Động cơ điện: Hiện nay trong công nghiệp dùng hai loại động cơ điện là: Động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều
Trang 1MỤC LỤC
Trang
Lời Nói Đầu
Phần I.Phân tích tính cấp thiết và chuyển động của hệ dẫn động 4
I.Giới thiệu và phân tích hệ thống truyền động bánh răng 4
II.Vai trò và chức năng các bộ phận của cơ cấu 5
III.Ưu ngược điểm của bộ truyền 5
Phần II.Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền 8
I.Chọn động cơ điên 10
II.Phân phối tỉ số truyền 11
Phần III.Tính toán thiết kế các bộ truyền 12
I.Thiết kế bộ truyền đai 12
II Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh 16
III.Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm 22
Phần IV Tính trục 28
I.Tính sơ bộ trục 28
II.Tính gần đúng trục 28
II.Tính chính xác trục 35
III.Chọn then 40
IV.Chọn ổ 41
Tài liệu tham khảo 42
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Nhiều thế kỷ qua sự phát triển kinh tế trên thế giới đòi hỏi con người tìm tòi những công nghệ để ứng dụng vào sản xuất Trong đó ngành cơ khí là ngành quan trọng góp phần cho sự phát triển kinh tế của nhiều quốc gia trên thế giới cũng như ở Việt Nam Ngành cơ khí chế tạo đã giúp chúng ta sản xuất ra nhiều chi tiết, nhiều bộ phận máy móc có hình dạng kích thước cụ thể Để thỏa mãn trong chừng mực nhất định đáp ứng các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật và các yêu cầu khác Vì vậy chi tiết máy
là ngành học quan trọng của ngành chế tạo máy, nên khi nghiên cứu đồ án môn học này là vấn đề rất quan trọng và cần thiết để sau khi sinh viên sau khi ra trường tiếp cận với thực tế chuyên ngành, có thể am hiểu hơn về chi tiết máy nhằm giúp cho sinh viên vận dụng những kiến thức đã học, tổng hợp các kiến thức đã học để giải quyết những vấn đề thiết kế máy móc trong sản xuất Cụ thể là tính toán hình dạng, kích thước và khả năng làm việc trong một điều kiện nhất định, về yêu cầu kỹ thuật, kinh tế
Sinh viên thực hiện
Trần Hữu Quyền
Trang 3Nhận xét của giáo viên :
Trang 4
PHẦN I:
PHÂN TÍCH TÍNH CẤP THIẾT
VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ DẪN ĐỘNG
I Giới thiệu và phân tích hệ thống truyền động bánh răng:
Trong nhiều thế kỷ qua, từ thời lạc hậu cho đến hiện đại, sự vận chuyển, xếp dỡ
là một công việc không thể thiếu và quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất nhằmgiảm nhẹ sức lao động nặng nhọc, tăng năng suất lao động và an tòan
Qua quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật trên thế giới đã có nhiều thiết bịnâng chuyển Các thiết bị này được chia làm hai nhóm chính: máy trục chủ yếu phục
vụ vận chuyển các vật nặng thể khối; máy chuyển liên tục chủ yếu phục vụ các quátrình vận chuyển vật liệu vụn rời liên tục theo một tuyến không gian xác định
Các lĩnh vực sản xuất hiện nay có nhu cầu ngày một tăng về các máy móc, thiết
bị nâng chuyển, nhu cầu đó cần được đáp ứng với những thiết bị nâng gọn nhẹ dễ sửdụng và đáp ứng được tính bền, tính kinh tế phù hợp với không gian làm việc và điềukiện làm việc cho phép
Vì vây việc tính toán thiết kế hệ thống dẫn động nói chung và hộp giảm tốc nóiriêng là vấn đề cần thiết
Truyền động trong hộp giảm tốc là sự truyền động của các cặp bánh răng, trụcvít ăn khớp trực tiếp Truyền chuyển động và công suất được là nhờ sự ăn khớp củacác răng (hặc thanh răng) mà bánh dẫn 1 sẽ truyền chuyển động sang bánh bị dẫn 2
n1: Tốc độ vòng bánh dẫn
n2: Tốc độ vòng bánh bị dẫn
Trang 5d1: Đường kính vòng bánh dẫn
d2: Đường kính vòng bánh bị dẫn
Tốc độ có thể đạt tới 140m/s hoặc cao hơn Công suất có thể truyền được từ rấtnhỏ N=0.1kw đến khá lớn khoảng 300kw (như trong các máy làm việc, máy vậnchuyển: Máy xây dựng, ôtô ) hoặc công suất lớn đến 1000kw như trong máy thủyđiện
Tỉ số truyền từ 1÷10 hoặc cao hơn
II Vai trò và chức năng các bộ phận của cơ cấu:
- Động cơ điện: Hiện nay trong công nghiệp dùng hai loại động cơ điện là:
Động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều
Động cơ điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, với sức bềnlàm việc cao, momen khởi động lớn bên cạnh đố ta còn có động cơ điện một chiều: Làloại động cơ điện có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, khi làm việc bảođảm khởi động êm, hãm và đảo dể dàng, giá thành cao khi lắp đặt cần thêm bộ chỉnhlưu
Trên ưu khuyết điểm của hai loại động cơ điện xoay chiều và động cơ điện mộtchiều ta thấy được động cơ điện xoay chiều tuy tính chất thay đổi tốc độ không bằngđộng cơ điện một chiều nhưng với tính thông dụng, bền và kinh tế hơn thì nhữngkhuyết điểm của loại động cơ nầy vẫn chấp nhận được
Vậy ta chọn động cơ điện xoay chiều
- Hộp giảm tốc: Đối với đề bài ta chỉ xét hai loại đó là: Hộp giảm tốc của bộtruyền bánh răng trụ và hộp giảm tốc của bộ truyền bánh răng nón
+ Bộ truyền bánh răng trụ: Được sử dụng để truyền momen từ các trục songsong với nhau, trong đó hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp được sử dụng nhiều nhất
+ Bánh răng nón: Được dùng để truyền momen và chuyển động giữa các trụcgiao nhau nhưng chế tạo bánh răng khá phức tạp
Vậy ta chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển để phù hợp với cơcấu làm việc và giảm vật liệu chế tạo
III Ưu nhược điểm của bộ truyền:
Trang 61 Hộp giảm tốc:
a Ưu điểm: Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ phận truyền bánh răng hay
trục vít, tạo thành một tổ hợp biệt lập để giảm số vòng quay và truyền công suất từđộng cơ đến máy công tác
Ưu điểm là hiệu suất cao, có khả năng truyền nhứng công suất khác nhau, tuổithọ lớn, làm việc chắc chắn và sử dụng đơn giản Phạm vi công suất, vận tốc và tỉ sốtruyền khá rộng
b Nhược điểm: Đối với hộp giảm tốc nhiều cấp tải trọng phân bố không đồng
điều trên các trục nên các ổ trục được chọn theo phản lực lớn nhất, vì vậy kích thước
và trọng lượng hộp giảm tốc lớn
Khó bôi trơn các bộ truyền trong hộp giảm tốc Đối với hộp giảm tốc trục vítkhi làm việc bột kim loại và bụi bẩn rơi vào chổ ăn khớp dể làm mài mòn và kẹtchuyển động, hộp giảm tốc trục vít có hiệu suất thấp không quá 60÷80kw Nếu caonhất chỉ đạt 270kw
+ Hiệu suất cao =0.96÷0.98 thậm chí =0.99 cho một cặp bánh răng
+ Kích thước bộ truyền tương đối nhỏ gọn, khả năng tải lớn, tuổi thọ và độ tincậy cao
+ Làm việc trong phạm vi công suất, tốc độ và tỉ số truyền khá rộng
b Nhược điểm:
+ Không thể thực hiện được truyền động vô cấp.
+ Không có khả năng tự bảo vệ an toàn khi quá tải
+ Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn
Trang 7+ Đòi hỏi độ chính xác cao trong chế tạo (chế tạo tương đối phức tạp) và lắpráp.
+ Chịu va đập kém vì độ cứng bộ truyền khá cao
3.Truyền động đai
a Ưu điểm:
+ Có thể truyền động giữa các trục khá xa nhau.
+ Làm việc êm, do vật liệu đai có tính đàn hồi
+ Giữ được an toàn cho các chi tiết máy khác khi bị quá tải vì lúc này đai sẽtrượt trên toàn phần trên bánh
+ Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ
+ Tuổi thọ thấp khi làm việc với vận tốc cao
+ Khi dùng bánh căng đai làm tăng số chu kỳ bị uốn của đai sẽ làm giảm tuổithọ của đai
4 Truyền động xích:
a Ưu điểm:
+ Có thể truyền động giữa các trục khá xa nhau (AMax=8m)
+ Khả năng tải cao hơn đai
+ Hiệu suất truyền động cao hơn so với đai =0.96÷0.98
+ Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn so với truyền động đai vì lực căng ban đầukhông lớn
+ Có thể truyền chuyển động và công suất cùng một lúc đến nhiều trục
+ Không xãy ra sự trượt nên tỉ số truyền không đổi
Trang 8+ Kích thước nhỏ so với truyền động đai.
b Nhược điểm:
+ Giá thành tương đối cao với kết cấu phức tạp
+ Có nhiều tiếng ồn khi làm việc
+ Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn thay đổi theo thời gian (không ổnđịnh)
+ Yêu cầu chăm sóc thường xuyên (bôi trơn, ) và phúc tạp hơn so với bộtruyền đai
+ Chóng bị mòn khi làm việc nơi nhiều bụi và bôi trơn không tốt
+ Hiệu suất thấp ( trong các bộ truyền có thể tự hãm )
+ Cần phải dùng vật liệu giảm ma sát đắt tiền (đồng thanh) để chế tạo bánh vít
IV Vấn đề bôi trơn:
Để giảm sự hao tốn về năng suất và ma sát mài mòn răng, đảm bảo thoát đượcnhiệt tốt cần phải bôi trơn liên tục các bộ truyền trong hộp giảm tốc Nên chọn hợp lý
loại dầu, độ nhớt và hệ thống bôi trơn sẽ làm tăng tuổi thọ của các bộ truyền tức là
nâng cao thời gian sử dụng máy theo cách dẫn dầu đến bôi trơn của chi tiết máy người
ta phân biệt bôi trơn ngâm dầu và bôi trơn lưu thông Ngoài ra đối với các bộ truyền
đỡ hở của những máy không quan trọng có thể bôi trơn định kỳ bằng dầu mở
- Bôi trơn ngâm dầu bằng cách ngâm bánh răng hoặc các chi tiết vào dầu Cáchbôi trơn nầy thường dùng khi vận tốc của bộ truyền v ≤12m/s Mặt khác khi vận tốcquá lớn các chất rắn bả trong dầu sẽ khuấy động và kẹt vào chổ ăn khớp Khi vận tốc
Trang 9bộ truyền xấp xỉ các số trên thì các chi tiết được ngâm dầu ở các phần tiếp xúc khi làmviệc.
- Đối với hộp giảm tốc hai cấp bánh răng nón-bánh răng trụ, nếu mức dầukhông thể lan lên nữa để bôi trơn cả hai bộ truyền thì có bể ngăn chứa dầu lại cho bôitrơn từ từ cả hai phần bánh răng trụ và bánh răng nón
- Đối với hộp giảm tốc nhiều cấp: Nếu các bánh răng không ngâm trong dầu thìlàm nghiêng bề mặt nghép nắp và thân hộp Đối với hộp giảm tốc đặt đứng có thểdùng bánh răng bôi trơn hoặc vòng bôi trơn Dung lượng của dầu trong hộp thường lấykhoảng 0.4-0.8lít cho một kw công suất truyền, trị số nhỏ cho hộp giảm tốc cỡ lớn
- Bôi trơn dùng cho các bộ truyền có vận tốc lớn v>12m/s và cho hộp giảmtốccỡ lớn có vận tốc nhỏ hơn Phương pháp nầy dùng cho các hộp giảm tốc có côngsuất và vận tốc không lớn lắm nhưng cấu tạo của nó không cho phép thực hiện đượcviệc bôi trơn ngâm dầu Dầu bôi trơn từ bể áp suất 0.5-1.7atm theo các đường ống dẫnqua vòi phun đến bôi trơn chỗ ăn khớp Đối với bánh răng thẳng thì đặt vòi phun saocho các tia dầu bắn ngược chiều quay của bánh răng Trong trường hợp vận tốc quálớn nếu bôi trơn theo phương pháp này thì vòi phun đặt lên trên chỗ ăn khớp khôngphụ thuộc vào chiều quay
* Các loại dầu thường dùng để bôi trơn hộp giảm tốc:
+ Dầu công nghiệp: Thường dùng rộng rãi để bôi trơn nhiều loại máy khácnhau Bôi trơn bằng phường pháp lưu thông nên dùng dầu công nghiệp 45
+ Dầu tua pin: Có chất lượng tốt nền thường dùng để bôi trơn các bộ truyềnbánh răng quay nhanh
+ Dầu ôtô máy kéo AK10 và AK15: Cũng được dùng để bôi trơn hộp giảm tốc.Chọn độ nhớt của dầu bôi trơn cho thích hợp, kiểm tra mức dầu trong hộp giảmtốc bằng các thiết bị dầu Để tránh sóng dầu làm vệt chảy dầu giao động khó quan sát,người ta thường lắp thước chỉ dầu trong một ống bao ngoài hoặc trong một cái hốc, để
dễ quan sát và chứa lượng dầu đủ bôi trơn cho máy
Trang 10PHẦN II CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
Các thông số:
+ Vận tốc băng tải: 0.74 m/s
+ Mỗi ngày làm việc: 2 ca
I.Chọn động cơ điện
- Để chọn động cơ điện cần tính công suất cần thiết
ta gọi : + N – công suất trên băng tải
+ - hiệu suất chung
+ Nct – công suất cần thiết
Tra bảng ta có các thông số như sau :
- Hiệu suất bộ truyền đai
- Hiệu suất của một cặp ổ lăn
- Hiệu suất bộ truyền bánh răng
- Hiệu suất khớp nốiVậy ta có công suất cần thiết
Chọn động cơ điện:
Cần phải chọn động cơ điện có công suất lớn hơn Nct.Trong tiêu chuẩn động cơ điện
có nhiều loại thoả mãn điều kiện này
Tra bảng ta chọn động cơ A02-51-4.Có các thông số như sau:
Trang 11Động cơ Côngsuất
(kW)
động cơ (kg)Vận
tốc(Vg/Ph) suất (%)HiệuA02-51-
Trong đó : id - Tỷ số truyền của bộ truyền đai;
ibn - Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh;
ibc - Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm;
Số vòng quay của từng trục
Trục I:
Trang 12+ Momen xoắn cho động cơ.
Mđc =+ Momen xoắn trục I:
MI =+ Momen xoắn trục II:
MII =+ Momen xoắn trục III:
MIII =
BẢNG HỆ THỐNG CÁC SỐ LIỆU TÍNH ĐƯỢCTrục
Trang 13PHẦN III TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN
I.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
Kích thước tiết diện đai a h, mm và diện tích tiết diện F , mm2 (Tra bảng )
Tra bảng lấy đường kính bánh lớn theo tiêu chuẩn
Trang 14- Kiểm nghiệm số vòng quay thực n2’ của trục bị dẫn
Tra bảng lấy L theo tiêu chuẩn
Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong 1 giây :
Áp dụng công thức
Với umax = 10 m/s
Ta thấy u < umax Thoả điều kiện
6.Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn
Áp dụng công thức ta có
Ta thấy khoảng cách trục a thoả mãn điều kiện
Tính khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai:
Áp dụng công thức Amin = A – 0,015 L (mm)
Trang 15Khoảng cách lớn nhất cần thiết để tạo lực căng: Amax = A + 0,03 L (mm)
Ct : Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng
Cα : Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm
Cv : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc
Ta chọn ứng suất căng ban đầu và theo trị số D1 Tra bảng
ta tìm được ứng suất có ích cho phép [δp]0 (N/mm2) :
9.Định các kích thước chủ yếu của bánh đai
- Chiều rộng của bánh đai B:
Trang 161.Chọn vật liệu chế tạo bánh răng nhanh và cách nhiệt luyện:
Do hộp giảm tốc chịu tải trọng trung bình nên chọn vật liệu làm bánh răng có độrắn bề mặt răng HB < 350 Đồng thời để tăng khả năng chạy mòn của răng ta chọn
độ rắn bánh răng nhỏ lớn hơn độ rắn của bánh răng lớn khoảng 25 ÷ 50 HB
HB1 = HB2 + (25 ÷ 50)HB
- Tra bảng ta chọn như sau:
+ Bánh răng nhỏ : thép 45 thường hoá (nhiệt luyện bằng phương pháp rèn) + Bánh răng lớn : thép 35 thường hoá (nhiệt luyện bằng phương pháp rèn)
- Cơ tính của các loại thép đã chọn : tra bảng ta có
+ Bánh răng nhỏ :(Giả sử đường kính phôi 100 ÷ 300 mm)
+ Giới hạn chảy : ; + Độ rắn : HB =170 ÷ 220 Ta chọn HB = 190+ Bánh răng lớn :(Giả sử rằng đường kính phôi 300 ÷ 500 mm)
Trang 17+ Giới hạn bền kéo : + Giới hạn chảy : + Độ rắn : HB = 140 ÷ 190 Ta chọn HB = 160
2.Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép
a) Ứng suất tiếp xúc cho phép
+ Ntd - Số chu kì tương đương
Vì bánh răng chịu tải trọng không thay đổi nên ta áp dụng công thức :
Ta có :Ntd = N = 600 ×u×n×T
Với : n - số vòng quay trong một phút của bánh răng
+ Đối với bánh răng nhỏ : n1 = 365 Vg/Ph
+ Đối với bánh răng lớn : n2 = 96 Vg/Ph
T - Tổng số giờ làm việc ta có T = 5×300×6×2 = 18000 giờ
u - số lần ăn khớp của một răng khi bánh quay một vòng Ta có u = 1
=> ta có số chu kì tương đương của bánh lớn :
Trang 18- Vì răng làm việc một mặt (bánh răng quay một chiều) nên áp dụng công thức
+ kn’’ - Hệ số chu kì ứng suất mỏi uốn.Áp dụng công thức ta có:
Lấy m ≈ 6 vì thép thường hoá
N0 - số chu kì cơ sở của đường cong mỏi uốn.lấy N0 ≈ 5×106
Ntd -số chu kì tương đương theo trên ta có:
Trang 19- Tính vận tốc vòng của bánh răng trụ răng thẳng: áp dụng công thức ta có:
Trong đó: Ktt - Hệ số tập trung tải trọng.vì bộ truyền có khả năng chạy mòn (HB <350
và v <15 m/s), tải trọng thay đổi ít nên lấy Ktt = 1
Kd - Hệ số tải trọng động.tra bảng chọn Kd = 1,45
Vậy ta có : K = 1×1,45 = 1,45
- Ta thấy hệ số tải trọng chính xác K ít khác với trị số chọn sơ bộ (K = 1,4) nên takhông cần tính lại khoảng cách trục A.Như vậy có thể lấy chính xác A = 234 mm
8.Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng.
- Môđun được chọn theo khoảng cách trục A:
Áp dụng công thức ta có : mn = (0,01 ÷ 0,02)×A = (0,01 ÷ 0,02)×234
= 2,34 ÷ 4,68Theo tiêu chuẩn bảng ta lấy mn = 3
- Xác định số răng:
+ Số răng bánh nhỏ : áp dụng công thức ta có :
Vậy lấy Z1 = 33 răng
+ Số răng bánh lớn :áp dụng công thức ta có: Z2 = i×Z1
= 3,8×33=125,4 răngVậy lấy Z2 = 126 răng
Trang 20σu - ứng suất uốn sinh ra tại chân răng ,(N/mm2)
[σ]u - ứng suất uốn cho phép,(N/mm2)
b - bề rộng bánh răng
+ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh nhỏ:
Ta có : K = 1,45 ; Z1 = 33 răng; N = 7,15 kW; n1 = 365 Vg/Ph; m = 3; b = 94 mmTra bảng chọn y1 = 0,451,y2 = 0,517
=>
=> σu1 < [σ]u1 = 138,6 N/mm2 -> thoả mãn điều kiện bền
+Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh lớn: áp dụng công thức
=> σu2 < [σ]u2 = 114,7 N/mm2 -> thoả mãn điều kiện bền
10.Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột.
- Ứng suất tiếp xúc cho phép: áp dụng công thức
- Kiểm nghiệm ứng suất bền tiếp xúc: áp dụng công thức ta có:
Trong đó: Kqt = 2: hệ số tải trọng quá tải của thép thường hoá
σtx - ứng suất tiếp xúc.áp dụng công thức ta có:
