Bộ môn cơ sở thiết kế máy và rôbôt đồ án môn học chi tiết máy ************ Giáo viên hớng dẫn : Lê Văn Uyển Sinh viên : Giần Hải Anh Lớp : CTM1- K49 Hà Nội : 5-2006 1 Mục lục phần I : động học hệ băng tải I, Chọn động cơ 2 II, Phân phối tỷ số truyền 3 III, Xác định các thông số trên các trục 4 IV, Bảng tổng kết 5 Phần II : TíNH TOáN THIếT Kế CHI TIếT MáY I, Tính bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc 6 A, Tính thiết kế bộ truyền cấp nhanh (bánh răng côn răng thẳng) 6 B, Tính bộ truyền cấp chậm (bánh răng trụ răng thẳng) 13 II, Tính bộ truyền xích 19 III, Thiết kế trục 23 A, Chọn và kiểm tra khớp nối 23 B, Thiết kế trục 24 1, Sơ đồ đặt lực 24 2, Xác định sơ bộ đờng kính trục 25 3, Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 25 4, Tính kiểm nghiệm kết cấu trục 27 a, Trục I 27 b, Trục trung gian II 31 c, Trục ra III 37 IV, Chọn và tính toán ổ lăn 41 1, Chọn và tính ổ lăn cho trục I 41 2, Chọn và tính ổ lăn cho trục II 42 3, Chọn và tính ổ lăn cho trục III 44 V, Thiết kế vỏ hộp giảm tốc 45 VI, Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 51 VII, Bảng thống kê các kiểu lắp 52 2 Lời nói đầu Thiết Kế Đồ án Chi Tiết Máy là một môn học cơ bản của ngành cơ khí. Môn học này không những giúp cho sinh viên có một cái nhìn cụ thể hơn thực tế hơn đối với các kiến thức đã đợc học, mà nó còn là cơ sở rất quan trọng của các môn chuyên ngành sẽ đợc học sau này. Đề tài sinh viên đợc giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn trụ răng thẳng và bộ truyền xích . Hệ thống đợc dẫn động bằng động cơ điện thông qua khớp nối, hộp giảm tốc và bộ truyền xích sẽ truyền chuyển động tới băng tải. Trong quá trình tính toán và thiết kế các chi tiết máy cho hộp giảm tốc sinh viên đã sử dụng và tra cứu các tài liệu sau: Tập 1 và 2 chi tiết máy của GS.TS-nguyễn trọng hiệp. Tập 1 và 2 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí của PGS.TS Trịnh chất và TS lê văn uyển. Dung sai và lắp ghép của GS.TS ninh đức tốn. Do là lần đầu làm quen với công việc thiết kế chi tiết máy,cùng với sự hiểu biết còn hạn chế cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của các môn có liên quan song bài làm của sinh viên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong đợc sự hớng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn giúp cho sinh viên ngày càng tiến bộ. Cuối cùng sinh viên xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Lê Văn Uyển đã trực tiếp hớng dẫn, chỉ bảo tận tình để sinh viên hoàn thành tốt nhiệm vụ đợc giao . Sinh viên : Giần Hải Anh 3 tính toán động học hệ dẫn động phần I : động học hệ băng tải I, Chọn động cơ 1, Xác định công suất cần thiết của động cơ Công suất tơng đơng xác định theo công thức : P = P ; Trong đó : +,Công suất công tác P ct : ct 2.F.v 6000.0,51 P 3,84 1000 1000 = = = KW Với : v =0,58 m/s - vận tốc băng tải; 2F =6000 N - lực kéo băng tải; +, Hiệu suất hệ dẫn động : = n i b . Theo sơ đồ đề bài thì : = k . 5 ôl . brcôn . brtrụ . x ; Tra bảng( 2.3) Ttttkhdđck tập1 , ta đợc các hiệu suất: k = 0,99 - hiệu suất nối trục. ol = 0,992 - hiệu suất một cặp ổ lăn; brcôn = 0,96 - hiệu suất một cặp bánh răng côn; brtrụ = 0,96 - hiệu suất một cặp bánh răng trụ; x = 0,90 - hiệu suất bộ truyền xích để hở ; = 0,99. 0,992 5 . 0,96.0,96. 0,90 2 = 0,703 ; +, Hệ số xét đến sự phân bố tải không đều : = 2 2 2 i i 1 ck T t 5 3 . 1 . 0,9 . 0,96 T t 8 8 = + = ữ Công suất tơng đơng P tđ đợc xác định bằng công thức: ct td .P 0,96.3,48 P 4,772 0,703 = = = KW 2, Xác định tốc độ đồng bộ của động cơ điện 4 Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống là u c .Theo bảng 2.4, truyền động bánh răng trụ hộp giảm tốc đồng trục2 cấp, truyền động xích (bộ truyền ngoài): U c = u sbh . u sbx ; u sbh : tỉ số truyền sơ bộ hộp giảm tốc ; u sbh =(12 20); u sbx : tỉ số truyền sơ bộ của xích ; u sbx =(2.5 3); U c =(12 20).(2.5 3)= 30 60 ; +, Số vòng quay của trục máy công tác là n lv : n lv = 60000.v 60000.0,58 D 3,14.320 = = 34,616 vg/ph Trong đó : v : vận tốc băng tải; v = 0,58 m/s ; D : đờng kính băng tải ; D=320 mm ; Số vòng quay sơ bộ của động cơ n sbđc : n sbđc = n lv . u sb = 31,42(30 60) = (942,6 1885,2) vg/ph ; Ta chọn số vòng quay đồng bộ : n đb =1500 v/ph ; 3, Chọn động cơ Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện : P đc P tđ , n đc n sb và K dn T k 1,6 T = - hệ số quá tải; Từ kết quả : ct P 4,772kW= ; sb n (942.6 1885).vg / ph= ; mm T 1,6 T = Ta chọn động cơ ký hiệu : 4A112M4Y3 (theo bảng P 1.3 tập 1) Các thông số kĩ thuật của động cơ 4A112M4Y3 nh sau : P đc = 5,5 kw ; n đc = 1425 vg/ph ; cos = 0,85 ; n % = 85.5 ; K dn T 2 k 1,6 T = = ; Theo bảng P 1.7 tập 1 Tttkhdđck có: Đờng kính trục động cơ : d T =32 mm ; Khối lợng : m=56 kg; Kết luận động cơ 4A112M4Y3 có kích thớc phù hợp với yêu cầu thiết kế. II, PHÂN PhốI Tỷ Số TRUYềN 5 Nh đã biết tỷ số truyền chung : u c = u sbh . u sbx mặt khác: dc c lv n 1425 u 41,166 n 34,616 = = = Do đó : +, Chọn u xích = 2,5 u hộp = 41,166 16,429 2,5 = ; mà u h = u 1 . u 2 Trong đó : u 1 : Tỉ số truyền cấp nhanh cặp bánh răng côn ; u 2 : Tỉ số truyền cấp chậm cặp bánh răng trụ ; Theo kinh nghiệm bộ truyền côn trụ : u 1 =(0,25 0,28). U h ; và u 1 1,25.u 2 ( hoặc có thể lấy u 2 h u /1,25 u 1 ) +, Chọn : u 1 =115/25 = 4,600; u 2 =225/35 = 3,571; III, Xác định các thông số trên các trục 1, Công suất tác dụng lên các trục +, Trục công tác : P ct = = F.v 3000.0,51 1000 1000 = 1,74 kw +, Trục III : = ' ' ct 3 2 3 x ol P P = 2 3 1,74 0,90 .0,992 = 2,201 kw +, Trục II : P 2 = ' 3 br ol 2.P = 2.2,201 0,97.0,992 = 4,621 kw +, Trục I : P 1 = 2 brc ol P = 4,621 0,97.0,992 = 5,011 kw 2, Số vòng quay trên các trục +, Tốc độ quay của trục I : n 1 = n đc = 1425 vg/ph +, Tốc độ quay của trục II : n 2 = 1 1 n u = 1425 4,6 = 309,78 vg/ph +, Tốc độ quay của trục III : n 3 = 2 2 n u = 309,78 3,571 = 86,74 vg/ph +, Tốc độ quay của trục công tác : n ct = 3 x n u = 86,74 2,506 =34,62 vg/ph 6 3, M« men xo¾n trªn c¸c trôc T i = 9,55.10 6. i i n P Trôc I : 6 6 1 1 1 P 5,011 T 9,55.10 . 9,55.10 . 33584 n 1425 = = = N.mm Trôc II : 6 6 2 2 2 P 4,621 T = 9,55. 10 . 9,55.10 . 142470 n 309,78 = = N.mm Trôc III : = = ' 6 6 3 3 3 P 2,201 T = 9,55. 10 . 9,55.10 . 242280 n 86,74 N.mm Trôc c«ng t¸c: ' 6 6 ct ct ct P 1,740 T = 9,55. 10 . 9,55. 10 . 480035 n 34,62 = = N.mm IV, b¶ng tæng kÕt Trôc Th«ng sè §éng c¬ I II III C«ng t¸c Khíp = 1 U 1 = 4,60 U 2 = 3,57 U x =2,51 C«ng suÊt: P(kW) 4,724 5,011 4,621 2,201 1,740 Sè v/quay:n(vg/ph) 1425 1425 309,78 86,74 34,62 M«men: T(N.mm) 31659 33584 142470 242280 480035 7 Phần II : TíNH TOáN THIếT Kế CHI TIếT MáY I, thiết kế Bộ TRUYềN BáNH RĂNG của HộP GIảM TốC A, Tính thiết kế bộ truyền cấp nhanh (bánh răng côn) 1, Chọn vật liệu. Để thống nhất hoá vật liệu , chọn vật liệu hai cấp (cấp nhanh và cấp chậm) nh nhau ; theo bảng (6.1) tttkhdđck tập 1; với chế độ làm việc êm, ta chọn vật liệu: Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192 . . . 240 Có : b1 = 750 MPa ; ch 1 = 450 MPa. Bánh lớn : Thép 45, thờng hóa độ rắn HB 170 . . 217 Có : b2 = 600 Mpa ; ch 2 = 340 MPa. 2, Xác định ứng suất cho phép +, ứng suất tiếp xúc cho phép : [ ] ( ) H Hlim H R V xH HL S Z Z K K = ; +, ứng suất uốn cho phép : [ ] ( ) F Flim F R S xF FC FL S Y Y K K K = ; Tính sơ bộ chọn : Z R Z V K xH = 1 [ ] H H lim HL H K S = ; Y R Y S K xH = 1 và K FC =1 (do đặt tải một chiều) [ ] F F lim FL F .K S = ; +, Dựa vào bảng (6.2) tttkhdđck tập 1 ,với thép 45 tôi cải thiện và th- ờng hoá ta chọn độ rắn bề mặt : Bánh nhỏ HB = 230 Bánh lớn HB = 210 o Hlim1 = 2.HB 1 + 70 = 2. 230 + 70 = 530 Mpa ; o Flim1 = 1,8.HB 1 = 1,8 . 230 = 414 Mpa ; o Hlim2 = 2.HB 2 + 70 = 2. 210 + 70 = 490 Mpa ; o Flim2 = 1,8. HB 2 = 1,8 . 210 = 378 Mpa ; +, K HL , K FL : là hệ số tuổi thọ xác định theo công thức : 8 K HL = H m Ho HE N N K FL = F m Fo FE N N Với : m H , m F : là bậc đờng cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn, do HB < 350 m H = m F = 6; +, N Ho : Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc. N Ho1 =30 . 2,4 2,4 1 HB 30.230 13972305= = N Ho2 =30 . 2,4 2,4 2 HB 30.210 11231753,5= = +, N Fo : số chu kì ứng suất cơ sở khi thử về uốn : N FO = 4.10 6 ; +, N HE , N FE : số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng : ( ) 3 HE i i i 1 i CK N 60.c.n . t . T / T .t / t = 3 3 7 HE2 5 3 N 60.1.309,78.13500. 1 . (0,9) . 22,54.10 8 8 = + = ữ ; 8 HE1 1 HE2 N u N 10,37.10= = ; N HE1 > N HO1 => K HL1 = 1 N HE2 > N HO2 => K HL2 = 1 ( ) F m FE i i i i 1 i ck N 60.c.(n / u ). t . T / T .t / t = 6 6 7 FE2 5 3 N 60.1.309,78.13500. 1 (0,9) . 20,68.10 8 8 = + = ữ ; 8 FE1 1 FE2 N u .N 9,514.10= = ; N FE1 > N FO => K FL1 = 1 N FE2 > N FO => K FL2 = 1 +, S H , S F : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn, tra bảng (6.2), ta có S H =1,1. S F =1,75. Thay vào ta đợc : +, [ ] H H lim HL H K S = ; [ ] [ ] [ ] = = = = H 1 H H 2 530.1 481,818(MPa) 1,1 = 445,455 (PMa) 490.1 445,455(MPa) 1,1 +, [ ] F F lim FL F .K S = ; 9 [ F ] 1 = 414.1 236,571(MPa) 1,75 = ; [ F ] 2 = 378.1 216(MPa) 1,75 = ; +, ứng suất quá tải cho phép : [ H ] max =2,8. ch [ H ] max1 =2,8.450=1600 Mpa ; [ H ] max2 =2,8.340 = 952 Mpa [ F ] max =0,8. ch [ F ] max1 = 0,8.450 =360 Mpa ; [ F ] max2 =0,8.340 = 272 Mpa 3, Tính thiết kế các thông số của bộ truyền bánh răng côn Vì bộ truyền là bộ truyền bánh côn răng thẳng nên : [ ] [ ] [ ] ( ) H H H 1 2 min , 445,455 MPa = = a, Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài R e và đờng kính chia ngoài d e , Đờng kính chia ngoài của bánh chủ động theo công thức (6.52a) : R e = [ ] 2 2 3 R 1 H be be H K . u 1. T .K /[(1 K ).K .u. ] + ; Trong đó: +, K R : hệ số phụ thuộc bánh răng và loại răng,với bộ truyền bánh côn răng thẳng bằng thép; K R = 0,5.K d = 0,5. 100 = 50 MPa 1/3 (do K d =100 Mpa 1/3 ) ; +, K be : hệ số chiều rộng vành răng , K be = e b R = 0,25 0,3 ,do u 1 = 4,2 > 3 K be = 0,25 ; +, K H : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng bánh răng côn. Theo bảng 6.21 , với: K be .u 1 /( 2 - K be ) = 0,25.4,6/(2 0,25) = 0,657 ; với ổ đũa ta đợc : K H = 1,144 ; +, T 1 =33584 Mpa - mômen xoắn trên trục I ; +, [ H ]=445,455 Mpa ; Vậy : chiều dài côn ngoài sơ bộ ' e R là: ( ) ' 2 3 e 2 33584.1,144 R 50. 4,6 1. 143,062(mm) 1 0,25 .0,25.4,6.445,455 = + = , Đờng kính chia ngoài sơ bộ ' e1 d của bánh răng côn chủ động là : e e1 2 2 1 2.R 2.134,683 d' 60,781(mm) u 1 4,6 1 = = = + + b, Xác định các thông số ăn khớp 10 [...]... đỡ và điểm đặt lực Khoảng cách mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong hộp : K1 = 8 mm Khoảng cách mặt cạnh ổ đến thành trong của hộp : K2 = 5 mm Khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay đến lắp ổ : K3 = 15 mm Chi u cao lắp ổ và đầu bu lông : hn = 20 mm Chi u rộng ổ lăn b0 = 21 mm Chi u rộng vành răng bánh nhỏ, bánh lớn : b13 = b23 = 40 mm Chi u dài may ơ khớp nối lm12 = 40 (mm) Chi u dài may ơ bánh... hợp với đờng kính trục động cơ đồng thời tăng cờng tính thống nhất hoá ta lấy đờng kính trục tại chỗ lắp nối trục vòng đàn hồi và bánh răng d12 = d13 = 28 mm Chọn và tính kiểm nghiệm mối ghép then trên trục I Với đờng kính trục lắp then d = 28 mm, ta chọn then bằng và tra bảng 9.1a có các kíchthớc nh sau : b = 8 mm, h = 7 mm, t1 =4 mm Chi u dài then tại tiết diện d3(chứa bánh răng côn nhỏ) : lt1 =(0,8... [F2] max Thoả mãn điều kiện về quá tải; 5, Các thông số và kích thớc bộ truyền bánh răng côn Chi u dài côn ngoài Re = 147,108 mm Mô đun vòng ngoài mte = 2,5 mm Chi u rộng vành răng b = 40 mm Tỷ số truyền um= 4,6 Góc nghiêng của răng = 0 Số răng bánh răng Z1 =25 răng ; Z2 = 115 răng Hệ số dịch chỉnh chi u cao x1 = 0,4 ; x2 = - 0,4 Đờng kính chia ngoài de1 = 62,500 mm ; de2 = 287,500 mm Đờng kính đỉnh... = 272,000 MPa 15 3, Tính thiết kế các thông số của bộ truyền bánh răng trụ Vì bộ truyền là bộ truyền bánh trụ răng thẳng nên : [ H ] = min [ H ] 1 ,[ H ] 2 = 372,727 (MPa) ( ) a, Xác định sơ bộ khoảng cách trục TII K H a 'w 2 = K a (u 2 + 1) 3 2 [ H ] u1. ba Với: T2: Mômen xoắn trên trục bánh chủ động, N.mm ; T2 = 142470 N.mm Ka: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu cặp bánh răng và loại răng ; K a= 49,5 KH... b13 = b23 = 40 mm Chi u dài may ơ khớp nối lm12 = 40 (mm) Chi u dài may ơ bánh côn nhỏ lm13 = (1,21,4).d1 = 35 mm Chi u dài may ơ bánh côn lớn lm22 = (1,21,4).d2 = 45 mm Chi u dài may ơ bánh răng trụ nhỏ lm23 = (1,21,5).d2 = 50 mm Chi u dài may ơ bánh răng trụ lớn lm33 = (1,21,5).d3 = 60 mm Chi u dài mayơ đĩa xích lm32 = lm34 = 60 mm 27 Khoảng cách điểm đặt lực ở trục I: l11 = (2,53).d1 = (2,5 3) 28... max Thoả mãn điều kiện về quá tải ; 5, Các thông số và kích thớc bộ truyền bánh răng trụ Khoảng cách các trục aw2 = 200 mm Mô đun pháp m = 2,5 mm Chi u rộng vành răng b = 60 mm Tỷ số truyền u2 = 3,571 Góc nghiêng của răng = 0o Góc ăn khớp = 20o Số răng bánh răng Z3 =35 răng ; Z4 = 125 răng Hệ số dịch chỉnh chi u cao x3 = 0 ; x4 = - 0 Đờng kính vòng chia d3 = 87,500 mm ; d4 = 312,500 mm Đờng kính đỉnh... 2,188 (mm) Đờng kính trung bình bánh nhỏ tính lại là: dm1 = mtm Z1 = 2,188.25 = 54,688 (mm) ; Đờng kính chia ngoài bánh nhỏ de1 : de1 = mte Z1 = 2,5.25 = 62,5 (mm) ; +, Số răng bánh lớn Z2 : Z2 = u1.Z1 = 4,6 25 = 115 Z2 = 115 răng Tỷ số truyền thực là : u1 = Z2/Z1 = 115/25 = 4,6 +, Góc côn chia : 1 = arctg(Z1/Z2) = arctg(25/115) = 1201553,19 2 = 90 - 1 = 770446,81 +, Chi u dài côn ngoài Re : 2 R e... YRYSKxH = 1 và KFC =1 (do đặt tải một chi u) [ F ] = F lim K FL S F ; Vì cùng vật liệu và số vòng quay bánh trụ nhỏ bằng số vòng quay bánh côn lớn (vì cùng lắp trên trục) Do đó ta có: NHo3 = 111231753 ; NHo4 = 6763923 ; NFo = 4.107 NHE3 = NHE2 = 22,54.107 NHE4 = NHE3/u2= 6,312.107 KHL3 = 1 KHL4 = 1 NFE3 = NFE2 = 20,68.107 NFE4 = NFE3/u2= 5,791.107 KFL3 = 1 KFL4 = 1 +, ứng suất tiếp xúc và uốn cho... Đờng kính chia ngoài của bánh răng côn lớn de2 : d e2 = Z2.mte = 115 2,5 = 287,5 (mm) +, Chi u rộng vành răng b : b = Re Kbe = 147,108 0,25 = 35,765 (mm) lấy b = 40 (mm) 4, Tính kiểm nghiệm bộ truyền răng côn a, Kiểm ngiệm răng về độ bền tiếp xúc Theo công thức (6.58) : 11 2.T1K H u 2 + 1 m H = Z M Z H Z [ H ] 2 0,85.b.d m1u (1) Trong đó : +, ZM : hệ số kể đến cơ tính của vật liệu bánh răng ăn... Do khoảng cách trục khi tính sơ bộ và khi tính kiểm nghiệm là giống nhau nên cặp bánh răng này không cần dịch chỉnh 16 +, Chi u rộng bánh răng : bw = ba aw = 0,3 200 = 60 (mm) ; chọn bw = 60 (mm) +, Chi u rộng vành răng : dw3 = m Z3 = 2,5 35 = 87,5 (mm) dw4 = m Z4 = 2,5 125 = 312,5 (mm) 4, Tính kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ a, Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc Yêu cầu cần phải đảm bảo H [H] . 142470 242280 480035 7 Phần II : TíNH TOáN THIếT Kế CHI TIếT MáY I, thiết kế Bộ TRUYềN BáNH RĂNG của HộP GIảM TốC A, Tính thiết kế bộ truyền cấp nhanh (bánh răng côn) 1, Chọn vật liệu. Để thống. liệu sau: Tập 1 và 2 chi tiết máy của GS.TS-nguyễn trọng hiệp. Tập 1 và 2 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí của PGS.TS Trịnh chất và TS lê văn uyển. Dung sai và lắp ghép của GS.TS. Bộ môn cơ sở thiết kế máy và rôbôt đồ án môn học chi tiết máy ************ Giáo viên hớng dẫn : Lê Văn Uyển Sinh viên : Giần Hải