TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY _ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD : Nguyễn Tuấn Kiệt SVTH : Phạm Ngọc Hân – 20100783 Thái Nguyễn Nhật Điền – 20100602 Chương 1: Nhiệm vụ đồ án – Yêu cầu kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh – Tháng 12 / 2004 -2- Mục lục Mục lục Nhiệm vụ đồ án, yêu cầu kỹ thuật .3 Kế hoạch thực Lựa chọn phương án thiết kế .5 Chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 1) 11 5.1 Tính tốn truyền xích 11 5.2 Tính tốn truyền bánh 14 5.3 Tính tốn trục – then – khớp nối 24 5.4 Tính toán ổ 36 5.5 Tính tốn vỏ hộp .40 5.6 Dung sai lắp ghép .41 Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2) 43 6.1 Tính tốn truyền xích 43 6.2 Tính tốn truyền bánh 45 6.3 Tính tốn trục – then – khớp nối 55 6.4 Tính tốn ổ 64 6.5 Tính tốn vỏ hộp .67 6.6 Dung sai lắp ghép .68 Các chi tiết phụ 70 Tài liệu tham khảo 72 -3- Chương 1: Nhiệm vụ đồ án – Yêu cầu kỹ thuật Chương 1: Nhiệm Vụ Đồ Án – Yêu Cầu Kỹ Thuật 1.1 Nhiệm vụ đồ án Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động khí cho băng tải vận chuyển đá 1.2 Yêu cầu kỹ thuật Lực vòng tang Ft = 3000 N Vận tốc băng tải v = 1,2 m/s Đường kính tang D = 500 mm Thời gian sử dụng a = 10 năm Hộp giảm tốc cấp khai triển Xích ống lăn Sơ đồ chịu tải -4- Chương 2: Kế hoạch thực Chương 2: Kế Hoạch Thực Hiện Tuần Thành lập nhóm thiết kế Phân tích nhiệm vụ, yêu cầu kỹ thuật Lập kế hoạch thực Lựa chọn phương án thiết kế Chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền Tính tốn thiết kế chi tiết Vẽ vẽ lắp hộp giảm tốc Vẽ vẽ chi tiết Bảo vệ -5- 10 11 12 13 14 15 Chương 3: Lựa chọn phương án thiết kế Chương 3: Lựa Chọn Phương Án Thiết Kế Tham khảo thiết kế hệ thống truyền động liên quan, ta đưa phương án thiết kế sau Phương án 1: hộp giảm tốc cấp khai triển truyền xích Phương án 2: hộp giảm tốc cấp khai triển truyền đai Phương án 3: hộp giảm tốc cấp đồng trục truyền xích -6- Chương 3: Lựa chọn phương án thiết kế Phương án 4: hộp giảm tốc cấp đồng trục truyền đai Phương án 5: hộp giảm tốc cấp phân đơi truyền xích -7- Chương 3: Lựa chọn phương án thiết kế Phương án 6: hộp giảm tốc cấp phân đôi truyền đai Nhận xét o Bộ truyền đai có vận tốc quay nhanh, tỷ số truyền không cố định tượng trượt đai bánh đai o Bộ truyền xích có vận tốc quay chậm, đảm bảo tỷ số truyền, có khả tải cao -8- Chương 3: Lựa chọn phương án thiết kế o Hộp giảm tốc cấp khai triển có kết cấu đơn giản, bánh bố trí khơng đối xứng gây phân bố khơng tải trọng o Hộp giảm tốc cấp đồng trục có kích thước, khối lượng nhỏ kết cấu phức tạp, khó bơi trơn, lắp ráp, gối đỡ lớn o Hộp giảm tốc cấp phân đơi có tải phân bố đều, bánh ổ bố trí đối xứng làm giảm tập trrung moment xoắn làm tăng số lượng chi tiết, kết cấu phức tạp chiều rộng hộp tăng Kết luận: Ta định chọn sơ đồ hộp giảm tốc cấp khai triển kết hợp với truyền xích truyền khơng phải chịu tải q lớn, kết cấu đơn giản đồng thời phương án sử dụng nhiều thực tế -9- Chương 4: Chọn động – Phân phối tỷ số truyền Chương 4: Chọn Động Cơ – Phân Phối Tỷ Số Truyền 4.1 Tính tốn chọn động Cơng suất làm việc động Plv = Ft v = 3,6 kw 1000 Hiệu suất động truyền sau ηxích = 0,9 ηbr = 0,96 ηổ lăn = 0,99 ηkhớp nối = Suy Ση = 0,805 Công suất cần thiết động Pct = Plv = 4,472 kw ∑h Chọn sơ số vòng quay động cơ: n0 = 1400 rpm Chọn động thỏa điều kiện: Pđcơ ≥ Pct, nđcơ ≥ n0 Chọn động K132M4 có P = 5,5 kw, nđcơ = 1445 rpm 4.2 Phân phối tỷ số truyền Số vòng quay tang: ntan g = 60000v = 45,836 rpm πD Tỷ số truyền toàn hệ thống u= ndc = 31,525 ntang Chọn tỉ số truyền tồn hệ thống u = 30 Ta có phương án phân phối tỷ số truyền o Phương án  Chọn tỉ số truyền bên hộp giảm tốc ix = 2,14 - 10 - Chương 6: Tính toán thiết kế chi tiết (phương án 2) Fa22.d22/2 + Fr22.l22 + Fy21.l21 = Fr23.l23  280.202,869/2 + 492.53 + Fy21.166 = 1052.110,5  Fy21 = 372 N Fy20.l21 + Fr22.(l2–l22) = Fa22.d22/2 + Fr23(l21-l23)  Fy20.166 + 492.113 = 280.202,869/2 + 1052.55,5  Fy20 = 188 N Fx20.l21 = F22.(l21-l22) + Ft23.(l21-l23)  Fx20 = 1205,35 N Fx21.l21 = Fr22.l22 +Ft23.l23  Fx22 = 1100,65 N Biểu đồ moment - 61 - Chương 6: Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2) Tại mặt cắt 22 M tđ 22 = M + 0, 75 T22 = 124352 Nmm d 22 = M tđ 22 = 27, 025 mm 0.1.[σ b ] Chọn d22 = 30mm Tại mặt cắt 23 M td 23 = M + 0, 75T22 = 123291 Nmm d 23 ≥ M tđ 23 = 26,948 mm 0.1 [ σ b ] Chọn d23 = 30 mm C Trục Fr33.l3 + Fr32.l32 = Fy31.l31  2922.241 + 1052.110,5 = Fy31.166  Fy31 = 4942,5 N Fy30.166 + 1052.55,5 = 2922.75  Fy30 = 968,5 N Fx30.l31 = Ft32.(l31-l32)  Fx30= 966 N - 62 - Chương 6: Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2) Fx31.l31 = Ft32.l32  Fx31 = 1923 N Biểu đồ moment Tại mặt cắt 32 M tđ 32 = M + 0, 75 T32 = 316172 Nmm d32 = M tđ 32 = 39,8 mm 0.1.[σ b ] Chọn d32 = 40 mm Tại mặt cắt 31 M tđ 31 = M + 0.75T32 = 353763 Nmm d31 ≥ M tđ 31 = 41,36 mm 0.1 [ σ b ] Chọn d31 = 45 mm Tại mặt cắt 33 - 63 - Chương 6: Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2) M tđ 33 = M + 0.75T32 = 277701 Nmm d33 = M td 33 = 38,15 mm 0.1[ σ b ] Chọn d33 = 40 mm 6.3.3 Kiểm nghiệm trục Vật liệu chế tạo trục thép C45 có σb = 600 MPa σ-1 = 0,436σb = 261,6 MPa τ-1 = 0,58 σ-1 = 151,728 MPa Chọn ψσ = 0,05 ; ψτ = Các trục hộp giảm tốc quay ứng suất thay đổi theo chu kì đối xứng nên σmj = ; σ aj = σ max j = τ mj = τ aj = Wj = Wσj = Trụ c Mj Wj τ max j = Tj 2Wσj πd j 32 πd j 16 Mặt cắt d(mm) d12 d13 d22 d23 d32 d33 24 18 30 30 40 40 Mj Mtđ (i) Tj Wj Wσj σ aj = 61087 25584 124352 123291 316172 277701 29542 29542 121338 121338 320662 320662 1357.167 572.555 2650.717 2650.717 6283.180 6283.180 2714.334 1145.110 5301.433 5301.433 12566.360 12566.360 45.011 44.684 46.913 46.512 50.320 44.198 6.3.4 Kiểm nghiệm then a Kiểm nghiệm độ bền mỏi - 64 - Wj τ aj = T 2Wσj 5.442 12.899 11.444 11.444 12.759 12.759 Chương 6: Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2) Chọn kiểu lắp P9/h9 Bánh răng, bánh xích, nối trục lắp theo k6 hết hợp với then Ta có: Kσ Kσdj = εσ + Kx −1 Ky Kτ Kτdj = ετ + K x − Ky Kx = 1,06 : tiện có Ra = 2,5-0,63 Ky = : không dùng phương pháp tăng bền bề mặt Kσ= 1,76 : tra bảng 10.12[I] Kτ = 1,54 : tra bảng 10.12[I] sσj = σ −1 Kσdj σ aj + ψ σ σ mj sτj = τ −1 Kτdj τ aj + ψ τ τ mj σ-1 = 261,6 MPa τ-1 = 151,728 MPa ψσ = 0,05 ψτ = Mặt cắt d(mm) d13 d12 d13 d22 d23 d32 d33 18 24 18 30 30 40 40 Tỉ sốKσ/εσ Then Lắp căng 1.89 2.06 1.96 2.06 1.91 2.06 2.00 2.06 2.00 2.06 2.07 2.06 2.07 2.06 Tỉ sốKτ/ετ Then Lắp căng 1.730 1.640 1.812 1.640 1.730 1.640 1.901 1.640 1.901 1.640 1.974 1.640 1.974 1.640 Kσd 2.120 2.120 2.120 2.120 2.120 2.131 2.131 Ta có s> [s] = 1,5  Thoả điều kiện bền mỏi b Kiểm nghiệm độ bền dập, bền cắt σd = 2T ≤ [σ d ] d lt (h − t1 ) τc = 2T ≤ [τc ] d lt b - 65 - 1.790 1.872 1.790 1.961 1.961 2.034 2.034 2.762 2.741 2.762 2.630 2.653 2.440 2.778 6.570 14.896 6.570 6.760 6.760 5.846 5.846 2.546 2.696 2.546 2.451 2.470 2.252 2.509 Chương 6: Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2) Trong lt = 1,35d Mặt cắt d12 d13 d22 d23 d32 d33 d(mm) 24 18 30 30 40 40 l(t) 32.4 24.3 40.5 40.5 54.0 54.0 b 10 10 12 12 h 8 8 t1 4.0 3.5 5.0 5.0 5.0 5.0 T 29542 29542 121338 121338 320662 320662 σd 25.328 54.032 66.578 66.578 98.970 98.970 Τc 9.498 22.513 19.973 19.973 24.742 24.742 Ứng với tải trọng va đập nhẹ có [σd] = 100 MPa > σd  Then thoả điều kiện bền dập Lại có [Τc] = 40-60 MPa > Τc  Thoả điều kiện bền cắt 6.3.5 Chọn khớp nối T1 = 29542,2 Nmm d13 = 18 mm Ứng với giá trị moment xoắn đường kính trục mặt cắt khớp nối, ta chọn nối trục vòng đàn hồi có thơng số sau T, Nm 31,5 Z D D 18 nmax 6500 dm 90 L 28 B d1 84 B1 l l1 40 D3 28 21 l l1 D0 32 63 l2 20 20 Các thông số vòng đàn hồi T,Nm 31,5 dc 10 D1 M8 D2 15 42 l2 20 l3 10 Kiểm mghiệm sức bền dập vòng đàn hồi σd = 2.k T ≤ [σ ]d Z D0 d c l3 Tra bảng 16.1[II], ta có: k = 1,2-1,5 ứng với băng tải Chọn k = 1,4 Z = 4; D0 = 63; dc = 10; l3 = 15 Chọn ứng suất dập cho phép vòng cao su: [σ]d = 2-4 MPa Ta có: σd = 2.k T 2.1, 29542, = = 2,188MPa ≤ [ σ ] d = − 4MPa Z D0 d c l3 63.10.15 - 66 - H 15 1,5 Chương 6: Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2)  Thoả điều kiện bền dập vòng đàn hồi Kiểm nghiệm sức bền chốt σu = k T l0 ≤ [σ ]u 0,1.d c3 D0 Z Với k = 1,4 ; dc = 10; D0 = 63; Z = 4; Ứng suất cho phép chốt: [σ]u = 60-80 MPa l0 = l1 + σu = l2 10 = 20 + = 25mm k T l0 1, 29542, 25 = = 41, 03MPa ≤ [ σ ] u = 60 − 80MPa 0,1.d c D0 Z 0,1.103 63  Thoả điều kiện sức bền chốt 6.4 Tính tốn ổ 6.4.1 Trục Fr10 = Fx2 + Fy210 = 853, 62 + 16 = 854 N 10 Fr11 = Fx2 + Fy211 = 400, 42 + 2262 = 460 N 11 Fa1 = 280 N Đường kính ngõng trục d = 20 mm Ta có Fa/Fr > 0,3  Dùng ổ bi đỡ chặn Dùng ổ 46204 có d = 20 mm; D = 52 mm C = 14 kN; C0 = 9,17 kN α = 26° Fa/Co = 0,03  e = 0,68 Fs10 = 0,83 e Fr0 = 0,83 0,68 854 = 482 N Fs11 = 0,83 e Fr01 = 0,83 0,68 460 = 260 N Bố trí ổ theo sơ đồ chữ O Fa10 = Fa12 + Fs1 = 540 N - 67 - Chương 6: Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2) Fa11 = Fs0 – Fa12 = 202 N < Fs11  Fa11 = Fs11 = 260 Vòng quay V = Fa/Fr < e  X = 1; Y = Chọn Kt = 1; Kd = 1,1 Ta có: Q10 = (XVFr0 + YFa0).Kt.Kd = 939,5 N Q11 = (XVFr1 + YFa0).Kt.Kd = 506 N  Tính theo Q10 Lh = 20000h  L = 60n1 Lh 60 1445 20000 = = 1734 10 10 Ổ bi có m = QE = 939,5 0, 7.13 + 0,3 0,83 = 891, 21 N Cd = QE m L = 891, 21 1734 = 10, 707 kN Ta có Cd< C  Thoả Kiểm tra tải tĩnh Ổ bi đỡ chặn: X0 = 0,5 ; Y0 = 0,37 Qt = X0.Fr10 + Y0.Fa = 627 N < C0  Thoả 6.4.2 Trục Fr 20 = Fx220 + Fy220 = 1205,352 + 1882 = 1220 N Fr 21 = Fx221 + Fy221 = 1100, 652 + 3722 = 1162 N Fa21 = 277N Đường kính ngõng trục d = 25mm Ta có Fa/Fr < 0,3  Dùng ổ bi đỡ Dùng ổ cỡ trung 305 có d = 25mm; D = 62mm C = 17,6KN ; C0 = 11,6 KN Fa/Co = 0,024  e = 0,22 Fa/Fr > e  X = 0,56; Y = 1,99 - 68 - Chương 6: Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2) Chọn Kd = 1,1; Kt =1 ; V =1 (vòng quay) Ta có Q20 = (XVFr0 + YFa0).Kt.Kd = 1364,5 N Lh = 20000h  L = 60n2 Lh 60.334,5.20000 = = 401, 106 106 Ổ bi có m = QE = 1364,5 0, 7.13 + 0,3 0,83 = 1294,3 N Cd = QE m L = 1294,3 401, = 9,55 kN Vì Cd 0,04 160 + 10 = 16 Bulông cạnh ổ d2 d2 = (0,7-0,8) d1 = 12 Bulơng ghép bích nắp thân d3 d3 = 10 Vít ghép nắp ổ d4 d4 = Vít ghép nắp cửa thăm d5 Mặt bích ghép nắp thân d5 = Chiều dày bích thân hộp S3 S3 = (1,4-1,8) d3 = 16 Chiều dày bích nắp hộp S4 S4 = (0,9-1) S3 = 14 Bề rộng bích nắp thân K3 K3 = K2 – (3-5) = 36  40 Kích thước gối trục Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ K2 Tâm lổ bulông cạnh ổ E2 K2 = E2 + R2 + (3-5) = 40 E2 = 1,6 d2 = 19,2 R2 = 1,3 d2 = 15,6 Mặt đế hộp Chiều dày khơng có phần lồi S1 Bề rộng mặt đế hộp K1 q S1 = (1,3-1,5) d1 = 22 K1 = d1 = 48 q ≥ K1 + δ = 64 Khe hở chi tiết: Bánh thành hộp Δ ≥ (1-1,2) δ = 10 Đỉnh bánh lớn đáy hộp Δ1 ≥ (3-5) δ = 30 Giữa mặt bên với Số lượng bulông Δ≥δ Z = (L+B)/(200…300) = 6.6 Dung sai lắp ghép Dung sai ổ lăn Vịng chịu tải tuần hồn, để vịng ổ khơng trượt bề mặt trục làm việc, ta chọn mối lắp k6, lắp trung gian có độ dơi - 71 - Chương 6: Tính tốn thiết kế chi tiết (phương án 2) Vịng ngồi khơng quay nên chịu tải cục Để ổ di chuyển dọc trục nhiệt độ tăng trình làm việc, chọn kiểu lắp H8 Lắp ghép bánh lên trục Chịu tải vừa, va đập nhẹ, chọn kiểu lắp H7/k6 Lắp ghép nắp, ổ thân hộp Để dễ dàng tháo lắp điều chỉnh , chọn kiểu lắp Lắp vòng chắn dầu trục Để tháo lắp dễ dàng, chọn kiểu lắp H7/j6 Lắp chốt định vị Chọn kiểu lắp H7/r6 Lắp ghép then Theo chiều rộng, chọn kiểu lắp trục P9/h9 Theo chiều cao, sai lệch giới hạn kích thước then h11 Theo chiều dài, sai lệch giới hạn kích thước then h14 Chi tiết Bánh Bánh Bánh Bánh V.trong ố trục Vtrong ổ trục Vtrong ổ trục Vtrong ổ trục Vngoài ổ trục Vngoài ổ trục Vngoài ổ trục Vngoài ổ trục Then KN Then BR1 Then BR2 Then BR3 Then BR4 Then b.xích Mối lắp H7/k6 H7/k6 H7/k6 H7/k6 H7/k6 H7/k6 H7/k6 H8/h7 H8/h7 H8/h7 H8/h7 P9/h9 P9/h9 P9/h9 P9/h9 P9/h9 P9/h9 d 24 30 30 40 20 25 30 45 47 52 62 100 10 10 12 12 es +15 +18 +18 +18 +15 +15 +15 +18 0 0 0 ei +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 -30 -36 -36 -36 -43 -43 - 72 - ES +21 +25 +25 +25 EI 0 0 +39 +46 +46 +54 +42 +15 +51 +51 +18 +18 0 0 -42 -15 -51 -51 -18 -18 Độ dôi max 15 18 18 18 15 15 15 18 Độ hở max 19 23 23 23 42 15 51 51 18 18 12 21 15 15 25 25 Chương 7: Các chi tiết phụ Chương 7: Các chi tiết phụ Vịng phớt: có tác dụng khơng cho dầu hay mỡ chảy ngồi hộp giảm tốc ngăn khơng cho bụi bên ngồi vào hộp giảm tốc Chọn vịng phớt có kích thước sau D 20 25 40 55 d1 21 26 41 56,5 d2 19 24 39 54 D 33 38 59 74 a 6 9 b 4,3 4,3 6,5 6,5 S0 9 12 12 Vòng chắn dầu: dùng ngăn cách mỡ phận ổ với dầu hộp Chốt định vị: có tác dụng định vị xác vị trí nắp thân hộp giảm tốc Ta dùng chốt định vị để xiết bulơng khơng làm biến dạng vịng ngồi ổ Chọn chốt định vị có kích thước sau: d C l 20-110 Nắp cửa thăm: có tác dụng để kiểm tra, quan sát chi tiết máy hộp giảm tốc lắp ghép đổ dầu vào hộp bố trí đỉnh hộp Ta chọn nắp có kích thước 150×100 mm - 73 - Chương 7: Các chi tiết phụ Nút thông hơi: có tác dụng làm giảm áp suất, điều hồ khơng khí bên bên ngồi hộp giảm tốc làm việc Nút thông lắp nắp cửa thăm Ta chọn nút thơng M27x2 có thông số sau: A B M27X2 12 C 30 D 15 E 45 G 36 H 32 I K L 10 M N 22 O P 32 Q 18 R 36 S 32 Nút tháo dầu: có tác dụng tháo dầu cũ, chứa hộp bị bẩn bụi hay hạt mài bị biến chất gây nên d M16x1,5 b 12 m f L 23 c Q 13,8 D 26 S 17 D0 19,6 Vít tách nắp: có tác dụng tách nắp thân hộp giảm tốc Ta chọn vít tách nắp M6 Que thăm dầu: dùng kiểm tra mức dầu hộp giảm tốc Ø6 Ø5 Ø18 Ø12 12 M12 30 - 74 - Tài liệu tham khảo Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động khí tập 1, NXB Giáo Dục, 2003 Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động khí tập 2, NXB Giáo Dục, 2003 Trần Hữu Quế - Đặng Văn Cứ - Nguyễn Văn Tuấn, Vẽ kỹ thuật khí tập 1, NXB Giáo Dục, 2002 Trần Hữu Quế - Đặng Văn Cứ - Nguyễn Văn Tuấn, Vẽ kỹ thuật khí tập 2, NXB Giáo Dục, 2002 Hoàng Xuân Nguyên, Dung sai lắp ghép đo lường kỹ thuật, NXB Giáo Dục, 1994 - 75 - ... 72 -3- Chương 1: Nhiệm vụ đồ án – Yêu cầu kỹ thuật Chương 1: Nhiệm Vụ Đồ Án – Yêu Cầu Kỹ Thuật 1.1 Nhiệm vụ đồ án Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động khí cho băng tải vận chuyển đá 1.2... Sơ đồ chịu tải -4- Chương 2: Kế hoạch thực Chương 2: Kế Hoạch Thực Hiện Tuần Thành lập nhóm thiết kế Phân tích nhiệm vụ, yêu cầu kỹ thuật Lập kế hoạch thực Lựa chọn phương án thiết kế Chọn động. .. Lựa Chọn Phương Án Thiết Kế Tham khảo thiết kế hệ thống truyền động liên quan, ta đưa phương án thiết kế sau Phương án 1: hộp giảm tốc cấp khai triển truyền xích Phương án 2: hộp giảm tốc cấp khai