đồ án chi tiết máy: THIẾT KẾ KẾT CẤU TRONG HỘP GIẢM TỐC KẾT CẤU VỎ HÔP GIẢM TÔC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI

******

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. LÊ VĂN UYỂN.
SINH VIÊN THIẾT KẾ: LÊ ĐÌNH VINH
MÃ SINH VIÊN: 12108217
LỚP: CƠ – ĐIỆN TỬ CD 17.01

Hà Nội 2015
1


Mục Lục
A Lời nói đầu
B Nội dung đồ án
PHẦN 1 CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
1, Chọn động cơ
2, Phân phối lại tỷ số truyền
PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN
I, TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI
1, Chọn loại đai và xác định các thông số bộ truyền
2, Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.
II, TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT - BÁNH VÍT (BỘ TRUYỀN HỘP
GIẢM TỐC)
2.1, Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép
2.2, Tính toán truyền động trục vít về độ bền
2.2.1, Các thông số cơ bản của bộ truyền
2.2.2, Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc.

2.2.3, Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn
2.2.4, Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải
2.3, Xác định các kích thước hình học của bộ truyền.
2.4, Tính nhiệt truyền động trục vít.
PHẦN III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC CHO HỘP GIẢM TỐC
1, Tính toán thiết kế trục vít I
1.1,Tính lực và chiều các lực tác dụng lên trục vít.
1.2 Kết quả tính toán trục I trên Inventor
1.2.1 Kết quả ( các tap Design , Clculation và Biều đồ mô men) trục I
1.2.2 Sự dụng Inventor để chọn then và ổ lăn cho trục 1
1.2.3 Chọn ổn lăn
2


2, Tính toán thiết kế trục II (Trục cho bánh vít )
2.1, Xác định khoảng cách các gối đỡ và điểm đặt lực
2.2 Kết quả tính toán trục II trên Inventor
2.2.1 Kết quả ( các tap Design , Clculation và Biều đồ mô men )
2.2.2, Sự dụng Inventor để chọn then và ổ lăn cho trục 2
2.2.3 Chọn ổ lăn cho trục II

PHẦN IV:THIẾT KẾ KẾT CẤU TRONG HỘP GIẢM TỐC
I.
4.1

KẾT CẤU VỎ HÔP GIẢM TÔC

Lập bảng kết quả tính toán

4.2 Kết cấu các bộ phận, chi tiết khác.

4.3 Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp.
4.4 Định kiểu lắp, lập bảng dung sai.

C Kết luận
D Tài liệu tham khảo

3


LỜI NÓI ĐẦU
Thiết kế đồ án Chi tiết máy là một môn học cơ bản của ngành cơ khí,môn
học này không những giúp cho sinh viên có cái nhìn cụ thể, thực tế hơn với kiến
thức đã được học, mà nó còn là cơ sở rất quan trọng cho các môn học chuyên
ngành sẽ được học sau này.
Đề tài của em được giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có hộp
giảm tốc trục vít bánh vít và bộ truyền đai thang. Hệ thống được đẫn động bằng
động cơ điện thông qua bộ truyền đai thang, hộp giảm tốc và khớp nối truyền
chuyển động tới băng tải. Trong quá trình tính toán và thiết kế các chi tiết máy
em đã sử dụng và tra cứu các tài liệu sau.
-Tập 1 và 2 Chi tiết máy của GS.TS- NGUYỄN TRỌNG HIỆP.
-Tập 1 và 2 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của PGS.TS.TRỊNH
CHẤT- TS. LÊ VĂN UYỂN.
Do là lần đầu tiên làm quen với công việc tính toán, thiết kế chi tiết máy
cùng với sự hiểu biết còn hạn chế cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo tài liệu
và bài giảng của các môn học có liên quan song bài làm của em không thể tránh
được những thiếu sót. Em kính mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình
của các Thầy cô bộ môn giúp cho em ngày càng tiến bộ.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các Thầy cô bộ môn Cơ Sở Thiết
Kế Máy và Rô Bốt, đặc biệt là Thầy Phạm Minh Hải đã trực tiếp hướng dẫn,chỉ
bảo một cách tận tình giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ đồ án được giao.

Hà Nội, Ngày 29 Tháng 3 Năm 2015

4


B Nội dung đồ án

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
ĐỀ SỐ 6: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI
Thông số đầu vào :
1. Lực kéo băng tải

F = 6000 N

2. Vận tốc băng tải

v =0.41 m/s

3. Đường kính băng tải

D = 370 mm

4. Thời hạn sử dụng

Lh= 15000 giờ

5. Số ca làm việc:

Số ca = 1

6. Góc nghiêng đường nối tâm của bộ truyền đai o=0o
7. Chế độ làm việc của cơ cấu chấp hành (băng tải): CĐ ổn định

5


PHẦN 1
CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

1, CHỌN ĐỘNG CƠ
- Từ điều kiện đầu bài cho, ta tính được công suất trên trục làm việc:
Plv= = 2.46 kW
- Hiệu suất chung của hệ dẫn động:
= đai*bt*ol*khớp = 0.96*0.82*0.993*1 = 0.76
(chọn sơ bộ số mối ren của trục vít là z1=2)
=> Công suất yêu cầu:
Pyc= = = 3.23 kW
- Tỷ số truyền sơ bộ của hệ:
usb= ungoài*uhộp = 2.5*20= 50
(chọn sơ bộ tỷ số truyền của bộ truyền đai bên ngoài là 2.5, tỷ số
truyền của hộp giảm tốc trục vít là 20)
- Số vòng quay sơ bộ của động cơ:
nsb= nlv*usb =*50= 1058 v/p
=> chọn tốc độ đồng bộ của động cơ là: nđb= 1000v/p
Từ đây xét theo tiêu chuẩn của Nga, chọn động cơ 4A112MB6Y3 có
thông số như sau:
Pđc= 4kW <> nđc=950 v/p <> ŋ%= 82% <> Hệ số mở máy:2.0;
Hệ số quá tải: 2.2 <> đường kính trục: 32mm
2, PHÂN PHỐI LẠI TỶ SỐ TRUYỀN

6


- Tỷ số truyền thực:
uthực= = = 44.87
- Tỷ số truyền trong hộp và tỷ số truyền bộ truyền đai bên ngoài:
uhộp= 20 => ungoài= = 2.24
C, TÍNH CÔNG SUẤT
- Công suất trên trục công tác:
Plv= 2.46kW
- Công suất trên trục II (II là trục ra của hộp giảm tốc):
PII== = 2.48kW
- Công suất trên trục I (I là trục vào của hộp giảm tốc):
PI== = 3.05 kW
- Công suất trên trục động cơ:
Pđc= = = 3.2 kW
- Tốc độ làm việc trên trục II:
nII= 21 v/p
- số vòng quay tại các trục làm việc:
nđc= 950 v/p
nI= 424.1v/p
nII= 21.2 v/p
- Mômen xoắn trên trục I và II:
TI= 9.55*106*= 68680.7 Nmm
TII= 9.55*106*= 1117169.8Nmm
Từ đây ta có bảng tổng hợp kết quả phần 1 như sau:
7


Trục

Thông số
Tỷ số truyền u
Số vòng quay n, v/p
công suất P, kW
Mômen xoắn T, Nmm

Động
cơ
2.24
950
3.2
32168.4

I

II
20

424.1
3.05
68680.7

Công tác
1

21.2
2.48
1117169.8

21.2

2.48
1117169.8

8


PHẦN 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN

I, TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI

.1, Chọn loại đai và xác định các thông số bộ truyền
Với công suất P= 3.2kW và n= 950 v/p tra bảng chọn loại đai thang
thường A
*Xác định các thông số bộ truyền
- Từ loại đai A, chọn sơ bộ đường kính bánh đai nhỏ là d1= 180mm
- Vận tốc đai: v= = = 8.95 m/s < 25m/s => phù hợp với đai thang
thường.

- Đường kính bánh đailớn:
d2= d1*u*(1-Ɛ)= 180*2.24*(1-0.01)= 400mm
chọn theo tiêu chuẩn lấy d2= 400mm
=> Tỷ số truyền thực tế: ut= = = 2.24
Sai lệch tỷ số truyền: Δu=*100%= 0 %=> thỏa mãn phạm vi sai lệch
cho phép.
- Khoảng cách trục a:
Với ut= 2.24 chọn a/d2=1 => a= d2= 400mm.
Ta có: 0.55*(180+400)+8= 327< a < 2*(d1+d2)=1160
=> a= 400mm thõa mãn điều kiện.
- Chiều dài đai:

9


l= 2*a + + (d2-d1)2/(4*a)
l= 2*400+3.14*(180+400)/2+(400-180)2/(4*400)= 1740.85mm
=>quy tròn l=1800mm.
Kiểm nghiệm tuổi thọ i= = = 4.475< 10 => thỏa mãn.
Từ l=1800mm ta tính lại khoảng cách trục thực tế:
at =
Với: λ= 1800 – 889.4
Δ= = 110
=> at= = 430.65mm
- Góc ôm α1= = 150.9> 120ο => thỏa mãn.
- Số đai z= (p1*kđ)/([p0]*Cα*C1*Cu*Cz)
Với p1=3.2 kW
Kđ= 1.0 (nhóm I, làm việc 1 ca)
[p0]= 3.37
Cα= 1-0.0025*(180-150.9)= 0.92
C1= 1.0 với l/l0
Cu=1.135 với u chọn bằng 2.4
Cz= 1 với z’=1
=> z= = 0.957 vậy z=1 đai.
- Chiều rộng bánh đai:
B= (z-1)*t+2*e= 2*10= 20mm
- Đường kính ngoài bánh đai nhỏ:
da1= d1+2*h0= 180+2*3.3= 186.6mm
10


- Đường kính ngoài bánh đai lớn :

da2= d2+2*h0= 400+2*3.3= 406.6mm

2, Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.
- Lực căng trên 1 đai :
F0=780*p1*kđ/(v*Cα*z) + Fv= + 0.105*8.952= 341.85 N
- Lực tác dụng lên trục :
Fr=2*F0*z*sin(α1/2)= 2*341.85*1*sin(150.9/2)= 661.77N

11


II, TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT - BÁNH VÍT (BỘ
TRUYỀN HỘP GIẢM TỐC)

2.1, Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép
- Vận tốc trượt sơ bộ :
Vs= 4.5*10-5*n1*= 4.5*10-5*424.1*= 2 m/s < 5 m/s
=> chọn vật liệu bánh vít là đồng thanh không thiếc nhóm II.
Cụ thể: chọn bánh vít làm bằng vật liệu đồng thanh nhôm sắt niken
ƂpA ЖH 10-4-4 với σb= 600 Mpa; σch= 200Mpa.
Chọn vật liệu làm trục vít là thép C45, tôi đạt độ rắn HRC>45, mài và
đánh bóng.
- Ứng suất tiếp xúc cho phép với vật liệu bánh vít ƂpA ЖH 10-4-4
tính theo kết quả nội suy là:
[σH]= 250 Mpa
- Ứng suất uấn cho phép [σF]
[σF]= [σF0]*kFL
Với [σF0]= 0.25*σb+0.08*σch= 0.25*600+0.08*200= 166Mpa
Vì trục vít được tôi đạt độ rắn HRC > 45, mặt ren trục vít được mài và
đánh bóng nên [σF0] tăng thêm 25% và bằng 207.5Mpa.

Hệ số tuổi thọ KFL= 0.72
=> [σF]= [σF0]*kFL= 207.5*0.72= 149.4 Mpa
- Ứng suất cho phép khi quá tải
[σH]max= 2* σch= 400 Mpa
[σF]max= 0.8*σch= 160 Mpa

2.2, Tính toán truyền động trục vít về độ bền
12


2.2.1, Các thông số cơ bản của bộ truyền.
- Khoảng cách trục aw
aw= (z2+q)*
Với: z2= 41<> q= chọn sơ bộ q= 0.3*z2= 12 chọn q=12.5
aw= (41+12.5)*= 169.7mm lấy tròn 170 mm
- Môđun của trục vít:
m= =.6.35 lấy theo tiêu chuẩn 6.3
=> tính lại khoảng cách trục
aw=m*(q+z2)/2= 6.3*(12.5+41)/2 =168.5

- Hệ số dịch chỉnh :
X=(aw/m)-0.5*(q+z2)= (170/6.3)-0.5*(12.5+41)= 0.234
Ta thấy -0.7 < X < 0.7

2.2.2, Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc.
- Vận tốc trượt vs= π*dw1*n1/(60000*cosγw)
Với γw= arctan[z1/(q+2*X)]= arctan[2/(12.5+2*0.234)]= 8.767o
dw1=(q+2*x)*m= (12.5+2*0.234)*6.3= 81.7mm
=>vs== 1.8 m/s
=> [σH]= 254Mpa

- Hiệu suất bộ truyền:
Ŋ=0.95*tan(γw)/tan(γw+φ)= = 0.774
- Hệ số tải trọng :
13


KH=KHβ*KHv
Trong đó KHβ=1+(z2/θ)3*(1-T2m/T2max)= 1
Với vs=1.8 m/s ta có cấp chính xác 8 => KHv=1.2
=> KH= 1*1.2= 1.2
Vậy:
σH= *= 239.72 Mpa < [σH] => thỏa mãn

2.2.3, Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uấn

σF= (1.4*T2*YF*KF)/(b2*d2*mn) ≤ [σF]
Với : mn= m*cos8.767= 6.3*cos8.767= 6.226
KF= KFβ*KFv= 1*1.2= 1.2
d2= m*z2= 6.3*41= 258.3 mm
b2≤ 0.75*da1 b2 ≤ 68.5 mm => b2= 68 mm
YF = 1.515
=>σF= = 26.03< [σF] => thỏa mãn điều kiện.

2.2.4, Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải
σHmax= σH*= 254*= 376<[σH]max
σFmax= σF*Kqt= 26.03*2.2= 57.266< [σF]max
=> thỏa mãn điều kiện.

2.3, Xác định các kích thước hình học của bộ truyền.
14

Từ kết quả tính toán trên ta có bảng tổng hợp:

aw
m
q
x
γ

d
da
df
daM2
b2
δ

170 mm
6.3
12.5
0.234 mm
8.767
d1= 78.75 mm
d2= 258.3 mm
da1= 78.75+2*6.3= 91.35mm
da2= 6.3*(41+2+2*0.234)= 273.8 mm
df1= 6.3*(12.5-2.4)= 63.63 mm
df2= 6.3*(41-2.4+2*0.234)= 246.12 mm
≤ 273.8+1.5*6.3= 283.25 lấy bằng 283 mm
≤ 0.75*91.35= 68.5 lấy bằng 68mm

arcsin=50.44o

b1(11+0.06*Z2)*m  (11+0.06*41)*6.3=84.798 lấy bằng
b1=100mm
2.4, Tính nhiệt truyền động trục vít.
Td= [t0+1000*(1-ŋ)*p1] / [Kt*A*(1+ψ)*β]
= = 51.1oC< 90oC=>thỏa mãn

PHẦN III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC CHO HỘP GIẢM TỐC

1 Tính toán thiết kế trục vít I
15


Theo kết quả tính toán ở phần 2, ta có vật liệu làm trục vít là thép C45
được tôi cải thiện.

1.1,Tính lực và chiều các lực tác dụng lên trục vít.
1.1.1), Tính giá trị các lực.
Ta có :
Fa1=Ft2= = 8650.17 N
Ft1=Fa2= Fa1*tanγ= 1334 N
Fr1=Fr2= Fa1*tanα= 3148.4 N
1.1.2 Tính chiều lực.

H1

Để xác định chiều lực, ta chọn hệ tọa độ như hình H1.
Căn cứ vào chiều vecto vận tốc trong đề bài và yêu cầu thiết kế trục

vít có ren trái, ta sẽ có chiều quay của trục vít và chiều quay bánh vít
16


như n1 và n2 trong hình H1, giả thiết các lực Ft1, Fa1, Fr1 ban đầu có
hướng trùng với hướng các trục x,y,z như hệ (H1 được nhìn theo
hướng từ dưới lên trên nếu theo sơ đồ như trong đề bài).
- Xét lực Ft1( theo trục x)
Ta có:Tọa độ rk1 nằm phía trên trục oz nên rk1 < 0 =>= -1
Trục quay ngược chiều kim đồng hồ (nhìn theo mút bên phải) nên =>
cqk1=1
Trục vít chủ động => cbk1=1
Vậy Ft1= -1*1*1*Ft1= -Ft1(ngược chiều trục x)
- Xét lực Fr1 (theo trục y)
Ta có:
Fr1=*Fr1= Fr1 (cùng chiều trục y)
- Xét lực Fa1 (theo trục z)
Ta có:
hrk1= -1 vì ren hướng trái
Vậy Fa1=cqk1*cbk1*hrk1*Fa1= 1*1*-1*Fa1= -Fa1 (ngược chiều trục z).
- Xét lực Fr tác dụng từ bộ truyền đai
Vì góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền đai φ = 0o ta có sơ đồ tác
dụng lực như hình
Fr = 656.23

17


Với: Frx= Fr*cos0= 661.77 *cos0= 661.77 N
Fry= Fr*sin0= 656.23 *sin0= 0 N

1.13 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực.
- Đường kính trục sơ bộ:
d ≥ = = 28.3 chọn d= 30 mm
Từ d, chọn các thông số cơ bản khác như sau :
Chọn b0=19mm <> k3=hn= 20mm <> lm12=1.5*d= 45mm <>
l12= -lc12= 72mm <> l13== 141.5 mm <> l11=daM2 =283mm

18


-Dựa vào hình 10.11 và đường kính sơ bộ của trục là d1 = 30 mm ,
đường kính của đoạn trục vít là da = 91.35 mm ( đường kính đỉnh ) và
df = 63.63 mm ( đường kính đáy ) .Vì đường kính bé nhất của trục là
30 mm mà da = 91.35 và df = 63.63 mm ( Của trục vít ) Ta chia kết
cấu trục thành 7 đoạn để đảm bảo độ bền cho trục  Ta chọn được
chiều dài và đường kính sơ bộ các đoạn trục trong inventor

19


+ l1 = lm12 = 45 mm
+ l2 = k3 + hn = 20+20= 40 mm
+ l3 = 20 mm
+ l3/2 + l4 + l5/2 = l13 = 141.5mm
+ l5/2 + l6 + l7/2 = l13 = 141.5 mm
+ l5 = b1 =140 mm: d5 = 91.35 mm,
l3/2+ l4 + l5 + l6 +l7/2= l11 = 283mm

+ Đoạn 1 : d1 = 30 mm, l1 = 45mm

+ Đoạn 2 : d2 = 38mm , l2 = 40mm
+ Đoạn 3 : d3 = 45 mm, l3 = 20 mm
+ Đoạn 4 : d4 = 63.63 mm, l4 = 70mm
+ Đoạn 5 : d5= 91.35mm, l5= 100 mm
+ Đoạn 6 : d6 = 63.63mm, l6 =70 mm
+ Đoạn 7 : d7 =45 mm, l7 = 46mm

20


Phân tích các lực tác dụng lên trục I
- Tại tiết diện 1
Mô men xoắn: T = 68.6807Nm
Fr = 661.77 N
- Tại tiết diện 2:
Có các lực :
Fr1 = 3148.4 N
Fa1 = 8650.7N
Ft1 = 1334 N
Mô men xoắn: T = -68.6807 N
Lực mô men uốn : M = Fa1. = = 340600.44 Nmm
1.2 Kết quả tính toán trục I trên Inventor

1.2.1 Kết quả ( các tap Design , Clculation và Biều đồ mô
men) trục I

21


22

*. Các tab Clculation

23


*. Biểu đồ mô men uốn

Biểu đồ mô men uốn tổng cộng

24


Biểu đồ mô men uốn mặt phẳng YZ

Biểu đồ mô men uốn mặt phẳng XZ
1.2.2 Sự dụng Inventor để chọn then và ổ lăn cho trục 1
•

Chọn then
Chọn then như tap design

25