ME2135 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỀ SỐ 16: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI (PHƯƠNG ÁN 2)

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỀ SỐ 16: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI (PHƯƠNG ÁN 2) Hệ thống dẫn động gồm: 1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc 2 cấp côn trụ ; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Xích tải Số liệu thiết kế: • Lực kéo F (N): 7700 • Vận tốc vòng xích tải v (m/s): 1,18 • Số răng đĩa xích dẫn Z (răng): 9 • Bước xích p (mm): 125 • Thời gian phục vụ L (năm): 6 • Số ngày làm/năm Kng (ngày): 151 • Số ca làm việc trong ngày (ca): 3 • t1(giây): 44 • t2(giây): 39 • T1 = T • T2 = 0.3T

CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN

Xác định công suất và chọn động cơ điện cho hệ thống dẫn động là giai đoạn đầu tiên rất quan trọng cho quá trình thiết kế các bộ phận khác Chúng ta cần chọn loại động cơ có công suất phù hợp với hệ thống không quá thừa công suất ( đảm bảo tính kinh tế và tiết kiệm năng lượng ), không thiếu ( đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống )

1 Tính hiệu suất chung của hệ thống:

𝜂ht = 𝜂đ 𝜂br1 𝜂ol 5 𝜂kn 𝜂br2

Theo bảng 3.3 của tài liệu[1]:

𝜂đ = 0,96 : Hiệu suất của bộ truyền đai

𝜂br1 = 0,97 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn được che kín

𝜂br2 = 0,98 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ được che kín

𝜂ol = 0,995 : Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn được che kín

𝜂kn = 0,98 : Hiệu suất của khớp nối trục đàn hồi

2 Tính công suất cần thiết:

2.1 Công suất làm việc trên trục xích tải:

2.3 Xác định công suất cần thiết:

2.4 Xác định số vòng quay trục công tác: nct = 60000 𝑣

2.5 Chọn tỉ số truyền sơ bộ: uđai = 1,5 uhgt = 10

=> Tỉ số truyền sơ bộ: usb = uđai uhgt = 1,5 10 = 15

=>> nsơbộ = usb nlv = 15 62.93 = 943,95 ( vòng∕phút )

- Từ các thông số đã tính toán chọn động cơ thoả điều kiện:

- Theo bảng P1.2 của tài liệu [1], ta chọn động cơ DK 63-6 với Pđc = 10kW; nđc = 960 (vòng/phút); cos𝜑 = 0,82, Tk / Tdn = 1,4; Tmax / Tdn = 2,2

3 Phân phối tỉ số truyền:

- Tỉ số truyền sau khi chọn động cơ: uch = 𝑛 đ𝑐

- Theo công thức 3.17 và hình 3.21 của tài liệu [1], ta có:

- Chọn 𝐾 𝑏𝑒 = 0,3; 𝜓 𝑏𝑑2 = 1,2; [𝐾 01 ] = [𝐾 02 ] ; và cK = dw22 / de21 = 1,1

- Theo hình 3.21 [1]; với uhop = 10,17 tìm được tỉ số truyền của cặp bánh răng côn cấp nhanh là u1 = 3; do đó tỉ số truyền của cặp bánh răng trụ cấp chậm sẽ là u2 = 𝑢 ℎ𝑜𝑝

4 Lập bảng đặc tính kỹ thuật:

4.1 Tính công suất trên các trục:

• Công suất trên trục công tác:

• Công suất trên trục III:

• Công suất trên trục II:

• Công suất trên trục động cơ:

4.2 Số vòng quay trên các trục:

• Trục động cơ: nđc = 960 ( vòng∕phút )

• Trục công tác: nct = 62,93 ( vòng∕phút )

4.3 Moment xoắn trên các trục:

• Moment xoắn trên trục công tác:

• Moment xoắn trên trục III:

• Moment xoắn trên trục II:

• Moment xoắn trên trục động cơ:

* Từ các kết quả trên ta lập được bảng đặc tính kỹ thuật:

T số Động cơ Trục I Trục II Trục III Trục công tác

1.1 Bảng đặc tính kỹ thuật

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

* Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang với P1 = 10,37 kW, n1 = 960 vòng/phút, tỉ số truyền u = 1,5

* Theo hình 4.22 tài liệu [2] phụ thuộc vào công suất 10,37kW và số vòng quay n 960 vòng/phút, theo bảng 4.3 tài liệu [2] ta cho đai loại B với bp = 14 mm; b0 = 17 mm; h 10,5 mm; y0 = 4,0 mm; A= 138 mm2; d1= 125 ÷ 280 mm

1 Thiết kế các thông số của bộ truyền đai thang:

- Đường kính bánh đai nhỏ: d1 = 1,2dmin = 1,2 125 = 150 mm Theo tiêu chuẩn ta chọn d1 = 180mm

- Giả sử ta chọn hệ số trượt tương đối 𝜀 = 0,01

- Đường kính bánh đai lớn: d2 = ud1( 1 – 𝜀 ) = 1,5.180.( 1 - 0,01 ) = 267,3 (mm)

- Theo tiêu chuẩn ta chọn d2 = 280 mm

- Tính lại tỉ số truyền: u 𝑑 2

180(1−0,01)= 1,57 Sai lệch so với giá trị chọn trước 4% (thoả)

- Khoảng cách trục nhỏ nhất xác định theo công thức:

- Ta có thể chọn sơ bộ a = 1,5.d2 = 420 khi u = 1,5

- Chiều dài tính toán của đai:

- Theo bảng 4.3 của tài liệu [2], ta chọn đai có chiều dài L = 1800 mm = 1,8 m

- Số vòng chạy của đai trong 1 giây: i = 𝑣

1,8 = 5,03 𝑠 −1 , [𝑖] = 10 𝑠 −1 , do đó điều kiện được thoả

- Tính toán lại khoảng cách trục a: a = 𝑘+ √𝑘 2 −8𝛥 2

Giá trị a vẫn thoả mãn trong khoảng cho phép

- Góc ôm đai bánh nhỏ:

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai:

- Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc:

- Hệ số xét đến ảnh hưởng tỉ số truyền u (theo bảng 4.9 của tài liệu [1]):

- Hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai Cz, ta chọn sơ bộ bằng 1,1

- Hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng (theo bảng 4.8 tài liệu [1]):

- Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai:

Theo bảng 4.8 của tài liệu [1], ta chọn [P0] = 4,5 kW khi d = 180 mm, L0 = 2240 mm, v = 9,05 m/s và đai loại B

- Số dây đai được xác định theo công thức: z ≥ 𝑃 1

2 Tính các giá trị lực, ứng suất và xác định tuổi thọ đai:

- Lực căng đai ban đầu:

- Lực căng mỗi dây đai:

- Lực vòng trên mỗi dây đai 572,93 N

- Lực tác dụng lên trục:

- Ứng suất lớn nhất trong dây đai:

- Xác định tuổi thọ đai:

- Để không xảy ra hiện tượng trượt trơn cần thoả mãn điều kiện:

Suy ra hệ số ma sát nhỏ nhất: f ≥ 1

Hệ số ma sát nhỏ nhất để không xảy ra hiện tượng trượt trơn là 1,08

Thông số Giá trị Thông số Giá trị

Dạng đai Đai thang loại B Số vòng chạy đai trong 1 giây

138 Đường kính bánh dẫn d1 mm

Số dây đai z 3 Đường kính bánh bị dẫn d2 mm

1800 Lực căng đai ban đầu F0 N

169,37 Lực tác dụng lên trục Fr N

Bảng 2.1 Bảng thông số bộ truyền đai

THIẾT KẾ CÁC CẶP BÁNH RĂNG

KIỂM TRA BÔI TRƠN VÀ NGÂM DẦU

- Điều kiện bôi trơn ngâm dầu trong hộp giảm tốc côn – trụ:

- Bánh răng côn cần được ngâm hết chiều rộng bánh răng lớn h trong dầu

- Bánh răng trụ răng nghiêng cần ngâm hết chiều cao răng hr và tối thiểu là 10mm

- Mức cao nhất của dầu không vượt quá 1

- Khoảng cách giữa mức dầu cao nhất và thấp nhất: ℎ 𝑚𝑎𝑥 − ℎ 𝑚𝑖𝑛 = 10 ÷ 15𝑚𝑚

1 Xét bánh răng côn bị dẫn

Chiều cao thấp nhất bánh răng côn bị dẫn cần phải ngâm trong dầu là

2 Xét bánh răng trụ bị dẫn

Chiều cao thấp nhất bánh răng trụ bị dẫn cần ngâm trong dầu là

THIẾT KẾ TRỤC VÀ KIỂM NGHIỆM THEN

THIẾT KẾ TRỤC I

Biết P1 = 9,91 kW, T1 = 147,88 N.m; n1 = 640 (vòng/phút); vật liệu trục thép C45

1 Phân tích lực tác động lên trục:

Hình 4.1 Phân tích lực trên trục I

- Lực tác dụng lên bộ truyền đai:

- Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng côn:

Fa1 =Fr2 = Ft1.tan𝛼 𝑠𝑖𝑛𝛿 1 = 3129,74.tan20° 𝑠𝑖𝑛18,43°= 360,13 (N)

Fr1 =Fa2 = Ft1.tan𝛼 𝑐𝑜𝑠𝛿 1 = 3129,74.tan20° 𝑐𝑜𝑠18,43° = 1080,7 (N)

2 Chọn vật liệu trục là thép C45, chọn sơ bộ ứng suất cho phép [𝝉] = 18 MPa

3 Xác định đường kính sơ bộ trục theo công thức: d1 ≥ √ 3 0,2 [𝜏] 𝑇 1 = √ 3 147880 0,2 18 = 34,5 mm

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

- Chiều dài mayơ nửa khớp nối: lm = (1,4 … 2,5)d đối với nối trục vòng đàn hồi

- Tra bảng 10.2 và 10.3 [1]; ta chọn b0 = 25mm; k3 = 15mm; hn = 20mm Với b0 là chiều rộng ổ lăn; k3 là khoảng cách từ mặt nút của chi tiết quay tới nắp ổ; hn là chiều cao nắp ổ và đầu bu lông

- Chiều dài mayơ bánh răng côn: lm = (1,2 … 1,4)d

- Chọn k1 = 10; k2 = 10 theo bảng 10.3 [1] với k1 là khoảng cách từ mặt nút chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay; k2 là khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp

5 Vẽ biểu đồ môment uốn và xoắn:

- Moment do lực dọc trục tạo ra :

- Trong mặt phẳng Oyz, phương trình cân bằng moment:

- Phương trình cân bằng lực theo phương y:

=> RBy = - RCy – Fr1 + Frđai = -2999,875 - 1080,7 + 1236,66 = -2843,915 (N) (ngược chiều ban đầu)

- Trong mặt phẳng Oxz, phương trình cân bằng moment:

- Phương trình cân bằng lực theo phương x:

Hình 4.2 Biểu đồ phân tích lực, moment uốn và xoắn của trục I

- Theo bảng 10.5 [1] với d1 = 35mm ta chọn [𝜎] = 63 MPa

- Moment tương đương tại tiết diện j: Mtdj = √𝑀 2 𝑋𝑗 + 𝑀 2 𝑌𝑗 + 0,75𝑇 2

- Đường kính trục tại tiết diện j: dj = √ 𝑀 𝑡𝑑𝑗

Hình 4.3 Phác thảo sơ bộ kết cấu trục I

THIẾT KẾ TRỤC II

Biết P2 = 9,56 kW, T2 = 427,966 N.m; n2 = 213,33 (vòng/phút); vật liệu trục thép C45

Hình 4.4 Phân tích lực trên trục II

- Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng:

Fa4 = Fa3 = Ft3 tan39,64° = 9416,19 tan39,64° = 7800,8 N

3 Xác định đường kính sơ bộ trục theo công thức: d2 ≥ √ 3 0,2 [𝜏] 𝑇 2 = √ 3 427966 0,2 18 = 49,17 mm

- Tra bảng 10.2 và 10.3 [1]; ta chọn b0 = 27mm; k1 = 10mm; k2 = 10mm Với k1 là khoảng cách từ mặt nút chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay; k2 là khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp

- Moment do lực dọc trục tạo ra :

=>> - Ma2 + Fr2.109,203 – Fr3.167,25 – Ma3 – RDy.242= 0

242 = -5011,38 (N) ( ngược với chiều ban đầu )

Hình 4.5 Biểu đồ phân tích lực, moment uốn và xoắn của trục II

Hình 4.6 Phác thảo sơ bộ kết cấu trục II

THIẾT KẾ TRỤC III

Biết P3 = 9,318 kW, T3 = 1414,06 N.m; n3 = 62,93 (vòng/phút); vật liệu trục thép C45

Hình 4.7 Phân tích lực trên trục III

- Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng trụ:

3 Xác định đường kính sơ bộ trục theo công thức: d3 ≥ √ 𝑇 3

- Tra bảng 10.2 và 10.3 [1]; ta chọn b0 = 33mm; k3 = 15mm; hn = 20mm, k1 mm; k2 = 10mm Với b0 là chiều rộng ổ lăn; k3 là khoảng cách từ mặt nút của chi tiết quay tới nắp ổ; hn là chiều cao nắp ổ và đầu bu lông, k1 là khoảng cách từ mặt nút chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay; k2 là khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp

=> RCx = RAx - Ft4 – Fnt = 3233,66 – 9416,19 – 3142,4 = -9324,93 (N) ( Ngược chiều ban đầu )

Hình 4.8 Biểu đồ phân tích lực, moment uốn và xoắn của trục III

Hình 4.9 Phác thảo sơ bộ kết cấu trục III

KIỂM NGHIỆM TRỤC VÀ THEN

1 Kiểm nghiệm về độ bền mỏi:

Chọn [𝑠] = 3: hệ số an toàn cho phép, như vậy không cần kiểm tra độ cứng của trục Trong đó:

+ Giới hạn mỏi uốn cho phép của Thép Cacbon:

𝜏 −1 = 0,58𝜎 −1 = 0,58.261,6 = 151,75 𝑀𝑃𝑎 + Đối với trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng

𝑊 𝑗 : Momen cản uốn, tính theo bảng 10.6[1]

+ Hệ dẫn động quay 1 chiều:

𝜏 𝑗 : là momen xoắn tại tiết diện j

𝑊 0𝑗 : là momen cản xoắn, tính theo bảng 10.6[1]

+ Hệ số ảnh hưởng của trị số trung bình đến độ bền mỏi, bảng 10.7

𝐾 𝑥 = 1,06: hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt được tiện với độ nhám 𝑅 𝑎 2,5 ÷ 0,63 ứng giới hạn bền

𝐾 𝑦 = 2: Bề mặt trục được tăng bền bằng cách thấm Cacbon

𝐾 𝜎 = 1,76; 𝐾 𝜏 = 1,54 : Trục có rãnh then cắt bằng dao phay ngón

Bảng 4.1 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi tại các vị trí

Như vậy các trục đều thoả điều kiện bền mỏi của trục

2 Kiểm nghiệm về độ bền tĩnh:

Bảng 4.2 Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

Như vậy các trục thỏa điều kiện bền tĩnh của trục

Các then có thông số được chọn theo bảng 9.1[1]

T: moment xoắn d: Đường kính trục tại tại nơi sử dụng then b x h x t1: kích thước cơ bản của then

Vậy các then thỏa điều kiện bền dập và bền cắt

THIẾT KẾ Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC

CHỌN NỐI TRỤC

- Moment xoắn tại trục 3 là: 𝑇 3 = 1414060 Nmm

- Tra bảng 16.10a [3],ta có các thông số nối trục như sau:

- Kiểm tra sức bền dập

[𝜎 𝑑 ] = 4 𝑀𝑃𝑎: Ứng suất dập cho phép của vòng cao su

𝑘 = 1,2 : Hệ số chế độ làm việc (16.1)

➔Vậy trục thỏa bền dập

- Kiểm tra sức bền chốt:

➔Vậy chốt thỏa điều kiện bền.

THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ

KÍ CH THƯỚC GỐI TRỤC

Đường kính ngoài và tâm lỗ vít D3, D2 chọn theo bảng 18.2[3]:

Trục D (mm) D 2 (mm) D 3 (mm) D 4 (mm) h d 4 Z

CÁC CHI TIẾT THÀNH PHẦN

1 Bulon vòng: Để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc,trên nắp và thân thường lắp thêm bulông vòng hoặc vòng móc

Chọn chốt định vị hình côn: 𝑑 × 𝑐 × 𝑙 = 6 × 1 × 60 (𝑚𝑚)

3 Cửa thăm: Để kiểm tra, quan sát các chi tiết máy trong hộp lắp ghép và để đổ dầu vào hộp,trên đỉnh hộp có làm cửa thăm.Cửa thăm được đậy bằng nắp.Trên nắp có lắp thêm nút thông hơi Kích thước cửa thăm có thể chọn theo bảng 18.5[3] hoặc chọn theo kích thước nắp hộp

Khi làm việc, nhiệt độ trong hộp tăng lên Để giảm áp suất và điều hoà không khí bên trong và bên ngoài hộp, ta dùng nút thông hơi Nút thông hơi được nắp trên cửa thăm

7 Vít tách nắp và thân hộp:

Có tác dụng tách nắp và thân hộp giảm tốc, vít M14x2x35.

CHỌN DẦU BÔI TRƠN VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP

CHỌN DẦU BÔI TRƠN

Để giảm mất mát công suất do ma sát, giảm mài mòn răng, bảo đảm thoát nhiệt tốt, đề phòng các chi tiết máy bị hoen rỉ cần phải bôi trơn các bộ truyền trong hộp giảm tốc

• Với vận tốc vòng của bánh răng v < 2,5m/s nên ta chọn phương pháp bôi trơn ngâm dầu, tra bảng 18-11 [3] ta được độ nhớt 186 ứng với 50°C Theo bảng 18.15[3] ta chọn được loại dầu bôi trơn là AK-15 có độ nhớt ≥135 Centistoc

• So với dầu, mỡ bôi trơn được giữ trong ổ lăn dễ dàng hơn, có khả năng bảo vệ tránh tác động của các tạp chất và độ ẩm, độ nhớt ít bị thay đổi khi nhiệt độ thay đổi nhiều Theo bảng 15.15a [3],với ổ nhẹ hẹp , n làm việc nhỏ nên ta chọn loại mỡ LGMT2 của SKF sản xuất, lượng tra chiếm 2/3 khoảng trống của bộ phận ổ

• Ngoài ra có thể bôi trơn định kỳ bằng mỡ cho bộ truyền ngoài do không có thiết bị che đậy, hay bị bụi bặm bám vào.

DUNG SAI LẮP GHÉP

- Đối với bánh răng: bộ truyền cấp nhanh là 8, bộ truyền cấp chậm là 9

- Đối với trục, then và các rãnh then chọn cấp chính xác là 7

- Đối với các lỗ cấp chính xác là 6

- Đối với sai lệch của độ song song, độ thẳng góc, độ nghiêng, độ mặt đảo đầu là 6; độ thẳng, phẳng là 7; độ đồng tâm, đối xứng, giao trục, đảo hướng tâm, độ trụ, độ tròn và profin tiết diện dọc là 6

2 Chọn kiểu lắp: a Lắp ghép ổ lăn:

- Do vòng trong của ổ lăn chịu tải tuần hoàn, vì vậy ta chọn lắp trung gian k6 để vòng trong của ổ không trượt dọc trục làm việc làm cho vòng trong mòn đều trong quá trình làm việc

- Vòng ngoài của ổ lăn không quay nên chịu tải cục bộ, ta lắp theo hệ thống lỗ Để ổ có thể di chuển dọc trục khi nhiệt đô tăng trong quá trình làm việc, ta chọn kiểu lắp trung gian H7

Bánh răng chịu tải trung bình, va đập nhẹ, không yêu cầu tháo lắp thường xuyên, tháo lắp không thuận tiện,cần cố định thêm mối ghép then chọn H7/k6 c Lắp ghép nắp ổ và thân hộp:

Do yêu cầu lắp lỏng để tiện việc thay thế hay dễ dàng tháo lắp chọn H7/e8 d Lắp vòng chắn dầu, vòng phớt: Để dễ dàng cho tháo lắp, ta chọn kiểu lắp trung gian H7/js6 e Lắp chốt định vị: Để đảm bảo độ đồng tâm và không bị sút, ta chọn kiểu lắp chặt P7/h6 f Lắp ghép then:

Theo chiều rộng, chọn kiểu lắp trên trục là P9/h9 và kiểu lắp trên bạc là Js9/h9

Theo chiều cao h, sai lệch giới hạn kích thước then: h11

Theo chiều dài l, sai lệch giới hạn kích thước then: h14

3 Bảng dung sai lắp ghép:

Mối lắp 𝒆𝒔 (𝝁𝒎) 𝒆𝒊 (𝝁𝒎) 𝑬𝑺 (𝝁𝒎) 𝑬𝑰 (𝝁𝒎) Đội dôi lớn nhất

Bánh răng Bánh côn dẫn ∅40 H7 k6

Sai lệch giới hạn của chiều rộng rãnh then Sai lệch giới hạn chiều sâu rãnh then

Trên trục Trên bạc Trên trục Trên bạc

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	0,93 MB