Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

Quá trình tính toán và thiết kế tham khảo các giáo trình như Chi tiết máy, Tính toán hệ thống dẫn động cơ khí, Dung sai và lắp ghép,…qua đó từng bước giúp sinh viên làm quen với công việ

-o0o -ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI SINH VIÊN:

MSSV:

LỚP:

GV HƯỚNG DẪN:

Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

Sinh viên thực hiện: MSSV:

Người hướng dẫn: Ký tên:

Ngày hoàn thành: 27/11/2016 Ngày bảo vệ:

ĐỀ TÀI

Đề số 20: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Phương án số: 27

Hệ thống dẫn động băng tải bao gồm: 1: Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2:

Khớp nối đàn hồi; 3: Hộp giảm tốc bánh răng trục vít; 4: Bộ truyền xích ống con lăn; 5: Băng tải (Quay một chiều, tải va đạp nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ)

Số liệu thiết kế:

- Lực vòng trên băng tải F (N): 13000

- Vận tốc băng tải v (m/s): 0.32

- Đường tính tang dẫn, D(mm): 350

- Thời gian phục vụ L (năm): 4

- Số ngày làm/năm Kng (ngày): 230

- Số ca làm việc trong ngày (ca): 2

- t1 (giây): 23

- t2 (giây): 36

- T1: T

- T2: 0,7T

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học Thiết kế máy là một đồ án chuyên ngành chính của sinh viên

ngành cơ khí Việc tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình tào đạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức quan trọng cho sinh viên về kết cấu máy

Nội dung đồ án bao gồm những vẫn đề cơ bản trong thiết kế máy và hệ thống dẫn động, tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chi tiêu chủ yếu và khả năng làm việc, thiết kế kết cấu chi tiết máy, vỏ hộp, chọn cấp chính xác, lắp ghép, dung sai và phươngpháp trình bày bản vẽ Thuật ngữ và kí hiệu dùng trong đồ án dựa theo tiêu chuẩn Việt Nam, phù hợp với thuật ngữ và kí hiệu quốc tế

Quá trình tính toán và thiết kế tham khảo các giáo trình như Chi tiết máy, Tính

toán hệ thống dẫn động cơ khí, Dung sai và lắp ghép,…qua đó từng bước giúp sinh viên làm quen với công việc thiết kế phục vụ nghề nghiệp của mình khi ra trường

Xin được chân thành cảm ơn ……… đã hướng dẫn tận tình và dành nhiều sự đóng

ghóp để em có thể hoàn thành đồ án này

Tuy vậy, trong quá trình thực hiện cũng không thể tránh khỏi sai sót, do đó em

mong được sự góp ý thêm từ phía các giảng viên để có thể rút ra được những kinh

nghiệm, phục vụ cho công việc thiết kế sau này

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 4

Mục lục 5 Phần 1: Tính toán chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền 6

1.1 Chọn động cơ 6 1.2 Phân phối tỉ số truyền 7

1.3 Lập bảng đặc tính 9

Phần 2: Thiết kế bộ truyền ngoài: Xích ống con lăn 10

2.1 Thông số kĩ thuật 10

2.2 Thiết kế bộ truyền 10

Phần 3: Thiết kế bộ truyền trong hộp giảm tốc 14

3.1 Thiêt kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 14

3.2 Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít 23

Phần 4: Thiết kế trục và then 30

4.1 Chọn vật liệu 30

4.2 Xác định lực lên trục 30

4.3 Tính thiết kế trục, chọn then và kiểm nghiệm then 31

Phần 5: Chọn ổ lăn và nối trục 47

5.1 Chọn ổ lăn cho trục I 47

5.2 Chọn ổ lăn cho trục II 49

5.3 Chọn ổ lăn cho trục III 53

5.4 Chọn khớp nối trục 56

Phần 6: Chọn thân máy, bu-lông và các chi tiết phụ khác 58

6.1 Kết cấu vỏ hộp giảm tốc 58

6.2 Kết cấu các chi tiết máy 60

6.3 Tính toán các chi tiết khác 63

6.4 Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp 70

Phần 7: Chọn dung sai lắp ghép 72

Tài liệu tham khảo 74

PHẦN 1 - TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ

 Chọn hiệu suất của hệ thống.

 Hiệu suất truyền động

η=η kn η br η tv η x η ol4

* Trong đó:

η kn= 1 : Hiệu suất khớp nối trục đàn hồi

η br= 0,97: Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ được che kín

η tv= 0,8 : Hiệu suất bộ truyền trục vít

η x = 0,9 : Hiệu suất bộ truyền xích để hở

η ol= 0,9 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn được che kín

 η = 1.0,97.0,8.0,9.0,994 = 0,671

 Tính công suất đẳng trị ( Công suất tính toán).

 Công suất tính toán

23+36 ¿3,45(kW )

 Công suất cần thiết trên trục động cơ

P ct=P t

η=

3,45 0,671=5,14 kW

 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ.

n ct=60000 v

π D =

60000.0,32 3,14.350 =17,47 (vòng/phút)

 Tỉ số truyền sơ bộ:

Chọn sơ bộ tỉ số truyền chung là u = 136

 Số vòng quay sơ bộ của động cơ

Vận tốcquay

 Tính toán công suất trên các trục

- Công suất trên trục công tác:

- Công suất trên trục 2:

- Công suất trên trục động cơ:

 Tính Momen xoắn trên các trục.

- Momen xoắn trên trục 1:

2.2.1 Chọn loại xích: Chọn xích ống con lăn 1 dãy.

2.2.2 Chọn số răng của đĩa xích dẫn:

 = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng khoảng cách trục (Chọn a=40p)

 = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền (Bố trí nằm ngang)

 = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích

 = 1: Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn

 = 1,25: Hệ số xét đến chế độ làm việc (Làm việc 2 ca)

2.2.5 Công suất tính toán:

2.2.6 Kiểm tra số vòng quay tới hạn.

Tương ứng với bước xích pc = 44,45 (mm), số vòng quay tới hạn nth = 400 (vòng/phút)thỏa mãn n1 = 26 < nth

Lực căng ban đầu của xích F0 800,8 (N)

Lực tác dụng lên trục Fr 10327,92 (N)

PHẦN 3 - THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC

3.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG

3.1.2 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng.

- Chọn vật liệu làm bánh răng nhỏ là thép 45 tôi cải thiện, với độ rắn HB =250

- Chọn vật liệu làm bánh răng lớn là thép 50 thường hóa, với độ rắn HB =235

3.1.3 Xác định sơ bộ ứng suất tiếp xúc cho phép [σ H ] và ứng suất uốn cho phép [σ F ].

3.1.4 Số chu kỳ làm việc cơ sở.

(chu kỳ) (chu kỳ) (chu kỳ)

3.1.5 Số chu kỳ làm việc tương đương.

- Số lần ăn khớp bánh răng trong 1 vòng quay c=1

- Tuổi thọ: Lh = 8.2.230.4 = 14720 (giờ)

 Do bộ truyền bôi trơn tốt (bộ truyền kín ) nên ta tính toán theo độ bền mỏi tiếpxúc để tránh hiện tượng tróc rỗ bề mặt và kiểm nghiệm lại điều kiện bền uốn.

 Đây là bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng nên ta có:

So sánh với điều kiện:

Điều kiện trên thỏa nên ta chọn:

3.1.8 Hệ số chiều rộng vành răng và hệ số tập trung tải trọng.

- Chiều rộng vành răng được xác định theo tiêu chuẩn dựa và bảng 6.6 (trang

97, Sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Trịnh Chất-Lê Văn Uyển)

3.1.11 Xác định số răng và góc nghiêng răng.

- Từ điều kiện góc nghiêng răng:

Với vận tốc và cấp chính xác là 9 tra bảng 6.14 xác định được

(trang 107, Sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí,Trịnh Chất-Lê Văn Uyển), từ đó ta xác định được hệ số tải trọng động:

3.1.16 Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc

 Ứng suất tiếp xúc được tính bởi công thức:

- Hệ số ảnh hưởng vận tốc vòng:

- Hệ số ảnh hưởng của điều kiện bôi trơn :

- Hệ số ảnh hưởng kích thước răng

Suy ra:

 Đảm bảo điều kiện bền tiếp xúc

3.1.17 Xác định số răng tương đương.

3.1.19 Các thông số và kích thước bộ truyền.

- Momen xoắn trên trục vít: 107734,2 (Nmm)

- Momen xoắn trên bánh vít: 1715326,9 (Nmm)

- Thời gian phục vụ: 14720 (h)

3.2.2 Chọn vật liệu

- Tính sơ bộ vận tốc trượt:

Chọn vS = 2,5 (m/s)

- Ta chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh nhôm sắt bpA 9-4, đúc trong

khuôn cát với σb = 400 (MPa), σch = 200 (MPa)

- Chọn vật liệu làm trục vít là thép 45 được tôi với độ rắn HB > 350, sau khi tôi, bề mặt ren trục vít được mài và đánh bóng

3.2.3 Ứng suất cho phép của bánh vít

 Ứng suất tiếp xúc cho phép:

 Ứng suất uốn cho phép:

- Với

(chu kỳ)

 [σF]= 63,85 (MPa)

 Ứng suất quá tải:

Bánh vít làm bằng đồng thanh không thiếc nên:

 Hệ số dịch chỉnh:

Thỏa mãn điều kiện -0,7 < x < 0,7 để tránh cắt chân răng và nhọn răng bánh vít

3.2.5 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt bánh răng trục vít của bộ truyền được thiết

kế phải thỏa mãn điều kiện sau:

Tính chính xác lại [σH]

- Ta có:

 Chọn vật liệu là đồng thau không thiếc có [σH] =200 (MPa)

- Tính chính xác lại hiệu suất của bộ truyền:

Trong đó Tra ở bảng 7.4, ta được φ=2,10



Trong đó KH là hệ số phân bố tải trọng đều.

Tra bảng 7.5, ta có Ө=125 là hệ số biến dạng của trục vít

T2m là mô men trung bình

(Thỏa mãn)

3.2.6 Kiểm nghiệm độ bền uốn

Để đảm bảo độ bền uốn của răng bánh vít, ứng suất sinh ra tại chân răng bánh vít không được vượt quá giá trị cho phép

Trong đó:

- Mn: Mô đun pháp của răng

- KF là hệ số tải trọng: KF=KF.KFV

- Mà KF=KH=1,04, KFV=KHV=1,2 => KF=1,04.1,2=1,248

- d2 = m.z2 = 8.40=320 (mm): Đường kính vòng chia bánh vít

- b2 = 0,75.m.(q+2) = 0,75.8.(12,5+2) = 87 (mm): Chiều rộng vành bánh răng vít

Chọn 110 mm

Bánh vít

Đường kính vòng chia d2 = dw2 = mz2 = 8.40 = 320 (mm)

Đường kính vòng đỉnh răng da2 = m(z2 + 2) = 8.(40 + 2) = 336 (mm)Đường kính vòng đáy răng df2 = m(z2 – 2,4) = 8(40 – 2,4) = 300,8 (mm)Đường kính lớn nhất bánh vít

(mm)

Chọn 85 mm

3.2.8 Tính nhiệt trong truyền động trục vít.

Để tránh nhiệt sinh ra trong bộ truyền trục vít quá lớn, nhiệt sinh ra trong hộp giảm tốc trục vít phải cân bằng với lượng nhiệt thoát đi

Tính toán nhiệt theo công thức:

Với:

- : Hiệu suất bộ truyền = 0,77

- P1: Công suất trên trục vít = 5,9 (kW)

- KT: Hệ số tỏa nhiệt lấy giá trị = 16 W/(m2.oC)

- A: Diện tích bề mặt thoát nhiệt = 20aw1,7 = 20.0,211,7=1,41 (m2)

- t0: Nhiệt độ môi trường xung quanh lấy giá trị = 30o

- : Hệ số thoát nhiệt qua bệ máy lấy giá trị = 0,3 Vậy, nhiệt độ nằm trong khoảng cho phép

3.2.9 Tính lực trong bộ truyền trục vít.

- L: Khoảng cách giữa 2 ổ, chọn sơ bộ l = d2 = 300 (mm)

- E: Mô đun đàn hồi của trục vít, E= 2,1.105 (N/mm2)

- Je: Mômen quán tính tương đương mặt cắt trục vít

= 2661933 (mm4)

3.2.11 Kiểm tra điều kiện bôi trơn ngâm dầu.

Ta cho dầu ngập ren trục vít, lúc này mức dầu ngập bánh răng bị dẫn tính theo công thức:

Để thỏa mãn điều kiện bôi trơn ngâm dầu thì:

Vậy, thỏa mãn điều kiện ngâm dầu

PHẦN 4 - THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 4.1 CHỌN VẬT LIỆU.

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 260…280, giới hạn bền = 950 (MPa)

4.2 XÁC ĐỊNH LỰC TÁC DỤNG LÊN TRỤC.

4.2.1 Sơ đồ lực tác dụng lên trục:

Đặt các lực ăn khớp tác dụng lên trục tại những điểm ăn khớp như hình vẽ:

Hình 4.1: Sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền trong hộp giảm tốc.

4.2.2 Xác định giá trị các lực tác dụng lên trục:

- Các lực ăn khớp bánh răng:

(N)(N)(N)

- Các lực tác dụng tại điểm ăn khớp của trục vít-bánh vít

(N) (N) (N)

- Lực từ băng tải tác dụng lên trục 3:

- Lực từ khớp nối:

(N) Chọn Fnt = 275 (N)

4.3 TÍNH THIẾT KẾ TRỤC.

4.3.1 Tính sơ bộ đường kính trục:

- Ta có:

Theo tiêu chuẩn, ta chọn:

Tra bảng 10.2/189, chọn chiều rộng ổ lăn cho các trục:

4.3.2 Xác định chiều dài các đoạn trục

 Ta dùng các kí hiệu sau:

Lij: là chiều dài của đoạn trục thứ j trên chiều dài trục thứ I (i=1,2,3)

Lmik: là chiều dài mayo của chi tiết quay thứ k trên trục i

Tra bảng, ta chọn được khoảng cách các khe hở:

- K1 = 15

- K2 = 15

- K3 = 20

- K4 = 20

 Xác định chiều dài các đoạn trục trên trục I:

Hình 4.2: Sơ đồ chiều dài các đoạn trục trên trục I.

Chọn l12 = 79 (mm)

Chọn l13 = 57 (mm)

- l11 = 2l13 = 114 (mm)

 Xác định chiều dài các đoạn trục trên trục II:

Hình 4.3: Sơ đồ chiều dài các đoạn trục trên trục II.

- (mm)

 Xác định chiều dài các đoạn trục trên trục III

Hình 4.4: Sơ đồ chiều dài các đoạn trục trên trục III.

Chọn lm32 = 120 (mm)

Chọn lm33 = 120 (mm)

(N)

Hình 4.5: Biểu đồ Momen và kết cấu sơ bộ trục I.

 Tính chính xác đường kính trục tại tiết diện j

Trong đó: Mxj, Myj là momen uốn

Tj là momen xoắn

= 67 (MPa): Trị số của ứng suất cho phép ứng với tiết

diện đường kính sơ bộ d1=25 (mm)

Tại ví trí nối trục có rãnh then nên tăng đường kính trục lên 5% Vậy, chọn d1-1=20 (mm)

Chọn d12 = d14 = 25 (mm)

Tăng đường kính trục lên 5% tại mặt cắt này do có rãnh then Vậy, chọn d13 = 30 (mm)

 Chọn then và kiểm nghiệm then:

 Chọn then bằng đầu tròn, ứng suất dập và ứng suất cắt trên then thỏa mãn điều kiện:

và Trong đó:

T: Momen xoắn trên tiết diện lắp then

d: Đường kính trục tại tiết diện lắp then

lt : là chiều dài then

h: Chiều cao then

t1: Chiều sâu rãnh then trên trục

= 100 (MPa): Ứng suất dập cho phép

= 60 (MPa): Ứng suất cắt cho phép

 Dựa vào bảng 9.1a/173 (Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1), ta có thông số của then như sau:

Tiết

diện

d (mm)

b (mm)

h (mm)

l t (mm) t 1

(mm)

t 2 (mm) Pa) (M (MPa)

(N)

Hình 4.7: Biểu đồ Momen và kết cấu sợ bộ trục II.

Trong đó: Mxj, Myj là momen uốn

Tj là momen xoắn

= 55 (MPa): Trị số của ứng suất cho phép ứng với tiết

diện đường kính sơ bộ d2=35 (mm)

Mặt cắt này có rãnh then nên tăng đường kính trục lên 5% Vậy, chọn d2-1=30 (mm)

Chọn d2-2 = d2-4 = 45 (mm)

Chọn d2-3 = 75 (mm)

 Chọn then và kiểm nghiệm then:

 Chọn then bằng đầu tròn, ứng suất dập và ứng suất cắt trên then thỏa mãn điều kiện:

và Trong đó:

T: Momen xoắn trên tiết diện lắp then

D: Đường kính trục tại tiết diện lắp then

Lt = (0,8 0,9)ln là chiều dài then

H: Chiều cao then

T1: Chiều sâu rãnh then trên trục

= 100 (MPa): Ứng suất dập cho phép

= 60 (MPa): Ứng suất cắt cho phép

 Dựa vào bảng 9.1a/173 (Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1), ta có thông số của then như sau:

(N)

Hình 4.8: Biểu đồ Momen và kết cấu sơ bộ trục III.

 Tính chính xác đường kính trục tại tiết diện j

Trong đó: Mxj, Myj là momen uốn

Tj là momen xoắn = 50 (MPa): Trị số của ứng suất cho phép ứng với tiết diện đường kính sơ bộ d3=80 (mm)

Tại mặt tiết diện 3-2 có rãnh then nên tăng đường kính trục lên 5% Vậy chọn d3-2 = 85 (mm)

Chọn d3-3 = d3-1 = 75 (mm)



Do có rãnh then nên tăng đường kính lên 5% Chọn d3-4 = 70 (mm)

 Chọn then và kiểm nghiệm then:

 Chọn then bằng đầu tròn, ứng suất dập và ứng suất cắt trên then thỏa mãn điều kiện:

và Trong đó:

T: Momen xoắn trên tiết diện lắp then

D: Đường kính trục tại tiết diện lắp then

Lt = (0,8 0,9)ln là chiều dài then

H: Chiều cao then

T1: Chiều sâu rãnh then trên trục

= 100 (MPa): Ứng suất dập cho phép

= 60 (MPa): Ứng suất cắt cho phép

 Dựa vào bảng 9.1a/173 (Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1), ta có thông số của then như sau:

4.3.4 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau:

Trong đó:

- : Hệ số an toàn cho phép

- : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số

an toàn chỉ xét ứng suất tiếp tại tiết diện j:

;

là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng là biên

độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại diện j

Đối với trục quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó:

Vì các trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, do đó:

Trong đó: Wj và Woj là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục Tiết diện Đường kính

- : Hệ số xác định theo công thức:

Trong đó:

 Kx = 1,06 – Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt.

 Ky = 1– Hệ số tăng bền bề mặt trục, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt, cơ tính vật liệu

 , - Hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiếtdiện trục đến giới hạn mỏi

Tiết diện Đường kính