Tài liệu Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY Học kỳ II năm học 2015-2016. ĐỀ TÀI Đề số 2:THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số: 2 GV hướng dẫn : DƯƠNG ĐĂNG DANH Ký tên: Ngày hoàn thành : Ngày bảo vệ: TP Hồ Chí Minh / / Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CHI TIẾT MÁY. ĐỀ TÀI Đề số 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI. Phương án số: 2. Hệ thống dẫn động xích tải bao gồm: 1- Động cơ diện 3 pha không dồng bộ. 2- Bộ truyền đai thang. 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển. 4- Nối trục đàn hồi. 1 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh 5- Xích tải (Quay một chiều,tải va đập nhẹ, 1ca làm việc 8 giờ). Số liệu đề 2: Phương án 2. Phương án Lực vòng trên xích tải F,N Vận tốc xích tải v,m/s Số răng đĩa xích dẫn z,răng Bước xích p,mm Thời gian phục vụ L,năm Số ngày làm /năm Kng, ngày Số ca làm trong ngày,ca t1,giây t2,giây t3,giây T1 T2 T3 NỘI DUNG THUYẾT MINH: 2 3500 1,2 9 110 5 180 2 45 24 31 T 0,8T 0,4T 1. Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động. 2. Tính toán thiết kế chi tiết máy: a. Tính toán bộ truyền hở (bộ truyền đai). b. Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc. c. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực. d. Tính toán thiết kế trục và then. e. Chọn ổ lăn và nối trục. f. Chọn thân máy ,bulong và các chi tiết phụ khác. 3. Chọn dung sai lắp ghép. 4. Tài liệu tham khảo. 2 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh MỤC LỤC Phần I:xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền…………..5 1.1. Chọn động cơ……………………………………………………….5 1.2. Phân phối tỉ số truyền…………………………………………….....7 1.3. Bảng đặc trị…………………………………………………………7 Phần 2:Tính toán thiết kế chi tiết máy....................................................9 2.1. Thiết kế bộ truyền đai thang………………………………………...9 2.2. Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc………………………13 A. Bộ truyền cấp chậm…………………………………………….13 B. Bộ truyền cấp nhanh……………………………………………20 C. Kiểm tra điều kiện bôi trơn ngâm dầu………………………….27 2.3. Thiết kế trục và then……………………………………………….28 2.3.1. Chọn vật liệu và xác định đường kính sơ bộ……………………....28 2.3.2. Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực…………………….29 2.3.3. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực…...30 2.3.4. Xác định lực tác dụng lên trục,đường kính các đoạn trục…….…...33 a. Trục 1…………………………………………………………...33 b. Trục 2…………………………………………………………...35 c. Trục 3…………………………………………………………...37 2.3.5. Chọn và kiểm nghiệm then……………………………………….39 2.3.6. Tính kiểm nghiệm độ bền trục…………………………………….39 2.3.7. Tính toán nối trục………………………………………………….41 2.4. Tính toán chọn ổ lăn……………………………………………….42 3 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh 2.4.1. Trục 1……………………………………………………………...42 2.4.2. Trục 2……………………………………………………………...44 2.4.3. Trục 3……………………………………………………………...46 2.5. Chọn thân máy, bulong, các chi tiết phụ, dung sai và lắp ghép…..48 2.5.1. Chọn thân máy…………………………………………………….48 2.5.2. Kích thước gối trục……………………………………………….50 2.6. Một số chi tiết khác………………………………………………..50 Phần 3: Dung sai và lắp ghép........................................................52 Phần 4: Tài liệu tham khảo………………………………………...53 4 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh PHẦN I : XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG. 1.1. Chọn động cơ: Chọn hiệu suất hệ thống:  Hiệu suất truyền động: Ƞ ch = Ƞ đ . Ƞ . Ƞ br1 br2 . Ƞ nt . Ƞ ol 4  Chọn: Hiệu suất bộ truyền đai: Ƞ đ = 0,95. Hiệu suất bánh răng cấp nhanh và cấp chậm lần lượt: Ƞ Hiệu suất nối trục: Ƞ nt ch = Ƞ br2 = 0,96 = 1. Hiệu suất của mỗi cặp ổ lăn: Ƞ Nên: Ƞ br1 ol = 0,99. = 0,95.0,96.0,96.1.0,994 = 0,841. Tính công suất cần thiết: Vì động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng thay đổi nên ta chọn động cơ dựa trên công suất đẳng trị. Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết: P đc  Pct Với: P ct  P . K tđ Ƞch 5 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh √  n ∑ K tđ  i 1  Ti T max 2 ti n ∑ ti i 1   45 0,8 2 .24  0,42 .31 45 24  31  12 0,808 Công suất trên xích tải: P F . v 3500.1,2   4,2 kw 1000 1000 Nên: P ct  4,2.0,808 4,04  kw 0,841  Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ: Tỉ số truyền chung của hệ: u ch u hgt . u đ Theo bảng 2.2 sách [2]“Thiết kế chi tiết máy công dụng chung” của thầy Trần Thiên Phúc. Đối với bộ truyền đai,tỉ số truyền uđ =3 ÷ 5 Và đối với hộp giảm tốc khai triển uhgt=12. Ta chọn: uđ=3,5 và uhgt=12. Nên u ch 3,5.1242 . Số vòng quay làm việc trên xích tải: 6 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh n lv  6000. v 6000.1,2  72,73 v  p zp 9.110 Kết hợp: P ct  4,04 kw  Ta chọn động cơ có thông số như sau: Kiểu động cơ 4A100L2Y3 Tỉ số truyền thực lúc này: Công suất (kw) 5,5 u ch  1.2. Vận tốc quay(v/p) 2880 2880 39,6 72,73 Phân phối tỉ số truyền: Dựa vào bảng (3.1)trang 43 sách [3] “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí”-Trịnh Chất và Lê Văn Uyển,tập 1. Đối với hộp giảm tốc khai triển : chọn uhgt=12 thì: unh = ubr1 =4,32 và uch = u2 =2,78. Nên: uhgt = u1.u2=4,32.2,78=12,0096. Suy ra: ∆ 12,0096−12 .100  0,08 . 12 Và: uđ  ∆ 1.3. 39,6 3,3 21,0096 .100 5,7 3,3−3,5 3,5  Bảng đặc trị: 7 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh P III  P ct 4,2  4,242 kw  Ƞnt Ƞol 1.0,99 P II  P III 4,242  4,463 kw  Ƞbr 2 Ƞ ol 0,96.0,99 PI  P II 4,463  4,697  kw Ƞbr 1 Ƞol 0.96 .0,99 P đc  PI 4,697  4,994  kw Ƞđ Ƞol 0,95.0,99 Bảng thông số kỹ thuật: Trục Thông số Tỉ số truyền Động cơ Số vòng quay(v/p) Công suất (kw) Momen xoắn,Nmm 2880 872,83 202 72,73 72,73 4,994 4,697 4,463 4,242 4,2 16560 51397,7 210998,3 557006,7 551491,8 3,3 I II III 4,32 Công tác 2,78 1 8 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY 2.1. Thiết kế bộ truyền đai thang:  Thiết kế bộ tuyền đai với Pđc= 4,994(kw); nđc= 2880(v/p);uđ=3,3.  Theo hình 4.22[1] chọn đai loại A: bp= 11mm; b0=13 mm; h=8mm; y0=2,8mm; A=81mm2; L=560 ÷ 4000mm; T1=11 ÷ 70N.m; d1=100 ÷ 200mm.  Đường kihn1 bánh đai nhỏ: d1=1,2 dmin=1,2.100=120(mm). Theo tiêu chuẩn: chọn d1=125(mm).  Chọn hệ số trượt tương đối ζ 0,01 .  Đường kính bánh lớn: d2=uđ .d1 .(1- ζ )=3,3.125.(1-0,01)=408,375(mm). 9 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh Theo tiêu chuẩn: chọn d2= 400(mm).  Vận tốc đai: v1  π d 1 nđ c π .125 .2880  18,85 m  s  60000 60000  Khoảng cách trục nhỏ nhất:     2 d 1  d 2 ≥ a ≥ 0,55 d 1  d 2  h   ↔ 2  125  400 ≥ a ≥ 0,55  125  400 8 ↔ 1050≥ a ≥ 296,75 Chọn a sb d 2 400 mm khi u=3,3.  Chiều dài của đai: L 2 a   d 2 −d 1 2 π d2  d 1  2 4a  2.400    π 400−125 2 400 125  1671,93 mm 2 4.400  Theo tiêu chuẩn: L=1800(mm).  Số vòng chạy của đai trong 1 giây: i  v 18,85  10,47 s−1   i  10 s−1  L 1,8  Không thỏa nên ta chọn lại L=2000mm Suy ra: i  18,85 0,425 s −1   i  10  s−1  2000  10 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh  Tính lại khoảng cách trục: a k  √ k 2 −8 ∆2 4 Trong đó: k  L− ∆    π d1  d 2 π 125  400 2000−  1175,33 2 2 d 2−d 1 400−125  137,5 2 2 Suy ra: a=571,11(mm)  Góc ôm đai bánh đai nhỏ: α 1 180−   57 d 2−d 1 152,6o ≈ 2,66  rad a   Các hệ số sử dụng:  Hệ số xét ảnh hưởng của góc ôm đai:  C α 1,24 1−e −α1 110   1,24 1−e −152,6 110  0,93  Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc:  C v 1−0,05 0,01 v 2 −1   2  1−0,05 0,01. 18,85 −1  0,87  Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ số truyền: C u 1,14 khi u=3,3.  Hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng: 11 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh C z 1 .  Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng: C r  0,85.  Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai L: C L √ √ 6 L 6 2000  1,027. L0 1700  Công suất cho phép: Khi d1 = 125mm thì P0  18,85−15 3,08−2,75  2,753  kw 20−15    Số dây đai: z≥ P1 4,994  2,067 P 0 C α C u C L C z C r C v 3.0,93.1,14 .1,027.1 .0,85.0,87   Suy ra: z=3 (dây).  Lực căng đai ban đầu: F 0  Aσ 0 3.81 .1,5364,5  N  Lực căng đai trên mỗi dây đai: 364,5 121,5  N  3  Lực vòng có ích: F t 1000 P 1 1000.4,994   264,9  N v 18,85  12 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh Lực vòng trên mỗi dây đai: 264,9 88,3  N 3  Ta có: ' f    1 ln α1  2 F0  Ft 2 F 0 −F t   0,286.sin  19 0,093 Mà: f  f ' sin γ 2   Lực tác dụng lên trục F r 2 F 0 sin 0,286   α1 708,3  N 2   Ứng suất trong đai: σ max σ 1  σ v  σ u 1  σ 0  0,5 σ t  σ v  σ u 1 1,5  0,5.  88,3 81  2 −6  1200.18,85 . 10  2.2,8.100 125  6,95 MPa  .  Tuổi thọ dây đai:  m L h  σr σ max . 107 2.3600 .i  9  6,958 .10 7 1165,3  giờ . 2.3600.9,425  13 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh Bảng thông số kỹ thuật của dây đai: Thông số ĐK bánh đai nhỏ ĐK bánh đai lớn Vận tốc đai Chiều dài đai Khoảng cách trục Góc ôm đai bánh nhỏ Tuổi thọ đai Kí hiệu D1 D2 V1 L A α1 Gía trị 125(mm) 400(mm) 18,85(m/s) 2000(mm) 571,11(mm) 152,60 Lh 1165,3(h) 2.2. Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc:  Thông số kỹ thuật:  Thời gian phục vụ: L= 5 năm  Quay 1 chiều,tải va đập nhẹ, 1ca làm việc 8h.  Cặp bánh răng cấp nhanh(bánh răng trụ răng nghiêng):  Tỷ số truyền: 4,32  Số vòng quay trục dẫn: n1= 872,73 (v/p)  Momen xoắn T trên trục dẫn: T1 =51397,7 (Nmm).  Cặp bánh răng cấp chậm(bánh răng trụ răng nghiêng):  Tỷ số truyền: 2,78  Số vòng quay trục dẫn: n1= 202 (v/p)  Momen xoắn T trên trục dẫn: T1 =210998,3 (Nmm). A. Bộ truyền cấp chậm: 14 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh 1. Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng: Chọn loại vật liệu hai cấp của bánh răng như nhau thép C45 thường hóa.  Độ rắn bánh nhỏ : HB1 = HB3 = 250 HB.  Độ rắn bánh lớn: HB2 = HB4 =253HB. 2. Ứng suất tiếp xúc cho phép:  σ H   σ OHlim . 0,9. K HL SH (1) Theo bảng 6.13[1]: σ OHlim1  σ OHlim3 2. HB 3  70 2.250 70 570 MPa . Tương tự: σ OHlim 2  σ OHlim4 540 MPa .  Số chu kỳ làm việc cơ sở: NHO1= NHO3=30HB2,4 =30.2502,4=1,71.107 (chu kỳ) NHO2= NHO4=30HB2,4 =30.2352,4=1,47.107 (chu kỳ).  Số chu kỳ làm việc tương đương:    3 3 N HE 3 60. c .  60.1.  ∑ i 1  Ti T max . n2. t i  13 .45 24 31  0,83 .  0,43 . .202 .14400 100 100 100 8 1,03. 10 chu kỳ 15 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh N HE 4  N HE 3 1,03. 108  3,71. 107 chu kỳ . u2 2,78  Nhận thấy: N HE 3  N HO 3 ; N HE 4  N HO 4 Nên: KHL3 = KHL4 =1. Từ (1): σ 0,9.1 .570   H 3 466,36  MPa  1,1  σ Tương tự:   H 4 441,82  MPa .   Vì là bánh răng nghiêng,nên: σ σ σ   H 4   H 3  408,681  MPa .     H 0,45.   σ σ σ σ Vì:   H 4 441,8  MPa .  H   H 4 , nên :   H     3. Ứng suất uốn cho phép: 16 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh σ  F σ OFlim . K FL SF σ OFlim 3  450 MPa ; σ OFlim 4  423 MPa Tra bảng 6.13[1]: Và SF= 1,75.  Số chu kỳ làm việc tương đương:    3 3 N FE 3 60. c .  60.1.  ∑ i 1 Ti T max . n2 . t i 16 .45 24 31  0,86 .  0,46 . 100 100 100  .202.14400 8,97. 107 chu kỳ . N FE 4  7 N FE 3 10 8,97.  3,23.107 chu kỳ . u2 2,78  Nhận thấy: N FE 3  N FO 3 ; N FE 4  N FO 4 Nên: KFL3 = KFL4 =1. σ 450.1 Từ (1):   F 3 1,75 257,14  MPa   σ Tương tự:   F 4 241,7  MPa .   4. Khoảng cách trục: Tính bánh răng trụ răng nghiêng ta dùng công thức: 17 Đồ án chi tiết máy GVHD: Dương Đăng Danh √  a w 2 43 u 2  1 . T 2 K Hβ 3 2 ѱba σ H  u2 Bảng 6.15[1] Chọn hệ số chiều rộng vành răng: ѱbd ѱba 2 ѱba 0,315 u2 1 2,78  1 0,315. 0,6 2 2 Bảng 6.4[1]: K Hβ 1,04 ; K Fβ 1,07 . Từ (2): 210998,3.1,04 176,65 mm  √ 0,315. 441,82 .2,78 a w 2 43  2,78  1 . 3 2  Theo tiêu chuẩn: chọn a w 2 200  mm . 5. Thông số ăn khớp: H 3 , H 4 ≤ 350 HB : Khi  mn   0,01 ÷ 0,02 a w 2 2 ÷ 4 Chọn: mn 3. Đối với bánh răng nghiêng,ngoài số răng ta chọn góc nghiêng β : 200 ≥ β ≥ 80 . Suy ra: 0 0 2 aw 2 cos 8 2 a w 2 cos 20 ≥ z3 ≥ mn  u2  1 mn u2  1 ⇔ 2.200 . cos 80 2.200 . cos 200 ≥ Z3 ≥ 3. 2,78 1 3. 2,78 1  18