Thiết kế hệ dẫn động băng tải

Thiết kế hệ dẫn động băng tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

SỐ LIỆU ĐỀ SỐ 1 (phương án 8):

Lực vòng trên băng tải F, N: 5500

Vận tốc xích tải v, m/s: 1.55

Số răng xích dẫn z, răng: 9

Thời gian phục vụ L, năm: 5

Số ngày làm/ năm , ngày: 300

Số ca làm việc trong ngày, ca: 2

Yêu cầu thuyết minh:

1 Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động

2 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:

a. Tính toán bộ truyền hở

b. Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc

c. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên bộ truyền và tính các giá trị lực

d. Tính toán thiết kế trục và then

Bài làm

I Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ truyền động

1.1 Xác định động cơ

Công suất trên trục máy công tác (2.11):

Hiệu suất truyền động (2.8):

Với: là hiệu suất của khớp nối trục đàn hồi; - hiệu suất bộ truyền đai; - hiệu suất một cặp bánh răng trụ; - hiệu suất một cặp ổ lăn

Do tải trọng thay đổi theo bậc nên ta chọn động cơ theo công suất dựa trên công suất đẳng trị (2.19):

Với

Số vòng quay của trục xích tải:

Từ bảng 2.4 chọn tỉ số truyền sơ bộ chung của hệ:

Tỷ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng hai cấp

Tỷ số truyền của bộ truyền đai:

Theo bảng P1.3, Phụ lục với và dùng động cơ 4A132M4Y3 có , , ,

1.2 Phân phối tỷ số truyền hệ truyền động

Xác định tỉ số truyền của hệ dẫn động:

Trong đó: - số vòng quay của động cơ đã chọn, ; - số vòng quay của trục máy công tác,

Phân phối tỷ số truyền của hệ dẫn động , tính theo (3.23), cho các bộ truyền:

Trong đó: - tỉ số truyền của bộ truyền đai, chọn theo tiêu chuẩn

- tỉ số truyền của hộp giảm tốc sao cho đảm bảo ba chỉ tiêu: khối lượng nhỏ nhất, momentquán tính thu gọn nhỏ nhất, thể tích các bánh lớn nhúng trong dầu ít nhất Ta tra bảng 3.1 cho hộp giảm tốc hai cấp khai triển ứng với (có , )

Kiểm tra sai số:

Vậy thỏa yêu cầu về sai số

Moment xoắn tính toán:

Bộ truyền đai thang

Theo hình 4.1 chon tiết diện đai loại, trong đó công suất cần truyền: và số vòng quay bánh đai nhỏ:

Theo bảng 4.13, ứng với tiết diện đai loại, chọn đường kính bánh đai nhỏ

Vận tốc đai:

Nhỏ hơn vận tốc cho phép:

Theo công thức (4.2), với , đường kính bánh đai lớn:

Theo bảng 4.21 chọn đường kính tiêu chuẩn

Như vậy tỉ số truyền thực tế:

Theo bảng 4.14 chọn sơ bộ khoảng cách trục , theo công thức (4.4) chiều dài đai:

Theo bảng 4.13 chọn chiều dài đai tiêu chuẩn

Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây, theo (4.15):

Tính khoảng cách trục theo chiều dài tiêu chuẩn Theo (4.6):

Với:

Do đó

Trị số a phải thỏa mãn điều kiện (4,14):

 Khoảng cách trục thỏa yêu cầu

Chiều rộng bánh đai, theo (4.17) và bảng 4.21:

Đường kính ngoài của bánh đai (4.18):

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

Theo (4.19),

Trong đó (định kì điều chỉnh lực căng), với (bảng 4.22)Nên , do đó

Theo (4,21), lực tác dụng lên trục:

Bộ truyền bánh răng

Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ở đây chọn vật liệu 2 cấp bánh răng như sau:

Cụ thể, theo bảng 6.1 chọn:

Bánh nhỏ: thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241… 285 có ,

Bánh lớn: thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192… 240 có ,

Tỷ số truyền cho các cấp: , với

c – số lần ăn khớp trong một vòng quay

n – số vòng quay của bánh răng đang xét

t – tổng số giờ làm việc, tính bằng giờ

T – moment xoắn bánh răng đang xét

Như vậy theo (6.1a), sơ bộ xác định được:

Với cấp nhanh sử dụng bánh răng nghiêng, do đó theo (6.12):

Với cấp chậm dùng răng thẳng và tính ra đều lớn hơn nên , do đó Theo (6.8):

Vì , do đó , tương tự

Do đó the0 (6.2a) với bộ truyền quay 2 chiều , ta được:

Ứng suất quá tải cho phép: theo (6.13) và (6.14):

Tính toán bộ truyền cấp nhánh: bánh răng trụ răng nghiêng

Trong đó:

(tra bảng 6.6) (tra bảng 6.5 đối với vật liệu thép- đồng)

(bảng 6.7 sơ đồ số 3) (bảng phân phố tỉ số truyền)

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Theo (6.36), ứng suất tiếp xúc trên bền mặt răng làm việc:

Theo bảng 6.5,

Thay các giá trị vừa tìm được vào (6.36) ta được:

Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép:

Theo (6.1) với , với cấp chính xác động học là 9 chọn cấp chính xác mức tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám , do đó ; với , do đó theo (6.1) và (6.1a):

Như vậy chênh lệnh này đủ lớn về điều kiện tiếp xúc nên thỏa yêu cầu thiết kế Kết quả được:

Kiệm nghiệm răng về độ bến uốn Theo (6.43):

Theo bảng 6.7, ; theo bảng 6.14 với và cấp chính xác 9, ; theo (6.47)

Trong đó theo bảng 6.15, , theo bảng 6.16,

Kiểm nghiệm răng về quá tải:

a, Xác định sơ bộ khoảng cách

Trong đó:

(tra bảng 6.6) (tra bảng 6.5 đối với vật liệu thép- đồng, răng thẳng)

(bảng 6.7 sơ đồ số 3) (bảng phân phố tỉ số truyền)

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Theo (6.36), ứng suất tiếp xúc trên bền mặt răng làm việc:

Thay các giá trị vừa tìm được vào (6.33) ta được:

Theo (6.1), với ; , cấp chính xác động học là 9; chọn cấp chính xác tiếp xúc 9; do đ1o cần gia công độ nhám ; do đó ; với ,

Theo (6.1) và (6.1a):

Như vậy nhưng độ chênh lệch này nhỏ, do đó có thể giảm bề rộng vành răng:

Các thông số và kích thước bộ truyền

Lực từ bộ truyền đai:

Bộ truyền răng trụ răng thẳng:

Lực vòng:

Lực hướng tâm:

Lực trên nối trục đàn hồi:

: đường kính vòng trong qua tâm các chốt tra bảng ứng với moment xoắn

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45, có , ứng suất xoắn cho phép

Xác định sơ bộ đường kính sơ bộ của trục Theo (10.9) đường kính trục thứ k với k= 1, 2, 3

Do đó đường kính trục sơ bộ của các trục sẽ là:

Trục 3:

Với , ta chọn nối trục có các thông số chính sau:

Áp dụng phương trình cân bằng lực và moment:

Theo tiêu chuẩn và yêu cầu thiết kế chọn các tiết diện có các giá trị sau:

6 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Ta kiểm nghiệm tất cả các tiết diện đã có đường kính trục được xác định bằng tính toán ở phía trên Hai tiết diện lắp cùng một ổ có đường kính như nhau nên ta chỉ kiểm tra tiết diện chịu tảo trọng lớn trong hai ổ.

Hệ số an toàn của trục truyền xác định theo công thức:

Giá trị được xác định theo công thức:

a) Với thép C45 có ; theo bảng 10.6,

b) Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng, do đó tính theo (10.22), Ví trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động, do đó tính theo (10.23)

c) Xác định hệ só an toàn ở các tiết diện trục nguy hiểm của trục:

Dựa theo kết cấu trục trên hình 1, hình 2, hình 3 và biểu đồ moment tương ứng, có thể thấy các tiết diện sau đây là các tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra về độ bền mỏi: trên trục 1

đó là tiết diện của lắp bánh đai (), tiết diện lắp bánh răng (), tiết diện lắp ổ lăn (); trên trục 2

đó là hai tiết diện lắp bánh răng () (), tiết diện lắp ổ lăn (); trên trục 3 đó là tiết diện lắp khớp nối (), tiết diện lắp ổ lăn (), tiết diện lắp bánh răng ()

d) Chọn lắp ghép: Các ổ lăn lắp trên trục theo k6, lắp bánh răng, bánh đai, khớp nối trục theo k6 kết hợp với lắp then

Kích thước của then (bảng 9.1), trị số của moment uốn và moment cản xoắn (bảng 10.6) tương ứng với các tiết diện trục như sau:

Tiết diện Đường kính

e) Xác định các hệ số và đối với các tiết diện nguy hiểm theo công thức (10.25) và (10.26):

− Các trục được gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt , do đó theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất dó trạng thái bề mặt

− Không dùng các phương pháp tăng bề mặt, do đó hệ số tăng bền

− Teo bảng 10.12, khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rảnh then ứng với vật liệu có là Theo bảng 10.10 tra hệ số kích thước và ứng với đường kính của tiết diện nguy hiểm, từ đó xác định được tỉ số tại rãnh then trên các tiết diện này Theo bảng 10.11, ứng với kiểu lắp đã chọn, và đường kính của tiết diện nguy hiểm tra được tỉ số do lắp căng tại cá tiết diện này, trên cơ sở dùng giá trị lớn hơn trong haigiá trị của để tính và giá trị lớn hơn trong hai giá trị của để tính

f) Xác định hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp theo (10.20) và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp theo (10.21), cuối cùng hệ số an toàn tính theo công thức (10.19) ứng với các tiết diện nguy hiểm

7 Tính kiểm nghiệm độ bền của then

Với các tiết diện dùng mối ghép ren cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập theo (9.1) và độ bền cắt theo (9.2) Kết quả tính toán như sau, với :

Theo bảng 9.5, với tải trọng tĩnh Vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập

và độ bền cắt

Ổ lăn

Trục 1:

Phản lực tại các ổ:

Tính sơ bộ tỷ số (ta chọn nhỏ nhất trên hai ổ lăn để tính tỷ số này):

Nên ta chọn ổ bi đỡ chặn một dãy, cỡ trung hẹp 46207, có , góc tiếp xúc (bảng phụ lục 2.12, phụ lục)

Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

Xác định X và Y:

Tra bảng 11.4, ta được

Theo bảng 11.4, ta được

Theo công thức (11.3), tải trọng quy ước trên ổ 0 và ổ 1:

Như vậy chỉ cần tính cho ổ 1 là ổ chịu lực lớn hơn

Theo (11.12) tải trọng động tương đương

Theo bảng 11.6 với ổ bi đỡ chặn một dãy với thì ta có

Theo công thức (11.19), khả năng tải tĩnh

Như vậy

Trục 2:

Phản lực tại các ổ:

Tính sơ bộ tỷ số (ta chọn nhỏ nhất trên hai ổ lăn để tính tỷ số này):

Nên ta chọn ổ bi đỡ một dãy, cỡ trung 208, có (bảng phụ lục 2.7, phụ lục)

Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

Tỉ số Theo bảng 11.4, Vì vòng trong quay cho nên V=1, do đó Vậy X=1, Y=0 (bảng 11.4)

Theo công thức (11.3), tải trọng quy ước trên ổ 0 :

Theo (11.12) tải trọng động tương đương

Hình vẽ??

Theo bảng 6.4, , do đó theo công thức (11.15), giờ và theo công thức (11.14) triệu vòng

Theo công thức (11.11), Điều kiện (11.16) được thỏa

Trong đó với ổ bi

Kiểm nghiểm khả năng tải tĩnh của ổ

Theo bảng 11.6, với ổ bi đỡ một dãy ; theo công thức (11.19) khả năng tải tĩnh

Như vậy

Trục 3

Phản lực tại các ổ:

Với tải trọng nhỏ và chỉ có lực hướng tâm, dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 0 và 1 Vậy ta tiến hành tính kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn hơn

Đường kính ngõng trục bằng , nên ta chọn ổ bi đỡ một dãy, cỡ nhẹ 211, có (bảng phụ lục 2.7, phụ lục)

Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

Theo công thức (11.3), với tải trọng quy ước trên ổ (tại điểm D3):

Trong đó theo đối với tải trọng hướng tâm X=1; V=1 (vòng trong quay); (nhiệt độ ); ,2 (tải trọng động)

Theo (11.12) tải trọng động tương đương

Theo bảng 6.4, , do đó theo công thức (11.15), giờ và theo công công thức (11.14) triệu vòngTheo công thức (11.11), Điều kiện (11.16) được thỏa

Trong đó với ổ bi

Kiểm nghiểm khả năng tải tĩnh của ổ

Theo bảng 11.6, với ổ bi đỡ một dãy ; theo công thức (11.19) khả năng tải tĩnh

Như vậy