TS LÊ VĂN UYỂN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY Hà nội tháng 1-2023 PGS.TS LÊ VĂN UYỂN PHẦN THỨ HAI THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY HÀ NỘI 1.2023 MỤC LỤC PHẦN II THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY VÀ MÁY Chương 13 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG MÁY 13.1 Khái niệm chung về máy công tác và sơ đồ bố trí hệ dẫn động máy.2 Chọn động cơ điện.và phân phối tỷ số truyền trong sơ đồ dẫn động .8 Chương 14 THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY VÀ BỘ PHẬN MÁY 14.1 Dữ liệu và các yêu cầu khi thiết kế các chi tiết máy.2 Thứ tự tính toán thiết kế các chi tiết trong hệ dẫn động.3 Tự động hóa thiết kế các chi tiết truyền động.52 Chương 15 THIẾT KẾ KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT VÀ BỘ PHẬN MÁY 15.1 Kết cấu các chi tiết truyền động.2 Kết cấu trục và các phương pháp cố định chi tiết trên trục.3 Kết cấu bộ phận ổ, bôi trơn và che kín.4 Kết cấu các chi tiết khác.5 Bôi trơn các chi tiết trong hộp giảm tốc.6 Lắp ráp, kiểm tra và điều chỉnh ăn khớp.7 Bản vẽ lắp Hộp giảm tốc. 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO.136 Chương 13 SƠ ĐỒ HỆ DẪN ĐỘNG MÁY và TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 13.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY CÔNG TÁC VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ DẪN ĐỘNG MÁY Thực tế các máy công tác rất đa dạng về chủng loại và tính năng sử dụng. Tải trọng và vận tốc có thể không đổi hay thay đổi trong quá trình vận hành. Có thể đưa ra một số nhóm máy công tác sau đây làm ví dụ minh họa: Nhóm I bao gồm các máy có công suất công tác không đổi hay thay đổi không đáng kể còn vận tốc của cơ cấu chấp hành (CCCH) là không thay đổi trong quá trình vận hành: Các loại băng tải; xích tải; lò quay… Nhóm II bao gồm các máy có công suất làm việc với tải trọng thay đổi nhưng vận tốc không thay đổi, bao gồm các cơ cấu trong máy nâng hạ như cầu trục, cầu lăn, thang máy.
Nhóm III bao gồm các máy công tác có công suất và vận tốc công tác thay đổi như các máy gia công kim loại (các máy cắt gọt vạn năng: máy tiện, máy phay; máy mài… hoặc các máy CNC), các loại ô tô; máy kéo… Hình 13.1 là một sơ đồ hệ dẫn động (HDĐ) của máy vận chuyển liên tục, ở đây dùng động cơ điện nối với HGT trục vít bằng khớp nối; Đầu ra HGT được lắp đĩa xích dẫn còn đĩa bị dẫn lắp trên trục tang và trên trục tang được lắp tang đường kính D(mm) và băng tải chuyển động với vận tốc v(m/s); lực kéo F(N). Nhìn chung HDĐ của một máy công tác bao gồm các bộ phận chính sau đây: - Nguồn động lực: Động cơ điện có tốc độ không đổi hay thay đổi; Động cơ đốt trong hoặc turbin khí… - TĐCS bao gồm các bộ truyền ngoài: bộ truyền đai; bộ truyền xích hoặc truyền động bánh răng để hở hay truyền động bánh ma sát; một HGT một hay nhiều cấp hoặc hộp số. - Khớp nối dùng để nối giữa các đầu trục lại với nhau. 1 Ngoài 4 v ra có thể 3 bố trí thêm một 2 số bộ 1 H phận khác tùy yêu cầu sử dụng như phanh, cơ cấu an toàn….
Bé truyÒn ngoµi (XÝch) 5. Bang t¶i: Tùy D ®-êng kÝnh tang F lùc kÐo thuộc vào v vËn tèc b¨ng t¶i loại máy công tác mà hệ Hình 13.1 Sơ đồ dẫn động máy công tác (băng tải) thống dẫn động máy (HDĐ) cần có những yêu cầu khác nhau. Việc lựa chọn sơ đồ bố trí HDĐ là một trong những yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế máy. Tùy thuộc vào yêu cầu của CCCH; không gian bố trí…mà người thiết kế đưa ra sơ đồ HDĐ hợp lý.
Việc thiết kế máy công tác chính là thiết kế HDĐ, bao gồm chọn nguồn động lực (chọn động cơ) và thiết kế hoăc chọn (mua) các truyền động công suất (TĐCS) hoặc HGT. Phần II cuốn tài liệu sẽ trình bày phương pháp tính toán thiết kế HDĐ máy, bao gồm lựa chọn sơ đồ HDĐ; chọn động cơ điện; thiết kế các chi tiết và bộ phận khác; tính toán thiết kế kết cấu các chi tiết trong HGT. Do khuôn khổ có hạn nên cuốn tài liệu này chỉ trình bày tính toán thiết kế HDĐ các máy công tác có vận tốc không thay đổi và có công suất (lực kéo) ở bộ phận công tác là không đổi hoặc thay đổi theo chế độ ổn định. Thiết kế các chi tiết truyền động được trình bày dưới hai dạng cơ bản: - Thiết kế các chi tiết truyền động theo phương pháp thông thường.
- Thiết các chi tiết truyền động bằng cách sử dụng phần mềm thiết kế trong Autodest Inventor.1 Động cơ điện Động cơ điện được sử dụng rất rộng rãi để tạo ra cơ năng cho các máy công tác. Động cơ có rất nhiều loại: Động cơ một chiều; Động cơ xoay chiều (động cơ không đồng bộ; Động cơ đồng bộ); Động cơ bước (động cơ giảm tốc; động cơ rung và động cơ Servo). Với dãy động cơ không đồng bộ 3K- 4K có chung ưu điểm là hiệu suất cao, mô men mở máy khỏe và độ rung thấp. Kích thước và dãy công suất phù hợp với dãy tiêu chuẩn IEC.
Động cơ dùng để dẫn động cho các thiết bị như máy cắt gọt kim loại, máy nghiền, máy trộn, băng tải… Hiện nay trên thị trường có nhiều loại động cơ do nhiều công ty chế tạo.1&2 giới thiệu thông số kỹ thuật động cơ điện Việt Hung để bạn đọc tham khảo khi chọn động cơ điện cho HDĐ.2 Hộp giảm tốc HGT là một tổ hợp hình thành từ các bộ truyền bánh răng hay trục vít được bố trí theo một sơ đồ, có tỷ số truyền không đổi (u > 1), dùng để giảm tốc độ đồng thời tăng mô men xoắn của trục ra. Một loại cơ cấu tương tự nhưng dùng để tăng tốc (u < 1) gọi là Hộp tăng tốc. Tùy thuộc vào số cấp, loại bộ truyền bố trí và sơ đồ bố trí mà HGT được chia thành các loại sau đây: - HGT một cấp: HGT bánh răng trụ (hình 13.2a); HGT bánh răng côn (hình 13.3a,b&c); HGT trục vít (hình 13. - HGT hai cấp: HGT bánh răng trụ khai triển (hình 13.2b); Khai triển phân đôi (hình 13.2c); hay HGT đồng trục (hình 13.d); HGT côn – trụ (hình 13.3d&e); HGT Bánh răng - trục vít (hình 13.4d) hay Trục vít - bánh răng (hình 13.4e) và trục vít hai cấp (hình 13.
- HGT ba cấp: HGT côn – Trụ 3 cấp; HGT bánh răng trụ 3 cấp… Ngoài cách phân loại trên, tùy thuộc vào yêu cầu mà vị trí đầu vào và đầu ra các trục có thể được bố trí khác nhau. Có loại HGT có hai đầu vào (một đầu để nối với động cơ qua khớp nối, đầu kia để dự phòng hay để nối với một thiết bị an toàn) hoặc hai đầu ra (một dẫn động kéo hai bộ phận công tác) (hình 13.3c); hoặc tâm trục vào và ra nằm trên mặt phẳng song song với đáy hộp hay nghiêng góc hoặc ví trí đường tâm trục vào có thể nằm ngang phía dưới, phía trên hay thẳng đứng (hình 13. Tùy thuộc vào yêu cầu kích thước, làm việc…mà các bộ truyền có thể là răng thẳng hay răng nghiêng. Việc lựa chọn phương án loại HGT và bố trí vị 3 trí các bộ truyền trong và ngoài, cũng như loại bộ truyền tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể.
Ngoài các HGT trên còn có HGT bánh răng sóng hay HGT hành tinh. HGT bánh răng chốt và Động cơ HGT (động cơ gắn liền HGT).1 cho phạm vi tỷ số truyền nên dùng của bộ truyền đai, xích và HGT bánh răng.1 Tỷ số truyền nên dùng cho bộ truyền và HGT Loại truyền động Tỷ số truyền Truyền động đai - Đai dẹt 2…4 - Đai thang 3…5 - Đai răng 4…10 Truyền động xích 2…5 Hộp giảm tốc một cấp - HGT bánh răng trụ 4…6 (8) - HGT bánh răng côn răng thảng 3…4,5 - HGT trục vít 14…30 Hộp giảm tốc hai cấp - HGT Côn - trụ 10…25 - HGT bánh răng trụ (khai triển; phân đôi và đồng trục) 10…40 - HGT Bánh răng - trục vít và Trục vít bánh răng 50…100 - HGT 2 cấp trục vít 200…800 13.1 Hộp giảm tốc bánh răng trụ HGT bánh răng trụ gồm các loại sau đây: HGT bánh răng trụ một cấp (hình 13.2a) dùng khi tỷ số truyền không lớn, thường uh < 7 nếu là bánh trụ răng nghiêng, còn nếu sử dụng bánh trụ răng thẳng thì uh 5. Do các bánh răng bố trí đối xứng so với gối đỡ trục nên khi thiết kế nên chọn a lớn (a 0,4…0,5 ). HGT bánh răng trụ 2 cấp thường dùng khi tỷ số truyền u h = 10…40, có thể bố trí theo các sơ đồ khác nhau: - HGT khai triển (hình 13.
Loại này có kết cấu đơn giản nhưng do bánh răng phân bố không đối xứng so với gối đỡ trục nên làm cho sự phân bố không đều của tải trọng tăng lên. Để khắc phục cần tăng độ cứng trục, tăng độ chính xác chế tạo và giảm chiều rộng vành răng (chọn a nhỏ). 4 x n2 x n1 x n1 n1 x x x x x x x n1 n1 x x x x x x a) b) c) d) e) MÆt ph©n c¸ch MÆt ph©n c¸ch x x x x x x x x h) Hình g) 13.2 HGT bánh răng trụ một và 2 cấp - HGT khai triển phân đôi (hình 13. Có thể phân đôi ở cấp nhanh hay ở cấp chậm.
Do sử dụng cặp bánh răng phân đôi nên dòng công suất được chia đôi vì vậy kích thước trục có lắp bánh răng phân đôi sẽ nhỏ hơn. Mặt khác có thể sử dụng cặp bánh răng chữ V (hai bánh răng nghiêng có hướng răng ngược nh au với góc nghiêng lớn (thường = 30o…40o)). Vì vậy khi thiết kế loại HGT này cần lưu ý: + Có thể sử dụng bánh răng có chiều rộng vành răng lớn (chọn a lớn). + Một trên các trục có lắp bánh răng phân đôi cần lắp ổ tùy động.
- HGT đồng trục (hình 13.2e), loại HGT này có đặc điểm là đường tâm trục vào và ra nằm trên một đường thẳng và vì vậy kích thước hộp giảm theo chiều dài và tăng theo chiều rộng. Do có một ổ trục nằm bên trong hộp nên việc chế tạo, lắp ghép và bôi trơn ổ giữa sẽ khó khăn. Mặt khác trục trung gian tương đối dài nên cần chọn đường kính trục lớn. HGT bánh răng trụ 3 cấp có tỷ số truyền u h = 40…250, thường bố trí theo sơ đồ khai triển hay phân đôi ở cấp trung gian.