Đồ án Chi tiết máy đề 4 phương án 1 ĐH GTVT

+Muốn coi động cơ làm việc với công suất tương đương không đổi, công suất gây ra mất mát năng lượng tương đương với mất mát năng lượng do công suất thay đổi gây ra trong cùng một thời gi

Sinh viên: NGUYỄN QUỐC BẢO

MSV: 160301467

Lớp: Cơ Điện Tử Khóa K57

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Cường

Đề số IV phương án 1 THIẾT KẾ TRẠM DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Chương 1: Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

Thông số kĩ thuật:

+ Lực kéo trên xích tải : P = 470 (kG)

+ Vận tốc xích tải: V = 0,13 (m/s)

+ Bước xích tải: t = 100 (mm)

+ Số răng đĩa xích tải: Z = 10

+ Chiều cao tâm đĩa xích: H = 550 (mm)

tp : số giờ làm việc thực tế trong ngày

a : số ngày làm việc thực tế trong năm

I, Chọn động cơ điện:

1) Xác định công suất cần thiết của động cơ:

+Vì tải trọng thay đổi nên cần chọn động cơ đạt trị số ổn định khi làm việc

+Muốn coi động cơ làm việc với công suất tương đương không đổi, công suất gây ra mất mát năng lượng tương đương với mất mát năng lượng do công suất thay đổi gây ra trong cùng một thời gian: +Ta có :

Họ tên : Cao Đình Đức

Mã sv : 181323952

Giảng viên hướng dẫn : Tào Văn Chiến

ηol = 0,99: Hiệu suất của một cặp ổ lăn

ηk = 1 : Hiệu suất của ổ nối di động

+Số vòng quay làm việc của trục máy công tác:

Nlv = 60000.v 60000.0,13

Z.t  10.100 =7,8 (vòng/phút) +Tra bảng 2.4: Ta chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc 2 cấp trục vít-bánh vít là:

uh = 300

+Số vòng quay sơ bộ của động cơ là:

 Ta chọn động cơ có kí hiệu 4A71B2Y3 Một số thông số cơ bản của động cơ:

4) Phân phối tỷ số truyền

+Đối với hộp giảm tốc hai cấp trục vít, ta lấy khoảng cách trục cấp chậm bằng hai lần khoảng cách trục cấp nhanh (aw2 = 2aw1) để cho kết cấu chung của hộp được hợp lý

+Muốn vậy tỷ số truyền u1 nhỏ hơn u2 một ít nghĩa là:

+Để tạo điều kiện bôi trơn các bộ truyền trục vít và đảm bảo kích thước gọn ta chọn: utvn = 18

Pdc = 1,1 (kW)

ndc = 2810 (v/p)

Tdc = 9,55.106.Pdc /ndc = 9,55.106.1,1/2810 = 3738,43 (Nmm)

Chương 2: Thiết kế bộ truyền

I, Thiết kế bộ truyền trục vớt – bỏnh vớt cấp nhanh

1, Chọn vật liệu chế tạo:

- Xác định vận tốc trượt:

Ta có công thức : 3

2 1 5 10 5

n1 : số vòng quay của trục vít cấp nhanh (v/p)

T2: mômen xoắn trên trục bánh vít (Nmm) Theo chương 1 ta đã xác định được: n1= 2667,6 (v/p)

2 Định ứng suất cho phép theo điều kiện uốn và tiếp xỳc:

-Theo bảng 7.1, với bỏnh vớt bằng БpH 10-4-4 đỳc li tõm

b 600

  MPa,  ch 200 MPa Theo bảng 7.2 với cặp vật liệu

БpH 10-4-4 và thộp tụi, ta cú [H ]= 172,5 (MPa)

-Với bộ truyền làm việc 1 chiều,  Fo được tớnh theo:

 Fo = 0,25b + 0,08ch = 0,25.600 + 0,08.200

= 166 ( MPa ) -Hệ số tuổi thọ:

9

6

10

FE FL

N

K  =

6 9

7

1010,66.10 = 0,595 Với :

NFE =

9 2i

-Vậy ta tính được ứng suất uốn cho phép:

[F] = [FO].KFL =166 0,595 = 98,77 (MPa)

-Theo cụng thức 7.14, ta cú:

[H]max= 2.ch = 2.200 = 400 (MPa) [F ]max= 0,8.ch = 0,8.200 =160 (MPa)

3 Xỏc đinh thụng số hỡnh học của bộ truyền:

-Xỏc định khoảng cỏch giữa 2 trục: Chọn sơ bộ KH = 1,3

-Với utvn = 18, chọn số răng trục vớt z1= 2 Khi đó, số răng bánh vít là:

z2 = utvn z1 = 18 2 = 36

-Tính sơ bộ hệ số được kính trục vít q theo z2:

q = (0,25  0,3).z2 = (0,250,3).36 = 9  10,8 Theo bảng 7.3 chọn q = 10

-Khoảng cách trục được tính theo công thức:

aw = (z2 + q)

2

2 H 3

2 H

T K170

-Hệ số dịch chỉnh (x) được tính theo cônh thức:

x = aw

m - 0,5.(q + z2) =

803,5 - 0,5.(10 + 36) = -0,14 (mm) ( Thỏa món điều kiện -0,7 x  0,7 )

4 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc:

-Gọi kt =T2m / T2max , từ ct T2m = T t n2i i 2i/t ni 2i với n2i n2

-Ta cú: s w1 1

w

d n 34,02.2667,v

= arctg[ 2/(10 - 2.0,14)] = 11,6o

-Với vs = 4,85 < 5m/s ta chọn cấp chính xác 8: Trục vít được tôi

đạt độ rắn HRC >45 sau đó được mài và đánh bóng hoăc trục vít được tôi cải thiện đạt độ rắn HB < 350, không mài, bánh vít được cắt bằng dao phay vít hoặc dao bay nên chạy rà có tải Từ đó ta chọn hệ số tải trọng động KHv =1,2 (bảng 7.7)

-Ta có công thức tính KH

KH = KHv KH =1,2 1,01 =1,212

-Thay tất cả các đại lượng đã tính vào công thức tính H ta được: Ứng suất tiếp xỳc là:

3 H

tg(11,6)0,95

zv = 2

3

zcos ( ) = 3

36cos (11,6) = 38,3 => YF = 1,61

KF = K KF Fv  K KH Hv = 1,01 1,2 =1,212

-Công thức kiểm nghiệm độ bền uốn của răng bánh vít:

2 F F F

+b2 = 30 (mm) +KF = 1,212 +YF = 1,61 +d2: Đường kính vòng chia bánh vít Với: d2 = m.z2 = 3,5 36 =126 (mm)

+mn: Môđun pháp của răng bánh vít

mn = m.cos() = 3,5 cos(11,6) = 3,4 Vậy:

7 Kiểm nghiệm răng bỏnh vớt về quỏ tải

-Trong quá trình làm việc (nhất là khi khởi động máy), răng bánh vít có thể bị quá tải đột ngột Do đó, ta cần kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải, dựa vào [ ]max và [ ]max

-Để tránh dính răng hay biến dạng dư, ứng suất tiếp xỳc cực đại không được vượt quá 1 giá trị cho phép:

Kqt = Tmax

T =

1,5M

M = 1,5 +H: ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít Theo mục 4, ta có H = 145,45 (MPa)

 Thay số ta cú :

Hmax = 145,45 1,5 = 178,14 (MPa) < [H]max = 400 (MPa) -Để tránh biến dạng dư phỏ hỏng tĩnh chõn rang bỏnh vớt, ứng suất uốn cực đại không được vượt quá 1 giá trị cho phép:

F

 max = F.Kqt  [F]max

Trong đó:

+Kqt = 1,5 +F : ứng suất uốn sinh ra tại chõn rang bỏnh vớt Theo mục 5, ta cú F= 8,75 (MPa)

+[F]max : ứng suất uốn quá tải cho phép

+ Chọn Kt = 13 W/(m2 oC) ;  0, 25

Ktq = 40 ( ứng với nq = 2667,6 )

+ td = 70 oC (trục vớt đặt trờn bỏnh vớt), to=20 o+ P1  P /2  T n / (9,55.10 u )2 1 6 

Mà theo mục 4, ta cú  0,806 => P1 = 41177,13 2667,6 /(9,55.106.18.0,806)

= 0,793 kW Khi đú:

Ft1 = Fa2 = F tg( )a1  = 653, 61.tg(11, 6) = 134,17 (N)

Fr1 = Fr2 = F tg( )a1  653,61.tg(20) = 237,89 (N)

Với  : gúc prụfin trong mặt cắt dọc của trục vớt, =20o

II, Thiết kế bộ truyền trục vớt – bỏnh vớt cấp chậm

1, Chọn vật liệu chế tạo:

1.1, Trục vít:

+Với trục vít ta chọn thép 45 đạt độ rắn trên 45 HRC

1.2, Bánh vít:

- Xác định vận tốc trượt:

Ta có công thức : 5 3

v  4,5.10 n T

n2 : số vòng quay của trục vít cấp chậm (v/p)

T3: mômen xoắn trên trục bánh vít (Nmm)

Theo chương 1 ta đã xác định được: n2= 148,2 (v/p)

2 Định ứng suất cho phép theo điều kiện uốn và tiếp xỳc:

-Theo bảng 7.1, với bỏnh vớt bằng gang CЧ 12-28 nờn ta cú

3 Xỏc đinh thụng số hỡnh học của bộ truyền:

-Xỏc định khoảng cỏch giữa 2 trục: Chọn sơ bộ KH = 1,3

-Với utvc = 19, chọn số răng trục vớt z3= 2 Khi đó, số răng bánh vít là:

z4 = utvc z3 = 19 2 = 38

-Tính sơ bộ hệ số đường kính trục vít q theo z4:

q = (0,25  0,3).z4 = (0,250,3).38 = 9,5  11,4 Theo bảng 7.3 chọn q = 11,2

-Khoảng cách trục được tính theo công thức:

aw = (z4 + q)

2

3 H 3

4 H

T K170

4 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc:

-Gọi kt =T2m / T2max , từ ct T2m = T t n2i i 2i/t ni 2i với n2i n2

-Ta cú: s w3 2

w

v60000.cos 60000.cos(9,5 )

zv = z34cos ( ) = 3

38cos (9,5) = 39,6 => YF = 1,55

KF = K KF Fv  K KH Hv = 1,01 1,3 =1,313

-Công thức kiểm nghiệm độ bền uốn của răng bánh vít:

3 F F F

+mn: M«®un ph¸p cña r¨ng b¸nh vÝt

mn = m.cos() = 8 cos(9,5) = 7,89 VËy:

7 Kiểm nghiệm răng bỏnh vớt về quỏ tải

-Trong quá trình làm việc (nhất là khi khởi động máy), răng bánh vít có thể bị quá tải đột ngột Do đó, ta cần kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải, dựa vào [H]max và [F]max

-Để tránh dính răng hay biến dạng dư, ứng suất tiếp xỳc cực đại không được vượt quá 1 giá trị cho phép:

Kqt = Tmax

T =

1,5M

M = 1,5 +H: ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít Theo mục 4, ta có H = 147,1 (MPa)

 Thay số ta cú :

Hmax = 147,1 1,5 = 180,16 (MPa) < [H]max =256,5 (MPa) -Để tránh biến dạng dư phỏ hỏng tĩnh chõn rang bỏnh vớt, ứng suất uốn cực đại không được vượt quá 1 giá trị cho phép:

F

 max = F.Kqt  [F]max

Trong đó:

+Kqt = 1,5 +F : ứng suất uốn sinh ra tại chõn rang bỏnh vớt Theo mục 5, ta cú F= 9,43 (MPa)

+[F]max : ứng suất uốn quá tải cho phép

[F]max = 0,6.b = 0,6 120 = 72 (MPa)

 Thay số ta cú :

Fmax = 9,43.1,5 = 14,145 (MPa) < [F]max = 72 (MPa)

=> Thỏa mãn về quá tải

Trong đó:

+   tck / (P t / t )i i ck 1 / (h h )ti gi = 1/( 1.0,5 + 0,7.0,25 + 0,5.0,25 ) = 1,25

+ Chọn Kt = 13 W/(m2 oC) ;  0, 25 Ktq = 14 ( ứng với nq = 148,2 )

+ td = 90 oC (trục vít đặt dưới bánh vít), to=20 o+ P3 P /4  T n / (9,55.10 u )3 2 6 

Mà theo mục 4, ta có  0,638 => P3 = 619525,64 148,2 /(9,55.106.19.0,638)

= 0,793 kW Khi đó:

Chương 3: Thiết kế trục

I, Sơ đồ lực

-Với d1=20 mm, tra bảng 10.2 ta cú chiều rộng ổ lăn b01=15 mm -Với d2=25 mm, tra bảng 10.2 ta cú chiều rộng ổ lăn b02=17 mm -Với d3=50 mm, tra bảng 10.2 ta cú chiều rộng ổ lăn b03=27 mm

3, Xỏc định khoảng cỏch giữa cỏc gối đỡ và điểm đặt lực

-Ta xác định các khoảng cách từ trục trung gian:

l13 = l11/2 = 68 mm

Trên trục 2 :

+Ta cú :

lm23 = (1,2ữ1,8).d2 = (1,2ữ1,8) 25 = 30 ữ 45 mm => chọn lm23 = 40 mm

l22 = (0,9ữ1).daM4/2 = (0,9ữ1).338/2 = 152,1 ữ 169 mm

=> chọn l22 = 160 mm

l23 = 2.l22 + 0,5.lm23 + k1 = 2.160 + 0,5.40 + 10 = 350 mm

l21 = l23 + 0,5.(b02 + lm23) + k1 + k2 = 350 + 0,5.(17 + 40) + 10 + 6 = 394,5 mm

Trªn trôc 3 :

+Ta có:

lm33 = (1,2÷1,5).d3 = (1,2÷1,5).50 = 60 ÷ 75 mm => chọn lm33 = 70 mm

lm32 = (1,2÷1,8).d3 = (1,2÷1,8).50 = 60 ÷ 90 mm

=> chọn lm32 = 80 mm lc33 = 0,5.(lm33 + b03 ) +k3 + hn = 0,5.( 70 + 27 ) + 15 +20 = 83,5 mm

l32 = 0,5.( lm32 + b03 ) + k1 + k2 = 0,5.(80 + 27) + 10 + 6 = 69,5 mm

l31 = 2.l32 = 2 69,5 = 139 mm l33 = l31 + lc33 = 139 + 83,5 = 222,5 mm

24, 4 N

37, 2 N79,77 N200,7

XYX

+Tính dw4 :

dw4 = m.z4 = 8 38 = 304 mm Vậy suy ra:

Ứng suất cho phép của thép chế tạo trục:   58 MPa

+ XÐt trªn tiÕt diÖn 1-1: Ta lÊy b»ng đường kÝnh æ l¨n: d11=20 (mm) + XÐt trªn tiÕt diÖn 1-3:

*Xét với trục II:

Ứng suất cho phộp của thộp chế tạo trục:   58 MPa

+ Xét trên tiết diện 2-0: Ta lấy bằng đường kính ổ lăn: d20=45 (mm) + Xét trên tiết diện 2-2:

(lấy đường kính đáy ren vít)

+ Xét trên tiết diện 2-1: Ta lấy bằng đường kính ổ lăn: d21=45 (mm) + Xét trên tiết diện 2-3:

*XÐt víi trôc III:

Ứng suất cho phép của thép chế tạo trục:   48 MPa

+ XÐt trªn tiÕt diÖn 3-0: Ta lÊy b»ng đường kÝnh æ l¨n: d30=60 (mm) + XÐt trªn tiÕt diÖn 3-2:

32 32

My Mx  222753,76 190430 = 293057,7 (Nmm)

6, Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

c, Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục:

+Dựa vào kết cấu trục ở trên và biểu đồ mômen tương ứng, có thể thấy các tiết diện sau đây là tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra về độ bền mỏi:

Trục 1: tiết diện lắp nối trục 12, lắp ổ lăn 10, trục vít 13

Trục 2 : tiết diện trục vít 22, lắp bánh vít 23

Trục 3 : tiết diện lắp bánh vít 32, ổ lăn 31, lắp với đĩa xích 33

d, Chọn lắp ghép : các ổ lăn lắp trên trục theo K6, lắp bánh vít, đĩa xích, nối trục theo k6 kết hợp lắp then

Kích thước của then theo bảng 9.1, trị số của mômen cản uốn và mômen cản xoắn (bảng 10.6) ứng với các tiết diện trục như sau:

Tiết diện Đường kính trục b x h t 1 W(mm3) W (mm0 3)

12 19 6 x 6 3,5 541 1214

23 50 14 x 9 5,5 10529 22801

32 70 20 x 12 7,5 29489 63163

33 52 16 x 10 6 11851 25655

-Không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt do đó hệ số tăng bền Ky = 1

-Theo bảng 10.12 khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then ứng với vật liệu có  b 600 MPa là K  1,76 và

K  1,54 Theo bảng 10.10 tra hệ số kích thước  và  ứng với

đường kính của tiết diện nguy hiểm, từ đó xác định được tỷ số K / 

và K /  tại rãnh then trên các tiết diện này Theo bảng 10.11, ứng

với kiểu lắp đã chọn,  b 600 MPa và đường kính của tiết diện nguy hiểm tra được tỷ số K /  và K /  do lắp căng tại các tiết diện này, trên cơ sở đó dùng giá trị lớn hơn trong hai giá trị của K /  để tính

Lắp căng

Rãnh then

Lắp căng

=> Kết quả bảng trên cho thấy không có tiết diện nguy hiểm trên 3

trục đều đảm bảo an toàn về mỏi với [s] = 1,5 … 2,5

7, Tính kiểm nghiệm độ bền của then

Then phải đảm bảo điều kiện bền dập và bền cắt :

+Trong đó:

d ,c : Ứng suất dập và ứng suất cắt tính toán (MPa)

d: Đường kính trục (mm)

T: Mômen xoắn trên trục ( Nmm)

b, h, t1, lt: Kích thước then tra bảng 9.1 hoặc 9.2

Với lt = (0,8 … 0,9)lm

=> chọn lt = 0,9lm

(lm tính ở mục II.3)

[d]: Ứng suất dập cho phép (MPa)

Tra bảng 9.5 ta được [d] = 100 (MPa)

[c]: Ứng suất cắt cho phép (MPa), c= [60 90] MPa

Chọn [c] = 90 MPa => Kết quả kiểm nghiệm then đối với các tiết diện của 3 trục như sau:

Chương 4 : Thiết kế ổ lăn

3, Tính kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ

-Theo bảng 11.4 với ổ đũa chặn:

=> Như vậy chỉ cần tính cho ổ 1 là ổ chịu lực lớn hơn

- Theo công thức (11.12) tải trọng động tương đương là:

m

i i m

= 1354,83 (N) trong đó với ổ đũa m = 10/3

- Theo công thức (11.1) ta có khả năng tải của ổ là:

Cd = QE.L0,3 Trong đó: L=60.n.10-6.Lh = 3958 triệu vòng

=> Cd=1354,83.10-3.39580,3 = 16,26 (kN) < C = 25 (kN) => Như vậy ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải động

4, Tính kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ

-Theo bảng 11.6 với ổ đũa côn ta có:

X0 = 0,5 ; Y0 =0,22.cotgα = 1,11

-Theo công thức (11.19), khả năng tải tĩnh:

Qt = X0.Fr11 + Y0.Fa11

= 0,5.216 + 1,11.664,32 = 845,4 (N) << C0 = 16,6.103 (N) => Do đó ổ đảm bảo khả năng tải tĩnh

-Do tải trọng khá lớn và yêu cầu nâng cao độ cứng

=> Ta chọn ổ đũa côn cho cả 2 gối

2, Chọn cấp chính xác ổ lăn

-Chọn sơ bộ loại ổ đũa côn cỡ trung , tra bảng P2.11( tập 1), ta có: +Ký hiệu : 7309

3, Tính kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ

-Theo bảng 11.4 với ổ đũa chặn:

=> Fa21 = 337,5 (N)

- Xác định X và Y:

+Ta có:

0, 24 eV.F 1.1402, 2

=10136,46 (N) trong đó với ổ đũa m = 10/3

- Theo công thức (11.1) ta có khả năng tải của ổ là:

Cd = QE.L0,3 Trong đó: L=60.n.10-6.Lh = 209 triệu vòng

=> Cd=10136,46.10-3.2090,3 = 50,34 (kN) < C = 76,1 (kN)

=> Như vậy ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải động

4, Tính kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ

-Theo bảng 11.6 với ổ đũa côn ta có:

=> Do đó ổ đảm bảo khả năng tải tĩnh

III Tính cho trục III

-Do có yêu cầu cao về độ cứng của ổ

=> Ta chọn ổ đũa côn cho cả 2 gối

3, Tính kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ

-Theo bảng 11.4 với ổ đũa chặn:

=> Fa30 = 1268,53 (N) ΣFa31 = Fs30 - Fat3 = 1067,45 – 1016,22 = 51,23 (N) < Fs31

0, 25 eV.F 1.996,7

= 3981,17 (N) trong đó với ổ đũa m = 10/3

- Theo công thức (11.1) ta có khả năng tải của ổ là:

Cd = QE.L0,3 Trong đó: L=60.n.10-6.Lh = 11 triệu vòng

=> Cd=3981,17.10-3.110,3 = 8,17 (kN) < C = 118 (kN) => Như vậy ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải động

4, Tính kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ

-Theo bảng 11.6 với ổ đũa côn ta có:

=> Do đó ổ đảm bảo khả năng tải tĩnh

Chương 5 : Tính toán, chọn các yếu tố của

vỏ hộp giảm tốc và chọn chế độ bôi trơn

I, Tính toán và chọn các yếu tố của vỏ hộp

Theo bảng 18.1 (tập 2) ta cã:

1, ChiÒu dµy:

- Th©n hép:  = 0,03.aw + 3 = 0,03.200 + 3 = 9 (mm)

- N¾p hép: 1 = 0,9. = 0,9.9 = 8,1 (mm) => lấy 1 = 8 (mm)