BÀI tập lớn NGUYÊN lý – CHI TIẾT máy đề tài tính toán hệ dẫn động băng tải

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.... Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.... Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh..... Chọn loại và tiết diện đai thang - Dựa vào thông số đầu vào, tiết d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY

ĐỀ TÀI: Tính toán hệ dẫn động băng tải

Giảng viên HD: PGS.TS Văn Hữu Thịnh Lớp học phần: 201LLCT130105_02 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Nhuận MSSV: 19145434

TP.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2021

MỤC LỤC

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 3

1 Chọn động cơ điện 3

2 Phân phối tỉ số truyền 4

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 6

1 Chọn loại và tiết diện đai thang 6

2 Đường kính các bánh đai d 1 , d 2 6

3 Khoảng cách trục a 6

4 Chiều dài đai l 7

5 Tính góc ôm α1 trên bánh đai dẫn 7

6 Xác định số đai z 7

7 Chiều rộng bánh đai 8

8 Tính lực tác dụng lên trục 8

PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 10

1 Chọn vật liệu 2 bánh răng 10

2 Xác định ứng suất cho phép 10

3 Chiều dài côn ngoài 12

4 Xác định các thông số ăn khớp 13

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 14

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 16

7 Kiểm nghiệm răng về quá tải 17

PHẦN 4: THIẾT KẾ TRỤC CỦA HỘP GIẢM TỐC 19

1 Chọn vật liệu 19

2 Xác định tải trọng tác dụng lên trục 20

3 Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 20

4 Tính và vẽ các biểu đồ nội lực 21

5 Tính toán về độ bền mỏi 28

6 Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh 31

Tài liệu tham khảo 32

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1 Chọn động cơ điện

- Công suất trên trục công tác:

- Công suất tính:= = 6,375 (tải trọng tĩnh)

- Công suất cần thiết trên trục động cơ:

Với: = đ ô = 1 0,96 0,96 0,993 = 0,894Trong đó: : Hiệu suất nối trục

: Hiệu suất bộ truyền bánh răng

đ : Hiệu suất bộ truyền đai

- Tốc độ quay của trục công tác:

- Tỉ số truyền chung sơ bộ:

- Tra phụ lục P1.2, chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc 50 Hz loại 4A160S8Y3 đ = 7,5 , đ = 730 vòng/phút có đ = 1,4

2 Phân phối tỉ số truyền

- Tỉ số truyền chung:

u =

đ

730

1 đ

= = = 893387 ( )

3

5

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG Thông số đầu vào

- Công suất trên bánh đai chủ động: Pm = 7,13 (kW)

- Số vòng quay: nđc = 730 (vòng/phút)

- Tỉ số truyền: uđ = 3,15

1 Chọn loại và tiết diện đai thang

- Dựa vào thông số đầu vào, tiết diện đai thang được chọn dựa theo công suất Pm

và tốc độ quay nđc của bánh đai dẫn (đồ thị hình 1.1) Ta chọn được đai hình thang có

tiết diện là Ƃ

2 Đường kính các bánh đai d 1 , d 2

0,55( 1 + d 2 ) + h = 0,55(180 + 560) + 10,5 = 417,5 mm Với h là chiều cao của đai thang (lấy theo bảng 3.13)

2( 1 + d 2 ) = 2.(180 + 560) = 1480 mm

- Như vậy a = 555,24 mm, thỏa điều kiện: 417,5 mm < 555,24 mm < 1480 mm

4 Chiều dài đai l

- Chiều dài đai l được tính theo công thức:

Chọn theo tiêu chuẩn l = 2360 mm (bảng 3.13)

- Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ: số vòng chạy của đai trong 1 giây

5 Tính góc ôm α 1 trên bánh đai dẫn

1 = 180 − ( 2− 1) 57= 180 − (560 − 180) 57

6 Xác định số đai z

- Số đai z được tính theo công thức (3.19):

7

Z ≥ PmKđ/([P0]CαClCuCz)

Trong đó:

Kđ = 1,0 (bảng 3.7): tải tĩnh

7 Chiều rộng bánh đai

- Chiều rộng bánh đai được tính theo công thức (3.20):

B = (z - 1).t + 2e = (3 – 1).19 + 2.12,5 = 63 với t và e tra bảng

3.21 8 Tính lực tác dụng lên trục

- Lực căng trên 1 đai được xác định theo công thức sau:

- Lực tác dụng lên trục

BẢNG TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ TRUYỀN ĐAI

PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG Thông số đầu vào

Thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng cấp nhanh của HGT 1 cấp với các sốliệu P1 = 6,78 kW, n1 = 231,7 vòng/phút, tỉ số truyền uh = 3,4 Thời hạn sử dụng 6 năm, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 6 giờ

1 Chọn vật liệu 2 bánh răng

- Theo bảng 5.1 chọn:

+ Bánh răng dẫn: thép 45 tôi cải thiện, đạt độ rắn HB 241 ÷ 285 có giới hạn bền

+ Bánh răng bị dẫn: thép 45 tôi cải thiện, đạt độ rắn HB 192 ÷ 240 có giới hạn bền

2 Xác định ứng suất cho phép

Theo bảng 5.2 với thép 45, tôi cải thiện độ rắn HB180÷ 350:

- Ứng suất tiếp xúc cho phép: °

= 2 + 70

- Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc:= 1,1

- Hệ số an toàn khi tính về uốn:= 1,75

2° = 1,8 2 = 1,8.235 = 423

= 30 2,4 = 30 250 2,4 = 1,7 10 7

1 1

- Vì bộ truyền chịu tải trọng tĩnh nên: = = 60 . Σ

Trong đó: NHE, NFE – số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

c, n, Σ lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng quay trong một phút và tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét.

- Ta có:N HE2 = N HE > N Ho2 do đó K HL2 = 1

Tương tự NHE1 = NHE > NHo1 do đó KHL1 = 1

Như vậy theo (5.3) sơ bộ xác định được

3 Chiều dài côn ngoài

Được tính theo công thức (5.55):

3

R e = K R √ 2 + 1 /[(1 − ) [ ] 2 ]

√ 1

Trong đó:

KR = 0,5Kd = 0,5.100 = 50 MPa1/3 với = 100 MPa 1/3 (Truyền động bánh

răng côn răng thẳng bằng thép)

Kbe = 0,25 (Kbe chỉ thay đổi trong phạm vi hẹp = 0,25 ÷ 0,3 với tỉ số truyền u = 3,4 > 3)

= 0,25.3,4= 0,5

2− 2−0,25

12

Theo Bảng 5.19 chọn KHβ = 1,105 (Sơ đồ I, trục bánh răng côn lắp trên

dm1 = (1-0,5Kbe)de1 = (1-0,5.0,25).126,2 = 110,43 (mm)mtm = 1 = 110,43 = 3,68 (mm)

5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng được tính theo công thức (5.63):

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

ZM = 274 MPa1/3 (Tra bảng 5.4: Vật liệu của 2 bánh là thép)

Do răng thẳng: = 0o

Theo (5.67): KH = KHβKHαKHv

Với bánh răng côn răng thẳng: KHα = 1

Vận tốc vòng tính theo công thức (5.68):

1 1 = 3,14.105.231,7 = 1,27 (m/s) 6000060000

6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

- Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng được xác

Với trị số = 0,5 tra bảng 5.19, K Fβ = 1,2 (Sơ đồ I, giả sử trục bánh răng

côn lắp trên ổ đũa, HB < 350)

KFα = 1 - Bánh răng côn răng thẳng

- Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, tính theo công thức (5.74):

Như vậy thỏa điều kiện độ bền uốn.

7 Kiểm nghiệm răng về quá tải - Hệ số quá tải: =

Trong đó: T – momen xoắn danh nghĩa, Tmax – momen xoắn quá tải

Với động cơ điện 4A160S8Y3: = = 2,2

- Để tránh biến dạng dư hoặc gãy giòn bề mặt, ứng suất tiếp xúc cực đại phải thoã điều kiện

= 487 √2,2 = 722 (MPa) ≤ [ ] = 1260 (MPa)

Kiểm nghiệm quá tải về độ bền uốn theo công thức (5.43):

17

1 =

2 = 2 √ =94,6.√2,2 = 140 (MPa) < [ 2 ] = 360 (MPa)

BẢNG THÔNG SỐ VÀ KÍCH THƯỚC BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

Thông số Kí hiệu Giá trị

PHẦN 4: THIẾT KẾ TRỤC CỦA HỘP GIẢM TỐC

1. Chọn vật liệu

Chọn vật liệu chế tạo 2 trục là thép C45 tôi cải thiện:

hộp giảm tốc, trị số lớn - trục ra)

19

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

3. Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

Theo bảng 10.2 Chiều rộng ổ lăn: chọn b01 = 25 (mm) ; b02 = 29 (mm)

- Chiều dài mayo bánh đai:

20

- Chiều dài mayo bánh răng côn:

+ 2 ; T: Momen xoắn trên trục

Từ công thức và biểu đồ momen ta tính được:

- Đối với trục đặc, đường kính trục tại các tiết diện j được tính theo công thức:

d j = √

Trong đó [–] ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, theo bảng 10.5 trang 195 - Đối với trục 1 ta được: [ ] = 57,4 MPa б

- Ta tính được đường kính trục tại các tiết diện như sau:

+ 2 ; T: Momen xoắn trên trục

Từ công thức và biểu đồ momen ta tính được:

- Đối với trục đặc, đường kính trục tại các tiết diện j được tính theo công thức:

d j = √

Trong đó [–] ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, theo bảng 10.5 trang 195 - Đối với trục 2 ta được: [ ] = 54,6 MPa б

- Ta tính được đường kính trục tại các tiết diện như sau:

5. Tính toán về độ bền mỏi

Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các

tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:

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

K τ] = 15 ÷ 30 MPadj τ] = 15 ÷ 30 MPa aj +ψ τ] = 15 ÷ 30 MPa τ] = 15 ÷ 30 MPa mj

Vì trục quay làm việc theo 1 chiều nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kìđối xứng:

sτ] = 15 ÷ 30 MPaj = K τ] = 15 ÷ 30 MPadj τ] = 15 ÷ 30 MPaaj + ψτ] = 15 ÷ 30 MPa τ] = 15 ÷ 30 MPamj

28

Wj , W0j – mô men cản uốn và mô men xoắn tại tiết diện j.

Tại tiết diện (D) trên trục I (tiết diện lắp bánh răng có đường kính d = 36 mm)

- Đối với trục tiết diện tròn :

Trong đó : K x – hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt cho trong bảng 10.8 trang 197, các chi tiết gia công

- Dùng dao phay ngón đối với trục có rảnh then, theo bảng 10.12 trang 199

Do đó tiết diện (D) trên trục I thỏa điều kiện bền mỏi

- Tương tự, tại các tiết diện nguy hiểm: (C) trên trục I và (C), (D) trên trục II đều thỏa điều kiện bền mỏi

30

6. Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

Để đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng do quá tải đột ngột

(chẳng hạn khi mở máy) cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh theo công

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)