thiết kế hệ dẫn động thang máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MƠN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
------------------------------

ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Đề tài : Thiết kế hệ dẫn động Thang máy

Giảng viên hướng : TS . Nguyễn Văn Tình
dẫn
Sinh viên thực hiện
: Lê Trung Kiên - 20158994
: Nguyễn Minh Tuân - 20175915
Lớp
: NUT16- SIE

Hà Nội, Năm 2020
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

1
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


MỤC LỤC
MỤC LỤC...........................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................5
CHƯƠNG 1: Phân tích kết cấu và nguyên lí làm việc của thang máy................................6
1.1, Phân tích kết cấu của thang máy.....................................................................6
1.2, Phân tích nguyên lí làm việc của thang máy...................................................6

CHƯƠNG 2: Tính tốn động học........................................................................................7
2.1, Cơng suất trên trục puli masat.........................................................................7
2.2, Cơng suất cần thiết trên trục động cơ..............................................................7
2.3, Xác định số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ..............................................7
2.4, Chọn động cơ:.................................................................................................8
2.5, Xác đinh lại thơng số động học......................................................................8
CHƯƠNG 3: Tính tốn thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít..............................................11
3.1, Các thông số vào...........................................................................................11
3.2, Chọn vật liệu..................................................................................................11
3.3, Xác định ứng suất cho phép..........................................................................11
3.3.1, Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép (σH)...............................................11
3.3.2, Xác định ứng suất uốn cho phép (σF)......................................................12
3.3.3, Ứng suất khi quá tải................................................................................12
3.4, Xác định thông số bộ truyền.........................................................................12
3.4.1, Xác định mơ đun.....................................................................................12
3.4.2, Kiểm nghiệm răng bánh vít về bền tiếp xúc...........................................13
3.4.3, Kiểm nghiệm răng bánh vít về bền uốn..................................................14
3.4.4, Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải....................................................15
3.4.5, Tính nhiệt truyền động trục vít................................................................15
3.4.6, Bảng tổng kết thơng số bơ truyền bánh răng..........................................17
CHƯƠNG 4: Chọn khớp nối, phanh, tính trục, then, ổ lăn...............................................18
4.1, Chọn phanh và khớp nối..............................................................................18
4.1.1, Thông số đầu vào....................................................................................18
4.1.2, Tính phanh...............................................................................................18
4.1.3, Tính momen phanh..................................................................................18
4.1.4, Chọn khớp nối.........................................................................................19
4.1.4a, Chọn khớp nối....................................................................................19
4.1.4b, Kiểm nghiệm khớp nối.......................................................................19

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

2
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


4.1.4c, Lực do khớp nối sinh ra trên trục.......................................................19
4.1.4d, Tính tốn lại các thơng số..................................................................19
4.2, Tính trục, then và ổ lăn..................................................................................20
4.2.1, Tính tốn thiết kế trục.............................................................................20
4.2.1a, Phân tích và tính lực ăn khớp.............................................................20
4.2.1b, Tính sơ bộ đường kính trục................................................................21
4.2.1c, Sơ đồ tính tốn khoảng cách đối với hộp giảm tốc trục vít................21
4.2.2, Xác định kết cấu then và ổ lăn trục I.......................................................22
4.2.2a, Xác định lực tác dụng và đường kính các đoạn trục..........................22
4.2.2b, Tính chọn then....................................................................................26
4.2.2c, Tính chọn ổ lăn trục I.........................................................................26
4.2.3, Xác định kết cấu then và ổ lăn trục II.....................................................29
4.2.3a, Xác định lực tác dụng và đường kính các đoạn trục.........................29
4.2.3b, Tính chọn then...................................................................................32
4.2.3c, Tính chọn ổ lăn truc II........................................................................34
4.2.4, Kiểm tra trục về độ bền mỏi và bền tĩnh:................................................35
4.2.4a, Trục I..................................................................................................35
4.2.4c, Trục II.................................................................................................40
CHƯƠNG 5: Tính tốn thân hộp.......................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................45

DANH MỤC HÌNH VẼ
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

3

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


Hình 1: Sơ đồ lực ăn khớp.......................................................................................20
Hình 2 : Sơ đồ phân tích các lực ăn khớp................................................................21
Hình 3: Sơ đồ tính khoảng cách trục vít..................................................................22
Hình 4 : Sơ đồ tính khoảng cách trục bánh vít........................................................22
Hình 5 : Sơ đồ lực trên trục vít................................................................................23
Hình 6: Biểu đồ momen..........................................................................................24
Hình 7 : Sơ đồ tính chọn ổ lăn trên trục vít.............................................................26
Hình 8: Sơ đồ lực ở ổ đũa cơn.................................................................................28
Hình 9: Sơ đồ lực trên trục bánh vít........................................................................29
Hình 10 : Biểu đồ momen.......................................................................................31
Hình 11 : Sơ đồ lực tính chọn ổ đũa cơn.................................................................34
Hình 12 : Biểu đồ đặt lực........................................................................................39
Hình 13 : Biểu đồ ứng suất......................................................................................39
Hình 14 : Biểu đồ đặt lưc........................................................................................43
Hình 15 : Biểu đồ ứng suất......................................................................................43

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Bảng thông số động học.............................................................................10
Bảng 2: Bảng thông số bộ truyền bánh răng...........................................................17
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

4
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


Bảng 3 : Các lực tác dụng lên trục I........................................................................38
Bảng 4 : Các lực tác dụng lên trục II.......................................................................42

CHƯƠNG 1: Phân tích kết cấu và nguyên lí làm việc của thang máy

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

5
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


1.1, Phân tích kết cấu của thang máy
- Đối trọng: là bộ phận đóng vai trị chính trong hệ thống cân bằng của thang
máy, tùy theo độ cao của thang máy người thiết kế sẽ chọn khối lượng đối trọng
khác nhau.
- Cáp : gồm các sợi thép cacbon tơi có giới hạn bền kéo là 1400- 1800 N/mm 2 ,
các sợi thép cacbon được chế tạo bằng công nghệ kéo nguội có đường kính từ 0.5
đến 2-3mm được bện thành cáp bằng các thiết bị chuyên dùng. Tùy theo mục đích
của thang máy số dây cáp sẽ khác nhau.
- Động cơ kéo : Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo vận tốc quy định.
- Khớp nối trục đàn hồi: Hạn chế được va chạm khi mở máy do các trục tạo
nên, truyền chuyển động từ động cơ sang hộp giảm tốc.
- Puli: dung để treo cabin và đối trọng bằng cáp,
- Hộp giảm tốc trục vít bánh vít : tỉ số truyền lớn, gọn nhẹ, làm việc êm và độ ồn
thấp. Truyền chuyển động từ động cơ đến puli , tăng momen xoắn, tăng công suất
tải cho ĐC.
- Cabin: bộ phận mang tải trong thang máy.
1.2, Phân tích nguyên lí làm việc của thang máy
Nguyên lí hoạt động chung của thang máy : Khi ấn nút gọi tầng, tín hiệu đưa về
hệ thống điều khiển, hệ thống tiếp nhận tín hiệu điều khiển, xử lí và điều khiển
động cơ quay, động cơ truyền lực kéo cabin thang máy đến vị trí nhận tín hiệu,
thang máy dừng và mở cửa. Khi cửa mở điều khiển tự động đóng lại, khách ấn nút

gọi tầng, tín hiệu điều khiển sẽ gửi đến bộ xử lí, phân tích khoảng cách và ưu tiên
chọn tầng gần nhất theo chiều lên hoặc xuống theo thứ tự, q trình được thực hiện
đến tầng vị trí cao nhất xong sẽ đổi chiều chuyển động và thực hiện lại đúng thứ tự
các bước như trên.
Nguyên lí hoạt động của hệ thống dẫn động: Động cơ truyền momen xoắn tới
nối trục và nối trục truyền đến trục vít của hộp giảm tốc , làm cho puli quay và
tăng dần vận tốc đến vận tốc giới hạn, puli chuyển hướng quay theo hướng yêu cầu
để cabin di chuyển đến vị trí yêu cầu.

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

6
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


CHƯƠNG 2: Tính tốn động học
2.1, Cơng suất trên trục puli masat
Ppl=
F=
φ====0,43
-Hệ số cân bằng:φ
-Bội suất pagang a=1 (vì cabin treo trực tiếp với cáp)
-Hiệu suất giếng thang ηg = 0,92-f.zn
Số puli đổi hướng zn=1 , sử dụng puli đổi hướng f=0,02 => ηg=0.9
vd=a.v=1,5 m/s
=> F= =9940,8(N)
=> Ppl==14,9(kW)
2.2, Công suất cần thiết trên trục động cơ
Công suất động cơ yêu cầu là : ===20,3(kW )
2

Hiệu suất bộ truyền :  =. tv . ol
Trong đó :
+Hiệu suất của khớp nối, =1 (do nối trục đàn hồi)
+Hiệu suất của cặp ổ lăn, =0,99 ( sử dụng 1 cặp ổ lăn)
+Hiệu suất của bộ truyền trục vít 1 cấp
Số ren z1=2 nên chọn  tv =0,75
 = 1 . 0,75 . 0,992= 0,735
2.3, Xác định số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ
* Xác định đường kính puli ma sát :
Số nhánh cáp là Zc = 3 .
Lực căng cáp :
S===888,9(Kg)

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

7
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


Hệ số an toàn : Zp = 12(do Zc>2)
Lực kéo đứt yêu cầu :
Sđyc = Zp . S=12. 888,9 =10666,8(Kg)
Để cáp khơng bị đứt thì Sđ ≥Sđyc
Chọn đường kính cáp : dc = 16 mm (Tra bảng chọn cáp)
Đường kính sơ bộ của puli ma sát: D= dc.40=640 (mm)
* Số vòng quay trên trục puli ma sát :
npl===44,76 (v/ph)
HGT trục vít 1 cấp chọn tỉ số truyền tính tốn usb=40
* Số vòng quay đồng bộ của động cơ :

nsb=npl.usb= 44,76.40=1790,4 v/ph
Chọn động cơ có vịng quay đồng bộ là nđb= 1500v/ph
usb=33,51v/ph
2.4, Chọn động cơ:
Chọn động cơ thoả mãn điều kiện:
Chọn động cơ:
cos φ = 0,9

η%=91

=2,2

=1,4

2.5, Xác đinh lại thông số động học
* Tỉ số truyền trục vít bánh vít :
utv===32,95
Chọn utv=33.
* Xác định đường kính puli masat :
Số vịng quay thực của puli: npl===44,7(v/ph)
Đường kính puli masat: D===640,9 (mm)
Chọn đường kính puli là D=640 (mm)
* Xác định vận tốc cabin và kiểm tra sai số :
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

8
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


Vận tốc puli: vpl==1,498(m/s)

Vận tốc thực của cabin: vcb==89,88(m/ph)
Sai số vận tốc: .100%=0,13%(thoả mãn)
* Các thông số động học :
- Số vịng quay trên trục:
nI=nđc=1475(v/ph)
nII=npl=44,7(v/ph)
- Cơng suất trên trục:
PII=Ppl/0,9===15,04(kW)
PI===20,26(kW)
Pđc===20,46(kW)
- Momen xoắn:
Tđc===132469 (Nmm)
TI===131174 (Nmm)
TII===3213244 (Nmm)

Động cơ
Tỉ số truyền
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

uk=1

Trục 1

Trục 2
utv=33

9
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình

Cơng suất, kW

20,46

20,26

15,04

Số vịng quay

1475

1475

44,7

Momen xoắn , Nmm

132469
131174
Bảng 1: Bảng thơng số động học

3213244

CHƯƠNG 3: Tính tốn thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

10
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình

3.1, Các thông số vào
Momen xoắn trên trục bị động : TII = 3213244 (Nmm)
Số vòng quay trên trục chủ động : n1 = nI = 1475 (v/ph)
Tỉ số truyền :u = utv = 33
Tuổi thọ yêu cầu : 36000 giờ
Quan hệ giữa chế độ tải trọng : Tck = 12,9 (Phút)
T1/T2 = 1,26
Q2/Q1 =0,7
Qm/Q1 =2,5
Chế độ làm việc : Êm
3.2, Chọn vật liệu
Vận tốc trượt: vs=4,5.10-5.n1.=4,5.10-5.1475.=9,79 (m/s)
Do vs ≥ 5 m/s => Dùng đồng thanh thiếc
Chọn vật liệu kí hiệu:

БpOЦC 6-3-3

Cách đúc: đúc khuôn kim loại
σb=180(MPa);σch=80(MPa)
Chọn vật liệu trục vít : Trục vít làm bằng thép CT45, được mài và đánh bóng
cẩn thận .
3.3, Xác định ứng suất cho phép
3.3.1, Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép (σH)
Bánh vít làm bằng đồng thanh thiếc nên sử dụng cơng thức :
Trong đó σb=0,9.180=162(MPa)
KHL- hệ số tuổi thọ
KHL=
Với NHE= 60..n2i.Ti=60.n2.Lh.

NHE=60.44,7.36000.(14.+0,74.)=21,37.106
KHL==0,91
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

11
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


[σH]=162.0,91=147,42(MPa)
3.3.2, Xác định ứng suất uốn cho phép (σF)
Bánh vít làm bằng đồng thanh thiếc nên sử dụng công thức :
Trong đó σb.125%=0,16.180.1,25=36
KFL- hệ số tuổi thọ : KFL=
Với NFE= 60..n2i.Ti=60.n2.Lh.
NFE=60.44,7.36000.(19.+0,79.)=18,53.106
KFL==0,72
[σF]=36.0,72=25,92(MPa)
3.3.3, Ứng suất khi quá tải

[  H ]max = 4. σch= 4.80 = 320 (MPa)
[  F ]max =0,8. σch=0,8.80=64 (MPa)

3.4, Xác định thông số bộ truyền
3.4.1, Xác định mơ đun
Số mối ren truc vít : z1=2
Số răng bánh vít :

z2=utv.z1=66

Chọn sơ bộ q (0,25…0,3).z2=(16,5…19,8)

Chọn q=18
aw=(z2+q).
Chọn hệ số tải trọng : KH=1,2
Khoảng cách trục :
aw=(66+18).=315,5 (mm)
Chọn aw=315 (mm)
Mô đun :

m===7,5

Chọn m=8
aw=.(q+z2)=.(66+18)=336

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

12
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


Chọn aw=335 (mm)
Hệ số dịch chỉnh :
x=-0,5.(q+z2)=-0,5.(18+66)=-0,125
Thoả mãn điều kiện -0.7x0,7
3.4.2, Kiểm nghiệm răng bánh vít về bền tiếp xúc
Ứng suất tiếp xúc phải thoả mãn điều kiện:
σH=.[σH]
Trong đó: kH là hệ số tải động : KH = KHβ . Kv
kHβ là hệ số phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng vành răng
KHβ=1+.
Trong đó : Z1=2, q=18 => θ=230

==.=1.+0,7.=0,29
KHβ=1+.=1,017
kHv là hệ số tải trọng động.
Vận tốc trượt Vs :
Vs=
Trong đó : dw1: đường kính mặt trụ lăn của trục vít
dw1=(q+2x).m=(18+2.(-0,125)).8=142 (mm)
Góc vít lăn :
γw=arctan=arctan=6,43°
Vs==11(m/s)
Hiệu suất bộ truyền thực tế
ηtt===0,789
Với góc ma sát: φ=arctan(0,02+)=1,302°
Theo bảng 7.7 tra được cấp chính xác 6
Theo bảng 7.7 tra được kHv =1,1
Vậy hệ số tải động
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

13
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


KH=KHβ.KHv=1,1.1,017=1,1187
Ta có
σH=.=144,5<147,42 (MPa)
=> Điều kiện bền tiếp xúc thỏa mãn
3.4.3, Kiểm nghiệm răng bánh vít về bền uốn
Ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh vít thỏa mãn
σF=[σF]
Trong đó:

Modun pháp của bánh vít:
mn=m.cos γw=8.cos6,43=7,95
da1=m.(q+2)=8.(18+2)=160 (mm)
Chiều rộng bánh vít:
b20,75.dal (do z1=2) => b2120
Chọn b2 = 120
Đường kính vịng chia bánh vít: d2=m.Z2=8.66=528 (mm)
YF : Hệ số dạng răng với số răng tương đương
Zv===67,3
Tra bảng 7.8 tài liệu I được YF = 1,4
Hệ số tải trọng : KF =KH =1,1187
σF==1425,92 (MPa)
=> Điều kiện bền uốn thỏa mãn
3.4.4, Kiểm nghiệm răng bánh vít về q tải
Hệ sơ q tải : Kqt = Qm/Q1=2,5
Để tránh biến dạng dư hoặc dính bề mặt răng :
σHmax=σH.=228,5<320 (MPa)
Để tránh biến dạng dư hoặc tránh phá hủy tĩnh chân răng bánh vít :
ΣFmax=σF.=22,1<64 (MPa)

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

14
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


3.4.5, Tính nhiệt truyền động trục vít
Diện tích thốt nhiệt cần thiết
A
Với PI : Cơng suất trên trục vít , PI =20,26 kW

Kt : Hệ số tỏa nhiệt , chọn Kt =17,5 W/(m2 oC)
ψ : Hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp xuống bệ máy
Chọn ψ=0,3
Ktq =29 ứng với vòng quay của quạt n=1475 vòng/phút
β : Hệ số giảm nhiệt do làm việc ngắt quãng
β===3,46
to : Nhiệt độ xung quanh môi trường :to=20°
η=0,735: Hiệu suất bộ truyền
[td]=90° Nhiệt độ cao nhất cho phép của dầu do trục vít đặt dưới bánh vít
Vậy
A=0,9 (m2)
=> Thỏa mãn về nhiệt độ

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

15
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


3.4.6, Bảng tổng kết thông số bô truyền bánh răng
Thông số
Khoảng cách trục
Mơ đun
Tỉ số truyền
Số mối ren vít
Số răng bánh vít
Đường kính vịng chia
Đường kính vịng lăn

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

Ký hiệu
aw
m
u
Z1
Z2
d1
d2
dw1
dw2

Giá trị
335
8
33
2
66
144
528
142
528

16
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


da1
da2
Đường kính vịng đáy

df1
Đường kính vịng đáy
df2
Đường kính mép ngồi bánh vít
daM2
Hệ số đường kính
q
Hệ số dịch chỉnh bánh vít
x
Góc ơm
σ
Góc vít
γw
Chiều dài đoạn làm ren trục vít
b1
Chiều rộng bánh vít
b2
Bảng 2: Bảng thơng số bộ truyền bánh răng
Đường kính vịng đỉnh

160
542
124,8
506,8
554
18
-0,125
50,28°
6,43°
119,68

120

CHƯƠNG 4: Chọn khớp nối, phanh, tính trục, then, ổ lăn
4.1, Chọn phanh và khớp nối
4.1.1, Thông số đầu vào
Tđc= 132469 Nmm
dđc = 60 mm
ndc = 1475 v/ph
4.1.2, Tính phanh
Trạng thái nguy hiểm nhất là thang máy đầy tải và thang máy đi xuống
Chọn loại phanh : Chọn loại phanh YWZ cùng bơm thủy lực MYT1
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

17
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


4.1.3, Tính momen phanh
Tph=Fc..Kph.η.
Trong đó:
-Lực của cáp tại thời điểm phanh: Fc=
-Hệ số quá tải: Stt =1,25
-Hệ số cân bằng:  =0,43
-Hiệu suất giếng thang:

g

=0,9

-Bội suất palăng: a=1

=> Fc==11583,6 (N)
-D : đường kính tính tốn puly : D = 640 (mm)
-Kph = 2 : hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc
-Hiệu suất thực tế từ động cơ đến puly: η=ηtv=0,735
Tph=Fc..Kph.η.=11583,6..2.0,735.=165119 (Nmm) = 165,1 (Nm)
Chọn phanh:
- Kí hiệu : YWZ-300/25 Cùng bơm thuỷ lực kí hiệu: MYT1-25ZB/4
- Momen phanh cho phép : 320 Nm
- Đường kính bánh phanh : Dph = 300 mm
- Khoảng hở cho phép : σph=0,7 mm
- b = 80 mm ;A = 520 mm; B = 130 mm; B2 = 160 mm
- H = 240 mm; H3 = 586 mm; L1 = 550 mm; L = 728 mm
4.1.4, Chọn khớp nối
4.1.4a, Chọn khớp nối
Ta sử dụng loại khớp nối răng liền bánh phanh ZLL
Đường kính bánh phanh D0 = Dph =300 (mm), ddc =60 (mm)
dmin< dđc< dmax
Ta chọn loại ZLL4 có các thơng số:
Đường kính cho phép nối : d1, d2 = 60,63,65,70,71,75 (mm )

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

18
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


Momen xoắn cho phép truyền được: Tkn =4000 (N.m)
Modul m = 3
Số răng Zph = 40
L=142 (mm)

L1=107 (mm)
Đường kính bánh phanh D0 =300 (mm)
4.1.4b, Kiểm nghiệm khớp nối
Momen tính tốn cần truyền qua khớp nối:
Tt = k . Tđc = 3. 132469 = 397407 (Nmm) = 397,4 (Nm)
Với k là hệ số làm việc, k=3.
Tt=> Thoả mãn điều kiện
4.1.4c, Lực do khớp nối sinh ra trên trục
Đường kính vịng lăn của bánh răng:
Dbr=mph.Zph=3.40 =120 (mm)
Lực hướng tâm của khớp lên trục ( đặt tại giữa vành răng theo phương trục):
Fkn= αT.=0,2. =1324(N)
Với αT=0,2
4.1.4d, Tính tốn lại các thơng số
Tỉ số truyền trục vít –bánh vít : utv =33
Hiệu suất của bộ truyền : ηtv=0,75
Momen xoắn trên trục I : TI===131139 (Nmm)
Momen xoắn trên trục động cơ : Tdc===133807 (Nmm)
4.2, Tính trục, then và ổ lăn

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

19
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


4.2.1, Tính tốn thiết kế trục
4.2.1a, Phân tích và tính lực ăn khớp

Hình 1: Sơ đồ lực ăn khớp

Trong đó :
Ft1: lực tiếp tuyến tác dụng lên trục I (Ft1 // trục II , ngược chiều quay 1 )
Ft2 : lực tiếp tuyến tác dụng lên trục II (Ft2 // trục I ,cùng chiều quay 2 )
Fr : lực hướng tâm
Fa : lực dọc trục
Chọn trục vít là trục chủ động
Trị số của các lực :
Fa1=Ft2==2.= 12171N
Fa2=Ft1=Fa1. tan(γ+φ)=12171.tan(6,43+1,302)=1652,5N
Fr1=Fr2=Fa1.=12171.=4441N
Với góc ma sát: φ= 1,302°, góc profin trong măt cắt dọc trục vít : α = 20°

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

20
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


Hình 2 : Sơ đồ phân tích các lực ăn khớp
4.2.1b, Tính sơ bộ đường kính trục
Chọn sơ bộ đường kính trục trục vít
d1(0,8…1,2)ddc=(0,8…1,2).60=(48…72) mm
Chọn d1 =60 mm
Chọn sơ bộ đường kính trục bánh vít => [τ]=30
d2==81,2
Chọn d2 = 85 mm
Chọn chiều rộng ổ lăn:
b01 = 31 mm

b02 = 41 mm
4.2.1c, Sơ đồ tính tốn khoảng cách đối với hộp giảm tốc trục vít
Trục I
Chọn k3= 10 mm, hn = 15 mm
k3 là khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

21
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


hn chiều cao nắp ổ và đầu bulong
Chiều dài các mặt trụ:
l11=(0,9…1)daM2=554=554 (mm)
l13===277 (mm)
Chiều dài mayơ khớp nối :
lmkn=lm12=(1,4…2,5).d1=(84…150)
=>chọn lm12=150 (mm)
Lc12=0,5.(lm12+b01)+k3+hn
=0,5.(150+31)+10+15=115,5 (mm)
l12=lc12=115,5 (mm)
Hình 3: Sơ đồ tính khoảng cách trục vít
Trục II
k1 = 10 ; k2 = 10 ; k3 = 10 ; hn = 15
d2 = 85 mm ; b02 =41 mm
chiều dài mayơ bánh vít :
lm22=(1,2…1,8).d2=1,53.85=130 (mm)
lm23=(1,4…2,5).d2=2.85=170 (mm)
l22=0,5.(lm22+b02)+k1+k2

=0,5.(130+41)+10+10=105,5 (mm)
l21=2.l22=211 (mm)
l23=l21+lc23=211+0,5.(lm23+b02)+k3+kn
=211+0,5.(170+41)+10+15=341,5
Hình 4 : Sơ đồ tính khoảng cách trục bánh vít
4.2.2, Xác định kết cấu then và ổ lăn trục I
4.2.2a, Xác định lực tác dụng và đường kính các đoạn trục
* Xác định lực tác dụng

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

22
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


Hình 5 : Sơ đồ lực trên trục vít

=>Fx0, Fy0, Fy1 ngược chiều so với giả thiết

Ta có sơ đồ phân bố lực:
Khớp nối

638,7 773,8
2

1

4441

0

T1

1324

3802,3

1652,5
3 12171

x
1102,3

z
y

277
115,5

Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

554

23
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


Mx
176919,9
1053237,1
305337,1

152922
My
131179

T

Hình 6: Biểu đồ momen
* Xác định đường kính các đoạn trục
+ Tại nút 0
- Momen uốn trong mặt phẳng 0xz: My0= l12.Fkn=115,5.1324=152922 (Nmm)
- Momen uốn trong mặt phẳng 0yz; Mx0=0
- Momen xoắn : T0=TI=131179 (Nmm)
 Momen uốn tại điểm 0 là :
M0 = My0=152922 (Nmm)
 Momen tương đương:
Mtd0===190502,2 (Nmm)
 Đường kính sơ bộ tại nút 0:
Với vật liệu là thép 45 nên ta chọn [σ]=50.
dsb0===33,65 (mm)
+ Tại nút 3
- Momen uốn trong mặt phẳng 0yz:Mx3max=Fy1.=277.3802,3=1053237 (Nmm)
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

24
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình


- Momen uốn trong mặt phẳng 0xz: My3=Fx1.=277.1102,3=305337,1 (Nmm)
- Momen xoắn : T3=TI=131179 (Nmm)
 Momen uốn tại điểm 3 là :

M3 = ==1096603 (Nmm)
 Momen tương đương:
Mtd3===1102472 (Nmm)
 Đường kính sơ bộ tại nút 3:
dsb3===60,4 (mm)
+ Tại nút 1
- Momen uốn trong mặt phẳng 0yz: Mx1=Fy1.0 0
- Momen uốn trong mặt phẳng 0xz: My3=Fx1.0 =0
- Momen xoắn : T1=0
 Momen uốn tại điểm 3 là : M1 =0
 Momen tương đương: Mtd1=0
 Đường kính sơ bộ tại nút 1: dsb3=0
Vậy xác định các đường kính trục như sau :
Chọn d3> 60,4 : d3=70 mm
Chọn d0=d1> 33,65 : d0=d1=65 mm
Chọn khớp nối tại vị trí 2: d2I=60 mm
4.2.2b, Tính chọn then
 Chọn then
Chỗ lắp then: lắp ở phần khớp nối
Loại then: then bằng
Đường kính chỗ lắp then tại vị trí 2 : d=d2I = 60 mm
Chiều dài then : L=(0,8…0,9).lm12=120…166,7 (mm) => chọn L=140 (mm)
Chiều rộng rãnh ren : b=18 mm
Chiều cao then : h=11 mm
Chiều sâu rãnh then trên trục I : t1=7 mm
 Kiểm nghiệm độ bền then
Đồ án thiết kế hê thống cơ khí

25
Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Tình