chọn chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

So với động cơ ba pha không đồng bộ , động cơ ba pha đồng bộ có u điểm hiệu suất và cos cao , hệ số tải lớn nhng có nhợc điểm : thiết bị tơng đối phức tạp , giá thành cao vì phải có thi

Phần I1

truyền

 Chọn động cơ điện :

1.1 Chọn kiểu loại động cơ điện :

Việc chọn 1 loại động cơ điện dùng cho hộp giảm tốc hiện nay thật là đơn giản xong chúng ta cần chọn loại động cơ sao cho phù hợp nhất với hộp giảm tốc của chúng ta , phù hợp với điều kiện sản xuất , điều kiện kinh tế :

• Động cơ điện một chiều : loại động cơ này có u điểm là có thể thay đổi trị số của mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng ,

đảm bảo khởi động êm , hãm và đảo chiều dễ dàng nhng chúng lại có nhợc điểm là giá thành đắt , khó kiếm và phải tăng thêm vốn

đầu t để đặt thiết bị chỉnh lu , do đó đợc dùng trong các thiết

bị vận chuyển bằng điện , thang máy , máy trục , các thiết bị thí nghiệm

• Động cơ điện xoay chiều : bao gồm 2 loại : một pha và ba pha

Động cơ một pha có công suất nhỏ do đó chỉ phù hợp cho các dụng

cụ gia đình Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi động cơ ba pha :đồng bộ và không đồng bộ

So với động cơ ba pha không đồng bộ , động cơ ba pha đồng bộ

có u điểm hiệu suất và cos cao , hệ số tải lớn nhng có nhợc điểm : thiết bị tơng đối phức tạp , giá thành cao vì phải có thiết bị phụ

để khởi động động cơ , do đó chúng đợc dùng cho các trờng hợp cần công suất lớn (100kw) , khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không

đổi của vận tốc góc Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu : rôto dây cuốn và rôto lồng sóc Động cơ ba pha không đồng

bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi

nhỏ ( khoảng 5) , có dòng điện mở máy thấp nhng cos thấp ,giá

thành đắt , vận hành phức tạp do đó chỉ dùng thích hợp trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công

nghệ đã đợc lắp đặt Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có u diểm là kết cấu đơn giản , giá thành hạ , dễ bảo quản , có

thể trực tiếp vào lới điện ba pha không cần biến đổi

dòng điện song hiệu suất và hệ số công suất thấp so với động cơ

ba pha đồng bộ , không điều chỉnh đợc vận tốc

Từ những u , nhợc điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc của ta

và đợc sự chỉ dẫn của thầy cô , em đã chọn Động cơ điện ba pha lồng sóc.

1.2 Tính chọn công suất và số vòng quay của động cơ:

Động cơ đợc chọn phải có công suất định mức thoả mãn điều kiện :

- hiệu suất truyền động từ trục động cơ đến trục công tác :

Theo bảng 2.3, ta chọn hiệu suất của các bộ truyền và các cặp ổ trong hệ thống nh sau :

Khớp nối = 1

Bộ truyền bánh răng trụ che kin = 0,98 Một cặp ổ lăn = 0,99

hiệu suất của bộ truyền xích hx = 0,97

Hiệu suất của hệ thống :

Suy ra : Công suất làm việc danh nghĩa trên trục động cơ :

Theo sơ đồ tải trọng không đổi, ta có :

Công suất của động cơ đợc chọn theo điều kiện nhiệt độ đảm bảo cho khi động cơ làm việc nhiệt độ sinh ra không quá mức cho phép Muốn vậy, ta cần thoả mãn điều kiện .

Vậy : Công suất định mức của động cơ :

a Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ :

Khi khởi động , động cơ cần sinh ra một công suất mở máy đủ lớn thắng sức ỳ của hệ thống Kiểm tra điều kiện mở máy cho

động cơ theo công thức:

Trong đó : : là công suất mở máy của động cơ

Ta thấy : ( 11 > 6,846 ) : Thoả mãn điều kiện mở máy

b Kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ :

Với sơ đồ tải trọng không đổi, ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ ( vì trong suốt quá trình làm việc tải trọng không thể lớn hơn đợc công suất cho phép ).

Kết luận :Động cơ 4A112M4Y3 đợc dùng cho trạm dẫn động xích

tải có các thông số :Vận tốc quay n: 1425 (v/ph) T max /T dn : 2,2

T k /Tdn : 2,0

Công suất P : 5,5 (kW) Cos : 0.85 h% : 85.5

II Phân phối tỷ số truyền :

Tỷ số truyền chung của toàn hệ thống :

Trong đó : là số vòng quay của động cơ (v/ph)

là số vòng quay của trục công tác (v/ph)

Do hệ dẫn động gồm các bộ phần truyền mắc nối tiếp nên :

: tỷ số truyền các bộ truyền ngoài hộp ( =1 vỡ là khớp nối)

: tỷ số truyền bộ truyền trong hộp.

: tỷ số truyền bộ truyền cấp nhanh : tỷ số truyền bộ truyền cấp chậm.

-Tỷ số truyền của hộp cú thể phõn theo chỉ tiờu tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất (cũng chớnh là để bụi trơn HGT hợp lý nhất).Khi này TST của bộ truyền cấp chậm được xỏc định theo cụng thức sau:

=1.2776.

Với K C2= 1 :1,3 chọn K C2= 1,3

Trong đú: ; - hệ số chiều rộng bỏnh răng cấp nhanh và cấp chậm.

Trong thực tế,thường / =1,2-1,3;nếu chọn / =1,3 thỡ ta cú cụng thức sau (2): =1.2776.

TS

Công suất trên trục III:

1 Tính tốc độ quay của các trục   :

Tốc độ quay của trục I :

Tốc độ quay của trục II :

Tốc độ quay của trục III :

3.3 Tính mômen xoắn trên các trục :

Ta có Mômen xoắn trên trục thứ k đợc xác định theo công thức :

Suy ra : Lần lợt các mômen xoắn trên trục động cơ I, II, III là :

Tỷ số truyền

Công suất (kW)

Mô men xoắn (N.mm) Trục động

4,06

3,78

Phần 2 ThiÕt kÕ bé truyÒn B¸nh r¨ng

I Bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh

Ta có số liệu ban đầu là:

Bánh nhỏ: dùng thép 45 có tôi cải thiện

HB1=241 285

=850 (MPa) ; =580 (Mpa) ;chọn HB1=241Banh lớn dùng thép 45

BH2=192 240 ; (MPa) ; =450 (MPa) chọn BH2=192

2 Xác định ứng suất cho phép.

ứng suất tiếp xúc cho phép ứng suất uốn cho phépTrong đó: : hệ số xét đến độ nhám bề mặt răng làm việc

: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

KXH: hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước bánhrăng

KHL,KFL: hệ số tuổi thọ

YR:hệ số kể đến độ nhám mặt lượn chân răng

YS: hệ số kể đến độ nhạy của vật liệu tới tập trung ứngsuất

SH,SF: hệ số an toàn khi tính về mặt tiếp xúc,uốn

KFC: hệ số kể đến ảnh hưởng của việc dặt tải

Khi thiết kế sơ bộ ta lấy: =1 và =1

Khi đó ta tính theo công thức sau:

;Trong đó: , : lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suấtuốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở

Tra bảng 6.2[I]/94 với thép 45 tôi cải thiện độ cứng HB ta có:

Vì bộ truyền quay 1 chiều và tải trọng đặt phía trên nên KFC=1

KHL,KFL: hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế

độ tải trọng của bộ truyền được xác định theo công thức sau:

Trong đó: c,n,t lần lượt là số lần ăn khớp c; một vòng quay quay trong

1 phút và tổng số giờ làm việc của bánh đang xét

Ta có: n1=1425

n2=350,98 ; c=1

t =2.7 365.0,8.8=32704(h)Vậy ta có:

Ta thấy: > lấy = , do đó KHL1=1

> lấy = ,do đó KHL2=1 > lấy = , do đó KF1=1

> lấy = ,do đó KFL2=1

Từ công thức (6.1.a),ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng là:

(MPa)(MPa) (MPa)

(MPa)V× bé truyÒn cÊp nhanh sö dông lµ b¸nh r¨ng th¼ng nªn

3 Xác định ứng suất quá tải cho phép.

- Ứng suất tiếp xúc cho phép phụ thuộc vào phương pháp nhiệt luyện

- Đối với bánh răng tôi cải thiện và HB<350 thì ứng suất tiếp xúc chophép khi quá tải là: max=2,8

K lµ hÖ sè phô thuéc vµo vËt liÖu cña cÆp b¸nh r¨ng

- Xác định các thông số ăn khớp:

+ Xác định môdun: m

Mô dun m được xác định theo công thức:

Tra bảng 6.8[I]/99 ta chon m=2

b Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xỳc.

Ứng suất tiếp xỳc trờn bề mặt răng của bộ truyền phải thỏa món điềukiện:

Trong đú: ZM: hệ số kể đến cơ tớnh vật liệu của bỏnh răng

Tra bảng 6.5[I]/96 ta được ZM=274

Z hệ số kể đến hình dáng bề mặt tiếp xúc tra bảng 6.12 đợc Z =1,76

K là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

Tra bảng 6.7 tập 1

K là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng ăn khớp

Vậy sự sai lệch ứng suất tiếp xúc giữa H  H là

0,28% lên ta có thể giữa nguyên kết quả tính toán ở trên (nh vậy là chênh lệch là nhỏ hơn 4%)

c Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Theo 6-43/I có :

Trong đó:

T1 Mô men xoắn trên bánh chủ động T1 = 32436,49(N.mm)

m Mô đun pháp m=2 (mm)

bw Chiều rộng vành răng bw = 50,8 (mm)

d Đờng kính vòng lăn bánh chủ động dw1 = 50 (mm)

KFV=1+

KF=1,05.1.1,47 =1,54 Với m =2 mm

ys - hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu với tập

KXF =1 :hệ số xét đến kích thớc bánh răng (da<400mm)

F1F1 yR.yS.KXF = 248.1.1,032.1 =255,94( Mpa) tơng tự tính F2=197,72.1,032 =204,04( Mpa)

Thay vào 6.43 ta có

< F1 =255,94 MPa

< F2 =204,04 MPa

Nh vậy độ bền uốn đã thoả mãn

d Kiểm nghiệm răng về quá tải

Khi làm việc răng cú thể bị quỏ tải (như khi mở mỏy,hóm mỏy…) với hệ

số quỏ tải là: =1,4 trong đú:

: mụmen xoắn quỏ tải

T: mụmen xoắn danh nghĩa

Vỡ vậy kiểm nghiệm răng vế quỏ tải dựa vào ứng suất tiếp xỳc cực đại vàứng suất uốn cực đại

- Để trỏnh biến dạng dư hoặc góy lớp bề mặt,ứng suất tiếp xỳc cực đại

khụng được vượt quỏ 1 giỏ trị cho phộp

=470,4 Theo 6.48 Kqt=

Vậy bộ truyền thỏa món điều kiện quỏ tải

Cỏc thụng số của bộ truyền

II.Bộ truyền bánh răng cấp chậm.

1.chọn vật liệu:

Do yêu cầu đặc biệt, theo quan điểm thống nhất hóa ta chọn vật liệu bộtruyền bánh răng trụ cấp chậm cũng như bộ truyền bánh răng trụ cấpnhanh

Bánh nhỏ: dùng thép 45 tôi cải thiện đạt HB=241 285

Lúc đó ta tính toán theo công thức sau:

; Tra bảng 6.2[I]/94 với thép 45 tôi cải thiện có độ cứng HB(180 350)tacó:

NHE: số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương.

với : c: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay c=1

n: số vòng quay trong 1 phút

n3=350,98 (v/ph) ; n4=92,85 (v/ph)

: số giờ làm việc của bánh răng đang xét

t =7 365.0,8.8.2=32704 (h)Vậy ta có: NHE3= NHE3=60.1.350,98.32704=6,88.10

(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)

Với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng ta có:

(MPa)Vậy =443,635 (MPa)

3 Xác định ứng suất quá tải cho phép.

Với bánh răng tôi cải thiện và HB<350 thì ứng suất tiếp xúc cho phép khiquá tải là: max=2,8

4 Tính toán truyển động bánh răng.

a Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền.

+Đường kính đỉnh răng = +2m=67,8+2.2 =71,8 (mm)

= +2m=256,36+2.2= 260,36 (mm)

+Đường kính đáy răng = -2,5m=67,8-2,5.2 =62,8 (mm)

= -2,5m=256,36-2,5.2= 251,36 (mm)

c Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

- ứng suất tiếp xúc trên bề mặt của bộ truyền phải đảm bảo thỏa mãnđiều kiện:

ZM: hệ số dịch chỉnh kể đến cơ tính của vật liệu của các bánh răng.Tra bảng 6.5[I]/96 ta được ZM=274 (MPa)1/3

ZH: hệ số kể đến hình dạng tiếp xúc

Trong đó: : góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

tgb = costw.tg = cos(21,080).tg(19,190) = 0,324

=> b = 180

Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:

Với

KH: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:

Tra bảng 6.7[I]/98 ta được =1,15,

: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng

Tra bảng 6.13[I]/107 với v 4(m/s) chọn cấp chính xác là 9

Tra bảng 6.14[I]/107 với v 2,5(m/s),cấp chính xác 9: =1,13

Tra bảng 6.15[I]/107 ta được =0,002

Tra bảng 6.16[I]/107 ta được g0=73

Vì sai lệch này là 0,69 < 4 % nên đảm bảo kinh tế.

d Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng thì ứng suất sinh ra phải thỏa mãn điềukiên :

Trong đó : T: mô men xoắn của bánh chủ động T=126252,2 (N.mm) m: môdun pháp m =2 (mm)

bw3: chiều rộng vành răng bánh chủ động bw3=64,8(mm)

dw3:đường kính vòng lăn bánh chủ động (mm): hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:

Y víi hÖ sè trïng khíp ngang

: hệ số kể đến độ nghiêng của răng:

YF3,YF4: hệ số dạng răng của bánh 3 và bánh 4 Chúng phụthuộc vào số răng tương đương.

Số răng tương đương:

Tra bảng 6.18[I]/109 ta được :YF3=3,8 ; YF4=3,6

Tra bảng 6.7[I]/98 ta được : K F = 1,32 (sơ đồ 3)

Tra bảng 6.14[I]/107 ta được: (v<2,5 m/s,cấp chính xác 9)

Vậy bộ truyền đảm bảo điều kiện uốn.

e Kiểm nghiệm răng vì quá tải.

- Khi làm việc răng có thể bị quá tải vì vậy cần kiểm nghiệm răng vàquá tải Để tránh biến dạng dư hoặc gãy lớp bề mặt thì ứng suất tiếp xúccực đại không được vượt quá 1 giá trị cho phép

Với =418,54 (MPa) ; Kqt=Kbd=1,4

Vậy răng thỏa mãn điều kiện về quá tải về biến dạng dư hoặc gãy lớp bềmặt Để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răngthì ứng suất uốn cực đại tại mặt lượn chân răng không được vượtquá giá trị cho phép

III kiÓm tra ®iÒu kiÖn b«i tr¬n ch¹m trôc

1 KiÓm tra ®iÒu kiÖn b«i tr¬n :

Chế độ bôi trơn trong hộp giảm tốc đợc lựa chọn theovận tốc vòng

Chiều cao ngâm dầu lmin=(0,75…2)h và lmin 10mm

Với h : chiều cao răng h= 2,25.m

Bánh 2 h2= 2,25.m1=2,25.2=4,5 mm

Bánh 4 h4= 2,25.m2=2,25.2=4,5 mm

Chiều cao ngâm dầu

- Bánh 2 l2min= (0,75…2)h2=(0,75…2).4,5= 3,375…9mm

=> chọn l2min=8 mm

- Bánh 4 l4min= (0,75…2)h4=(0,75…2).4,5= 3,375…9mm

Chọn mức dầu chung cho cả hộp:

xmin= min(x2min,x4min) = x2min=96 (mm)

xmax=max(x2max,x4max)= x2max=86 (mm)

Ta xét điều kiện bôi trơn:



Vậy thoả mãn điều kiện bôi trơn

2.Kiểm tra điều kiện chạm trục:

Gọi x1 và x2 lần lợt là khoảng cách từ bánh 3 đến trục I và

từ bánh 2 đến trục III

Để bánh 3 không chạm vào trục I và bánh 2 không chạmvào trục III thì :

x1 > 10 mm ; x2 >10 mm

Nh đã vậy thoả mãn điều kiện chạm trục

3 Kiểm tra điều kiện chạm trục và điều kiện bôi trơn.

Để bộ truyền làm việc ổn định không bị hỏng hóctrong khoảng thời gian phục vụ thì ta cần phải tiến hànhbôi trơn cho bộ truyền, ở đây ta tiến hành bôi trơn bằngngâm dầu

a- Điều kiện chạm trục:

Đờng kính sơ bộ của trục I:

b- Điều kiện bôi trơn:

Gọi x là khoảng cách từ mức dầu đến tâm trục.

Chiều sâu ngâm dầu tối thiểu : lmin = ( 0,15  2 ) h

Với h là chiều cao răng

Chiều sâu ngâm dầu tối đa phụ thuộc vào vận tốc :

- Cấp nhanh lmax = 1/6 bán kính

Đối với hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ, ta tiiến hành

kiểm tra điều kiện bôi trơn đối với bánh 2 và bánh 4

Xmin = min ( x2min; x4min )

Xmax = max ( x2max; x4max )

áp dụng cho bộ truyền ta có :

Chiều cao răng : h = = 2,5m = 2,5.1,5 = 3,75 mm

lmin =( 0,75  2 )h = ( 0,75  2 )3,75 = (2,8  7,5) mm

Nhng do l min > 10 do vậy lấy lmin =10 mm

Đối với cấp nhanh v = 3,42 m/s nên ta có :

Vậy xmin = 82,08 mm ; x max = 76,885 mm

xmin - x max = 82,08 – 76,885 = 5,195 > 5 Thoảmãn điều kiện bôi trơn

PHần iii 3 :

thiết kế các chi tiết liên kết trong máyThiết kế cỏc

chi tiết liờn kết bờn trong mỏy

Trong đó: dk- Đờng kính trục thứ k

[]- Mômen xoắn cho phép chọn [] = 15…30 Mpa

Tk- Mômen xoắn trên trục thứ k

3 xác định chiều dài các trục Xác định khoảng

Dựa theo đờng kính trục sơ bộ ta sử dụng bảng 10.2

để chọn chiều rộng ổ lăn :

- Chiều dài mayơ bánh răng trụ:

a Tính chiều dài mayơ

+ Chiều dài mayơ nửa khớp nối( ta dùng nối trục vòng đànhồi)

- Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp

lc34= 0,5(boIII + lm34 )+ hn + k3 = 0,5.(27+90)+15+15=88,5 (mm)

* Khoảng cách từ gối đỡ đến các chi tiết quay

Hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp phân đôi cấp chậm

=> theo bảng 10.4 [6]

-Trục II:

l22= 0,5.(lm22+boII)+k1+k2=0,5.(50+21)+12+10=57,5(mm)

l23=l22+0,5.(lm23+lm22)+k1=57,5+0,5.(50+50)+12=119,5 (mm)

4 Xác định tải trọng tác dụng lên trục.

T1 ,T2, T3 mô men xoắn trên các trục 1,2,3

- Lực từ khớp nối tác dụng lên trục

T1 mômen xoắn của truc I T1 =32436,49(Nmm)=32,436 (Nm)

Do là đờng kínhvòng tròn qua tâm chốt tra bảng 16.10[6] Do =71 (mm)

Lấy = 200 N

Đặt lực theo phơng x chiều ngợc với Ft1 để làm tăngứng suất và biến dạng trục

- Tổng mômen tại điểm A theo phơng Y

mYA=0 =>-Ft1.l13-Frk1.l12+XB.l11=0

=>XB=

Tổng lực tác dụng theo phơng x

Fx=0 =>-XA-XB+Ft1-Frk1=0 => XA= Ft1-XB -Frk1=1297,46 699,77-200 = 397,69 (N)

Tổng mômen tại điểm A theo phơng X

mXA=0 =>-Fr1.l13+YB.l11 =0

=>YB=

Tổng lực tác dụng theo phơng y

Fy=0 => YA+YB-Fr1=0 =>YA=Fr1 - YB = 472,23 - 236,12 =236,12 (N)

- Theo ph ơng z : mômen xoắn phía bên trái điểm C dotrục đông cơ sinh ra bằng mômen do lực Ft1 sinh ra ở

Mtdj là mômen tơng đơng tại tiết diện đang tính

Vẽ biểu đồ mômen uốn Mx,My và mômen xoắn T

+ T¹i tiÕt diÖn ®iÓm D:

Tại C có rãnh then nên phải tăng đờng kính lên 5% để

đảm bảo độ cứng bền

dc= 24,5+0,05.24,5=25,73 (mm)

dựa vào bảng 10.2 [6] chọn dc= 30 (mm)

b Trôc II

-TÝnh c¸c lùc vµ m«men:

Ma3=Ma5 =Fa3.dw3/2=Fa3.dw3/2=648,28.67,78/2=21970,2(Nmm)

Gi¶ sö chiÒu c¸c lùc t¸c dông lªn c¸c æ nh h×nh vÏ

- Tæng m«men t¹i ®iÓm D theo ph¬ng y:

Trong đó [] là ứng suất cho phép của thép chế tạotrục Tra bảng 10.5 [6] ứng với b= 600(MPa) thì [] = 63(MPa)

Mtdj là mômen tơng đơng tại tiết diện đang tính

-Vẽ biểu đồ mômen uốn Mx,My và mômen xoắn T

+ Tại tiết diện điểm A

Mx =30760,78(Nmm) ;My= 142687,98 (Nmm) ; T =63126,1 (Nmm)

+ Tại tiết diện điểm E

Mx = 30760,78(Nmm) ;My= 142687,98 (Nmm) ; T

=63126,1 (Nmm)

+ Tại tiết diện điểm C:

Mx= 5175,54 (Nmm) ; My = 181058,54 (Nmm) ; T =126252,2 (Nmm)

Tại C,A,E có rãnh then nên phải tăng đờng kính lên 5% để