Nguyên lý chi tiết máy đề 5 SPKT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY TIỂU LUẬN NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN HÊ DẤN ĐỘNG BĂNG TẢI Giảng viên HD PGS TS Văn Hữu Thịnh Lớp học phần MMCD230323 2.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

TIỂU LUẬN NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN HÊ DẤN ĐỘNG BĂNG TẢI

Giảng viên HD: PGS.TS Văn Hữu Thịnh

Lớp học phần: MMCD230323_22_2_09CLC Sinh viên thực hiện: NguyễnThanh Phúc MSSV: 21144113

Nhóm: Lớp thứ sáng 7-tiết 1,2,3

TP.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2023

Trường ĐHSPKT TP HCM

Khoa Cơ khí Chế tạo máy

Bộ môn Thiết kế máy

TIỂU LUẬN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ- CHI TIẾT

MÁY

TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

HK: II, Năm học: 2022-2023

Đề: 05 Phương án:15

Giảng viên môn học: PGS.TS Văn Hữu Thịnh

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Thanh Phúc MSSV:21144113

Hình 1: hệ dẫn động băng tải

1 Đông cơ điện

2 Bộ truyền đai thang

3 Hộp giảm tốc 1 cấp trục vít-bánh vít

1 Lực kéo trên băng tải F (N):6000

2 Vận tốc vòng của băng tải V(m/s):0.3

3 Đường kính tang D (mm):300

4 Số năm làm việc a(năm):4

5 Số ca làm việc: 2 (ca), thời gian: 6h/ca, số ngày làm việc:300 ngày/năm

6 Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài @:150

Khối lượng sinh viên thực hiện: 01 bản thuyết minh tính toán gồm:

1.Chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền

2.Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài của HGT

3 Tính toán thiết kế bộ truyền của HGT

4.Tính toán thiết kế 2 trục của HGT

MỤC LỤC

I.Chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền 1

1.Chọn động cơ điện 1

2.Phân phối tỉ số truyền 1

II.Thiết kế bộ truyền ngoài HGT (Thiết kế bộ truyền đai thang) 3

1.Thông số đầu vào 3

2.Tỷ số truyền thực tế 3

3.Khoảng cách 2 trục a 4

4.Chiều dài đai (L) 4

5.Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ 4

6.Tính góc ôm α1 5

7.Tính số đai Z 5

8.Chiều rộng bánh đai 6

9.Lực tác dụng lên trục 6

10.Bảng thông số bộ truyền đai được tính 8

III.Thiết kế bộ truyền của HGT (Thiết kế bộ truyền trục vít) 9

1.Tính toán sơ bộ vận tốc trượt 9

2.Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] 9

3.Ứng suất uốn và ứng suất tiếp cho phép [σF] cho sơ đồ tải trọng tĩnh 9

4.Tính thiết kế 9

5.Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 10

6.Kiểm nghiệm độ bền uốn 11

7.Tính nhiệt truyền động trục vít 11

8.Các thông số cơ bản của bộ truyền 12

IV.Tính toán thiết kế hai trục hộp giảm tốc 13

1.Chọn vật liệu 13

2.Xác định tải trọng tác dụng lên trục 14

3.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 14

4.Xác định đường kính của các tiết diện thành phần của trục 15

4.1.Tính toán phản lực, moment uốn và đường kính trục tại các tiết diện trên trục I 15

4.2 Tính toán phản lực, moment uốn và đường kính trục tại các tiết diện trên trục II 19

5.Tính toán độ bền mỏi 23

6.Tính toán kiểm nghiệm độ bền uốn của then 25

Tài liệu tham khảo 27

-Công suất cần thiết trên trục động cơ:

Pct = 𝑃𝑡

η = 1.80,76 = 2,36 kW -Với: η = ηnt.ηđ.ηtv.ηô = 1.0,96.0,82.0,993 = 0,76

Trong đó:

- ηnt: Hiệu suất nối trục

- ηđ: Hiệu suất bộ truyền đai

utv = 𝑢

𝑢𝑡𝑣 = 36,70

2,82 = 13,0

ut = uđ .utv = 2,82 13,0 = 36,66

T2 = 9,55.10

6 𝑃2

𝑛2 = 9,55.10

6 1,82 19,12 = 909048 Nmm

T3 = 9,55.10

6 𝑃3

𝑛3 = 9,55.10

6 1,8 19,12 = 899058 Nmm Trục

3

II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI CỦA HỘP GIẢM TỐC

(Thiết kế bộ truyền đai thang) 1.Thông số đầu vào

-Chế độ làm việc: 2 ca/ngày

-Tra sách: “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển/59”

-Theo số liệu cho trước ta có v=0,3 (m/s) < vmax= 25 (m/s) => ta dùng đai thường -Theo thông số đầu vào ta chọn loại tiết diện đai là: Ƃ

+Ký hiệu: Ƃ với các thông số sau:

+Kích thước tiết diện: bt=14

utt = d2 d1.(1ư ε) =

630 224.(1ư0,02)=2,87

∆u =⃒uttưu

u ⃒ 100% = ⃒2,87ư2,82

2,82 ⃒.100%=1,77% < 2%

=> nằm trong khoảng cho phép

=>Thoả điều kiện giới hạn cho phép

3.Khoảng cách 2 trục a

-Theo tỷ số truyền thực tế utt=2,87 và bảng 4.14/60 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển” ta tính được:

asb=1,026.d2=1,026.630=646,4 (mm) -Trị số a cần thỏa điều kiện:

0,55(d1 + d2) + h ≤ a ≤ 2(d1 + d2) 0,55(224 + 630) + 10,5 ≤ a ≤ 2(224 + 630)

480,2 ≤ a ≤ 1708

=>Với asb=646,4 (mm) thoả điều kiện

4.Chiều dài đai (L)

=>Chiều dài đai theo tiêu chuẩn L=2800 (mm)

5.Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ

i = v

L ≤[ imax ]=10 lần/s Trong đó: i: số lần cuốn của đai

=>Với a= 700 (mm) thoả điều kiện

Sau đó bố trí bộ truyền có thể tăng giảm về hai phía

+Phía tăng: ∆A = 0,03.L = 84 (mm)

+Phía giảm: ∆A = 0,015.L = 42 (mm)

Vì chế độ làm việc 2 ca/ngày lấy trị số tăng thêm 0,1

-Chiều rộng bánh đai được tính theo công thức (4.17/63 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất &

Lê Văn Uyển”)

+Fv=qm v2: Lực căng do lực li tâm sinh ra

Fr = 2F0.Z.sin(α1.

2) = 2.(282,42).1.sin(147.

2 ) = 537,23 (N)

10 Bảng thông số bộ truyền đai được tính:

σb = 120 MPa, σch = 280 MPa và dùng thép tôi cải thiện đạt độ rắn HB < 350

2.Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH]

-Với bánh vít được làm từ gang xám (Cʮ 12-28) =>ta được [σH] tra trong bảng 7.2/148 sách“ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”)

-Dùng phương pháp nội suy với vss = 1,084 (m/s)

=>[σH] = 137,68 (MPa)

3.Ứng suất uốn và ứng suất tiếp cho phép [σF] cho sơ đồ tải trọng tĩnh

-Với bánh vít làm từ gang xám (Cʮ 12-28) ta áp dụng công thức (7.15/149 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”)

=>[σH]max=1,5 [σH]=1,5.137,68=206,52 (MPa) (ứng suất tiếp xúc cho phép)

=>[σF]max=0,6 σb=0,6.120=72 (MPa) (ứng suất uốn cho phép)

• Chọn q: q=0,3.z2 = 0,3.52 = 15,6 Tra bảng 7.3/150 sách“ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất &

Lê Văn Uyển”)

=>Chọn q=16

=>Chọn m=8 (mm)

-Do đó tính lại khoảng cách trục aw theo công thức (7.17/151 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất

& Lê Văn Uyển”)

aw = m(.𝑧2+𝑞)

2 = 8.(52+16)

2 = 272 (mm)

5.Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc

-Vì tải trọng tĩnh (không thay đổi) nên do đó : KHβ=1

• Tính vận tốc trượt vs theo công thức (7.20/151 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”)

vs = π.𝑑w1.𝑛1

60000.𝑐𝑜𝑠.𝛾w -Theo công thức 7.21 và 7.21a trang 151 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”) -Theo công thức ta có:

11

-Với vs = 1,72 với phương pháp nội suy =>[σH] = 127,441 (MPa)

=>Thoả điều kiện bền tiếp xúc σH < [σH]

6.Kiểm nghiệm độ bền uốn

-Chiều rộng bánh vít (tra bảng 7.9/155 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”)

σF = 1,4.𝑇2.𝑌F.𝐾F

𝑏2.𝑑2.𝑚n = 1,4.(909048).1,45.1,3

96.416.8,25 = 7,28 MPa -Điều kiện bền uốn thoả:

+β = = ∑𝑃i𝑡i𝑡ck

𝑡ck

= 1

1 = 1

+Ta được góc ma sát φ = 4o57, từ đó áp dụng công thức 7.22/151 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất

& Lê Văn Uyển”)

A = 1000.(1−η).𝑃1

[0,7.𝐾t.(1+ψ)+0,3 𝐾tq].𝛽([𝑡d]−𝑡o) = 1000.(1−0,71).2,56

[0,7.13.(1+0,25)+0,3.17].1([90]−20) = 0,64 (m2)

8.Các thông số cơ bản của bộ truyền

+Giới hạn chảy σch = 340 (MPa)

-Ứng suất xoắn cho phép: [τ] = 15 – 30 (MPa), lấy giá trị nhỏ nhất đối với trục vào và lấy giá trị lớn nhất đối với trục ra của hộp giảm tốc

-Xác định sơ bộ đường kính trục, đường kính trục thứ k ứng với k = 1;2

-Đường kính trục được xác định theo công thức 10.9/188 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất &

Lê Văn Uyển”)

d1 ≥ 3√( 𝑇1

0,2.[τ]) = 3√(86057

0,2.15) = 30,61 (mm)

=>Chọn d1 = 31 (mm)

Ft1 = Fa2 = Fa1.tan(γ±φ) = 3818,78.tan(14,07+4,57) = 1285,9 (N) +Lực hướng tâm, Fr1:

Fr1 = Fr2 = Fa1 𝑐𝑜𝑠𝜑

cos (γ+φ).tan(α).cos(γ)

= 3818,78 cos (4,57)

cos (14,07+4,57).tan(20).cos(14,07) = 1418,27 (N) Trong đó:

+α = 20: góc prôfin trong mặt cắt dọc của trục vít

3.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

-Dựa vào bảng 10.2/189 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”)

15

lm22 = (1,2÷1,8).d2 = (1,2÷1,5).54 = (64,4÷97,2) (mm) =>Chọn lm22 = 81 (mm) +Chiều dài mayơ nửa nối trục đàn hồi trên trục II:

lm23 = (1,4÷2,5).d2 = (1,4÷2,5).54 = (75,6÷135) (mm) =>Chọn lm23 = 105 (mm) -Các kích thước liên quan đến chiều dài trục chọn theo bảng 10.3/189 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”)

k1 = 10 (mm) k2 = 10 (mm) k3 = 15 (mm) hn = 17 (mm) -Kết quả tính toán được khoảng cách lki trên trục thứ k từ gối đỡ 0 đến chi tiết quay thứ nhất như sau:

l12 = -lc12 = -[0,5.(lm12 + b01) + k3 + hn] = -[0,5.(42 + 21) + 15 + 17] = -63,5 (mm)

l11 = (0,9÷1).daM2 = (0,9÷1).416 = (374,4÷416) (mm) =>Chọn l11 = 400 (mm) -Với daM2: đường kính ngoài của bánh vít

4.Xác định đường kính của các tiết diện thành phần của trục

4.1Tính toán phản lực, moment uốn và đường kính trục tại các tiết diện trên trục I

Chọn hệ trục toạ độ như hình vẽ:

-Moment uốn trên trục vít: Ma1 = Fa1 𝑑1

2 = 3818,78 128

2 = 244402 (N.mm) -Chuyển mô hình tính toán từ chi tiết máy về mô hình sức bền vật liệu

-Phương trình cân bằng moment tại B theo phương Y:

Σ MB = 0  -Fđy.AB + Ma1 – Fr1.BC + YD.BD = 0

 -Fđ.sin(180o-147o).l12 + Ma1 – Fr1.l13 + YD.l11 = 0  -537,23.sin(180o-147o).63,5 + 244402 – 1418,27.200 +YD.400 = 0 => YD = 144,58 (N)

-Phương trình cân bằng moment tại B theo phương X:

-Phương trình cân bằng lực theo trục Y:

Σ Y = 0  -Fđy – YB + Fr1 – YD = 0

 -Fđ.sin(180o-147o) – YB + Fr1 – YD = 0  -537,23.sin(180o-147o) – YB + 1418,27 – 144,58 = 0 => YB = 981,09 (N)

-Tính moment uốn tương đương:

Mtđj = √(Mj2 + 0,75.T2) (N.mm)

+Với Mj = √(Mxj2 + Myj2)

T: Moment xoắn trên trục, T1 = 86057 (N.mm)

-Từ công thức và biểu đồ moment trên, ta lần lượt tính được moment uốn tại các vị trí tương ứng A, B,

17

Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”)

Với d1 = 31 (mm) =>[σ1] = 62,35 (MPa) (công thức nội suy)

-Từ đó, ta lần lượt tính được các đường kính trục qua các tiết diện tại A, B, C, D:

-Chuyển mô hình tính toán từ chi tiết máy về mô hình sức bền vật liệu

-Phương trình cân bằng moment tại A theo phương Y:

Σ MA = 0  Fr2.AB + Ma2 – YC.AC = 0

 Fr2.l22 + Ma2 – YC.l21 = 0 1418,27.75 + 267467 – YC.150 = 0 => YC = 2492,25 (N)

-Phương trình cân bằng moment tại A theo phương X:

Σ MA = 0  -Ft2.AB – XC.AC + FK.AD = 0

 -Ft2.l22 – XC.l21 + FK.l23 = 0 -3818,78.75 – XC.150 + 2840,78.174 = 0 => XC = 1385,9 (N)

-Phương trình cân bằng lực theo trục X:

Σ X = 0  –XA + Ft2 + XC – FK = 0

 –XA + 3818,78 + 1385,9 – 2840,78 = 0 => XA = 2363,9 (N)

-Phương trình cân bằng lực theo trục Y:

Σ Y = 0  –YA – Fr2 + YC = 0

 –YA – 1418,27 + 2492,25 = 0 => YA = 1073,98 (N)

-Tính moment uốn tương đương:

Mtđj = √(Mj2 + 0,75.T2) (N.mm)

+Với Mj = √(Mxj2 + Myj2)

T: Moment xoắn trên trục, T2 = 909048 (N.mm)

-Từ công thức và biểu đồ moment trên, ta lần lượt tính được moment uốn tại các vị trí tương ứng A, B,

-Với d2 = 54 (mm) =>[σ2] = 49,84 (MPa) (công thức nội suy)

-Từ đó, ta lần lượt tính được các đường kính trục qua các tiết diện tại A, B, C, D:

-Trong đó: [s]: hệ số an toàn cho phép, [s] = (1,5÷2,5)

+sσj, 𝑠τj: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j:

sσj = 𝜎−1

𝑘σdj.𝜎aj+ 𝛹σj.𝜎mj

sτj = τ−1

𝑘τdj.τaj+ 𝛹τj.τmj

+Với thép C45 có σb = 600 (MPa), σ – 1 = 0,436 σb = 0,436.600 = 261,6 (MPa),

τ – 1 = 0,58 σb – 1 = 0,58.261,6 = 151,728 (MPa) Theo bảng 10.7/197 sách “ tính toán thiết Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”), ta có Ψσ = 0,05, Ψτ = 0

kế-+Với trục quay, ứng suất pháp (uốn) thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó:

+ Trục II: vị trí lắp bánh vít B, vị trí lắp ổ lăn C, vị trí lắp khớp nối D

-Chọn lắp ghép: Các ổ lăn lắp trên trục theo k6, bánh răng, bánh đai, nối trục theo k6 kết hợp với lắp then

-Kích thước của then tra bảng 9.1a/173 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”

-Trị số của moment cản uốn và moment cản xoắn tra bảng 10

Trục Tiết diện Đường kính trục b×h t1 W (mm3) Wo (mm3)

+Các trục được gia công trên máy tiện, các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra = 2,5…0,63 μm, do

đó theo bảng 10.8/197 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”, ta được hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx = 1,06

+Không dùng các biện pháp tăng bền bề mặt, do đó hệ số tăng bền Ky = 1

+Theo bảng 10.12/199 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”, khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then ứng với vật liệu có σb = 600 (MPa), là Kσ = 1,76,

Kτ = 1,54 Theo bảng 10.10/198 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”, tra

hệ số kích thước 𝜀σ và 𝜀τ ứng với đường kính của tiết diện nguy hiểm, từ đó xác định được tỷ

số 𝐾σ

𝜀σ và 𝐾τ

𝜀τ tại rãnh then trên các tiết diện này Theo bảng 10.11/198 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”, ứng với kiểu lắp đã chọn, σb = 600 (MPa) và đường kính của tiết diện nguy hiểm được tỷ số 𝐾σ

Tỉ số Kσ/εσ do Tỉ số Kτ/ετ do

Kσd Kτd Rãnh

Bảng kết quả tính toán hệ số an toàn đối với các tiết diện của hai trục

6.Tính toán kiểm nghiệm độ bền mỏi của then

-Với các tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập theo công thức (9.1 và 9.2/173 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”.Đối với chiều dài then ta chọn l = 1,35.d

Bảng kết quả tính toán kiểm nghiệm then đối với các tiết diện trục

-Theo bảng 9.5/178 sách “ tính toán thiết kế-Tập 1-Trịnh Chất & Lê Văn Uyển”, với tải trọng tĩnh,

ta có: ứng suất dập cho phép: [σd] = 150 (MPa)

-Với then bằng thép C45 chịu tải trọng tĩnh, ứng suất cắt cho phép: [τc] = 60,90 (MPa)

=>Các mối ghép then đều đảm bảo

27

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] PGS.TS Trịnh Chất-TS.Lê Văn Uyển: Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 NXB Giáo dục Việt Nam (2010)

[2] PGS.TS Trịnh Chất-TS.Lê Văn Uyển: Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 2 NXB Giáo dục Việt Nam (2010)