Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí - Nguyễn Văn Dũng

MỤC LỤC  
1| Page  
 
2 | P a g e  
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU  
4 | P a g e  
 
LỜI NÓI ĐẦ
Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong  
cơ khí. Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ  
khí hiện đại. Vì thế tầm quan trọng của các hệ thống dẫn động cơ khí là rất lớn.  
Hiểu biết lý thuyết và vận dụng nó trong thực tiễn là một yêu cầu cần thiết đối  
với một ngƣời kỹ sƣ.  
Để nắm vững lý thuyết và chuẩn bị tốt trong viểc trở thành một ngƣời kỹ  
sƣ trong tƣơng lai. Đồ án môn học thiết kế hệ thống truyền động cơ khí trong  
ngành cơ khí là một môn học giúp cho sinh viên ngành cơ khí làm quen với  
những kỹ năng thiết kế, tra cứu và sử dụng tài liệu đƣợc tốt hơn, vận dụng kiến  
thức đã học vào việc thiết kế một hệ thống cụ thể. Ngoài ra môn học này còn  
giúp sinh viên cũng cố kiến thức của các môn học liên quan, vận dụng khả  
năng sáng tạo và phát huy khả năng làm việc theo nhóm.  
Trong quá trình trình thực hiện đồ án môn học này, chúng em luôn đƣợc  
sự hƣớng dẫn tận tình của thầy Trần Ngọc Hiền và các thầy bộ môn trong  
khoa Cơ Khí. Em xin chân thành cảm ơn các thầy đã giúp đỡ chúng em hoàn  
thành đồ án môn học này.  
Ngày 20/12/2016  
Sinh viên thực hiện  
Nguyễn Văn Dũng  
6 | P a g e  
 
CHƢƠNG 1: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ  
1.1. Chọn động cơ điện  
1.1.1. Chọn kiểu động cơ  
Chọn loại động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc. Loại  
này dùng phổ biến trong các ngành công nghiệp, với hệ dẫn động cơ khí (hệ  
dẫn động băng tải, xích tải, vít tải,... dùng với các hộp giảm tốc).  
1.1.2. Xác định công suất động cơ  
Công suất trên trục động cơ đƣợc xác định theo công thức:  
Pct = Pt /η  
trong đó: Pct – công suất cần thiết trên trục động cơ, kW  
Pt – công suất trên trục máy công tác, kW  
P P F .v /103 6000.0,1/103 0,6 (kW)  
t
lv  
t
η – hiệu suât của các bộ phận trong hệ dẫn động  
1.2.3.4.....  
trong đó:  
: là hiệu suất của các bộ truyền và các cặp ổ  
1,2,3,4,.....  
trong hệ thống dẫn động.  
Theo sơ đồ đề bài thì : 2 .o3l.x.k  
tv  
: hiệu suất của bộ truyền trục vít:  
= 0,4  
tv  
tv  
ol : hiệu suất một cặp ổ lăn:  
= 0,995  
ol  
: hiệu suất của bộ truyền xích: x = 0,97  
x  
k  
: hiệu suất của khớp nối:  
= 1  
k  
0,42.0,9953.0,97.10,153  
7 | P a g e  
       
P 0,6 / 0,1533,92 (kW)  
ct  
Hệ số xét đến sự thay đổi tải không đều β:  
 2  
2  
 2  
2  
 2  
T
ti  
T
t0  
T
t1  
T
t2  
T3  
t3  
i
1
0   
   
2   
   
  
.
.
.
.
.
   
T
tck  
T
tck  
T
tck  
T
tck  
T
tck  
1   
1   
1   
1   
1   
8,3.104  
8
4
2
2
2
2
1,52.  
1 . (0,7)2. 0,5 . 0,83  
   
8
8
8
P 3,92.0,833,2536 (kW)  
ct  
1.1.3. Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ  
Số vòng quay của trục máy công tác:  
60.103.v 60.103.0,1  
nlv   
4,364 (v / ph)  
zt  
11.125  
Tỷ số truyền toàn bộ của hệ thống ut  
ut = uh.ux  
với: uh – tỷ số truyền của hộp giảm tốc trục vít hai cấp  
ux – tỷ số truyền của bộ tuyền xích  
tra bảng 2.4 [1] ta chọn nhƣ sau: uh = 300 ux = 2  
vậy ut = 600  
Số vòng quay sơ bộ của động cơ: nsb = nlv.ut = 4,364.600 = 2618,4 (vg/ph)  
1.1.4. Chọn động cơ thực tế  
Tra bảng P1.3 [1] ta chọn động cơ 4A100S2Y3 với các thông số:  
Công suất: 4,0 kW,  
Số vòng quay: n = 2880 (vg/ph)  
Tk / Tdn = 2,0  
Tmax / Tdn = 2,2  
1.1.5. Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ  
8 | P a g e  
     
Kiểm ta điều kiện mở máy và điều kiện quá tải của động cơ vừa chọn:  
P 4.0 P 3,2536  
dc  
ct  
ndc 2880 nsb 2618,4  
Tmm Tk  
T
Tdn  
thỏa mãn điều kiện mở máy và điều kiện quá tải của động cơ.  
1.2. Phân phối tỷ số truyền  
Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:  
ndc 2880  
u  
660  
nlv 4,364  
1.2.1. Tỷ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc  
Ký hiệu:  
uh là tỷ số truyền của hộp giảm tốc  
ung là tỷ số truyền ngoài hộp giảm tốc  
ung ux  
Tỷ số truyền của bộ truyền ngoài:  
ux 2; ung 2  
Ta chọn  
1.2.2. Tỷ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc  
uuh.ung  
u  
660  
2
uh   
330  
ung  
u 17,5  
1
uh 330   
u 18,86  
2  
với u1: tỷ số truyền cấp nhanh  
u2: tỷ số truyền cấp chậm  
1.2.3. Tính toán các thông số trên trục  
9 | P a g e  
       
Bảng 1.1: Các thông số trên trục  
Trục  
Thông số  
Đ/cơ  
Trục vít 1 Trục vít 2  
Trục 3  
Công tác  
Công suất (kW)  
Tỷ số truyền (-)  
4
3,98  
1,584  
0,63  
0,6  
1
17,5  
18,86  
2
Số vòng quay (v/ph) 2880  
2880  
164,57  
8,73  
4,365  
Momen (Nmm)  
13263,9 13197,6  
91919,55  
689175,26 1312714,78  
10 | P a g e  
 
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG  
2.1. Thiết kế bộ truyền xích  
2.1.1. Chọn loại xích  
Chọn loại xích con lăn  
2.1.2. Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích  
Số răng đĩa xích nhỏ (chủ động): z1 = 11  
Số răng đĩa xích bị động: z2 = z1.ux = 11.2 = 22 < 120  
Bƣớc xích: t = 125  
Ta có: Pt = P.k.kz.kn  
Với kz = 25/z1 = 25/11 = 2,273  
kn = 50/4,365 = 11,46  
k = kokakđckbtkđkc = 1.1.1.0,8.1,2.1,25 = 1,2  
do đó : Pt = 0,6.1,2.2,273.11,46 = 18,76 (kW)  
Theo bảng 5.5 [1] với n01 = 50 (vg/ph), chọn bộ truyền xích 1 dãy có bƣớc  
xích p = 50.8 (mm) thoả mãn điều kiện bền mòn:  
Pt < [P] = 22,9 đồng thời p < pmax  
Khoảng cách trục: a = 30.50,8 = 1524 (mm)  
Số mắt xích: x = 2a/p + 0,5(z1 + z2) + (z2 – z1)2p/(4π2a)  
= 2.1524/50,8 + 0,5(11 + 22) + (22 - 11)2.50,8/(4.π2.1524) = 76,6  
Vì số mắt xích là chẵn nên x = 78  
Tính lại khoảng cách trục:  
a 0,25p{xc 0,5(z2 z1) [xc 0,5(z2 z1)]2 2[(z2z1) / ]2}  
0,25.50,8{78 0,5(22 11) [78 0,5(22 11)]2 2[(22 11) / ]2 }1560  
Để xích không chịu lực căng quá lớn, ta giảm a một lƣợng bằng:  
11 | P a g e  
       
a (0,002...0,004)a 3,12...6,24  
Do đó a = 1555 (mm)  
ta chọn là 5  
Số lần va đập i của bản lề xích trong 1 giây  
i z1n1 / (15x) 11.4,365/ (15.78) 0,041  
< [i] = 15  
2.1.3. Kiểm nghiệm xích về độ bền  
s Q / (kd Ft F F ) [s]  
o
v
trong đó: Q – tải trọng phá hỏng, N ; tra bảng 5.2 ta có Q = 226,8.103 N  
kđ – hệ số tải trọng động, kđ = 1,2  
Ft – lực vòng, Ft = 6000 N  
Fv – lực căng do lực ly tâm sinh ra, N;  
Fv = qv2 = 9,7.0,12 = 0,097 (N)  
Fo – lực căng do trọng lƣợng nhánh xích bị động sinh ra, N  
Fo = 9,81.kfq.a = 9,81.4.9,7.1,555 = 591,88 (N)  
[s] – hệ số an toàn cho phép, [s] = 7  
Do đó: s 226,8.103 / (1,2.6000 591,88 0,097) 29,1 > [s] = 7  
Vậy xích đảm bảo điều kiện bền  
2.1.4. Xác định các thông số của đĩa xích và lực tác dụng lên trục  
a) Xác định các thông số của đĩa xích  
Đƣờng kính vòng chia của đĩa xích:  
(mm)  
d1 p / sin(/ z1) 50,8/ sin(/11) 180,3  
(mm)  
d1 p / sin(/ z2) 50,8/ sin(/ 22) 356,96  
Vật liệu chế tạo đĩa xích thép 45, phƣơng pháp nhiệt luyện là tôi cải thiện.  
Ứng suất tiếp xúc σH trên mặt răng đĩa xích:  
12 | P a g e  
   
H 0,47 kr (F Kd F )E / (Akd ) [H ]  
t
vd  
trong đó: [σH] - ứng suất tiếp xúc cho phép, MPa, [σH] = 600 (MPa)  
Ft – lực vòng,  
Fvd – lực va đập trên m dãy xích,  
Fvd = 13.10-7n1p3m = 13.10-7.4,365.50,83.1 = 0,744 (N)  
kd – hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy, kd = 1  
Kd – hệ số tải trọng động, Kd = 1,2  
kr – hệ số kể đến ảnh hƣởng của số răng đĩa xích, kr = 0,678  
E – modun đàn hồi, MPa, E = 2,1.105  
A – diện tích chiếu của bản lề, A = 645 (mm2)  
0,47 0,678(6000.1,2 0,744)2,1.105 / (645.1) 592,6 []  
Do đó:  
H
H
b) Lực tác dụng lên trục  
Fr = kx.Ft  
kx – hệ số kể đến trọng lƣợng xích, kx = 1,15  
với:  
do đó: Fr = 1,15.6000 = 6900 (N)  
2.2. Thiết kế bộ truyền trục vít cấp nhanh  
Các thông số đầu vào:  
P = 3,98 kW; n = 2880 (vg/ph); u = 17,5; T = 13197,6 (Nmm)  
Số giờ làm việc : 23360 (giờ)  
2.2.1. Tính sơ bộ vận tốc trượt  
vsb 8,8.103 3 Pu n2  
1 1 1  
8,8.103 3 3,98.17,5.28802 7,33 m / s  
Với vsb = 7,33 > 5, nên ta dùng đồng thanh thiếc để chế tạo bánh vít, cụ  
13 | P a g e  
   
thể là đồng thanh thiếc kẽm chì ЂpOЦC 5-5-5, có σb = 250 (MPa), σch = 100  
(MPa). Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép carbon trung bình 45 đƣợc tôi bề  
mặt đạt độ rắn 50 HRC, sau đó thấm than, bề mặt ren trục vít đƣợc mài và đánh  
bóng.  
2.2.2. Xác định ứng suất cho phép  
a) Ứng suất tiếp xúc cho phép  
[σH] = [σHO].KHL  
trong đó: [σHO] - ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 107 chu kỳ  
[σHO] = 0,9.σb = 0,9.250 = 225 (MPa)  
KHL – hệ số tuổi thọ,  
KHL 8 107 / NHE  
với NHE – là số chu kỳ thay đổi ứng suất tƣơng đƣơng  
4  
T2i  
NHE 60  
n2iti   
T2max   
4
4 2  
8
4 2  
8
=60.23360.151,579 14 0,7  
0,5  
8
122298642,2 12,23.107  
KHL 8 107 / (12,23.107) 0,73  
do đó:  
Ta đƣợc: [σH] = 225.0,73 = 164,25 (MPa)  
b) Ứng suất uốn cho phép  
Với bánh vít bằng vật liệu đồng thanh thiếc ứng suất uốn cho phép đƣợc  
xác định theo công thức: [F] = [F0].KFL  
Với:  
[F0] =0,25b + 0,08ch = 0,25.250+0,08.100 = 70,5 (MPa)  
9 106  
Hệ số tuổi thọ:  
KFL   
NFE  
14 | P a g e  
 
Trong đó:  
9  
T2i  
NHE 60  
n t   
T2max   
2i i  
4
9 2  
8
9 2  
8
=60.23360.151,579 19 0,7  
0,5  
8
108473612,6 10,85.107  
9 106  
KFL   
0,594  
10,85.107  
[F] = 70,5.0,594 = 41,877 (MPa).  
Ứng suất cho phép khi quá tải  
Với bánh vít đồng thanh thiếc:  
[H]max = 4ch =4.100 = 400 (MPa)  
[F]max = 0.8ch =0,8.100 = 80 (MPa)  
2.2.3. Xác định các thông số cơ bản  
a) Xác định khoảng cách trục  
Với u = 17,5; chọn Z1 = 2 Z2 = u.Z1 =17,5.2 = 35 (răng);  
Với Z1 = 2, chọn sơ bộ hiệu suất η = 0,78,  
T2 = 91919,55 (Nmm)  
Tính sơ bộ q: q = 0,3.Z2 = 0,3.35 = 10,5. Theo bảng 7.3 chọn q = 10  
Chọn sơ bộ KH = 1.3  
Tính sơ bộ khoảng cách trục:  
3   
2  
170  
T2KH  
q
a Z q  
w
2
Z2[H ]  
170  
91919,55.1,3  
10  
2  
3   
35 10  
98,4 (mm)  
35.164,25  
15 | P a g e  
 
ta lấy aw = 100 mm.  
b) Xác định môđun  
Mô đun dọc của trục vít đƣợc xác định:  
2aw  
2.100  
m   
4,44  
q z2 10 35  
Tra bảng 7.3 [1] ta chọn m = 5  
Tính lại khoảng cách trục:  
aw = 0,5m(Z2 + q) = 0,5.5(35 + 10) = 112,5 (mm);  
Chọn aw =110 mm.  
Tính hệ số dịch chỉnh:  
x= aw/m - 0,5(q+Z2) = 110/5 - 0,5(10 + 35)= - 0,5 (mm);  
và - 0,7 < x < 0,7  
thoả mãn điều kiện dịch chỉnh.  
2.2.4. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc  
3  
170 Z2 q T2.KH  
H   
[H ]  
(*)  
Z2 aw   
q
Vận tốc trƣợt tính theo công thức:  
vs = dw1 n1 /(60000.cos w)  
trong đó:  
w = arctg [Z1/(q + 2x)] = arctg[2/(10 – 2.0,5)] = 12,5  
dw1 = (q + 2x)m = (10 – 2.0,5)5 = 45 (mm)  
vs = .45.2880/(60000.cos 12,5) = 6,951 (m/s).  
Nhƣ vậy vật liệu đã chọn làm bánh vít phù hợp với điều kiện làm việc;  
Với [H] = 164,25 (MPa)  
16 | P a g e  
 
Theo bảng 7.4[1]: f = 0,0194; υ = 1,02705  
Góc vít trên trục chia: = arctg(Z1/q) = arctg(2/10) = 11,3  
Hiệu suất bộ truyền: = 0,95tg/ tg(+ )  
= 0,95tg(11,3) / tg(11,3 + 1,02705) = 0,87  
Do đó: T2 = 91919,55.0,87 = 79970 (Nmm)  
Hệ số tải trọng: KH = KH. KHv  
3   
Z
T2m  
2   
KH1  
1  
T2max   
Với: = 86 (bảng 7.5[1]).  
T2tb  
T2itin2i  
4
2
2
1 0,7 0,5 0,8  
  
T2max  
T
t n  
8
8
8
2max i 2i  
3
35  
86  
KH1  
10,8 1,014  
KHv – hệ số tải trọng động, KHv = 1,2  
KH = 1,014.1,2 =1,22  
3
170 35 10 79970.1,22  
H   
Do đó:  
35  
110  
10  
125,53 MPa [] 164,25 MPa .  
H
Thoả mãn điều kiện bền tiếp xúc.  
2.2.5. Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn  
1,4.T2.YF.KF  
F   
[F ]  
b2d2mcos  
trong đó: KF = KFβ.KFv = KHβ.KHv = 1,014.1,2 = 1,22 – hệ số tải trọng;  
d2 = m.Z2 = 5.35 = 175 (mm) – đƣờng kính vòng chia bánh vít;  
17 | P a g e  
 
b2 – chiều rộng bánh vít,  
b2 ≤ 0,75da1 = 0,75m(q + 2) = 0,75.5(10 + 2) = 45 (mm)  
ta chọn b2 = 25 (mm)  
YF – hệ số dạng răng, với Zv = 37,12; tra bảng 7.8[1] ta đƣợc YF = 1,6  
1,4.79970.1,6.1,22  
  
10,2 [F ]41,877 (MPa)  
Do đó :  
F
25.175.5.cos11,3  
2.2.6. Kiểm nghiêm răng bánh vít về quá tải  
Để tránh biến dạng dƣ hoặc dính bề mặt răng, ứng suất tiếp xúc cực đại  
không đƣợc vƣợt quá một giá trị cho phép:  
H max H Kqt [H ]max  
H max 125,53. 1,5 153,74 (MPa) < [H ]max 400 (MPa)  
Thoả mãn điều kiện tiếp xúc  
Để trạnh biến dạng dƣ hoặc phá hỏng tĩnh chân răng bánh vít, ứng suất  
uốn cực đại không đƣợc vƣợt quá giá trị cho phép:  
F max F .Kqt 10,2.1,5 15,3 < [F ]max 80 (MPa)  
Thoả mãn điều kiện  
2.2.7. Xác định các kích thước hình học của bộ truyền  
Khoảng cách trục: aw = 110 (mm)  
Hệ số dịch chỉnh: x = -0,5  
Đƣờng kính vòng chia: d1 = 50 (mm); d2 = 175 (mm)  
Đƣờng kính vòng đỉnh: da1 = 60 (mm); da2 = 180 (mm)  
Đƣờng kính vòng đáy: df1 = 38 (mm0; df2 = 158 (mm)  
Chiều rộng bánh vít: b2 = 25 (mm)  
Góc ôm: δ = 25,77  
18 | P a g e  
   
2.2.8. Nhiệt truyền động trục vít  
Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc (với Aq ~ 0,3 A)  
1000P 1  
1  
A   
0,7K 10,3K t t  
t   
0   
tq  
d
i i   
Pn  
1
2
t  
1,25  
ck   
4
2
8
tck  
1. 0,7. 0,5.  
8
8
W
0,25;  
Kt 13  
;
2 0  
m C  
td 700C;  
w
Ktq 40  
;
2 0  
m C  
t0 200C  
Khi đó:  
1000.3,98 10,87  
A   
0,3542 (m2)  
0,7.13 10,25 0,3.401,25 70 20  
2.3. Thiết kế bộ truyền trục vít cấp chậm  
Các thông số đầu vào:  
P = 1,584 (kW); n = 164,57 (vg/ph); u = 18,86; T = 91919,55 (Nmm)  
Số giờ làm việc 23360 (giờ)  
2.3.1. Tính sơ bộ vận tốc trượt  
vsb 8,8.103 3 P u n2  
2 2 2  
8,8.103 3 1,584.18,86.164,572 0,82 m / s  
Với vsb = 0,82 < 2, nên ta dùng gang để chế tạo bánh vít, cụ thể là gang  
xám tƣơng đối mềm CҶ 18-36, có σb = 180 (MPa), σch = σbu = 360 (MPa).  
Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép carbon trung bình 45 đƣợc tôi bề mặt  
đạt độ rắn 50 HRC, sau đó đƣợc mài và đánh bóng.  
19 | P a g e  
     
2.3.2. Xác định ứng suất cho phép  
a) Ứng suất tiếp xúc cho phép  
[σH] = [σHO]KHL  
trong đó: [σHO] - ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 107 chu kỳ  
[σHO] = 0,9.σb = 0,9.180 = 162 (MPa)  
KHL – hệ số tuổi thọ,  
KHL 8 107 / NHE  
với NHE – là số chu kỳ thay đổi ứng suất tƣơng đƣơng  
4  
T2i  
NHE 60  
n2iti   
T2max   
4
4 2  
8
4 2  
8
60.23360.7,21 14 0,7  
0,5  
8
58172515,82.106  
KHL 8 107 / (5,82.106) 1,07  
do đó:  
[σH] = 162.1,07 = 173,34 (MPa)  
b) Ứng suất uốn cho phép  
Với bánh vít bằng vật liệu gang, bộ truyền quay 1 chiều  
[F] = 0,12 σbu = 0,12.360 = 43,2 (MPa)  
Ứng suất cho phép khi quá tải: với bánh vít làm bằng gang  
[H]max = 1,5. [σH] = 1,5.173,34 = 260 (MPa)  
[F]max = 0,6.b = 0,6.180 = 108 (MPa)  
2.3.3. Xác định các thông số cơ bản  
a) Xác định khoảng cách trục  
Với u = 18,86; chọn Z1 = 2 Z2 = u.Z1 =18,86.2 = 37,72 (răng);  
20 | P a g e  
   
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 50 trang yennguyen 25800 Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí - Nguyễn Văn Dũng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfdo_an_thiet_ke_he_thong_truyen_dong_co_khi_nguyen_van_dung.pdf