đồ án thiết kế hệ truyeeng động cơ khí
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
LỜI
NÓI
Thiết
kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề
cốt lõi trong cơ khí. Mặt khác, một nền công nghiệp phát
triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại. Vì thế tầm
quan trọng của các hệ thống dẫn động cơ khí là rất lớn.
Hiểu biết lý thuyết và vận dụng nó trong thực tiễn là một
yêu cầu cần thiết đối với một người kỹ sư.
-Để nắm vững lý thuyết và chuẩn bị tốt trong viểc trở thành
một người kỹ sư trong tương lai. Đồ án môn học thiết kế hệ
thống truyền động cơ khí trong ngành cơ khí là một môn
học giúp cho sinh viên ngành cơ khí làm quen với những kỹ
năng thiết kế, tra cứu và sử dụng tài liệu được tốt hơn, vận
dụng kiến thức đã học vào việc thiết kế một hệ thống cụ
thể. Ngoài ra môn học này còn giúp sinh viên cũng cố kiến
thức của các môn học liên quan, vận dụng khả năng sáng
tạo và phát huy khả năng làm việc theo nhóm.
-Trong quá trình trình thực hiện đồ án môn học này, chúng
em luôn được sự hướng dẫn tận tình của thầy Hồ Ngọc Thế
Quang và các thầy bộ môn trong khoa cơ khí. Em xin chân
thành cảm ơn các thầy đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ
án môn học này.
Page 1
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Mục Lục
Trang
Lời nói đầu
Sơ đồ tải trọng
Phần 1 - Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền
5
Chọn động cơ
5
Phân phối tỷ số truyền
7
Xác định các thông số và lực tác dụng
8
Phần 2 - Tính toán thiết kế các bộ truyền
10
Thiết kế bộ truyền động đai10
Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh
13
Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm
22
Phần 3- Tính toán thiết kế trục
31
Xác định sơ bộ đường kính trục
31
Tính toán sơ bộ chiều dài trục
35
Tải trọng tác dụng lên trục
35
Chọn then
62
Page 2
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Phần 4 - Tính toán chọn ổ lăn
Tính toán chọn ổ lăn trục I
68
Tính toán chọn ổ lăn trục II
Tính toán chọn ổ lăn trục III
68
71
75
Phần 5 : Thiết kế võ hộp giảm tốc
77
Võ hộp
Các kích thước cơ bản của vỏ hộp
Phần 6 - Bôi trơn hộp giảm tốc
82
Phần 7 - Bảng dung sai lắp ghép
78
Tài liệu tham khảo
85
Page 3
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Figure 1
Page 4
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI
TỶ SỐ TRUYỀN
I.Chọn động cơ.
1.Công suất cần thiết của động cơ.
Công suất cần thiết trên trục động cơ được xác định bằng công
thức : Pct= Ptt / .
Trong đó, Ptt: công suất tính toán.
: hiệu suất truyền động của toàn hệ.
Do xích tải làm việc tải trọng thay đổi nên công suất tính toán
bằng công suất tương đương:
Ptt Ptd Plv
=12×
2
Ti ti
T t
ck
12 0, 7 0,82 0,3
= 11,33 kW
Theo sơ đồ động cơ : = d × ol × br× k × x
Tra bảng 2.3 (trang 19_tập 1 sách “tính toán thiết kế hệ dẫn
động cơ khí”) ta được :
Page 5
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
k = 1 :hiệu suất của khớp nối trục đàn hồi.
ol = 0.99 :hiệu suất của một cặp ổ lăn (vì ổ lăn đươc che kín).
br = 0.97 :hiệu suất cuả một cặp bánh răng trụ.
x = 0.90 :hiệu suất của bộ truyền xích (vì bộ truyền xích để hở).
d = 0.95 :hiệu suất của bộ truyền đai.
= 0,95×0,993×0,972×1×0,90 0,78
Vậy công suất cần thiết của động cơ :
Pct = Ptt/ = 11,33/0,78 = 14,52 ( kW )
2. Xác định số vòng quay của động cơ.
Số vòng quay sơ bộ của động cơ : nsb = nlv × uht
nlv : số vòng quay của trục công tác.
nlv = 58 (vòng/phút).
uht: tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống
uht = uh × ud
uh :tỷ số truyền của hộp giảm tốc
ud :tỷ số truyền của bộ truyền đai.
Dựa vào bảng 2.4 trang 21 sách “tính toán thiết kế hệ dẫn động
cơ khí” ta chọn uh = 15 và ud = 3
uht = 15×3 = 45
nsb = 58× 45= 2610 (vòng/phút)
Page 6
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Ưu tiên chọn động cơ có tốc độ quay là 3000 v/p
Quy cách động cơ phải thỏa mản đồng thời: Pđc Pct ; nđc nsb ;
Tmm/T Tk/Tđn
Ta có: Pct = 14,52 kW ; nsb= 2610 v/p ; Tmm/T=1
Theo bảng phục lục P1.1 trang 234 sách “tính toán thiết kế hệ
dẫn động cơ khí” ta chọn động cơ có số hiệu 4A160S2Y3.
Các thông số của động cơ là: * vận tốc quay là 2930 v/p
*
*
công suất động cơ 15kW
TK/Tdn = 1,4
Kết luận:Động cơ 4A160S2Y3 có kích thước phù hợp với yêu
cầu thiết kế.
II. Phân phối tỷ số truyền.
Ta đã biết rằng tỷ số truyền của toàn hệ thống:
uht = uh× un
Mặt khác tỷ số truyền thực của hệ thống được xác định như sau:
uht = nđc/nlv= 2930/58 = 50,51
Chọn uh= 15 uđai= 50,51/15 = 3,36
Mặt khác đây là hộp giảm tốc 2 cấp nên ta có : uh=unh×uch
Trong đó, unh : tỷ số truyền cấp nhanh.
uch : tỷ số truyền cấp chậm.
Page 7
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Theo bảng 3.1 trang 43 sách “tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ
khí” thì unh= 5 và uch= 3
Kết luận: Tỷ số truyền được phân phối giữa các cấp như sau:
uh= 15;unh= 5 ; uch= 3 ; uđai = 3,36
III. Xác định công suất,mômen và số vòng quay trên các trục.
Tính công suất,mômen,số vòng quay trên các trục của hệ dẫn
động.
Công suất lần lượt trên các trục:
PI = Pđc×đ×ol = 15×0,95×0,99 14,11 kW
PII = PI×br×ol =14,11×0,97×0,99 13,55 kW
PIII = PII×br×ol =13,55×0,97×0,99 13,01 kW
Số vòng quay các trục:
nI = nđc/uđai = 2930/3.36 = 872 (vg/ph)
nII = nI/unh = 872/5 = 174 (vg/ph)
nIII = nII/uch = 174/3 = 58 (vg/ph)
Mômen trên các trục:
Tđc= 9,55×106×Pđc/nđc
= 9,55 ×106×15/2930 = 48890,78 (N.mm )
TI = 9,55×106×PI/nI
= 9,55×106×14,11/872=154530,38 (N.mm)
TII = 9,55×106×PII/nII
= 9,55×106×13,55/174=743692,52 (N.mm)
TIII= 9,55×106×PIII/nIII
= 9,55×106×13,01/58 =2142163,79 (N.mm)
Page 8
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Bảng kết quả tính toán tỷ số truyền,công suất,vòng quay và
moomen xoắn trên các trục:
Trục
Trục động
Tên
cơ
đại
lượng
Tỷ số truyền
3.36
Công suất
P (kW)
15
Vòng quay
n (vg/ph)
2930
Mômen
xoắn T
(N.mm)
48890.78
Trục I
Trục II
Trục III
5
14.11
872
3
13.55
174
154530,38
743692,52
13.01
58
2142163,79
Page 9
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
I.Tính toán bộ truyền đai thang bên ngoài hộp giảm tốc.
1.Chọn loại đai,xác định các thông số của đai.
Do yêu cầu của đề nên ta chọn đai thang thường. Ta chọn đai
làm bằng vải cao su vì chất liệu vải cao su có thể làm việc được
trong điều kiện môi trường ẩm ước (vải cao su ít chịu ảnh hưởng
của nhiệt độ và độ ẩm), lại có sức bền và tính đàn hồi cao. Đai
vải cao su thích hợp ở các truyền động với vận tốc cao, công
suất truyền động nhỏ.
Sốố liệu: + Công suất: Pđc = 15 Kw
+ Số vòng quay : nđc = 2930 v/p
+ Tỷ số truyền : 3,36
+ Điều kiện làm việc: quay một chiều ,làm việc hai ca,
tải va đập nhẹ.
Theo hình 4.1(p.59) ta chọn đai thang thường loại Б
Page 10
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Theo bảng 4.13 trang 59 sách TTTK, ta có:
bt= 4mm; b=17mm; h=10.5mm;
yo
=4mm; A=138
mm 2
d1=140280mm; l=800 6300mm.
Chọn đường kính đai nhỏ d1 = 160 mm.
Vận tốc đai: v =
d1n1 160 2930
24.5
60000
60000
m/s < 25m/s
Đường kính đai lớn:
d2
Chọn
ud
d1 ud 160 3,36
543,03
1
1 0,01
mm
d2= 560 mm (theo tiêu chuẩn bảng 4.21 p 63),tính lại:
d 2 560
3,5
d1 160
Khoảng cách trục a,theo bảng 4.14 ta chọn a = 550mm.
CT 4.4 Chiều dài đai: l = 2a + (d1+d2)/2 + (d1-d2)2/(4a)
Page 11
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
l =2×550+ (160+560)/2+(160-560)2/(4×550) = 2303,7mm.
theo tiêu chuẩn ta chọn, l = 2500 mm.
Kiểm nghiệm số vòng chạy của đai trong 1s:
i = v/l = 24500/2500 = 9,8 < imax = 10
Xác định chính xác khoảng cách trục a: CT 4.6
a
2l ( d 2 d1 )
2l (d 2 d1 )
2
8( d 2 d1 ) 2
8
2 2500 (560 160) [2 2500 (560 160)]2 8(560 160) 2
a
654mm
8
Kiểm tra: khoảng cách trục a tìm được thỏa mãn điều kiện
0,55.(d1 d 2 ) h a 2(d1 d 2 )
406,5 a 1440
a 654
mm thỏa mãn điều kiện
Góc ôm α1 trên bánh đai nhỏ được xác định theo công
thức:4.7
Page 12
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
α1 = 180o – (d2-d1 )×57o/a
=180o – (560-160)×57o/654 = 145o
Góc ôm thỏa mãn điều kiện
1 1200
.
2.Xác định số đai z cần thiết.
Z = P1Kđ/([P0]CαClCuCz)
Tra bảng 4.7; 4.15; 4.17; 4.18; 4.19 sách TTTK ta được:
-
Theo bảng 4.7, Kđ = 1
Với α = 1450, C = 0,89 bảng 4.15
Với l/l0 = 2500/2240 = 1,12 C = 1,02 bảng 4.16
C
= 1,14 bảng 4.17
Theo bảng 4.19, [P0] = 5,8 kW
P1/P0 =15/5,8 = 2,58 do đó C = 0,95 bảng 4.18
α
l
u
z
Z =15×1/(5,8×0,89×1,02×1,14×0,95)
Z = 2,6
Chọn số đai Z = 3.
Chiều rộng bánh đai: CT 4.17 B= (z-1)t + 2e ,tra bảng 4.21 ta
có, t=19; e = 12,5
B = (3-1)×19+ 2×12,5 =63 mm.
Đường kính ngoài của bánh đai : dn= d + 2h0
Page 13
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
- Bánh dẫn : dn1 = 160 + 2×4.2=168.4 mm
- Bánh bị dẫn: dn2 =560+2×4.2=568.4 mm
3. Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.
Lực căng ban đầu (4.19) : F0=780P1Kđ/(vCαz)+Fv
Trong đó:
Fv =qm.v2 (định kì điều chỉnh lực căng), với q m = 0.178
kg/m (bảng 4.22),
F0=780×15×1/(24.5×0.89×3)+0.178×24.52
F0 = 285 N
Lực tác dụng lên trục (4.21) :
F0 = 2F0zsin(α/2)
Fr = 2×285×3×sin(145o/2)=1631 N
Bảng 2: các thông số của bộ truyền đai
Giá trị
Bánh đai nhỏ
Bánh đai lớn
Thống số
Đường kính bánh đai
d1 160 mm
d 2 560 mm
Đường kính ngoài bánh
d a1 168, 4 mm
d a 2 568, 2 mm
đai
Chiều rộng bánh đai (B)
Số đai (Z)
Chiều dài đai (L)
63 mm
3
2500
mm
Page 14
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Khoảng cách trục (a)
Góc ôm
654
1
Lực tác dụng lên trục
mm
1450
Fr
1631 N
PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
Thiết kế bộ truyền bánh răng bên trong hộp giảm tốc.
I/ Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh (cặp bánh răng
trụ răng nghiêng).
1.Chọn vật liệu.
Với tải trọng trung bình bộ truyền làm việc êm, va đập nhẹ, bánh
nhỏ làm việc nhiều hơn bánh lớn và do không có yêu cầu gì đặc
biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ta chọn vật
liệu 2 cấp bánh răng như sau:
Dựa vào bảng 6.1 p(91) TTTKHTDĐ ta chọn
Bánh nhỏ: Chọn vật liệu thép C45 được tôi cải thiện sau khi
gia công,có các thông số kỹ thuật (độ cứng,giới hạn bền,giới hạn
bền chảy) lần lượt là:
HB=241÷285 ; b1=850Mpa ; ch1=580MPa
Vậy ta chọn độ cứng của bánh răng 1 là HB1=250MPa
Page 15
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Bánh lớn: Chọn vật liệu thép C45 tiến hành tôi cải thiện sau
khi gia công có các thông số kỹ thuật (độ cứng,giới hạn bền,giới
hạn bền chảy) lần lượt là:
HB=192÷240; b2=750MPa; ch2=450MPa.
Vậy ta chọn độ cứng của bánh răng 2 là HB2=220MPa
2. Các thông số đầu vào.
Công suất: P = 14,11 (kW)
Tỉ số truyền : i = 5
Số vòng quay : n2 = 872(vòng/phút)
Moment xoắn: T2= 154530,38 N.mm
Tuổi thọ : t = 5×300×2×8=24000 ( giờ)
3.Xác định ứng suất cho phép.
a/Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép [ H].
Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định theo công thức (6.1) :
[ H]=( 0Hlim/SH)ZRZVKxHKHL (*)
Trong đó:- ZH là hệ số an toàn.
- ZR hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt.
- Zv hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng.
- KHL hệ số xét đến ảnh hưởng của bôi trơn.
- KxH hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh
răng.
Chọn sơ bộ ZRZVKXh = 1,do đó (*) trở thành:
[ H]= 0HlimKHL/SH
Page 16
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Theo bảng 6.2 p94 sách TTTK ta có:
* 0limH = 2HB+70
0limH1= 2HB1+ 70 = 2×250 +70 = 570 (MPa)
0limH2= 2HB2+ 70 = 2×220 +70 = 510 (MPa)
* SH = 1.1
mH
N HO / N HE
* (6.3) KHL =
Trong đó: mH = 6 (vì HB<350)_bậc của đường cong mỏi.
NHO = 30HHB2.4 NHO1=30×2502.4=1,71×107
NHO2=30×2202.4=1,26×107
NHE = 60×c×∑(Ti/Tmax)3×ni×ti
Với : t=5×300×2×8=24000(giờ)_tổng số giờ làm việc.
ni_số vòng quay
T_moomen xoắn.
NHE1 = 60×1×872×24000×(13×0,7+0,83×0,3)
= 107,18×107
NHE2 = 60×1×174×24000×(13×0,7+0,83×0,3)
= 21,38×107
Vì NHE1 > NHO1 ; NHE2 > NHO2 nên KHL1= KHL2 =1
[H]1= 0Hlim1KHL/SH=570×1/1,1=518,2 MPa
[H]2= 0Hlim2KHL/SH=510×1/1,1=463,6 MPa
Với cấp nhanh sử dụng rang nghiêng, do đó theo (6.12):
Page 17
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
[H]=([H]1+[H]2)/2
=(518,2+463,6)/2=490,9 Mpa < 1,25[H]2
Vậy [ H]= 490,9 MPa.
b/Xác định ứng suất uốn cho phép [ F].
Ứng suất uốn cho phép được xác định theo công thức (6.2) :
[ F]=( 0Flim/SF) YR Ys KxF KFC KFL (**)
Trong đó, YR_hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám.
Ys_hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu.
KxF_hế số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh
răng.
KFC_hế số xét đến ảnh hưởng đặt tải.
KFL_hế số tuổi thọ.
Chọn sơ bộ lấy YRYsKxF =1,do đó (**) trở thành:
[ F]= 0FlimKFCKFL/SF
Trong đó:
0Flim=1.8HB (tra bảng 6.2 p94).
0Flim1=1.8HB1=1,8×250=450 MPa
0Flim2=1.8HB2=1,8×220=396 MPa
SF = 1,75
(tra bảng 6.2 p94).
KFC = 1
(động cơ quay 1 chiều).
mF
KFL=
N FO / N FE
Với: mF = 6 (vì HB < 350 )
NFO= 4×106
Page 18
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
NFE = 60×c×∑(Ti/Tmax)mF×ni×ti
NFE1= 60×1×872×24000×(16×0,7+0,86×0,3)
= 97,77×107
NFE2= 60×1×172×24000×(16×0,7+0,86×0,3)
= 19,28×107
Vì NFE1 > NFO1 ; NFE2 > NFO2 nên KFL1 = KFL2 = 1.
[ F]1= 0Flim1KFCKFL/SF=450×1×1/1,75=257,14 MPa
[ F]2= 0Flim2KFCKFL/SF=396×1×1/1,75=226,29 MPa.
Ứng suất cho phép khi quá tải:
[ H]max = 2,8× ch2 = 2,8× 450 = 1260 MPa.
[ F]1max= 0,8× ch1 = 0,8×580 = 464 MPa.
[ F]2max = 0,8× ch2 = 0,8×450 = 360 MPa.
3. Tính sơ bộ khoảng cách trục.
CT 6.15
a w 1 K a u ± 1
√
3
T 1 K Hβ
2
u
Ψ ba σ H
Với bánh răng nghiêng Ka=43(MPa)1/3 bảng 6.5
chọn ba =0,4.Do đó:
Ct 6.16 : bd=0,53ba(u + 1)=0,53×0,4×(5 +1)=1,27
KHβ=1,12
3
aw1= 43×(5+1)×
154530,38 1,12
0, 4 490, 9 2 5
=183,38 mm.
Page 19
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY
GVHD: HỒ NGỌC THẾ QUANG
Theo tiêu chuẩn SEV229-75, ta lấy aw1 = 200 mm.
4. Các thông số ăn khớp của bánh răng.
Môđun: m = (0,01÷ 0,02)aw1= 2÷4 mm
Theo bảng 6.8 ta chọn m=3 mm.
Sơ bộ chọn góc nghiêng
150 cos 0,966
Số răng bánh nhỏ: (6.19)
z1
2aw cos 2 200 0,966
21, 46
3 5 1
m u 1
Lấy z1= 22 răng z2= uz1= 5× 22 =110 răng.
Tính lại tỷ số truyền: ut1 = z2/z1 = 110/22 = 5.
Tính chính xác góc nghiêng β:
cosβ = m(z1+z2)/(2aw)=3(110+22)/(2.200)= 0.99
Góc nghiêng β = 8o11’
Hệ số trùng khớp dọc: β =bwsinβ/(m)=baaw1sinβ/(m)
= 0.4×200×sin(8o11’)/(3)= 1.2
Page 20
SVTH: LÊ VIẾT BẢO
MSSV:1151130071
- Xem thêm -