Đồ án Thiết kế chi tiết máy

§å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 1 ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY” §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 2 Lời Nói Đầu Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển như vũ bão, mang lại những lợi ích cho con người về tất cả nhữnh lĩnh vực tinh thần và vật chất. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hoà nhập vào sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới. Đảng và Nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu trong những năm tới là nước công nghiệp hoá hiện đại hoá. Muốn thực hiện được điều đó một trong những ngành cần quan tâm phát triển nhất đó là ngành cơ khí chế tạo máy vì ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị công cụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân. Để thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao, đồng thời phải đáp ứng được các yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hoá theo dây truyền trong sản xuất . Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng Em là sinh viên trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên nói riêng và những sinh viên của các trường kỹ thuật nói chung trong cả nước luôn cố gắng phấn đấu trong học tập và rèn luyện, trau dồi những kiến thức đã được dạy trong trường để sau khi ra trường có thể đóng góp một phần trí tuệ và sức lực của mình vào công cuộc đổi mới của đất nước trong thế kỷ mới . Qua đồ án này Em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn, giúp Em hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư tương lai. Song với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa có nên đồ án của Em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn và các Thầy Cô giáo trong khoa để đồ án của Em được hoàn thiện hơn . Cuối cùng Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các Thầy Cô trong khoa và bộ môn Nguyên Lý Máy - Chi Tiết Máy trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp. Ngày 02 tháng 06 năm 2011 Sinh viên §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 4 MỤC LỤC Lời Nói Đầu .................................................................................................................................... 1 phần 1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ....................................................... 5 I . Phân tích và trình bày cơ sở tính toán của sơ đồ cấu trúc: .......................................................... 5 II.Chon động cơ điện: ...................................................................................................................... 6 1.Chọn kiểu loại động cơ: ................................................................................................................ 6 2 . Chọn công suất động cơ ............................................................................................................. 7 3. Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: ................................................................................... 8 4. Chọn động cơ thực tế: .................................................................................................................. 9 5. Kiểm tra điều kiện quá tải, điều kiện mở máy cho động cơ: ....................................................... 9 II . PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN :............................................................................................. 10 Tỷ số truyền của bộ truyền ngoài hộp: .......................................................................................... 10 2. Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp. ................................................................................ 11 III . XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRÊN CÁC TRỤC : ............................................................ 11 1.Tốc độ quay của các trục: ........................................................................................................... 11 2.Tính công suất trên các trục :...................................................................................................... 11 3 . Tính mômen xoắn : ................................................................................................................... 12 4. Lập bảng kết quả........................................................................................................................ 13 PHẦN II: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN CƠ KHÍ ..................................................................... 14 1. Thiết kế bộ truyền cấp nhanh: ................................................................................................... 14 1.1 Chọn vật liệu: .......................................................................................................................... 14 1.2 Ứng suất cho phép: .................................................................................................................. 14 1.3 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền: ............................................................................... 16 1.4 Xác định các thống số ăn khớp ............................................................................................... 17 1.5 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc: ............................................................................................ 18 1.6 Kiểm nghiệm về độ bền uốn: .................................................................................................. 20 1.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải: ................................................................................................ 21 1.8 Bảng thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh .................................................................... 22 2. Thiết kế bộ truyền cấp chậm: .................................................................................................... 23 2.1 Chọn vật liệu: .......................................................................................................................... 23 1.2 Ứng suất cho phép: .................................................................................................................. 23 1.3 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền: ............................................................................... 25 1.4 Xác định các thống số ăn khớp: .............................................................................................. 25 1.5 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc: ............................................................................................ 27 1.6 Kiểm nghiệm về độ bền uốn: .................................................................................................. 29 1.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải: ................................................................................................ 31 1.8 Bảng thông số cơ bản của bộ truyền cấp chậm. ..................................................................... 32 3. Kiểm tra điều kiện chạm trục. ................................................................................................... 33 4. Kiểm tra điều kiện bôi trơn. ....................................................................................................... 34 PHẦN III THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT NỐI ĐỠ ........................................................................... 36 CHƯƠNG I : THIẾT KẾ TRỤC ................................................................................................... 36 I . CHỌN VẬT LIỆU ...................................................................................................................... 36 II. TÍNH THIẾT KẾ TRỤC VỀ ĐỘ BỀN ....................................................................................... 36 III. TÍNH KIỂM NGHIỆM TRỤC VỀ ĐỘ BỀN MỎI. ................................................................ 50 IV. KIỂM NGHIỆM TRỤC VỀ ĐỘ BỀN TĨNH. ........................................................................... 56 CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN THEN............................................................................................... 59 I . Tính chọn then cho trục I : ........................................................................................................ 59 §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 5 1. Kích thước then : ....................................................................................................................... 59 2. Kiểm nghiệm sức bền dập cho then : ......................................................................................... 59 3. Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then . .......................................................................................... 60 II . Tính chọn then cho trục II : ..................................................................................................... 60 1. Kích thước then : ....................................................................................................................... 60 2. Kiểm nghiệm sức bền dập cho then : ......................................................................................... 60 3. Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then . .......................................................................................... 61 III . Tính chọn then cho trục III : ................................................................................................... 61 1. Kích thước then : ....................................................................................................................... 61 2. Kiểm nghiệm sức bền dập cho then : ......................................................................................... 62 3. Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then . .......................................................................................... 62 CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN Ổ LĂN ............................................................................................ 63 1 . Cho trục I: ................................................................................................................................. 63 2 . Cho trục II: ............................................................................................................................... 65 3 . Cho trục III: .............................................................................................................................. 67 CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN KHỚP NỐI ...................................................................................... 70 II . CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA VỎ HỘP : .................................................................... 74 BẢNG DUNG SAI LÁP GHÉP .................................................................................................... 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................. 82 PHẦN I TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ I . Phân tích và trình bày cơ sở tính toán của sơ đồ cấu trúc:
Chuyển động từ động cơ 1 thông qua khớp nối 4 đến trục I và qua các trục II,III nhờ sự ăn khớp của các cặp bánh răng 2,3 đến khớp nối 5 truyền ra xích tải 6 truyền công xuất ra ngoài để thực hiện các công việc cần thiết.
Do vậy, khi tính toán để chọn động cơ phù hợp với yêu cầu thiết kế phải dựa vào các tiêu trí : công suất, số vòng quay đồng bộ, yêu cầu về quá tải, phương pháp mở máy và lắp đặt động cơ, nhưng ở đây ta dựa vào hai tiêu chí chủ yếu sau: Pđc ≥ Pct nđb ≅ nsb
Mặt khác, khi phân phối tỷ số truyền ta có thể dựa vào nhiều tiêu chí khác nhau như :  Xuất phát từ các yêu cầu về công nghệ.  Về kích thước và khối lượng gọn nhẹ.  Về vấn đề bôi trơn các bánh răng ăn khớp. nhưng tất cả các phương pháp này đều dựa vào điều kiện: các cấp bánh răng trong hộp cần có khả năng tải tiếp xúc như nhau. Đồng thời, trong đồ án này thì tiêu trí §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 6 về bôi trơn tốt nhất là quan trọng hơn cả nên ta xuất phát từ tiêu chí này để phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc. II.Chon động cơ điện: 1.Chọn kiểu loại động cơ:
Với hệ dẫn động xích tải dùng với các hộp giảm tốc ta ta chọn loại động cơ điện ba pha không đồng bộ rô to ngắn mạch vì những lý do sau:  Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, làm việc tin cậy.  Có thể mắc trực tiếp vào lưới điện công nghiêp.  Giá thành tương đối thấp và dễ kiếm.  Không cần điều chỉnh vận tốc .  Hiệu suất và hệ số công suất không cần cao. §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 7 2 . Chọn công suất động cơ Động cơ được chọn phải có công suất Pđc và số vòng quay đồng bộ thoả mãn điều kiện : Pđc ≥ Pct nđb ≅ nsb +) Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức(2.8)[1]: Pct = ∑η tP Trong đó:  Pct : là công suất cần thiết trên trục động cơ  Pt : là công suất tính toán trên  n trục máy công tác  ηΣ : hiệu suất truyền động chung của toàn hệ thống ηΣ = η1.η2.η3... Tra bảng 2.3 [1], ta có:  η1 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ ηnBR= 0,97  η2 : Hiệu suất một cặp ổ lăn ηÔ = 0,99  η3 : Hiệu suất khớp nối ηKN = 1 mà hiệu suất chung của trạm dẫn động: 4 0 2 .. ηηηη brk=∑ ⇒ ηΣ = 1.0,972.0,994 = 0,9
Trong trường hợp tải không đổi thì công suất tính toán là công suất làm việc trên trục máy: )(31,7 1000 7,1.4300 1000 . KWvFPP tctlvt ==== Trong đó : Flv - là công suất trên đĩa xích, Kw. Ft - là lực kéo trên xích tải, N. V - là vận tốc băng tải hoặc xích tải, m/s. ⇒ Công suất cần thiết trên trục động cơ là: Pct = ∑η tP = 9,0 31,7 = 8.1(Kw) Như vậy, động cơ cần chọn phải có công suất lớn hơn hoặc ít nhất bằng 8,1 KW. §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 8 3. Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: Khi số vòng quay đồng bộ của động cơ càng tăng thì khuôn khổ, khối lượng vì giá thành giảm (vì số đôi cực giảm) trong khi đó hiệu suất và hệ số công suất (cosϕ) càng tăng. Vì vậy người sử dụng muốn có số vòng quay cao. Tuy nhiên dùng động cơ với số vòng qua cao lại yêu cầu giảm tốc nhiều hơn, tác là phải sử dụng hệ thống dẫn động với tỷ số truyền lớn hơn. Do đó kích thước, khối lượng bộ truyền lớn. Vì vây khi thiết kế phải phối hợp cả hai yếu tố trên, đồng thời căn cứ vào sơ đồ hệ thống dẫn động cần thiết để chọn số vòng quay thích hợp cho động cơ. Theo tiêu chuẩn có các số vòng qua: 3000v/ph; 1500v/ph; 1000v/ph; 750v/p; 600v/ph; 500v/ph
Số vòng quay của trục công tác là : nCT = 60.1000.v z.t = 1,38.25 7,1.10.60 3 = 107,1 (vg/ph) Trong đó:  v - là vận tốc xích tải; v = 1,7(m/s)  z - là số răng đĩa xích tải; z = 25(răng)  t - là bước xích của xích tải; t =38.1(mm) + Chọn ηdb phải thoả mãn điều kiện: ct db sbU η η = ∈ U∑nd Trong đó: ηct: Số vòng quay trên trục công tác ηdb: Số vòng quay đồng bộ của động cơ U∑nd: tỷ số truyền nên dùng. + Số vòng quay của trục công tác )/(1,107 1,38.25 7,1.10.60 . .10.60 33 phv tz V nct === + Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: )/(1500 2 50.60.60 phv p f ndb === §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 9 mà p là số đôi cực tra bảng 1.1 ta có 2p=4 ⇒p=2 (kể đến sự trượt nđb=1450 (v/p)) ⇒ tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống xác định. 54,13 1,107 1450 === ct db sbU η η Mà hộp giảm tốc 2 cấp có tỷ số truyền trong khoảng (8÷40) Bộ truyền xích bên ngoài hộp giàm tốc tỷ số truyền nên dùng trong khoảng (1,5÷5) U∑nd= Und. Undxích = (80÷40). (1,5÷5) = 12÷200 Vậy ta chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ : ηdb= 1500v/ph ( Vì Usb=14 ∈U∑nd(12÷200) 4. Chọn động cơ thực tế: Căn cứ vào công suất đẳng trị dbdc dc ct dc dm Pp ηη ≈≥ ; Theo bảng P1.3 các thông số kỹ thuật của động cơ 4A ta chọn được động cơ 4A132M4Y3 Bảng thông số kỹ thuật của động cơ điện 4A132M4Y3 Kýhiệu Công suất P(KW) Vận tốc quay N(v/ph) Cosϕ η% Tmax/Tdn Tk/Tdn 4A132M4Y3 11 1458 0,87 87,5 2,2 2 5. Kiểm tra điều kiện quá tải, điều kiện mở máy 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: P dcmm ≥ P dcbd §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 10 Trong đó :  Pdcmm: Công suất mở máy của động cơ. P dcmm = dn K T T .Pđc= 2.11 = 22 (Kw)  P dcbd : Công suất cản ban đầu trên trục động cơ (Kw) P dcbđ = Pct.kbd = 8,1. 1,3= 10,53 (Kw) Vậy P dcmm ≥ P dcbd thỏa mãn điều kiện mở máy. b. Kiểm nghiệm điều kiện quá tải cho động cơ: Với sơ đồ tải trọng có tính chất không đổi và quay một chiều, nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ. ⇒ Như vậy động cơ 4A132M4Y3 đã chọn thỏa mãn điều kiện làm việc đã đặt ra. II . PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN : Tỷ số truyền của bộ truyền ngoài hộp: Tỷ số truyền chung của toàn hệ thống xác đinh theo công thức: 6,13 1,107 1458 ===∑ ct dcU η η Trong đó: ηdc: số vòng quay của động cơ ndc= 1458 v/ph nct : là số vòng quay của trục công tác nct= 107,1 v/ph Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp U∑= U1. U2.U3… Với U1,U2.U3là tỷ số truyền các bộ truyền trong hệ thống. Hệ dẫn động gồm bộ truyền bánh răng 2 cấp nối với 1 bộ truyền ngoài hộp. U∑= Ung. Uh Trong đó: Trong đó: +ung: là bộ truyền ngoài(qua khớp nối nên ung=1) + uh là bộ trong của hộp giảm tốc §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 11 2. Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp. Vớí hộp giảm tốc 2 cấp ta có: Uh= U1. U2 Trong đó: u1 là tỷ số truyền cấp nhanh u2 là tỷ số truyền cấp chậm u2= 625,26,13.1,1.1,1 33 ==hu ⇒ 18,5 625,2 6,13 1 ==u III . XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRÊN CÁC TRỤC :
Dựa vào công suất cần thiết của động cơ và sơ đồ hệ dẫn động ta tính các trị số của công suất, mômen và số vòng quay trên các trục. 1.Tốc độ quay của các trục:
Số vòng quay trên trục số I : ( )phvnn đcI /1458==
Số vòng quay trên trục số II : ( )phv u n n III /5,28118,5 1458 1 ===
Số vòng quay trên trục III : ( )phv u n n II II III /2,107625,2 5,281 ===
Số vòng quay trên trục công tác: ( )phvnn IIIct /2,107== 2.Tính công suất trên các trục : Với sơ đồ tải trọng không đổi ta có : Công suất danh nghĩa trên trục động cơ là : )(1,8 9,0 31,7 Kw n PPP lv ctlv đcdc ==== Σ
Công suất danh nghĩa trên trục số I : )(23,71.9,0.31,7.. KwPP KNOCTI === ηη
Công suất danh nghĩa trên trục số II : §å ¸n m«n häc Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên 12 )(94,699,0.97,0.23,7.. KwPP OBRIII === ηη
Công suất danh nghĩa trên trục số III : )(67,699,0.97,0.94,6.. KwPP OBRIIIII === ηη
Công suất danh nghĩa trên trục công tác: )(4,699,0.97,0.67,6... KwPP XTKNOIIICT === ηηη 3 . Tính mômen xoắn : Mômen xoắn trên các trục được xác định theo công thức : T = 9,55.106 i i n P
Mômen xoắn trên trục động cơ là: )(5,