Bài làm đồ án thiết kế máy, cách tính toán xích tải

Trường ĐHSPKT TP HCM Khoa Cơ khí Chế tạo máy Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY, MMH MDPR310423 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG VÍT TẢI Đề số 04 Phương án 07 SVTH GVHD Ngày nhận đề MSSV Chữ ký Ng.

A

30 0

2 1

Khớp nối Hộp giảm tốc

Bộ truyền xích Vít tải



Trường ĐHSPKT TP.HCM

Khoa : Cơ khí Chế tạo máy

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY, MMH: MDPR310423

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG VÍT TẢI

Đề số: 04 Phương án: 07

SVTH:

GVHD:

Ngày nhận đề:

MSSV:

Chữ ký:

Ngày bảo vệ:

I ĐỀ BÀI :

1 Động cơ điện 2.

3.

4.

5.

Hình 1: Sơ đồ động Hình 2: Minh họa vít tải

Điều kiện làm việc:

- Tải trọng không đổi, quay một chiều

- Thời gian làm việc 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca)

- Sai số tỉ số truyền hệ thống ∆𝑢/𝑢 ≤ 5%

Số liệu cho trước:

3 Khối lượng riêng của vật liệu  (tấn/m 3 ) 1.2

II YÊU CẦU

1 01 bản thuyết minh tính toán (tóm tắt)

2 01 bản vẽ chi tiết (khổ A3, vẽ chì)

3 01 bản vẽ lắp HGT (khổ A0, bản in)

4 Nộp file mềm (thuyết minh, bản vẽ) trên trang Dạy học số

III NỘI DUNG THUYẾT MINH

5 Tính toán công suất và tốc độ của trục công tác

6 Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

7 Tính toán các bộ truyền:

 Tính toán bộ truyền ngoài HGT

 Tính toán bộ truyền trong HGT

8 Tính toán thiết kế trục - then

9 Tính chọn ổ lăn

10 Tính toán vỏ hộp, xác định kết cấu các chi tiết máy, chọn khớp nối và các chi tiết phụ

11 Lập bảng dung sai lắp ghép

IV.TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

01 - Giới thiệu môn học

02 - Nhận đề đồ án môn học- Phổ biến nội dung, yêu cầu ĐAMH

03 - Tính toán công suất, tốc độ trục công tác

04 - Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền

05

- Tính toán bộ truyền ngoài HGT một trong hai bộ truyền sau:

 Bộ truyền đai

 Bộ truyền xích

06 - Tính toán bộ truyền trong HGT

07-09

- Tính toán thiết kế trục và vẽ kết cấu trục - then

- Chọn ổ

- Chọn khớp nối 10

- Tính toán vỏ hộp

- Xác định kết cấu các chi tiết máy

- Chọn các chi tiết phụ 11-13 - Lập bản vẽ

14 - Hoàn thiện thuyết minh ĐAMH

15 - Nộp cho GVHD chấm điểm

PHẦN 1: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ TRỤC CÔNG TÁC

1 Giới thiệu chung về vít tải.

Vít tải là máy vận chuyển vật liệu rời chủ yếu theo phương nằm ngang.Ngoài ra vít tải có thể dùng để vận chuyển lên cao với góc nghiêng có thể lên tới 90 độ tuy nhiên góc nghiêng càng lớn hiệu suất vận chuyển càng thấp

a) Ưu điểm:

- Không gian chiếm chỗ ít, với cùng năng suất thì diện tích tiết diện ngang của vít tải nhỏ hơn rất nhiều so với tiết diện ngang của các máy vận chuyển khác.

- Bộ phận công tác của vít nằm trong máng kín, nên có thể hạn chế được bụi khi làm việc với nguyên liệu sinh nhiều bụi.

- Giá thành thấp hơn so với nhiều loại máy vận chuyển khác.

b) Nhược điểm:

- Chiều dài cũng như năng suất bị giới hạn, thông thường không dài quá 30m với năng

suất tối đa khoảng 100 tấn/giờ.

- Chỉ vận chuyển được liệu rời, không vận chuyển được các vật liệu có tính dính bám lớn hoặc dạng sợi do bị bám vào trục.

- Trong quá trình vận chuyển vật liệu bị đảo trộn mạnh và một phần bị nghiền nát ở khe

hở giữa cánh vít và máng Ngoài ra nếu quãng đường vận chuyển dài, vật liệu có thể bị phân lớp theo khối lượng riêng.

- Năng lượng tiêu tốn trên đơn vị nguyên liệu vận chuyển lớn hơn so với các máy khác.

2 Thông số đầu vào:

Điều kiện làm việc:

- Tải trọng không đổi, quay một chiều

- Thời gian làm việc 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca)

- Sai số tỉ số truyền hệ thống ∆𝑢/𝑢 ≤ 5%

Số liệu cho trước: Đề số: 04 Phương án: 07

3 Khối lượng riêng của vật liệu  (tấn/m 3 ) 1.2

3 Tính toán:

a Tốc độ quay của vít tải:

Ta có năng suất vít tải: Q= 60 π D4 2.S.n.ρ .c (tấn/h)

Trong đó:

S: bước vít, S=K.D D(m): đường kính vít tải.

K: hệ số phụ thuộc vào bước vít và trục vít, trong điều kiện thường K=1 n(vòng/phút): số vòng quay trên trục công tác

ρ: khối lượng riêng của vật liệu.

: hệ số điền đầy.

C: hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng () của vít tải.

Từ đó:

=> số vòng quay (vòng/ phút) trên trục công tác là:

n = 60.π D 4Q2.S ρ c

- Khối lượng riêng của Muối là: ρ=1,2 (tấn/m3 )

- Hệ số điền đầy của vật liệu nặng, ít mài mòn (Muối, xi măng, ): =0,25

- Hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng của vít tải (=20°¿ : c=0,65

Thay vào công thức ta được: n = 60.π 0,32.0,3 1,2.0,25 0,654.35 =141,07 (vòng/phút).

b Công suất của vít tải:

Ta có công suất của vít tải tính theo công thức:

P= 367Q ¿ + H) = Q L367 ¿ + sin ()) (kW)

Trong đó:

Q(tấn/h): Năng suất vít tải.

L(m): Chiều dài vít tải

: Hệ số cản chuyển động của vật liệu (Muối):  = 2,5

=> P=35.15367 ¿)= 4,06 (kW).

c Thông số đầu ra:

1.Công suất trên trục vít tải là: P lv=4,06 (kW).

2.Số vòng quay n trên trục vít tải là: n lv= 141,07 (vòng/phút).

PHẦN 2: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

Số liệu thiết kế:

-Công suất trên trục vít tải là: P lv=4,06 (kW)

-Số vòng quay trên trục vít tải là: n lv= 141,07 (vòng/phút)

1) Chọn động cơ:

Công suất cần thiết trên trục động cơ điện được xác định theo công thức:

P ct =P lv/ ¿η

Trong đó :

P ct: Công suất cần thiết trên trục động cơ

P lv: Công suất tính toán trên trục máy công tác

η : Hiệu suất truyền động

Theo công thức:

η = η x η ol3 η br.η nt = 0,88

Trong đó:

η x = 0,93 - Hiệu suất bộ truyền xích

η ol = 0,99 - Hiệu suất 1 cặp ổ lăn

η br= 0,98 - Hiệu suất 1 cặp bánh răng trong hộp giảm tốc

η nt= 1 - Hiệu suất khớp nối trục

=> P ct =P lv/ ¿η = 4,060,88 = 4,61 (kW)

Xác định số vòng quay sơ bộ của trục động cơ dựa theo công thức (2.18) trang 21 [1]:

n sb=n lv u sb

Hệ thống truyền động cơ khí có truyền động xích và hộp

và u h=5

Tỉ số truyền chung sơ bộ:

u sb=u đ u h=2.5=10

Số vòng quay sơ bộ:

n sb=n lv u sb=141,07.10 = 1410,7 (vòng/phút)

Chọn động cơ điện thõa mãn điều kiện: { P đc ≥ P ct =4,61(kW )

n đc ≅ n sb ≅1410,7(vòng

phút) và đồng thời phải có momen mở máy thõa mãn điều kiện: T mm /T ≤ T k /T đn.

Dựa vào bảng thông số động cơ ABB M2QA:

2) Phân phối tỉ số truyền:

Tỉ số truyền của hệ dẫn động:

u =n đc /n lv = 1425/141,07 = 10,10 Trong đó:

n đc: số vòng quay trục động cơ đã chọn (vòng/phút)

n lv: số vòng quay trên trục làm việc (vòng/phút)

Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền:

Theo bảng 2.4 [1, trang 21], chọn u h= 3,5

=> u= u h .u x u x =u/u h = 10,1/3,5 = 2,88

Kiểm tra sai số cho phép về tỉ số truyền tính toán:

u t= ¿ u x u h =3,5.2,88 = 10.08

∆ u=| 10,1−10,08|.100 %

10,1 =0,2%<4%

(Thõa mãn điều kiện sai số cho phép)

Công suất trên các trục:

- Công suất trên trục 2: P2=P lv/ (η ol η x¿ = 4,06 /(0,93.0,99) =

4,41(kW)

- Công suất trên trục 1: P1=P2/ (η ol η br¿ = 4,41/ (0,99.0,98) = 4,54 (kW)

- Công suất trên trục động cơ: P m =P1/ (η kn .η ol) =4,54/(1.0,99) = 4,58 (kW)

Số vòng quay trên các trục:

- Số vòng quay qua trục 1: n1= n đc /u kn =1425/1 = 1425 (vòng/phút)

- Số vòng quay qua trục 2: n2=n1/ u br = 1425/ 3,5 = 407,14 (vòng/phút)

- Số vòng quay qua trục 3: n3 = n2/u x = 407,14/2,88= 141,36 (vòng/phút) Moment xoắn trên các trục:

- Moment xoắn trên trục động cơ:

T đc= 9,55.10 6.P đc/n đc= 9,55.106.4,58/1425=30694 (N.mm)

- Moment xoắn trên trục 1:

T1= 9,55.10 6.P1/n1= 9,55.10 6.4,54/1425=30425 (N.mm)

- Moment xoắn trên trục 2:

T2= 9,55.10 6.P2/n2= 9,55.10 6.4,41/407,14 = 103442 (N.mm)

- Moment xoắn trên trục làm việc:

T lv= 9,55.10 6.P lv/n lv= 9,55.10 6.4,06/141,36 = 274285 (N.mm)

3) Bảng thông số:

Trục

Thông

số

Động

việc)

Công suất P

Số vòng quay n

Moment xoắn T

PHẦN 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI

BỘ TRUYỀN XÍCH

Thông số đầu vào:

 Tỉ số u x= 2,88

1.Chọn số răng đĩa xích

Số răng của đĩa xích lớn

Z2=u Z1 = 2,88.25= 72 => chọn Z2=73 răng (<Zmax =

120 răng)

=> chọn Z1,Z2là số lẽ để xích mòn đều

Tỉ số truyền tính theo số răng u t = Z2/ Z1=73/25 = 2,92

Kiểm tra tỉ số truyền của bộ truyền xích:

∆ u=| 2,92−2,88 | 100 %

2.Xác định bước xích

- Bước xích p được xác định từ chỉ tiêu về độ bền mòn của bản lề và thể hiện bằng công thức (5.3):

P t = P.k.k z.k n ≤ [P]

Hoặc P t

K x=P k k z k n

K x ≤[P] K x= P t

[P ]

Trong đó:

P: Công suất của bộ truyền xích - công suất của đĩa xích nhỏ

[P]: Công suất cho phép, tra bảng 5.5- trang 82

K: Hệ số sử dụng của bộ truyền xích

k=k o .k a .k đc .k bt .k đ .k c=1 4.1,3.1,25=1,625 Các hệ số trên tra bảng 5.6:

k đc: hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích

=> Tra bảng ta có:

 k o= ¿ 1 – đường nối 2 tâm đĩa xích < 60° (30°)

 k đc= ¿ 1 – vị trí trục điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích

 k đ= ¿ 1 – tải trọng không đổi

 k c= ¿ 1,25- làm việc 2 ca

k z: Hệ số răng, k z=Z01

Z1=2525=1

+Z1: số răng của đĩa xích nhỏ

k n: Hệ số vòng quay, k n=n01

n1 =407,14600 =1,47

bảng 5.5)

P t = P.k.k z.k n=4,41 1,625 1 1,47=10,53 < [P]

(kW) với bước xích p = 19,05 (mm)

Đường kính đĩa xích bị dẫn sơ bộ:

Trong điều kiện ta chọn được bước xích p=19,05 (mm)

3 Khoảng cách trục và số mắt xích

Khoảng cách trục a thõa mãn điều kiện:

a min ≤ a≤ a max

Khi thiết kế thường sơ bộ chọn khoảng cách trục:

a=40p=40.19,05=762(mm)

Từ đó ta xác định được số mắt xích X:

X=2a p +(z1+z2 )

2 +(z2−z1) 2 p

4 π2a =2.76219,05+ ( 73+25 )

2 +( 73−25 ) 2 19,05

4.π2 762 =131 Chọn X c=132

a= 0,25p (X-0,5( z1+ z2)+√(X −0,5(z2+ z1))2

−2(z2−z1

π )2

¿

=0,25.19,05 (132-0,5(25+73)+√( 132−0,5 ( 73+25 ) ) 2 −2(73−25

π )2

¿¿

Để xích không chịu lực căng lớn, khoảng cách trục a tính

=(1,5539… 3,1078) (mm)

4.Kiểm tra số lần va đập xích i của bản lề xích trong

1 giây

Theo công thức (5.14) trang 85

i=z1n1

15 x ≤[i]

Trong đó:

[i]: số lần va đập cho phép (1/s)

i=25.407,1415.132 =5,14 < [i] (35)

=> Thõa mãn số lần va đập cho phép

5.Kiểm tra xích về độ bền

Để đảm bảo cho xích không bị phá hỏng do quá tải cần tiến hành kiểm nghiệm về quá tải theo hệ số an toàn ct 5.15:

d F t +F o +F v

Trong đó:

Q: tải trọng phá hỏng (N) – Q=31.8 (kN) – tra bảng 5.2 xích con lăn

F t: lực vòng tính theo công thức F t=1000 P2

v =1000.4,413,23 =1365,32 (N) v=v1=n1Z 1 P c

60000 =407,14.25 19,0560000 =3,23 (m/s)

F v: lực căng do lực ly tâm sinh ra (N)- F v=q.V2=1,9 3,232=19,82 (N)

q=1,9 (kg)-tra bảng 5.2

v=3,23 (m/s)

đầu;

F o=9,8k f.q.a = 9,8.4.1,9.776,95.10 −3=57,86 (N)

a=776,95 (m) – khoảng cách trục

q= 1,9 (kg) – khối lượng 1m xích

Từ đó ta có:

S=1,2.1365,32+57,86+19,8231,8.103 =18,53>[s] = 10,3

6.Các thông số của đĩa xích

Đường kính vòng chia của đĩa xích:

d1=sin ( π p

z1)=sin ( π19,05

d2=sin ( π p

z2)=sin ( π19,05

Đường kính vòng đỉnh răng:

d a 1= p[0,5+cotg(π/ z1¿]= 19,05.[0,5+cotg(π/25¿]=160,32(mm)

d a 2= p[0,5+cotg(π/ z2¿]= 19,05.[0,5+cotg(π /73¿]=451,91(mm)

Đường kính vòng chân răng:

d1= 11,91 (tra bảng 5.2)

7.Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc

Ứng suất tiếp σ H=0,47√k r(F t K đ +F vđ)E /(A K d )≤[σ H]

Trong đó:

Với Z1=25, thì k r=0,42

1(xích 1dãy)

K đ: Hệ số phân bố tải trọng động, K đ=1

F vđ: Lực va đập trên m dãy xích (N), F vđ=13.10−7n1.p3.m=13.10 −7

.407,14.1=3,66 (N)

A: diện tích chiếu của bản lề (m m2 ¿, A=106 (m m2 ¿ – tra bảng

=>σ H=0,47√k r(F t K đ +F vđ)E /(A K d)

=0,47√0,42 ( 1365,32.1+3,66 ) 2,1.10 5 /(106.1)= ¿501,62 (Mpa)≤ [σ H]=600(Mpa)

8.Xác định lực tác dụng lên trục

Lực tác dụng lên trục:

Theo công thức (5.20), F r=K x F t

Trong đó:

nghiêng 1 góc <40° (30°)

F t: Lực vòng, F t=1365,32 (N)

Do đó F r=K x F t= 1,15.1365,32=1570,12 (N)

9.Bảng thông số của bộ truyền xích

Đường kính vòng chia đĩa xích bị

Đường kính vòng đỉnh đĩa xích bị

Đường kính vòng chân răng đĩa xích

Đường kính vòng chân răng đĩa xích

PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG

Thông số đầu vào:

 Công suất trên trục bánh dẫn P1=4,54 (kW)

 Tốc độ quay trục bánh răng dẫn n1=1425 (vòng/phút)

 Tỉ số truyền u = u br=3,5

giờ/ca)- L h=18000 (giờ)

1.Chọn vật liệu

Vật liệu Nhiệt

luyện Độ rắn bền (MPa) Giới hạn Giới hạn chảy

(Mpa)

BR dẫn Thép

BR bị

2.Xác định ứng suất cho phép

- Bánh răng dẫn và bị dẫn đều được làm từ vật liệu thép

C45 và tôi cải thiện để đạt độ rắn và độ bền ở giới hạn

nhất định nên vì thế ta chọn độ rắn trung bình:

+HB1=250

+HB2=230

- Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép

được xác định theo công thức 6.1 và 6.2 trang 91 [1] như sau:

 [σ H] =( σ Hlim0 /S H)Z R Z v K xH K HL

 [σ F] =( σ F lim¿0 ¿/S F)Y R Y s K x F K FC K F L

Ta chọn sơ bộ:

 Z R Z v K xH= 1

 Y R Y s K xF= 1 Trong đó:

 σ Hlim0 ,σ0Flim: lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép với chu kì cơ sở

Tra bảng 6.2 trang 94 [1]:

Với bánh chủ động:

σ Hlim10 = 2HB + 70=2.250 + 70 = 570 (Mpa)

σ Flim10 =1,8HB=1,8 250 =450 (Mpa)

Với bánh bị động:

σ Hlim20 = 2HB + 70=2.230 + 70 = 530 (Mpa)

σ Flim20 =1,8HB=1,8 230 =414 (Mpa)

 S H, S F: hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn

Tra bảng 6.2 trang 94 [1]:

Bánh chủ động: S H1= 1,1 và S F1= 1,75

Bánh bị động: S H 2= 1,1 và S F2= 1,75

chiều)

 K HL, K FL: hệ số ảnh hưởng đến tuổi thọ

K HL=mH√N H 0 / N HE

K F L=m F√N F 0 /N F E

Trong đó:

- m H,m F: bậc của đường cong mỏi với HB≤350, m H=m F=6

- N H 0, N F0: số chu kì thay đổi ứng suất tiếp và ứng suất uốn

Bánh chủ động:

N H 01=30 HB12,4 =30 250 2,4 =17 10 6

N F 01=4.106

Bánh bị động:

N H 02=30 HB22,4 =30 2302,4=14 106

N F02=4.106

- N HE, N FE: số chu kỳ thay đổi ứng suất

N HE= N FE=60.c.n.t z

Với:

c: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay, c=1

n: vận tốc vòng

t z: tổng số giờ làm việc của bánh răng, t z=L h.

Bánh chủ động: N HE1=N F E1=60.c.n.t z=60.1.1425.18000=1539.106

Bánh bị động: N HE2=N FE 2=N HE1/u=1539 10 6 /3,5 = 439,7 10 6