Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung MỤC LỤC Trang Lời Nói Đầu Phần I.Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền 8 I.Chọn động cơ điên 10 II.Phân phối tỉ số truyền 11 Phần II.Tính toán thiết kế các bộ truyền .12 I.Thiết kế bộ truyền đai .12 II Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh 16 III.Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm .22 Phần III. Tính trục 28 I.Tính sơ bộ trục 28 II.Tính gần đúng trục .28 II.Tính chính xác trục 35 III.Chọn then .40 IV.Chọn ổ 41 Tài liệu tham khảo 42 SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 1 Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung LỜI NÓI ĐẦU Nhiều thế kỷ qua sự phát triển kinh tế trên thế giới đòi hỏi con người tìm tòi những công nghệ để ứng dụng vào sản xuất. Trong đó ngành cơ khí là ngành quan trọng góp phần cho sự phát triển kinh tế của nhiều quốc gia trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Ngành cơ khí chế tạo đã giúp chúng ta sản xuất ra nhiều chi tiết, nhiều bộ phận máy móc có hình dạng kích thước cụ thể. Để thỏa mãn trong chừng mực nhất định đáp ứng các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật và các yêu cầu khác. Vì vậy chi tiết máy là ngành học quan trọng của ngành chế tạo máy, nên khi nghiên cứu đồ án môn học này là vấn đề rất quan trọng và cần thiết để sau khi sinh viên sau khi ra trường tiếp cận với thực tế chuyên ngành, có thể am hiểu hơn về chi tiết máy nhằm giúp cho sinh viên vận dụng những kiến thức đã học, tổng hợp các kiến thức đã học để giải quyết những vấn đề thiết kế máy móc trong sản xuất. Cụ thể là tính toán hình dạng, kích thước và khả năng làm việc trong một điều kiện nhất định, về yêu cầu kỹ thuật, kinh tế và các yêu cầu khác. Thiết kế chi tiết máy gồm có: Thiết kế bộ truyền bánh răng, thiết kế bộ truyền xích, thiết kế bộ truyền đai, thiết kế trục then và các bộ phận liên quan của môn học. Vì đây là lần đầu tiên học xong phần lý thuyết được giao một công việc thiết kế một chi tiết máy. Khi bắt tay vào công việc mới này nhiều sinh viên cũng như em đã cố gắng tính toán các vấn đề một cách cẩn thận. Tuy nhiên với kiến thức có hạn và lần đầu tiên thiết kế nên chắc chắn không thể tránh được những sai sót. Rất mong quý thầy cô quan tâm chỉ bảo và giúp đỡ để em hoàn thành đồ án được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện Lê Bá Bảo Khoa SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 2 Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung PHẦN I CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN I.Chọn động cơ điện - Để chọn động cơ điện. cần tính công suất cần thiết. ta gọi : + N – công suất trên băng tải. + η - hiệu suất chung. + N ct – công suất cần thiết. Ta có : η N N ct = kW Trong đó : + N – Công suất động cơ . N = 1000 vP × kW Với : P = 2250 N v = 0.85 m/s kWN 9125,1 1000 85,02250 = × =⇒ + η - Là tích số hiệu suất của bộ truyền và của các cặp ổ trong thiết bị Với : ntbrod ηηηηη ×××= 34 Tra bảng [ ] 1 27 12 − ta có các thông số như sau : 95,0 = d η - Hiệu suất bộ truyền đai 995,0 = o η - Hiệu suất của một cặp ổ lăn 97,0 = br η - Hiệu suất bộ truyền bánh răng 1 = nt η - Hiệu suất khớp nối 85,0197,0995,095,0 34 =×××=⇒ η Vậy ta có công suất cần thiết kWN ct 25,2 85,0 9125,1 == Tra bảng [ ] 1 322 2P .ta chọn động cơ A02-51-4.Có các thông số như sau: Động cơ Công suất (kW) Ở tải trọng định mức dm m M M dm M M max dm M M min Khối lượng động cơ (kg) Vận tốc(Vg/Ph) Hiệu suất (%) A0232-4 3,0 1430 83,5 1,8 2,2 1,2 32 - Kiểm tra điều kiện mở máy: 4,18,1 =≥= M M M M mm dm m : thõa mãn II.Phân phốí tỷ số truyền: Tỷ số truyền động chung : lv dc n n i = SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 3 Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung * Trong đó: + n t - số vòng quay của Tang. Ta có : 14,54 30014,3 85,0100060100060 = × ×× = × ×× = D v n lv π Vg/Ph + n dc - Số vòng quay của động cơ. Ta có : n dc = 1430 Vg/Ph. 41,26 14,54 1430 ===⇒ lv dc n n i Ta có : hopngoai iii . = Trong đó : dngoai ii = - Tỷ số truyền của bộ truyền đai; hop i - Tỷ số bộ truyền bên trong hộp giảm tốc; Chọn trước 3 = d i (Tra bảng [ ] 1 32 22 − ) Ta có: 41,26 =× hopngoai ii 8,8 3 41,26 ==⇔ hop i Phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc: chamnhanhhop iii ×= Để tạo điều kiện bôi trơn bánh răng trong hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu ta chọn chamnhanh ii ×= 3,1 4,36,28,8.3,1 2 =⇒=⇒=⇔ nhanhchamcham iii Số vòng quay của từng trục Trục I: )/(477 3 1430 phvg i n n n n i d dc I I dc d ===⇒= Trục II: )/(140 4,3 477 phvg i n n n n i nhanh I II II I nhanh ===⇒= Trục III: )/(54 6,2 140 phvg i n n cham II III === Công suất đầu vào trên từng trục: N I = kwN dcdai 85,23995,095,0 0 =××=×× ηη N II = kwN Ibr 75,285,2995,097,0 0 =××=×× ηη N III = kwN IIbr 65,275,2995,097,0 0 =××=×× ηη Momen xoắn M x cho từng trục: + Momen xoắn cho động cơ. Nmm n N M đc đc dc 20035 1430 3 1055,91055,9 66 =×=×= + Momen xoắn trục I: Nmm n N M I I I 57060 477 85,2 1055,91055,9 66 =×=×= + Momen xoắn trục II: Nmm n N M II II II 187589 140 75,2 1055,91055,9 66 =×=×= + Momen xoắn trục III: Nmm n N M III III III 486657 54 65,2 1055,91055,9 66 =×=×= SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 4 Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung BẢNG HỆ THỐNG CÁC SỐ LIỆU TÍNH ĐƯỢC Trục Thông số Trục động cơ I II III i i d = 3 i bn = 3,4 i bc = 2,6 n (Vg/Ph) 1430 477 140 54 N (kW) 3 2,85 2,75 2,65 M (Nmm) 20035 57060 187589 468657 PHẦN II TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN I.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 1.Chọn loại đai Giả thiết vận tốc của đai v > 5 m/s, ta chọn loại đai thang vì truyền được momen xoắn lớn, công suất truyền ổn định, giá thành rẻ hơn các loại đai khác như đai da, đai vải … Tra bảng ]1[ 93 135 − , ta chọn loại đai A hoặc Б. Ta tính theo cả 2 phương án và chọn phương án nào có lợi hơn. Kích thước tiết diện đai a × h, mm và diện tích tiết diện F , mm 2 (Tra bảng ]1[ 92 115 − ) Các thông số tính toán Các số liệu tính được Loại đai A Б SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 5 Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung a × h ,(mm) 13 × 8 17 × 10,5 F , (mm 2 ) 81 138 2.Định đường kính bánh đai nhỏ D 1 D 1 ,(mm) (Tra bảng ]1[ 93 145 − và ]1[ 93 155 − ) 110 140 Kiểm nghiệm vận tốc của đai : v, (m/s) 8,25 12 Vậy thoả mãn điều kiện v < v max = (30 ÷ 35 )m/s 3.Tính đường kính D 2 của bánh lớn D 2 ,(mm) 323,4 411,6 Tra bảng ]1[ 93 155 − lấy đường kính bánh lớn theo tiêu chuẩn D 2 , (mm) (Theo tiêu chuẩn) 320 400 - Kiểm nghiệm số vòng quay thực n 2 ’ của trục bị dẫn n 2 ’ , (Vg/Ph) 481,73 490,49 Ta thấy n 2 ’ sai lệch rất ít so với yêu cầu (< 5%). - Tính lại tỉ số truyền: ' 2 n n i dc ng = ng i 2,97 2,92 4.Chọn sơ bộ khoảng cách trục A - Theo bảng ]1[ 94 165 − với i ≈ 3 thì A ≈ D 2 A, (mm) (Chọn sơ bộ) 320 400 5.Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A sơ bộ Áp dụng công thức ]1[ 83 15 − ta có L, (mm) (Tính theo A sơ bộ) 1349,6 1690,05 Tra bảng ]1[ 92 125 − lấy L theo tiêu chuẩn L, (mm) (Lấy theo tiêu chuẩn) 1400 1700 Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong 1 giây : u, (m/s) 6,1 7,1 Ta thấy u < u max ⇒ Thoả điều kiện. 6.Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn A, (mm) (Tính chính xác) 363,8 405,2 Tính khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai: A min , (mm) 342,8 379,7 Khoảng cách lớn nhất cần thiết để tạo lực căng: A max = A + 0,03 × L (mm) A max , (mm) 405,8 456,2 7.Tính góc ôm α 1 α 1 , (độ) 147 0 143 0 Vậy ta thấy góc ôm α thoả mãn điều kiện 0 1 120 ≥ α 8.Xác định số đai Z cần thiết. SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 6 Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung Z , theo công thức 3,36 1,5 Z , Số đai đã lấy 3 2 9.Định các kích thước chủ yếu của bánh đai - Chiều rộng của bánh đai B: B, (mm) 52 45 - Đường kính ngoài của bánh đai : h 0 ,Tra bảng ]1[ 257 310 − 3,5 5 D n1 , (mm) 117 150 D n2 , (mm) 327 410 - Đường kính trong của bánh đai : e , Tra bảng ]1[ 257 310 − 12,5 16 D t1 , (mm) 92 118 D t2 , (mm) 302 378 10.Tính lực căng ban đầu S 0 . S 0 , (N) 97,2 165,6 - Tính lực tác dụng lên trục R: R , (N) 838,8 942,3 Kết luận: Ta chọn phương án dùng bộ truyền đai loại A vì có khuôn khổ nhỏ gọn hơn, có lực tác dụng lên trục và bề rông bánh đai, khoảng cách trục nhỏ hơn đai loại Б II.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG CẤP NHANH 1.Chọn vật liệu chế tạo bánh răng nhanh và cách nhiệt luyện: Do hộp giảm tốc chịu tải trọng trung bình nên chọn vật liệu làm bánh răng có độ rắn bề mặt răng HB < 350. Đồng thời để tăng khả năng chạy mòn của răng ta chọn độ rắn bánh răng nhỏ lớn hơn độ rắn của bánh răng lớn khoảng 25 ÷ 50 HB HB 1 = HB 2 + (25 ÷ 50)HB - Tra bảng ]1[ 39 63 − ta chọn như sau: + Bánh răng nhỏ : thép 45 thường hoá (nhiệt luyện bằng phương pháp rèn) + Bánh răng lớn : thép 35 thường hoá (nhiệt luyện bằng phương pháp rèn) - Cơ tính của các loại thép đã chọn : tra bảng ]1[ 40 83 − ta có + Bánh răng nhỏ :(Giả sử đường kính phôi 100 ÷ 300 mm) + Giới hạn bền kéo : 2 /580 mmN bk = σ ; + Giới hạn chảy : 2 /290 mmN ch = σ ; + Độ rắn : HB =170 ÷ 220. Ta chọn HB = 190 + Bánh răng lớn :(Giả sử rằng đường kính phôi 100 ÷ 300 mm) + Giới hạn bền kéo : 2 /480 mmN bk = σ SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 7 Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung + Giới hạn chảy : 2 /240 mmN ch = σ + Độ rắn : HB = 140 ÷ 190. Ta chọn HB = 140 2.Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép a) Ứng suất tiếp xúc cho phép - Áp dụng công thức ]1[ 38 13 − ta có : [ ] [ ] ' N Notxtx k ×= σσ Trong đó: + [ ] Notx σ - Ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài, phụ thuộc vào độ cứng Brinen của vật liệu .(N/mm 2 ) chu kì ứng suất tiếp xúc + Tra bảng ]1[ 43 93 − ta có : + Bánh răng nhỏ : [ ] 1Notx σ = 2,6 HB + Bánh răng nhỏ : [ ] 2Notx σ = 2,6 HB + Áp dụng công thức ]1[ 42 23 − ta có : 6 0 ' td N N N k = Trong đó : + N 0 - Số chu kì cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc Tra bảng ]1[ 43 93 − ta có N 0 = 10 7 + N td - Số chu kì tương đương. Vì bánh răng chịu tải trọng không thay đổi nên ta áp dụng công thức ]1[ 42 43 − ii i td Tn M M uN ××         ××= ∑ 2 max 60 Trong đó: n - số vòng quay trong một phút của bánh răng + Đối với bánh răng nhỏ : n 1 = 477 Vg/Ph + Đối với bánh răng lớn : n 2 = 140 Vg/Ph T - Tổng số giờ làm việc . ta có T = 5×310×21 = 32550 giờ u - số lần ăn khớp của một răng khi bánh quay một vòng. Ta có u = 1 M max - Momen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng( không tính đến quá tải trong thời gian rất ngắn) M 1 =M M 2 =0,7M 7 1 10137 ×=⇒ tđ N , 7 2 105,40 ×= tđ N Ta thấy N td1 > N 0 và N td2 > N 0 nên hệ số chu kỳ ứng suất k N ’ của cả 2 bánh răng đều bằng 1. - Úng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ: [ ] 1tx σ = 2,6×190 = 494 N/mm 2 - Úng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn: [ ] 2tx σ = 2,6×160 = 416 N/mm 2 b) Ứng suất uốn cho phép - Vì răng làm việc một mặt (bánh răng quay một chiều) nên áp dụng công thức ]1[ 42 53 − SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 8 Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung Ta có : [ ] σσ σσ σ Kn k Kn k nn u × ××÷ = × × = − '' 1 '' 0 )6,14,1( Trong đó: + σ 0 và σ -1 - Giới hạn mỏi uốn trong chu kì mạch động và trong chu kì đối xứng. Ta có : bk σσ ×÷≈ − )45,04,0( 1 (vì bánh răng bằng thép). Bánh nhỏ : σ -1 = 0,43×σ bk = 0,43×580 = 249,4 N/mm 2 Bánh lớn : σ -1 = 0,43×σ bk = 0,43×480 = 206,4 N/mm 2 + n - Hệ số an toàn.Vì bánh răng làm bằng thép rèn và thường hoá nên lấy n = 1,5. + k σ - Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng.Vì bánh răng làm bằng thép rèn và thường hoá nên lấy k σ = 1,8 + k n ’’ - Hệ số chu kì ứng suất mỏi uốn.Áp dụng công thức ]1[ 44 73 − ta có: m td N N N k 0 '' = . Lấy m ≈ 6 vì thép thường hoá. N 0 - số chu kì cơ sở của đường cong mỏi uốn.lấy N 0 ≈ 5×10 6 N td -số chu kì tương đương .theo trên ta có: Bánh lớn: N td2 = 137×10 7 Bánh nhỏ :N td1 = 40,5×10 7 Vì N td1 > N 0 và N td2 > N 0 nên k n ’’ = 1 -Vậy ta có: Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ: [ ] 6,138 8,15,1 14,2495,1 )6,14,1( '' 1 '' 0 1 = × ×× = × ××÷ = × × = − σσ σσ σ Kn k Kn k nn u N/mm 2 Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn: [ ] 7,114 8,15,1 14,2065,1 )6,14,1( '' 1 '' 0 2 = × ×× = × ××÷ = × × = − σσ σσ σ Kn k Kn k nn u N/mm 2 3.Sơ bộ chọn hệ số tải trọng K. K = (1,3 ÷ 1,5) - Chọn K = 1,4. 4.Chọn hệ số chiều rộng bánh răng. 4,0 == A b A ψ - Trong đó : A- khoảng cách trục. b - Chiều dài răng. 5.Xác định khoảng cách trục A. - Áp dụng công thức ]1[ 45 103 − ta có: [ ] 3 2 2 6 1005,1 )1( n NK i iA A tx ×× × ×         × × ×±≥ θψσ Trong đó: N: Công suất trên trục dẫn. Vì là hệ khai triển phân đôi nên 375,1 2 75,2 2 === II N N Chọn 15,1 = θ Cặp bánh răng ăn khớp ngoài nên: mmA 6,102 14015,14,0 375,14,1 4,3416 1005,1 )14,3( 3 2 6 = ×× × ×         × × ×+≥⇔ Chọn A = 160 mm 6.Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng. - Tính vận tốc vòng của bánh răng trụ răng thẳng: áp dụng công thức ]1[ 46 173 − ta có: SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 9 Đồ án Cơ sở thiết kế máy GVHD: Lê Cung ( ) 1100060 2 100060 111 +×× ××× = × ×× = i nAnd v ππ 81,1 )14,3(100060 47716014,32 = +×× ××× = m/s (vì bộ truyền ăn khớp ngoài) - Chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:theo bảng ]1[ 46 113 − ta có : Với v = 1,31 m/s <3 m/s => lấy cấp chính xác 9 7.Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A. - Hệ số tải trọng K : áp dụng công thức ]1[ 47 193 − ta có: K = K tt ×K d Trong đó: K tt - Hệ số tập trung tải trọng.vì bộ truyền có khả năng chạy mòn (HB <350 và v <15 m/s), tải trọng thay đổi ít nên lấy K tt = 1. K d - Hệ số tải trọng động.tra bảng ]1[ 48 133 − chọn K d = 1,45 Vậy ta có : K = 1×1,45 = 1,45. - Ta thấy hệ số tải trọng chính xác K ít khác với trị số chọn sơ bộ (K = 1,4) nên ta không cần tính lại khoảng cách trục A.Như vậy có thể lấy chính xác A = 160 mm 8.Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng. - Môđun được chọn theo khoảng cách trục A: Áp dụng công thức ]1[ 49 223 − ta có : m n = (0,01 ÷ 0,02)×A = (0,01 ÷ 0,02)×160 = 2,36,1 ÷ Theo tiêu chuẩn bảng ]1[ 34 13 − ta lấy m n = 3 - Trục I yêu cầu dùng bánh răng chữ V nên ta lấy sơ bộ o 35 = β - Xác định số răng: + Số răng bánh nhỏ : áp dụng công thức ]1[ 49 263 − ta có : )1( cos2 1 ±× ×× = im A Z β vì bộ truyền ăn khớp ngoài nên ta có : 85,19 )14,3(2 35cos1602 1 = +× ×× = o Z răng Vậy lấy Z 1 = 21 răng. + Số răng bánh lớn :áp dụng công thức ]1[ 50 273 − ta có: Z 2 = i×Z 1 = 3,4×20=68 răng Vậy lấy Z 2 = 68 răng. - Chiều rộng bánh răng : mmAb 641604,0 =×=×= ψ => Chọn b = 64 mm - Tính chính xác góc nghiêng: ( ) o 4.34825,0 1602 26820 cos =⇒= × ×+ = ββ 9.Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng. - Áp dụng công thức ]1[ 51 333 − ta có : [ ] u u bnZmy NK σ θ σ ≤ ××××× ××× = 2 6 101,19 + Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh nhỏ: Ta có : K = 1,45 ; Z 1 = 20 răng; N = 375,1 2 75,2 = 7,15 kW; n 1 = 477 Vg/Ph; m = 2; b = 64 mm; 2,1 = θ Tra bảng ]1[ 52 183 − chọn y 1 = 0,429, y 2 = 0,511 SVTH: Lê Bá Bảo Khoa Lớp: 08C1A Nhóm 3A Trang 10