TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.. Độ rắn của vật liệu chế tạo bánh răng HB=220.. Bộ truyền đai thang số 2 đặt nằm ngang.. --- Trong các chương sau có sử dụng các tài liệu tham khảo sau: [1]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM
Khoa Cơ Khí
Bộ môn THIẾT KẾ MÁY
BÀI TẬP LỚN Môn CƠ HỌC MÁY
ĐỀ SỐ: PHƯƠNG ÁN SỐ:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI
Số liệu thiết kế:
Lực vòng trên xích tải, Ft (N) : 2000
Vận tốc xích tải, v (m/s) : 5
Số răng đĩa xích tải dẫn, Z (răng) : 13
Bước xích tải, p (mm) : 110
Thời gian phục vụ, L (năm) : 3
Quay một chiều, làm việc một ca, tải va đập nhẹ
(1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)
Sai số vòng quay trục máy công tác so với yêu cầu 5 %
Ứng suất mỏi tiếp xúc của vật liệu chế tạo 2 bánh răng H 480MPa
Ứng suất mỏi uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng F 240MPa
Ứng suất mỏi uốn của vật liệu chế tạo trục 1F 50MPa
Độ rắn của vật liệu chế tạo bánh răng HB=220
Bộ truyền đai thang (số 2) đặt nằm ngang
- Trong các chương sau có sử dụng các tài liệu tham khảo sau:
[1] Cơ sở thiết kế máy - Nguyễn Hữu Lộc
[2] Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tập 1 – Trịnh Chất
[3] Động cơ điện Việt Nam Hungary
Tài liệu tham khảo có thể download từ trang E learning
Trang 2Chương 1:
CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.1 Chọn động cơ điện :
* Công suất cực đại trên trục xích tải :
v F
1000 5 2000 1000
max
* Hiệu suất của toàn bộ hệ thống (Bảng 3.3 tài liệu [1]):
d br k ol2 0 96 0 98 1 0 9952 0 931
* Công suất cần thiết trên trục động cơ :
P P dt kW
ct 10 74
931
0 10
* Chọn động cơ :
Theo bảng 3.2 tài liệu [1] ta nên chọn
u d 2 5 và u br 3 5
Vậy tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống
uu d.u br 2 5 3 5 6 25
Số vòng quay trục xích tải
Z
p
v n
c
13 110
5 10 6 10
.
Số vòng quay dự kiến của động cơ
n dcn m.u 209 8 6 25 1260 5250v/ph
Căn cứ theo P ct , ta chọn loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha, loại 3K do nhà máy chế tạo động cơ điện Việt Nam Hungary sản xuất (tài liệu [3])
Có 2 lựa chọn là:
3K160S2 Pdc=11KW ndc= 2940v/ph
3K160S4 Pdc=11KW ndc=1460v/ph
=> Ta chọn động cơ 3K160S4, ndc=1460v/ph
Ghi chú: nếu có nhiều loại động cơ để lựa chọn thì nên ưu tiên loại động cơ có ndc 1500v/ph
vì đây là loại động cơ phổ biến nhất trên thị trường
Trang 31.2 Phân phối tỉ số truyền :
* Tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống
8 209
1460
m
dc br
n u
u
u
Do u d 2 5, ta chọn trước :
u d 2 3 48
2
96
6
d
br u
u u
Công suất trên trục dẫn xích tải
P m 10kW
Công suất trên trục II của HGT
ol
k
m
995 0 1
10
Công suất trên trục I của HGT
ol
br
II
995 0 98 0
05
10
Công suất trên trục động cơ
kW P
P
d
I
dc 10 74
96
.
0
31
.
10
Bảng số liệu dùng cho thiết kế các bộ truyền cơ khí:
Trục Trục động cơ Trục I HGT Trục II HGTTrục dẫn xích tải
Lưu ý: Công thức tính mômen xoắn
n P
T 9 55 106
Trang 4Chương 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
2.1 Thông số ban đầu khi thiết kế bộ truyền đai thang
Theo bảng số liệu từ chương 1
* Thông số đầu vào : P1 = 10.74 kW; n1 = 1460 v/ph; T1 = 70251 Nmm; u = 2
* Theo hình 4.22 tài liệu [1] => ta chọn đai thang loại B
* Theo bảng 4.3 tài liệu [1] ta có bp = 14 mm; bo = 17 mm; h = 10.5 mm; y0 = 4 mm; A = 138
mm2; L = 800 6300 mm; T1=40 190Nm ; dmin = 140 280 mm
2.2 Trình tự thiết kế :
2.2.1 Tính d 1 :
Ta có dmin = 140 mm => chọn d1 = 1.2 dmin = 1.2 140 = 168 (mm)
=> chọn d1 theo tiêu chuẩn : d1 = 180 (mm) (trang 152 tài liệu [1])
2.2.2 Vận tốc vòng :
13,763( / ) [ ] 25( / )
60000
1460 180 60000
.
. 1 1
1 d n m s v m s
=> chấp nhận d1 = 180 (mm)
2.2.3 Tính d 2 :
Chọn = 0.02 d2 = ud d1 (1 - ) = 2 180 (1 – 0.02) = 352,8 mm
=> chọn d2 theo tiêu chuẩn : d2 = 355 mm
2.2.4 Chọn sơ bộ khoảng cách trục a (trang 153 tài liệu [1])
vì u d 2nên chọn khỏang cách trục sơ bộ a = 1,2d2 = 426 mm
2.2.5 Kiểm tra điều kiện khỏang cách trục
305 1070
5 10 ) 355 180 ( 55 , 0 ) 355 180 ( 2 )
( 55 , 0 )
(
=> a sơ bộ thoả điều kiện
2.2.6 Tính chiều dài đai L theo a sơ bộ :
Trang 5mm a
d d d d
a
426 4
) 180 355 ( 2
) 355 180 ( 426 2 4
) ( 2
) (
Theo tiêu chuẩn (trang 127 tài liệu [1]), ta chọn L = 1800 (mm)
2.2.7 Kiểm nghiệm số vòng chạy trong 1 giây
s
i s L
v
i 7 , 651 101
8
,
1
763
,
13
1
2.2.8 Tính chính xác lại a theo L tiêu chuẩn:
4
2
8 2
2
2 1 2 2 1 2 1
d d d
d L d
d
L
a
mm mm
4
2
180 355 8 180 355 2 1800 180
355
2
1800
2 2
2.2.9 Góc ôm đai 1 :
0 1
2
472
) 180 355 ( 57 180 ) (
57
a
d d
1 > 1200 => d2, d1, a thỏa điều kiện cho phép
2.2.10 Tính số đai Z :
v r z L
u C C C C
C
C
P
P
Z
.
.
].
[ 0
1
+ P1 = 10,74 kW
+ [P0] = 4 kW (L0 = 2240 mm – bảng 4.21b tài liệu [1])
+ 1,24 (1 ) 1,24 (1 110 ) 0.948
159 110
1
e e
C
+ Cu = 1.13 (Bảng 4.9 tài liệu [1])
2240
1800 6
6
0
L
L
C L (trang 152 tài liệu [1])
+ Cz = 0.9 ( giả sử Z = 4 ~ 6 ) (trang 152 tài liệu [1])
+ Cr = 0.9 (tải trọng va đập nhẹ) (bảng 4.8 tài liệu [1])
+ C v 10.05(0.01v2 1)10.05(0.0113.7632 1)0.955(trang 151 tài liệu [1])
Trang 6Số dây đai thang cần thiết
955 , 0 9 , 0 9 , 0 964 , 0 13 , 1 948
,
0
4
74
Z
Chọn Z = 4 (thỏa giả sử Z = 4 ~ 6 khi chọn Cz )
2.2.11 Tính chiều rộng và đường kính ngoài bánh đai (trang 63 tài liệu [2]):
Chiều rộng bánh đai :
B = ( Z - 1 ) e + 2f = ( 4 - 1 ) 19 + 2 12.5 = 82 mm
Đường kính ngoài bánh đai:
da = d + 2b; ( b = 4.2) da = 160 + 24.2 = 168.4 (mm)
2.2.12 Tính lực tác dụng lên trục :
Lực căng đai ban đầu : (do đai thang nên ứng suất căng ban đầu 0 = 1.5 MPa)
Fo = 0 Z A = 1.5 4 138 = 828 N
Lực tác dụng lên trục:
N F
2
159 sin(
828 2 ) 2
sin(
0
2.3 Thông số của bộ truyền đai thang:
P1 (kW) n1 (v/ph) F0 (N) Fr (N) 1 (0) u
Trang 7Chương 3
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NGHIÊNG 3.1 Số liệu ban đầu:
Công suất truyền P1 = 10.31 kW Mômen xoắn T1 = 134877 Nm
Số vòng quay trục dẫn n1 = 730 v/ph Tỉ số truyền u = 3.48
Ứng suất cho phép:
Ứng suất mỏi tiếp xúc của vật liệu chế tạo 2 bánh răng H 480MPa
Ứng suất uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng F 240MPa
3.2 Trình tự thiết kế:
3.2.1 Khỏang cách trục a
3
2 0
1 1
43
u
T K u
a
H ba
H
(công thức 6.90 tài liệu [1])
Do HB<350 và bánh răng lắp đối xứng nên chọn 4ba 0 (bảng 6.15 tài liệu [1])
0.9
2
1 48 3 4 0 2
ba u
bd
(trang 228 tài liệu [1]) Chọn K H = 1.04 (bảng 6.4 tài liệu [1])
48 3 480 4 0
134877 04
1 1
48
.
3
2
3.2.2 Chọn mô đun:
m n 0 01 ~ 0 02 1 46 ~ 2 92
Chọn theo tiêu chuẩn m n = 2 mm (trang 195 tài liệu [1])
3.2.3 Số răng bánh nhỏ:
2 3 48 1
cos 146 2 )
1
(
cos
.
.
2
u
m
a
Z
n
Vì 8 0 20 0 nên 30 , 62 Z1 32 , 27chọn Z 1 = 32 răng
3.2.4 Số răng bánh lớn:
Trang 836 111 32 48
.
3
. 1
2 Z u
3.2.5 Kiểm tra lại số vòng quay trục xích tải :
ph v u
u
n
u
n
n
br d
dc
dc
32
112 02 , 0 1 180 355
Sai số so với số vòng quay mong muốn
5 %
% 2 1 100 8
, 209
8 , 209 28 , 207
n
n
n
n
m
m
mtt
3.2.6 Góc nghiêng răng :
2 1 1 0 0 ' "
1 9 49 9 29 40 29
146 2
32 112 2 cos
2
a
Z Z
m n
3.2.7 Bề rộng bánh răng :
4 , 58 146 4
.
0
a
3.2.8 Đường kính vòng chia bánh nhỏ :
mm Z
m
49 9 cos
32 2
cos
.
0
1
1
3.2.9 Đường kính vòng chia bánh lớn :
mm Z
m
49 9 cos
112 2
cos
.
0
2
2
3.2.10 Khoảng cách trục :
mm d
d
2
11 , 227 89 , 64
2
2
1
3.4 Các thông số của bộ truyền
Khoảng cách trục a = 146 mm
Mô đun pháp mn = 2 mm
Số răng Z1 = 32 răng Z2 = 112 răng Góc nghiêng = 9,490
( = 9029’40.29”) Đường kính vòng chia d1 = 64.89 mm d2 = 227.11 mm
Trang 9Đương kính vòng đỉnh răng da1 = 68.89 mm da2 = 231.11 mm Đương kính vòng chân răng di1 = 59.89 mm di2 = 2223.61 mm
Bề rộng bánh răng b1 = 63 mm b2 = 59 mm (bề rộng b2 bằng bề rộng tính toán ở trên, bề rộng b1 lớn hơn b2 từ 4-6mm)
3.5 Lực ăn khớp
d
T F
89 64
134877 2
2 1
1 2
1
Lực dọc trục F a1F a2 F t1 tan 4157 tan 9 , 49 695N
r
49 9 cos
20 tan 4157 cos
tan
0
0 1
2
1
Trang 10Chương 4:
THIẾT KẾ TRỤC 4.1 Vẽ sơ đồ trục:
Sơ đồ chọn chiều dài các trục
Sơ đồ phân tích lực tác động lên các trục
4.2 Thiết kế trục dẫn:
Ứng suất mõi uốn của vật liệu chế tạo trục [F]-1 = 50 Mpa;
4.2.1 Chọn kích thước chiều dài trục
Bđai = 82 mm ; Bbánhrăng = 63 mm ; Chọn sơ bộ Bổlăn = 20 mm ;
Trang 114.2.2 Thay trục bằng dầm sức bền:
Với T1 = 134877 Nm ; Fr = 1628 N ; Ft1 = 4157 N; Fr1 = 1534 N;
Fa1 = 695 N; M a F a d 22550Nmm
2
89 64 695 2
1 1
1
4.2.3 Tính phản lực gối tựa
Phương trình cân bằng mô men trong mặt phẳng đứng tại gối A
0 130 65 76
MX A F r M a F r R BY
Phản lực tại gối B theo phương đứng
N F
M F
130
1534 65 22550 1628
76 130
65
Phương trình cân bằng lực theo phương Y
0
1
F Y F r R AY F r R BY
Phản lực tại gối A theo phương đứng
R AY F rF r1R BY 1628 1534 11 3 3173 , 3N
Phương trình cân bằng mô men trong mặt phẳng ngang tại A
MY A 65 F t1 130 R BX 0
Phản lực tại gối B theo phương ngang
N F
R BX t 2078 , 5
2
4157 130
65
1
Phương trình cân bằng lực theo phương X
F X R AX F t1 R BX 0
Phản lực tại gối A theo phương ngang
N R
F
R AX t1 BX 4157 2078 , 5 2078 , 5
4.2.4 Vẽ biểu đồ nội lực
Biểu đồ mô men trong mặt phẳng đứng Mx (Nmm)
Trang 12Biểu đồ mô men trong mặt phẳng ngang My (Nmm)
Biểu đồ mô men xoắn T (Nmm)
4.2.5 Tính mô men tương đương tại tiết diện nguy hiểm
Tiết diện nguy hiểm tại vị trí lắp bánh răng
Nmm T
M
M
M td X2 Y2 0 75 2 23285 2 135103 2 0 75 134877 2 180108
4.2.6 Tính đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm
Ký hiệu tiết diện 1 – 3 là trục 1, tiết diện thứ 3 (từ trái sang phải)
M
d
F
50 1 0
180108 1
.
3
1
Do tại tiết diện nguy hiểm có lắp then bằng nên chọn d13 35mm Từ d 13 ta chọn các đường kính còn lại d11 = 28mm; d12 = 30 mm; d14 = 30 mm
Trang 13Chương 5:
THIẾT KẾ Ổ LĂN 5.1 Thiết kế ổ trên trục dẫn
Lực hướng tâm tác động lên ổ A
F rAR A R AX2 R AY2 2078 , 52 3130 , 452 3758N
Lực hướng tâm tác động lên ổ B
N R
R
R
F rB B BX2 BY2 2078 , 52 31 , 552 2079
Lực dọc trục Fa1 hướng vào ổ B
Lập tỉ số 0 33 0 3
2079
695
1
rB
a
F
F
Do 1 0 3
rB
a
F
F vậy chọn ổ bi đỡ chặn 1 dãy Theo bảng P2.12 trang 263 tài liệu [2], do ngõng trục của trục 1 theo phần tính trục có d=30, chọn 2 ổ loại 46X06 có = 260 (tr 381 tài liệu [1])
Ký hiệu 46106 46206 46306 C(kN) 11,2 17,2 25,6
C0(kN) 8,03 12,2 18,17 (chú ý: kiểu 36000 có = 120
, kiểu 46000 có = 260
, kiểu 66000 có = 360) Theo bảng 11.3 tài liệu [1] ta có e = 0,68 Lắp kiểu chữ “O”.Lực dọc trục phụ
FSA = e.RA = 0.68 3758 = 2555 N
FSB = e.RB = 0.68 2079 = 1414N
Tổng lực dọc trục tác động lên ổ A
F aA F SBF a1 1414 695 719N
Vì F aAF SAnên chọn lại F aA 2555N
F
V
F
rA
3758 1
2555 nên tra bảng 11.3 tài liệu [1] X = 1; Y = 0
Tải trọng tương đương trên ổ A
X V F Y F K K
Q A rA aA . với V K K 1
Q A 1 1 3758 0 2555 1 1 3758 3 , 758
Tổng lực dọc trục tác động lên ổ B
F aB F SAF a1 2555 695 3250N
F
V
F
rB
aB
2079
3250
Tải trọng tương đương trên ổ B
Q B 0 41 1 2079 0 87 3250 1 1 3680 3 , 68
Trang 14Do Q A Q B nên ta tính cho ổ A Do ổ bi nên m 3
Tuổi thọ ổ
36 , 315 10
8 1 300 3 730 60 10
.
.
60
6 6
1
n L h
Hệ số khả năng tải động
58 , 25 36 , 315 758 ,
3
Tra bảng chọn ổ 46306 có C 25 , 6kNC tt
Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh Tra bảng 11.6 tài liệu [1] ta có X0 = 0,5; Y0 = 0,37
N F
Y
F
X
Q0A 0 rA 0 aA 0 , 5 3758 0 , 37 2555 2824 =2,84kN
758
,
3
0A F rA
Chọn Q0Amax = 3,758 kN < C0 =18,17kN Vậy ổ đủ bền tĩnh
Hết Bài tập lớn
Trang 15TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
BÀI TẬP LỚN
Môn CƠ HỌC MÁY
ĐỀ SỐ 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI
Hệ thống dẫn động băng tải gồm:
1- Động cơ điện; 2- Nối trục đàn hồi; 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ; 4- Bộ truyền xích ống con lăn; 5- Bộ phận công tác (Băng tải)
Số liệu thiết kế:
Lực vòng trên băng tải, F(N): 5000
Vận tốc băng tải, v(m/s): 5
Đường kính tang dẫn của băng tải, D (mm): 460
Thời gian phục vụ, L(năm): 3
Quay một chiều, làm việc một ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)
Sai số vòng quay trục máy công tác so với yêu cầu 5 %
Ứng suất tiếp xúc của vật liệu chế tạo 2 bánh răng H 480MPa
Ứng suất uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng F 240MPa
Độ rắn của vật liệu chế tạo bánh răng HB=220
Bộ truyền xích (số 4) đặt nằm ngang, bôi trơn định kỳ, đĩa xích điều chỉnh được, khoảng cách
v
Trang 16trục a 40 p C
Chương 1 :
CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.1 Chọn động cơ điện:
* Công suất cực đại trên trục xích tải : kW
v F
1000 5 2000 1000
max
* Hiệu suất của toàn bộ hệ thống (Bảng 3.3 tài liệu [1]):
902 0 995 0 1 98 0 93 0
.
xbrkol
* Công suất cần thiết trên trục động cơ :P P dt kW
ct 11 08
902
0 10
* Chọn động cơ : Theo bảng 3.2 tài liệu [1] ta nên chọn u x2 5 và u br 3 5
Vậy tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống uu d.u br 2 5 3 5 6 25
D
v
460
5 10 6 10
.
Số vòng quay dự kiến của động cơ n dcn m.u 207 6 6 25 1245 5190v/ph Căn cứ theo P ct
, ta chọn loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha, loại 3K do nhà máy chế tạo động cơ điện Việt Nam Hungary sản xuất (tài liệu [3]) Có 2 lựa chọn là 3K160S2 Pdc=11KW ndc= 2940v/ph
và 3K160S4 Pdc=11KW ndc=1460v/ph => Ta chọn động cơ 3K160S4, ndc=1460v/ph
1.2 Phân phối tỉ số truyền :
* Tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống 7 03
6 207
1460
m
dc br
n u u u
Ta chọn : u x 2 3 52
2
03
d
br u
u u
Công suất trên trục dẫn xích tải P m 10kW
Công suất trên trục II của HGT P P kW
ol k
m
995 0 1
ol br
II
995 0 98 0
05
Công suất trên trục động cơ P P kW
x
I
dc 11 08
93 0 31
Bảng số liệu dùng cho thiết kế các bộ truyền cơ khí:
Trang 17Trục Trục động cơ Trục I HGT Trục II HGTTrục dẫn xích tải
Lưu ý: Công thức tính mômen xoắn
n
P
T 9 55 106 Chương 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH ỐNG CON LĂN
2.1 Thông số ban đầu
Theo bảng số liệu chương 1
Thông số đầu vào : P1 = 10.31 kW; n1 = 414.8 v/ph; T1 = 237369 Nmm; ux = 2
Điều kiện làm việc: đặt nằm ngang, bôi trơn định kỳ, đĩa xích điều chỉnh được, khoảng cách trục a 40 p C
2.2 Trình tự thiết kế:
Chọn xích 1 dãy Kx =1
Chọn số răng Z1 29 2u 29 2 2 25răng > Zmin = 11 răng
Số răng Z2 Z u. 1 2 25 50răng < Zmax = 120 răng
Hệ số điều kiện sử dụng (trang 180 tài liệu [1])
Kr =1.2 (va đập nhẹ)
Ka = 1 (a 40 p C )
K0 = 1 (đặt nằm ngang)
Kb = 1.5 (bôi trơn định kỳ)
Kdc = 1 (đĩa xích điều chỉnh được)
Klv = 1 (làm việc 1 ca)
K K r K a K0K b K dc K lv 1 2 1 1 1 5 1 1 1 8
25
25 25
1
Z
K Z
Hệ số vòng quay trục dẫn 0 964
8 414
400
1
01
n
n
K n (Lưu ý chọn n01 sao cho gần giá trị
n1 nhất)
K
K K K P
x
n Z
1
964 0 1 8 1
.
1
Tra bảng 5.4 tài liệu [1] chọn bước xích tiêu chuẩn p c 25 4mmcó [P0]=19kW
Theo bảng 5.2 tài liệu [1], kiểm tra số vòng quay n1 414 , 8 n th 800v/ph
