiết kế trục và chon ổ lăn

III.1/ Tính toán thiết kế trục:

a/ Chọn vật liệu:

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b= 600 MPa

ứng suất xoắn cho phép [] = 12 20 Mpa

Quy chuẩn dsbI = 28 mm

+/Với trục II là trục trung gian có khoảng cách giữa các gối đỡ lớn nên ta chọn II  = 15 MPa

dsbII

 

3

2 ,

Quy chuẩn dsbII = 35 mm

+/Với trục III là trục ra của hộp giảm tốc nên chọn III  = 20 MPa

dsbIII

 

3

2 ,

554968

Quy chuẩn dsbIII = 55 mm

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

+/Từ đờng kính sơ bộ theo bảng 10.2 ta chọn sơ bộ chiều rộng ổ lăn:

K1 =8 :Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành

trong của hộp hoặc k/c giữa ccác chi tiết quay

K2=5: Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp

K3=12: Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ

hn =15 :Chiều cao nắp ổ và đầu bulông

+/Đối với khớp nối :

- Chọn khớp nối : Nối trục đàn hồi

Dựa vào mô men xoắn : Tt=k.T [T]

Do máy công tác là băng tải nên k=1,2 1,5  chọn k=1,5

Tt=1,5.9082=13623 Nmm

Với đầu trục cần thiết để nối trục d = 28 mm

Theo bảng(16.10a) Chọn đợc kích thớc cơ bản của nối trục nh sau:

D =100 mm Do=71 mm D3=20 mm Tính lực tác dụng lên khớp nối :

Ftk=2.TI/Do=2.9082/71=363N

Frk=0,25.Ftk=91N

e/ Xác định lực trên các gối đỡ

+/Trên trục I

Với số liệu nh sau: D0 = 71 là đờng kính vòng tròn qua tâm các chốt của khớp nối

d =28 là đờng kính sơ bộ của trục vít

Lực trên khớp nối Frk2=91 N có chiều ngợc chiều Ft13 làm tăng ứng

suất và biến dạng trục

Lực tác dụng lên trục vít Ft13=265N Fr13=525 N Fa13=1442 N

Tính toán lực tác dụng lên các gối đỡ 0,1

Fr13 2

9323

1 ,

1 ,

Nmm T

M M

1 2

1 ,

Mtd1= 0 nªn d1= 0

-T¹i mÆt c¾t 2:

td M M T M

=164924 Nmm

d22=

  0 , 1 50 32,07

164924

1 ,

1 ,

My

266460 323760

153810 176160

Với dsb1=55 mm thì [] =50 Nmm

-Tại mặt cắt 0: d0=

  0

1 , 0

Nmm

T M

M

570658

554968

75 , 0 153810 266460

75 ,

2 2 1

1 ,

mm N

T M

M

605677

554968

75 , 0 176160 323760

75 ,

2 2 2

2 2

1 ,

480616

1 ,

d30= 50 mm d31=50 mm d32=52 mm d33= 48mm

f/Kiểm ngiệm độ bền của trục.

Đối với trục III là trục chịu tải trọng lớn nhất nên ở đây ta chỉ kiểm nghiệm độbền của trục III

Với số liệu nh sau :

d30 = 50 mm d31=50 mm d32 =52 mm d33= 48 mm

Kết cấu trục cần thoả mãn điều kiện :

 s

s s

s s





2 2

1 0,58-1= 151,7 MPa

+/Do trục đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng:

mi = 0, aj=mạxj= Mi/Wi

Mi : Mômen uốn tổng tại điểm i

+/Do trục quay một chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động:

K : hệ số tập trung ứng suất khi uốn

K : hệ số tập trung ứng suất khi xoắn

Bảng(10-12):dùng dao phay ngón,hệ số tập trung ứng suất tải rãnh ứng suất vật liệu: K2 =1,76; K2 =1,54

3 32

2

t d bt

6 52 6 16 32

52 14 ,

3 32

2

t d bt

6 52 6 16 16

52 14 ,

6 , 261

s2 = 6 , 7

82 , 10 09 , 2

7 , 151

s s

71 , 6 77 , 3

2 2

2 2

2 2

2 2 2

Khi đó có

W 1 =

32

3 31

d

16

50 14 ,

6 , 261

s s

6 , 6 14 , 4

2 2 2

1

2 1

1 1 1

g/ Kiểm nghiệm độ bền của then :

Nguyên nhân hỏng then chủ yếu do bị dập hay bị cắt , do vậy ta kiểm nghiệm

độ bền dập và độ bền cắt của then

d = 2T / [d.lt ( h - t1)]  [d] c = 2T / (d.lt b)  [c]

Với d:là ứng suất dập c : là ứng suất cắt

T : mô men xoắn trên các trục d : đờng kính trục

h : chiều cao của then b : chiều rộng của then

t1 : chiều sâu rãnh then trên trục

lt : chiều dài rãnh then

Theo bảng 9.5: Với mối ghép cố định , trạng thái làm việc va đập nhẹ

Kết quả kiểm nghiệm cho thấy độ bền tất cả các then thoả mãn

8 Bảng số liệu đờng kính các trục:

Trục 1 Trục 2 Trục3

Theo kết quả tính trục I:

-Lực tác dụng trong mặt phẳng yoz

Y0=19,1 N ; Y1= 544,1N

- Lực tác dụng lên gối đỡ “0”

Có F0= 2 255 2 19 , 1 2 255 , 7 ( )

0 2

Khi đó lực tác dụng lên ổ ngợc chiều với F0 =>Fr0=255,7 N

- Lực tác dụng lên gối đỡ 1:

F1= 2 101 2 544 , 1 2 553 ( )

1 2

Lực tác dụng lên ổ ngợc chiều với F1 => Fr1 = 553 N

- Lực dọc trục : Fa = 1442 N

a/Chọn loại ổ :Theo bảng( P2.7, 2.11)

Do lực dọc trục lớn ,tại gối “0”đặt 2 ổ đũa côn đối nhau kiểu v để hạn

chế sự di chuyển dọc trục về 2 phía

Còn trên gối “1” dùng ổ tuỳ động , ở đây chọn ổ bi đỡ

- Tại gối “0”

Do Fa1 /Fr1 = 1442/553 = 2,6 > 1,5 nên tại gối “0”dùng ổ đũa côn cỡ nhẹ

Ký hiệu 7206 (bảng p2.11) số liệu nh sau

C =29,8 kN C0 = 22,3 kN

d = 30 mm  = 13,67o

D = 62 mm B =16 mm

- Tại gối “1”: Dùng ổ bi đỡ cỡ đặc biệt nhẹ ,hẹp với

Đờng kính ngỗng trục : d =30 mm có số liệu của ổ 700106

i Li L Q

hay QE = Q1

10 3 2 3 10

1 2 1 3 10

h

L

L Q

Q L

L Q Q

QE0 = 2899.(110/3 4/8 + (0,6)10/3.3/8)3/10 = 2899.0,844 = 2447 N

Theo công thức 11.13 Tuổi thọ của ổ

L = Lh.nI.60/106 = 21000 2890 60/106 = 3641,4 triệu vòng

i L L Q

hay QE = Q1

3 / 1 1 3

1

2 1 3

h

L

L Q

Q L

L Q

2.Chọn ổ cho trục II:

Với đờng kính ngỗng trục d20=d21=30 mm

- Lực tác dụng lên gối đỡ “0”

F0= 2 1626 2 1361 2 2120 ( )

20 2

Khi đó lực tác dụng lên ổ “1” ngợc chiều với F1 =>Fr1=3293(N)

- Lực dọc trục Fat= Fa2= Fa23- Fa22=1146-265 =881N

m

i L L Q

hay QE = Q1

3 , 0 1 3 / 10

2

1 1 3 / 10

h

L

L Q

Q L

L Q

Q

QEi = Qi.(110/3 4/8 + (0,6)10/3.3/8)0.3 = 0,844.Qi

Với ổ “0” QE0=0,844.4715=3980 N

ổ “1” QE1=0,844.3952=3335 N

Do 2 cùng loại nên chỉ cần xét ổ chịu tải trọng lớn hơn, xét ổ “0”

Theo(11.1) khả năng tải động của ổ Cd=QE.L0,3

QE =

m

i m

i L L Q

hay QE = Q1

3 , 0 1 3 / 10

2

1 1 3 / 10

h

L

L Q

Q L

L Q

Q

QEi = Qi.(110/3 4/8 + (0,6)10/3.3/8)0,3 = 0,844.Qi

Với ổ “0” QE0=0,844.3686=3111 N

Với ổ “1” QE1=0,844.5511=5176 N

- Theo 11.1 khả năng tải động của ổ Cd=QE.L0,3

-Với L=60.nIII.Lh/ 106=60.36,12.21000/ 106 =45,51 (triệu vòng )

Vậy khả năng tải tĩnh thoả mãn

Phần VI/ Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và bôi trơn

1/Tính kết cấu của vỏ hộp:

Chỉ tiêu của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lợng nhỏ, do vậy chọn vật liệu để đúc hộp giảm tốc là gang xám có kí hiệu GX 15-32

Chọn bề mặt ghép nắp và thân đi qua tâm trục

2/Bôi trơn trong hộp giảm tốc:

Vì vận tốc bộ truyền không lớn trục vít đặt dới nếu lấy tâm con lăn thấp nhất

để giới hạn mức dầu thì dầu ngập hết đợc ren phía dới của trục vít, do đó dùng

ph-ơng pháp bôi trơn ngâm dầu trong khi bộ truyền làm việc ren trục vít cuốn dầu lên bôi trơn vùng ăn khớp khi đó hộp giảm tốc sẽ đợc bôi trơn đầy đủ

3/Dầu bôi trơn hộp giảm tốc :

Chọn dầu bôi trơn với vận tốc trợt của bộ truyền trục vít có vận tốc

v=9,2 m/s theo bảng 18.12 chọn loại dầu có độ nhớt là 116 ,độ nhớt Engle là 16 theo bảng 18.13 chọn loại dầu bôi trơn làdầu ô tô máy kéo AK-20

4/Lắp bánh răng lên trục và điều chỉnh sự ăn khớp:

Để lắp bánh răng lên trục ta dùng mối ghép then và chọn kiểu lắp là H7/k6 vì

nó chịu tải vừa và va đập nhẹ