ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

Lời nói đầu

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chơng trình đào tạo kỹ s cơ khí Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hoá lại các kiến thức của các môm học nh: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kỹ thuật đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không đổi và đợc dùng để giảm vận tốc góc, tăng mô men xoắn Với chức năng nh vậy ,ngày nay hộp giảm tốc đợc sử dụng rộng rãi trong các

ngành cơ khí , luyện kim, hoá chất , trong công nghiệp đóng tàu … Trong giới Trong giới hạn của môn học em đợc giao nhiệm vụ thiết kế hộp giảm tốc trục vít - bánh vít Trong quá trình làm đồ án đợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Lê Duy , em đã hoàn thành xong đồ án môn học của mình Do đây là lần đầu, với trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót xảy ra , em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy trong bộ môn

P P

P   . (KW)Trong đó :

1000

.v

F

P ct  (KW) Với : F là lực kéo trên băng tải (N), v là vận tốc dài trên băng tải (m/s)

 3 , 72

1000

24 , 0 15500

i i k

i i

t

t T

T t

t T

T t

t T

T t

t P

1

2 1 2 1 1 2

1

2 1 1

2 1

) ( ) (

) (

kn k

Tra b¶ng 2.3[I] - trang 19 ta cã :

§èi víi bé truyÒn trôc vÝt kh«ng tù h·m, che kÝn, chän Z1 = 2  tv = 0,8

72 , 3 9637

24 , 0 1000 60

1000

n

n U

2.2 Ph©n phèi tØ sè truyÒn trong hép gi¶m tèc :

Chän tû sè cña bé truyÒn ngoµi : Ux = 2,30

30 , 2

31 , 110

Chän tØ sè bé truyÒn b¸nh r¨ng lµ : Ubr = 2,4.

 tû sè truyÒn bé truyÒn trôc vÝt : 19 , 98

4 , 2

96 , 47

U

U

96 , 39 98 , 19 2

c x

U U

=36350 (Nmm)M«men xo¾n trªn trôc 1: T1 =9,55.106

1445

34 , 5

=32292 (Nmm)M«men xo¾n trªn trôc 2: T2 =9,55.106.6025,14,08=81529 (Nmm)

M«men xo¾n trªn trôc 3: T3 =9,55.106

10 , 30

08 , 4

phần II :tính toán thiết kế chi tiết máy.

a.Chọn vật liệu chế tạo bánh răng

Dựa theo quan điểm thống nhất hoá trong thiết kế ta chọn vật liệu chế tạo bánhrăng giống vật liệu chế tạo trục vít, đó là thép 45

+Chọn bánh răng nhỏ là thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn từ HB =241 285

áp dụng công thức 6.7[I], tính số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng khi thử vềtiếp xúc ta có : NHE = 



n

i

i i

i n t T

T c

1

3 max

) ( 60

7 3

3 1

3 max

8

3 9 , 0 8

5 1 (

15500

1445 1 60

) (

i i

t

t n T

T t

3 max 2

1

) (

60

U t

t n T

T t

n

i i

10 7 ,

=50,3.107

i n t T

T c

1

6 max 2

2 ) (

60

7 6

6 1

6 max

8

3 9 , 0 8

5 1 (

15500

1445 1 60

) (

i

t

t T

T t

6 max 2

1

) (

60

U t

t T

T t

n

i i

10

= 46,2.107

Vì NFE2 = 46,2.107 > 4.106 = NFEo  KFL2 = 1

Đối với bộ truyền quay một chiều  KFC = 1

ứng suất tiếp xúc cho phép,theo 6.2a[I] : [F] = o

Flim KFC

F

FL

S K

 [F]1 = 495.1.1,175 = 282,9 (MPa)

 [F]2 = 432.1.1,175 = 246,9 (MPa)

ứng suất quá tải cho phép,theo 6.13[I] và 6.14[I]:

[H]max = 2,8.ch2 = 2,8.450 = 1260 (MPa)

1 1

] [

)

1 (

ba H

H a

w

U

K T U

K a

03 , 1 05 , 1

04208 , 1 32292 )

1 4 , 2 ( 5

90 2 )

1 (

2

) 84 35 ( 3 2

) ( 1 2

90 ) (

5 , 0 1000 1000

1359 , 0 ) 4 202 , 4 ( 4 5

122 , 0 191 , 0 122

1359 , 0 1000

Tổng hệ số dịch chỉnh ,theo 6.25[I]: xt = y + y = 0,5+0,016 = 0,516

Hệ số dịch chỉnh bánh răng 1 :

155 , 0 ) 35 84

5 , 0 ) 35 84 ( 5 , 0 (

5 , 0 ) ) (

Z

y Z Z x

x

Hệ số dịch chỉnh bánh răng 2 : x2 = xt - x1 = 0,5 - 0,155 = 0,361

90 2

) 20 cos(

5 , 1 ).

84 35 ( 2

) cos(

)

w

t tw

a

m Z

= 20o )

 tw = 21,273o = 21o16’23’’

d Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

áp dụng công thức 6.33[I],tính ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của

bộ truyền:

H = ZM ZH Z 2

1 1

1 1

.

) 1 (

2

w w

H

d u b

u K

;Trong đó :

ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu của các bánh răng ănkhớp, Tra bảng 6.5 - trang 96 ,ta có ZM = 274 (Mpa)1/3

) 0 cos(

2

1 ( 2 ,

7505 , 1 4





dw1 : Đờng kính vòng lăn của bánh nhỏ : 52 , 94

1 4 , 2

90 2 1

2

. 1 1







Tra bảng 6.13[I]- trang 106 ,ta chọn cấp chính xác 8

Tra bảng 6.16 [I]- trang 107,ta chọn hệ số kể đến ảnh hởng của sai lệch bớc răng : go = 56

KH là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc : KH = KH KHv KH

w w H

d b K

.

2

1

o H

H 

  ,theo công thức 6.42[I]

Tra bảng 6.15[I] - trang 107 ,ta có hệ số kể đến ảnh hởng của sai số ăn khớp

đối với răng thẳng không vát đầu răng ( HB  350 )  H = 0,006

 8 , 251

4 , 2

90 01 , 4 56 006

1 04208 , 1 32292 2

94 , 152 , 38 521 , 8

, 52 4 , 2 1 , 38

) 2998 , 1 1 4 , 2 32292 2



.Tính chính xác lại ứng suất tiếp xúc cho phép ,theo 6.1[I]:

[H ]’ =

H

o H

S

lim

.ZR Zv ZxH ZHL = [H ] ZR Zv ZxH ZHL Với vận tốc trên bánh 1 : v = 4,01 (m/s)<5 (m/s)  Zv = 1

Với cấp chính xác đọng học là 8, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi

đó cần gia công đạt độ nhám bề mặt răng : Rz = 10 40 (m)  ZR =0,95

475

3 , 431 (

1 , 38 ) ] [

w

b = 32 (mm)

e Kiểm nghiệm răng về độ uốn

ứng suất uốn sinh tại chân răng các bánh răng là,theo công thức 6.43[I] :

m d b

Y Y Y K T

w w

F F

2

1

1 2

F

F F

đối với bộ truyền bánh trụ răng thẳng  Y = 1

YF1 và YF2 là hệ số dạng răng của bánh răng 1 và 2 tra bảng 6.18[I] ,ta có:Dùng phơng pháp nội suy:

6025 , 3 3 , 0 3 , 0

63 , 3 53 , 3 055 , 0 63 , 3

30 656

, 3 1 , 0 3 , 0

7 , 3 54 , 3 055 , 0 7 , 3

doZ Y

doZ Y

541 , 3 5 , 0 3 , 0

52 , 3 55 , 3 061 , 0 55 , 3

80 5278

, 3 5 , 0 3 , 0

50 , 3 54 , 3 061 , 0 54 , 3

doZ Y

doZ Y

F

3 , 5285

100 80

541 , 3 5278 , 3 5278 , 3

KF là hệ số tải trọng khi tính về uốn : KF = KF KFv KF

KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răngkhi tính về uốn

08 , 1 12 , 1 08

w w F

d b K

.

2

1

o F

90 01 , 4 56 016

94 , 52 32 22

6293 , 3 1 571 , 0 268 , 1 32292

5285 , 3 8 , 66

 Bộ truyền bánh răng làm việc đủ điều kiện bền tiếp xúc

f Kiểm nghiệm răng về quá tải

ta có ứng suất tiếp xúc cực đại trên răng là ,theo 6.48[I] và 6.49[I]:

Vậy Hmax = 578,6 (MPa) < 1260 (MPa) = [H ] max

F1max = 120,24 (MPa) < 464 (MPa) = [F1 ] max

F2max = 116,82 (MPa) < 360 (MPa) = [F2 ] max

 Bộ truyền bánh răng làm việc an toàn khi quá tải lúc mở máy

g Các thông số và kích thớc bộ truyền

Khoảng cách trục a = 90 (mm)

Mô đun m = 1,5 (mm)

1.2 Thiết kế bộ truyền trục vít , bánh vít :

2

2 2 2 3





Với vsb = 2,94 < 5 (m/s)  dùng đồng thanh không thiếc để chế tạo bánh

vít, cụ thể là đồng thanh_ nhôm_ sắt_nicken : БpAжH 10-4-4 , chọn vật liệu

chế tạo trục vít là thép 45 tôi bề mặt đạt độ rắn HRC = 45

b Tính các ứng suất cho phép Tra bảng 7.1[I], ta có với bánh vít bằng :

БpAжH 10-4-4 dùng khuôn kim loại hoặc đúc li tâm : b = 600 (MPa), ch = 200 (MPa)

Tra bảng 7.2[I], với cặp vật liệu : БpAжH 10-4-4 và thép tôi ta có :

250 220

HÖ sè tuæi thä,theo c«ng thøc 7.9[I]: 9

6

10

FE FL

T n

1

9 max 2

2

3 ( )

i

t

t T

T t

n

1

9 max

3 ( )

60

NFE = 9 9 ) 20 , 9 10 6

8

3 9 , 0 8

5 1 (

15500

1 , 30

.

10 9 , 20

] [

170 )

(

q

K K T z

q

z

H w

, 221 40

170 )

a

40 10

200 2

n d v



 cos 60000

. 1 1



Víi dw1 = ( q + 2x ).m = ( 10 + 2.0 ).8 = 80 (mm)

Theo c«ng thøc 7.21[I]: 1 11 , 31 0

0 2 10

Z arctg

w

 v t 2 , 57m/s

) 31 , 11 cos(

60000

08 , 602 80 14

250 220

Tra b¶ng 7.4[I] ,ta cã :

58 , 2 87 , 2 58

) 31 , 11 (

95 ,

754 , 0 1294485 8

) (

t

t T

T k

1 max

. =

8

3 9 , 0 8

5

1  = 0,9625

Tra b¶ng 7.5[I] ,ta cã víi : Z1 = 2, q = 10 hÖ sè biÕn d¹ng cña trôc vÝt   86

004 , 1 ) 9625 , 0 1 (

) 86

1 , 1 2 , 1 57 , 2 3 2 ,

q K K T a

q Z

10

171 , 1 004 , 1 1220052

200

40 10 40

170 1

.

2

3 2 2

Nh vậy H  201 , 2MPa<[ H]  237 , 1MPa,độ bền tiếp xúc đảm bảo

e.Kiểm nghiệm độ bền uốn:

Tra bảng 7.9[I] ,ta có các thông số của bộ truyền trục vít – bánh vít :

Chiều rộng bánh vít Z1 = 2  b2  0,75.da1

da1 = m.( q + 2 ) = 8.( 10 +2 ) = 96 (mm)  b2  0,75.96 = 72 (mm)

 chọn b2 = 72 (mm)  42 , 4

) 31 , 11 ( cos

40 )

( cos 3 3 0



w v

Z Z

Tra bảng 7.8[I] ,ta có :

Khi Z v = 40  YF = 1,55

Khi Z v = 45  YF = 1,48

 khi Z v = 42,4 sử dụng phơng pháp nội suy ta có :

5164 , 1 ) 40 4 , 42 (

45 40

48 , 1 55 , 1

m d b

K K Y T

.

4 , 1

2 2

2

) 31 , 11 cos(

8

320 72

1757 , 1 5164 , 1 1220052

4 , 1





Trong đó: dw2=m.Z2=8.40=320 (mm)

Vì F  16 , 2MPa <[ F]  118 , 36MPa,nên độ bền uốn thoả mãn

f.Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải.

ứng xuất tiếp xúc lớn nhất : Hmax = H

1

T

T mm

= 201,2 1 , 8 = 269,9 (MPa)

 Hmax = 269,9 (MPa) < 400 (MPa) = [Hmax]

ứng xuất uốn lớn nhất : Fmax = F.Kqt = 16,2.1,8 = 29,16 (MPa)

 Fmax = 29,16 (MPa) < 160 (MPa) = [Fmax]

Vậy khi bộ truyền trục vít - bánh vít quá tải khi mở máy vẫn làm việc an toàn

h.Tính nhiệt truyền động trục vít , bánh vít:

Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc (không dùng quạt gió ) :

) ] ).([

1 (

.

) 1 ( 1000

0

1

t t K

P A

Kt là hệ số toả nhiệt của vật liệu vỏ hộp giảm tốc : Chọn Kt = 13 ( W/m2co )

 là hệ số kể đến sự giảm nhiệt sinh ra trong một đơn vị thời gian do tải trọnggiảm so với tải trọng danh nghĩa :

039 , 1 8

3 9 , 0 8

5 1

1 ).

(

1 ).

i i n

T t

t P

P P

to là nhiệt độ môi trờng : chọn t0 = 20o

kn là hệ số số vòng quay : kn =

1

01

n n

Với n01 là số vòng quay đĩa xích dẫn làm việc trong điều kiện thí nghiệm ( bộtruyền nằm ngang, khoảng cách trục : a = ( 30 … Trong giới 50 )p có thể điều chỉnh lựccăng xích, bộ truyền chịu tải trọng tĩnh, làm việc một ca cà đợc bôi trơn bằngphơng pháp nhỏ giọt

chọn n01 = 50 (vòng/phút)

 kn = 1 , 661

1 , 30

Tra bảng 5.6[I] ,ta có:

+ko là hệ số kể đến ảnh hởng của vị trí bộ truyền ( giả sử đờng nối tâm hai đĩaxích tạo với phơng ngang một góc  < 60o )  ko = 1

+ka là hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài dây xích, chọn a = 35p 

+kđ là hệ số kể đến tải trọng động, đối với tải trọng va đập nhẹ  kđ = 1,3+kc là hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền xích, với bộ truyền làm việc

2 ca

 kc = 1,25

 k = 1.1.1,1.1,3.1,3.1,25 = 2,32375

 Pt = 4,08.2,32375.0,926.1,661 = 14,6 (KW)

Để đảm bảo cho bộ truyền xích làm việc êm ta chọn xích 2 dãy  kd = 1,7khi đó công suất bộ truyền là : Pd = 8,59

7 , 1

6 , 14

a x

4

) (

2

2

2

2 1 2 2 1

14 , 3 4

1 , 38 ) 27 62 ( 2

62 27

2 )]

( 5 , 0 [ ) (

5 , 0 [

25

,

1 2 1

2



Z Z Z

Z x

Z Z x

p

93 , 1537 ]

) 14 , 3

27 62 ( 2 )]

27 62 ( 5 , 0 126 [ ) 27 62 ( 5 , 0 126 [

Vậy khoảng cách trục : a = 1537,93 - 5,93 = 1532 (mm)

Số lần va đập của xích : 0,43 [] 15

126 15

1 , 30 27 15

Q S

,với P = 4,08 (KW),

52 , 0 60000

1 , 30 1 , 38 27 60000

08 , 4 1000

 Fo = 9,81.4.11.1,533 = 662 (N).

) 3 662 7846 7

Tra bảng 5.10[I] ,ta có với n  50 (vòng/phút) thì [S] = 7

Vậy S = 18,2 > 7 = [S]  bộ truyền xích làm việc an toàn

d Các thông số của đĩa xích

đờng kính đĩa xích đợc tính theo công thức : ) 328,185

27 sin(

1 , 38 )

(mm)

23 , 752 ) 62 sin(

1 , 38 )

27 ( cot 5 , 0 [

1 , 38 )]

( cot 5

32 , 770 )]

62 ( cot 5 , 0 [

1 , 38 )]

( cot 5

e Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

áp dụng công thức 5.18[I] :

d vd d t r H

k A

E F K F K

).

( 47 ,

 Khi Z1 = 27 sử dụng phơng pháp nội suy ta có Kr = 0,396

Đĩa xích và dây xích cùng làm bằng thép 45  E = 2,1.105 (MPa)

A là diện tích chiếu của bản lề, tra bảng 5.12[I] ,ta có : A = 672 (mm2)

Xích 2 dãy  kd = 1,7

7 , 1 672

10 1 , 2 ).

33 , 4 3 , 1 7846 ( 396 , 0 47

a Chọn khớp nối là nối trục vòng đàn hồi

Đặc điểm của khớp loại này là cấu tạo đơn giản,làm việc bình thờng khi độ lệch tâm từ 0,2 0,6 mm,độ lệch góc đến 10

Theo bảng 16.10a[II] ta có kích thớc cơ bản của nối trục vòng đàn hồi là:

T

Nm d D dm L l d1 D0 Z nmax B B1 l1 D3 l2

125 32 125 65 165 80 56 90 4 4600 5 42 30 28 32

b Kiểm nghiệm điều kiện bền dập:

Từ công thức:   .

.

2

3 0

d c

d

l d D Z

T k

2 1

0      Thay số: d 0 , 77MPa

28 14 90 4

36350 5 , 1 2







Vì   d  2 4MPa nên điều kiện bền dập thoả mãn

c Kiểm nghiệm điều kiện bền uốn:

Từ công thức:  u

c u

D d

l T k



0 3

0

1 , 0

.

Thay số: u 29 , 9MPa

4 90 14 1 , 0

5 , 41 36350 5 , 1

0 

k k

T

d  áp dụng công thức 10.9[I] , Với k = 1,2,3 là số thứ tự của các trục trong hộp giảm tốc

Vậy  21 , 2

17 2 , 0

3 2 1

Tra bảng 10.2[I] ,ta chọn sơ bộ bề rộng ổ lăn bo = 25 (mm)

Tra bảng P1.4[I] ,với động cơ K132M4 có đờng kính trục động cơ

dđc = 32 (mm) đối với hộp giảm tốc có trục vào lắp với trục động cơ bằng khớp nối thì dv = ( 0,8 1,2 ).dđc = ( 0,8 1,2 ).32 = 25,6 38,4 (mm)

 Chọn d1 = 25 (mm)

d2 = 30 (mm)

d3 = 75 (mm)

*Tính lực tại các điểm ăn khớp:

Sơ đồ lực chung:

Đặt các lực tác dụng tại các điểm ăn khớp ( hình vẽ trên ):

Các lực tác dụng tại điểm ăn khớp của bánh răng :

Ft11 = 1219,95

94 , 52

32292 2 2

Fr11 = Fr22 = 474 , 9 ( )

0 cos

27 , 21 5 , 1219 cos

Fa23 = Ft34 = 7625 , 33

320

1220052

2 3 2

a Trục I: (Lắp bánh răng cấp nhanh)

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

l12 = 0,5( lm12 + bo ) + k3 + hn

Tra bảng 10.3[[I] ,ta có khoảng cách từ mặt cạnh của bánh vít và bánh răng

đến mặt trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay :

N

 Fk = 0,3 808 = 242,33 (N)

*Xác định lực tác dụng lên các ổ trên trục I (hình vẽ trang 25):

Lấy tổng mô men đối với tiết diện 0 và 1

0 ) (

106

1

.

1

13 11 11 11

106

106 71 33 , 242 53 106 55 , 1219

11

11 12 13

11 11



0

11 11

R11x  rk  10x  t11  242 , 33  1219 , 95   205 , 33   772 , 29



 Biểu đồ mômen trên trục (hình vẽ trang 25)

*Đờng kính các đoạn trục:

áp dụng công thức tính mô men tơng đơng tại các tiết diện

2 2

75 , 0 0

75 , 0 17205

75 , 0 40931

áp dụng công thức tính đờng kính trục : 3

] [ 1 ,

tdkj kj

M

d 

Tra bảng 10.5[I] ,với đờng kính trục:

+d1 = 25 (mm) nội suy ta có [] = 63 (MPa)

3 , 17 63

Tiết diện 12 : lắp khớp nối trục đàn hồi, kiểu lắp k6 kết hợp với lắp then

Tiết diện 13 : lắp bánh răng , kiểu lắp k6 kết hợp với lắp then

 Ta có kết cấu trục (trang 25)

*Kiểm nghiệm độ bền then:

Dựa vào bảng 9.1[I] chọn loại then bằng

áp dụng công thức tính ứng suất dập và ứng suất cắt :

) (

.

2

1

t h

T

t c

.

2





Với : T là mô men xoắn trên tiết diện lắp then,

d là đờng kính trục tại tiết diện lắp then,

lt chiều dài then : lấy lt  1,35.d và chọn theo dãy tiêu chuẩn

h là chiều cao then

t1 là chiều sâu rãnh then trên trục

Các kết quả tính ghi trong bảng :

Kết luận các then làm việc đủ bền.

Biểu đồ momen và kết cấu trục I