THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI VỚI CÁC THÔNG SỐ VỀ THỜI GIAN LÀM VIỆC, TẢI TRỌNG, CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC

Nội dung đồ án là thiết kế một hệ dẫn động băng tải với các thông số về thời gian làm việc, tải trọng, điều kiện làm việc…Với mục đích đó yêu cầu ngời học viên cần sửdụng tổng hợp các ki

Lời nói đầu

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chơng trình đào kỹ s cơ khí nhằm giúp Sinh Viên (Học Viên) có đợc những kiến thức cơ sở

về kết cấu máy

Nội dung đồ án là thiết kế một hệ dẫn động băng tải với các thông số về thời gian làm việc, tải trọng, điều kiện làm việc…Với mục đích đó yêu cầu ngời học viên cần sửdụng tổng hợp các kiến thức đợc học về: Nguyên lý máy, Cơ lý thuyết, Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Vật liệu học,…và các công cụ khác nh Kỹ năng sử dụng các phần mềm trợ giúp thiết kế nh: Maple, Mechanical Desktop, AutoCAD, Matlab,…

để có thể nâng cac năng suât tính toán

Với mục đích và yêu cầu này trong đồ án em đã thiết kế đợc Hệ dẫn động băng tảI với kết cấu nh bản vẽ chế tạo Trong quá trính tính toán các kết quả đã đợc đa vào thử lại trên phần mềm trơ giúp thiết kế cơ khí Mechanical Desktop 6.0 tuy nhiên do mới làm quen với việc hoạt động độc lập trong tính toán thiết kế nên chắc chắn đồ án không thể tránh khỏi những sai sót nhỏ Em rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy giáo cũng nh các bạn để đồ án đạt đợc tính thực tế cao nhất

3700 = 3,885 N +Trong đó : F – Lực kéo băng tải (N)

300 4286

υ

300 14 , 3

05 , 1 60000

ì

ì = 66,879 v/ph

υ: vận tốc băng tải (m/s)

D: đờng kính tang quay (mm)

+ Hiệu suất làm việc của các bộ phận của hệ thống và hệ thống:

- Hiệu suất của khớp nối : ηk =1

- Hiệu suất của bộ truyền đai : ηđ = 0,95

- Hiệu suất bộ truyền trục vít –bánh vít : ηtv = 0,87

2 2 1

t t

P t P t

+

+ =

t

P t P

t 2 0 , 5 ( 0 , 8 ) 2

5 ,

lv = 3.518 KW + Công suất đẳng trị động cơ:

Pđtđc =

η

1 ì Pđtbt =

794 , 0

158 ,

3 =4,4312 KW

1 = 1,4 ⇒ Động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc.

2 Tính tỷ số truyền của từng bộ truyền

Chọn tỷ số truyền của bộ truyền đai : u đ = 3,5

tỷ số truyền của bộ truyền trục vít : u tv = 12,30 ⇒ Tỷ số truyền của hệ thống :

u = u đ ì u tv = 43,063

VI/ Tính toán các số liệu khác

1 Đánh số trục ( hình vẽ dới đây)

Dựa vào điều kiện làm việc của đai chọn:

Đai thang - Vải cao su – Tiết diện O

II/ Tính toán thiết kế

1 Chọn đờng kính bánh đai nhỏ

d1= 100 mm

Chọn hệ số trợt ξ=0,02

⇒ Đờng kính đai lớn d2= d1.uđ.(1- ξ) = 357,143 mm

Theo TCVN 2332-78 & TCVN 2342-78 chọn đờng kính bánh đai lớn d2= 355 mm

2 Kiểm tra tỷ số truyền thực tế

ut =

) 1 (

π =

60000

2880 100 14 ,

2880

5 Chọn sơ bộ đờng kính của trục

6 Kho¶ng c¸ch trôc theo chiÒu dµI tiªu chuÈn L.

072 , 15

o.( ) 3

P = 2,851 ⇒ Chän Z = 3

15 Lùc c¨ng ban ®Çu cña mét ®ai

Fo =

Z C

C . t .

780 α

=

A

F o +

h b

Max

y h

Z L v

v t

⇒ th = (6,985)11 ).3

6 , 1

072 , 15 (

3600

2

10 7

= 3959.375 hVới tuổi thọ nh vậy ,trong thời gian làm việc của hệ thống số lần phải thay đai là:

Số lần thay đai = 15

375 , 3959

Vật liệu trục vít : Thép 45, tôi bề mặt đạt HRC45

II/ Xác định các ứng suất cho phép:

1 khoảng cách trục:

aw ≥ ( z2 + q).3 [ ] 2 2

2

)

170 (

q

K T z

H H

σ Trong đó:Hệ số tải trọng: KH = 1,2;

2 Modul của trục vít:

m =

2

2

Z q

a w

+ = 5 mm Chọn modul tiêu chuẩn m = 5 mmm

⇒ aw =

2

m

.(q + Z2) = 160 mm

T2m=456,7095 N

T2max=507,445 N

⇒ KH = KHV KH β = 1,214

4 ứng suất tiếp xúc theo công thức 7-19 :

q

w

2

3 2

6 Kiểm nghiệm độ bền quá tải (theo công thức 7-27 và 7-28) :

2

2

8 Tính nhiệt truyền động trục vít – bánh vít

Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc:

A ≥ [0 , 7 ( 1 ) 0 , 3 ] .( )

) 1 (

1000

o d tq

− β ψ

t

i t

ck

∑ =

T

t T T

t T

t

ck ck

ck

4 , 0 7 , 0 6 , 0

= 409,775 N ( trong đó Dt là đờng kính vòngtròn qua tâm các chốt của nối trục vòng đàn hồi, theo bảng 16.10a chọn Dt =

- Lực bộ truyền đai tác dụng lên trục: Frđ1

Lực này có phơng, chiều, điểm đặt nh trên hình vẽ

T2 – mô men xoắn trên trục bánh vít

d2 - đờng kính vòng chia bánh vít( Khi rời lực Fa11 về tâm trục thì ta đợc lực Fa11 và mômen Ma11 có chiều cùngchiều với chiều của lực Fa11và trị số Ma11= Fa11.dw1/2 = 155328 Nmm)

Lực vòng Ft1 = F a1.tg( γ + ϕ ) ≈ F a1.tg( γ ) =

75

507445

2

=1104,61 Ngóc vít γ = arctg[Z1/(q+2x)] =14,9310

Lực hớng tâm Fr11= α γ α

ϕ γ

ϕ

tg F tg

cos

- Tốc độ quay của trục n1 = 822,86 v/ph

+ Các lực này có điểm đặt, phơng, chiều nh hình vẽ

= (0,2…0,3)

90

507445

- Lực của băng tải tác dụng lên trục bộ truyền

II/ Tính sơ bộ kết cấu đờng kính trục và then

Theo công thức

dK≥ 3 [ ]

1 ,

14547

= 15,567 mm Chọn trục có phần đầu nối với trục động cơ quakhớp nối có đờng kính dkn = Φđc = 28 mm Còn đờng kính trục ở tiết diện lắp ổ thìchọn dol =30 mm.chọn 10đờng kính tại tiết diện lắp bánh đai là d0đ = 35 mm

+ Trục I:

d1 ≥ 3

16 1 , 0

Chiều dài moayơ nửa khớp nối ( Khớp nối vòng đàn hồi )

Các lực này có điểm đặt, phơng, chiều nh trên hình vẽ

c/ Vẽ biểu đồ mômen uốn Mx, MY và mômen xoắn T ( hình vẽ )

0 tdCσ

63 1 , 0

76 ,

d1A= 3

63 1 , 0

068 ,

d1D= 3

63 1 , 0

33 ,

3 Trục II

(Căn cứ vào hệ các lực tác dụng trên trục vít ta xác định đợc hệ lực trên trục bánh vít.Mặt khác trong trờng hợp này lực vòng F t2 lớn hơn lực hớng tâm nên ta chỉ cần xét trờng hợp lực khớp nối F kn2 cùng phơng với lực vòng F t2 vì khi đó sẽ tạo ra trạng thái nguy hiểm nhất cho trục bánh vít)

a/ Sơ đồ trục, chi tiết quay và lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục đợc vẽ nh trênhình vẽ

Các lực này có điểm đặt, phơng, chiều nh trên hình vẽ

c/ Vẽ biểu đồ mômen uốn Mx, MY và mômen xoắn T ( hình vẽ )

d/ Mômen uốn tổng MkJ và mômen tơng đơng MtđkJ tại các tiết diện J trên toàn bộ hiều dài trục k

M td = M Z2 +M Y2 + 0 , 75 M X2 (ở đây mô men M x đóng vai trò là mô men xoắn )

MtđC = 0 , 75M X2 = 439460,24 Nmm

MtđD = M YD2 +M ZD2 + 0 , 75 M XD2 = 561194 Nmm

MtđA = M YA2 + 0 , 75 M ZA2 = 543440,376 Nmm

MtđB = 0 Nmm

⇒ §êng kÝnh c¸c ®o¹n trôc:

d2A =

[ ]

3

1 ,

V/ Tính kiểm nghiệm các trục về độ bền mỏi

Điều kiện để trục đảm bảo đợc độ bền mỏi:

s j = 2. 2

j j

j j

s s

s s

τ σ

τ σ

- Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục: dựa theo kết cấu củatrục trên hình vẽ và biểu đồ mômen tơng ứng có thể thấy các tiết diện sau đây là cáctiết diện cần đợc kiểm tra về độ bền mỏi: 1A, 1C, 1D, 2A, 2C,2D

- Chọn kiểu lắp ghép: các ổ lăn lắp trên trục theo k6, lắp bánh vít, nối trục theo k6kết hợp với lắp then Kích thớc của then ( tra từ bảng 9.1), trị số của mômen cản uốn

và mômen cản xoắn (tra từ bảng 10.6) ứng với các tiết diện trục nh sau:

Có một rãnh then :

j

j j

j

d

t d t b d W

2

) (

32

1 1

oj

d

t d t b d W

2

) (

16

1 1

1D 40 - - 6283,2 12566,37

- Xác định các hệ số Kσdj , Kτdj đối với các tiết diện nguy hiểm:

+ Các trục đợc gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra = 2,5 – 0,63 àm, do đó theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bềmặt Kx = 1,08

Y

x dj

K

K K

K = σ + −1

σ σ

ε và

Y

x dj

K

K K

K = τ + −1

τ τ

j j

s s

s s

τ σ

τ σ

+ ≥ [ ]s

j m aj

j d j

K

S

σ ψ σ

σ

σ σ

j m aj

dj j

K

S

τ ψ τ

τ

σ τ

) 1 , 0

M Max

= σ

2 ,

0 d

T Max

= τ [ ]σ = 0 , 8 σch=0,8 450 = 360 MPaTrục σ MPa τ MPa σtd

VI/ Tính kiểm nghiệm độ bền của then

Như tren ta chọn then ở

Với các tiết diện trục dung mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về

độ bền dập và độ bền cắt theo công thức:

σd = . .(2. )

1

t h l d

T

t − ≤ [σd]

τc = d l T b

t .

2

≤ [τc] Kết quả tính toán nh bảng sau, với lt ≈ 1,35d

Theo bảng 9.5 ( [5] tập I ), với tải trọng tĩnh có [σd] = 150 MPa;

[τc] = 60 – 90 MPa Vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bềncắt

I/ Trục 0.

1 Chọn loại ổ

Với tải trọng nhỏ và chỉ cá lực hớng tâm, dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 01

và 02 với kết cấu trục nh hình vẽ và đờng kính ngõng trục d = 35 mm, chọn ổ bi đỡmột dây cỡ đặc biệt nhẹ-vừa có ký hiệu ổ 207( bảng P2.7 Gost 8338-75) có

và có trị số

Khi FK đặt ngợc chiều Fr :F XA = 317,68 N, FXB = 513,47 N

Khi FK đặt cùng chiều Fr :FXA = 923,43 N, FXB = 91,92 N

+Vậy ta tiến hành kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn hơn FXA = 923,43 N

+ Theo công thức (11.3), với Fa = 0, tải trọng qui ớc:

Trờng hợp 2 :

+ Theo công thức (11.1) khả năng tải động

Cd = Q.m L = 1,293.3 3456 = 19,55 kN < C = 20,1 kN

Trong đó với ổ bi m = 3, L = 60.no.Lh/106 = 60.2880.20000/106 = 3456 triệu vòng

(*Nhận xét: hệ số tuổi thọ có thể tính theo công thức (4.20) - ([4] tập I ) ta tính tuổi thọ của ổ bi:

tt

i tt

t n Q

Q n

t hi là thời gian làm việc ở chế độ tải trọng thứ i

Chọn thời gian làm việc hiệu quả của ổ là 2.10 4 giờ

T

T T

T

= 15120 giờ )

3 Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ

Theo (11.19) với Fa = 0, Qo = Xo.Fr = 0,6 923,43 = 554,058 N; với Xo = 0,6 ,Y0=0,5( bảng 11.6)

Theo (11.20) Qt = Fr = 923,43 N

Vậy Qo = 0,554 kN < Co = 13,9 kN ⇒ Khả năng tải tĩnh của ổ đợc đảm bảo

0

25 , 312

130

260

F F F F

1 1

1

rd1 ta1 x1B x1A

rd t

−

= +

0 2

130

260

F F F

1 1 1 1

r1 y1B y1A

W a a A

r

d F F F

Đây là trục vít chuyển động với vận tốc cao, quá trình làm việc sinh nhiệt lớn lựcdọc trục lớn Để đảm bảo cho bộ truyền làm việc bình thờng ta chọn ổ bi côn chặnmột đầu và một đầu lắp ổ bi đỡ

2 Kiểm tra khả năng chịu tải

a kiểm tra ổ bi đỡ tại mặt cắt 1A (kết cấu ổ bi đỡ chịu tải động)

+ Kiểm tra chế độ tải tĩnh

Với ổ bi đỡ một dãy có Xo = 0,6 & Yo = 0,5

⇒ Căn cứ vào tính toán và đờng kính trục lắp ổ ta chọn: ổ bi đỡ tại mặt cắt 1A với

số hiệu 405 (Theo GOST 8338-71) có các thông số nh đã chọn ở trên

b Kiểm tra ổ tại mặt cắt 1B

Căn cứ vào đờng kính trục lắp ổ ta chọn: : ổ đũa côn tại mặt cắt 1B với số hiệu

7607 (Theo GOST 333-71) có các thôn số nh bảng

Kí

hiệu d,mm D,mm DMm1, B,mm Cmm1, T,mm r,mm rmm1, a,mm α, (o) C,kN CkNo,

+ Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ: Theo

theo bảng 11.4, với ổ đũa côn :

Ta có : Fa/C0 =4142,408/18100 =0,229 ⇒ e =0,361

Theo (11.7), lực dọc trục do lực hớng tâm Fr sinh ra trên các ổ:

Kí hiệuổ d, mm D, mm B, mm r, mm C, kN Co, kN

=

731 , 1507 1

384 , 4687

= 3,109

tra bảng 17.5 ( [4] tập II trang 103)– với e = 0,36 <

h m

L

L Q

Q L

L Q

01

02 1

+ Kiểm tra khả năng tải tĩnh:

theo bảng 11.6, với ổ đũa côn Xo = 0,5; Yo = 0,22.cotgα = 0,22.cotg11,17o = 1,114; theo công thức 11.19, khả năng tải tĩnh

Qt = Xo.Fr11 + Yo.Fa2 = 0,5 1507,731 + 1,114 4687,384 = 5975,6 N < Co = 61500N

7607 35 80 85 33 27 32,75 2,5 0,8 6 11,17 71,6 61,5

III/ Trôc II

III/ Trôc II

256

5

,

161

F F F F

2 2

2

K2 t2 z2B z2A

t K

= +

−

2

75 , 80 5 , 161

F F F

W2 2 2

r21 y2B y2A

d F F

N N N N

71 , 1591 F

84 F

695 , 91 F

68 , 7433 F

7209 GOST 333-71

- Theo bảng 11.4, với ổ đũa côn, e = 1,5 tgα = 1,5 tg15,33o = 0,411

theo (11.7), lực dọc trục do kết cấu của ổ sinh ra trên các ổ:

S1 = 0,83.e.R1 = 0,83.0, 411.7434,155 = 2536,214 N

S2 = 0,83.0,411 1594,349 = 543,880 N

- Với sơ đồ bố trí đã chọn trên hình vẽ theo công thức (11-10) ta có

ΣFa = Fa + S1 - S2 = 1104,61 + 2536,214 – 543,880 = 3096,994N > 0, cóchiều cùng chiều với Fq nh vậy lực dọc trục tác dụng vào ổ (2)

F

=

731 , 1507 1

h m

L

L Q

Q L

L Q

21

22 1

⇒ Vậy điều kiện tải động đợc thoả mãn

3 Kiểm tra khả năng tải tĩnh

theo bảng 11.6, với ổ đũa côn Xo = 0,5; Yo = 0,22.cotgα = 0,22.cotg14o = 0,88

theo công thức 11.19, khả năng tải tĩnh

Qt = Xo.Fr + Yo.Fa2 = 0,5 1507,731 + 0,88 3096,994 = 3479,22 N << Co= 33,4 kN ⇒ ổ bi bảo đảm khả năng tải tĩnh

⇒ Ta chọn: ổ đũa côn với số hiệu 7209 (Theo GOST 333-71) có các thông số nhbảng

7209 45 85 70 64,8 19 16 20,75 2,0 0,8 15,33 42,70 33,40

ch¬ng V:

ThiÕt kÕ kÕt cÊu

I/ Kết cấu hợp lí của trục

Kết cấu hợp lí của trục là kết cấu của trục sao cho ít gây tập trung ứng suất nhất.Các trục trong hộp giảm tốc đều là các trục bậc, do vậy tại các bậc cho dù có haykhông mang các tiết máy thì cũng đều cần phải tạo các góc lợn, rãnh cong, hoặc mép vát …nhằm đảm bảo chi tiết có thể tì sát vào mặt định vị ;

Bán kính góc lợn tại các tiết diện đợc chọn nh său:

II/ Cố định các tiết máy trên trục

1 Cố dịnh theo phơng tiếp tuyến Hình 5.1: Kết cấu trục I&II

Dùng các mối ghép then bằng, đã

thiết kế ở chơng tính trục

2 Cố định tiết máy theo phơng dọc trục

Có nhiều phơng pháp cố định tiết máy theo phơng dọc trục, căn cứ vào điều kiệnlàm việc, trang thiết bị, điều kiện công nghệ, giá thành sản phẩm…trong đầu đề thiết

kế hộp giảm tốc này chỉ dùng các giải pháp: vai trục, gờ trục,bạc chặn ,ghép có độdôi, đai ốc,then bằng

Đai ốc hãm vòng trong ổ :Bảng 15-1 ;

III/ Kết cấu trục và các giải pháp công nghệ

Các đờng kính các đoạn trục đã đợc lấy theo trị số tiêu chuẩn hoặc sai lệch với trị

số tiêu chuẩn không nhiều

Trên các đoạn chuyển tiếp trên trục đã bố trí các rãnh thoát dao, góc lợn, phần vát

Và các trị số này lấy nh nhau

Các trục thờng đợc gia công trên máy tiện nên trong các bản vẽ chế tạo thể hiện rõcác lỗ tâm của các đầu trục, nếu bộ phận máy không cho phép sử dụng lỗ tâm thì saukhi gia công xong các phần lỗ tâm sẽ bị cắt bỏ

IV/ Kết cấu trục vít và bánh vít

1 Phơng án bố trí.

Hộp giảm tốc trục vít một cấp, khoảng cách giữa hai gối trục của trục vít là

260 mm > 250 mm, do vậy bố trí ổ trên trục vít cần đảm bảo có một ổ cố định (gồmhai ổ đỡ chặn ngợc chiều nhau), và một ổ lắp ổ bi đỡ có thể tự do di chuyển theo ph-

ơng dọc trục, điều này nhằm đảm bảo không làm cho ổ bị kẹt khi có biến dạng lớn

Bộ phận ổ dùng hai ổ đỡ chặn bố trí trong ống lót Giữa bề mặt tì của ống lót và thânhộp có đặt đệm để điều chỉnh trục vít di chuyển theo phơng dọc trục, nhằm bảo đảmcho bộ truyền ăn khớp tốt trong suốt quá trình làm việc

2 Cố định ổ trên trên trục

+ Trên trục vít: các ổ đợc bố trí trên trục nhờ các vai trục (Tra bảng 15-9 và 15-10[5] II tr 36-37) và các đai ốc kết hợp với đệm cánh (Kích thớc đai ốc và đệm cánh t-

ơng ứng là: ren 24x1,5 – d = 24,5mm và 30x1,5 – d = 30,5mm )

(Tra bảng15.1 & 15.2 [5] II)

+ Trên bánh vít: một đầu ổ lăn đợc cố định bằng đai ốc kết hợp với đệm cánh, một

đầu dùng vòng hãm lò xo (Kích thớc 48x1,5 – d = 48,5 mm và vòng hãm lò xo)(tra bảng 15.1 & 15.7 [5] II)

2 nắp ổ.

+ Công dụng: để đệm tiếp xúc đều với trục và không

gây ảnh hởng tới độ cứng vững của trục, ngoài ra nó

1 chọn loại vật liệu bôi trơn

Do vận tốc trợt nhỏ, tốc độ quay không lớn lắm nên sử dụng mỡ để bôi trơn ổ lăn

Mỡ bôi trơn đợc giữ trong ổ, nó có khả năng đảm bảo cho ổ làm việc trong thời giandài, độ nhớt ít bị thay đổi khi nhiệt độ thay đổi…

Căn cứ vào số vòng quay của trục, điều kiện làm việc của ổ chọn loại mỡ M để bôitrơn

2 Vòng phớt

+ Công dụng

Dùng để bịt kín tránh sự xâm nhập của bụi, hơi nớc từ ngoài vào vòng bi và lõihộp giảm tốc qua đầu trụcvít phía lắp bánh đai, qua đầu trục bánh vít phía lắp vớikhớp nối