Bài tập lớn chi tiết máy
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (428.47 KB, 38 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY
BÀI TẬP LỚN
CHI TIẾT MÁY
GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU LỘC
ĐỀ TÀI: 11
PHƯƠNG ÁN: 7
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2015
1
MỤC LỤC
2
DANH MỤC CÁC BẢNG
3
DANH MỤC CÁC HÌNH
4
ĐỀ TÀI
NỘI DUNG
Tuần lễ
1-2
3-4
5-6
7
8-9
10
11
12
13
14
15
Nội dung thực hiện
Bài tập lớn số 1 – Thiết kế hệ thống truyền động máy làm sạch chi tiết dập.
Tìm hiểu truyền động cơ khí trong máy.
Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền.
Tính toán bộ truyền đai thang.
Tính các bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng.
Báo cáo giữa kỳ.
Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực.
Tính toán thiết kế trục.
Chọn nối trục, then.
Chọn ổ lăn.
Chọn dầu bôi trơn.
Bài tập lớn số 2 - Bộ truyền vít me – đai ốc.
Bài tập lớn số 3 - Mối ghép ren.
Báo cáo cuối kỳ.
SƠ ĐỒ
11.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY LÀM SẠCH
CHI TIẾT DẬP.
Hệ thống dẫn động xích tải gồm:
1- Động cơ điện; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh răng
nghiêng 1 cấp; 4- Nối trục xích; 5- Bộ phận công tác.
Bảng số liệu.
Phương án
1
2
3
4
5
5
6
7
8
9
10
Lực vòng thùng F, N
1900
2000
2100
2300
2500
1200
1300
1500
1600
1700
Vận tốc vòng v, m/s
3,00
3,50
2,50
2,50
2,00
3,00
4,00
2,00
3,00
3,50
Đường kính thùng, D mm
650
700
750
800
900
400
450
500
550
600
Thời gian phục vụ L, năm
7
5
6
7
6
5
6
6
7
6
(1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)
11.2 BỘ TRUYỀN VÍT ME – ĐAI ỐC
Tính vít và đai ốc cơ cấu tay gạt. Tải trọng 2F tác dụng lên đai ốc, chiều dài vít
l (giá trị theo bảng). Dựng biểu đồ nội lực và mômen xoắn.
F
F
l
Bảng số liệu.
PA F, kN l, mm Biên dạng ren
1
14
500
2
9,5
500
3
13
500 Ren hình thang
4
12
600
5
11
600
PA
6
7
8
9
10
F, kN l, mm Biên dạng ren
10
600
9
700
8
700
Ren vuông
7
700
6
800
11.3 MỐI GHÉP REN
Một giá đỡ chịu tác dụng tải trọng F = 8000 N được giữ chặt bằng nhóm 4
bulông như hình. Sử dụng mối ghép bulông có khe hở. Vật liệu bulông là thép
CT3 có giới hạn bền kéo cho phép [σk] = 100 MPa. Hệ số ma sát giữa các tấm
ghép f = 0,20, hệ số an toàn k =1,3.. Hãy xác định:
a) Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bulông.
b) Xác định lực xiết V.
c) Xác định đường kính d1 và chọn bulông.
6
Bảng số liệu.
PA
F, N
1
4000
2
5000
3
5500
4
6000
5
7000
6
7500
7
8000
8
8500
9
4500
10
6500
l,mm
750
650
600
550
500
450
450
400
700
500
b, mm
230
250
270
280
300
320
320
350
250
300
7
a,mm
400
450
500
500
550
600
600
650
450
550
α, rad
π/10
π/6
π/8
π/10
π/6
π/8
π/6
π/9
0
0
BÀI 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
MÁY LÀM SẠCH CHI TIẾT DẬP
Hình 1.1 Hệ thống truyền động máy làm sạch chi tiết dập
Hệ thống dẫn động xích tải gồm:
1- Động cơ điện; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh răng
nghiêng 1 cấp; 4- Nối trục xích; 5- Bộ phận công tác.
Số liệu 7:
Lực vòng thùng:
Vận tốc vòng:
Đường kính thùng:
Thời gian phục vụ:
8
CHƯƠNG 1
CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN
Xác định công suất và chọn động cơ điện cho hệ thống dẫn động là giai
đoạn đầu tiên rất quan trọng cho quá trình thiết kế các bộ phận khác. Chúng ta
cần chọn loại động cơ có công suất phù hợp với hệ thống không quá thừa công
suất (đảm bảo tính kinh tế và tiết kiệm năng lượng), không thiếu (đảm bảo an
toàn và hiệu quả cho hệ thống).
1. Xác định công suất bộ phận công tác:
2. Hiệu suất chung của hệ thống truyền động:
Hiệu suất đai, bánh răng, ổ lăng tra, nối trục xích theo bảng 3.3 tài liệu
[1], ta chọn:
3. Công suất cần thiết của động cơ:
4. Số vòng quay của trục bộ phận công tác:
5. Tỷ số truyền chung xác định theo công thức:
Tỷ số truyền hộp giảm tốc là tiêu chuẩn và tỷ số truyền bộ truyền đai
hoặc xích có thể chọn sơ bộ theo bảng 3.2 tài liệu [1].
6. Ta chọn động cơ có công suất với số vòng quay và phân bố tỷ số
truyền và hệ thống truyền động chọn trên bảng 1.1.
7. Với số vòng quay và tỷ số truyền trên bảng 1.1 ta chọn động cơ
4A132S4 với số vòng quay ; ; và tỷ số truyền chung
9
Bảng 1.1 Động cơ và phân phối tỷ số truyền.
Động cơ
Số vòng quay
Ti số truyền
(vòng/phút)
chung,
4A112M
2922
17,21
2
4A132S4
1455
8,57
4A132M
968
5,70
6
4A160S8
730
4,30
Bộ truyền
đai,
3,44
Bộ truyền bánh
răng,
5
2,14
1,81
4
3,15
1,72
2,5
8. Theo các thông số vừa chọn ta có đặc tính kỷ thuật sau:
Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền động.
Trục
Động cơ
Trục I
Thông số
Công suất (kW)
5,82
5,47
Ti số truyền
2,72
Momen xoắn (Nmm)
38172
97650
Số vòng quay
1455
535
(vòng/phút)
Trục II
5,2
3,15
292431
170
Sau khi chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền, ta tính toán các bộ truyền đai
và bánh răng.
10
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ ĐAI THANG
Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang với ; ; tỷ số truyền .
1. Theo hình 4.22 tài liệu [1], phụ thuộc vào công suất và số vòng quay ,
theo bảng 4.3 tài liệu [1] ta cho đai loại B với ; ; ; ;
;.
2. Đường kính bánh đai nhỏ:
.
Theo tiêu chuẩn, ta chọn
3. Vận tốc đai:
4. Giả sử ta chọn hệ thống trượt tương đối với . Đường kính bánh đai lớn:
Theo tiêu chuẩn ta chọn:
Tỷ số truyền khi đó:
Sai lệch với giá trị chọn trước
5. Khoảng cách trục nhỏ nhất xác định theo công thức:
Ta có thể chọn sơ bộ
6. Chiều dài tính toán của đai:
Theo bảng 4.3 tài liệu [1], ta chọn đai có chiều dài:
7. Số vòng chạy của đai trong một giây:
Thỏa điều kiện
8. Tính toán lại khoảng cách trục:
Trong đó:
11
Do đó:
Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoãng cho phép.
9. Góc ôm đai bánh đai nhỏ
10. Các hệ số sử dụng:
-
Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai:
-
Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc:
-
Hệ số xét đến ảnh hưởng tỷ số truyền (theo bảng 4.9 tài liệu [1]):
vì
-
Hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai , ta chọn sơ bộ bằng 1.
Hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng (theo bảng 4.8 tài liệu [1]):
-
Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài dây đai (hình 4.21 tài liệu [1], ta
có ):
11. Theo đồ thị 4.21c tài liệu [1], ta chọn , khi và đai loại B.
12. Số dây đai được xác định theo công thức:
Ta chọn đai
13. Lực căng đai ban đầu:
Lực căng mỗi dây đai:
Lực vòng có ích:
Lực vòng trên mỗi dây đai:
14. Từ công thức
Từ đó suy ra:
12
Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền không bị trượt trơn.
(Giả sử góc biến dạng bánh đai là )
15. Lực tác dụng lên trục:
16. Ứng suất lớn nhất trong dây đai:
17. Tuổi thọ đai xác định theo công thức:
Trong đó:
Bảng 2.1 Thông số bộ truyền đai
Thông số
Giá trị
Dạng đai
Đai thang loại B
Tiết diện đai,
mm2
Số dây đai z
Khoàng cách
trục a, mm
Chiều dài đai L,
mm
Góc ôm đai α,
độ
Thông số
Số vòng chạy đai trong 1 giây,
1/s
Giá trị
138
Đường kính bánh dẫn d1,mm
180
2
Đường kính bánh bị dẫn d2,
mm
500
697,6
Ứng suất lớn nhất σmax, MPa
6,93
2500
Lực căng đai ban đầu Fo, N
414
153,85
Lực tác dụng lên trục Fr, N
806,5
13
5,49
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ CÁC BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC
1. Mômen xoắn trên trục của bánh dẫn . Tỷ số truyền . Số vòng quay .
2. Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn. Chọn thép 40Cr được tôi
cải thiện. Theo bảng 6.13 tài liệu [1], đối với bánh dẫn ta chọn độ rắn
trung bình ; đối với bánh bị dẫn, ta chọn độ rắn trung bình .
3. Số chu kỳ làm việc cơ sở:
4. Số chu kỳ làm việc tường đương, xác định theo sơ đồ tải trọng:
Tương tự:
Vì:
cho nên:
5. Theo bảng 6.13 tài liệu [1], giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng
xác định như sau:
, suy ra
và
, suy ra
và
6. Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Khi tôi cải thiện , do đó:
Ứng suất tiếp xúc cho phép tính toán:
Do
nên ta chọn
7. Ứng suất uốn cho phép:
Chọn , ta có:
14
8. Theo bảng 6.15 tài liệu [1] do bánh răng nằm đối xứng các ổ trục nên
, chọn theo tiêu chuẩn. Khi đó:
Theo bảng 6.4 tài liệu [1], ta chọn
9. Khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng xác định theo công thức:
Theo tiêu chuẩn, ta chọn
10. Môđun răng
Theo tiêu chuẩn, ta chọn .
11. Từ điều kiện suy ra:
Ta chọn răng suy ra số răng bánh bị dẫn:
ta chọn
Góc nghiêng răng:
12. Tỷ số truyền sau khi chọn số răng:
13. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng:
Đường kính vòng chia:
Đường kính vòng đỉnh:
Đường kính vòng chân:
Tính lại khoảng cách trục:
Chiều rộng vành răng:
-
Bánh bị dẫn:
Bánh dẫn:
15
14. Vận tốc vòng bánh răng:
15. Theo bảng 6.3 tài liệu [1], ta chọn cấp chính xác 9 với
16. Hệ số tải trọng động theo bảng 6.5 tài liệu [1], ta chọn:
17. Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc:
do đó điều kiện bền tiếp xúc được thỏa.
18. Hệ số dạng răng :
- Đối với bánh dẫn:
-
Đối với bánh bị dẫn:
Đặc tính so sánh độ bền các bánh răng (độ bền uốn):
-
Bánh dẫn:
-
Bánh bị dẫn:
Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn:
19. Ứng suất uốn tính toán:
Do đó độ bền tiếp xúc được thỏa.
16
Bảng 3.1 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
Thông số
Khoảng cách trục aw, mm
Môđun , mm
Dạng răng
Chiều rộng vành răng
Bánh dẫn b1, mm
Bánh bị dẫn b2, mm
Số răng
Bánh dẫn z1
Bánh bị dẫn z2
Thông số
Ứng suất tiếp xúc , MPa
Ứng suất
uốn
Tính toán thiết kế
Giá trị
Thông số
160
Góc nghiêng răng β, độ
Đường kính vòng chia:
2,5
Bánh dẫn d1, mm
Bánh bị dẫn d2, mm
Đường kính vòng đỉnh:
Bánh răng trụ
Bánh dẫn da1, mm
răng nghiêng
Bánh bị dẫn da2, mm
Đường kính vòng đáy:
70
Bánh dẫn df1, mm
65
Bánh bị dẫn df2, mm
30
95
Tính toán kiểm nghiệm
Giá trị cho
Giá trị tính toán
phép
458,2
381,5
267,4
252
21,2
17
Giá trị
76,8
243,2
81,8
248,2
70,6
237,0
Nhận xét
Thỏa điều
kiện tiếp xúc
Thỏa độ
bền uốn
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ TRỤC
4.1 PHÂN TÍCH LỰC TÁC D
Hình 4.1 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền
-
Lực tác dụng lên bộ truyền đai:
-
Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng:
4.2 TRỤC I
Biết ;, số vòng quay . Vật liệu trục thép C35
( ).
1. Phân tích lực tác dụng lên trục từ các chi tiết quay của hệ thống truyền
động:
18
Hình 4.2 Phân tích lực trên trục I
-
Lực tác dụng lên bộ truyền đai:
-
Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng:
2. Chọn vật liệu trục là thép C35, chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép .
3. Xác định đường kính sơ bộ trục theo công thức:
Theo tiêu chuẩn ta chọn tại vị trí thân trục lắp bánh đai.
4. Chọn kích thước dọc trục:
Trong đó:
: khe hở giữa bánh răng và thành trong hộp giảm tốc
(theo bảng 10.2 tài liệu [1] ta chọn khi )
Suy ra: .
Khoảng cách chọn trong bảng 10.2 tài liệu [1], không nhỏ hơn ,
ta chọn .
Các khoảng cách còn lại được chọn như hình vẽ:
19
Hình 2.3 Phác thảo kết cấu trục I
5. Vẽ biểu đồ moment uốn và xoắn:
- Trong mặt phẳng thẳng đứng yz, phương trình cân bằng momen tại
điểm B là:
-
Moment do lực dọc tạo ra là:
Phương trình cân bằng lực theo phương y:
vậy , hướng lên như hình vẽ.
-
Trong mặt phẳng ngang xz, phương trình cân bằng momen tại điểm B
là:
Biểu đồ mômen:
20
Hình 4.4 Biểu đồ mômen trên trục I
6. Theo biểu đồ thì tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí D.
- Mômen uốn tại D:
-
Mômen xoắn tại D:
Ta bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc trục nên ứng suất pháp tại tiết diện
này thay đổi theo chu kỳ đối xứng biên độ:
Trục có một then, với đường kính , tra bảng phụ lục 13.1 tài liệu [2], ta
chọn then có chiều rộng ; chiều cao ; chiều sâu rãnh then trên trục ; chiều
sâu rãnh then trên mayơ . Khi đó:
21
Do đó:
Ứng suất xoắn:
trong đó momen cản xoắn:
Do đó:
Khi ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động:
Tại tiết diện có sự tập trung ứng suất là rãnh then. Theo bảng 10.8 tài
liệu [1], ta chọn với
Theo bảng 10.3 tài liệu [1], ta chọn và .
Theo hình 2.9 tài liệu [1], ta có hệ số và .
7. Xác định hệ số an toàn tại C theo công thức:
Thép C35 ( )
-
Hệ số an toàn:
Do đó tại tiết diện D thỏa điều kiện mỏi của trục.
4.3 TRỤC II
Biết ;, số vòng quay . Vật liệu trục thép C35 ( ).
1. Phân tích lực tác dụng lên trục từ các chi tiết quay của hệ thống truyền
động:
22
Hình 4.5 Phân tích lực trên trục II
-
Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng:
2. Chọn vật liệu trục là thép C35, chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép .
3. Xác định đường kính sơ bộ trục theo công thức:
Theo tiêu chuẩn ta chọn tại vị trí thân trục lắp ổ bi.
4. Chọn kích thước dọc trục:
Trong đó:
: khe hở giữa bánh răng và thành trong hộp giảm tốc
(theo bảng 10.2 tài liệu [1], ; khi )
Suy ra: .
Các khoảng cách còn lại được chọn như hình vẽ:
Hình 4.6 Phác thảo kết cấu trục II
5. Vẽ biểu đồ moment uốn và xoắn:
- Trong mặt phẳng thẳng đứng yz, phương trình cân bằng momen tại
điểm B là:
Moment do lực dọc tạo ra là:
23
Vậy (hướng lên)
Phương trình cân bằng lực theo phương y:
vậy , hướng như hình vẽ.
-
Trong mặt phẳng xz, các lực phân bố đối xứng so với hai gối tựa nên ta
có:
Biểu đồ mômen:
Hình 4.7 Biểu đồ mômen trên trục II
6. Theo biểu đồ thì tiết diện nguy hiểm nhất tại vị trí C.
- Momen uốn tại C:
24
-
Momen xoắn tại C:
Ta bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc trục nên ứng suất pháp tại tiết diện
này thay đổi theo chu kỳ đối xứng biên độ:
Trục có một then, với đường kính , tra bảng phụ lục 13.1 tài liệu [2], ta
chọn then có chiều rộng ;chiều cao ; chiều sâu rãnh then trên trục ; chiều
sâu rãnh then trên mayơ . Khi đó:
Do đó:
Ứng suất xoắn:
trong đó momen cản xoắn:
Do đó:
Khi ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động:
Tại tiết diện có sự tập trung ứng suất là rãnh then. Theo bảng 10.8 tài
liệu [1], ta chọn với .
Theo bảng 10.3 tài liệu [1], ta chọn và .
Theo hình 2.9 tài liệu [1], ta có hệ số và .
7. Xác định hệ số an toàn tại C theo công thức:
Thép C35 ()
-
Hệ số an toàn:
Do đó tại tiết diện C thỏa điều kiện mỏi của trục.
4.4 KIỂM NGHIỆM THEN
TRỤC I
25
