đồ án môn học chi tiết máy tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí loại hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/DỰ ÁNTên lớp: ME6017.1...Khóa: K15...Họ tên sinh viên nếu thực hiện cá nhân LƯU XUÂN TRUNG ...Tên nhóm nếu thực hiện theo nhóm:...Họ và t

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA: CƠ KHÍ

o0o

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

Loại hộp giảm tốc: Bánh răng trụ một cấp

Mã số sinh viên : 2020606839

HÀ NỘI-2023

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/DỰ ÁN

Tên lớp: ME6017.1 Khóa: K15

Họ tên sinh viên (nếu thực hiện cá nhân) LƯU XUÂN TRUNG

Tên nhóm (nếu thực hiện theo nhóm): Họ và tên thành viên trong nhóm:

Tên chủ đề: Thiết kế dẫn động cơ khí

TuầnNgười thực hiệnNội dung công việcPhương pháp thực hiện

1 LƯU XUÂN TRUNG Phân tích lựa chọn phương án và xâydựng sơ đồ hệ dẫn động

- Tổng quát khái niệm, ưu nhược điểm dựa vào tỷ số truyền

2 LƯU XUÂN TRUNG Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

- Tính công suất càn thiết trên trục động cơ

- Lựa chọn động cơ hợp lý- Phân phối tỷ số truyền hợp lý

- Tính công suất, momen xoắn, số vòngquay trên các trục

3 LƯU XUÂN TRUNG Thiết kế bộ truyền ngoài hộp giảm tốc

- Thiết kế bộ truyền ngoài hộp giảm tốc- Phân tích lựa chọn loại đai, loại xích

- Xác định ứng xuất cho phép-tính toán và lựa chọn các thông số hợp lý cho bộ truyền

- Kiểm nghiệm bền và lập bảng thông số cho bộ truyền

- Lựa chọn loại ổ trục phù hợp dùng trong hộp giảm tốc

- Tính toán và lựa chọn ổ lăn hợp lý cho trục I

- Tính toán và lựa chọn ổ lăn hợp lý cho trục II

6 LƯU XUÂN TRUNG Thiết kế vỏ hộp, lựa chọn chế độ lắp ghépvà bôi trơn

- Lựa chọn các kích thước cơ bản hợp lý của vỏ hộp

- Lựa chọn các chi tiết khác liên quan đến vỏ hộp

- Lựa chọn các kiểu lắp hợp lý trong hộp giảm tốc

- Lựa chọn các kiểu bôi trơn hợp lý trong hộp giảm tốc

- Thiết kế sơ bộ thân hộp- Thiết kế sơ bộ nắp hộp

Thiết kế sơ bộ hình chiếu bằng

- Thiết kế sơ bộ các ổ lăn

Thiết kế sơ bộ hình chiếu cạnh

- Thiết kế sơ bộ thân hộp- Thiết kế sơ bộ nắp hộp

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

(Ký, ghi rõ họ tên)

Trung Lưu Xuân Trung

Nhiệm vụ của em là thiết kế hệ dẫn động băng tải bao gồm có hộp giảm tốc, bộ truyền đai dẹt và bộ truyền xích Hệ được dẫn động bằng động cơ điện thông qua khớp nối, hộp giảm tốc, bộ truyền đai và bộ truyền xích để truyền động đến băng tải Lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế, với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn và có nhiều phần em chưa nắm vững dù đã tham khảo các tài liệu xong khi thực hiện đồ án, trong tính toán không thể tránh được những thiếu xót

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Tuân đãhướng dẫn tận tình và cho em nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn họcnày

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện

TrungLưu Xuân Trung

CHƯƠNG 1 CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 14

1.1 Xác định công suất động cơ 14

1.2 Số vòng quay sơ bộ của động cơ: 14

1.3 Phân phối tỷ số truyền: 15

1.4 Tính toán các thông số trên các trục: 16

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP GIẢM TỐC 18

2.2.5 Tiết diện đai 20

2.2.6 Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 22

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC 23

3.2 Xác định ứng suất cho phép 23

3.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép 23

3.2.2 Ứng suất quá tải cho phép 26

3.3 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 27

3.3.1 Xác định khoảng cách trục 27

3.3.2 Xác định thông số ăn khớp 27

3.3.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 29

3.3.4 Kiểm nghiệm răng về dộ bền uốn 30

3.3.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải 31

3.4 Các thông số và kích thước bộ truyền 31

4.2.2.1 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 35

4.3 Tính toán thiết kế trục I 37

4.3.1 Tính toán vẽ biểu đồ momen trục I 37

4.3.2 Vẽ biểu đồ Mx, My, T trên trục I 39

4.3.3 Tính momen tương đương và đường kính trục I 41

4.3.4 Chọn then cho trục I 42

4.3.5 Kiểm nghiệm độ bền dập cắt 42

4.3.5.1 Kiểm nghiệm độ bền của then tại vị trí lắp bánh đai: 43

4.3.5.2 Kiểm nghiệm độ bền của then tại vị trí lắp bánh răng: 43

4.3.6 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 44

4.3.6.1 Kiểm nghiệm tại tiết diện ổ lăn 46

4.3.6.2 Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp bánh đai 47

4.4 Tính toán thiết kế trục II 48

4.4.1 Tính toán vẽ biêu đồ momen trục II 48

4.4.2 Chọn then trục II 53

4.4.3 Kiểm nghiệm độ bền dập cắt 54

4.4.3.1 Kiểm nghiệm độ bền của then tại vị trí lắp bánh đai: 54

4.4.3.2 Kiểm nghiệm độ bền của then tại vị trí lắp bánh răng: 55

4.4.4 Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục 55

4.4.4.1 Kiểm nghiệm tại tiết diện ổ lăn 57

4.4.4.2 Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp ổ nối trục 58

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN Ổ TRỤC 60

5.1 Chọn và tính ổ lăn cho trục I 60

5.1.1 Chọn loại ổ lăn 60

5.1.2 Chọn cấp chính xác và kích thước ổ lăn 61

5.1.3 Kiểm nghiệm ổ về khả năng tải động 62

5.1.4 Kiểm nghiệm ổ về khả năng tải tĩnh 63

5.2 Chọn và tính ổ lăn cho trục II 64

5.2.1 Chọn loại ổ lăn 64

5.2.2 chọn cấp chính xác và kích thước ổ lăn 64

5.2.3 Kiểm nghiệm ổ về khả năng tải động 65

5.3 Khả năng quay nhanh của ổ 67

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ VỎ HỘP, LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ LẮP GHÉP VÀ BÔI TRƠN……….68

6.1 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc 68

6.1.1 Tính kết cấu của vỏ hộp 68

6.1.2 Chọn bề mặt ghép và nắp thân 68

6.1.3 Xác định kích thước cơ bản của vỏ hộp 68

6.2 Kích thước một số chi tiết khác liên quan đến vỏ hộp 70

6.3 Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 75

6.3.1 Bôi trơn bánh răng trong hộp giảm tốc 75

6.3.2 Bôi trơn ổ lăn 75

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNGDẪN ĐỘNG

- Ta thấy trục động cơ và trục của băng tải được đặt song song với nhau, do đó với bộ truyền ngoài ta có thể sử dụng bộ truyền đai và bộ truyền xích còn hộp giảm tốc ta sử dụng hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp.

kích thước của bộ truyền không lớn lắm.

- Bộ truyền làm việc êm, không gây tiếng ồn, chịu sốc, không cần bôi trơn, chi phí bảo dưỡng thấp.

- Đảm bảo an toàn cho động cơ khi quá tải.

- Bộ truyền xích có thể truyền chuyển động giữa hai trục xa nhau mà kích thước của bộ truyền không lớn.

- Bộ truyền xích có thể để truyền chuyển động từ một trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn ở xa nhau.

- Hiệu suất truyền động cao

Nhược điểm :

- Bộ truyền xích có vận tốc ốc và tỷ số truyền tức thời không ổn định.- Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn.

- Yêu cầu chăm sóc, bôi trơn thường xuyên trong quá trình sử dụng.

- Bản lề xích mau bị mòn và có quá nhiều mối ghép nên tuổi thọ không cao.

⇒ Ta thấy trong hệ thống dẫn động cơ khí ý thường xảy ra hiện tượng quá tải động cơ,dựa vào ưu và nhược điểm của 2 bộ truyền thì ta nên sử dụng bộ truyền đai ở phía trước hộp giảm tốc, còn bộ truyền xích nằm ở phía sau của hộp giảm tốc.

b) Hộp giảm tốc

- Ta có tỷ số truyền hệ dẫn động u = 8÷14 = ut

- Ta thấy uhgt≤ 5 nê ta chọn hộp giảm tốc cấp 1

 Bánh răng trụ

Ưu điểm :

- Tất cả các mặt tiếp xúc giữa các bánh răng đều tiếp xúc hoàn toàn trực tiếp với các hướng của trục quay, như vậy trong hệ thống sẽ tạo thành một thể thống nhất.

- Trong những trường hợp hệ thống vận hành xảy ra lỗi kỹ thuật thì hậu quả xảy ra cũng không đem lại sự nguy hiểm cho người sử dụng cũng như không để lại hậu quả lớn cho toàn hệ thống.

- Bánh răng trụ răng nghiêng có khả năng làm việc chịu tải, có tốc độ làm việc cao hơn nhiều so với bánh răng trụ khác, độ tiếp xúc cao nên độ truyền tải cũnglớn hơn.

- Khả năng hoạt động êm ái hơn so với bánh răng trụ răng thẳng

- Bánh răng trụ răng nghiêng có răng dài hơn sơn bánh răng trụ răng thẳng, do đó chúng có thể truyền nhiều công suất hơn giữa các trục song song.

- Độ chính xác tốt hơn.

Nhược điểm :

- Nhược điểm của bánh răng nghiêng là là xảy ra hiện tượng lực ốc chiều trục khi chuyển động (vì răng nghiêng).

- Tính công nghệ không cao vì để gia công bánh răng trụ răng nghiêng thì yêu cầuvề máy móc và chi phí khá lớn.

- Do hộp giảm tốc bánh răng trụ cấp 1 u≤ 5 nên ta sử dụng bánh răng trụ răng thẳng Mặc dù có nhiều ưu điểm cũng như hạn chế nhưng nhưng mà ngành côngnghiệp cơ khí vẫn phải sử dụng bánh răng trụ răng thẳng phổ biến vì nó như mộtloại vật tư như thiết bị không thể thiếu và thuận lợi cho việc tính toán

Hình 1.Hệ thống dẫn động cơ khí

Các số liệu cho trước:

CHƯƠNG 1.CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐITỶ SỐ TRUYỀN

1.1 Xác định công suất động cơ

= Pt =

 Thay vào ta có:

4, 75

5,34 kW 0,89

PP

(1.7) Theo bảng 2.2, chọn Uđ= 2,5, Uh= 4

 Tỷ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp là:

 Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ là:

nsb= Ut.nlv = 10.85,98 = 859,8 (vg/ph) (1.9) Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ là 1000 vg/ph

 Theo bảng 1.3-Phụ lục chọn động cơ 4A132M6Y3

Bảng 1.1 Thông số động cơ

Kiểu độngcơ

Số vòng

quay,vg/ph Cosφη%

2p = 4 nđb =1000 vg/ph

 Kiểm tra điều kiện tải của động cơ:Ta có:

Vậy động cơ đã thỏa mãn điều kiện làm việc

1.3 Phân phối tỷ số truyền:

=

nđcnlv =

11, 264, 5

1.4 Tính toán các thông số trên các trục:

 Công suất trên các trục:Trục II: PII =

nđcUđ =

86 (vg/ph)

Trục làm việc: nlv = nII = 86 (vg/ph) (1.18) Momen xoắn trên các trục:

- Momen xoắn trên trục động cơ:

Tđc = 9, 55.106

Pđcnđc =

= 9, 55.106

Plvnlv =

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀIHỘP GIẢM TỐC

– Đai vải cao su được chế tạo thành cuộn, người thiết kế cắt đủ chiều dài cần thiết và nối thành vòng kín Đai được nối bằng cách may, hoặc dùng bu lông kẹp chặt.

– Đai sợi tổng hợp được chế tạo thành vòng kín, do đó chiều dài của đai cũng được tiêu chuẩn hoá.

2.2 Thiết kế bộ truyền đai dẹt

 Thông số đầu vào:

- P1 = Pđc = 6,65 (Kw)

- T1 = Tđc = 65606,92 (N.mm)- n1 = nđc = 968 (vg/ph)

- U = Uđ = 2,5

 Điều kiện làm việc:

- Đặc tính làm việc: va đập vừa- Số ca làm việc: 2 ca

- Góc nghiêng đường nối tâm với bộ truyền ngoài: 30°

 Để thuận tiện cho việc thiết kế, chế tạo, ta chọn đai vải cao su do loại đai này đượcchế tạo thành cuộn có thể tùy chỉnh chiều dài đai theo việc thiết kế đường kínhbánh đai và khoảng cách trục

< vmax (2.3) Đường kính bánh đai lớn

2,5.224

566(1 ) (1 0,01)

2,52(1 ) 224(1 0,01)

Sai lệch tỉ số truyền

( ) 2,52 2,5

.100% 0,8%2,5

 utuu

= 4449 (mm)

Cộng thêm từ 100 đến 400mm tuỳ theo cách nối đai.Số vòng chạy của đai

11,35 2,554,449

a   

(2.10)Với

(2.13)(thỏa mãn điều kiện đối với đai vải cao su)

1.1.3 Tiết diện đai

(2.14)Tra bảng 4.8[1], tỷ số chiều dày đai và đường kính bánh đai nhỏ nên dùng:

140

chiều dày đai tiêu chuẩn là 6,25 mm. Lực vòng xác định theo công thức:

1000 1000.6,65

(2.17) Tra bảng 4.9[1]

Chọn k1=2,3 ; k2=9 tương ứng với σ0=1,6 MPa

⇒ 0 2,3 9 5,6 2,075224

Với k v 0,04 đối với đai vải cao su

 Theo bài 𝛽 = 30o , truyền động thường nên ta chọn C0=1

⇒ F F0.C C C v 0 2,075.0,96.1.12

Vậy

585, 9.1,2

Chọn theo tiêu chuẩn b = 63mm

 Chiều rộng bánh dai dẹt khi mắc bình thường:1,1b (10 15mm) 1,1.63 11 80mm

Chọn chiều rộng bánh đai theo tiêu chuẩn là Β = 80 mm

2.2.3 Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

 Lực căng ban đầu

00 1,6.5,6.63 564, 48

 Lực tác dụng lên trục:

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật bộ truyền đai dẹt

Lực căng ban đầu F0 564,48 N

CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONGHỘP GIẢM TỐC

 Thông số đầu vào:

- Tỉ số truyền trên trục chủ động: u4,5

- Số vòng quay trên trục chủ động :n1 = nI 387, 2( /v ph)

- Công suất trên trục chủ động: PI 6, 25(kW)

- Momen xoắn trên trục chủ động: TI 154151,6(Nmm)

- Thời gian phục vụ: Lh 11000( )h

3.1 Chọn vật liệu

- Với đặc tính của động cơ cùng với yêu cầu bài ra và quan điểm thống nhất hoátrong thiết kế nên ta chọn vật liệu bánh răng như nhau Theo bảng 6.1[1]chọn:- Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285 có:

3.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép

 Ứng suất tiếp xúc cho phép:

 Hlim HL

(3.1) Ứng suất uốn cho phép:

 Flim FC FL

 

(3.2) Theo bảng 6.2[1] với thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180 …350,

NN

 NHE, NFE : Số chu kỳ thay đổi ứng suất

– Do bộ truyền làm việc với tải trọng thay đổi nhiều bậc nên:

HEHOHLFEFOFL

1, 4.10 4,5 6,3.10 1,1.10 4,5 4,95.10

(3.13) Ứng suất tiếp xúc cho phép đối với bánh răng trụ răng thẳng:

HbaT K

- Ka hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm bánh răng và loại răng- Theo bảng 6.5[1] chọn K a 49,5

- Ứng suất cho phép H 495,85 MPa

Góc nghiêng β = 0

 Từ 6.18[1] xác định số răng của bánh răng nhỏ:

m Z

(3.25)Lấy aw1 193 mm, do đó cần dịch chỉnh khoảng cách trục từ 192,5mm lên 193mm

(3.27) Theo bảng 6.10a[1] và dùng phương pháp nội suy ta được Kx = 0,0117 do đó

theo công thức 6.24[1] hệ số giảm đỉnh răng :

Z ma

T KuZ Z Z

b u d

(3.33) Theo bảng (6.5) Zm274 MPa1/3

(3.35) Ta có:

70 126

ww

v b dK

T KK 

(3.39)Trong đó: bw ba.aw1 0, 4.193 77 (3.40)

(3.42) Theo bảng 6.7[1] KF 1,1

 Theo bảng 6.14[1] với v  2,5 m/s và cấp chính xác 9 ; KHα = 1,13  Theo 6.47[1]

4, 5

v b dK

T K  K 

(3.44)Tra bảng 6.7[1] và 6.14[1] chọn KF 1 và KF 1,1

(3.46) Với  0 ;  Y1

 Thay các giá trị vừa tính vào công thức trên ta được:

3.3.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

 Kiểm nghiệm quá tải về ứng suất tiếp xúc:

- Đường kính vòng chia:

m Zd

mm ;

m Zd

Bảng 3.1 Các thông số và kích thước bộ truyền bánh răng

Đường kính chia d1 ; d2 70 mm ; 315 mmĐường kính đỉnh răng da 1 ; da 2 75,06 mm ; 320,94 mm

Đường kính đáy răng df 1 ; df 2 63,82 mm ; 309,7 mm

CHƯƠNG 4.THIẾT KẾ TRỤC

 Thông số đầu vào:

Momen xoắn trục I: T1 154151,6Nmm

Momen xoắn trục II: T2 666279,07Nmm

Đường kính lăn bánh đai nhỏ: dw1 66mm

(4.3)Trong đó:

T1 : momen xoắn trên trục bánh I

dw 1 : đường kính vòng lăn bánh I Lực hướng tâm:

(4.4)Trong đó:

(4.5)- Lực tác dụng từ khớp nối:

3 0,2. 

(4.7)Trong đó:

T : momen xoắn

  : ứng suất cho phép với vật liệu trục là thép 45

Lấy  1 15MPavới trục vào của hộp giảm tốc;  2 25MPavới đầu ra của hộp giảm tốc

Do đó đường kính sơ bộ các trục là: Trục I

 

 Xác định chiều rộng ổ lăn trên trục

Theo bảng 10.2 xác định chiều rộng gần đúng chiều rộng ổ lăn Với d1 45mmchọn chiều rộng ổ lăn b01 25mm

d2 55mm chọn chiều rộng ổ lăn b02 29mm

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

 Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực, theo bảng 10.3 ta có:

- Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảngcách giữa các chi tiết quay:

k1 = (8…15) mm; lấy k1 = 10 (mm) Khoảng cách từ mặt cạnh của ổ đến thành trong của hộp:

k2 = (5…15) mm; lấy k2 = 10 (mm) Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến nắp ổ:

k3 = (10…20) mm; lấy k3 = 15 (mm) Chiều cao nắp ổ và đầu bu lông:

hn = (15…20) mm; lấy hn =17 (mm)

 Sau khi xác định được các giá trị trên, ta đi tính các giá trị lmki;lk1; ;l lkicki;bki

Trong đó:

- k : Số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc k 1;2

- i: Số thứ tự của tiết diện trục trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền tải trọng.i 0;1, với các tiết diện trục lắp ổ;i2 s, với s là số các chi tiết quay( bánh đai, bánh răng, khớp nối )

- l : Khoảng cách giữa các gối đỡ 0 và 1 trên trục thứ kk1

- l : Khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ kki

- lmki: Chiều dài mayơ của chi tiết quay thứ i (lắp trên tiết diện i) trên trục k- l : Khoảng côngxôn( khoảng chìa )trên trục thứ k, tính từ chi tiết thứ i ở cki

ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ được xác định bằng công thức:

h : Chiều cao nắp ổ ở đầu bulông n

- b : Chiều rộng vành răng thứ i trên trục thứ k.ki

4.3 Tính toán thiết kế trục I

4.3.1 Tính toán vẽ biểu đồ momen trục I

Hình 4.1 Sơ đồ kích thước các đoạn trục I

 Chiều dài mayơ bánh đai bị dẫn:



3682,221649, 48

 (cùng chiều đã chọn)

4.3.2 Vẽ biểu đồ Mx, My, T trên trục I

 Ta tính các giá trị momen tại các điểm A B C D0

xAM 

 Vẽ biểu đồ momen uốn Mx, My và momen xoắn T

Hình 4.3 Biểu đồ momen trục I

4.3.3 Tính momen tương đương và đường kính trục I

Theo công thức (10.16) ta có momen tương đương

 

(4.18) Tra bảng 10.5[1] kết hợp dùng phương pháp nội suy ta tính được:

  3

29,27( )0,1 0,1.53,25

  3

29,73( )0,1 0,1.53,25

tdBB