TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
---o0o---
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI
SINH VIÊN:
MSSV:
LỚP:
GV HƯỚNG DẪN:
Hồ Chí Minh, 27 tháng 11 năm 2016
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ
Học kỳ I năm học 2016 – 2017
Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Người hướng dẫn:
Ký tên:
Ngày hoàn thành: 27/11/2016
Ngày bảo vệ:
ĐỀ TÀI
Đề số 20: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI
Phương án số: 27
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH: dankythuat.vn
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------Hệ thống dẫn động băng tải bao gồm: 1: Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2:
Khớp nối đàn hồi; 3: Hộp giảm tốc bánh răng trục vít; 4: Bộ truyền xích ống con lăn;
5: Băng tải. (Quay một chiều, tải va đạp nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ).
Số liệu thiết kế:
-
Lực vòng trên băng tải F (N): 13000
-
Vận tốc băng tải v (m/s): 0.32
-
Đường tính tang dẫn, D(mm): 350
-
Thời gian phục vụ L (năm): 4
-
Số ngày làm/năm Kng (ngày): 230
-
Số ca làm việc trong ngày (ca): 2
-
t1 (giây): 23
-
t2 (giây): 36
-
T1: T
-
T2: 0,7T
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH: dankythuat.vn
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án môn học Thiết kế máy là một đồ án chuyên ngành chính của sinh viên
ngành cơ khí. Việc tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí là nội dung không thể
thiếu trong chương trình tào đạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức quan trọng
cho sinh viên về kết cấu máy.
Nội dung đồ án bao gồm những vẫn đề cơ bản trong thiết kế máy và hệ thống dẫn
động, tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chi tiêu chủ yếu và khả năng làm việc,
thiết kế kết cấu chi tiết máy, vỏ hộp, chọn cấp chính xác, lắp ghép, dung sai và phương
pháp trình bày bản vẽ. Thuật ngữ và kí hiệu dùng trong đồ án dựa theo tiêu chuẩn Việt
Nam, phù hợp với thuật ngữ và kí hiệu quốc tế.
Quá trình tính toán và thiết kế tham khảo các giáo trình như Chi tiết máy, Tính
toán hệ thống dẫn động cơ khí, Dung sai và lắp ghép,…qua đó từng bước giúp sinh
viên làm quen với công việc thiết kế phục vụ nghề nghiệp của mình khi ra trường.
Xin được chân thành cảm ơn ……… đã hướng dẫn tận tình và dành nhiều sự đóng
ghóp để em có thể hoàn thành đồ án này.
Tuy vậy, trong quá trình thực hiện cũng không thể tránh khỏi sai sót, do đó em
mong được sự góp ý thêm từ phía các giảng viên để có thể rút ra được những kinh
nghiệm, phục vụ cho công việc thiết kế sau này.
Sinh viên thực hiện
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
4
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu
4
Mục lục
5
Phần 1: Tính toán chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền
6
1.1. Chọn động cơ
6
1.2. Phân phối tỉ số truyền
7
1.3. Lập bảng đặc tính
9
Phần 2: Thiết kế bộ truyền ngoài: Xích ống con lăn
10
2.1. Thông số kĩ thuật
10
2.2. Thiết kế bộ truyền
10
Phần 3: Thiết kế bộ truyền trong hộp giảm tốc
14
3.1. Thiêt kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
14
3.2. Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít
23
Phần 4: Thiết kế trục và then
30
4.1. Chọn vật liệu
30
4.2. Xác định lực lên trục
30
4.3. Tính thiết kế trục, chọn then và kiểm nghiệm then
31
Phần 5: Chọn ổ lăn và nối trục
47
5.1. Chọn ổ lăn cho trục I
47
5.2. Chọn ổ lăn cho trục II
49
5.3. Chọn ổ lăn cho trục III
53
5.4. Chọn khớp nối trục
56
Phần 6: Chọn thân máy, bu-lông và các chi tiết phụ khác
58
6.1. Kết cấu vỏ hộp giảm tốc
58
6.2. Kết cấu các chi tiết máy
60
6.3. Tính toán các chi tiết khác
63
6.4. Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp
70
Phần 7: Chọn dung sai lắp ghép
72
Tài liệu tham khảo
74
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
5
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------PHẦN 1 - TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
1.1. CHỌN ĐỘNG CƠ.
Chọn hiệu suất của hệ thống.
Hiệu suất truyền động.
4
* Trong đó:
= 1 : Hiệu suất khớp nối trục đàn hồi.
= 0,97: Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ được che kín
= 0,8 : Hiệu suất bộ truyền trục vít
= 0,9 : Hiệu suất bộ truyền xích để hở
= 0,9 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn được che kín
= 1.0,97.0,8.0,9.0,994 = 0,671
Tính công suất đẳng trị ( Công suất tính toán).
Công suất tính toán
=
Công suất cần thiết trên trục động cơ.
Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ.
Số
vòng
quay
của
trục
công
tác.
(vòng/phút)
Tỉ số truyền sơ bộ:
Chọn sơ bộ tỉ số truyền chung là = 136
Số vòng quay sơ bộ của động cơ.
vòng/phút)
Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện.
Kiểu
cơ
động
4A132S4Y
3
Công
suất
(kW)
Vận tốc
quay
Cos φ
(v/ph)
η%
7,5
1455
87,5
0,86
2,2
2,0
1.2. PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN.
- Tỉ số truyền của hệ thống:
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
6
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Do hệ thống có bộ truyền xích ngoài, chọn
=> Tỉ số truyền của hộp giảm tốc là:
- Ta có:
+ Chọn tỉ số truyền của bộ truyền trục vít là:
+
1.3. LẬP BẢNG ĐẶC TÍNH.
Tính toán công suất trên các trục
- Công suất trên trục công tác:
-
Công suất trên trục 3:
-
Công suất trên trục 2:
-
Công suất trên trục 1:
-
Công suất trên trục động cơ:
P
6,14
P 1
6,2
dc ol .kn 0,99.1
(kW)
Tính toán số vòng quay các trục.
- Vận tốc quay trên trục động cơ:
= 1455 (vòng/phút)
- Vận tốc quay trên trục 1
(vòng/phút)
- Vận tốc quay trên trục 2:
(vòng/phút)
- Vận tốc quay trên trục 3:
(vòng/phút)
- Vận tốc quay trên trục công tác:
(vòng/phút)
Tính Momen xoắn trên các trục.
- Momen xoắn trên trục 1:
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
7
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Momen xoắn trên trục 2:
-
Momen xoắn trên trục 3:
-
Momen xoắn trên trục động cơ:
-
Momen xoắn trên trục công tác:
Bảng đặc tính.
Trục
Thông số
Công Suất (kW)
Tỉ số truyền u
Số vòng quay n
(vòng/phút)
Momen xoắn T
Động cơ
Trục 1
Trục 2
Trục 3
Công tác
7,5
6,14
5,9
4,67
4,16
1
1455
2,78
1455
20
523
(Nmm)
1,5
26
17
1715326,9
PHẦN 2 - THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI: XÍCH ỐNG CON LĂN
2.1. THÔNG SỐ KĨ THUẬT.
- Công suất bộ truyền: P = 4,67 (kW)
- Tỉ số truyền: = 1,5
- Số vòng quay bánh dẫn:
- Momen xoắn: T = (Nmm)
- Quay 1 chiều, tải va đạp nhẹ, làm 2 ca, 1 ca làm việc 8h
2.2. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN.
2.2.1. Chọn loại xích: Chọn xích ống con lăn 1 dãy.
2.2.2. Chọn số răng của đĩa xích dẫn:
- z1 = 29 – 2ux = 29 – 2.1,5 = 26
Chọn z1 = 27 (răng)
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
8
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------2.2.3. Chọn số răng của đĩa bị dẫn:
- z2 = uxz1= 1,5.27 = 40,5
Chọn z2 = 41 (răng)
ux
z2
1,58
z1
- Tính lại tỉ số truyền :
2.2.4. Hệ số điều kiện sử dụng xích K
K K d K a Ko K dc K bt K c
Kd
= 1,2: Hệ số tải trọng động (Tải trọng va đạp nhẹ)
Ka
= 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng khoảng cách trục (Chọn a=40p)
Ko
= 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền (Bố trí nằm ngang)
K dc
= 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích
Kbt
= 1: Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn
Kc
= 1,25: Hệ số xét đến chế độ làm việc (Làm việc 2 ca)
K 1, 2.1.1.1.1.1,25 1,5
2.2.5. Công suất tính toán:
Pt
K .K z .K n .P1
Kx
Chọn n01 = 50 (vòng/phút)
Kn
n01 50
1, 92
n1 26
Kz
25
0,96
z1
Kx = 1 (xích 1 dãy)
Pt
1,5.0,96.1,92.4,67
12,9
1
(kW)
Tra bảng, với n01 = 50 (vòng/phút), chọn [P] = 14,7, từ đó bước xích Pc =
44,45 (mm)
2.2.6. Kiểm tra số vòng quay tới hạn.
Tương ứng với bước xích pc = 44,45 (mm), số vòng quay tới hạn nth = 400 (vòng/phút)
thỏa mãn n1 = 26 < nth.
2.2.7. Tính toán các thông số.
Vận tốc trung bình:
v
n1 z1 pc 26.27.44, 45
0,52( m / s)
60000
60000
Lực vòng có ích:
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
9
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------Ft
1000 P1 1000.4,67
8980,8( N )
v
0,52
Chọn khoảng cách trục sơ bộ:
a = (30..50)pc = 40.pc = 40.44,45 = 1778 (mm)
Số mắt xích:
x
2a z1 z2
z z
p
( 2 1 )2. c
pc
2
2
a
2.1778 27 41 41 27 2 44, 45
(
).
114,1
44, 45
2
2
1778
Chọn x = 116 (mắt xích)
Chiều dài xích:
L pc . x 44, 45.116 5156,2( mm)
Tính chính xác khoảng cách trục:
�
�
a 0,25. pc . �x 0,5. z z �
x 0,5. z z
�
1 2
1 2
�
�
2�
�z z � �
� 2. �2 1 � .
�
�
� ��
�
2
�
2�
2
41 27 � �
�
�
0,25.44,45. �
116 0,5. 27 41 �
116 0,5. 27 41 �
.
�
� 2. �
�
�
��
�
�
�
�
= 1819,8 (mm)
Để xích không chịu căng quá lớn, khoảng cách trục a cần giảm bớt một
lượng
a (0,002 �0,004) a = 3,6 – 7,3 (mm)
Chọn a = 1814 (mm)
Số lần va đạp xích trong một giây
z .n
27.26
i 1 1
0, 4 � i 15
15. x 15.116
Xác định xích theo hệ số an toàn
S
Q
k .Ft F F
0 V
d
Tải trọng phá hủy Q tra theo bảng, với xích con lăn 1 dãy Pc = 31,75
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
10
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------=> Q= 172,4 (kN) , q= 7,5 (kg)
Lực trên nhánh căng F1 �Ft = 8980,8 (N)
Kd = 1,2: Hệ số tải trọng động
Lực căng do lực tâm gây nên:
F q.v2 7,5.0,522 2( N )
V
Lực căng ban đầu của xích:
F 9,81.K .q.a
0
f
(N)
K
Trong đó:
f là hệ số phụ thuộc độ võng của xích, chọn
- a = 1,814 (m): Khoảng cách trục
- q = 7,5 (kg) là khối lượng 1 mét xích
K
f = 6 do xích nằm ngang.
F 9,81.K .q.a 9,81.6.7,5.1,814 800,8( N )
f
Vậy 0
172,4.103
S
14,9 �[S ] 7.
8980,8 800,8 2
Lực tác dụng lên trục:
Fr k x .Ft 1,15.8980,8 10327,92( N )
Trong đó K m = 1,15: Hệ số trọng lượng xích (Bộ xích đặt nằm ngang)
Đường kính đĩa xích
- Bánh dẫn:
p .z
44,45.27
382( mm).
d a1 d1 0,7 pc 382 0,7.44, 45 413,1
d �c 1
1
(mm)
- Bánh bị dẫn:
p .z
44, 45.41
580,1(mm)
d 2 0,7 pc 580,1 0,7.44, 45 611, 2
d c 2
2
da 2
(mm)
2.2.8. Bảng thông số bộ truyền xích.
Thông số
Bước xích
Số mắt xích
Số răng đĩa xích
Khoảng cách trục
Đường kính vòng chia
Đường kính vòng đỉnh
Lực trên nhánh căng
Lực căng ban đầu của xích
Lực tác dụng lên trục
Kí hiệu
Pc
x
z
a
d
da
Ft
F0
Fr
Bánh dẫn
44,45 (mm)
116 (mắt)
Z1 = 27 (răng)
1814 (mm)
d1 = 382 (mm)
da1 = 413,1 (mm)
8980,8 (N)
800,8 (N)
10327,92 (N)
Bánh bị dẫn
Z2 = 41 (răng)
d2 = 580,1 (mm)
da2 = 611,2 (mm)
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
11
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------PHẦN 3 - THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC
3.1. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG
3.1.1. Số liệu thiết kế.
- Công suất bộ truyền: P1 = 6,14 (kW)
- Tỉ số truyền: ubr = 2,78
- Số vòng quay bánh dẫn: n1 = 1455 (vòng/phút)
- Số vòng quay bánh bị dẫn: n2 = 523 (vòng/phút)
- Momen xoắn: T1 = 40300,3 (Nmm)
3.1.2. Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng.
- Chọn vật liệu làm bánh răng nhỏ là thép 45 tôi cải thiện, với độ rắn HB =
-
250.
Chọn vật liệu làm bánh răng lớn là thép 50 thường hóa, với độ rắn HB =
235.
3.1.3. Xác định sơ bộ ứng suất tiếp xúc cho phép [σ H] và ứng suất uốn cho
phép [σF].
3.1.4.
0 H lim1 2 H1 70 570( MPa )
0 H lim 2 2 H 2 70 540( MPa )
0 F lim1 1,8H 1 450( MPa )
0 F lim 2 1,8H 2 423( MPa )
Số chu kỳ làm việc cơ sở.
N HO1 30. HB 2,4 30.2502,4 1,71.107 (chu kỳ)
N HO 2 30. HB 2,4 30.2352,4 1, 47.107 (chu kỳ)
N FO1 N F 02 5.106 (chu kỳ)
3.1.5.
Số chu kỳ làm việc tương đương.
- Số lần ăn khớp bánh răng trong 1 vòng quay c=1
- Tuổi thọ: Lh = 8.2.230.4 = 14720 (giờ)
3
3
n �
�Ti �
�Ti � ti �
N HE1 60c.�� �ni ti 60cLh n ��
�
� �
Tmax �
T
t
i 1 �
i 1 �
�
� max � i �
�
�
n
3
3
�
�T � 23
�0,7T � 36 �
60.1.14720.1455. �
�
�
� �.
�.
�T � 23 36 � T � 23 36 �
�
0,77 �109 (chu kỳ)
N HE2
N HE1 0,77 �109
27,7 �107
u
2,78
(chu kỳ)
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
12
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------6
6
n
n �
�Ti �
�Ti � ti �
N FE1 60c.�� �ni ti 60cLh n ��
�
� �
Tmax �
T
t
i 1 �
i 1 �
�
�
max
i
� �
�
�
6
6
�
�T � 23
�0,7T � 36 �
60.1.14720.1455. �
�
�
� �.
�.
�T � 23 36 � T � 23 36 �
�
= 0,59.109 (chu kỳ)
N FE2
N FE1 0,59 �109
0,21 �109
u
2,78
(chu kì)
3.1.6.
Hệ số tuổi thọ.
Do NHE1> NHO1 ,NHE2> NHO2 ,NFE1> NFO1 ,NFE2> NFO2 nên chọn KHL1 = KHL2 = KFL1 = KFL2
=1
3.1.7.
Ứng suất tiếp xúc và Ứng suất uốn cho phép.
H 1 0 H lim1
0,9 K HL
0,9.1
570.
466,36 MPa
sH 1
1,1
H 2 0 H lim2
0,9 K HL
0,9.1
540.
441,82 MPa
sH 2
1,1
F 1 0 F lim1
K FL
1
450.
257,14 MPa
sF 1
1,75
F 2 0 F lim2
0,9 K FL
1
423.
241,71MPa
sF 2
1,75
Do bộ truyền bôi trơn tốt (bộ truyền kín ) nên ta tính toán theo độ bền mỏi tiếp
xúc để tránh hiện tượng tróc rỗ bề mặt và kiểm nghiệm lại điều kiện bền uốn.
Đây là bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng nên ta có:
H
0,5( H 1 H 2 ) 0,5(466,362 441,822 ) 454,26( MPa )
2
2
So sánh với điều kiện:
H min 441,82 � H 454, 26 �1, 25 H min 552, 28 MPa
452, 26( MPa ) .
Điều kiện trên thỏa nên ta chọn: H
3.1.8. Hệ số chiều rộng vành răng và hệ số tập trung tải trọng.
- Chiều rộng vành răng được xác định theo tiêu chuẩn dựa và bảng 6.6. (trang
97, Sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Trịnh Chất-Lê Văn Uyển)
-
ba 0,315
Từ đó ta tính được bd 0,53 ba (u 1) 0,53.0,315.(2,78 1) 0,63
Dựa vào bd tra bảng 6.7 ta xác định được hệ số tập trung tải trọng:
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
13
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------K H 1,02; K F 1,05
3.1.9. Khoảng cách trục
- Tính toán cho bánh răng trụ răng nghiêng ta dùng công thức:
aw �43(u 1) 3
T1 K H
43.(2,78 1) 3
ba H u
2
40300,3.1,02
99,5
0,315.452, 262.2,78
- Theo tiêu chuẩn ta chọn aw 100 (mm)
3.1.10. Chọn modul răng
m= (0.01÷0.02) aw = (0.01÷0.02) *100 = 1 ÷ 2 (mm)
Theo tiêu chuẩn ta chọn m=1,5 (mm)
3.1.11. Xác định số răng và góc nghiêng răng.
-
(mm)
o
o
Từ điều kiện góc nghiêng răng: 8 � �20
2aw cos 20o
2aw cos8o
�z1 �
m(u 1)
m(u 1)
2.100.cos 20o
�
z1
1,5(2,78 1)
�33,1 z1 34,9
2.100.cos8o
1,5(2,78 1)
Chọn z1= 34 răng.
-
Số răng bánh bị dẫn z2 z1 .u 34.2,78 94,52
Ta chọn z2=95 răng
um
-
Ta tính lại tỉ số truyền thực:
-
Sai số tương đối tỉ số truyền:
arccos
z2 95
2,79
z1 34
um u 2,79 2,78
0,36% 2%
u
2,78
m( z1 z2 )
1,5.(34 95)
arccos
14,65o
2a w
2.100
- Góc nghiêng răng:
3.1.12. Xác định kích thước bộ truyền.
- Đường kính vòng chia
mz1
1,5.34
52,7mm
cos cos(14,65o )
mz
1,5.95
d2 n 2
147,3mm
cos cos(14,65o )
d1
-
Đường kính vòng lăn
d w1 d1 52,7(mm )
d w 2 d 2 147,3(mm )
-
Đường kính vòng đỉnh
d a1 d1 2m 52,7 2.1,5 55,7( mm)
d a 2 d 2 2m 147,3 2.1,5 150,3( mm)
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
14
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Đường kính vòng đáy
d f 1 d1 2m 52,7 2.1,5 49,7( mm)
d f 2 d 2 2m 147,7 2.1,5 144,3( mm)
-
Bề rộng răng:
b aw ba 100.0,315 31,5mm
3.1.13. Chọn cấp chính xác cho bộ truyền.
- Vận tốc vòng bánh răng:
v
-
d1n1 3,14.52,7.1455
4( m / s)
60000
60000
Dưa vào bảng 6.13 (trang 106,Sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí,
Trịnh Chất-Lê Văn Uyển) , ta chọn cấp chính xác bộ truyền là 9
3.1.14. Xác định lực tác dụng lên bộ truyền.
- Lực vòng
Ft1
-
Lực hướng tâm
Fr1
-
Lực dọc trục
2T1 2.40300,3
1529, 4( N )
d w1
52,7
Ft1tg nw 1529, 4.tg (20)
575,4( N )
cos
cos(14,65)
Fa1 Ft1tg 1529, 4.tg (14,65) 399,8( N )
3.1.15. Hệ số tải trọng động.
Với vận tốc v 4( m / s ) và cấp chính xác là 9 tra bảng 6.14 xác định được
K H 1,16, K F 1, 4
(trang 107, Sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí,
Trịnh Chất-Lê Văn Uyển), từ đó ta xác định được hệ số tải trọng động:
K Hv 1
vH bw d w1
3,5.31,5.52, 7
1
1,06
2T1K H K H
2.40300,3.1,02.1,16
K Fv 1
vF bw d w1
10, 49.31,5.52,7
1
1,15
2T1K F K F
2.40300,3.1,05.1, 4
3.1.16. Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc
Ứng suất tiếp xúc được tính bởi công thức:
H
-
zM z H z
d w1
2T1K H (u 1)
bwu
Bánh răng bằng thép z M 274 MPa .
Hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
1/3
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
15
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------2 cos
zH
s in2 tw
� tg (20o ) �
�tg nw �
tw arctg �
arctg �
20,62o
�
o �
�cos �
�cos(14,65 ) �
2 cos(14,65)o
� zH
1,71
sin(2.20,62)
-
z
Hệ số ảnh hưởng tổng chiều dài tiếp xúc
1
1 �
1 �
�
�
�
�
�1
�1
�
1,88 3,2 � �
cos �
1,88 3, 2 � �
cos(14,65o ) 1,7
�
�
�34 95 �
�34 95 �
�
�
�
�
1
� z
0,77
1,7
-
Hệ số tải trọng tĩnh:
K H K H . K Hv . K H 1,02.1,06.1,16 1,25
H
z M z H z
d w1
2T1 K H (u 1)
bwu
274.1,71.0,77 2.40300,3.1,25.(2,79 1)
457,2( MPa )
52,7
31,5.2,79
Tính lại ứng suất tiếp xúc cho phép:
H 0 H lim
-
K HL Z R ZV K l K xH
sH
Hệ số ảnh hưởng độ nhám bề mặt: ZR=0,95
0,1
0,1
Z
0,85
v
0,85.4
0,98
V
- Hệ số ảnh hưởng vận tốc vòng:
- Hệ số ảnh hưởng của điều kiện bôi trơn : K l 1
-
Hệ số ảnh hưởng kích thước răng
K xH 1,05
d
52,7
1,05 4 1,02
4
10
10
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
16
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------K Z Z KK
1.0,95.0,98.1.1,02
466,2 MPa
H ' 0 H lim HL R V l xH 441,82
s
0,9
H
Suy ra:
[ H ] 452,26( MPa ) H ' 466, 2( MPa )
Đảm bảo điều kiện bền tiếp xúc.
3.1.17. Xác định số răng tương đương.
z1
34
37,5
cos3 cos3 14,65
z2
95
zv 2
104,9
cos3 cos3 14,65
13,2
13,2
YF 1 3,47
3,47
3,82
z v1
37,5
zv1
YF 2 3, 47
13,2
13,2
3,47
3,6
zv 2
104,9
Đặc tính so sánh độ bền các bánh răng.
F 1 257,14 67,31
YF 1
3,82
YF 2
3,6
F 2 241,71 67,14
3.1.18. Tính toán giá trị ứng suất uốn tại chân răng.
- YF1 = 3,82
- YF2 = 3,6
- T1 = 40300,3 N
- KFβ = 1,05
- KFV = 1,14
- KF =KFV KFβ = 1,14.1,05=1,2
- b = 31,5 mm
- mn = 1,5
- εα = 1,7
- Yε = 1/ εα = 1/1,7 = 0,6
- εβ = = = 1,69
1,69.14,65
-
-
Y 1
1
0,8
120
120
2T K Y Y Y
2.40300,3.1, 2.0,6.0,8.3,82
F1 1 F F1
71, 22
bw d w1m
31,5.52,7.1,5
(MPa)
Y
71, 22.3,6
F 2 F1 F 2
66,94
YF 1
3,83
<
[ F 1 ] =257,15
< [ F 2 ] =241,71 (MPa)
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
17
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------ Đảm bảo điều kiện về độ bền uốn
3.1.19. Các thông số và kích thước bộ truyền.
Thông số
Mô đun
Khoảng cách trục
Chiều rộng vành răng
Góc ăn khớp
Góc nghiêng răng
Lực vòng
Lực hướng tâm
Lực dọc trục
Bánh dẫn
Số răng
Đường kính vòng chia
Đường kính vòng đỉnh
Đường kính vòng đáy
Bánh bị dẫn
Kích thước
m=1,5 (mm)
aw = 100 (mm)
bw = 31,5 (mm)
atw = 200
14,650
Ft = 1529,4 (N)
Fr1 = 575,4 (N)
Fa1 = 399,8 (N)
z1= 34 (răng)
d1 = 52,7 (mm)
da1 = 55,7 (mm)
df1 = 49,7 (mm)
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
18
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------Số răng
Đường kính vòng chia
Đường kính vòng đỉnh
Đường kính vòng đáy
z2= 95 (răng)
d2 = 147,3 (mm)
da2 = 150,3 (mm)
df2 = 144,3 (mm)
3.2. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT - BÁNH VÍT
3.2.1. Số liệu thiết kế:
- Công suất bộ truyền: P = 5,9 (kW)
- Tỉ số truyền: u = 25
- Số vòng quay trục vít: 523 (vòng/phút)
- Số vòng quay bánh vít: 26 (vòng/phút)
- Momen xoắn trên trục vít: 107734,2 (Nmm)
- Momen xoắn trên bánh vít: 1715326,9 (Nmm)
- Thời gian phục vụ: 14720 (h)
3.2.2. Chọn vật liệu
- Tính sơ bộ vận tốc trượt:
v
S
(3,7..4,6)n1 3
(3, 7 �4,6).523 3
T2
1715326,9 2, 3 �2,9( m / s)
4
5
10
10
Chọn vS = 2,5 (m/s)
-
Ta chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh nhôm sắt bpA 9-4, đúc trong
-
khuôn
cát với σb = 400 (MPa), σch = 200 (MPa).
Chọn vật liệu làm trục vít là thép 45 được tôi với độ rắn HB > 350, sau khi
tôi, bề mặt ren trục vít được mài và đánh bóng.
3.2.3. Ứng suất cho phép của bánh vít
Ứng suất tiếp xúc cho phép:
[ H ] (276 �300) 25vs �220( MPa )
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
19
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------ Ứng suất uốn cho phép:
[ F ] (0, 25 ch 0,08 b ) 9
-
Với
N FE 60�(
106
N FE
Ti 9
) ni ti
Tmax
T
23
60.26.14720. �
( )9.
�
�T
23 36
(
0, 7T 9 36 �
) .
T
23 36 �
�
6
9,5.10 (chu kỳ)
[σF]= 63,85 (MPa)
Ứng suất quá tải:
Bánh vít làm bằng đồng thanh không thiếc nên:
- [σH]max =2.σch=2.200=400 (MPa).
- [σF]max=0,8.σch=0,8.200=160 (MPa).
3.2.4. Tính toán thiết kế
Khoảng cách trục
- Chọn số ren z1 = 2 với tỉ số truyền u =20
Số răng bánh vít z2 = 20.2 = 40
-
Chọn hệ số đường kính q �0,3z2 0,3.40 12 , Chọn q = 12,5
Chọn hệ số tải trọng KH = 1,2
2
�
�
170 � T2.K H
�
3
aw = Z q �
.
.
2
q
�
��
Z
.
�
� 2 � H ��
�
2
170 � 1715326,9.1,2
= 40 12,5 3 �
.
�
40.220 �
12,5
�
�
= 207,2 (mm)
Chọn khoảng cách trục aw= 210 (mm)
Tính mô đun trục vít:
m
2.a w
2.210
8
Z q 40 12,5
2
Dựa vào dãy tiêu chuẩn, chọn m = 8
Hệ số dịch chỉnh:
a
210
x w 0,5. q Z
0,5. 12,5 40 0(mm).
2
m
8
Thỏa mãn điều kiện -0,7 < x < 0,7 để tránh cắt chân răng và nhọn răng bánh
vít.
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
20
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------3.2.5. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc
Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt bánh răng trục vít của bộ truyền được thiết
kế phải thỏa mãn điều kiện sau:
�
170 �
H � �.
�Z �
� 2�
�Z q
� 2
� a
w
�
3
� T .K
� . 2 H ��
�.
�H �
�
q
�
Tính chính xác lại [σH]
m.n . Z 2 q2 8.523. 22 12,52
1 1
v
2,77(m / s).
S
19100
19100
- Ta có:
-
Chọn vật liệu là đồng thau không thiếc có [σH] =200 (MPa)
Tính chính xác lại hiệu suất của bộ truyền:
0,95.
tg
.
tg
� Z
�
2
�
arctg � 1 � arctg �
9,1o.
�
�
�q 2. x �
12,5 2.0 �
�
�
�
Trong đó
Tra ở bảng 7.4, ta được φ=2,10
0,95.
-
tg
tg (9,1)
0,95
0,77
tg
tg (9,1 2,1)
KH là hệ số tải trọng
K
H
K
H
.K
HV
.
Trong đó KH là hệ số phân bố tải trọng đều.
3
K
H
�Z � � T
1 � 2 �. �
1 2m
� � � T
� � � 2max
�
�
.
�
�
Tra bảng 7.5, ta có Ө=125 là hệ số biến dạng của trục vít
T2m là mô men trung bình
T
t
2 T2i
23
36
2m �
. i 1.
0,7.
0,817
2
T2 max 1 T2 max
23 36
23 36
�ti
1
3
�50 �
K
1 � �. 1 0,817 1,01
125 �
�
Thay lại: H
Với vs = 2,77 (m/s), tra bảng 7.6/151 được cấp chính xác gia công là cấp
8.
Dựa vào bảng 7.7/153 ta chọn được KHV = 1,2
KH = 1,01.1,2 = 1,212
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
21
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------Vậy:
�
170 �
H � �.
�Z �
� 2�
�Z q
� 2
� a
� w
3
� T .K
�. 2 H ��
�.
�H �
�
q
�
3
170 � � 40 12,5 � 1715326,9.1,212
�
. �
216,7 �[ H ] 220
�.
�40 �
12,5
� � � 210
�
(Thỏa mãn)
3.2.6. Kiểm nghiệm độ bền uốn
Để đảm bảo độ bền uốn của răng bánh vít, ứng suất sinh ra tại chân răng bánh
vít không được vượt quá giá trị cho phép.
F
1,4.T2 .YF .K F � �
� F .
� �
b2 .d 2 .mn
Trong đó:
-
mn
m
8
8,1
cos( ) cos(9,1)
Mn: Mô đun pháp của răng
KF là hệ số tải trọng: KF=KF.KFV
Mà KF=KH=1,04, KFV=KHV=1,2 => KF=1,04.1,2=1,248
d2 = m.z2 = 8.40=320 (mm): Đường kính vòng chia bánh vít
b2 = 0,75.m.(q+2) = 0,75.8.(12,5+2) = 87 (mm): Chiều rộng vành bánh răng
vít.
zv
z2
40
41,5
3
cos cos3 (9,1)
là số răng tương đương của bánh vít
Tra bảng bảng 7.8/152, ta được YF = 1,48
Vậy:
F
1,4.1715326,9.1,48.1,248
19,67 ��
� 63,85( MPa)
�F �
87.320.8,1
(Thỏa mãn)
3.2.7. Các kích thước chính của bộ truyền.
Thông số
Hệ số đường kính
Hệ số dịch chỉnh
Mô đun
Kích thước
q=12,5
x=0
m=8 (mm)
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
22
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------aw=210 (mm)
20
Khoảng cách trục
Góc biên dạng ren
Trục vít
d1 = mq = 8.12,5 = 100 (mm)
da1 = d1 + 2m = 100 + 2.8 = 116 (mm)
df1 = d1 – 2,4m = 100 – 2,4.8 = 80,8 (mm)
Đường kính vòng chia
Đường kính vòng đỉnh
Đường kính vòng đáy
Góc xoắn ốc vít
z1
2
arctan
9,1o
q
12,5
b1 �(11 0,06 z2 )m (11 0,06.40).8 107,2
(mm)
arctan
Chiều dài phần cắt ren trục vít
Chọn 110 mm
Bánh vít
d2 = dw2 = mz2 = 8.40 = 320 (mm)
da2 = m(z2 + 2) = 8.(40 + 2) = 336 (mm)
df2 = m(z2 – 2,4) = 8(40 – 2,4) = 300,8 (mm)
Đường kính vòng chia
Đường kính vòng đỉnh răng
Đường kính vòng đáy răng
Đường kính lớn nhất bánh vít
6m
6.8
336
348
z1 2
22
(mm)
b2 �0,75d a1 0,75.116 87
d aM 2 �d a 2
Chiều rộng bánh vít
(mm)
Chọn 85 mm
3.2.8. Tính nhiệt trong truyền động trục vít.
Để tránh nhiệt sinh ra trong bộ truyền trục vít quá lớn, nhiệt sinh ra trong hộp
giảm tốc trục vít phải cân bằng với lượng nhiệt thoát đi.
Tính toán nhiệt theo công thức:
tl to
1000.P1.(1 )
30
KT . A.(1 )
1000.5,9.(1 0,77)
16.1, 41.(1 0,3)
76,3 �[t1 ] 95o
Với:
-
: Hiệu suất bộ truyền = 0,77
P1: Công suất trên trục vít = 5,9 (kW)
KT: Hệ số tỏa nhiệt lấy giá trị = 16 W/(m2.oC)
A: Diện tích bề mặt thoát nhiệt = 20aw1,7 = 20.0,211,7=1,41 (m2)
t0: Nhiệt độ môi trường xung quanh lấy giá trị = 30o
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
23
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
-------------------------------------------------------------------------------------------------
: Hệ số thoát nhiệt qua bệ máy lấy giá trị = 0,3
Vậy, nhiệt độ nằm trong khoảng cho phép.
3.2.9. Tính lực trong bộ truyền trục vít.
-
2.T
2.1715326,9
F F 2
10721( N )
a1
t2 d
320
2
F F F .tg ( ) 10721.tg (9,1 2,1) 2123( N ).
t1
a2
t2
F F Ft 2 tan 10721. tan(20) 3902( N )
r1
r2
3.2.10. Kiểm tra độ cứng trục vít.
l 3 Fr12 Ft12
f
48 EJ e
3003 39022 21232
48.2,1.105.2661933
0,00447 �[f ] (0,005 �0,01)m 0, 05 �0,1
Trong đó:
-
L: Khoảng cách giữa 2 ổ, chọn sơ bộ l = d2 = 300 (mm)
E: Mô đun đàn hồi của trục vít, E= 2,1.105 (N/mm2)
Je: Mômen quán tính tương đương mặt cắt trục vít
(0,375
Je
0,625d a1
) d f 14
d f1
64
= 2661933 (mm4)
3.2.11. Kiểm tra điều kiện bôi trơn ngâm dầu.
Ta cho dầu ngập ren trục vít, lúc này mức dầu ngập bánh răng bị dẫn tính theo
công thức:
h
d a 2br d f 1tv
2
150,3 80,8
34,75(mm)
2
Để thỏa mãn điều kiện bôi trơn ngâm dầu thì:
1
h
� d a 2br
3
34,75
1
.150,3 50,1( mm)
3
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
24
Lớp:
Đồ án thiết kế máy
GVHD:
------------------------------------------------------------------------------------------------Vậy, thỏa mãn điều kiện ngâm dầu
PHẦN 4 - THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN
4.1. CHỌN VẬT LIỆU.
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 260…280, giới hạn
bền b = 950 (MPa).
4.2. XÁC ĐỊNH LỰC TÁC DỤNG LÊN TRỤC.
4.2.1. Sơ đồ lực tác dụng lên trục:
Đặt các lực ăn khớp tác dụng lên trục tại những điểm ăn khớp như hình vẽ:
------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH:dankythuat.vn
25
Lớp: