Doanchitietmaynhom04 đồ án chi tiết máy thiết kế hệ thống truyền động cơ khí

LỜI NĨI ĐẦU
Thực tế nền sản xuất cơng nghiệp nước ta chủ yếu là vừa và nhỏ, thiết kế chưa
đóng vai trò quan trọng. Nhưng với xu hướng phát triển hiện nay của nền kinh tế khu
vực và thế giới, ngày càng đòi hỏi sự hội nhập giao lưu hợp tác giữa các nước. Vai
trị của thiết kế đã tìm được chỗ đứng quan trọng trong nền sản xuất công nghiệp hóa
hiện đại hóa .
Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động cơ khí khơng thể thiếu trong chương
trình đào tạo kỹ sư, kỹ thuật viên cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức cơ sở cho sinh
viên về thiềt kế và kết cấu máy. Nó là mơn học nhằm giúp cho sinh viên có những kiến
thức cơ bản trong việc nắm bắt các giải pháp thiết kế tối ưu nhất .
Nội dung cơ bản của thiết kế hệ thống truyền động cơ khí bao gồm các nội dung
như: tính toán thiết kế hệ thống dẫn động, các chi tiết máy như: trục, bánh răng, ổ
lăn, bánh đai …
Trong quá trình thực hiện, em cố gắng hết mình, tuy nhiên do đây là lần đầu tiên
thiết kế và kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi những thiếu sót , song em rất
mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo thêm của thầy.
Trong thời gian làm đồ án này chúng em đã được sự hướng dẫn tận tình của
thầy
và các thầy cơ trong trung tâm Cơ Khí . Chúng em xin chân
thành gởi đến các thầy cô lời cảm ơn chân thành nhất .

thành cảm ơn!

Chúng em chân
TP.Hồ Chí Minh , tháng 6 năm 2009
Nhóm sinh viên thực hiện

Nhóm 04


ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN CHI TIẾT MÁY

Với các số liệu sau:
Công suất: P = 8,5 (Kw)
Số vòng quay: n = 85 (vịng/phút)
Thời gian làm việc: 8.000 giờ
Kiểu hộp giảm tốc: 2 cấp côn-trụ, như hình sau.

Sơ đồ trọng tải hình như sau:

NHĨM SINH VIÊN THỰC HIỆN
STT

Sinh viên

MSSV

1

Đỗ Duy Thanh

0773611

2

Đặng Thông

0773839

3

Nguyễn Nhàn

0774384


Y kiến nhận xét của giáo viên bộ môn:
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................

1. Chọn động cơ:
Chọn động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ kiểu lồng sốc, vận hành đơn giản,
mắc trực tiếp, với nguồn 3 pha, công suất phụ tải dưới 100Kw, không điều chỉnh vận
tốc nhảy cấp thay đổi số cặp cực.

Dung động cơ kiểu bảo vệ các lỗ thong gió có lưới che, bố trí bộ phận máy theo kiểu
nằm.
2. Chọn công suất động cở điện phải thỏa mãn ba điều kiện:
-

Lợi dụng tồn bộ cơng suất động cơ.

-

Động cơ khơng phát nóng q ở nhiệt độ cho phép.

-

Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn.

-

Mômen mở máy phải lớn hơn mômen cản của phụ tải ban đầu.

-

Chọn động cơ làm việc ở chế độ dài hạn với phụ tải không đổi.
với:

: công suất định mức
: công suất làm việc
: hiệu suất truyền động

….tích số hiệu suất của bộ truyền và các cặp ổ bi trong thiết bị,
cọn theo bảng.

-

Ta chọn theo bảng:
= 0,94

hiệu suất bộ truyền đai

= 0,98

hiệu suât bộ bánh răng trụ

= 0,97

hiệu suất một cặp ở lăn

= 0,995

hiệu suất truyền bánh răng nón răng thẳng

=1

hiệu suất khớp nối


Chọn sơ bộ động cơ che kín có quạt gió ( bảng 2P )
Kí hiệu: A02_52_4 số vịng 1460 v/p, công suất 10kw hiệu suất làm việc: 89%
3. Phân phối tỉ số truyền:
-

Tỉ số truyền động chung:

-

Với

: số vòng quay của động cơ
: số vòng quay của máy

-

Với:

-

Với:

: tỉ số truyền của đai

(chọn = 3 )

-

: tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng nón thẳng cấp nhanh.

-

: tỉ số truyền của bộ bánh răng trụ nghiêng cấp chậm.

-

Ta có:

=

-

Để tạo điều kiện bôi trơn bánh răng trong ta bôi trơn hộp giảm tốc bằng
phương pháp ngâm dầu ta chọn:
và

Truyền

Bảng hệ thống các số tốc độ:

Tỉ số

-

= 2,95

Trục động cơ

Trục I

Trục II

Trục III

I=3

I = 2,92

I = 1,95


N(v/p)

1460

502

172

882

10

9,07

8,75

8,53

Công suất
N(kw)
I.

Thiết kế các bộ truyền đai:
1. Chọn loại đai thang.

-

Giả thiết vận tốc đai V> 5 m/s có thể dung loại đai B. tính theo phương án và
chọn theo phương án nào có lợi.
Dựa vào bảng hướng dẫn chọn loại tiết diện đai hình thang mà ta chọn đai loại
B.

Tiết diện đai:
-

Kích thước tiết diện đai: a h (mm) 22 13,5
Diện tích tiết diện F(mm2) 230

-

Ta có bảng thơng số hình học của đai:
Kích thước tiết diện
Sơ đồ tiết diện đai

Kí hiệu

các loại đai
B

b

19

h

13,5

b

22

h

4,8


Fmm2 (diện tích)

230

2. Đường kính bánh đai nhỏ:
-

Tra theo bảng hướng dẫn chọn đường kính bánh đai nhỏ (dùng đai thang) ta
chọn đường kính:
D = 200 (mm).

-

Kiểm tra vận tốc đai theo cơng thức:

3. Tính đường kính của bánh đai lớn:
D = iD
Với

( 1- )

là hệ số trượt của thang:

= 0,01
Ta có D =
Lấy theo tiêu chuẩn bảng ta có trị số đường kính đai là D = 560 (mm)
Số vòng quay thực

của trục bị dẫn:

(1-0,02) 1460
sai lệch rất nhỏ so với yêu cầu.
Tỉ số truyền là: i

2,86

4. Chọn sơ đồ khoảng cách trục A theo bảng:

1431

511 (vòng/phút)


I

1

2

3

4

5

A

1,2 D

1,2 D

D

0,95 D

0,9 D

0,85 D

A = D vậy A = 560 (mm)
5. Tính chiều dài L theo khoảng cách trục A:
-

Tính sơ bộ theo cơng thức:

Lấy theo tiêu chuẩn ta có: L= 2360
Kiểm tra số vịng chạy u trong một giây.

Đều nhỏ hơn

= 10

6. Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo
tiêu chuẩn:
-

Theo công thức.

Khoảng cách A thỏa mãn điều kiện.


Khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai
A

Khoảng cách lớn nhất để tạo lực căng.

7. Tính góc ơm.
= 1800 -

vậy

= 1800 +

vậy

=1430

> 1200 thỏa

= 2170

8. Xác định số đai.
Chọn

= 1,2 N/mm2

Các hệ số C : chế độ tải trọng
C : hệ số ảnh hưởng góc ơm
C : hệ số ảnh hưởng đến vận tốc
Sai số tính theo cơng thức:


Lấy số đai B là 3
9. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai.
Chiều rộng bánh đai
(tra bảng 10-3 sách thiết kế ctm)
ta có: B = ( 1x 26+2 17)60
Đường kính ngồi của bánh đai.
Bánh dẫn

vậy D = 200 + 2 4,8 = 210

Bánh bị dẫn

vậy D = 560 + 2 4,8 = 570 (mm)

10. Tính lực căng dây ban đầu S .
S =

F

với

: là ứng suất căng ban đầu N/mm2
F: diện tích đai mm2

Vậy S = 1,2 230 = 276
Lực tác dụng lên trục R= 3 S Zsin

(N) Vậy R =3 276 3
= 2356


II. Thiết kế bộ truyền bánh răng.
A. Thiết kế bộ truyền bánh răng nón thẳng hộp giảm tốc hai cấp.
các số liệu N= 8,16n = 502 (vòng/phút) , P = 10, i = 2,92. Bộ truyền quay hai
chiều làm việc trong 8000 giờ tải trọng thay đổi theo sơ đồ sau:

1. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng nón.
-

Ta chọn thép 50 là thép bánh răng lớn thép đúc 45 đều thường hóa

-

Cơ tính của thép 50 thường hóa là:

= 600 N/mm2,

= 300 N/mm2 HB =

= 550 N/mm2,

= 320 N/mm2 HB =

210
-

Cơ tính của thép 45 thường hóa là:
185

2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.
a. Số chu kỳ làm việc của bánh răng lớn.

Với

u: là lần ăn khớp của một răng khi quay một vòng.
N : là chu kỳ tương đương.


M ,N ,T : là mơmen xoắn, số vịng quay trong một phút và tổng
số giờ làm bánh răng làm việc ở chế độ i.
M

: là mômen xoắn lớn nhất có tác dụng lên bánh răng ( ở đây

khơng tính đến mômen xoắn quá tải trong thời gian ngắn).
Vậy:
N =

Số chu kỳ làm việc của bánh răng nhỏ
N = i N > N = 107
Do đó đối với cả hai bánh chọn

= 1 với

: là hệ số ứng suất tiếp xúc N

là chu kỳ cơ sở của đường cong mới tiếp xúc.
b. ứng suất tiếp xúc cho phép.

là ứng suất tiếp súc cho phép N/mm2
là hệ số chu kỳ
Bánh nhỏ

=

= 2.6x210= 546 N/mm2

Bánh lớn

=

= 2.6x185= 481 N/mm2

3. Ứng suất uốn cho phép
Số chu kỳ làm việc của bánh răng lớn, bánh răng nhỏ đều lớn hơn
chọn

nên

=1

Tính ứng suất cho phép theo cơng thức :

=

(Vì răng làm việc 2 chiều)


Trong đó:

: là giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ hoạt động và trong chu kỳ đối

xứng có thể lấy gần đúng đối với thép:

= (0,4-0.5)

N: hệ số an toàn
Đối với bánh răng thép rèn hoặc cắn thường hóa hoặc tơi cải thiện thì n = 1,5
đối với bánh răng thép đúc hoặc gang thường hóa hoặc tơi cải thiện n = 1,8 cịn khơng
nhiệt luyện tơi cải thiện thì n = 2
: hệ số tập trung ứng suất ở chân răng.
Lấy hệ số an toàn của bánh răng nhỏ( thép rèn) n = 1,5 và bánh răng lớn ( thép
đúc) n = 1,8.
Hệ số tập trung ứng suất

= 1,8

Giới hạn bền mỏi của thép 50.
= 0,43

= 0,43 600 = 258 (N/mm2)

Giới hạn bền mỏi của thép 45.
= 0,43

= 0,43 560 = 241 (N/mm2)

ứng suất cho phép của bánh nhỏ.
(N/mm2)
ứng suất uốn cho phép của bánh răng lớn:
(N/mm2)
Sơ bộ lấy hệ tải trọng k = 1,4 chọn trong vùng (1,3
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng ( 0,3

4. Chiều dài nón:

0,33)

1,5)


5. Tính vận tốc vịng và chọn cấp chính xác chế tạo răng nón :
-

vận tốc vịng :

-

V=

=
m/s

-

Dựa vào bảng tra 6.13 chọn cấp chính xác 8

6. Định chính xác hệ số tải trọng chiều cao và chiều dài nón :
- vì các bánh răng có độ rắn HB < 350 và V < 15 m/s
- K = Ktt x Kđ =1.1,45 =1,45
- Kđ =1,45 đối với bánh răng thẳng và nghiêng ta tính lại chiều dài nón :
- L = Lsb

=

=196 (mm)

7. xác định số môđun và số răng :
- ms =0.02L = 0.02 x 196 = 3.92
- chọn ms = 4
Z=

=

= 25,4

- lấy Z1 =26

- số răng của bánh răng lớn
- Z2 =
-

tính chính xác chiều dài nón :

-

L = 0,5.ms

-

= 0,5.4

= 160 mm

-

Chiều dài răng :

-

b = ψl L = 0,3.196 = 58,8

-

Lấy b = 59

-

Môđun trung bình

= 2,92

26 = 76 (răng)


-

mtb = ms

=4

= 3,4 (mm)

8. tính góc lăn cua bánh răng cơn
-

Góc mặt nón răng nhỏ :

-

Tgφ1 =

-

Số răng tương đương của bánh răng nhỏ :

-

Ztđ =

-

Góc mặt nón bánh răng nón :

-

tag φ2 =

-

Số răng tương đương của bánh răng lớn :

-

Ztđ =

-

Theo bảng 6.20 và số răng tương đương ta tìm được hệ số răng :

-

Bánh răng nhỏ y1 = 0,429

-

Bánh răng lớn y2 = 0,517

-

Ứng suất uốn tại bánh răng nhỏ

-

=

= 0,34

=

φ1 = 18,90

= 28

= =2,92

=

φ2 71,10

= 235

=

=

= 77,4 N/mm2 <

= 95,5 N/mm2

Ứng suất uốn tại chân bánh răng lớn :
=

=

= 64,2 N/mm2 <

= 69,1 N/mm2

9. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải trong thời gian ngắn
nhất:
- Bánh nhỏ

txqt1

2,5

Notx = 2,5. 546 = 1365 N/mm2


- Bánh lớn

txqt2

2,5.481 =1202 N/mm2

- ứng suất uốn cho phép
-

uqt1

= 0,8.

= 0,8.280 = 224N/mm2

-

uqt2

= 0,8.

= 0,8.280 = 224N/mm2

- Chỉ cần kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc đối với bánh răng lớn có
-

=

≤

txqt

txqt

=

=

= 235 N/mm2

≤

txqt

=1105 N/mm2

10. Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng côn
Môđun mặt lớn : ms = 4
Số răng : Z1 = 26 , Z2 = 76
Chiều dài răng : b = 59 mm
Chiều dài nón : L = 160
Góc ăn khớp : α = 200
Góc chặt nón chia : φ1 = 18,9 φ2 = 71,1
Đường kính vịng chia :
d1 = ms.Z1 = 4 x 26 = 104 mm
d2 = ms.Z2 = 4 x 76 = 304 mm
Đường kính vịng đỉnh :
De1 = ms(Z1 + 2cosφ1) = 4x(26 +2cos18,90 ) = 112 mm
De1 = ms(Z2 + 2cosφ2 ) = 4x(76 +2cos71,10 ) = 307mm
Tính lực tác dụng đối với bánh răng nhỏ:
Mx =
Fvòng : P =

= 171786
=

=

=3887 N

Fhướng tâm : Pr = P1tgα.cosφ1 = 3887.0,364.0,946 = 1338 N


Fdọc trục : Pa1 = P1tgα.sinφ1 = 3887.0,364.0,324 = 458 N
Đối với bánh răng lớn :
Lực vòng: P2 = P1 = 3887 N
Lực hướng tâm : Pr2 = Pa1 =458 N
Lực dọc trục : Pa2 =Pr1 = 1338 N
B. thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trong hộp giảm tốc 2 cấp
Các thông số vận tốc v = 8,75 số vòng quay trục dẫn n = 172 vòng/phút, i =
1,95 làm việc hai chiều, làm trong 8000giờ tải trọng thay đổi
1. chọn vật liệu làm bánh răng:
-

Bánh nhỏ chọn thép 45 thường hóa

-

Bánh lớn chọn thép 35 thường hóa

-

Cơ tính hai loại thép

-

Thép C45 thường hóa có

= 580 N/mm2,

= 290N/mm2,HB = 170

(chọn với giả thiết dường kính phơi 100-300mm)
-

Thép C35 thường hóa có

= 480 N/mm2,

= 240N/mm2, HB =160

(chọn với giả thiết đường kính phơi 300-500mm)
2. Định ứng suất cho phép :
- Số chu kỳ làm việc của bánh lớn :
-

Ntđ = 60u

= 60(0,3.12 + 0,3.0,52 + 0,4.0,62 )x 88 x 8000

= 22.106 > N0

- Chu kỳlàm việc của bánh nhỏ
- N1 = i N2 = 1,95.22.106 = 43.106 > N0
- Chu kỳ cơ sở của N0
- Do đó ta chọn hệ số chu kỳ ứng suất k’n , K’’n đều bằng 1
- Ứng xuất tiếp xúc cho phép
- Bánh lớn :

- Bánh nhỏ :

tx2
tx1

= 2,6 170 = 442 N/mm2
= 2,6 160 = 416 N/mm2


- Để định ứng suất uốn cho phép hệ số an toàn là 1.5, ứng suất ở chân răng k
=1.8 ( vì chọn phơi rèn và thép thường hóa).
- Giới hạn mỏi của thép 45:
-

= 0,43

= 0,43.580 =249,4N/mm2

- Giới hạn mỏi của thép 35:
-

= 0,43

= 0,43.480 = 206,4 N/mm2

- Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ :

-

u

=

kN =

= 92,37 N/mm2

- Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn :
-

u

=

kN =

= 76,4 N/mm2

3. chọn hệ số tải trọng
k = ktt x kđ = 1,3
4. chọn hệ số chiều rộng bánh răng :
φA= 0,4
tính khoảng cách trục A
A ( +1)
(1,95 +1)
240
5. Tính vận tốc vịng và chọn cấp độ chính xác chế tạo bánh răng
Vận tốc vịng V=

=

Vậy chọn cấp chính xác là cấp 9
6. Định hệ số tải trọng k:
Chiều rộng bánh răng b = φA A = 0,4 240 = 96

= 1,47 m/s


Lấy B = 96 mm
Đường kính vịng lăn bánh răng nhỏ :
d1 =

=

φd =

=

=163 (mm)
= 0,59

φd =0,59 tra bảng tìm được ktt
hệ số tập trung tải trọng thực tế
k tt =

=1,07 với kđ =1,4

k = k tt kđ = 1,07 1,4 = 1,5 ksb = 1,3
khoảng cách trục A:
A = Asb

=240

= 252 mm

7. xác định mơđun số răng và góc nghiêng bánh răng
m = ( 0.01 0.02) 252 = 2,52 5,04 mm
Lấy m = 4 mm
Tổng số răng của hai bánh là:
Zt = Z1 +Z2 =

=

Số răng bánh nhỏ Z1 =

126
=

= 42,7

Z1 = 43 răng
Z2 = i Z2 = 1,95 43 = 84 (răng)
Chiều rộng bánh răng : b = 0,4 252 = 100,8 mm
Lấy b = 101 mm
Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng.
Hệ số răng của bánh nhỏ : y1 = 0,46 và bánh lớn: y2 = 0,517
ứng suất tại chân răng bánh nhỏ :
=

=

= 45,6 N/mm2


= 45,6 N/mm2 ≤

u

ứng suất tại chân bánh răng :
=

= 45,6

= 40,4 ≤

u2

8. Thơng số hình học chủ yếu của bánh răng trụ răng thẳng :
m= 4 mm
số răng bánh răng: Z1 = 43
số răng bánh lớn: Z1 = 84
góc ăn khớp : α = 200
đường kính vịng chia :
d1 = ms.Z1 = 4 43 = 172 mm
d2 = ms.Z2 = 4 84 = 336 mm
khoảng cách trục A = 252 mm
chiều rộng bánh răng : b =101 mm
Đường kính vòng đỉnh:
D1 = 172 + 2 4 = 180 mm
D2 = 336 + 2 4 = 344 mm

Đường kính vịng chân răng:
Di1 = 172 - 2,5 4 = 162 mm
Di2 = 336 – 2,5 4 = 326 mm
Lực tác dụng lên trục:
Bánh răng 1:
Lực vòng P1 =

=

= 5649 N

Lực hướng tâm Pr1 = 5649 0,364 = 2056 N
Bánh răng 2:
Lực vòng P2 =

=

= 5652 N

Lực hướng tâm : P r2 = 5652 0,364 = 2057 N