Đồ án: Thuyết minh đồ án chi tiết máy thiết kế các chi tiết truyền động

Hướng dẫn chi tiết về thiết kế chi tiết máy và hệ thống truyền động. Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy.

• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Hữu Chí
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Phân Hiệu Tại Tp.hcm
• Chuyên ngành: Chi Tiết Máy
• Đề tài: Thiết Kế Các Chi Tiết Truyền Động
• Loại tài liệu: Đồ Án Chi Tiết Máy
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp.HCM

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Chi tiết Máy Thiết kế

Đồ án chi tiết máy thiết kế là một công trình học tập quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí. Đồ án này giúp sinh viên củng cố kiến thức về nguyên lý máy, chi tiết máy và vẽ kỹ thuật cơ khí. Hệ thống truyền động cơ khí đóng vai trò thiết yếu trong sản xuất và cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là hộp giảm tốc - một bộ phận không thể thiếu trong các thiết bị công nghiệp. Thông qua đồ án này, sinh viên có cái nhìn tổng quan về quy trình thiết kế cơ khí chuyên nghiệp. Công việc thiết kế giúp hiểu sâu hơn về cấu tạo và chức năng của các chi tiết cơ bản như bánh răng và ô lăn. Ngoài ra, sinh viên còn cơ hội bổ sung kỹ năng vẽ hình chiếu bằng AutoCAD - công cụ không thể thiếu cho một kỹ sư cơ khí hiện đại.

1.1. Mục tiêu và ý nghĩa của đồ án

Đồ án chi tiết máy thiết kế nhằm nâng cao kỹ năng thực tiễn của sinh viên trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí. Mục tiêu chính là giúp sinh viên ứng dụng lý thuyết vào thực tế, thiết kế một hệ thống truyền động hoàn chỉnh bao gồm các cấp bánh răng, trục, ô lăn và vỏ hộp. Đồ án cũng giúp sinh viên phát triển tư duy thiết kế kỹ thuật và khả năng giải quyết vấn đề trong công việc. Ngoài ra, đồ án là cơ hội để sinh viên làm quen với các chuẩn kỹ thuật và quy trình tính toán thiết kế chuyên nghiệp.

1.2. Cấu trúc chính của đồ án

Đồ án chi tiết máy thiết kế thường bao gồm năm phần chính: Phần I - Tính toán động học hệ dẫn động cơ khí với công suất động cơ và tỷ số truyền; Phần II - Thiết kế chi tiết truyền động bao gồm bánh răng trụ cấp nhanh và cấp chậm; Phần III - Thiết kế chi tiết đỡ nối như trục, ô lăn và khớp nối; Phần IV - Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết phụ; Phần V - Tính toán dung sai kích thước. Mỗi phần đều yêu cầu tính toán chính xác và vẽ kỹ thuật chi tiết.

II. Tính toán Động học Hệ Dẫn Động Cơ Khí

Tính toán động học là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế hệ dẫn động. Bước này bao gồm xác định công suất cần thiết của động cơ dựa trên điều kiện làm việc của máy công tác. Với chế độ làm việc liên tục 3 ca, mỗi ca 8 giờ, công suất tính toán được xác định từ công suất trên trục máy công tác chia cho hiệu suất truyền động. Hiệu suất truyền động được tính dựa trên hiệu suất của từng cặp bánh răng (0,98 cho bánh răng trụ kín, 0,95 cho bánh răng trụ hở) và ô lăn (0,99). Sau đó, chọn động cơ phù hợp từ bảng thông số kỹ thuật của các loại động cơ tiêu chuẩn. Bước này đảm bảo động cơ có công suất đủ và tốc độ đồng bộ phù hợp với yêu cầu thiết kế.

2.1. Tính công suất và chọn động cơ

Công suất cần thiết của động cơ dẫn động được tính theo công thức: Pe = Ps/η, trong đó Ps là công suất tính toán trên trục máy công tác và η là hiệu suất toàn bộ hệ dẫn động. Ví dụ, với công suất máy công tác là 965 kW, hiệu suất 78,38%, công suất động cơ cần chọn là 7,5 kW. Động cơ được chọn phải thỏa mãn điều kiện Pe > Ps/η. Theo bảng thông số kỹ thuật động cơ 4A, chọn động cơ 4A132M6Y3 với công suất định mức 7,5 kW, tốc độ 968 vòng/phút.

2.2. Phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền của hệ dẫn động được phân phối cho các cấp bánh răng theo nguyên tắc tối ưu. Với tỷ số truyền tổng ut = 31,3, chọn ut = 14 cho hộp giảm tốc đồng trục. Tỷ số truyền được chia cho hai cấp: cấp nhanh u21 = 3,74 và cấp chậm u43. Tỷ số truyền của bánh răng trụ ngoài u32 = 2,3. Việc phân phối này đảm bảo cân bằng tải trọng giữa các cấp và giảm kích thước tổng thể của hộp giảm tốc.

III. Thiết kế Chi tiết Truyền Động Bánh Răng

Thiết kế chi tiết truyền động tập trung vào tính toán bánh răng - thành phần lõi của hệ dẫn động. Quá trình thiết kế bao gồm xác định ứng suất cho phép dựa trên vật liệu được chọn, thường là thép hợp kim với độ cứng cao. Tiếp theo là tính toán cấp nhanh với bánh răng trụ nghiêng để giảm rung động, và cấp chậm với bánh răng trụ thẳng đơn giản hơn. Các bước tính toán bao gồm xác định sơ bộ khoảng cách trục, xác định thông số ăn khớp như mô-đun và góc nghiêng, và kiểm nghiệm độ bền theo tiêu chí độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và quá tải. Mỗi kiểm nghiệm đều phải thỏa mãn các tiêu chí an toàn quy định.

3.1. Tính toán bánh răng cấp nhanh

Bánh răng trụ nghiêng ở cấp nhanh được tính toán dựa trên tỷ số truyền u21 = 3,74. Các bước bao gồm xác định mô-đun m, số răng Z cho bánh nhỏ và bánh lớn. Khoảng cách trục a được tính theo công thức: a = m(Z1 + Z2)/(2cos β), trong đó β là góc nghiêng. Sau đó kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc theo công thức của Hertz, kiểm nghiệm độ bền uốn tại gốc răng, và kiểm tra quá tải. Tất cả các kiểm nghiệm phải thỏa mãn hệ số an toàn quy định.

3.2. Tính toán bánh răng cấp chậm

Bánh răng trụ thẳng ở cấp chậm có tỷ số truyền u43. Quá trình tính toán tương tự cấp nhanh nhưng đơn giản hơn vì không có góc nghiêng. Khoảng cách trục được tính: a = m(Z3 + Z4)/2. Số răng được chọn để đảm bảo chiều dài theo tia đủ lớn và tỷ số truyền chính xác. Kiểm nghiệm độ bền bao gồm kiểm tra tiếp xúc bề mặt và uốn tại gốc răng. Cấp chậm thường chịu tải lớn hơn nên cần chọn vật liệu và kích thước hợp lý.

IV. Thiết kế Chi tiết Đỡ Nối và Cấu Tạo Vỏ Hộp

Thiết kế chi tiết đỡ nối bao gồm trục - thành phần chủ yếu chịu lực uốn và xoắn từ bánh răng, ô lăn - giúp trục quay trơn tru với hiệu suất cao, và khớp nối - kết nối các trục. Quy trình thiết kế trục bao gồm chọn vật liệu (thường là thép carbon hoặc hợp kim), tính sơ bộ đường kính dựa trên momen xoắn và momen uốn, xác định khoảng cách giữa các ô lăn và các điểm đặt lực. Tiếp theo là xác định đường kính chi tiết của trục tại mỗi vị trí để chứa ô lăn và các chi tiết khác. Kiểm nghiệm độ bền trục về mỏi và độ bền tĩnh phải thỏa mãn tiêu chí an toàn. Cấu tạo vỏ hộp bao gồm thiết kế các kích thước cơ bản đảm bảo chứa được tất cả chi tiết bên trong, cũng như các chi tiết phụ như chốt định vị, que thăm dầu, vòng chắn đầu.

4.1. Thiết kế trục và chọn ô lăn

Trục dẫn động phải chịu lực uốn từ bánh răng và momen xoắn từ động cơ. Đường kính sơ bộ được tính từ momen xoắn: d ≥ ∛(32T/π[τ]), trong đó T là momen xoắn và [τ] là ứng suất xoắn cho phép. Sau đó xác định vị trí ô lăn dựa trên chiều dài trục và khoảng cách giữa bánh răng. Ô lăn taper thường được chọn vì có khả năng chịu tải tốt và dễ lắp ráp. Chọn ô lăn từ bảng tiêu chuẩn dựa trên đường kính lỗ và tải trọng động.

4.2. Cấu tạo vỏ hộp giảm tốc

Vỏ hộp giảm tốc được thiết kế để chứa toàn bộ chi tiết truyền động và duy trì mức dầu phù hợp. Kích thước cơ bản bao gồm chiều dài, chiều rộng, chiều cao sao cho có khoảng cách đủ giữa bánh răng và vỏ. Chi tiết phụ bao gồm chốt định vị để định vị trục, que thăm dầu để kiểm tra mức dầu, vòng chắn đầu để ngăn chặn rò rỉ dầu. Miệng đổ dầu được bố trí ở vị trí thuận tiện, miệng xả dầu ở điểm thấp nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRUONG DAI HOC GIAO THONG VAN TAI PHÂN HIỆU TẠI TP.HCM Thuyết Minh DO AN CHI TIET MAY GVHD: NGUYEN HUU CHÍ SVTH: Lop: Ky MSSV: TP.HCM - Thang DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS. NGUYEN HUU CHI LOINOI DAU Trong cuộc sống chúng ta có thê bắt gặp những hệ thống truyền động ở khắp nơi và có thê nói nó đóng vai trò nhất định trong cuộc sống cũng như trong sản xuất. Đối với các hệ thông truyền động thường gặp thì có thê nói hộp giảm tốc là một bộ phận không thê thiếu. Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp củng có lại các kiến thức đã học trong các môn: Nguyên Lý Máy, Chi Tiết Máy, Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí.

và giúp sinh viên có cái nhìn tông quan về việc thiết kế cơ khí. Công việc thiết kế hộp giảm tốc giúp chúng ta hiểu kỹ hơn và có cái nhìn cụ thê hơn về cấu tạo cũng như chức năng của các chỉ tiết cơ bản như bánh răng, ô lăn. Thêm vào đó trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ hình chiếu với công cụ AutoCad - điều rất cần thiết với một kỹ sư cơ khí. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Chí và các bạn trong khoa cơ khí đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.

Với kiến thức còn hạn hẹp, do đó thiếu xót là điều không thể tránh khỏi, em mong nhận được ý kiến từ thầy cô và bạn bè đề đồ án này được hoàn thiện hơn. Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày L7 tháng 12 năm 2022 DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS. NGUYEN HUU CHI NHAN XET DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS. NGUYEN HUU CHI DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS.

NGUYEN HUU CHI MUC LUC PHAN I: TINH TOAN DONG HOC HE DAN DONG CO KHL. Tính công suất cần thiết của động cơ. Chọn tốc độ đồng bộ động cơ.-- 5 ST E1EE1211211112121 1011211 eryee 8 k9. Phân phối tý số truyền.

Tính công suất, vòng quay và momen trên các trục.---:-s+zzsczsz se 8 PHAN II: THIET KE CAC CHI TIET TRUYEN ĐỘNG. Xác định các ứng suất cho phép. Tính toán cấp nhanh: bộ truyền bánh răng trụ nghiêng và Tính toán cấp chậm: bộ truyền bánh răng trụ thăng. Xác định sơ bộ khoảng cách trục.

Xác định các thông số ăn khớp. Kiếm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc. Kiểm nghiệm về độ bền uốn. Kiếm nghiệm răng về quá tải.

Bảng các thông sốỐ. Xác định sơ bộ khoảng cách trục. Xác định các thông số ăn khớp. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn. Kiểm nghiệm răng về quá tải. Bảng các thông sốỐ. 0 1 TS112212 211 110121 121021 uyu PHAN III: THIẾT KẺ CÁC CHI TIẾT ĐỠ NÓI.

Thiết kế trục. Chọn vật liệu. Tính sơ bộ đường kính trục. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực.

Xác định các lực tác dụng lên trục.5, Xác định đường kính và chiều dài các Moan true. Tinh kiém nghiém truc vé dO b@n MOi. Tinh kiém nghiệm trục về độ bền tĩnh. 40 DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS.

NGUYEN HUU CHI 3. Chọn ô lăn cho trỤC Ì,.2, Chon é lan cho trục Ï. Tính chọn khớp nối.-à- 22211111121 211 2111712122211 ryu 47 PHAN IV: CAU TẠO VỎ HỘP VÀ CÁCH CHI TIẾT PHỤ,. Thiết kế các kích thước của vỏ hộp.

Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp. Thiết kế các chỉ tiết phụ. Chốt định vị. Que thăm dầu.

Vòng chắn đầu. 54 PHAN V: TINH TOAN DUNG SAI KÍCH THƯỚC TRỤC. 56 TÀI LIỆU KHAM KHẢO.- 52 S11112112121111 211711 1121212111210 re 57 DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS. NGUYEN HUU CHI I: TINH TOAN DO PHAN NG HOC HE DAN DONG CO KHi 1.

Tính công suất cần thiết của động cơ - Chế độ làm việc: Mỗi ngày làm việc liên tục 3 ca, mỗi ca 8 giờ, mỗi năm làm việc 200 ngày - Công suất cần thiết trên trục động cơ là: PerHvn (*) Với: P, là công suất tính toán trên trục máy công tác (KW). 7 la hiéu suất truyền động. Do tai trọng không đổi nên công suất tính toán là công suất làm việc trên trục mãy công tác: Prong tang Py Fuv, 1000 — 965.„=““T0ng Hiệu suất truyền động: (Các trị số hiệu suất được tra trong bang 2.y'ol ym Với „„ = 0,98 là hiệu suất của các cặp bánh răng trụ kín. Hom = 0,95 la hiệu suất của các cặp bánh răng trụ hở.

Yo = 0,99 là hiệu suất các cặp 6 lăn. in = 1 là hiệu suất khớp nỗi. Chọn tốc độ đồng bộ động cơ 60000.0,55 =——————-————>—= ph Me Dp 78.381 3093 ¥/ph) Tra bang 2.4 chọn tỷ số truyền ta có +u, = 14 là tỷ số truyền của truyền động bánh răng trụ hộp giảm tốc hai cấp.2(2 + 5) là tỷ số truyền của bánh rang trụ ngoài => U;, Uy.2,2 = 30,8 DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS. NGUYEN HUU CHI => Vậy nụ = nụ.

Chọn động cơ Căn cứ vào bảng: “Các thông số kỹ thuật của động cơ 4A” phụ lục PI.3 trang 238 Sách “Tính toán thiết kế HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ: ta chọn động cơ 4A132M6Y3, ta co: +Py,=7,5 (Kw) => Pde > Pet + nạ, = 968 (vg/ph) ~ nsb = 952,76(vg/ph) +coso = 0,81 += 0,855 + Tinax! Van = 2,2 + T,/Ta, = 2,0 +3. T iam T, Thoả điêu kiện: ———=1. Phân phối tỷ số truyền - Tỷ số truyền của hệ dẫn động là: ut = uc = nạ/m, = 968/30,93 = 31,3 - Chon u,= 14 - Đối với hộp giảm tốc đồng trục cũng còn dùng cách phân U, cho cdc cap theo công thức: uạụ = uc; = Vu,= ¥14=3,74 - Trong do: + Lu›làtỉ số truyền cấp nhanh. + U,,latisd truyéncdp chậm.

Hạc 968 - Tý sô truyên của bánh răng trụ ngoài U;z= n n = 7430. , Chọn u„=2,3 - Kiểm tra sai số cho phép về vận tốc: U, =U jp Uy Uyg=3+74. Tính công suất, vòng quay và momen trên các trục - Công suất trên các trục: Ta co: Piy=Py= 5,31 (kW) _ Py _ 531 ĐPự= 25,64 (kW) Noi Mom —naooanadoar.0,95 DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS. NGUYEN HUU CHI p,=—pm = 5.0,98 *Chú ý: Công suất động cơ tính toán P„= 6 (kKW) phải nhỏ hơn công suất lựa chon Pg = 7,5 (kW);n„=968 (vòng/phút).

- Số vòng quay của các trục: n,=n¿,=968 (vòng/phút) nN, 968 ` , = =— == S82 374 58,82 2 (vòng/phút) n; _ 258.82 ` „ Ny„=——= "374 69,2 89,2 (vòng/phút) Ns _ 69,2 ` , ny == Ung 23 # 30,08 —— (vong/phut) n,;„—= n,=30,08 (vòng/phút) - Momen các trục quay công tác: P T,=T,=9,55.mm) nụ 30,08 Từ các kết quả trên ta có bảng: Trục Ð ; Động Cơ I I Wl Dong co IV Công suất P (KW) 7,5 6 5,81 5,64 5,31 Số vòng quay n (vg/ph) 968 968 258,82 69,2 30,08 DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS. NGUYEN HUU CHI Mô men xoắn T (Xanm) | 5919421 | 214378,72 | 778352,6 | 1685854,39 Tỷ số truyềnu | 1 | 3,74 | 3,74 | 2,3 PHAN II: THIET KE CAC CHI TIET TRUYEN DONG 1. Chon vat liệu Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất trong thiết kế ta chọn vật liệu hai cấp bánh răng là như nhau: - Bánh Nhỏ: thép C45, tôi cải thiện, đạt độ cứng rắn HB = 245, 0,,=850 MPA, 64, =580 MPA - Banh Lon: thép C45, tôi cải thiện, đạt độ cứng ran HB = 230, 052 = 750 MPA, © a= 450 MPA 2, Xác định các ứng suất cho phép Theo bảng 6.2 (sách 777KHDĐCK trang 94) với thép 45, tôi cải thiện đạt độ ran HB 180.350 Øz„= 2HB +70; 5„ = l,l; ơ„„= L,8HB; Sp= 1,75 Chọn độ rắn bánh răng nhỏ HB;= 245; độ rắn bánh răng lớn HB; = 230, khi đó Øm,„=2 HB¡+ 70 = 2.245= 441 MPa © tim: =2 HB,+ 70 = 2.230 = 414 MPa Số chu kỳ cơ sở khi tính độ bền tiếp xúc theo công thức 6.5 (sách 777KHDĐCK trang 93) N„„= 30 Hƒ/„„ do đó : - _ Bánh nhỏ là: N;„¡= 30.10” - - Bánh lớn là: N;s› = 30.107 Vì bộ truyền làm việc có tải trọng thay đổi, nếu số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương được tính theo công thức 6.n,/u, Yt, ¥ (TT max) tl Dt; Với: *c= I: số lan An khdp trong | lan quay. * T;; moment xoan 6 ché dé i.

* n¿ số vòng quay bánh dẫn.4 = 19200 (h): tong thời gian làm việc. 10 DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS. NGUYEN HUU CHI Do thời gian khỏi động máy có 5s quá nhỏ so voi thoi gian lam việc, nên ta có thê tạm thời bỏ qua: => N,z;= 60.10” > Na; Do đó: Kuno =! suy fa Nugi>N wot do đó Kmi= 1 Như vậy theo công thức 6.la (sách 777KHWDĐCK trang 93) sơ bộ xác định được: [ơ„|= Pin K HEL H =lØu¡|= ST; =509 MPa và|ơ,,}= ST 4B, 8 MPa Với cấp nhanh sử đụng bánh răng nghiêng do đó theo công thứ 6.481,8 =495,4 < 602,25 Với cấp chậm sử dụng bánh răng thắng nên: lơu| =|lơ„;|= 481.8 MPa Theo công thức 6.¥(T iT max) it Do thời gian khởi động máy có 5s quá nhỏ so với thời gian lam việc nên ta có thé tam thời bỏ ae => N;;=60.10’ 3, oa Vi N pp2=59,42.10° Do do: Kin2=1=6K 7: =1 Do đó theo công thức 6.2a (sách 777KHDĐCXK trang 93) với bộ truyền quay | chiều Kzc= I ta được: |ơ;|= Kc Kp, 6 Sp [Øz;j=441.1/1,75=236,5 MPa *Ứng suất tải cho phép : theo công thức 6.14 trang 96: + Ứng tiếp xúc quá tải cho phép: [4 Inex= 28-9 ony =2,8.450= 1260 Mpa HH DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS. NGUYEN HUU CHI + Ứng suất uốn quá tải cho phép: [Øz; ]„„=0,8.

Tính toán cấp nhanh: bộ truyền bánh răng trụ nghiêng và Tính toán cấp chậm: bộ truyền bánh răng trụ thắng 3. Xác định sơ bộ khoảng cách trục T,K a, =k,, [uel].0,3 ¿124,01(mm) Trong đó: - Hệ số chiều rộng vành răng: J„= 0,3 (theo bảng tra 6.6 sách 777KHDĐCK trang 97) - Voi banh răng trụ răng nghiêng: k¿ 43 (theo bang tra 6.5 sách TTTKHDĐCK trang 96) - Theo công thức 6. (3,74 + 1) =0,75 Theo bảng chọn 6.7 (sách 777KHDĐCK trang 98) ta chọn K;„= 1,05 (so đồ 5) - T;ta lấy từ bảng số liệu phần I. Xác định các thông số ăn khớp Theo công thức 6.140 = 1,4 + 2,8 (mm) Theo bang chon 6.8 (sach 777KHDPCK trang 99) ta chon modum phap m = Chon so b6 B=10', do dé cosB= 0,9848 Theo céng thire 6.31 (sach TTTKHDDCK trang 103) số bánh răng nhỏ: _24,C0SB _ 2.(3,74+1) => lấy Z¡=¿ 39 răng Số bánh răng lớn: Z;=u¡.

39 = 145,86 => lây Z¿=¿ 146 rang ‹ à 14 Do đó tỷ số truyền thực sẽ là U„= =. 3,74 Từ đó ta tính toán lại góc nghiêng ổ: _m.(39+146)_ CSẾP 2A 2140 7 0U 12 DO AN CHI TIET MAY GVHD: TS.