Bài tập lớn nguyên lý chi tiết máy tính toán truyền động xích SPKT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH BÀI TẬP LỚN BỘ MÔN NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY MỤC LỤC ĐỀ BÀI 3 Câu 1 Chọn động cơ và phân phối TST 4 1 Chọn động cơ 4 2 Phân phối tỉ số truyền 5 Câu 2 Tính t.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

BÀI TẬP LỚN

BỘ MÔN NGUYÊN LÝ- CHI TIẾT MÁY

MỤC LỤC

ĐỀ BÀI 3

Câu 1: Chọn động cơ và phân phối TST 4

1 Chọn động cơ 4

2 Phân phối tỉ số truyền 5

Câu 2: Tính toán thiết kệ bộ truyền bánh răng trong HGT 6

1 Chọn vật liệu 7

2 Xác định ứng suất cho phép 7

3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: 9

4 Xác định các thông số ăn khớp : 10

5 Kiểm nghiệm Bộ truyền bánh răng 10

6) Các thông số và kích thước của bộ truyền 13

Câu 3: Tính toán thiết kế bộ truyền xích 14

1) Thông số đầu vào 14

2) Trình tự thực hiện 14

3) Xác định bước xích p 14

4) Xác định khoảng cách trục a và số mắc xích X 15

5) Kiểm nghiệm xích về độ bền: 16

6) Xác định thông số của xích 16

ĐỀ BÀI

SỐ LIỆU SỐ 18

(giờ)

Góc nghiên n 100o

Đặt tính làm

việc:

Êm

Bài làm

Câu 1: Chọn động cơ và phân phối TST

1 Chọn động cơ

Ta có: Tốc độ của bộ truyền xích là:

v= z p n

60000  n lv=v 60000

1,2.60000

4800

161 =29,8(vòng/ phút)

- Công suất làm việc là:

P lv=F t v

1000=

3300.1,2

- Hiệu suất của hệ thống:

 = 01.12 23 = kn.nbr x ol3= 1.0,98.0,97.(0,99)3 = 0,92

- Công suất cần thiết trên trục động cơ :

Pct = Plv

❑ = 3,960,92 = 4,3 (kW)

- Chọn sơ bộ tỉ số truyền:

usb = 20

- Số vòng quay sơ bộ:

nđcsb= usb.nlv = 20 29,81= 596,2 (vòng/phút)

- Chọn số vòng quay đồng bộ: nđb= 750 (vòng/phút)

- Chọn động cơ: động cơ được chọn phải thỏa điều kiện [nđb=750 Pct ≤ Pđc(vòng phút)

Tmm

Tk Tdn

Kết quả

Số vòng quay ( vòng/phút) 715

Hệ số quá tải ( Tk/Tdn) 2.1

Đường kính trục động cơ (mm) 26

2 Phân phối tỉ số truyền

- Tỉ số truyền thực u t=nđc

nlv = 29,8715 = 24

- Chọn trước tỉ số truyền của HGT: ubr = 5,6

- Tính tỉ số truyền ngoài HGT: u x= ut

ubr = 5,624 = 4,28

- Kiểm tra sai lệch tỉ số truyền:

∆ u=|u t−u|

|24−(5,6.4,28)|

- Tính số vòng quay trên các trục

 Trục 01: n1= nđc = 715 ( vòng/phút)

 Trục 02: n2= n1

715 5,6=128(

vòng phút)

 Trục làm việc : n3= n 2 u

x

4,28=29,8(

vòng phút)

n3= nlv

- Tính công suất trên các trục

 Trục 02: P2 = P lv23 = Plv

x ol=

3,96 0,97.0,99=4,12(kW )

 Trục 01: P1= P2

❑12=

P 2

❑br .❑ol=

4,12 0,98.0,99=4,25(kW )

 Trục động cơ: Pđc=P 101= P 1

kn ol=

4,25 1.0,99=4,29(kW )

- Tính momen trên các trục:

 Trục động cơ : Tđc= 9,55 ×106 Pđc

9,55× 106.4 29

 Trục 01: T1 =9,55× 106 P 1

9,55× 106 4,25

 Trục 02: T2=9,55× 106 P 2

9,55 ×106.4 12

 Trục làm việc: T lv=9,55 ×106 Plv

9,55× 106 3,96

- Lập bảng đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền động

Trục

Động cơ

Động cơ

việc Công suất (kW) 4,29 4,25 4,12 3,96

Tốc độ

quay(vòng/phút)

Momen xoắn (N.mm) 57300 5676

6

30739 0

1269060

Câu 2: Tính toán thiết kệ bộ truyền bánh răng trong HGT

P = P1= 4,25 (kW)

N1 = nt = 715 ( vòng / phút)

T1= 56766 (N.mm) U= ubr= 5,6

Lh= 26000 (giờ)

1 Chọn vật liệu

Vật liệu Nhiệt luyện Giới hạn

bền

Giới hạn chảy

Độ rắn

Bánh răng

nhỏ

Thép 45 Tôi cải

thiện

b1= 850 (MPa)

ch1= 580(MPa)

230

Bánh răng

lớn

Thép 45 Tôi cải

thiện

b2= 750 (MPa)

ch2= 450 (MPa)

245

2 Xác định ứng suất cho phép

- Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn

[❑H]=❑Hlim

0

S H × Z R Z V K xH K HL

[❑F]=❑Flim

0

S F ×Y R Y S K xF K FL

Trong đó Z R Z V K xH=1 và Y R Y S K xF=1

S H,S F –Hệ số an toàn khi tính toán về ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn

S H 1=1,1 S F 1=1,75

S H 2=1,1 S F 2=1,75

❑Hlim0 , ❑Flim0 - Ứng suất tiếp xúc và uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở,

❑Hlim0 =2 HB+70

❑Flim0 =1,8 HB

- Bánh dẫn:

❑Hlim0 =2∗245+ 70=550 ( MPa); ❑Flim0 =1,8∗245=441 ( MPa)

- Bánh bị dẫn

❑Hlim0 =2∗230+70=530 ( MPa); ❑Flim0 =1,8∗230=414 ( MPa)

K HL,K FL– Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền

K HL=m H

√N H 0

N HE

K fL=m F

√N F 0

N FE

m H,m F– Bậc của đường cong mỏi khi thửvềứng suất tiếp xúc Do bánh răng

có HB< 350

¿ >m H = 6 và m F=6

N H 0,N F 0 - Số chu kỳ thay đổi ứng suất khi thử về ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn:

N H 01=30 H2,4HB 1=30 ×2452,4=16,25 106

N H 02=30 H2,4HB 2=30 ×230 2,4 =13,97 10 6

N FO 1=N FO 2=4 10 6

N HE,N FE- Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

N HE 1=N FE1=60 c n 1.t❑=60∗1∗715∗26000=1115,4∗106

N HE 2=N FE 2=60 c n1

u t❑ = 60∗1∗715

6

Ta có:

N HE 1>N H 01= ¿Lấy N HE 1=N H 01= ¿K HL 1=1

N HE 2>N H 02= ¿Lấy N HE 2=N H 02= ¿K HL2=1

N FE 1>N F 01= ¿Lấy N FE 1=N F 01= ¿K FL1=1

N FE 2>N F 02= ¿Lấy N FE 2=N F 02= ¿K FL2= 1

Do đó ta có:

[❑H 1]=❑Hlim1

0

S H 1 × Z R Z V K xH K HL 1= 560

[❑H 2]=❑Hlim 2

0

S H 2 × Z R Z V K xH K HL 2= 530

[❑F 1]=❑Flim1

0

S F 1 × Z R Z V K xH K FL1= 441

[❑F 2]=❑Flim 2

0

S F 2 × Z R Z V K xH K FL2= 414

Do đây là bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng nên:

[❑H]=[❑H 1]+[❑H 2]

509,1+495,46

Ứng suất cho phép khi quá tải:

[❑H]max=2,8 max(❑ch1 ,❑ch2)=2,8× 580=1624 (MPa )

[❑F 1]max=0,8 ❑ch1=0,8 ×580=464 ( MPa )

[❑F 2]max=0,8 ❑ch 2=0,8 × 450=360 ( MPa)

3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục:

a w 1=K a(u+1)3

√ T1K H

[❑H]2u❑ba

Trong đó:

K a= ¿ 43 MPa31: hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng của cặp bánh răng

T1 = 56766 (Nmm): Momen xoắn trên trục dẫn

[❑H] = 495,46 (MPa): Ứng suất cho phép

u = 4: tỉ số truyền

❑ba ,❑bd: Hệ số chiều rộng vành bánh răng

Tra bảng với bộ truyền đối xứng, HB<350, ta chọn được: ❑ba = 0,4

❑bd = 0,5❑ba (u + 1) = 0,5 ∗ 0,4 ∗ (5,6 + 1) = 1,32

K H = 1,05, K F = 1,1 : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về ứng suất tiếp xúc và uốn

a w 1=K a(u+1)3

√ T1K H

[❑H]2u ba=43 (5,6+1) 3

√495,4656766× 1,052×5,6 ×0,4= 135,3 (mm)

 Chọn aw= 142 mm

4 Xác định các thông số ăn khớp :

a Mô đun pháp m = (0,01÷ 0,02¿a w= (0,01÷ 0,02¿× 142 = 1,42÷ 2,54

 Chọn m=2

b Xác định số răng

Chọn sơ bộ =140 => cos = 0,970296

Ta có

Z1=2 a wcos ❑

2 ×142 ×0,970296

Lấy Z1= 21

Z2=u Z1=5,6 ×20,87=116,872Lấy Z2= 117

 Tỉ số truyền thực u t=Z2

Z1=

117

c Xác định góc nghiêng

cos ❑ =m(Z2+Z1)

2(117+27)

 = arcos(cos) = 13,630

5 Kiểm nghiệm Bộ truyền bánh răng

a Về ứng suất tiếp xúc

❑H=Z M Z H Z❑√2T1K H (u+ 1)

b w u d w 12

Trong đó:

Z M=274 M Pa

1

3 : Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp

Z H : Hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc

tan ❑b=cos ❑ttan ❑ = cos200 tan13,630 = 0,233

❑t= ❑tw=arctan tan❑

cos ❑ =arctan tan 20

cos13,63=20,53

0

=> ❑b=12,8 0

Z H=√2 cos❑b

sin(2 a w) =√ 2 cos12,8 0

sin (2 ×142)=1,723

Z❑: Hệ số sự trùng khớp của răng: phụ thuộc vào hệ số trùng khớp ngang

❑❑ và hệ số trùng khớp dọc ❑❑

❑❑=b wsin ❑

Z❑=√❑1❑=√1,651 =0,78

❑❑=[1,88−3,2(Z11+

1

Z2) ]=[1,88−3,2(211 +

1

117) ]=1,65

d w 1= 2 a w

u m+1=

2× 142

v= d w1 n1

¿ 43,03∗715

Với v = 1,61 m/s thì dùng cấp chính xác là 9

Với cấp chính xác 9 và v < 2,5 m/s:

K H=1,13

v H= ❑H g0v√a w

u =0,002∗73∗1,61∗√1425,6=1,18

m s

Trong đó ❑H=0,002và g0=73

K Hv=1+ v H b w d w 1

2 T1K H K H

=1+1,18 ×0,4 ×142× 43,03

2× 56766× 1,05× 1,13=1,02

K H=K H K H K Hv=1,05 ×1,13 ×1,02=1,212

Vậy

❑H=Z M Z H Z❑√2T1K H (u+ 1)

b w u d w 12 =274 ×1,723 ×0,78 ×√2× 56766 ×1,212 ×(5,6+1)

0,4 ×142 ×5,6 × 43,032 =457,267 (MPa )

- Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép:

Với v = 1,61m/s < 5 m/s, Zv = 1 Thì cấp chính xác động học là 9 Chọn cấp

chính xác về mức tiếp xúc là 8,

Khi đó gia công độ nhám Ra = 2,5 … 1,25 μmm

Do đó, ZR = 0,95; Với da < 700 mm , K xH = 1

[❑H]=[❑H]Z v Z R Z xH=495,46∗1∗0,95∗1=470,7 ( MPa)

Như vậy, ❑H<[❑H],Do đó, thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc

b Độ bền uốn

❑F 1=2 T1K F Y❑Y❑Y F 1

b w d w 1 m

Trong đó:

K F=1,32 , với v< 2,5m/s và cấp chính xác là 9, ta được K F= ¿ 1,37

v f= ❑F g0v√a w

u =0,006 ×73 ×1,61√1425,6=3,55

Với ❑F=0,006, và g0=73

K Fv=1+ v H b w d w1

2 T1K F K F=1+

3,55 ×0,4 × 142× 43,03 2×56766 × 1,32× 1,37=1,0001

Do đó

K F=K F K F K Fv=1,32 ×1,37 × 1,0001=1,81

Với ❑❑=1,65 => Y❑= 1

❑❑=

1 1,65=0,6

¿ 13,63 0

= ¿Y❑=1−13,63

- Số răng tương đương:

Z v1= Z1

cos3❑=

21 cos313,63=22,87=¿Chọn Z v 1=23

Z v 2= Z2

cos3❑=

117 cos313,63=127,46=¿Chọn Z v 1=127

 Y F 1=3,8, Y F 2=3,6

- Với m =2; Y s=1,08−0,0695 × ln (m)=1,08−0,0695× ln (2)=1,03

Y R=1, K xF=1 (d❑<400 mm¿

[❑F 1]=[❑F 1]Z R Z S Z xF=252∗1∗1,03∗1=259,56 ( MPa)

[❑F 2]=[❑F 2]Z R Z S Z xF=236,57∗1∗1,03∗1=243,67 (MPa )

❑F 2= ❑F 1 Y F 2

Y F 1=103,76×

3,6

 ❑F 1=2 T1K F Y❑Y❑Y F 1

2 ×56766 ×1,81 ×0,6 × 0,9 ×3,8

 ❑F 2= ❑F 1 Y F 2

Y F 1=86,23×

3,6

 ❑F 1<[❑F 1](thỏa mãn )

 ❑F 2<[❑F 2](thỏa mãn )

Như vậy thỏa mãn điều kiện uốn

6) Các thông số và kích thước của bộ truyền

Mô đun pháp m =2 mm

d2=240,78 mm

Đường kính đỉnh răng d a 1=47,21 mm;

d a 2=244,78 mm

d f 2=235,78 mm

Câu 3: Tính toán thiết kế bộ truyền xích

1) Thông số đầu vào

{Công suất trên trục truyền xích dẫn , P 1=4,12( kW ) Tốc độ quay trêntrục dẫn , n 1=128(vòng phút)

Tỷ số truyềncủa bộ truyền xích, u 12=4,28

2) Trình tự thực hiện

- Chọn loại xích  Chọn xích ống con lăn

- Chọn số răng đĩa xích Z1 và Z2

Z1= 29 – 2× 4,28=20,44 ≥19 Chọn Z 1=23

- Tính TST thực tế: ut = Z 2 Z 1= 98

23=4,26

- Kiểm tra sai lệch TST

∆ u=|utưu|

3) Xác định bước xích p

- k = kd×ka×ko×kdc×kbt×kc

= 1×1×1,25×1 ×1,3 × 1

=1,625

- kd = 1  Xích một dãy

- k z=Z 01

25

23=1,09

- k n=n 01

200

128=1,56

- P t=P 1 ×k × kz× kn

4,12 ×1,625 ×1,09 ×1,57

- Xích một dãy Pt= 11,38 (kW)

Pt≤ [Po]= 19,3 (kW)

 Chọn bước xích

p = 31,75 ≤ pmax

∆ P=|19,3−11,38|

- Xích nhiều dãy

 Bước xích: p = 19,05 (mm)

 Công suất cho phép: [P]=4,8 (kW)

 Đường kính chốt : dc= 5,96 (mm)

 Chiều dài ống: B= 17,75

4) Xác định khoảng cách trục a và số mắc xích X

- Chọn asb=40p = 40*19,05 = 762 mm

- Tính số mắc xích X:

X = 2 a

(Z 1+Z 2)

p

a(Z 2−Z 1 2 π )2

X =2.762

19.05+

(23+98)

19,05

762 (98−232 π )2=144,06

- Chọn số mắc xích X= 144

- Chiều dài L = X.p= 144.19,05=2552,7 mm

- Tính lại khoảng cách trục a:

a¿

= 1

4 p[X − (Z 1+ Z 2 )

2 )2−2(Z 2−Z 1 π )2]

a¿

= 1

419,05[144−(23+98)

2 +√ (134−(23+98)

2 )2−2(98−23π )2]

¿708,6 mm

 Để xích không quá căng giảm a một lượng

Δa = 0,003aa = 0,003aa¿

= 0,003 ∗ 708,6 = 2,12(mm)

a = a*-∆ a = 707 (mm)

- Tính số lần va đập của xích trong 1 giây, i:

i= Z 1× n 1

23 × 128

15 ×144=1,4 ≤[i]=35

5) Kiểm nghiệm xích về độ bền:

kd= 2,5

Fo= 9,81kfqa= 9,81×2×5,8× 0,707=80,45

Q= 108×103(N)

Fv= q.v2=5,8× 0,932=5,1 N

v1=p Z1.n1

19,05 ×23 ×128

m

s )

F t 1000 P1

1000 × 4,12

k d × F t+F0+F v ≥ [S]

3

2,5 × 4430+80,45+5,1=9,68 ≥[S]=8,2

 Thỏa mãn điều kiện bền

6) Xác định thông số của xích

- Đường kính vòng chia của đĩa xích d1,d2:

d1= p

sin(Z 1 π )=

19,05 sin(3,1423 )=139,9(mm)

sin(Z 2 π )

sin(3,1498 )

=594,6(mm)

+) Đường kính vòng chia của đĩa xích d1, d2

d1=p[0,5+ cotg(❑Z1) ]=19,05 ×[0,5+cotg(23❑) ]=148,12 mm

d2=p[0,5+cotg(❑Z2) ]=19,05 ×[0,5+cotg(98❑) ]=603,57 mm

Bán kính đáy r = 0,5025d1, + 0,05 = 0,5025 ∗ 11,91 + 0,05 = 6,03 (mm)

+) Đường kính vòng đáy của đĩa xích d f 1, d f 2

d f 1=d1−2 r=139,9−2 ×6,03=127,84(mm)

d f 2=d2−2 r =603,57−2 ×6,03=591,51(mm)

- Kiểm nghiệm xích về độ bền tiếp xúc:

❑H= 0,47√k r(F t k d+F vđ) E

A k d=0,47√0,444∗(4430∗2,5+1,15) 2,1∗10

5

 ❑H=586,8 ≤[❑H]=600(MPa)

Với A=265 mm2

k r=k1+(z1−z a)k2−k1

z b−z a=0,48+(23−20)

0,36−0,48

F vd=13∗10−7n1¿p3∗m=13∗10−7∗128 ¿ 19,053∗1=1,15(N)

- Lực tác dụng lên trục

F r=k x F t=1,05∗4430=4651,5 ( N )

7) Tổng hợp thông số bộ truyền xích

Vật liệu đĩa xích Thép 45 [❑H]=600(MPa)

Đường kính vòng chia

đĩa xích nhỏ(mm)

Đường kinh vòng chia

xích lớn(mm)

Đường kinh vòng đỉnh

đĩa xích nhỏ(mm)

Đường kinh vòng đỉnh

đĩa xích lớn(mm)

Đường kinh vòng đáy

đĩa xích nhỏ(mm)

Đường kinh vòng đáy

đĩa xích lớn(mm)

Lực tác dụng lên trục

(N)