ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ - THẲNG  ĐƯỜNG KÍNH TRỤC DẪN O48,bánh răng nghiêng, hộp giảm tốc đồng trục, khai triển, thuyết minh hộp giảm tốc, Đồ án  thiết kế  hệ thống truyền động cơ Khí

 

 

                                                            MỤC LỤC          

 

                     Nội dung                                                                                  Trang      

                                  

                                    Lời nói đầu                                                                    1

                     Phần I: Nhịêm vụ, mục đích, yêu cầu, đặc tính kỉ thuật            2

                     Phần II : Bảng phân công  công việc                                                 3

                     Phần III : Phân tích chọn phương án                                           4

                     Phần IV: Chọn tang, khớp nối, độnh cơ điện và phân               10

phối tỉ số truyền

                     Phần V : Tính toán truyền động bánh răng                                19

                     Phần VI:  Tính toán trục và tang                                                 30

                     Phần  VII:Định kết cấu trục                                                         44

                     Phần VIII: Thiết kế ổ lăn                                                             48

                     Phần IX: Tính toán và chọn vỏ hộp                                             52

                     Phần  X : Chọn các chi tiết phụ                                                   54

                     Phần  XI  :Dung sai lắp ghép                                                       56              

                     Phần  XII :Thiết kế phanh                                                           58

                     Phần  XIII :Kết luận                                                                     60

PHẦN I

 

NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU,

ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT

           

            * Nhiệm vụ:      Thiết kế một máy nâng tải trọng nâng hai tấn.

* Mục đích thiết kế: Máy nâng được thiết kế có tải trọng nâng 2000kg , phục vụ công việc nâng các vật thể khối lượng nhỏ lên các nhà cao tầng đang xây dựng, tãi trọng nâng gồm: vât liệu ở các công trường xây dựng, các công việc xếp dỡ ngoài trời, nhằm giảm nhẹ sức lao động của công nhân.

* Yêu cầu thiết kế:                          

                        +máy nâng có kích thướt nhỏ gọn ,phù hợp không gian làm việc

                        + Đảm bảo sức bền .

                        + Vận hành an toàn dể sử dụng , sữa chữa , bảo trì lắp ráp …

                        + Thiết kế có tính kinh tế, phù hợp với điều kiện sản xuất hiện có

            *Đặc tính kỹ thuật:

                        Đề tài yêu cầu thiết kế máy nâng (Tời đổi chiều), nâng tải trọng có khối lượng là 2000 kg,  không có yêu cầu đặt biệt nào về số liệu kỷ thuật.

                           Trong đồ án này , qua tham khảo nhiều tài liệu về máy nâng chuyển  và các tài liệu liên quan khác. Nhóm thực hiện đồ án nhất trí chọn thiết kế có các chỉ tiêu kỹ thuật sau:

                           Tải trọng nâng2000 kg

                           Chiều cao nâng 12  m.

                           Vận tốc nâng 12.5(m/phút) .

                          PHẦN II BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

 

Nhiệmvụ

Phụ trách

Tuần

Côngviệc

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Chọn đồ án

Nhóm

X

Phân tích đồ án

nhóm

X

Phân tích thiết kế

Nhóm

X

Vạch kế hoạch

Nhóm

X

Phân công nhiệm vụ

Vương

X

Thamkhảo tài liệu

Nhóm

X

Nêu ý tưởng

Nhóm

X

Chọn phươngán

Nhóm

X

Báo cáo giữa kỳ

Nhóm

X

Tính toán

Nhóm

X

X

X

Bản vẽ lắp

Tú

X

Bản vẽ chi tiết

Nhóm

X

Viết thuyết minh

Vương Giang

X

X

X

                                                      PHẦN  III PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN

Máy nâng có thể phân loại như sau:

• Phân loại theo nguồn dẫn động:Dẫn động bằng động cơ điện và dẫn động bằng thuỷ lực
• Phân loại theo cơ cấu: Cơ cấu truyền động bằng đai ,cơ cấu truyền động bằng xích.

*Vai trò, chức năng  các bộ phận của cơ cấu:

Tời nâng gồm có : Động cơ điện, hộp giảm tốc, tang, cáp nâng, khớp nối ,phanh

       Động cơ điện: có hai loại, đó là:  động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều.

             Động cơ điện xoay chiều được sử dung  rộng rải trong công nghiệp ,với sức bền làm việc cao, mô men khởi động lớn. Bên cạnh đó ta có động cơ điện một chiều: là loại động cơ điện có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, khi làm việc bảo đảm khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, giá thành cao, khi lắp đặt cần thêm bộ chỉnh lưu khá phức tạp. Trên những ưu khuyết điểm của hai lọai động cơ điện xoay chiều và động cơ điện một chiều một chiều ta thấy được động cơ điện xoay chiều tuy tính chất thay đổi tốc độ không bằng động cơ điện một chiều nhưng với tính thông dụng, bền và kinh tế hơn thì những khuyết điểm của lọai động cơ này vẫn chấp nhận được.      

           Vậy ta chọn động cơ xoay chiều.

          Hộp giảm tốc: Có ba loại, đó là: bộ truyền bánh răng trụ,bộ truyền bánh răng nón và bộ truyền bánh vít - trục vít

                 Bộ truyền bánh răng trụ được sử dụng để truyền mô men từ các trục song song với nhau, trong đó hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp được sử dụng nhiều nhất, chúng được bố trí theo các sơ đồ sau:

      + sơ đồ khai triển: loại này đơn giản nhất nhưng có nhược điểm là các bánh răng bố trí không đối xứng với các ổ, do đó làm tăng sự phân bố không đều tãi trọng trên chiều dài răng

       +Sơ đồ phân đôi:công suất được phân đôi ở cấp nhanh hoặc cấp chậm. Với kết cấu này, cấp chậm chịu tãi lớn hơn, nên có thể chế tạo với vành răng khá lớn, nhờ vị trí bánh răng đối xứng với các ổ có thể khắp phục được sự phân bố không đều tãi trọng

       +Sơ đồ đồng trục: loại này có đặc điểm là đường tâm của trục vào và trục ra trùng nhau, nhờ đó có thể giảm bớt chiều dài của hộp giãm tốc và nhiều khi giúp cho việc bố trí cơ câu gọn hơn

                 Bộ truyền bánh răng nón được dùng để truyen mô men và chuyễn động giữa các trục giao  nhau, nhưng chế tạo bánh răng khá phức tạp

                 Bộ tuyền bánh vít - trục vít dùng để truyền mô men xoắn và chuyễn động  giữa các trục chéo  nhau, nhưng chế tạo ren trục vít khá phức tạp

                              Vậy ta chọn hộp giãm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triễn , để phù hợp với cơ cấu làm việc và giảm vật liệu chế tạo.

            Tang: Gồm có hai loại, đó là: tang đơn và tang kép

                            + Tang đơn: quấn được nhiều lớp cáp nhưng lúc làm việc tải trọng sẽ bị  lắc                      

                            + Tang kép: quấn được một lớp cáp nhưng khi làm việc tãi trọng sẽ không bị lắc, nâng hạ theo đường thẳng

                               Vậy ta chọn tang kép được chế tạo bằng gang xám GX 15-32

          Cáp nâng: lựa chọn dựa trên hệ số an tòan cho phép, và tuổi thọ của dây cáp. Do đó ta phải chọn cáp cho phù hợp với tải trọng nâng, chịu lực căng dây lớn.

Có hai lọai cáp có thể sử dụng: cáp bện xuôi và cáp bện chéo.

Dựa trên tính chất của hai loại cáp và cấu tạo của cơ cấu , ta chọn lọai cáp bện xuôi vì có tính bền trong quá trình làm việc hơn là cáp bện chéo, đồng thời trong cơ cấu nâng thì một đầu cáp được giữ cố định nên cáp không bị xoắn hay tở.

           Khớp nối: Co  nhiều loại, ở đây ta chọn khớp nối trục vòng đàn để nối giữa truc vào của hộp giảm tốc và trục ra của động cơ, có ưu điễm hơn các loại khác là chịu được sự rung, do số vòng quay khá lớn và chọn khớp nối xích con lăn để nối giữa trục ra của hộp giảm tốc với trục của tang, vì có tính kinh tế hơn các loại khớp  khác và để truyền mô men xoắn lớn hơn                                             

           Phanh: Có nhiều loại, ở đây ta chọn phanh áp má điện từ thường đóng, vì loại này được đấu chung dây cùng với nguồn điện của động cơ.

                     Từ sự phân tích nêu trên ta có các phương án sau:

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

Động cơ điện quay, truyền công suất qua khớp nối vòng đàn hồi  đến hộp giảm tốc Bánh răng côn nhờ sự ăn khớp của các bánh răng côn  truyền mô men đến khớp nối xích con lăn làm tang quay kéo theo hệ ròng rọc làm việc.

 

            + Ưu điễm: Cơ cấc gọn gàng, đãm bão gọn nhẹ cơ cấu

            + Nhược điễm: Chế tạo bánh  răng khó khăn, lắp ráp đòi hỏi phải chính xác

                 * Với ba phương án và sự phân tích vừa nêu trên, ta chọn phương án thứ nhất là phù hợp với yêu cầu được đặt ra và phù hợp với điều kiện kinh tế                            

                  Vậy ta chọn phương án I.       

     Số liệu ban đầu:

Tải trọng: Q_O=2000kg =20000 (N).

Bộ phận mang: Q_m = 500kg = 5000(N.)

Chiều cao nâng: H = 12( m).

Vận tốc nâng: v_n = 12.5 (m/phut)

                      Chế độ làm việc trung bình.

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

PHẦN IV      

 

CHỌN TANG, KHỚP NỐI, ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ

 PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

I.Chọn tang, khớp nối, động cơ điện:

     

1) Hiệu suất của palăng

h_p = 

Với     Q₀ = Q +Q_m

m=2 :số nhánh dây quấn lên tang

                        Q₀ : tải trọng nâng Q₀= 25000  N. 

l : hiệu suất ròng rọc: l = 0,98 (với điều kiện ròng rọc đặt trên ổlăn bôi trơn tốt). a =2: Bội suất palăng.

                            t = 0 : Số ròng rọc đổi hướng.

 Với :  S_max =     =6313 (N).

             Þ     h_p =  = 0,99

2) Cáp nâng:

            Kích thước cáp được chọn dựa vào lực kéo đứt (S_đ )

              S_đ = S_max . K  =6313*5.5 =   34721 (N)         

Với :         K =5 :  hệ số an toàn bền.

                 Lực căng lớn nhất trong dây cáp: S_max

Ta chọn cáp K - P6x19 =114 (GOCT 2688 – 69) có giới hạn bền các sợi thép là s_b = 1600 N/mmm² .

3) Tang:

+ Đường kính tang:

D_t ³ d_c (e-1) = 8 (25-1 )=192 (mm)

D_t : đường kính tang đến đáy rãnh cắt (mm).

D_c: đường kính dây cáp quấn lên tang (mm).

e: hệ số thực nghiệm .

Þ D_t =D_r  =250   mm

+ Chiều dài tang

Chiều dài: chiều dài toàn bộ tang được xác định theo công thức

L^’ =L'o +2L₁ +2L₂ +L₃

Với:            L₁ : chiều dài thanh tang

            L₂ : chiều dài phần chừa ra để quấn cáp  

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

II. Phân phối Tỷ số truyền chung:

               a)  Tỷ số truyền chung

                    Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang:        

          i₀  =     =  960/30.8   =   31.1 

      Với:   n_t  là Số vòng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước

         n_t =   =   30.8   (vòng/phút)

                 Theo ( 3.12)-[1],  ta có: u_{b r 1} = 0.7332 u ^0.6438  = 6.7

• Tỷ số truyền cấp thứ hai là : u_{b r 2}  = 31.1/6.7 = 4.64

            Vậy:                  +  Tỷ số tuyền bánh răng cấp nhanh u₁ =6.7.

     + Tỷ số truyền bánh răng cấp chậm u₂ =4.46

     + Tỷ số truyền chung la : u_o  = 31.1.

               b)  Số vòng quay trên mỗi trục:

+ n_I    =  n_{D C}      =  960  (vòng / phút).

+ n_II  =  n_I/ u ₁ =  143.28  (vòng / phút).

+ n_III =  n₂ /u₂  =  30.88  (vòng / phút).

           Từ đó ta có :

BẢNG  PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN  

Trục Thông số	I	II		III
Số vòng quay (vòng/phút)	960	143.8		30.88
Tỉ số truyền	6.7		4.64
Công suất trên  trục(KW)	4.98	4.65		4.42
Mô men xoắn T(Nmm)	48645	309935		1366936

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

PHẦN V

TÍNH TOÁN  TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG

1. Chọn vật liệu:

Ta chọn vật liệu cặp bánh răng này vật liệu như nhau, bảng ( 6-1)-[1].

         + Bánh răng nhỏ thép 45,  tôi cải thiện có độ rắn   HB₁  =  241.. 285 có       d_b1 = 850 Mpa; d_ch1 = 850 Mpa.

                  + Bánh lớn thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn   HB₂ = 192…240  có     = 730 Mpa;  = 430  Mpa

      II)     Ứng suất cho phép :

a).  ứng suất tiếp xúc cho phép 

         HB = 180 ...350.   

 = 2 HB + 70  ;  S _z  = 1.1  : hệ số an toàn

 d_Flim = 1.8HB        ;  S_F  = 1.75 :hệ số an toàn

Chọn độ rắn bánh răng nhỏ  HB₁ = 245

Chọn độ rắn bánh răng lớn   HB₂ = 230

khi đó :

d_{H lim1} = 2HB₁ +70 =560 MPA

d_Flim1 = 1.8HB₂ =441 MPA

d_{H lìm2} = 414 MPA

d _Flim2 =470 MPA

+ Hệ số  tuổi thọ

K_HL =

        Với   HB £ 350   Þ  m_H  = 6  (m_H :  bậc của đường cong mỏi).

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

          N_HO = 30   = 30* 230^2.4  = 1.4  10⁷

               + Thời gian làm việc tính bằng giờ

T_­S =21*365*A**K_n*K_ng

Trong đó A    = 10 năm

K_n   = 0.5 : hệ số tuổi thọ

K_ng = 0.67 : hệ số sử dụng theo ngày

Þ   T_­S =  29346  (giờ)

              + Theo (6-7)-[1],   ta có :          

                 N_HE =60*c*S(T_i/T_max)³*n_i*t_i

                    C = 1, Cặp bánh răng ăn khớp

n_i :  Vận tốc làm việc của trục thứ    i

t_i  :  Thời gian làm việc trong một chu kỳ

T_i:  Mômen xoắn thứ i trong một chu kỳ

T_max  :  Mômen lớn nhất trong một chu kỳ

Vậy:

 N_HE = 60*1*143.28*29346(1²*0.6+0.5³ *0.2   +0.3³*0.2)

                        =15.9 10⁷

                   +   N_HE1  >  N_HO1 Þ  ta chọn N_{HE 1} =1

                Tương tự ta có:         +  N_HE2 >N_HO2  Þ  K_HL2 = 1

Như vậy theo (6- 2)[1],  ta xác địng sơ bộ

           {d_H} =  d_Hlim  .K_HL/S_H

+{d_H1} = 560/1.1 = 509  (Mpa)

+ {d_H2} = 470/1.1 = 445 (MPa)

Vì đây là cặp bánh răng trụ răng thẳng nên ứng suất  tiếp xúc cho phép là: {d_H} = min({d_H1} ;  {d_H2}) = 445 MPa

b)  Ứng suất  uốn khi quá tải

                         d_f  =d_Flim .K_HL.K_FC/S_F

Theo (6-7)-[1],  ta có:

                     N_FE = 60  . C .  .n_i . t_i

Trong đó: n_i :  Vận tốc làm việc của trục thứ    i

                  t_i :  Thời gian làm việc trong một chu kỳ

                 T_i:  Mômen xoắn thứ i trong một chu kỳ

                 T_max  : Mômen lớn nhất trong một chu ky

                 m_F   =  6

           Þ N_FÉ1 = 60*1*29346*143.28(1⁶*0.6+0.5⁶*0.2+0.3⁶*0.2) =15.9 10⁷

  với  N_FE1 > N_Feo;    ta chọn  K_FL1 = 1

Tương tự ta có :  N_FE2 > N_FEo      ta chọn K_FL2 = 1

  Theo (6-2a) –[1], Với bộ truyền quay hai chiều chọn  K_FC  =  0.8

Vậy với các số liệu như trên ta tính được :

{d_F1} = 201.6 MPa

{d_F2} = 189.1 MPa   c)   Ứng suất uốn khi quá tải

               =  0,8 . 450  =  360 Mpa

III) xác định những thông số cơ bản của bộ truyền

1)   Tính toán bộ tryền bánh răng cấp nhanh

 a) Khoảng cách trục:   

  a_w= k*a*(u₁+1)³

+   K_a  = 49.5: Hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng trụrăng thẳng (thép – thép).            

                                 +   T₁      = 48645   N.mm

                                  +  [d_H] = 481,81   Mpa

                                  +  Tỉ số truyền u = 6.7

                                  +       = 0,3  (răng thẳng không đối xứng), (bảng 6-6)-[1].

                                  +    K_H  :hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng

   = 0,5.  (u+1)  = 1.223

                      với          = 1.223  Þ  tra bảng ( 6.7 )-[1], sơ đồ 5   Þ K_H   = 1,2                

          a_w  =   49.5*(6.7+1)      = 201 (mm)                   

1. Xác định cáa thông số ăn khớp:
2. ......

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

IV) Tính trục tang

                  Chọn vật liệu chế tạo trục là gang xám

     1)    Tính sơ bộ trục

 Đường kính trục xác định bằng mô men xoắn theo công thức

            D  = 20  (Mpa)

                  Đường kính trục tang

                            D_t =   = 70      (mm)

      Chọn d_t = 75 (mm)

           2)    Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và chi tiết quay:

                -Từ đường kính trục xác định gần đúng đường kính ổ lăn  b₀  ( tra bảng 

                        10.2)

                       d₁=75 mm     b₀₁= 37  mm

           -Ta có:

                        a = (b₀₃/2) + k₁ + k₂ +1,3(b_w2/2) = 37/2 + 10 + 10 + 1,3.71/2

                           = 84,65 (mm)

                             b = l_t – 1,3.b_w2 = 650 – 1,3.70 = 559 (mm)

                          = 85,4 (mm)

                       l₂ = L_k2/2 + k₃ + h_n + b₀₃/2        =  85/2 + 15 + 20 +  37/2

                          =  96 (mm)

           với:

                       +  k₁=10  mm, là khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay đến thành                                                     

                                trong của hộp hoặc khỏng cách giữa các chi tiết quay.

                          +  k₂ =10  mm, là khoảng cách từ mặt cạnh ổ đến thành trong của ổ 

                           +  b₀₃= 75  mm, là chiều rộng ổ lăn trên trục tang

                           + b_w2 =  1,3.71/2, là chiều rộng may ơ bánh răng thứ hai

                           +  l_k2   =  85, là khoảng cách từ ổ lăn đến khớp nối xích con lăn

              + k₃   =  15, là khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay đến nắp ổ    

              + h_n   =  20 , là chiều cao nắp ổ và đầu bulông

3)   Xác định đường kính và chiều dài đoạn trục tang:

                  S_Max  =  6313 (N)

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

                                                          PHẦN: VII         

                                         ĐỊNH KẾT CẤU CỦA TRỤC

 

 1) Định kết cấu của trục:

a) Chọn then:   chọn then bằng.

• Trên trục I:  ( 2 then ),    Với d= 24 (mm), và  d = 27 (mm)

                            +     Chiều rộng  then   b= 6( mm)

• Chiều cao then  h= 6 (mm)
• Chiều sâu ranh trên trục:  t ₁ =3.5( mm)
•  Chiều sâu  rãnh trên lỗ :t₂ =2.8 (mm) 
• Bán kính góc lượn:   r  £  0.25
• Chiều dài then:  l = (0.8...0.6)l_mbr =0.9*26 =25.4

             Với l_mbr = 1.3 d_c = 1.3*20 =26  (mm)

d_c : dường kính trục

Þ   Vậy ta chọn   l=26 (mm),   (theo bảng (9.1 a)-{1})

*  Trên trục II: (2 then),    Với  d= 50  (mm)

+      Chiều rộng  then   b=16( mm)

•  Chiều cao then  h= 10  (mm)
• Chiều sâu ranh trên trục:  t ₁ = 6 ( mm)
•  Chiều sâu  rãnh trên lỗ :t₂ =4.3 (mm) 
• Bán kính góc lượn:   r  £  0.4
• Chiều dài then:  l = (0.8...0.6)l_mbr =0.9*65 =58.5

             Với l_mbr = 1.3 d_c = 1.3*50 =65  (mm)

d_c : Đường kính trục.

Þ   vậy ta chọn   l=63 (mm) .  (theo bảng (9.1 a)-{1})

* Trên trục III:   ( 2 then)    Với đường kính d = 70 (mm)

+      Chiều rộng  then   b = 20( mm)

• Chiều cao then  h = 12 (mm)
• Chiều sâu ranh trên trục:  t ₁ = 7.5 ( mm)
•  Chiều sâu  rãnh trên lỗ :t₂ = 4.9 (mm) 
• Bán kính góc lượn:   r  £  0.6
• Chiều dài then:  l = (0.8...0.6)l_mbr = 0.9*91  = 81.9 (mm)

             Với l_mbr = 1.3 d_c = 1.3*50  = 91   (mm)

d_c : Đường kính trục.

 

Þ   vậy ta chọn   l=90 (mm) .  (theo bảng (9.1 a)-{1})

2. Kiểm nghiệm then:

*   Theo điều kiện  dập:       

          Trong đó:

                          M_X : Mô men xoắn trên trục (NM).

  d  : Đường kính trục

t₁  : Chiều cao then lắp trong rãnh trục (mm)

   l:  Chiều dài then

                         {s_d }  : Ưng  dập  cho phé của then.  Tra bảng ( 53)-[1] theo tài liệu hướng dẫn với vật liệu thép , tải trọng tĩnh  dạng ghép cố địng , ta có: {s_d } = 150 (N/mm²).

                    *   Then lắp khớp động cơ vơi hộp giảm tốc:

+ M_X  = 48645  (Nmm)

+ d = 20(mm)

+  l = 26(mm)

+ t₁ = 3.5 (mm)

•    s _d  = 

                   *   Then lắp bánh răng  trên trục I:

  +  M_X = 48645 (Nmm)

+  d = 30   (mm)

+   l = 26  (mm)

+   t₁ = 3.5 (mm)

Þ   s_d =      < {s _d}

                  *   Then lắp bánh răng  nho  trên trục II:

  +  M_X =309935 (Nmm)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Trịnh Chất,  Lê Văn Uyển: Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, NXB giáo dục, 

[2]. Nguyễn Hữu Lộc:  Cơ sở thiết kế máy. Trường ĐH Bách Khoa TPHCM,  2011

[3]. Nguyễn Trọng Hiệp,  Nguyễn Văn Lẫm: Thiết Kế Chi Tiết Máy. Nhà xuất bản Đại học vàTHCN, 2010