HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG VẬT NẶNG,bánh răng nghiêng, hộp giảm tốc đồng trục, khai triển, thuyết minh hộp giảm tốc, trục vít bánh vít

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

                                              

ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ                       

                                  tphcm  2012

 

MỤC LỤC

Mục lục

Phần 1          Giới thiệu sơ lược đồ án

Phần 2          Kế hoạch thực hiện

Phần 3          Tính toán thiết kế

  Chương 1   Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

  Chương 2   Thiết kế bộ truyền đai

  Chương 3   Thiết kế hộp giảm tốc

   A.  Thiết kế bộ truyền bánh răng

   B.  Thiết kế bộ truyền trục vít

  Chương 4   Thiết kế trục-then

  Chương 5   Chọn ổ lăn

  Chương 6   Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết phụ

  Chương 7   Dung sai lắp ghép

Tài liệu tham khảo

 

 

 

 

 

PHẦN 1          GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC ĐỒ ÁN

I.  Mục đích, nhiệm vụ đồ án, yêu cầu kỹ thuật :

1. Mục đích , nhiệm vụ đồ án :

Tính toán hệ thống truyền động nâng vật nặng khi đã biết trước yêu cầu tải trọng và điều kiện làm việc.

T a tìm kiếm các phương án khác nhau cho hệ thống truyền động cơ khí phù hợp và thuận lợi với điều kiện làm việc.Chọn một phương án tối ưu nhất rồi tính toán , lựa chọn cụ thể kích thước,vật liệu của từng chi tiết , cơ cấu trong hệ thống dẫn động .

2.  Yêu cầu kỹ thuật :

Hệ thống gồm :

• Động cơ điện ba pha không đồng bộ 
• Hệ thống truyền động cơ khí
• Tang trống

Số liệu ban đầu:

-Lực vòng trên tang trống: F=5500N                                                      -t₁          = 36 s         

-Vận tốc tang trống           : v=0,35m/s                                             -t₂           = 49 s     

-Đường kính tang trống    : D=500mm                                                       -T₁             =T

-Thời gian phục vụ                 : L= 8 năm                                               -T₂            =0,7 T                   

-Quay một chiều,làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (một năm làm việc 300 ngày, một ca làm việc 8 giờ).

Sơ đồ tải trọng:

II.Chọn phương án truyền động:

Có nhiều phương án truyền động cho hệ thống nâng vật nặng :

• Bộ truyền trong + bộ truyền ngoài
• Chỉ bộ truyền trong (hộp giảm tốc )
• Chỉ bộ truyền ngoài ( bộ truyền đai , bộ truyền xích )
• Bộ truyền ngoài  + bộ truyền trong

Phương án cho hợp giảm tốc là: (theo loại răng)-răng trụ

                                                                               -răng côn

                                                                               -trục vít-bánh vít   

                                                         (cấp)            -1 cấp

                                                                              -2 cấp trở lên

    Nếu chỉ sử dụng bộ truyền trong, ưu điểm là tránh được các tác động bên ngoài (bụi bậm, không khí ẩm) nhưng không khả thi vì tỉ số truyền lớn cần lớn nên kích thước hộp giảm tốc lớn và nặng nề.

Nếu chỉ sử dụng bộ tuyền ngoài, ta cần kết hợp nhiều bộ truyền với nhau, kết cấu hoàn toàn đơn giản nhưng không thiết thực vì hệ thống chiếm không gian lớn.

Vậy ta kết hợp 2 bộ truyền :bộ truyền trong và bộ truyền ngoài

Ta sử dụng bộ truyền ngoài trước, bộ truyền trong sau.Tức là bộ truyền ngoài gắn trực tiếp với động cơ,chịu tác động trực tiếp từ động cơ.Điều này có lợi vì dễ dàng bảo trì, sửa chữa hoặc thay thế bộ truyền ngoài khi hư hỏng.

Ở bộ truyền ngoài ta chọn bộ truyền đai vì bộ truyền đai có thể chịu được quá tải.Hơn nữa tang trống phải chịu tải trọng thay đổi nên dùng bộ truyền đai an toàn hơn.(Khi gặp sự cố đai có thể bị trượt nên không ảnh hưởng đến động cơ, ở phương án truyền động xích không có đặc tính này)

Vậy ta chọn phương án bộ truyền đai+hộp giảm tốc.

Do trục động cơ và trục tang trống cần thiết kế chéo nhau nên ta dùng hộp giảm tốc trục vít-bánh vít.

Tỉ số truyền cần lớn nên ta dùng hộp giảm tốc hai cấp bánh răng-trục vít bánh vít.Hộp giảm tốc này có ưu điểm nhỏ gọn, làm việc êm, vận tốc trượt nhỏ, đồng thời có thể dùng đồng thanh thiếc giá rẻ để chế tạo bánh vít (lợi thế hơn so với hộp giảm tốc trục vít-bánh răng).

Vậy ta thống nhất chọn phương án:bộ truyền đai+hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ-trục vít bánh vít.

Sơ đồ phương án:

HẦN 2       KẾ HOẠCH THỰC HIỆ

Tuần

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Mục đích, nhiệmvụ đồ án Lên kế hoạch thực hiện

x

Chọn phương án

x

Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

x

Thiết kế bộ truyền đai

x

Thiết kế bánh răng, trục vít bánh vít hộp giảm tốc

x

Thiết kế trục-then ổ lăn và vỏ hộp

x

Bản vẽ lắp

x

x

x

x

Bản vẽ chi tiết

x

x

Viết thuyết minh Hoàn thiện đồ án

x

x

 

X: thời gian thực hiện(tuần)

 

PHẦN  3         TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

CHƯƠNG 1  CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

I. Chọn động cơ :

1. Công suất làm việc :

P_t=P_tđ=P_lv= =1,618 kW

2. Công suất cần thiết của động cơ :

P_ct = P_t/h      (kW)   

Với h là hiệu suất của bộ truyền :.

h = h_kn.h_đ.h_br.h_tv.h³_ol

 h_kn = 1        :  Hiệu suất khớp nối .

 h_đ  =  0,96  :  Hiệu suất bộ truyền đai .

 h_br  = 0,97   :  Hiệu suất hai cặp bánh răng

 h_tv  =  0,75   : Hiệu suất trục vít bánh vít (không tự hãm)

 h_ol  = 0,99    :  Hiệu suất một cặp ổ lăn (3 cặp).

Þh =  1.0,96.0,97.0,75.0,99³ =  0,678

 P_ct = 1,618/0,678 = 2,39 kW

Số vòng quay tang trống  : n_tg = =13,4 (vòng/phút)

 Chọn số vòng quay sơ bộ của động cơ là :n_sb=n_tgu_t=u_hu_đ

Chọn u_h = 70 là tỉ số truyền của hộp giảm tốc.Tỉ số truyền bộ truyền đai : u_đ =3 (Bảng 2.4/ trang 21 TTTKHDDCK)

-> n_sb=13,4.70.3=2814 vòng/phút

Chọn số vòng quay đồng bộ n_đb=3000vòng/phút ~ n_sb

Động cơ cần chọn phải có số vòng quay và công suất thỏa :

 P_đc   P_ct  ; n_đc~ n_sb

Tra bảng P1.2 ta chọn được động cơ DK 4-2 có

P_đc = 2,8 kW             n_đc = 2880 vòng/phút               2p=2

II.Phân phối tỉ số truyền :

1. Tỉ số truyền của toàn hệ thống  :

          u_t = n_đc/n_tg=2880/13,4=214,93

Với u_h=70  ->u_đ=214,93/70=3,07   chọn u_đ=3,15 (theo tiêu chuẩn)

->u_h=68,23

Ta có:  2u₁²(u₁+1)- =0

u₁: tỉ số truyền bộ truyền bánh răng thẳng

c₂=1,5..1,8 =1,6                    c=c₂ =0,8..1,2 =0,9(bánh răng thẳng)

 =0,75 : hiệu suất bộ truyền trục vít

u_h=68,23

          => 2u₁²(u₁+1)-0,93.0,75.68,23 =0

->u₁=2,36

->u₂=u_h/u₁ =28,9  chọn  u₂ =29 (số nguyên)     ->u₁ =2,35

2. Công suất moment và số vòng quay trên các trục I,II,III:

P₁=P_cth_đ h_ol                        n₁=n_đc/u_đ                  T₁=9,55.106P₁/n₁

P₂=P₁h_brh_ol                                       n₂=n₁/u₁                    T₂=9,55.106P₂/n₂

P₃=P₂h_tvh_ol                         n₃=n₂/u₂                   T₃=9,55.106P₃/n₃

Tính toán theo P_ct=2,39kW ta được bảng sau:

Thông số	Động cơ		Trục I		Trục II		Trục III
Công suất P (kW)	2,39		2,27		2,18		1,62
Tỉ số truyền ui		3,15		2,35		29
Số vòng quay n (vòng/phút)	2880		914,3		389,1		13,4
Moment xoắn T (Nmm)	7925		23710		53506		1154552

      Ta có hệ số quá tải của hệ thống:

K_qt=T_max/T=P_max/P_lv=(5500.0,35/1000)/1,62=1,19

CHƯƠNG  2     THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

I. Chọn đai :

Bộ truyền đai có nhiều phương án lựa chọn:-đai dẹt

                                                                                                                        -đai thang

                                                                                                                        -đai nhiều chêm

                                                                                                                        -đai răng

Do yêu cầu thiết kế bộ truyền đai không cần đặc biệt về tỉ số truyền cũng như công suất (đai nhiều chêm và đai răng thiết kế cho bộ truyền có tỉ số truyền lớn u>15 và u>12) nên ta chọn phương án bộ truyền đai dẹt hoặc đai thang.

Tuy nhiên ta sẽ chọn phương án đai thang để đảm bảo khả năng tải và khả năng ít trượt của đai.Đai thang cũng được sử dụng phổ biến trên thị trường.

II. Xác định các thông số bộ truyền:

Theo bảng 4.13 và hình 4.1 chọn d₁=100..200mm.Tham khảo dãy số tiêu chuẩn ta chọn d₁=140mm.Nếu tăng đường kính sẽ tăng tuổi thọ đai nhưng không đảm bảo yêu cầu nhỏ gọn.

Vậy ta chọn loại đai hình thang thường kí hiệu A có d₁=140mm, chiều dài giới hạn l=560..4000mm

1. Vận tốc đai:

v_đ= =13,57m/s

Kiểm tra thấy v_đ<25m/s nên sử dụng đai thang thường là hợp lý (không cần sử dụng đai thang hẹp).

2. Đường kính của bánh đai lớn:

d₂=d₁u_đ/(1-  )=140.3,15/(1-0,01)=445,5 mm

 =0,01..0,02:vì hệ số trượt nhỏ nên chọn=0,01

Theo bảng 4.21 chọn d₂=450mm

Kiểm tra lại tỉ số truyền thực tế:

u_đthựctế    =(1+ )d₂/d₁=3,25

Sai lệch so với tính toán là:

%=(3,25-3,15)/3,25=3% nằm trong khoảng cho phép là 3..4%

3. Chọn sơ bộ khoảng cách trục a :

Trị số a thỏa mãn điều kiện: 0,55(d₁+d₂)+h≤a≤2(d₁+d₂)

Với h tra bảng 4.13 cho h=8mm    => a=332,5..1180mm

Dựa bảng 4.14 =>a/d₂~0,98 =>a_sơbộ~0,98.450=441 mm

4. Tính chiều dài đai l :

l=2a+(d₁+d₂)+(d₂-d₁)²/4a=1863,3 mm                   

Theo bảng 4.13 phù hợp với chiều dài giới hạn 560..4000 mm và dựa vào trị số tiêu chuẩn chọn l=2000 mm

5. Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ:

i=v_đ/l=21,1.1000/2000=10,6 (>i_max=10).    Chọn l=2240 mm

6. Tính chính xác lại khoảng cách trục a:

a==637,8 mm

với =l-(d₁+d₂)=1313,2                         =(d₂-d₁)/2=155     

7.  Tính góc ôm :

    =180⁰-(d₂-d₁)57⁰/a=152,3⁰         (   Thỏa điều kiện 120⁰ )

8.  Xác định số đai z cần thiết :

z=P₁K_đ/([P₀]CC_lC_uC_z)

P₁=2,39kW:Công suất trên trục bánh đai chủ động=Công suất động cơ

[P₀]:Công suất cho phép theo thực nghiệm.Tra bảng 4.19 cho [P₀]=3,5kW

K_đ=1,25+0.1=1,35:hệ số tải trọng động (tra bảng  4.7 cho động cơ nhóm II làm việc 2 ca)

C=1-0,0025(180⁰-)=0,9308:hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm

C_l: hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai.Tra bảng 4.16 với l₀=1700,l/l₀=2240/1700=1,32=>C_l=1,06

C_u: hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền.Tra bảng 4.17 với u=3,15>3   => C_u=1,14

C_z: hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai.Tra bảng 4.18 với zz’=P₁/[P₀]=2,39/3,5=0,68.Chọn sơ bộ z=1 =>C_z=1

Số đai z:  z==0,8   =>Vậy số đai z=1                                  

III. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai:

1. Chiều rộng bánh đai: B=(z-1)t +2e

Tra bảng 4.21 :t=15,e=10 =>B=20 mm

 Đường kính ngoài cùng của bánh đai:

    Bánh dẫn: d_a1=d₁+2h₀ =146,6 mm                               

    Bánh bị dẫn: d_a2=d₂+2h₀=456,6 mm                      

2. Lực căng trên 1 đai:   F₀=780P₁K_đ/(vCz) +F_v

F_v:lực căng do lực li tâm gây ra,do không tự động điều chỉnh lực căng nên:F_v=q_mv_đ²=0,105.21,1²=46,8   (q_m tra bảng 4.22)

Vậy F₀=+46,8 =174,9N

3. Lực tác dụng lên trục:

 F_r=2F₀zsin =339,6N     

Vậy :   d₁=140                                                 z=1

            d₂=450                                                     B=20

            a=637,8mm                                     =152,3⁰   

CHƯƠNG  3      THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC

A.   THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

I. Chọn vật liệu cho các bánh răng:

Chọn vật liệu thép nhóm I có HB<350, bánh răng thường hoá hoặc tôi cải thiện do không cần đòi hỏi độ rắn cao và công  suất chỉ cần trung bình.Nhờ vậy ta có thể giảm được yêu cầu gia công vì nhóm thép I có thể cắt răng chính xác và bánh răng có khả năng chạy mòn khi làm việc.

Dựa bảng 6.1 ta chọn thép 45 tôi cải thiện HB=241..285.Thép này cũng phổ biến trên thị trường.Chọn sơ bộ HB=270 cho cả hai bánh răng để dễ dàng trong thiết kế và chế tạo.

II. Ứng suất cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép lần lượt:

[_H]= ⁰_HlimZ_RZ_VK_xHK_HL/S_H

[_F]= ⁰_FlimY_RY_SK_xFK_FCK_FL/S_F

Z_R:hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc

Z_V:hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

K_xH:hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

Lấy sơ bộ Z_RZ_VK_xH=1

Y_R:hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng

Y_S:hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất

K_xF:hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn

Lấy sơ bộ:Y_RY_SK_xF=1

⁰_Hlim, ⁰_Flim:lần lượt ứng suất tiếp xúc và uốn cho phép ứng với chu kì cơ sở

S_H, S_F  : hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn .Tra bảng 6.2 cho thép 45 tôi cải thiện :

⁰_Hlim=2HB+70=2.270+70=610                   ⁰_Flim=1,8HB=486

S_H=1,1                     S_F=1.75

K_{FC :} hệ số xét ảnh hưởng đặt tải,  K _FC = 1(đặt tải một phía)

K_HL, K_FL : hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng thời gian phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền:

K_HL=                                                     K_FL= 

 m_H, m_F : bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn

                   m_H= 6,      m_F=6 (HB< 350)

N_HO :số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

               N_FO= 30H_HB^2,4= 30. 270^2,4=2.10⁷

N_FO: số chu kì thay đổi ứng  suất cơ sở khi thử về uốn, N_FO=4.10⁶

N_HE, N_FE: số chu kì thay đổi ứng suất tương đương

 Tải trọng thay đổi nhiều bậc nên:

N_HE=60c (T_i/T_max)³n_it_i

N_FE=60c (T_i/T_max)^mFn_it_i

  T_i ,n_i, t_i , c: momen xoắn ,số vòng quay,tổng số giờ làm việc ở chế độ i, số lần ăn khớp trong một vòng quay.

c=1             

n=914,3 vòng/phút(số vòng quay trục 1 ,dùng chung cho các ni) t₁= L_h=0,424L_h                   t₂= L_h=0,576L_h    

 với L_h=2.8.300.8=38400 giơ :thời hạn sử dụng  

................................

CHƯƠNG 7          DUNG SAI LẮP GHÉP

Căn cứ vào yêu cầu làm việc của từng chi tiết trong hộp giảm tốc, ta chọn các kiểu lắp ghép sau :

1. Dung sai ổ lăn :

 Vòng trong chịu tải tuần hoàn, lắp ghép theo hệ thống trục để vòng ổ không trượt trên bề mặt trục khi làm việc. Do đó phải chọn mối lắp k6, lắp trung gian có độ dôi .

Vòng ngoài lắp theo hệ thống lỗ, vì vòng ngoài không quay nên chịu tải cục bộ. Để ổ có thể di chuyển dọc trục khi nhiệt độ tăng trong quá trình làm việc, vì vậy ta chọn kiểu lắp trung gian H7 .

2. Lắp ghép bánh răng lên trục :

    Chịu tải vừa, có thay đổi, va đập nhẹ, chọn kiểu lắp ghép là H7/k6.

3. Lắp ghép nắp, ổ và thân hộp :

    Chọn kiểu lắp lỏng H7/e8 để dễ dàng tháo lắp và điều chỉnh .

4. Lắp ghép vòng chắn dầu lên trục :

    Để dễ dàng tháo lắp ta chọn kiểu lắp trung gian H7/Js6 .

5. Lắp chốt định vị :

    Chọn kiểu lắp chặt H7/r6 .

6. Lắp ghép then :

• Theo chiều rộng chọn kiểu lắp trên trục là P9/h9.
• Theo chiều cao, sai lệch giới hạn kích thước then là h11.
• Theo chiều dài sai lệch giới hạn kích thước then là h14.

7. Bảng dung sai:

Chi tiết	Mối lắp	es (mm)		ei (mm)			ES (mm)		EI (mm)
BÁNH RĂNG-BÁNH VÍT
Bánh răng I	H7/k6	+15		+2		+21				0
Bánh răng II	H7/k6	+15		+2		+21				0
Bánh vít	H7/n6	+39		+20		+30				0
Ổ BI ĐỠ MỘT DÃY (THEO GOST 8338-75)
Vòng trong I	k6	+15	+2
Vòng trong II	k6	+15	+2
Vòng ngoài I	H7				+30			0
Vòng ngoài II	H7				+35			0
BÁNH ĐAI
Bánh đai	H7/k6	+12	+1		+18			0
THEN BẰNG
Then I  (bánh đai)	P9/h9	0	-30		-12			-42
Then I (bánh răng)	P9/h9	0	-36		-15			-51
Then II (bánh răng)	P9/h9	0	-36		-15			-51
Then III  (bánh vít)	P9/h9	0	-52		-22			-74
Then III (khớp nối)	P9/h9	0	-43		-18			-61

Tài liệu tham khảo:

-Cơ sở thiết kế máy-Nguyễn Thanh Nam-ĐH Bách Khoa TPHCM.

-Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí(tập 1,tập 2)-Trịnh Chất-Lê Văn Uyển-NXB Giáo Dục 2000

-Vẽ kĩ thuật cơ khí (tập 1,tập 2)-Trần Hữu Quế-Đặng Văn Cứ-Nguyễn Văn Tuấn-NXB Giáo Dục.

-Cơ sở thiết kế máy-Nguyễn Hữu Lộc(phần 1,phần 2)-NXB ĐHQGTPHCM.

-Dung sai và lắp ghép-Ninh Đức Tốn-NXB Giáo Dục.