Đồ án môn học Chi tiết máy - Thiết kế hộp giảm tốc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (248.28 KB, 49 trang )

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ
Lời nói đầu
Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí. Mặt khác, một
nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền công nghiệp hiện đại. Vì vậy, việc thiết kế và cải
tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hóa đất nước.
Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các hệ thống truyền động là những yêu cầu
rất cần thiết đối với sinh viên cơ khí.
Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói nó đóng một vai
trò rất quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất. Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì
hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu.
Đồ án thiết kế hệ dẫn động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hệ hộp giảm tốc, qua đó ta có thể
củng cố lại những kiến thức đã học trong các môn Chi tiết máy, Nguyên lý máy, vẽ kỹ thuật…và giúp
sinh viên có cái nhìn tổng quát về việc thiết kế cơ khí. Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển
hình mà công việc thiết kế giúp ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn…thêm vào đó,
trong quá trình thực hiện sinh viên có thể hoàn thiện kỹ năng vẽ AutoCad, điều rất cần thiết với một
sinh viên cơ khí.
Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Tùng, các thầy bộ môn và các bạn khoa cơ khí đã
giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm đồ án.
Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy sai sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý
kiến từ thầy và các bạn!
Sinh viên thực hiện
Ngô Đình Phong

Trang 1

1
2
3

4

P

5
6
ØD

t

Ghi chú:

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Động cơ điện
Bộ truyền đai thang
Ổ trục
Hộp giảm tốc
Khớp nối
Băng tải

Số liệu trạm dẫn động băng tải:

Phương Án

6

Số liệu
Lực kéo băng tải P
Vận tốc băng tải V
Đường kính tang quay D
Thời hạn sử dụng
Số ngày làm việc trong năm
Số ca làm việc trong ngày
Số giờ làm việc trong một ca
Góc nghiêng
Đặc tính tải trọng

KN
m/s
mm
Năm
Ngày
Ca
Giờ
Độ

8,0
0,25
350
6
295
2
7
60

Êm

Trang 2

PHẦN I: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ
a) Xác định động cơ cần thiết của động cơ.
Gọi: N là công suất tính toán trên máy công tác, KW.
là công suất cần thiết, KW.
η là hiệu suất chung của hệ dẫn động.
Ta có:

• Trong đó: P = 8000 N là lực kéo băng tải
V = 0,25 m/s là vận tốc băng tải
Như vậy công suất tính toán trên máy công tác là N = 2 KW.
Áp dụng công thức:

•

Với m = 2 là số cặp bánh răng, k = 4 là số cặp ổ lăn
Trong đó: được tra bảng 2.3[1] bảng trị số hiệu suất các loại bộ truyền và ổ.

Suy ra:

b) Tính số vòng quay trên trục tang
Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống là
Theo bảng 2.4[1] bảng tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ, ta chọn:

Trang 3

-

Tỉ số truyền hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ:
Chọn
Tỉ số truyền của bộ truyền đai thang:
Chọn
Theo công thức thì tỉ số truyền sơ bộ của hệ dẫn động là:

Hay:
Số vòng quay của trục máy công tác theo công thức:

Trong đó: V là vận tốc băng tải hoặc xích tải, m/s;
D là đường kính tang quay, mm;
là số vòng quay của trục máy công tác, vg/ph;
(vg/ph)
Số vòng quay sơ bộ của động cơ theo công thức:
(vg/ph)
Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ vg/ph
Theo bảng P1.2, Phụ lục với và vg/ph dùng động cơ DK51-6 với và vg/ph.

c) Phân phối tỉ số truyền.
• Xác định tỉ số truyền của hệ dẫn động:

Trong đó: vg/ph ;

vg/ph ;

• Phân tỉ số truyền của hệ dẫn động:
Trang 4

Trong đó: là tỉ số truyền của bộ truyền đai; là tỉ số truyền của hộp giảm tốc.
Chọn sơ bộ

Khi phân phối tỉ số truyền cho hộp giảm tốc theo yêu cầu bôi trơn có thể tính theo công thức kinh
nghiệm:

Trong đó: là tỉ số truyền cấp nhanh của hộp giảm tốc.
là tỉ số truyền cấp chậm của hộp giảm tốc.

Vậy phân phối tỉ số truyền như sau:
Tỉ số truyền cấp nhanh của hộp giảm tốc:
Tỉ số truyền cấp chậm của hộp giảm tốc:
Tỉ số truyền của bộ truyền đai:

d) Công suất động cơ trên các trục:
Công suất làm việc N = 2 KW ( Công suất trên bang tải ).
• Công suất trên các trục
- Công suất trên trục III là:

- Công suất trên trục II là:
- Công suất trên trục I là:
- Trục động cơ:
• Tốc độ vòng quay trên các trục
Trang 5

•
-

Trục I: vg/ph
Trục II: vg/ph
Trục III: vg/ph
Momen xoắn trên các trục:
Momen xoắn trên trục động cơ:

- Momen xoắn trên trục I:
- Momen xoắn trên trục II:
- Momen xoắn trên trục III:

Trục

Động cơ

I

II

III

Công suất N, kW

2,3

2,19

2,1

2,02

Tỉ số truyền u

3,4

5

4

1

Số vòng quay n, vg/ph

950

273

54,6

13,65

Mômen xoắn T, Nmm

23121

76610

367307,7

1413260

Thông số

PHẦN II: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI
Trang 6

1.
2.
•

Tóm tắt
Công suất cần truyền:
Tốc độ quay của bánh đai nhỏ: vg/ph
Tỉ số truyền:
Đặc tính làm việc: êm
Chọn loại đai
Xác định đường kính bánh đai nhỏ
Áp dụng công thức:
Trong đó: là công suất cần thiết, vg/p là tốc độ quay của bánh đai nhỏ.
Vận tốc vòng:

• Xác định đường kính bánh đai to
Chọn ξ = 0,02 ( ξ là hệ số trượt bộ truyền đai thang)
Ta có

• Số vòng quay thực của trục bị dẫn:
vg/ph
Kiểm nghiệm:
Sai số nằm trong phạm vi cho phép

• Xác định các thông số của đai:
- Với đường kính đai nhỏ =160 mm, vận tốc của đai và ta chọn loại đai có kí hiệu УA có
các thông số như sau:

Sơ đồ tiết diện đai

Kí hiệu

Kích thước
11
13
8
2,8

Trang 7

Tiết diện A,

81

b
bt
y0
h

40°

• Chọn sơ bộ khoảng cách trục A

Theo điều kiện:

•

•

Với h là chiều cao đai
Với ; chọn (mm)
Tính chiều dài đai L và khoảng cách sơ bộ A
Theo công thức 4.4 ta có

Vậy chọn L = 2360 mm
Kiểm nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây:
(m/s) (m/s)
Ta có khoảng cách trục A

Kiểm tra điều kiện:

Khoảng cách nhỏ nhất mắc đai:
Khoảng cách lớn nhất để tạo lực căng:

• Tính góc ôm:
- Góc ôm của đai trên bánh đai nhỏ:

- Góc ôm của đai trên bánh đai lớn:
Trang 8

Thỏa mãn

• Xác định số đai cần thiết:
Trong đó:
- =2,3 kW là công suất trên trục bánh đai chủ động, kW.
- =1,5 là công suất cho phép, kW.
- là hệ số tải trọng động.
- là hệ số ảnh hưởng của góc ôm .
- là hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai.
- là hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền.
- hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân booa không đều tải trọng cho các dây đai.

Lấy đai.

• Chiều rộng bánh đai:
Theo 4.17 và bảng 4.21 ta có:

• Đường kính ngoài bánh đai:
• Lực ban đầu và lực tác dụng lên trục:
Theo công thức 4.19 ta có:

Trong đó: (định kì điều chỉnh lực căng), với (bảng 4.22). , do đó:

Theo (4.21) lực tác dụng lên trục:

Bảng 2: Các thông số bộ truyền đai

Trang 9

Thông số
Đường kính bánh đai

Chiều rộng bánh đai
Số đai
Chiều dài đai
Khoảng cách trục
Góc ôm
Đường kính ngoài bánh đai
Lực tác dụng lên trục

Giá trị

A= 570 mm

PHẦN III: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
1- Chọn vật liệu
Do không có yêu cầu gì đặc biệt, theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ở đây chọn vật liệu hai
cấp bánh răng như nhau:

Trang 10

Cụ thể theo bảng 6.1 chọn:

- Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB241…285 có
- Bánh lớn: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB192…240 có
2- Phân tỉ số truyền:
3 - Xác định ứng suất cho phép:
Theo bảng (6.3) với thép 45 tôi cải thiện đạt độ răng HB 180 … 350
Chọn độ rắn bánh nhỏ khi đó:
Theo (6.5)
Theo (6.6):

Trong đó: c, n, lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng quay trong một phút và
tổng số giờ làm việc của bánh răng.

Như vậy theo 6.1, sơ bộ xác định được:

Do cả cấp nhanh và cấp chậm đều sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng, do đó theo (6.12 )
Theo (6.2a) với bộ truyền quay 1 chiều :
Ứng suất quá tải cho phép: theo (6.13)

4- Tính toán cấp nhanh: Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

• Xác định sơ bộ khoảng cách trục: Theo (6.15a):
Theo bảng 6.6 chọn ; với bánh răng nghiêng thì ( bảng 6.5) theo (6.16) , do đó theo bảng 6.7, ;

Trang 11

•

Lấy
Xác định thông số ăn khớp
Theo (6.17)
Theo bảng 6.8 chọn modun pháp m = 2,5
Chọn sơ bộ , do đó có theo (6.31) số răng bánh nhỏ
Lấy
Số răng bánh lớn:
Vậy
Do đó tỉ số truyền thực sẽ là

•

Suy ra
Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:
Theo (6.33) , ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc

- Theo bảng 6.5,
- Theo (6.35)
Với
Do đó theo (6.34):
Theo (6.37)
Do đó theo (6.38):

Trong đó theo (6.38b)

Đường kính vòn lăn bánh nhỏ

Theo (6.40):

Trang 12

Với v = 0,753 m/s theo bảng 6.13 dùng cấp chính xác 9. Theo bảng 6.14 với cấp chính xác 9 và
v < 2,5 m/s,
Theo (6.42),

Trong đó theo bảng 6.15 , theo bảng 6.16
Theo bảng 2.3 (Phụ lục)
Chọn
Theo (6.39)
Thay các giá trị vừa tính được vào (6.33) ta được:

= 489 MPa

- Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép:
Theo (6.1) với v = 0,753 m/s < 5 m/s, với cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức
tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám do đó do đó theo (6.1) và (6.1a)

Như vậy

- Kiểm nghiêm răng về độ bền uốn. theo (6.43)
Theo bảng 6.7, theo bảng 6.14 với v < 2,5 m/s và cấp chính xác 9 chọn
Trong đó theo bảng 6.15 , theo bảng 6.16, do đó theo bảng P2.3 ta có
Do đó 1,37.1,04 = 1,78
Với ,
Với ,

Trang 13

Số răng tương đương:

Tra theo bảng 6.18 ta được
Với m = 2,5 ;
Do đó theo (6.2) và (6.2a) ta có:
Tương tự tính được
Thay các giá trị vừa tính được vào công thức trên:

- Kiểm nghiệm răng quá tải
Theo (6.48) vớ
Theo (6.49)

• Các thông số bộ truyền:
Khoảng cách trục
Modun pháp
Chiều rộng vành răng
Tỉ số truyền
Góc nghiêng của răng
Số răng
Hệ số dịch chỉnh
Đường kính chia
Đường kính đỉnh răng
Đường kính chân răng

5 - Tính bộ truyền cấp chậm

Trang 14

- Xác định sơ bộ khoảng cách trục
Tương tự chọn ; với răng nghiêng ; , do đó ;
Lấy mm
- Xác định các thông số ăn khớp
Theo (6.7)
Theo bảng 6.8 chọn modun pháp m = 3
Chọn sơ bộ do đó theo (6.38) số răng bánh nhỏ
Lấy
Số răng bánh lớn:
Vậy
Do đó tỉ số truyền thực sẽ là

Suy ra
- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc
Theo (6.33), ứng suất tiếp xíc trên mặt răng làm việc
Theo bảng 6.5,
Theo (6.35)
Do đó theo (6.34)
Theo (6.37) ,
Theo (6.38)
Trong đó theo (6.38b)
Đường kính vòng lăn bánh nhỏ
Theo (6.40)
Với v = 0,2756 m/s theo bảng 6.13 dùng cấp chính xác 9, theo bảng 6.14 với cấp chính xác 9 và
v < 2,5 m/s,
Theo (6.42),
Trong đó theo bảng 6.15 ; theo bảng 6.16,
Theo (6.41)

Trang 15

Theo (6.39)
Thay các giá trị vừa tính được vào (6.33) ta được

- Xác định ứng suất cho phép
Theo (6.1) với v = 0,2756 m/s < 5 m/s, với cấp chính xác động học là 9, chọn cấ pchính xác về
mức tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám , do đó với mm, do đó theo (6.1) và (6.1a):
Như vậy do đó:

- Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
Theo bảng 6.7 ; theo bảng 6.14 với v < 2,5 m/s và cấp chính xác 9, theo (6.47)

Với
Do đó
- Với ,
- Với ,
Số răng tương đương:
Theo bảng 6.18 ta có
Với m = 3 mm, do đó theo (6.2) và (6.2a)
Tương tự tính
Thay các giá trị vào công thức trên

- Kiểm nghiệm răng về quá tải
Theo (6.48) vớ

Theo (6.49)

Khoảng cách trục

Trang 16

Modun pháp
Chiều rộng vành răng
Tỉ số truyền
Góc nghiêng của răng
Số răng
Hệ số dịch chỉnh
Đường kính chia
Đường kính đỉnh răng
Đường kính chân răng

PHẦN IV: TÍNH TOÁN TRỤC VÀ THEN
I – TÍNH TRỤC
1 – Chọn vật liệu cho trục
Vật liệu làm trục phải có độ bền cao, ít nhạy với tập trung ứng suất, có thể nhiệt luyện và dễ gia công.
Thép các bon và thép hợp kim là những vật liệu chủ yếu để tạo trục. chọn vật liệu chế tạo trục là thép
45 có , ứng suất cho phép
2 – Xác định sơ bộ đường kính trục
Sơ đồ khoảng cách đối với hộp giảm tốc răng trụ hai cấp

Trang 17

l21
l23
l22

b23

k2
k1

k1 lm22 k1

lm23

b0

Theo (10.9), đường kính trục thứ k với k = 1…3

- Đối với trục I

Lấy , trong đó ta lấy MPa
- Đối với trục II
Lấy , trong đó ta lấy MPa
- Đối với trục III
Lấy trong đó lấy MPa

3 – Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

Trang 18

Từ đường kính sơ bộ của trục tra theo bảng 10.2 ta chọn chiều rộng của ổ như sau:

Tính chiều dài các mayơ của bánh đai và bánh răng theo các công thức (10.10), (10.11), (10.12) ta có
các kết quả:

Chọn

Chọn

Chọn

Chọn

Theo bảng 10.3 chọn các khoảng cách như sau:
– khoảng cach từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khe hở giữa các chi tiết máy.
– khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp.
– khoảng cách từ chi tiết quay đến nắp ổ.
– chiều cao nắp ổ và bulông.
Khoảng cách trên các trục:

Trang 19

Khoảng cách côngxôn của trục I ( phần trục bên ngoài hộp). Theo công thức (10.14)

Khoảng cách côngxôn trên trục III từ mayơ khớp nối đến gối đỡ:

a

a+
c

b

b+
c

c

SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG HỆ DẪN ĐỘNG

Trang 20

SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG LÊN CÁC BÁNH RĂNG

Fr4
Fa4

Ft3

Ft4
Fr2

Rd

Fa3
Fr3

Ft2

Fa2

Fa1

Ft1
Fr1

4 – Tính toán và vẽ biểu đồ momen
• Tính toán và vẽ biểu đồ momen trục I
Trang 21

Lực tác dụng của bộ truyền bánh răng tác dụng lên trục

Trang 22

m