BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ  BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY . LỚP L02 – Đề số 1 – Phương án 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ  BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY . LỚP L02 – Đề số 1 – Phương án 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ  BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY . LỚP L02 – Đề số 1 – Phương án 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ  BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY . LỚP L02 – Đề số 1 – Phương án 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ



BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY

LỚP L02 – Đề số 1 – Phương án 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Giảng viên hướng dẫn: Thân Trọng Khánh Đạt

Sinh viên thực hiện: Chử Đức Hà MSSV: 2012497

Thành phố Hồ Chí Minh – 2022

1

1 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN

1.1 Số liệu thiết kế:

Hệ thống dẫn động xích tải gồm:

1- Động cơ điện; 2- Nối trục đàn hồi;

3- Hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp;

4- Bộ truyền xích ống con lăn; 5- Xích tải

2

Số liệu thiết kế:

Lực vòng trên xích tải, F(N) : 8500

Số răng đĩa xích tải dẫn, z(răng) : 9

Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ(1 năm làm việc 300 ngày,

1 ca làm việc 8 giờ)

1.2 Xác định công suất và chọn động cơ:

• Hiệu suất truyền động:  = d br kn ol3

Trong đó: d = 0,95 : hiệu suất bộ truyền đai

br = 0,97 : hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ thẳng được che kín kn = 0,99 : hiệu suất khớp nối trục đàn hồi

ol = 0,99 : hiệu suất ổ lăn

  = 0,95 0,97 0,99 0,993 = 0,885

t2 (giây)= 46 T2= 0,85T

3

• Tính công suất cực đại trên xích tải:

𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑣

1000=

8500.2,4

1000 = 20,4 (kW)

• Tính công suất tương đương (công suất tính toán):

𝑃𝑡đ = 𝑃 × √∑ (

𝑇𝑖

𝑇 )2.𝑡𝑖

𝑛 𝑖=1

∑𝑛𝑖=1𝑡𝑖

𝑃𝑡đ = 20,4 × √1

2× 24 + 0,852× 46

24 + 46

𝑃𝑡đ = 18,446 (𝑘𝑊)

• Tính công suất cần thiết của động cơ:

𝑃𝑐𝑡 = 𝑃𝑡đ

𝑐ℎ =

18,446 0,885 = 20,843 (kW)

• Tỉ số truyền chung của hệ thống:

𝑢 = 𝑢𝑑 𝑢𝑏𝑟

Trong đó tỉ số truyền sơ bộ được chọn từ bảng 3.2[1]:

𝑢𝑑 = 2,75 : tỉ số truyền bộ truyền đai thang

𝑢𝑏𝑟 = 4 : tỉ số truyền bộ truyền bánh răng trụ thẳng một cấp

→ 𝑢 = 2,75.4 = 11

• Số vòng quay của đĩa xích tải dẫn:

𝑛𝑙𝑣 = 60000v

60000 2,4

9 110 = 145,45 (vg/ph)

4

• Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

𝑛𝑠𝑏 = 𝑢 𝑛𝑙𝑣 = 11 145,45 = 1600 (vg/ph)

Dựa vào công suất cần thiết trên trục động cơ Pct = 20,843kW, số vòng quay

sơ bộ của động cơ nsb = 1600 vg/ph và theo bảng phụ lục P1.1[2] ta chọn được

động cơ K200M4 với P = 22kW và n = 1774 vg/ph

Kiểu

động cơ

Công suất (kW)

Vận tốc quay (vg/ph)

Hiệu suất

%

cos(φ) 𝐼𝐾

𝐼𝑑𝑛

𝑇𝑘

𝑇𝑑𝑛

Khối lượng (kg)

1.3 Phân phối tỉ số truyền:

• Tỉ số truyền của hệ thống:

𝑢 = 𝑢𝑑𝑢𝑏𝑟 = 𝑛𝑑𝑐

𝑛𝑙𝑣 =

1774 145,45= 12,197

Ta chọn 𝑢𝑏𝑟 = 4 → 𝑢𝑑 = 12,197

4 = 3,049

• Công suất trên các trục:

𝑃𝐼𝐼𝐼 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 20,40 kW

𝑃𝐼𝐼 = 𝑃𝐼𝐼𝐼

𝑘𝑛.𝑜𝑙 = 20,4

0,99.0,99 = 20,81 (kW)

𝑃𝐼 = 𝑃𝐼𝐼

𝑜𝑙.𝑏𝑟 = 20,81

0,99.0,97 = 21,67 (kW)

𝑃𝑑𝑐 = 𝑃𝐼

𝑜𝑙.𝑑 = 21,67

0,99.0,95 = 23,04 (kW)

5

• Số vòng quay trên các trục:

𝑛𝐼 = 𝑛𝑑𝑐

u𝑑 = 1774

3,049 = 581,830 (vg/ph)

𝑛𝐼𝐼𝐼 = 𝑛𝐼𝐼 = 𝑛𝐼

u𝑏𝑟 = 581,830

4 = 145,458 (vg/ph)

• Momen xoắn trên các trục:

𝑇𝑑𝑐 = 9,55.106 𝑃𝑑𝑐

𝑛𝑑𝑐= 9,55.106 23,041774 = 124031,57 (Nmm)

𝑇𝐼 = 9,55.106𝑃𝐼

𝑛𝐼 = 9,55.106 21,67

581,830 = 355685,51 (Nmm)

𝑇𝐼𝐼 = 9,55.106𝑃𝐼𝐼

𝑛𝐼𝐼 = 9,55.106 20,81

145,458 = 1366274,11 (Nmm)

𝑇𝐼𝐼𝐼 = 9,55.106𝑃𝐼𝐼𝐼

𝑛𝐼𝐼𝐼 = 9,55.106 20,40

145,458 = 1339355,69 (Nmm) Bảng thông số tính toán:

Động cơ Trục I Trục II Trục III

Tốc độ n (vg/ph) 1774 581,830 145,458 145,458

Momen xoắn T

(Nmm)

124031,57 355685,51 1366274,11 1339355,69

6

2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THẲNG

2.1 Thông số ban đầu:

- Công suất 𝑃1 = 23,04 kW

- Tỉ số truyền u = 3,049

- Số vòng quay 𝑛1 = 1774 vg/ph

- Momen xoắn T = 124031,57 Nmm

2.2 Tính toán thiết kế:

• Chọn loại đai

Từ thông số đầu vào P 1 = 23,04 kW và n1 = 1774 vg/ph, theo hình 4.22a[1],

ta chọn đai B Các thông số tra được từ bảng 3.1[1] của đai loại thang B:

- 𝑏𝑝 = 14 mm, 𝑏𝑜 = 17 mm

- h = 10,5 mm

- 𝑦𝑜 = 4,0 mm

- A = 138 mm2

- L = 800÷6300 mm

- 𝑇1 = 40÷190 Nm

• Đường kính bán dẫn 𝑑1 = 1,2.𝑑𝑚𝑖𝑛 = 1,2.140 = 168 mm Theo tiêu chuẩn,

ta chọn 𝑑1 = 180 mm

𝑣1 = 𝜋𝑑1𝑛

60000 = 𝜋.180.1774

60000 = 16,720 m/s < 25 m/s

• Giả sử hệ số trượt tương đối 𝜉 = 0,02

𝑑1 = u𝑑1(1- 𝜉) = 3,049.180.(1-0,02) = 537,844 mm

7

Theo tiêu chuẩn chọn 𝑑2 = 500 mm

Tỉ số truyền u = 𝑑2

180.(1−0,02) = 2,834 Sai lệch so với giá trị chọn trước 7,05% nên chấp nhận được

• Chọn sơ bộ khoảng cách trục a, với u = 3,049 ta chọn a = 𝑑2 = 500 mm Chiều dài đai:

L = 2a + 𝜋(𝑑1+ 𝑑2)

2 +

(𝑑2−𝑑1)2 4𝑎

= 2.500 + 𝜋(180+ 500)

(500−180)2 4.500 = 2119,34 mm Theo tiêu chuẩn chọn L = 2240 mm

Tính lại khoảng cách trục a:

a = 𝑘+ √𝑘

2−8∆2

k = 𝐿 − 𝜋(𝑑1+ 𝑑2)

2 = 2240 − 𝜋(180+ 500)

∆ = 𝑑2− 𝑑1

2 = 500− 180

=> a = 563,20 mm

Kiểm tra điều kiện: 2(𝑑1+ 𝑑2) ≥ a ≥ 0,7(𝑑1+ 𝑑2)

 2.(180 + 500) ≥ a ≥ 0,7.(180 + 500)

8

 1360 ≥ a ≥ 476

Vậy a thỏa mãn điều kiện

• Vận tốc đai 𝑣1 = 16,720 m/s

i = 𝑣1

𝐿 = 16,720

2,240 = 7,464 𝑠−1 mà [i] = 10 𝑠−1, do đó điều kiện được thỏa

• Góc ôm bánh đai nhỏ:

𝛼1 = 180° − 57𝑑2− 𝑑1

𝛼 = 180° − 57500− 180

563,20 = 147,6° = 2,58 rad

• Số dây đai sử dụng:

z ≥ 𝑃1

[𝑃0]𝐶𝛼𝐶𝑢𝐶𝐿𝐶𝑧𝐶𝑟𝐶𝑣

Trong đó:

- 𝑃1 = 23,04 kW

- Hệ số xét ảnh hưởng góc ôm đai:

𝐶𝛼 = 1,24(1 − 𝑒−110𝛼1) = 0,916

- Hệ số xét ảnh hưởng đến tỉ số truyền u:

𝐶𝑢 = 1,14 vì u = 3,049 > 2,5

- Hệ số xét ảnh hưởng đến chiều dài đai:

𝐶𝐿 = √𝐿𝐿

0

6

= √6 22402240 = 1

- Hệ số xét ảnh hưởng đến số dây đai 𝐶𝑧 , ta chọn sơ bộ bằng 1

- Hệ số xét ảnh hưởng đến chế độ tải trọng 𝐶𝑟 = 0,7 (tải va đập nhẹ)

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc :

𝐶𝑣 = 1 – 0,05(0,01𝑣2 − 1) = 1 – 0,05(0,01.16,7202 – 1) = 0,91

9

Theo hình 4.21[1], ta chọn [𝑃0] = 5,88 kW khi d = 180 mm, 𝐿0 = 2240

mm, v = 16,720 m/s và đai loại B

5,88.0,916.1,14.1.0,7.0,91  z ≥ 5,89

Ta chọn z = 6 đai

• Chiều rộng các bánh đai và đường kính ngoài các bánh đai:

- Chiều rộng bánh đai: B = (z – 1)e + 2f Với z = 6 và theo bảng 4.4[1]: + e = 19,0

+ f = 12,5

=> B = (6 – 1).19,0 + 2.12,5 = 120 mm

- Đường kính ngoài bánh đai (ℎ0 = 4,2 mm):

𝑑𝛼 = 𝑑1+ 2ℎ0 = 180 + 4,2.2 = 188,4 mm

• Lực tác dụng lên các trục:

- Lực căng ban đầu (đai thẳng nên 𝜎0 = 1,5Mpa):

𝐹0 = 𝜎0zA = 1,5.6.138 = 1242 N

- Lực căng mỗi dây đai: 𝐹0

6 = 207 N

- Lực vòng có ích: 𝐹𝑡 = 1000𝑃1

𝑣1 = 1000.23,04

16,720 = 1377,99 N

Lực vòng trên mỗi dây đai: 𝐹𝑡

6 = 229,665 N

- Lực tác dụng lên trục và ổ:

F r = 2F 0sin (𝛼21) = 2.1242.sin (147,6°

2 ) = 2385,37 N

• Ứng suất lớn nhất trong dây đai:

𝜎𝑚𝑎𝑥 = 𝜎1 + 𝜎𝑣 + 𝜎𝐹1 = 𝜎0 + 0,5𝜎𝑡 + 𝜎𝑣 + 𝜎𝐹1

10

𝜎𝑚𝑎𝑥 = 207

138 + 0,5.

229,665

138 + 1200.16,7202.10-6 +2.4

180.100

= 7,11 MPa

• Tuổi thọ dây đai:

L =

( 𝜎𝑟

𝜎𝑚𝑎𝑥)

𝑚

.107 2.3600𝑖 =

( 𝜎𝑟

𝜎𝑚𝑎𝑥)

𝑚

.107 2.3600.𝑣

𝐿

=

( 9

7,11)8.107 2.3600.16,720

2,24

= 1226,49 giờ

• Thông số tính toán:

𝑃1 (kW) 𝑛1(vg/ph) 𝐹0 (N) 𝐹𝑟 (N) 𝛼1 u

z 𝑑1 (mm) 𝑑2 (mm) a (mm) L (mm) B (mm)

11

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Hữu Lộc, Giáo trình cơ sở thiết kế máy, 2018

[2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế dẫn động cơ khí (tập

một), 2006