Thiết Kế Sản Phẩm Với Cad Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang trên con đường Công Nghiệp Hoá - Hiện Đại Hoá theo định hướng XHCN trong đó ngành công nghiệp đang đóng một vai trò rất quan trọng. Các hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến và từng bước thay thế sức lao động của con người . Để tạo ra được và làm chủ những máy móc như thế đòi hỏi mỗi con người chúng ta phải tìm tòi nghiên cứu rất nhiều . Là những sinh viên khoa Cơ Khí trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên chúng em luôn thấy được tầm quan trọng của những kiến thức mà mình đã được học và tiếp thu từ các thầy, cô .
Việc thiết kế đồ án hoặc hoàn thành bài tập dài là một công việc rất quan trọng trong quá trình học tập bởi nó giúp cho người sinh viên hiểu sâu , hiểu kỹ và đúc kết được những kiến thức cơ bản của môn học . Môn học Thiết Kế Sản Phẩm Với Cad là một môn khoa học giúp sinh viên làm quen và thự hành các bước của một tiến trình tính toán ,thiết kế ,thiết kế lại với sự chợ giúp của máy tính dưa trên kiến thức môn Chi Tiết Máy ,đó là cơ sở nghiên cứu về phương pháp tính toán và thiết kế các chi tiết máy có công dụng chung từ đó giúp sinh viên có những kiến thức cơ bản về cấu tạo , nguyên lý hoạt động và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết máy làm cơ sở để vận dụng vào việc thiết kế máy , vì vậy Thiết kế đồ án môn học là công việc quan trọng và rất cần thiết .
Đề tài thiết kế của nhóm em được Thầy Nguyễn Hoàng Nghị và Thầy Nguyễn Quang Hưng giao cho với nội dung là thiết kế trạm dẫn động băng tải . Với những kiến thức đã học và sau một thời gian nghiên cứu cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô giáo, sự đóng góp, trao đổi xây dựng của các bạn nhóm em đã hoàn thành được đồ án này.
Song với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của nhóm chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy,cô trong bộ môn Kỹ Thuật Cơ Khí để đồ án của nhóm chúng em với nội dung được giao hoàn thiện hơn cũng như kiến thức về môn học này .
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ em
Thái Nguyên , Ngày 8 tháng 3 năm 2011
Nhóm Sinh Viên
MỤC LỤC
PHẦN I 8
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 8
. CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN.. 8
1. Chọn kiểu loại động cơ điện. 8
2.Chọn công suất động cơ. 8
3.Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ10
4.Chon động cơ. 11
5 . Kiểm tra điều kiện mở máy , điều kiện quá tải cho động cơ. 11
II . PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN.. 11
III . XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRÊN CÁC TRỤC.. 12
1 . Tính công suất danh nghĩa trên các trục. 12
2 . Tốc độ quay của các trục. 12
3 . Tính mômen xoắn. 13
Bảng 1.2:Số liệu tính toán cho hộp giảm tốc : 13
PHẦN II : 14
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG.. 14
Truyền động bánh răng dùng để truyền chuyển động giữa các trục thường kèm theo sự thay đổi về trị số và chiều của vận tốc hoặc momen.Trong quá trình làm việc bộ truyền bánh răng phải đáp ứng được độ bền cần thiết để đảm bảo làm việc tốt trong thời gian đã định.Nên phải thiết kế truyền động bánh răng qua các bước sau: 14
1 .Chọn vật liệu. 14
2 .Xác định ứng suất cho phép. 14
3 .Tính sơ bộ một kích thước cơ bản của truyền động bánh răng trên cơ sở đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyền rồi tiến hành kiểm nghiệm răng về ứng suất tiếp xúc,uốn ,và quá tải 14
4 .Xác định các kích thước hình học của bộ truyền. 14
I.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN: 14
● ,SF :hệ số an toàn. 15
Vì tính thiết kế sơ bộ lấy : 15
ZR.ZV.KxH=1. 15
YR.YS.KXF=1. 15
Vì tính chất tải trọng là không đổi , quay một chiều nên :KFC=1. 15
►Ta chọn công thức thu gọn như sau: 15
[ ]= .KHL 15
[ ]= .KFL 15
a.Xác định và ... 15
Tra bảng(6.2) [I].có: =2HB+70 (MPa) 15
(MPa) 15
Và SH=1,1 ; SF=1,75. 15
Chọn độ rắn bánh răng nhỏ HB1=260. 15
bánh răng lớn HB2=245. 15
→ứng xuất tiếp xúc cho phép và ứng xuất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở là: 15
=2.260+70=590(MPa) 15
+Bánh răng 1: [ ]= .KHL1= .1 =536,4 (MPa) 16
[ ]= .KFL1= .1 =267,4 (MPa). 16
+Bánh răng 2: : [ ]= .KHL2= .1 =509,09 (MPa) 16
II.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ CẤP CHẬM RĂNG NGHIÊNG. 25
1.Chọn vật liệu: 25
2.Tính ứng xuất cho phép: 25
3.Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng: 27
III.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN-TRẠM TRỤC.. 35
1.Kiểm tra điều kiện chạm trục: 35
2.Kiểm tra bôi trơn cho hôp giảm tốc: 36
3.Kiểm tra sai số vận tốc. 38
PHẦN III:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC. 39
I.Chọn vật liệu: 39
II.Tính thiết kế trục: 39
1.Xác định tải trọng tác dụng lên trục. 40
2.Tính sơ bộ đường kính trục. 40
3.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và cách đặt tải trọng. 40
4.Xác định đường kình và chiều dài các đoạn trục. 40
1.Xác định các tải trọng tác dụng trên trục. 40
2.Tính sơ bộ trục đường kính trục. 41
3.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và cách đặt tải trọng. 42
4.Xác định đường kình và chiều dài các đoạn trục. 45
PHẦN I
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ
I . CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Chọn động cơ điện để dẫn động máy hoặc các thiết bị là giai đoạn đầu tiên trong quá trình thiết kế hệ dẫn động cơ khí. Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc độ việc chọn đúng loại động cơ có ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn và thiết kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp .
Chọn động cơ bao gồm các buớc sau:
- Chọn kiểu loại động cơ
- Chọn công suất động cơ
- Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ
- Chọn động cơ sử dụng thực tế
- Kiểm tra điều kiện mở máy,quá tải động cơ
Nội dung cụ thể của các bước như sau:
- Chọn kiểu loại động cơ điện
Việc lựa chọn loại động cơ cho phù hợp để đảm bảo cho bộ truyền làm việc với hiệu suất cao nhất là điều rất quan trọng. Chúng ta cần chọn loại động cơ sao cho phù hợp nhất với hộp giảm tốc của chúng ta , phù hợp với điều kiện sản xuất , điều kiện kinh tế ...….
Dưới đây là 1 vài loại động cơ đang có mặt trên thị trường :
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 dình. 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 cosj 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 lồng sóc . 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 cosj 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 lồng sóc có ưu diểm 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 .
Từ những ưu cơ bản trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc với bộ truyền bánh răng côn trụ băng tải như trong đề tài được giao ta chọn Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc
2.Chọn công suất động cơ
Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ đảm bảo khi động cơ làm việc nhiệt độ sinh ra không quá mức cho phép. Muốn vậy điều kiện sau phải thoả mãn:
Pđcđm ≥ Pđcđt Theo (1.1).[I]
Trong đó : - Pđcđm : Công suất định mức trên trục động cơ (kw)
- Pđcđt : Công suất đẳng trị trên trục động cơ (kw)
Do tải trọng không đổi nên ta có: Pdcdt = Pctlv Theo (1.2).[I]
Pctlv : Giá trị công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác được xác định theo công thức sau:
Pctlv = Theo(1.7).[I]
Trong đó : Ft - lực vòng xích tải ( N ), Ft = 4500 N )
v - vận tốc băng tải (m/s) , v = 2,4 (m/s ) .
( KW )s
- Pđclv : Công suất làm việc danh nghĩa trên trục động cơ được xác định như sau:
Pđclv = Theo(1.4).[I]
: Hiệu suất chung của toàn hệ thống
Khi hệ thống là các bộ truyền mắc nối tiếp : động cơ - khớp nối – hộp giảm tốc–khớp nối – xích tải nên ta có hiệu suất chung của toàn hệ thống là:
hS = h2k. h4ol. hbrt . hbrc Theo(1.5).[II]
Với : hk - hiệu suất của khớp nối động
hbrt - hiệu suất của bộ Bộ truyền bánh răng trụ
hol -là hiệu suất của một cặp ổ lăn
Tra theo bảng 2.3 [I] và ta lựa chọn các giá trị trung bình để tính toán :
hk = 1 ; hol = 0,99 ; hbrc = 0,96 ; hbrt = 0,97
- Hiệu suất chung của toàn hệ thống: hS =
- Vậy công suất làm việc danh nghĩa trên trục động cơ
Pđclv =
Do tải trọng không đổi nên ta có : Pđcđt = Pđclv
Vậy ta phải chọn công suất động cơ định mức là : Pđcđm 12,067 (kw)
3.Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ
Động cơ có số vòng quay đồng bộ càng thấp thì kích thước trọng lượng giá thành của động cơ càng tăng ( vì số đôi cực từ lớn ) số vòng quay càng lớn thì kích thước trọng lượng giá thành động cơ giảm. Do đó nên chọn động cơ có số vòng quay đồng bộ lớn . Tuy nhiên dùng động cơ có số vòng quay cao thì 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 và trục ổ tăng lên.
Vì vậy cần kết hợp hai yếu tố trên, đồng thời căn cứ sơ đồ hệ thống dẫn động để chọn số vòng quay thích hợp. Theo tiêu chuẩn, có các số vòng quay 3000, 1500, 1000, 750, 600 và 500 ( v/ ph).
→chọn số vòng quay của nó để thỏa mãn đạt được tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống cho phù hợp:
Usb= Theo(1.11).[II]
Với nct - Số vòng quay của trục công tác
nđb - Số vòng quay đồng bộ
Ta lại có: nđb = (v/p) Theo(1.8).[II]
f : tần số của dòng điện xoay chiều f= 50 (Hz)
P : số cặp cực từ p = 4
nđb = (vòng / phút)
Với hệ dẫn động băng tải số vòng quay của trục máy công tác :
( vòng/phút)
Trong đó : v- vận tốc băng tải (m/s): v = 2,4 (m/s)
D- Đường kính tang: D = 650 (mm)
Ta có: ( vòng/phút)
Hộp giảm tốc bánh răng côn-trụ có tỉ số truyền nên dùng là :
Theo bảng 1.2[II]. Und= 8÷ 31,5
Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ là: nđb = 750 (v/ph)
Khi kể đến sự trượt 3% là ndb = 727,5 (v/ph).
Khi đó tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống được xác định
Usb = =
♦Nhận xét: 8 < Usb = 10,32 < 31,5. vận tốc đã chọn là phù hợp.
4.Chon động cơ
Căn cứ vào công suất đẳng trị đã tính tiến hành tra bảng chon động cơ có công suất định mức thoả mãn điều kiện : Pđcđm ≥ Pđcđt
Và có số vòng quay đồng bộ của động cơ là giá trị đã xác định được
nđb = 1455 v/ph , ta tra bảng P1.3 [I]
Bảng1.1: Thông số kỹ thuật của động cơ điện 4A180M8Y3
|
Ký hiệu |
Công suất P(kw) |
Vận tốc quay n(v/ph) |
h(%) |
cosj |
|
|
|
4A180M8Y3 |
15,0 |
730 |
87,5 |
0,82 |
1,2 |
2,0 |
5 . Kiểm tra điều kiện mở máy , điều kiện quá tải cho động cơ
a . Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ :
Khi khởi động , động cơ cần sinh ra một công suất mở máy đủ lớn thắng sức ỳ của hệ thống . Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ theo công thức:
Pđcmm ≥ Pđcbđ
Trong đó: + Pđcmm là công suất mở máy của động cơ (KW)
Pđcmm = .Pđcđm = (KW)
+ Pđcbđ là công suất cản ban đầu trên trục động cơ (KW)
Pđcbđ = Kbd. Pđclv = (KW)
Kbđ là hệ số cản ban đầu phụ thuộc vào sơ đồ tải trọng ; Kbđ = 1,4
Vậy Pđcmm ≥ Pđcbđ thoả mãn điều kiện mở máy .
Động cơ chọn là hợp lý.
b . Kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ :
Do tính chất của tải trọng không đổi và đã kiểm tra điều kiện mở máy nên ta không cần kiêm tra điều kiện quá tải.
II . PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
Sau khi chọn động cơ điện ta chọn tỉ số truyền chung của toàn bộ hệ thống theo công thức:
Trong đó :
(v/ph) : Số vòng quay của trục động cơ đã chọn.
(v/ph) :Số vòng quay của trục công tác
Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp :
: Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài hộp giảm tốc.
: Tỉ số truyền của hộp giảm tốc.
Với : ung = 1 do không sử dụng bộ truyền nào bên ngoài
Uh = Theo(1.14).[II]
Trong đó: + nđc là số vòng quay của động cơ : nđc =730 (v/ph)
+ nct là số vòng quay của trục công tác: nct = 70,52 (v/ph)
Þ Uh =
Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp có: Uh = U1 . U2 = 10,35
Với: + Uh tỉ số truyền hộp giảm tốc.
+ U1, U2 tỉ số truyền của bộ truyền cấp nhanh và cấp chậm trong hộp giảm tốc.
Víi HGT b¸nh r¨ng c«n - trô 2 cÊp, ®Ó nhËn ®îc chiÒu cao cña HGT nhá nhÊt cã thÓ tÝnh tØ sè truyÒn bé truyÒn b¸nh r¨ng cÊp nhanh u1 c«ng thøc sau [4]:
(1.24)
Trong ®ã: Kbe - hÖ sè chiÒu réng vµnh r¨ng b¸nh r¨ng c«n; Kbe = 0,25 ¸ 0,3;
yba2 - hÖ sè chiÒu réng b¸nh r¨ng trô; yba2=0,3¸0,4
Khi Kbe = 0,3 vµ yba2 = 0,4 (c¸c gi¸ trÞ tèi u) ta cã [4]:
Ta phân phối tỉ số truyền như sau:
Với hộp giảm tốc bánh răng côn trụ 2 cấp ,để nhận được chiều cao hộp giảm tốc nhỏ nhất có thể tính tỷ số truyền bánh răng côn trụ cấp chậm U2 theo công thức:
U2 =
→Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp nhanh U1 là:
III . XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRÊN CÁC TRỤC
Kí hiệu các chỉ số tính toán như sau : chỉ số “đc” là kí hiệu trục động cơ
Các chỉ số ‘I’ , ‘II’ , ‘III’ chỉ trục số I, II , III. ...Chỉ số “ct” kí hiệu trục công tác.
1 . Tính công suất danh nghĩa trên các trục.
Với sơ đồ tải trọng không thay đổi chọn công suất danh nghĩa là công suất làm việc :
Pđc = Pđclv = 12,079 (kw)
Công suất danh nghĩa trên trục động cơ được xác định như sau:
- Công suất trên trục I : PI = Pđclv. hk. hol = (KW)
- Công suất trên trục II: PII = PI.hol.hbrc = (KW)
- Công suất trên trục III: PIII = PII. hol.hbrt = (KW)
- Công suất trên trục công tác: Pct = PIII.hol.hk = (KW)
2 . Tốc độ quay của các trục
Tốc độ quay của trục
Với - : Số vòng quay trên trục i-1 và trục i
- : Tỉ số truyền giữa trục i-1 và trục i
- Tốc độ quay của trục I : nI = nđc = 730 (v/ph) với uK = 1
Với ;
- Tốc độ quay của trục II :
- Tốc độ quay của trục III :
- Tốc độ quay của trục làm việc
3 . Tính mômen xoắn
Mô men xoắn trên trục thứ k được tính theo công thức sau:
Với: - :Công suất tĩnh trên các trục thứ k.
- : Số vòng quay trên các trục thứ k.
- : momen trên các trục thứ k.
- Trục động cơ : Tđc =
- Trục I : TI =
- Trục II :
- Trục III :
- Trên trục công tác:
- 4.Lập bảng số liệu tính toán.
|
Trục |
Đ/cơ |
I |
II |
III |
Công tác |
|||||
|
Công suất (kw) |
12,067 |
11,95 |
11,48 |
11,02 |
10,91 |
|||||
|
Tỷ số truyền (u) |
|
1 |
3,59 |
2,88 |
1 |
|
||||
|
Số vòng quay(v/ph) |
730 |
730 |
203,34 |
70,60 |
70,60 |
|||||
|
Mô men (Nmm) |
|
|
|
|
|
|||||
Bảng 1.2:Số liệu tính toán cho hộp giảm tốc
PHẦN II
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
Truyền động bánh răng dùng để truyền chuyển động giữa các trục thường kèm theo sự thay đổi về trị số và chiều của vận tốc hoặc momen.Trong quá trình làm việc bộ truyền bánh răng phải đáp ứng được độ bền cần thiết để đảm bảo làm việc tốt trong thời gian đã định.Nên phải thiết kế truyền động bánh răng qua các bước sau:
1 .Chọn vật liệu.
2 .Xác định ứng suất cho phép.
3 .Tính sơ bộ một kích thước cơ bản của truyền động bánh răng trên cơ sở đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyền rồi tiến hành kiểm nghiệm răng về ứng suất tiếp xúc,uốn ,và quá tải
4 .Xác định các kích thước hình học của bộ truyền.
I.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN:
1.Chọn vật liệu:
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế nên ta chon vật liệu bánh răng côn như sau:
-Theo bảng (6.1) [I].đối với bộ truyền bánh răng côn ta đều chọn:
♦Bánh răng nhỏ:
Thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB từ 241÷285
.......................................................
II.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ CẤP CHẬM RĂNG NGHIÊNG.
●Để đảm bảo nâng cao hiệu suât của quá trình truyền động và tăng khả năng tải trọng cho phép ta chọn cặp bánh răng trụ răng nghiêng.
Các thông số của bộ truyền:
-Tỷ số truyền: u2 = 2,88
-Momen xoắn T = 539165,93 (N.mm)
-Tốc độ quay nII = 203,34 (v/ph) ; nIII = 70,60 (v/ph)
1.Chọn vật liệu:
♦Đối với hộp giảm tốc chịu công suất trung bình hoặc nhỏ chỉ cần chọn vật liệu là nhóm có độ rắn HB < 350.
Tra bảng (6.1).[I] chọn vật liệu có cơ tính:
+Bánh nhỏ:Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn : HB 192÷240
Giới hạn bền:
