Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CHI TIẾT MÁY
Học kỳ II năm học 2015-2016.
ĐỀ TÀI
Đề số 2:THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI
Phương án số: 2
GV hướng dẫn

: DƯƠNG ĐĂNG DANH

Ký tên:

Ngày hoàn thành

:

Ngày bảo vệ:
TP Hồ Chí Minh

/

/



Đồ án chi tiết máy

GVHD: Dương Đăng Danh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CHI TIẾT MÁY.
ĐỀ TÀI
Đề số 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI.
Phương án số: 2.

Hệ thống dẫn động xích tải bao gồm:
1- Động cơ diện 3 pha không dồng bộ.
2- Bộ truyền đai thang.
3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển.
4- Nối trục đàn hồi.

3


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
5- Xích tải (Quay một chiều,tải va đập nhẹ, 1ca làm việc 8 giờ).

Số liệu đề 2: Phương án 2.
Phương án
Lực vòng trên xích tải F,N
Vận tốc xích tải v,m/s
Số răng đĩa xích dẫn z,răng
Bước xích p,mm
Thời gian phục vụ L,năm

Số ngày làm /năm Kng, ngày
Số ca làm trong ngày,ca
t1,giây
t2,giây
t3,giây
T1
T2
T3
NỘI DUNG THUYẾT MINH:

2
3500
1,2
9
110
5
180
2
45
24
31
T
0,8T
0,4T

1. Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động.
2. Tính toán thiết kế chi tiết máy:
a. Tính toán bộ truyền hở (bộ truyền đai).
b. Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc.
c. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực.

d. Tính toán thiết kế trục và then.
e. Chọn ổ lăn và nối trục.
f.

Chọn thân máy ,bulong và các chi tiết phụ khác.

3. Chọn dung sai lắp ghép.
4. Tài liệu tham khảo.

4


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
MỤC LỤC
Phần I:xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền…………..5
1.1.

Chọn động cơ……………………………………………………….5

1.2.

Phân phối tỉ số truyền…………………………………………….....7

1.3.

Bảng đặc trị…………………………………………………………7

Phần 2:Tính toán thiết kế chi tiết máy....................................................9
2.1.

Thiết kế bộ truyền đai thang………………………………………...9

2.2.

Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc………………………13
A. Bộ truyền cấp chậm…………………………………………….13
B. Bộ truyền cấp nhanh……………………………………………20
C. Kiểm tra điều kiện bôi trơn ngâm dầu………………………….27

2.3.

Thiết kế trục và then……………………………………………….28

2.3.1. Chọn vật liệu và xác định đường kính sơ bộ……………………....28
2.3.2. Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực…………………….29
2.3.3. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực…...30
2.3.4. Xác định lực tác dụng lên trục,đường kính các đoạn trục…….…...33
a. Trục 1…………………………………………………………...33
b. Trục 2…………………………………………………………...35
c. Trục 3…………………………………………………………...37
2.3.5.

Chọn và kiểm nghiệm then……………………………………….39

2.3.6. Tính kiểm nghiệm độ bền trục…………………………………….39
2.3.7.

Tính toán nối trục………………………………………………….41

2.4.

Tính toán chọn ổ lăn……………………………………………….42
5


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
2.4.1. Trục 1……………………………………………………………...42
2.4.2. Trục 2……………………………………………………………...44
2.4.3. Trục 3……………………………………………………………...46
2.5.

Chọn thân máy, bulong, các chi tiết phụ, dung sai và lắp ghép…..48

2.5.1. Chọn thân máy…………………………………………………….48
2.5.2.

Kích thước gối trục……………………………………………….50

2.6.

Một số chi tiết khác………………………………………………..50
Phần 3: Dung sai và lắp ghép........................................................52
Phần 4: Tài liệu tham khảo………………………………………...53

6


Đồ án chi tiết máy

GVHD: Dương Đăng Danh
PHẦN I :
XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN CHO HỆ
THỐNG TRUYỀN ĐỘNG.
Chọn động cơ:

1.1.

Chọn hiệu suất hệ thống:
−

Hiệu suất truyền động:
ch

−

= đ .br1 .br2 .nt .ol4

Chọn:

Hiệu suất bộ truyền đai: đ = 0,95.
Hiệu suất bánh răng cấp nhanh và cấp chậm lần lượt: br1 = br2 = 0,96
Hiệu suất nối trục: nt = 1.
Hiệu suất của mỗi cặp ổ lăn: ol = 0,99.
Nên: ch = 0,95.0,96.0,96.1.0,994 = 0,841.
Tính công suất cần thiết:
Vì động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng thay đổi nên ta chọn động cơ dựa trên công suất đẳng trị.
Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết:
Với:

Công suất trên xích tải:

Nên:
7


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh

Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ:
Tỉ số truyền chung của hệ:

Theo bảng 2.2 sách [2]“Thiết kế chi tiết máy công dụng chung” của thầy Trần Thiên Phúc.
Đối với bộ truyền đai,tỉ số truyền uđ =35
Và đối với hộp giảm tốc khai triển uhgt=12.
Ta chọn: uđ=3,5 và uhgt=12.
Nên .
Số vòng quay làm việc trên xích tải:

Kết hợp:
Ta chọn động cơ có thông số như sau:
Kiểu động cơ
4A100L2Y3
Tỉ số truyền thực lúc này:

1.2.

Công suất (kw)
5,5

Vận tốc quay(v/p)
2880

Phân phối tỉ số truyền:

Dựa vào bảng (3.1)trang 43 sách [3] “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí”-Trịnh Chất và
Lê Văn Uyển,tập 1.
Đối với hộp giảm tốc khai triển : chọn uhgt=12 thì:
unh = ubr1 =4,32 và uch = u2 =2,78.
Nên: uhgt = u1.u2=4,32.2,78=12,0096.
Suy ra:

8


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh

Và:

1.3.

Bảng đặc trị:

Bảng thông số kỹ thuật:
Trục
Thông
số
Tỉ số truyền

Động cơ

Số vòng
quay(v/p)
Công suất
(kw)
Momen
xoắn,Nmm

2880

872,83

202

72,73

72,73

4,994

4,697

4,463

4,242

4,2

16560

51397,7

210998,3

557006,7

551491,8

3,3

I

II

III

4,32

Công tác

2,78

1

9


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh

PHẦN 2:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
2.1. Thiết kế bộ truyền đai thang:
−

Thiết kế bộ tuyền đai với Pđc= 4,994(kw); nđc= 2880(v/p);uđ=3,3.

−

Theo hình 4.22[1] chọn đai loại A: bp= 11mm; b0=13 mm;
A=81mm2; L=5604000mm; T1=1170N.m; d1=100200mm.

−

Đường kihn1 bánh đai nhỏ: d1=1,2 dmin=1,2.100=120(mm).

h=8mm; y0=2,8mm;

Theo tiêu chuẩn: chọn d1=125(mm).
−

Chọn hệ số trượt tương đối .

−

Đường kính bánh lớn:
d2=uđ .d1 .(1-)=3,3.125.(1-0,01)=408,375(mm).
Theo tiêu chuẩn: chọn d2= 400(mm).
10

Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
−

Vận tốc đai:

−

Khoảng cách trục nhỏ nhất:

Chọn khi u=3,3.
−

Chiều dài của đai:

Theo tiêu chuẩn: L=1800(mm).
−

Số vòng chạy của đai trong 1 giây:

Không thỏa nên ta chọn lại L=2000mm
Suy ra:

−

Tính lại khoảng cách trục:

Trong đó:

Suy ra: a=571,11(mm)
−

Góc ôm đai bánh đai nhỏ:

11


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
−

Các hệ số sử dụng:
−

Hệ số xét ảnh hưởng của góc ôm đai:

−

Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc:

−

Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ số truyền:
khi u=3,3.

−

Hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng:

.

−

−

Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng:

−

Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai L:

−

Công suất cho phép: Khi d1 = 125mm thì

Số dây đai:

Suy ra: z=3 (dây).
−

Lực căng đai ban đầu:

Lực căng đai trên mỗi dây đai:

12


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh

−

Lực vòng có ích:

Lực vòng trên mỗi dây đai:

−

Ta có:

Mà:

−

Lực tác dụng lên trục

−

Ứng suất trong đai:

.
−

Tuổi thọ dây đai:

Bảng thông số kỹ thuật của dây đai:
Thông số
ĐK bánh đai nhỏ
ĐK bánh đai lớn

Kí hiệu
D1
D2

Gía trị
125(mm)
400(mm)
13


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
Vận tốc đai
Chiều dài đai
Khoảng cách trục
Góc ôm đai bánh nhỏ
Tuổi thọ đai

V1
L
A

18,85(m/s)
2000(mm)
571,11(mm)
152,60
1165,3(h)

Lh

2.2. Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc:
 Thông số kỹ thuật:
−

Thời gian phục vụ: L= 5 năm

−

Quay 1 chiều,tải va đập nhẹ, 1ca làm việc 8h.

−

Cặp bánh răng cấp nhanh(bánh răng trụ răng nghiêng):

−

•

Tỷ số truyền: 4,32

•

Số vòng quay trục dẫn: n1= 872,73 (v/p)

•

Momen xoắn T trên trục dẫn: T1 =51397,7 (Nmm).

Cặp bánh răng cấp chậm(bánh răng trụ răng nghiêng):
•

Tỷ số truyền: 2,78

•

Số vòng quay trục dẫn: n1= 202 (v/p)

•

Momen xoắn T trên trục dẫn: T1 =210998,3 (Nmm).

A. Bộ truyền cấp chậm:
1. Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng:

Chọn loại vật liệu hai cấp của bánh răng như nhau thép C45 thường hóa.
−

Độ rắn bánh nhỏ : HB1 = HB3 = 250 HB.

−

Độ rắn bánh lớn: HB2 = HB4 =253HB.
2. Ứng suất tiếp xúc cho phép:

(1)
14


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh

Theo bảng 6.13[1]:

Tương tự: .
−

Số chu kỳ làm việc cơ sở:
NHO1= NHO3=30HB2,4 =30.2502,4=1,71.107 (chu kỳ)
NHO2= NHO4=30HB2,4 =30.2352,4=1,47.107 (chu kỳ).

−

Số chu kỳ làm việc tương đương:

−

Nhận thấy:
Nên: KHL3 = KHL4 =1.
Từ (1):

Tương tự:
Vì là bánh răng nghiêng,nên:

Vì:
3. Ứng suất uốn cho phép:

Tra bảng 6.13[1]:
15

Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
Và SF= 1,75.
−

Số chu kỳ làm việc tương đương:

.
.
−

Nhận thấy:
Nên: KFL3 = KFL4 =1.
Từ (1):
Tương tự:

4. Khoảng cách trục:

Tính bánh răng trụ răng nghiêng ta dùng công thức:

Bảng 6.15[1] Chọn hệ số chiều rộng vành răng:

Bảng 6.4[1]: .
Từ (2):

Theo tiêu chuẩn: chọn
5. Thông số ăn khớp:

Khi

Chọn:
16


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
Đối với bánh răng nghiêng,ngoài số răng ta chọn góc nghiêng .
Suy ra:

Chọn: z3=34 răng.
Và z4= z3.u2=34.2,78=94,52 răng.
Chọn z4=95 răng.

6. Kích thước bộ truyền:
−

Đường kính vòng chia:

−

Đường kính vòng đỉnh:

−

Đường kính vòng đáy:

−

Chiều rộng vành răng: b4=0,315.200=63 mm;
b3=b4+5=68 mm.

7. Chọn cấp chính xác cho bộ truyền:

17


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
Vận tốc vòng bánh răng:

Bảng 6.3[1] chọn CCX 9,vgh=6 m/s.
8. Bảng 6.5[1] Hệ số tải trọng động: KHV=1,023 và KFV=1,056.
9. Lực tác dụng lên bộ truyền:

10. Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc:

Trong đó:
−

Hệ số xét đến bề mặt hình dạng tiếp xúc:

Với:

Nên:

−

Với cặp bánh răng thép: ZM=275 MPa1/2

−

Hệ số ảnh hưởng tổng chiều dài tiếp xúc:
Vì:

18


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
Nên:

Với:

Từ (3):

Nên thỏa điều kiện bền tiếp xúc.
11. Kiểm nghiệm ứng suất uốn:
−

Hệ số dạng răng được tính theo công thức:

Mà x=0;
Nên:

Xét:

Suy ra: chúng ta kiểm nghiệm uốn cho bánh dẫn.
−

Hệ số tải trọng tĩnh:

19


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh

−

Ta có công thức tính ứng suất uốn:

Nên : thỏa điều kiện bền uốn.
B. Bộ truyền cấp nhanh:
1. Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng:

Giống như bộ tuyền cấp chậm.
2. Ứng suất tiếp xúc cho phép:
−

Số chu kỳ làm việc tương đương:

−

Nhận thấy:
Nên: KHL1 = KHL2 =1.
Do đó:

Vì là bánh răng nghiêng,nên:

Vì:
3. Ứng suất uốn cho phép:

20


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
−

Số chu kỳ làm việc tương đương:

.

−

Nhận thấy:
Nên: KFL1 = KFL2 =1.
Từ (1):

Tương tự:

4. Khoảng cách trục:

Tính bánh răng trụ răng nghiêng ta dùng công thức:

Bảng 6.15[1] Chọn hệ số chiều rộng vành răng:

Bảng 6.4[1]: .
Từ (4)

Theo tiêu chuẩn: chọn

5. Thông số ăn khớp:

Khi

21


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
Chọn:
Đối với bánh răng nghiêng,ngoài số răng ta chọn góc nghiêng .
Suy ra:

Chọn: z1=23 răng.
Và z2= z1.u1=23.4,32=99,36 răng.
Chọn z2=99 răng.

6. Kích thước bộ truyền:
−

Đường kính vòng chia:

−

Đường kính vòng đỉnh:

−

Đường kính vòng đáy:

−

Chiều rộng vành răng: b2=0,315.160=50,4 mm;
B1=b2+5=55,4 mm.
22


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
b3=b4+5=68 mm.

7. Chọn cấp chính xác cho bộ truyền:

Vận tốc vòng bánh răng:

Bảng 6.3[1] chọn CCX 9,vgh=6 m/s.
8. Bảng 6.5[1] Hệ số tải trọng động: KHV=1,06 và KFV=1,27.
9. Lực tác dụng lên bộ truyền:

.
10. Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc:

Trong đó:
−

Hệ số xét đến bề mặt hình dạng tiếp xúc:

Với

Nên:

−

Với cặp bánh răng thép: ZM=275 MPa1/2

−

Hệ số ảnh hưởng tổng chiều dài tiếp xúc:
Vì:
23


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh

Nên:

Với:

−
Từ (3):

Nên thỏa điều kiện bền tiếp xúc.
11. Kiểm nghiệm ứng suất uốn:
−

Hệ số dạng răng được tính theo công thức:

Mà x=0;

Nên:

Xét:

Suy ra: chúng ta kiểm nghiệm uốn cho bánh dẫn.
24


Đồ án chi tiết máy
GVHD: Dương Đăng Danh
−

Hệ số tải trọng tĩnh:

−

Ta có công thức tính ứng suất uốn:

Nên : thỏa điều kiện bền uốn.
C. Kiểm tra điều kiện bôi trơn ngâm dầu:
−

Tính từ tâm thì mức dầu phải cách tâm lớn hơn của bánh răng lớn nhất (điều
này sẽ đảm bảo mức dầu sẽ thấp hơn cảu tất cả bánh răng ).

−

Mức dầu phải cao hơn đỉnh phía dưới của bánh răng lớn là 10mm.

−

Ta có điều kiện:

Vậy: Điều kiện bôi trơn ngâm dầu được thỏa mãn.
Bảng thông số của các cặp bánh răng:
Thông số
ĐK vòng chia (mm)
Khoảng cách trục(mm)
Mođun
Chiều rộng vành răng (mm)
Tỉ số truyên
Góc nghiêng
Số răng (răng)

Cấp nhanh
d1=60,33 mm;
d2=259,67 mm

Cấp chậm
d3=105,43mm;
d4=294,57 mm

160

200

2,5
B1=55,4;b2=50,4

3

B3=68;b4=63

4,32
17,610

2,78
14,650

Z1=23;z2=99

Z3=33;z4=95
25