Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Khoa Môi Trường Bộ môn Thiết Kế Máy Bài tập lớn số 3 CHI TIẾT MÁY Sinh viên thực hiện Hoàng Thu Thảo MSSV 91303701 ĐỀ TÀI 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI[.]

Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

Khoa Môi Trường

Bộ môn Thiết Kế Máy

Bài tập lớn số 3

CHI TIẾT MÁY Sinh viên thực hiện : Hoàng Thu Thảo MSSV : 91303701

ĐỀ TÀI 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Phương án số : 1

 Hệ thống dẫn động băng tải gồm :

1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ ; 2- Bộ truyền đai thang ; 3- Hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp ; 4-Nối trục đàn hồi; 5- Băng tải

 Số liệu thiết kế:

- Công suất trên trục băng tải, P: 6 KW

- Số vòng quay trên trục tang dẫn, n: 152 v/ph

- Thời gian phục vụ, L = 5 (năm)

- Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ

( 1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ )

- Chế độ tải : T1 = T ; T2 = 0.9T ; t1 = 37 giây ; t2 = 48 giây

PHƯƠNG ÁN 1

 Yêu cầu: Tính toán thiết kế trục và thiết kế then trên các trục.

Bài làm

 Bảng đặc tính (từ bài 1) :

Công suất P

(KW)

Số vòng quay n

(vòng/phút)

Momen xoắn T

(Nmm)

Thông số để tính toán thiết kế:

 Trục 1: P1 = 7,81 kW,T1=149 171 Nmm, dm1= 96,04 mm

F t 1 =2574,74 N ,F r1=894.49 N,F a1=279,46 N

 Trục 2: P2= 7,5 kW, T2 = 573 000 Nmm, dm2= 308,7 mm

F t 2 =2574,74 N ,F r2 =279,46 N,F a2=894.49 N

trang 2

 Bộ truyền đai thang: F r =1590,25 N

Trình tự tính toán thiết kế:

1 Chọn vật liệu :

- Dựa vào bảng 7.1 trang 159 sách “Thiết kế chi tiết máy công dụng chung – thầy Trần Thiên Phúc”, chọn thép 45 có σ b =785 MPa ; σ ch =540 MPa ; τ ch =324 MPa ;

σ−1=383 MPa ; τ−1=226 MPa ; [σ]=85,70 hoặc 65 MPa ứng với trục có đường kính lần lượt là 30, 50 hoặc 100 mm (bảng 7.2)

- Chọn [τ]=20 MPa

2 Chọn sơ bộ đường kính trục :

Theo công thức 7.2 ta có : d ≥ 3

[τ ]

 Trục 1 : T1 = 123,639N.mm

d1 ≥ 3

√5.T1 [τ ] = 3

√5.123,639

20 = 31.38 mm Theo tiêu chuẩn trang 163 sách “Thiết kế chi tiết máy công dụng chung – thầy Trần Thiên Phúc”, chọn d1 = 32 mm

 Trục 2 : T2 = 380,593 N.mm

d2 ≥ 3

√5.T2 [τ ] = 3

√5.380593

20 = 45.65mm Tương tự chọn d2 = 46 mm

3 Xác định chiều dài trục :

Theo bảng 10.2 sách “Cơ sở thiết kế máy – Nguyễn Hữu Lộc” ta được :

 e = 110, u = 80, f = 65 , w = 50 , x = 15 mm

 l=2.(l2+2 x+ w2)=2.(80+2.15+ 502 )=270 mm

l2=(1 ÷1,5)d2=(1÷ 1,5) 55=80mm

4 Thiết kế trục :

a) Trục 1 : Moment do lực dọc trục gây ra :

M1=F a1 d m1

2 = 279,46 96,042 =13419.66 Nmm

Áp dụng phương trình cân bằng moment và phương trình cân bằng lực :

 { ∑F y=0

∑M x A=0 ↔ { F r1−Y B +Y C −F r=0

M1−80Y B +190 Y C −255 F r=0

 { −Y B +Y C=695.76

−80Y B +190 Y C=392094.1

trang 4

 {Y B=2362.72

Y C=3058.48

 { ∑F x=0

∑M A y=0 ↔ { F t1− X B + X C=0

80 X B −190 X C=0

 {−X B + X C=−2574,74

80 X B −190 X C=0

 {X B=4447.28

X C=1872.54

Fa1=279.46N

Fr=1590,25 N

XB =4447.28 N

YB= 2362.72 N

XC =1872.54 N

YC = 3058.48 N

Ft1=2574.74N

Fr1=894.49 N

65 110

80

248514,4Nmm

13419.66Nmm

74 578,6 Nmm

103 366,25Nmm

trang 6

Dựa vào biểu đồ nội lực tính moment uốn tổng hợp tại từng tiết diện theo công thức 7.3 :

M t đ=√2M2x +M2y +0,75 T2

 M t đ A=√13419.662+02+0,75 123 6392=107 912.182 Nmm

 M t đ B=√74 578,62+2485142+0,75.1236392=280 688.67 Nm

 M t đ C=√103 366,252+02+0,75.1236392=148 827.193 Nmm

 M t đ D=√02+02+0,75.1236392=107 074.52 Nmm

Điều kiện các tiết diện theo công thức 7.5, chọn sơ bộ [σ]=70MPa

d ≥√3 M t đ

0,1.[σ]

 d A ≥√3 107 912.182

0,1.70 =24.89

 d B ≥√3 280688.67

0,1.70 =34 ,3

 d c ≥√3 148827.193

0,1.70 =27,7

 d D ≥3

√107074.52 0,1.70 =24,82 Theo tiêu chuẩn và yêu cầu về kết cấu ta chọn :

dA = 28 mm ; dB = dC = 30 mm ; dD = 28 mm

(theo dãy tiêu chuẩn trang 163 sách “Thiết kế chi tiết máy công dụng chung – thầy Trần Thiên Phúc”)

b) Trục 2 : Moment do lực dọc trục gây ra :

M2=F a2 d m2

2 =894,49 308,72 =138064.53 Nmm

 { ∑F y=0

∑M M x=0 ↔{ −Y M −F r2+Y P=0

−M2−190 F r2+270 Y P=0

 {Y M=428.55

Y P=708

 { ∑F x=0

∑M M y=0↔ { X M −F t2+ X P=0

190 F t 2 −270 X P=0

 {X M=762.89

X P=1811.85

YP = 708 N

XM = 762,89 N

O

trang 8

Dựa vào biểu đồ nội lực tính moment uốn tổng hợp tại từng tiết diện theo công thức 7.3 :

M t đ=√2M2x +M2y +0,75 T2

 M t đ M=0

 M t đ N=√132810 2 +174800 2 +0,75 380593 2=396 019.96 Nmm

 M t đ P =M t đ O=√02+02+0,75.3805932=329603,2 Nmm

Điều kiện các tiết diện theo công thức 7.5, chọn sơ bộ [σ]=70MPa

d ≥√3 M t đ

0,1.[σ]

 d M ≥ 0

 d N ≥38.38

 d O ≥ 52,96

 d P ≥ 36.11

Theo tiêu chuẩn và yêu cầu về kết cấu ta chọn :

dM = dP = 45 mm ; dN = 50 mm ; dO = 45 mm

(theo dãy tiêu chuẩn trang 344 sách “Cơ sở thiết kế máy - Nguyễn Hữu Lộc” )

Chọn then cho các tiết diện :

b× h× l

5 Kiểm nghiệm độ bền trục :

Hệ số an toàn của trục truyền xác định theo công thức 7.6:

S=√s s σ σ2.sτ +sτ2 ≥[S], [S]=1,5−2,5

S=

σ−1

K σ σ a

ԑ σ β +Ѱ σ σ m ; S=

τ−1

K τ τ a

ԑ τ β +Ѱ τ τ m

trang 10

 Giới hạn mỏi của vật liệu khi thử nghiệm với mẫu thử theo (7.10)

σ−1= ¿ 0,45.σ b= ¿ 0,45.785 = 353,25 MPa

τ−1= ¿ 0,23.τ b= 0,23.785 = 180 MPa

 Biên độ và giá trị trung bình của ứng suất :

- Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng (7.11)

σ a =σ max = M W ; σ m=0

- Ứng suất tiếp thay đổi theo chu kỳ mạch động khi trục quay 1 chiều (7.12)

τ a =τ m=τ max

2 = T 2W0

Với W0 là moment cản xoắn

+ Biên độ và giá trị trug bình các ứng suất:

T1 = 123 639 Nmm ; T2 = 380 593 Nmm

σ a = M

W trongđó(M=√M2x + M2y) +Theo bảng 7.4 sách “Thiết kế chi tiết máy công dụng chung – thầy Trần Thiên Phúc”, ta có : Ψ σ =0,10;Ψ τ=0,05

+Theo bảng 7.7 cùng sách, ta có : σ b =785 MPa  K σ=2,03 ; K τ=1,87

+ Theo bảng 7.6 cùng sách , hệ số tăng bền bề nặt ứng với kiểu tăng bền thấm carbon :

β=1,8

- Chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi cho các tiết diện lắp ổ, đối với các tiết diện lắp bánh răng, bánh đai và nối trục chọn lắp then không hộp lắp trung gian có độ dôi

diện mmd, Rãnhε σ

then

ε τ

Rãnh then

Tỉ số K σ /ε σ Tỉ số K τ /ε τ Kσ/

(εσ.β) (εKτ.β)τ/ Sσ Sτ S Rãnh

then gian cóTrung

độ dôi

Rãnh then gian cóTrung

độ dôi B

N

30

50

0,91

0,84

0,89

0,78

2,23

2,42

2,41

2,41

2,1

2,4

1,84

1,84

1,34

1,34

1,2

1,2

2,74

12,8

10,4

10,77

2,65

8,24

Theo bảng trên ta thấy các tiết diện đều thỏa điều kiện bền theo hệ số an toàn S> [S]=2,5

6 Kiểm nghiệm then :

+ Kiểm nghiệm độ bền dập theo công thức 7.20 :

σ d = 2T t

2d l l ≤[σ d] + Kiểm nghiệm độ bền cắt theo công thức 7.21 :

τ C = 2T bdl

l

≤[τ C]

+ Theo bảng 7.13 trang 171 ta có :

[σd] = 100 MPa ; [τC] = 90 MPa

(Chọn dạng lắp cố định và chịu tải trọng va đập nhẹ )

Giá trị ứng suất dập và cắt của then trên 2 trục

Tiết

diện T,Nmm d,mm Loại then t,mm t2, mm σd, MPa τC, MPa

Theo số liệu ở bảng trên ta thấy tất cả các tiết diện then đều thỏa độ bền dập và cắt

trang 12