Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng hợp đầy đủ của đề án thiết kế sản phẩm với CAD Hộp giảm tốc có Bộ truyền bánh răng trụ phân đôi cấp chậm 2014 Đại học kĩ thuật công nghiệp thái nguyên TNUT. Phân phối tỉ số truyền, chọn động cơ, chọn vật liệu, thiết kế vỏ hộp giảm tốc
Contents Contents 1 TÝnh to¸n thiÕt kÕ bé truyÒn 11 3. Kiểm tra điều kiện bôi trơn và điều kiện chạm trục 29 3.1. Kiểm tra điều kiện bôi trơn 29 3.2 Kiểm tra điều kiện chạm trục 31 S¬ ®å kiÓm tra ®iÒu kiÖn tr¹m trôc 34 PHẦN III: THIẾT KẾ TRỤC 36 1. Tính sơ bộ đường kính trục 36 1.1. Chọn vật liệu 36 1.2. Xác định sơ bộ đường kính trục 36 2. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 37 3. Xác định trị số và các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục 39 3.1. Lực từ các bộ truyền bánh răng 39 3.2. Lực từ các khớp nối 41 4. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục 42 4.1. Tính trục I 42 4.2. Tính trục II 47 4.3. Tính trục III 53 PHẦN IV. TÍNH CHỌN Ổ LĂN 66 1. Tính chọn ổ lăn cho trục I 66 1.1. Tính kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ 67 1.2. Kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải tĩnh 68 2. Tính toán chọn ổ lăn cho trục II 68 3. Tính toán chọn ổ lăn cho trục III 70 3.1. Tính kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ 71 3.2. Kiểm nghiệm ổ theo khả năng tải tĩnh 72 PHẦN V. TÍNH MỐI GHÉP THEN 73 1. Chọn then trục I 73 2. Chọn then trục II 74 3. Chọn then trục III 75 PHẦN VI. TÍNH CHỌN KHỚP NỐI 76 1. Khớp nối trên trục I 76 2. Khớp nối trên trục III 77 PHẦN VI. THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC, BÔI TRƠN VÀ ĐIỀU CHỈNH ĂN KHỚP 79 1. Tính kết cấu của vỏ hộp 79 2. Bôi trơn trong hộp giảm tốc 79 3. Dầu bôi trơn hộp giảm tốc 79 4. Lắp bánh răng lên trục và điều chỉnh sự ăn khớp 79 5. Điều chỉnh sự ăn khớp 79 1 6. Một số chi tiết khác liên quan đến cấu tạo vỏ hộp 81 PHẦN VII. BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP 84 1. Dung sai và lắp ghép bánh răng 84 2. Dung sai lắp ghép ổ lăn 84 3. Dung sai khi lắp vòng chắn dầu 84 4. Dung sai lắp ghép then lên trục 84 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD là một đồ án mới của sinh viên nghành cơ khí. Việc tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khi là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức quan trọng cho sinh viên về kết cấu máy. Nội dung đồ án bao gồm những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy và hệ thống dẫn động; tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc; thiết kế kết cấu chi tiết máy, vỏ khung và bệ máy; chọn cấp chính xác, lắp ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, trong đó cung cấp nhiều số liệu mới về phương pháp tính, về dung sai lắp ghép và các số liệu tra cứu khác. Thuật ngữ và khí hiệu dùng trong đồ án dựa theo tiêu chuẩn nhà nước, phù hợp với thuật ngữ và kí hiệu quốc tế. 2 Khi thiết kế đồ án chi tiết máy chúng ta phải nghiên cứu kỹ những giáo trình như Công nghệ chế tạo máy, Khoa học vật liệu, Nguyên lý máy, Dung sai lắp ghép, Chi tiết máy, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Khi thiết kế chúng ta phải sử dụng tài liệu, sổ tay, tiêu chuẩn và khả năng kết hợp so sánh những kiến thức lý thuyết với thực tế sản xuất. Chúng em đã được các thầy giáo hướng dẫn đặc biệt là hai thầy cô đã hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình chúng em thực hiện đồ án là cô Bùi Thanh Hiền đã cho chúng em nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này. Khi thực hiện đồ án trong tính toán còn có nhiều sai sót em xin trân trọng cảm ơn những ý kiến, chỉ dẫn của thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! 3 PHẦN I TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 1. Chọn động cơ điện 1.1. Chọn kiểu, loại động cơ điện + Động cơ điện một chiều: loại động cơ này có ưu điểm là có thể thay đổi trị số của mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng nhưng chúng lại có nhược điểm là giá thành đắt, khó kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu, do đó được dùng trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm + Động cơ điện xoay chiều: bao gồm 2 loại: một pha và ba pha. Động cơ một pha có công suất nhỏ do đó chỉ phù hợp cho các dụng cụ gia đình. Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi động cơ ba pha: đồng bộ và không đồng bộ. So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất và cosϕ cao, hệ số tải lớn nhưng có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ, do đó chúng được dùng cho các trường hợp cần công suất lớn (100kw), khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc. Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu : rôto dây cuốn và rôto ngắn mạch. Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi nhỏ ( khoảng 5%), có dòng điện mở máy thấp nhưng cosϕ thấp, giá thành đắt, vận hành phức tạp do đó chỉ dùng thích hợp trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ đã được lắp đặt. Động cơ ba pha không đồng bộ rôto ngắn mạch có ưu điểm là kết cấu đơn giản, giá thành hạ, dễ bảo quản, có thể trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện song hiệu suất và hệ số công suất thấp so với động cơ ba pha đồng bộ, không điều chỉnh được vận tốc. 4 Từ những ưu, nhược điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc của em, em chọn . Động cơ ba pha không đồng bộ rôto ngắn mạch. 1.2. Chọn công suất động cơ Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ, nhằm đảm bảo cho nhiệt độ của động cơ khi làm việc không vượt quá trị số cho phép. Để đảm bảo điều kiện đó cần thoả mãn yêu cầu sau dc dc dm dt P P≥ (kW) (1.1) Theo đề bài, tính chất tải trọng là không đổi và quay theo một chiều nên: dc dc dt lv p p≥ (1.2) Trong đó: dc dm P - Công suất định mức của động cơ. dc dt P - Công suất đẳng trị trên trục động cơ. dc lc P - Công suất làm việc danh nghĩa trên trục động cơ. dc dc lv lc P P η ∑ = (kW) (1.3) Với: dc lc P - Công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác. η ∑ - Hiệu suất chung của toàn hệ thống. Trong hộp giảm tốc gồm các bộ truyền mắc nối tiếp nên: 2 2 4 k br ol η η η η ∑ = × × (1.4) Tra bảng 2.3 [1] ta có: η k = 1 - Trị số hiệu suất của khớp nối. η br = 0,98 - Trị số hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ. η ol = 0,99 - Trị số hiệu suất của ổ lăn. Hiệu suất chung của toàn hệ thống: 2 2 4 1 0,98 0,99 0,923 η Ξ = × × = Công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác được xác định theo công thức sau: ( ) 6750 1,16 7,83 1000 1000 ct t lv F v P kw × × = = = (1.5) Trong đó: F t : - Lực vòng băng tải (N). v: - Vận tốc băng tải (m/s). Thay vào (1.3) ta có: 5 ( ) 7,83 8,48 0,923 dc lc kw P = = Như vậy, động cơ cần chọn phải có công suất lớn hơn hoặc ít nhất bằng 8,48 (kw). 1.3. Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ Số vòng quay đồng bộ của động cơ được xác định theo công thức: n db = 60 f p × (1.6) Trong đó: n db : - Số vòng quay đồng bộ của động cơ điện. f: - Tần số của dòng điện xoay chiều (Hz) (f = 50Hz) p: - Số đôi cực từ. Trên thực tế, số vòng quay đồng bộ càng thấp thì kích thước khuôn khổ và giá thành của động cơ tăng (vì số đôi cực từ lớn). Tuy nhiên dùng động cơ có số vòng cao lại yêu cầu giảm tốc nhiều hơn, tức tỉ số truyền của toàn hệ thống tăng, dẫn tới kích thước và giá thành của các bộ truyền tăng lên. Do trạm dẫn động băng tải không có yêu cầu gì đặc biệt nên ta chọn các động cơ có p = 2 tương ứng với số vòng quay đồng bộ là 1500 vòng/phút (tương ứng số vòng quay có kể đến sự trượt 3% là 1455 vòng/phút). Số vòng quay của trục công tác là: 3 3 60 10 60 10 1,16 62,4 355 ct V D n π π × × × × = = = × × (vòng/phút) (1.7) Trong đó: n ct : Số vòng quay của trục công tác (vòng/phút). D: Đường kính tang băng tải (mm) với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng tý số truyền nên dùng : 8 – 40 Tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống u sb : u sb = 1455 23,3 62,4 db ct n n = = (thuộc khoảng u nên dùng) (1.8) u 2 là tỉ số truyền của cặp bánh răng cấp chậm, được xác định : 1 2 0,25 0,35 ba ba ψ ψ = = 0.333 0.333 2 2 2 1 1,2.0,35 0.8055 0.8055 .23,3 2,73 0,25 C ba h ba K u u ψ ψ × ≈ × = × = ÷ ÷ 6 u 1 là tỉ số truyền của cặp bánh răng cấp nhanh, được xác định : 1 2 23,3 8,52 8 2,73 h u u u = = = > không thỏa mãn Chọn lại các động cơ có p = 3 tương ứng với số vòng quay đồng bộ là 1000 vòng/phút (tương ứng số vòng quay có kể đến sự trượt 3% là 970(vòng/phút). 1.4. Chọn động cơ thực tế Từ (1.1), (1.2), (1.3) và ta có: 8,48 dc dc dc dm dt lv p p p ≥ ≥ = Tra bảng P1.3 (tr 237) ta chọn được động cơ 4A160S6Y3 với các thông số sau: Kiểu Công suất (kW) vận tốc quay (vòng/phút) Cos ϕ k dn T T max dn T T η % 4A160S6Y3 11 970 0,86 1,2 2,2 86 1.5. Kiểm tra điều kiện mở máy. Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ Khi khởi động, động cơ cần sinh ra một công suất đủ lớn để thắng sức ỳ của hệ thống. Vì vậy cần kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ. Điều kiện mở máy của động cơ thoả mãn nếu công thức sau đảm bảo: dc dc mm bd P P≥ (1.9) Trong đó: dc mm P : - Công suất mở máy của động cơ (kw). 1,2 11 13,2 dc dc K mmđm dn T T p p = × = × = (kw) (1.10) Với: T k : - Momen khởi động của động cơ. T dn : - Momen danh nghĩa của động cơ. dc bd P - Công suất cản ban đầu trên trục động cơ (kw). 1,6 8,48 13,6 dc dc bd bd lv p p K = × = × = (kw) (1.11) Từ (1.10) và (1.11) ta có điều kiện (1.9) không thỏa mãn. Chọn lại động cơ 7 Tra bảng P1.3 (tr 237) ta chọn được động cơ 4A160M6Y3 với các thông số sau: Kiểu Công suất (kW) vận tốc quay (vòng/phút) Cos ϕ k dn T T max dn T T η % 4A160M6Y3 15 970 0,87 1,2 2,0 87,5 Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ Khi khởi động, động cơ cần sinh ra một công suất đủ lớn để thắng sức ỳ của hệ thống. Vì vậy cần kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ. Điều kiện mở máy của động cơ thoả mãn nếu công thức sau đảm bảo: dc dc mm bd P P≥ (1.9) Trong đó: dc mm P : - Công suất mở máy của động cơ (kw). 1,2 15 18 dc dc K mmđm dn T T p p = × = × = (kw) (1.10) Với: T k : - Momen khởi động của động cơ. T dn : - Momen danh nghĩa của động cơ. dc bd P - Công suất cản ban đầu trên trục động cơ (kw). 1,6 8,48 13,6 dc dc bd bd lv p p K = × = × = (kw) (1.11) Từ (1.10) và (1.11) ta có điều kiện (1.9) thỏa mãn. Vậy, động cơ đã chọn(4A160M6Y3 ) thỏa mãn điều làm việc. 2. Phân phối tỉ số truyền Tỉ số truyền chung của toàn hệ thống (u ∑ ) xác định theo: 970 15,54 62,4 dc ct n u n Σ = = = (1.12) Trong đó: n dc : - Số vòng quay của động cơ đã chọn (vòng/phút). n ct : - Số vòng quay của trục công tác (vòng/phút) Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp nên ta có : 1 2h u u u u Σ = = × (1.13) 2.2. Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc: Hộp giảm tốc bánh răng cấp nhanh tách đôi được xác định theo công thức: 8 1 2h u u u= × (1.15) u 2 là tỉ số truyền của cặp bánh răng cấp chậm, được xác định : ( ) 0.333 0.333 2 2 2 1 0.8055 0.8055 1, 2.1,3.15,54 2,33 C ba h ba K u u ψ ψ × ≈ × = × = ÷ u 1 là tỉ số truyền của cặp bánh răng cấp nhanh, được xác định : 1 2 15,54 6,67 2,33 h u u u = = = 3. Tính toán các thông số trên các trục Ký hiệu các chỉ số tính toán như sau: Chỉ số "dc" ký hiệu trục động cơ, các chỉ số “I”, “II”, “III”, “ct” lần lượt là ký hiệu của các trục 1, 2, 3 và trục công tác. 3.1. Tính công suất trên các trục Với sơ đồ tải trọng không đổi,chọn công suất danh nghĩa là công suất lớn nhất trong đó : - Công suất danh nghĩa trên trục động cơ tính theo công thức: 8,48( w) dc dc lc P P k= = (1.16) - Công suất danh nghĩa trên các trục I, II, III và trục công tác (ct) xác định theo các công thức sau: 8,48 1 0,99 8,37( w) dc I dc I ol P P k η η ÷ = × × = × × = 8,37 0,98 0,99 8,03( w) II I I II ol P P k η η ÷ = × × = × × = 8,03 0,98 0,99 7,79( w) III II II III ol P P k η η ÷ = × × = × × = 7,79 1 0,99 7,72( w) ct III III ct ol P P k η η ÷ = × × = × × = 3.2. Tính số vòng quay của các trục - Tốc độ quay của trục I: n I = n dc = 970 (vòng/phút) - Tốc độ quay của trục II: 970 145,4 6,67 dc II I II n n n ÷ = = = (vòng/phút) 9 - Tốc độ quay của trục III: 145,4 62,4 2,33 II III II III n n n ÷ = = = (vòng/phút) - Tốc độ quay của trục công tác: 62,4 ct III n n= = (vòng/phút) 3.3. Tính mô men xoắn trên các trục Mô men xoắn trên trục động cơ được xác định theo công thức sau: 6 6 9,55 10 9,55 10 8,48 83489 970 dc dc dc p n T × × × × = = = (Nmm) Mô men xoắn trên trục I: (Nmm) Mô men xoắn trên trục II: (Nmm) Mô men xoắn trên trục III: (Nmm) Mô men xoắn trên trục công tác: (Nmm) 3.4. Bảng kết quả. Bảng 1.1. Các kết quả tính toán động lực học các trục Trục Thông số Động cơ I II III Công tác Côngsuất (kw) 8,48 8,37 8,03 7,79 7,72 Tỷ số truyền 1 6,74 3,46 1 Tốcđộ quay(v/ph) 1458 1458 216,3 62,5 62,5 Mômen (Nmm) 83489 82406 527417 1192220 1181506 PhÇn II 10 [...]... toán thiết kế bộ truyền I Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh 1 Chọn vật liệu Chọn vật liệu thích hợp là việc quan trọng trong việc tính toán thiết kế chi tiết máy Với công suất thiết kế chọn vật liệu nhóm một có độ rắn HB 350 Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền có khả năng chạy mòn tốt Theo bảng 6.1 tài liệu [I], chọn vật liệu bánh... 280,83 43,012 284,83 34,012 275,83 39,12 280,882 II Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm bánh răng thảng 1 Chọn vật liệu + Chọn vật liệu bánh nhỏ: Theo bảng 6.1 tài liệu [I], chọn thép 45 tôi cải thiện HB 192ữ240 20 rn Gii hn bn b (MPa) Gii hn chy ch (Mpa) Tụi ci thin HB 240 750 450 Tụi ci thin HB230 750 450 Loi bỏnh rng Nhón hiu thộp Nhit luyn Nh C45 Ln C45 2.Tính ứng suất cho phép ứng... dầu tối đa của bánh 2 là: Với V2 10mm tức là các bánh răng không bị trạm trục (h.2) 1' 2' aw1 aw2 4 3 I l1 III II 1 2 l2 Sơ đồ kiểm tra điều... 30.240 2, 4 = 1,55.10 7 N HO 4 = 30.230 2, 4 = 1,4.10 7 N FO = 4.106 (đối với thép 45) 21 - N HE , N FE : Số chu kì thay đổi về ứng suất tơng đơng N HE = N FE = 60.c.n.t Với: - c,n,t: Lần lợt là, số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng quay trong một phút,và tổng số giờ làm việc của cặp bánh răng đang xét Với thời gian phục vụ của hộp giảm tốc 6 năm 1 1 3 3 9 N HE 3 = N FE 3 = 60.1.216,3.365.6 .24... công thức : dsb 3 T 0, 2 [ ] Với [ ] là ứng xuất xoắn cho phép ,Mpa, với vật liệu trục là thép 45 ta có [ ] =1530 Mpa chọn [ ] =20 Mpa Trục I : Với [ ] =20 Mpa T1=82406 (N.mm) d sb1 3 T1 82406 =3 = 27, 4(mm) 0, 2 [ ] 0, 2.20 Lấy dsb2=30 mm Lấy dsb1=30mm Trục II : Với [ ] =20 Mpa T2=527417(N.mm) d sb T2 527417 =3 = 48,89( mm) 0, 2 [ ] 0, 2.20 3 Lấy dsb2=50 mm Trục III : Với [ ] =25 Mpa T3=1192200... HO1 = 30.215 2, 4 = 11,884.10 6 N HO 2 = 30.200 2, 4 = 9,991.10 6 N FO = 4.10 6 (đối với thép 45) - N HE , N FE : Số chu kì thay đổi về ứng suất tơng đơng N HE = N FE = 60.c.n.t Với: - c,n,t: Lần lợt là, số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng quay trong một phút,và tổng số giờ làm việc của cặp bánh răng đang xét Với thời hạn sử dụng của bộ truyền 6năm 1 1 N HE1 = N FE1 = 60.1.970.6.365 .24 = 2,... lấy chiều sâu ngâm dầu băng 1/4 bán kính bánh răng X4max = da 4 1 da 4 ( ) = 92, 7 2 4 2 (mm) +Mức dầu chung cho toàn hộp xmin = min(x2min , x4min) = x2min = 105 (mm) xmax = max(x2max , x4max) = x2max = 95,8 (mm) x = xmin - xmax = 105-95,8 = 9,2 mm Thỏa mãn điều kiện bôi trơn 35 PHN III: THIT K TRC 1 Tớnh s b ng kớnh trc 1.1 Chn vt liu Chn vt liu ch to cỏc trc l thộp 45 cú cỏc thụng s sau: b = 600... (h.2) 1' 2' aw1 aw2 4 3 I l1 III II 1 2 l2 Sơ đồ kiểm tra điều kiện trạm trục 2 Kiểm tra bôi trơn Sơ đồ kiểm tra bôi trơn 04 02 X4max X4min X2min X2max 01 Với vận tốc V2 = 1,44 ; V4 = 1,355: dùng phơng pháp bôi trơn ngâm dầu Gọi x là khoảng cách từ các mức dầu đến tâm trục + Mức dầu tối thiểu của bánh số 2 là : x2min = da2 /2 h2min - h2min Chiều sâu ngâm dầu tối thiểu h2min 10 (mm) h2min = (0,75ữ2)h... Hệ số kể đến ảnh hởng của kích thớc bánh răng đến độ bền tiếp xúc +ZR: Hệ số xét đến ảnh hởng độ nhám mặt lợn chân răng 12 + ZV: Hệ số xét đến ảnh hởng của vận tốc vòng Chọn sơ bộ: KXH.ZR.Zv = 1 + KXF: Hệ số kể dến ảnh hởng của kích thớc bánh răng đến độ bền uốn + YR: Hệ số xét đến ảnh hởng độ nhám mặt lợn chân răng + YS: Hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất Chọn sơ bộ: KXF.YR.YS . đổi,chọn công suất danh nghĩa là công suất lớn nhất trong đó : - Công suất danh nghĩa trên trục động cơ tính theo công thức: 8,48( w) dc dc lc P P k= = (1.16) - Công suất danh nghĩa trên các. trên trục động cơ. dc lc P - Công suất làm việc danh nghĩa trên trục động cơ. dc dc lv lc P P η ∑ = (kW) (1.3) Với: dc lc P - Công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác. η ∑ - Hiệu suất. (kw) (1.10) Với: T k : - Momen khởi động của động cơ. T dn : - Momen danh nghĩa của động cơ. dc bd P - Công suất cản ban đầu trên trục động cơ (kw). 1,6 8,48 13,6 dc dc bd bd lv p p K = × =