Thuyết minh đồ án tính toán thiết kế cơ khí ọn động cơ điện chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha kiểu ngắn mạch, điệp áp 220380v, kiểu kín hoặc bảo vệ và đặt nằm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

THUYẾT MINH
ĐỒ ÁN TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN THÁI DƯƠNG
Họ và tên: TRẦN HOÀNG PHÚC
ĐẶNG VĂN QUÝ
Mã sinh viên: 1911504110134
1911504110135
Lớp học phần: 122DATTTKCK02

ĐÀ NẴNG, NGÀY 22 THÁNG 12 NĂM 2022


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết kế

1

2

3

4

5

6

7

8

Phương
án

Lực kéo
băng tải
P(N)

Vận tốc
băng tải
v (mm)

Đường
kính
tang
D(mm)

Thờig
gian
phục vụ

Số ca
làm việc

Góc
nghiêng
đường

nối tâm
bộ
truyền
ngồi

Đặc tính
làm việc

2

8000

0.8

230

20000

2

0

Va đập
nhẹ


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết kế
Mục lục
PHẦN 1: CHỌN ĐƠNG CƠ ĐIỆN............................................................................................................1
1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN..................................................................................................................1

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN...................................................................................4
2.1 Thiết kế bộ truyền đai ngồi.............................................................................................................4
2.1.1 Chọn loại đai...............................................................................................................................4
2.2 Truyền động bánh răng.....................................................................................................................6
2.3 Tính các kích thước cơ bản của bộ truyền......................................................................................8
PHẦN 3: THIẾT KẾ TRỤC VÀ TÍNH THEN.......................................................................................16
3.1 Chọn vật liệu chế tạo.......................................................................................................................16
3.2 Xác dịnh sơ bộ đường kính trục.....................................................................................................16
3.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực...............................................................16
3.4 Xác định các lực và sơ đồ đặt lực...................................................................................................17
PHẦN 4: THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC.....................................................................................................23
4.1. Chọn ổ lăn........................................................................................................................................23
PHẦN 5: TÍNH NỐI TRỤC......................................................................................................................25
5.1 Chọn nối trục đàn hồi......................................................................................................................25
5.2. Momen xoắn qua nối trục..............................................................................................................25
PHẦN 6: CẤU TẠO VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT MÁY KHÁC..........................................................................27
6.1 Xác định kích thước các phần tử của vỏ hợp đúc bằng gang.........................................................27
PHẦN 7: HÌNH ẢNH 3D CHI TIẾT HỘP GIẢM TỐC 1 CẤP.............................................................................29
7.1 TRỤC..................................................................................................................................................29
7.2 Ổ BI...................................................................................................................................................31
7.3 BÁNH RĂNG...................................................................................................................................32
7.4 VỎ HỘP............................................................................................................................................33
7.5 CỤM TRỤC.....................................................................................................................................34
7.6 THÁO LẮP.......................................................................................................................................35
7.7 MÔ PHỎNG CHẠY........................................................................................................................35
7.8 CỤM TỔNG HỘP GIẢM TỐC 1 CẤP BÁNH RĂNG NGHIÊNG...........................................36
PHẦN 8: TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH ABAQUS....................................................................................37
8.1 PHÂN TÍCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TỬ HỮU HẠN..................................................37

Thuyết minh đồ án tính tốn thiết kế


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
PHẦN 1: CHỌN ĐƠNG CƠ ĐIỆN
1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN.
Chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha kiểu ngắn mạch, điệp áp 220/380V, kiểu
kín hoặc bảo vệ và đặt nằm.
a. Chọn cơng suất động cơ điện
 Tính tốn cơng suất cần thiết cho động cơ điện:
Ta có: tính chọn động cơ và phân phối tỉ số
PV
8000.0,8
1000 = 1000 =6.4(KW )
η=η

. η .η

noitruc

η =1. 0,972 . 0,994 .0,96=0,86

2

4

br

Suy ra:
N =

ct

N

=

η

6,4
0,86

=7.4 ¿KW)

Trong đó:
N: cơng suất trên băng tải [ kW ].
[ kW ].

Nct: công suất cần thiết của động cơ điện

P: lực kéo băng tải [N].

v: vận tốc băng tải [m/s].

η: hiệu suất truyền động chung của hệ thống. ηnoitruc : hiệu suất khớp nối.
ηbr : hiệu suất bộ truyền bánh răng.

ηcapo : hiệu suất của một cặp ổ

lăn. ηđ : hiệu suất bộ truyền đai.

 Chọn công suất động cơ điện N đc
Chọn động cơ điện có cơng suất định mức N đc lớn hơn hay bằng công suất
cần thiết Nct (Nđc ≥ NCT ), trong tiêu chẩn chọn động cơ điện có nhiều loại thỏa mãn
điều kiện này.
- Số vòng quay của tang:
60.1000 . v 60.1000 .0,8
vịng
=
≈66,46 (
)
π.
π
phút
D
.230

nlv=

GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HỒNG
PHÚC

1


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết

Tra bảng 2.4 ở trên ta chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng tru răng nghiêng
1 cấp: ibr=4 và iđ =4

Do đó số vịng quay sơ bộ động cơ là:
nsb=nlv . ic =nlv . ibr .iđ =¿66,46.4.4=1063,4
(vịng/phút) Theo bảng p1.3
Kiểu
động cơ

Cơng
suất
(KW)

Vận
tốc
quay(
vg/ph)

4A160S
6Y3

11

970

GVHD: NGUYỄN THÁI

Cos

η%

φ

0,86

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

Tmax
T dn

86

2,0

TK
Tdn

1,2

2


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
b. Phân phối tỷ số truyền
 Ta có tỷ số chung của hệ thống:
i

chung

i hop =

ichung

ingồi

=

=

ndc

970
=
=14.59
nlv 66,46

14,59
=3,64
4

 Số vịng quay của các trục:
 Trục I (trục vào):
nI=ndc

=970(

vịng
phút

)

 Trục II (trục trung gian):
nI

n =
II

=

ingồi

970
4

vịng
=242.5(
)
phút

 Cơng suất trên đầu vào của các trục:
- N dc=11(kW )
 Trục I:
N I =N dc . ηnoitruc=11.1=11( kW )

 Trục II:
N II=N II . ηcapo . ηbr =11.0,99 .0,97=10,56(kW )

 Moment trên các trục:
Nđc
11
Tđc= 9,55.106.
= 9,55.106.
= 108298.96 (N.mm)

T = 9,55.10 .

nđc
¿

6

I

¿

= 9,55.10 .
6

11

970

= 108298.96 (N.mm)

970
NII
10,56
TII = 9,55.106.
= 9,55.106.
= 415868.04(N.mm)
n
242

Lập bảng tính tốn:

Thơng số

Động cơ

Trục
Tỷ số truyền

I
ihộp= 3,64

Cơng suất (kw)

11

11

Số vịng quay (v/p

970

970

Mơmen xoắn
(N.mm)
GVHD: NGUYỄN THÁI

108298.96

108298.96

SVTH: TRẦN HỒNG
PHÚC

II
ingồi= 4
10,56
242,5
415868,04

3


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết

PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN
2.1 Thiết kế bộ truyền đai ngoài.
2.1.1 Chọn loại đai.
- Căn cứ theo yêu cầu kỹ thuật của bộ truyền chọn đai thang thường loại Б
- Tra bảng 4.13 (TTTK) chọn tiết diện đai b.h = 17.10,5
a. Đường kính bánh đai nhỏ chọn theo tiêu chuẩn bảng 4.13 (TTTK)
Chọn d1 =200 (mm)
- Vận tốc đai:
V=

π .200.970
60000

=10.15 (m/s)

b. Bánh đai lớn:

d2 = d1. uđ. (1- ξ) =200.10,15. (1- 0,01) = 2009.7 (mm)
Theo tiêu chuẩn chọn d2 = 2000 (mm)
- Tỷ số truyền thực tế:
Utt

2000
d2
=
=10 . 1
=d1 .( 1−ξ 200 .( 1−0 ,01 )
)
U tt −U đ
10 , 1−10 , 15
ΔU =
.100 %=
100 %=−0 , 49 %≤4 %
Uđ
10 . 15

c, Theo bảng 4.14 (TTTK) chọn sơ bộ khoảng cách trục
a = d2 .0.9 = 1800 (mm)
d, Chiều dài đai
π

( d2−d1 )2
l=2 a+ ( d2 +d1 )+
2 π
4 a (2000−200)2
¿ 2. 1800+ ( 2000+200 )+
2

4 . 1800

=7505 .75 ( mm)

Chọn đai theo tiêu chuẩn l = 7500 (mm)

GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

4


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
- Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ:

GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

5


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
v 10 , 15
i= =
=1 ,
35≤i

l 7 .5

=10
max

- Tính góc ơm:
α =1800−570 .

d2−d1

=1800−570 .

a

1

2000−200

=1230≥1200

1800

e, Xác định số đai:
P 1 . kđ
Z =Ơ [ P ].C . C . C . C
0
α
u
z
l

- Tra bảng 4.7 (TTTK) chọn kđ = 1,25 vì số ca làm việc là 2
→

kđ = 1,25 + 0,1 = 1,35

- Với α = 123° → Cα = 0,82
- Với l/l0 = 7500/2240 = 3,34 tra bảng 4.16 (TTTK) → Cl = 1,2
- Với u = 10,15 > 3 tra bảng 4.17 (TTTK) → Cu = 1,14
- Trả bảng 4.19 (TTTK) ta có: [P0] = 3,38
P1
[ P0

→
]

=

11
3 ,38

=3 . 25

- Tra bảng 4.18 (TTTK) → Cz = 0,95
→

Số dây đai:

6 ,21 .1 , 35
Z =3 , 38 .0 ,835 . 1, 14 . 0 , 95 =4 .1

.1,2

(đai)

Theo tiêu chuẩn chọn số đai là 4
f, Xác định lực căng ban đầu lực tác dụng lên trụ:
780 . P1 . kđ
F 0= v . C . Z + Fv
α

Mà : Fv = qm.v2

GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

6


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
- Tra bảng 4.22 (TTTK), ta có: qm = 0,178

GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HỒNG
PHÚC

7

Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
→

Fv = 0,178.10,152 = 18,3 (N)

→

780 . 11. 1 ,35
F0 =
=347 , 92
10 , 15 .0 ,82 .
(N)

4
-

Lực tác dụng lên trục:
α
Fr = 2.F0.Z.sin( 2 )
123
= 2.347.92.4.sin 2 = 2446,06 (N)
2.2 Truyền động bánh
răng a, Chọn vật liệu
-

Nhãn hiệu thép: 45

-

Phương pháp nhiệt luyện: tơi cải thiện

-

Kích thước: S ≤ 60

-

Độ rắn: 241 ≤ HB ≤ 285

-

Giới hạn bền: бb = 850 MPa

-

Giới hạn chảy: бch = 580 MPa

b, Tính ứng suất cho phép
 Theo bảng 6.2 (TTTK) với thép 45 tôi cả thiện đạt độ
rắn: 180 ≤ HB ≤ 350
бHlim = 2HB + 70 ; SF = 1,75 ;

SH = 1,1 ;

бFlim = 1,8HB

 Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1 = 280 (MPa)
 Độ rắn bánh lớn HB2= 250 (MPa)
0

σH1 lim =2

1

+70=2. 280+70=630

(MPa)

+70=2. 250+70=570

(MPa)

0

σH2 lim =2
GVHD: NGUYỄN THÁI

2

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

8


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
σ0
σ0

=1,8 HB =1,8 . 280=504 ,5

(MPa)

=1,8 HB =1,8 .250=450

(MPa)

F

1

F

2

 Theo 6.5:
N

H

=30 H 2,4
H

N HO =30 .2802.4=2,4 . 107
1

N

H

=30 .2302.4=1,7 . 107

NHO: số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về ứng suất
 Theo
6.7:
=60. c
N .∑

T

(

3

i

Tmax

HE

N =60 . c . n .∑ t
.∑

nt
i i

→

HE1

1

i

max

(
)

T

.

3

T

i

ti

∑ ti

 Trong đó:
NHE: số chu kỳ thay đổ ứng suất tương đương
Ti: mômen xoắn của trục i
c: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay
ni: số vòng quay của trục i
→

N HE2 =60 .1 . 99 ,55 . 1500. [ 0 , 35 .13 +0 , 5625. . 0 ,75 3 ] =5 , 26 . 107 ≥N HO 2

Do đó KHL2 = 1
→

N HE1> N HO 1

do đó KHL1 = 1

KHL hệ số tuổi thọ
- Theo 6.1a sơ bộ xác định được:

[σ H

=
]

σ H lim . K HL
SH

GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

9


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết

SH: hệ số an tồn khi tính về tiếp xúc

[ σ H 1 =630. 1 =527
,72

]

[σ H 2

=

]

(MPa)

1,1

570. 1

,18

[ σ H ]=

(MPa)

=518

1,1

[ σ H 1] +[

σH 2 ]

2

=

572 , 72 + 518 , 18
=545 , 45
2
(MPa)

2.3 Tính các kích thước cơ bản của bộ truyền
a. Khoảng cách trục
a =K
a.(

w

u+1 ). 3

√

T 1 . K Hβ
H

[ ]

2

1

.

b

 Trong đó:
aw: khoảng cách trục (mm)
Ka: hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng
T1: mô men xoắn trên trục bánh răng chủ động (N.mm)

[σ H ]

: ứng suất tiếp xúc cho

phép U: tỷ số truyền

ψba

: hệ số tra bảng 6.6 (TTTK)

KHβ: hệ số kể đến sự phân bố k đều tải trọng treeb chiều rộng vành răng tính
về tiếp xúc
 Tra bảng 6.6 (TTTK) chọn ψba = 0,3
 Tra bảng 6.5 (TTTK) răng nghiêng chọn ka = 43:
ψbd= 0,5.ψba.(u+1)
GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

1


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
= 0,5.0,3.(5+1) = 0,9
 Tra bảng 6.7 (TTTK) chọn KHβ = 1,05:

GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

1


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết

√

a =43 .(5+1). 3
,56

108298 , 96 . 1, 05

=163

545 , 452. 5 . 0,3

w

(mm)

→
Chọn aw = 165 (mm)
b. Xác định các thông số ăn khớp
 Mơ đuyn răng:
m = (0,01÷0,02)aw = (0,01÷0,02).165 = 1,65 ÷3,3
Chọn m=3
 Góc nghiêng β:
chọn sơ bộ β = 10° do đó cos β = 0,9848
 Số răng bánh nhỏ:
aw . cos β
Z 1= m.( ihop+ = 2. 165. 0 , 9848 =23 , 34
3 .( 3 , 64+1 )
1)

Chọn Z1 = 24 răng
 Số răng bánh lớn:
Z2 = Z1.ihop = 24.3,64 = 88 (răng)
 Tỷ số truyền thực tế:
cos β=

3 .(18+90 )

=0 , 98

2 .165

→

β = 11,48 = 11°28’42’’
c. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
 Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc
σ =Z .
Z H H



Trong đó:

GVHD: NGUYỄN THÁI

M

ε

.Z .

√

2 T 1 .wK H .(u+1
)
b .u. w

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

1

Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
ZM: hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp
ZH: hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
Zε: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
bw: chiều rộng vành răng
dw: đường kính vịng lăn
T1: mơ men xoắn trên trục chủ động (trục 1)


Theo bảng 6.5 (TTTK):
ZM = 274 (MPa)
tanβb = cosα.tanα20

α =α
1

Với

tan α
tan 20
=arctan (
)=arctan (
)=20 ,37
tw
cos β
cos 11 , 48

tanβb = cos(20,83). tan(16,26) = 15,24
 Theo 6.34:

H

Z =

√

2. cos
sin(
2 m )=

√

2 . cos 15 , 24

βb

=1,7

sin 2. 20 ,

 Theo 6.37:
ε β=

bw sin β
π.m

=

90 .sin 15 , 24
=1 , 88

π.4

 Theo 6.28b:

[

ε α= 1, 88−3,2

 Theo 6.28:

GVHD: NGUYỄN THÁI

(

1

+
Z

1

)]

[

(

1
1
Z . cos β= 1, 88−3,2 2 +1

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

)]. 0 , 96=1 ,65

1


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết

√ √

Z ε= ε

1

=1 ,

=0 , 78

1
 Đường kính vịng lăn bánh nhỏ:

GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

1

Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
2. aw

d =
w

=

2 .165

=55

u+1
5+1

(mm)

 Ttheo 6.40:
π . dw . n1 π . 100 .99 , 55
v=
=
=0 , 52
60000
60000
(mm)

Với v = 0,52 (mm) theo bảng 6.13 (TTTK) dùng cấp chính xác 9
 Theo bảng 6.14 (TTTK) cấp chính xác 9 và v < 2,5

(m/s) Chọn kHα = 1,13

 Theo 6.42:
v H =δ H

.
g0

.v.

√

aw
u

 Trong đó:
δH: hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp
Tra bảng 6.15(TTTK) có δH = 0,002
- g0: hệ số kể đến ảnh hưởng sai số của các bước răng
Tra bảng 6.16 (TTTK) có g0 = 73

√

v =0 , 002. 73 . 0 ,52 .
H

44

165

=0 ,

(mm)

5

 Theo 6.41:
K Hv

vH . bw . dw
=1+2 . T . K . K
1
Hβ
Hα

 Trong đó:
KHβ: hệ số kể đến sự phân bố khơng đều tải trọng chiều rộng vành răng
GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

1


Thuyết minh đồ án tính tốn thiết
KHα: hệ sồ kể đến sự phân bố không đề tải trọng cho đôi răng không đồng
thời ăn khớp

K Hv

0
=1+,52 . 90. 55
2 . 108298 ,96 . 1
=1
,13 . 1 ,11

 Theo 6.39:
KH = KHβ.KHα.KHv = 1,11.1,13.1 = 1,25

√

(5+1)
σ =274 . 1,7 . 0 ,78 .
=396 , 9

→

H

2 .208298 , 96 . 1, 25 .

90. 5 .552

(MPa)

 Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:
với v = 0,52 (m/s) < 10 (m/s), Zv = 1 với cấp chính xác động học là 9 chọn cấp
chính xác về ứng suất tiếp xúc là 8, cần gia công đạt độ nhám R a = 2,5…1,5
(μm)

Do đó: Zr = 0,95 với da < 700 (mm), KXH = 1
 Theo 6.1 và 6.1a:
[бH] = [бH].Zv.ZR.KXH

 Trong đó:
ZR: hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm
việc Zv: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc
vịng
KXH: hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng
→ [бH] = 545,45.1.0,95.1 = 518,17 (MPa)
бH = 511,67 (MPa) < [бH] = 518,17 (MPa)
GVHD: NGUYỄN THÁI

SVTH: TRẦN HOÀNG
PHÚC

1