Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải (đại học bách khoa)

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
ĐỒ ÁN
CHI TIẾT MÁY
Sinh viên thực hiện: LÂM ANH TÚ

MSSV:G0903162

ĐỀ TÀI
Đề số 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI
Phương án số:8

Hệ thống dẫn động băng tải bao gồm:
1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2- Nối trục đàn hồi; 3- Hộp giảm
tốc bánh răng trụ hai cấp phân đơi cấp nhanh; 4- Bộ truyền xích ống con lăn
5- Băng tải.
SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 1


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
Số liệu thiết kế:
Công suất trên trục băng tải, P : 12kW
Số vòng quay trên trục băng tải, n(v/p) :50
Thời gian phục vụ, L(năm) :8
Quay một chiều, làm việc 2 ca, tải va đập nhẹ.
(1 năm làm việc 200 ngày, ngày làm 2 ca, 1 ca làm việc 8 giờ)
Chế độ tải: T1= T

t1= 15 giây

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

; T2 =0.4T
; t2 =37 giây

Page 2


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

MỤC LỤC
Trang

Phần 1
Tính tốn chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền
1.1 Chọn động cơ điện.………………………………….....5
1.2 Phân phối tỉ số truyền……………………………….…6
Phần 2
Tính tốn thiết kế chi tiết máy
2.1 Thiết kế bộ truyền xích ống con lăn…………………...9
2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng..…………………………12
2.3 Tính tốn trục và chọn then …………………………..27
2.4 Tính chọn ổ lăn và nối trục vòng đàn hồi ……………..43
2.5 Thiết kế vỏ hộp………………………………………...48
2.6 Các chi tiết phụ…………………………………….….49
2.7 Bảng dung sai lắp ghép……………………………......55
Tài liệu tham khảo…………………………………………………57

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 3


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

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 cơng nghiệp phát triển khơng thể thiếu một nền cơ
khí 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 hoá 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, kỹ sư cơ khí.
Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể
nói nó đóng một vai trị 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 máy giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó ta có
thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Nguyên lý máy,
Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật…, và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc
thiết kế cơ khí. Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà cơng
việc thiết kế giúp chúng ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ
lăn,… Thêm vào đó, trong q trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và
hoàn thiện kỹ năng vẽ AutoCad, điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí.
Em chân thành cảm ơn thầy Dương Đăng Danh , các thầy cô khoa cơ khí
đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.
Với kiến thức cịn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều khơng thể tránh khỏi,
em rất mong nhận được ý kiến từ thầy cơ.
Kính chúc quý thầy cô sức khỏe và hạnh phúc.

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 4


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

PHẦN 1 .TÍNH TỐN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ
 Chọn hiệu suất của hệ thống

Hiệu suất truyền động:

Trong đó:
: hiệu suất ổ lăn
: hiệu suất bộ truyền xích
: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
: hiệu suất khớp nối

 Tính cơng suất đẳng trị (cơng suất tính tốn) :

Cơng suất tính tốn:

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 5


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

Công suất cần thiết trên động cơ:

1.2 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ:
• Tỉ số truyền của hệ :

Chọn sơ bộ

: tỉ số truyền của bộ truyền xích

: tỉ số truyền của hộp số giảm tốc 2 cấp

Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện:
Dựa vào bảng P1.3/trang 237 sách “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập một”của
=15(kW)
“Trịnh Chất – Lê Văn Uyển” ta chọn động cơ điện 4A160S4Y3có cơng suất Pdc

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 6


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
với số vòng quay 1460(vg/ph)

.

Chọn u2=2,85=>u1=3,42

LẬP BẢNG ĐẶC TÍNH




Tính tốn cơng suất trên trục

Tính tốn số vòng quay các trục:

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 7


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

 Tính tốn momen xoắn trên các trục

Thơng số

Trục

Cơng suất(kW)
Tỷ số truyền

Động cơ

I

II

III

IV

14,42

14,27

13,57

13,03

12,12

1

3,42

2,85

3

Momen xoắn, (Nmm)

94323

93341

303569

830684

2319559

Số vịng quay, (vg/ph)

1460

1460

426,9

149,8

49,9

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 8


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
2.1

Trục

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH ỐNG CON LĂN
Động cơ

I

II

III

IV

14,42

14,27

13,57

13,03

12,12

Thơng số
Cơng suất(kW)
Tỷ số truyền

1

3,42

2,85

3

Momen xoắn, (Nmm)

94323

93341

303569

830684

2319559

Số vịng quay, (vg/ph)

1460

1460

426,9

149,8

49,9

Cơng suất 13,03KW ; số vòng quay động cơ n=1460, tỷ số truyền ux=3 Quay một chiều,
tải va đập nhẹ, làm việc hai ca (1 năm làm việc 200 ngày, ngày làm 2 ca, 1 ca làm việc 8
giờ)

 Chọn loại xích ống con lăn
 Chọn số răng của đĩa xích dẫn theo cơng thức:

(răng)
 Tính số răng đĩa xích lớn theo công thức:
SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 9


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

(răng)
 Xác định các hệ số điều khiển sử dụng xích K theo cơng thức 5.22 trang 181 sách

“ Cơ Sở Thiết Kế Máy” của “ Nguyễn Hữu Lộc”:

Kr=1,2: hệ số tải trọng động (tải trọng va đập nhẹ)
Ka=1: hệ số xét đến ảnh hưởng khoảng cách trục (chọn a=40pc)
Ko =1: hệ số xét đến ảnh hưởng cách bố trí bộ truyền (bố trí nằm ngang)
Kdc=1: hệ số xét đến ảnh hưởng khả năng điều chỉnh lực căng xích (trục điều
chỉnh được)
Kb=1: hệ số xét đến điều kiện bôi trơn (bôi trơn nhỏ giọt)
Klv=1,12 –hệ số xét đến chế độ làm việc (làm việc hai ca)


Tính cơng suất tính tốn Pt:

Tra bảng (5.4) theo cột n01 = 200 (vòng/phút);
+ Hệ số Kn = n01/n1 = 200/150,3 = 1,33

+ Hệ số Kz = z01/z1 = 25/23 = 1,087
+ Hệ số Kx = 2,5 (chọn 3 dãy xích)
 Ta chọn bước xích pc = 31,75 (mm).
 Số vịng quay giới hạn ( bảng 5.2 ):
 Tương ứng với bước xích pc = 31,75 mm . Số vịng quay tới hạn là
nth=630 (vòng/phút) → thoả mãn điều kiện : n1 < nth
 Xác định vận tốc trung bình v (m/s) của xích ( cơng thức 5.10 ) và lực vịng có
ích Ft:

 Tính tốn kiểm nghiệm bước xích pc theo công thức (5.26):

Với

được chọn trong bảng 5.3 là 29 (Mpa)

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 10


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

Do pc = 31,75 (mm) nên điều kiện được thoả.
 Chọn khoảng cách trục a :
Chọn khoảng cách trục sơ bộ: a = (30÷50)pc = 40. 31,75 = 1270 (mm)
Số mắt xích X được tính theo cơng thức (5.8) :

Chọn số mắt xích là : X = 128
Chiều dài xích L =pc.X = 31,75 . 128 = 4064 (mm)
Tính chính xác khoảng cách trục a theo công thức (5.9) :

Ta chọn khoảng cách trục a = 1275 (mm) ( khoảng cách giảm (0,002÷0,004)a )
 Số lần va đập xích trong một giây:

Theo bảng (5.6) với bước xích pc= 31,75 (mm), chọn [i] = 16
Kiểm tra xích theo hệ số an tồn theo cơng thức (5.28)

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 11


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
+ Tải trọng phá huỷ Q tra bảng (5.2) trang 78 sách “TÍNH TỐN HỆ DẪN
ĐỘNG CƠ KHÍ TẬP 1” của “ Trịnh Chất và Lê Văn Uyển” với pc = 31,75 (mm)
→ Q = 88,5 (KN) = 88500 (N)
+ Lực trên nhánh căng: Fl ≈ Ft = 7124,11 (N)
+ Lực căng do lực ly tâm gây nên xác định theo công thức (5.16)

+ Lực căng ban đầu của xích được xác định theo cơng thức (5.17)



Tính lực tác dụng lên trục theo cơng thức (5.19):

Trong đó : Km = 1,15 là hệ số trọng lượng xích ( bộ truyền đặt nằm ngang)


Đường kính đĩa xích:




Bánh xích dẫn:

Bánh xích bị dẫn:

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 12


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
2.2

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM
TỐC

a) Thiết kế bánh răng cấp nhanh

Momen xoắn trên trục của bánh dẫn

. Tỷ số truyền

. Số vòng quay

Chọn vật liệu làm bánh dẫn và bánh bị dẫn. Chọn thép 45Cr được tôi cải thiện. Theo
bảng 6.13 sách “Cơ Sở Thiết Kế Máy” của thầy Nguyễn Hữu Lộc đối với bán dẫn, ta
chọn độ rắn trung bình

; đối với bánh bị dẫn ta chọn độ rắn trung bình

. Vật liệu này có khả năng chạy rà tốt
Số chu kì làm việc cơ sở
(chu kì)
(chu kì)
(chu kì)
Số chu kì tương đương, xác định theo sơ đồ tải trọng:

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 13


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

(chu kì)
Tương tự:

(chu kì)
Vì

cho nên
Theo bảng 6.13, giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng xác định như sau:

Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Khi tơi cải thiện

; do đó:

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 14


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

vì

khơng thỏa điều kiện

nên ta chọn

Ứng suất uốn cho phép:

Chọn

ta có:

Theo bảng 6.15 do bánh răng nằm không đôi đối xứng các ổ trục nên

chọn

theo tiêu chuẩn. Khi đó :

Theo bảng 6.4, ta chọn
Khoảng cách trục bộ truyền bánh răng xác định:

Theo tiêu chuẩn, ta chọn

Modun răng
SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

.
Page 15

,


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

Theo tiêu chuẩn, ta chọn
suy ra :

Ta chọn

răng, suy ra số răng bánh bị dẫn:
Lấy z2=72

Góc nghiêng
Xác định thơng số hình học của bộ truyền.
-

Đường kính vịng chia(mm)

-

Đường kính vịng đỉnh(mm)

-

Đường kính vịng đáy

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 16


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

-

Đường kính vịng lăn:

-

Chiều rộng vành khăn: (mm)

Vận tốc vòng bánh răng(m/s)
Theo bảng 6.3 chọn cấp chính xác bộ truyền là 9
Giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền:

-

Lực vòng:

-

Lực hướng tâm:

-

Lực dọc trục:

Theo bảng 6.6 chọn hệ số tải trọng động
Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc:
Ứng suất tiếp xúc tính tốn được xác định bởi cơng thức (6.86):

Trong đó:
SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 17


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
Hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc theo công thức (6.87):

Với

:

Cặp bánh răng bằng thép : ZM = 275 (Mpa1/2)
Hệ số ảnh hưởng của tổng chiều dài tiếp xúc theo công thức (6.88):

KHα = 1,16 (tra bảng 6.11)
Hệ số tải trọng tính :

Tính lại ứng suất cho phép theo công thức (6.39):
SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 18


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

Hệ số ảnh hưởng của độ nhám bề mặt: ZR = 0,95
Hệ số ảnh hưởng tới vận tốc vịng, do HB ≤ 350 thì :

Hệ số xét đến ảnh hưởng của điều kiện bôi trơn, thông thường chọn K l = 1
Hệ số an toàn SH = 1,1 ( tra bảng 6.13)
Hệ số ảnh hưởng của kích thước răng:

Vậy điều kiện bền tiếp xúc được thoả.
1. Kiểm nghiệm ứng suất uốn:

Ứng suất uốn cho phép theo cơng thức (6.52):

Trong đó:
KFC = 1 ( quay 1 chiều )
Hệ số ảnh hưởng độ nhám : YR = 1 khi phay và mài răng
Hệ số kích thước :
Hệ số độ nhạy vật liệu bánh răng đến sự tập trung ứng suất:

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 19


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

Hệ số dạng răng theo công thức thực nghiệm (6.80)

Trong đó:
Số răng tương đương:


Đặc tính so sánh độ bền uốn các bánh răng:

Ta kiểm nghiệm độ bền uốn cho bánh bị dẫn là bánh có độ bề thấp hơn:
Ứng suất uốn được tính theo cơng thức (6.78):

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 20


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

Hệ số tải trọng tính:

Với KFα = 1
Ứng suất uốn tính tốn:

Vậy độ bền uốn được thoả.

Các thơng số và kích thước của bộ truyền:
Khoảng cách trục
Mơdun pháp
Chiều rộng vành khăn
Tỉ số truyền

Góc nghiêng của răng
Số răng bánh răng
Hệ số dịch chỉnh
Đường kính vịng chia

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 21


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
Đường kính đỉnh răng
Đường kính đáy răng

b) Thiết kế bánh răng cấp chậm

Momen xoắn trên trục của bánh dẫn

. Tỷ số truyền

. Số vòng

quay
Chọn vật liệu làm bánh dẫn và bánh bị dẫn. Chọn thép 45Cr được tôi cải thiện. Theo
bảng 6.13 sách “Cơ Sở Thiết Kế Máy” của thầy Nguyễn Hữu Lộc đối với bán dẫn, ta
chọn độ rắn trung bình

; đối với bánh bị dẫn ta chọn độ rắn trung bình

. Vật liệu này có khả năng chạy rà tốt

Tính ứng suất cho phép giống như thiết kế bánh răng cấp nhanh ta được:

Ứng xuất tiếp xúc cho phép:

Ứng suất uốn cho phép:

Theo bảng 6.15 do bánh răng nằm đối xứng các ổ trục nên

theo tiêu chuẩn. Khi đó :
Theo bảng 6.4, ta chọn
SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 22

, chọn


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY
Khoảng cách trục bộ truyền bánh răng xác định:

Theo tiêu chuẩn, ta chọn
Modun răng

.

Theo tiêu chuẩn, ta chọn

Tổng số răng

Số răng bánh

dẫn :

chọn z1=42 răng =>z2=160-42=118 răng
Xác định thơng số hình học của bộ truyền.
-

Đường kính vịng chia(mm)

-

Đường kính vịng đỉnh(mm)

-

Đường kính vịng đáy

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 23


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

-

Đường kính vịng lăn:

-

Chiều rộng vành khăn: (mm)

Vận tốc vòng bánh răng(m/s)
Theo bảng 6.3 chọn cấp chính xác bộ truyền là 9
Giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền:

-

Lực vòng:

-

Lực hướng tâm:

Theo bảng 6.5 chọn hệ số tải trọng động
Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc:
Ứng suất tiếp xúc tính tốn được xác định bởi cơng thức (6.86):

Trong đó:
Hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc theo công thức (6.87):
SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 24


ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY

Với

:

Cặp bánh răng bằng thép : ZM = 275 (Mpa1/2)
Hệ số ảnh hưởng của tổng chiều dài tiếp xúc theo công thức (6.88):

KHα = 1,13 (tra bảng 6.11)
Hệ số tải trọng tính :

Tính lại ứng suất cho phép theo công thức (6.39):

SVTH: LÂM ANH TÚ MSSV:G0903162

Page 25