Đồ án Cơ Học Máy: Tính toán thiết kế hệ dẫn động

PHẦN I: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN I. Chọn động cơ: Thông số đầu vào: Lực kéo băng tải: F = 5500 (N) Vận tốc băng tải: v = 1,5(ms) Đường kính tang: D = 330 (mm) Thời gian phục vụ: Lh = 18900 (giờ) Số ca làm việc: 2 ca Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài: β = 40o Đặc tính làm việc: Êm 1.Công suất làm việc : Plv= (F.v)1000= 5500.1,51000= 8.25 (kw) 2.Hiệu suất hệ dẫn động : η = ηtv.ηol3.ηx.ηkn Trong đó, tra bảng 2.31 tr19 ta được: Hiệu suất bộ truyền trục vít : ηtv = 0,8 với z1=2 Hiệu suất bộ truyền xích để hở: ηx = 0,92 Hiệu suất ổ lăn: ηol = 0,992 Hiệu suất khớp nối: ηkn = 1  η = ηtv.ηol3.ηx.ηkn =0,8.(0,992)3.0,92.1 ≈ 0,72 3.Công suất cần thiết trên trục động cơ: P_yc= P_lvη= 8.250,72=11,46 (kW) 4.Số vòng quay trên trục công tác: n_lv= (60000.v)(π.D)= 60000.1,5(π.330)= 86,81 5.Chọn tỉ số truyền sơ bộ: usb = uđ(x).uh Trong đó, theo bảng B2.4211 : Tỉ số truyền bộ xích: ux = 2,2 Tỉ số truyền bộ truyền trục vít: utv = 15 usb = ux.utv = 2,2.15 = 33 6.Số vòng quay trên trục động cơ: nsb = nlv.usb = 86,81.33 = 2864,73 (vph) 7.Tính vòng quay đồng bộ của động cơ: Chọn: n_đbt = 3000 (vph) 8.Chọn động cơ: Tra bảng phụ lục tài liệu P1.3 và P1.7 chọn động cơ thỏa mãn {█(〖n_đbb= n〗_đnt=3000 (v⁄ph)P_đccf ≥ P_yc=11,46 (kw))┤ Ta chọn được động cơ với các thông số sau: {█(KH∶4A160S2Y3■(P_đccf=15 (kw)n_đc=2930 (vph)d_đc=42 (mm)))┤ 9.Phân phối tỷ số truyền: Tỷ số truyền của hệ: u_ch=n_đcn_lv =293086,81=33,752 Chọn tỷ số truyền hộp giảm tốc: uhgt = utv = 15 Tỷ số truyền bộ truyền ngoài: u_x=n_chn_tv =2,2 10.Tính toán các thông số trục dẫn động: Các thông số trên trục: Công suất trên trục công tác: Pct = Plv =8.25 (kw) Công suất trên trục II: P_II= P_ct(η_(ol.) η_x )= (8.25 )0,992.0,92=9,04 (kw) Công suất trên trục I: P_I= P_II(η_ol 〖.η〗_tv )= 9,040,992.0,8=11,391 (kw) Công suất trên trục động cơ: P_đc= P_I(η_(ol.) η_kn )=11,3910,992.1=11,483 (kw) Số vòng quay trên trục động cơ: nđc= 2930 (vph) Số vòng quay trên trục I: n_I= n_đcu_kn = 29301 =2930 (vph) Số vòng quay trên trục II: n_II= n_đcu_tv = 293015 =195,33 (vph) Số vòng quay trên trục công tác: n_ct= n_IIu_x = 195,332,2= 88,79 (vph) Mômen xoắn trên trục động cơ: M_đc= 〖9,55.〖10〗6.P〗_đcn_đc = (9,55.〖10〗6.11,483 )2930=37428 (N.mm) Mômen xoắn trên trục I: M_I= 〖9,55.〖10〗6.P〗_In_I = (9,55.〖10〗6 11,391 )2930=37128 (N.mm) Mômen xoắn trên trục II: M_II= 〖9,55.〖10〗6.P〗_IIn_II = (9,55.〖10〗6.9,04)195,33=441980 (N.mm) Mômen xoắn trên trục công tác: M_ct= 〖9,55.〖10〗6.P〗_ctn_ct = (9,55.〖10〗6.8,25)88,79=887347 (N.mm) Trục Thông số Động cơ I II Công tác u ukn = 1 utv = 15 ux = 2.2 P(kw) 11,483 11,391 9,04 8,25 n(vph) 2930 2930 195,33 88,79 M(N.mm) 37428 37128 441980 887347

PHẦN I: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

I Chọn động cơ:

Thông số đầu vào:

- Lực kéo băng tải: F = 5500 (N)

 Trong đó, tra bảng 2.3[1] tr19 ta được:

 Hiệu suất bộ truyền trục vít : ηtv = 0,8 với z1=2

 Hiệu suất bộ truyền xích để hở: ηx = 0,92

 Hiệu suất ổ lăn: ηol = 0,992

 Hiệu suất khớp nối: ηkn = 1

  η = ηtv.ηol3.ηx.ηkn = 0,8.(0,992)3.0,92.1 ≈ 0,723.Công suất cần thiết trên trục động cơ:

 Công suất trên trục II:

P II= P ct

η ol η x=

8.250,992.0,92=9,04 (kw)

 Công suất trên trục I:

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀII.Tính toán thiết kế bộ truyền xích:

Thông số yêu cầu: { P=P II=9,04

3.Xách định bước xích:

Bước xích p được tra bảng B5.5/81[1] với điều kiện Pt ≤ [P], trong đó:

Pt – Công suất tính toán: Pt = P.k.kz.kn

k0 - Hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền: tra bảng 5.6/82[1]

Với β = 40̊ ,ta được: k0 = 1

ka - Hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích:

Chọn a = (30 ÷ 50)p => tra bảng 5.6/82[1] ta được: ka = 1

kđc - Hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích:

Tra bảng 5.6/82[1] được: kđc = 1

kbt - Hệ số ảnh hưởng bôi trơn: tra bảng 5.6/82[1] được: kbt = 0,8

kđ - Hệ số tải trọng động: tra bảng 5.6/82[1] được: kđ = 1 (Chế độ làm việc êm)

kc - Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền : tra bảng

5.6/82[1] , với số ca làm việc là ca, ta được: kc = 1,25

k = 1.1.1.0,8.1.1,25 = 1

Công suất tính toán: Pt = P.k.kz.kn = 9,04.1.1.1.1,024 = 9,26(kw)

Tra bảng 5.5/81[1] với điều kiện { P t ≤ [P]

Tra bảng 5.9/85[1] với loại xích ống con lăn, bước xích p = 31,75 (mm)

Số lần va đập cho phép của xích [i] = 25

E – Môđun đàn hổi:

E= 2 E1E2

E1+E2 =2,1.10

5

(MPa) do E1 = E2 = 2,1.105 (MPa): cả 2 đĩa xích đều làm bằng thép

Đường kính vòng chia đĩa

PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONGI.Tính bộ truyền trục vít - bánh vít

1.Thông số yêu cầu: ¿

2.Tính vận tốc sơ bộ: Theo công thức (7.1)/147(1)

v s=4,5.10−5 n1.3

√M2=4,5.10−5.2930 3

√441980=10,043(m/s) > 5 (m/s)Chọn vật liệu bánh vít là đồng thanh nhiều thiếc БpOHФ 10-1, cách đúc li tâm làm pOHФ 10-1, cách đúc li tâm làm bánh vít với: σb = 290 (Mpa), σch = 170 (Mpa)

Chọn vật liệu cho trục vít là thép tôi hoặc thấm cacbon đến độ cứng HRC > 45 Bề mặt ren được mài, đánh bóng

3.Xác định ứng suất cho phép:

a.Ứng suất tiếp xúc cho phép:

[σH] = [σHO].KHLVới vs = 10,043 (m/s)

[σHO] - ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 107 chu kì

Với ni , T2i , ti – số vòng quay trong 1 phút , momen xoắn trên bánh vít

và thời gian làm việc tính bằng giờ trong chế độ làm việc thứ i

T2 – momen lớn nhất trong các giá trị của T2i

 [σH] = 261.0,68 = 177,48 (Mpa)

b.Ứng suất uốn cho phép:

Đối với bánh vít bằng đồng thanh thiếc quay 1 chiều:

Chiều dài phần cắt ren trục

1 ≥ (11 + 0,1Z2)m = (11 + 0,1.30)8 = 112 (mm),chọn b1 = 120

Bánh vít

Đường kính vòng chia d2 = m.Z2 = 8.30 = 240 (mm)

Đường kính vòng đỉnh da2 = m(Z2 + 2 + 2x) = 8(30 + 2 + 2.0,5) = 264 (mm)

Đường kính vòng đáy df2 = m(Z2 – 2 + 2x) = 8(30 – 2 + 2.0,5) = 232 (mm)

Khoảng cách trục aw = 0,5m(q + Z2 + 2x) = 0,5.8(9 + 30 + 2.0,5) = 160 (mm)Đường kính ngoài của bánh

Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít:

5.Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn

Diện tích bề mặt thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc; với Aq ≈ 0,3A (m2)

t0 = 20oC – nhiệt độ môi trường xung quanh (không khí)

η = 0,86 – hiệu suất bộ truyền

Kt = 13 (W/m2̊C) – hệ số tỏa nhiệt

Ktq = 40 – hệ số tỏa nhiệt phần bề mặt hộp được quạt

ψ = 0,27 – hệ số kể đến sự thoát nhiệu qua đáy hộp xuông bệ máy

β = 1 – hệ số kể đến sự giảm nhiệu sinh ra do làm việc ngắt quãng7.Tính lực tác dụng lên trục

cos(γ+φ) tan α ω cosγ= 3683,17 cos1,15°

cos(11,3°+1,15 °) tan 20 ° cos11,3°=1345,96(N )

ct10.2/184Với góc ăn khớp αω = 20o8.Bảng thông số

PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC, CHỌN Ổ LĂN KHỚP NỐI

I.Tính chọn khớp nối

1.Chọn khớp nối

Thường chọn nối trục đàn hồi

Chọn nối trục theo điều kiện

{M t ≤ M kn cf

d t ≤d kn cf

dt – đường kính trục cần nối

dt = dđc = 42 (mm)

Mt – mômen xoắn tính toán Mt = k.M = 1,3.37428 = 48656,4 (N.mm)

k – hệ số chế độ làm việc tra bảng 16.1[2]/58 lấy k = 1,3

M – mômen xoắn danh nghĩa trên trục : M = Mđc =37428 (N.mm), Tra bảng 16.10a[2]/68 với điều kiện {M t=48656,4 ≤ Mkn cf(N mm)

Khớp nối đực kiểm nghiệm theo 2 điều kiện:

a.Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi:

σ u= k M l0

0,1.d03 D0 Z ≤[σ u]

[σu] - ứng suất cho phép của chốt [σ u]=(60 ÷ 80) MPa

Giá trị

II.Thiết kế trục :

1.Chọn vật liệu làm trục

Thường dùng thép 45 thường hóa hoặc tôi cải thiện để chế tạo trục.

2.Xác định lực và sơ đồ phân bố lực tác dụng lên trục

a.Sơ đồ phân bố lực

Chọn chiều như hình vẽ

a.Tình sơ bộ đường kính trục và chiều rộng ổ lăn tương ứng

[τ] = (15 ÷ 30) MPa; trục 1 nên dùng [τ] với giá trị nhỏ; trục 2 nên dùng với giá trị lớn

Làm tròn giá trị d1, d2 hàng đơn vị đến 0 hoặc 5

d1≥√3 M1

0,2.[τ]=

3

√371280,2.15=23,13(mm) chọn d1 = 25 mm

d2≥√3 M2

0,2.[τ]=

3

√4419800,2.30 =41,19(mm) chọn d2 = 45 mm b.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

-Xác định chiều rộng ổ lăn trên trục

Tra bẳng 10.2/189[1] chọn được chiều rộng ổ lăn trên các trục

{b01=17 (mm)

b02=25 (mm)-Xác định các khoảng cách

Sơ đồ bố trí các phần tử trong hệ dẫn động, khoảng cách đối với hộp giảm tốc trục vít

 Chiều dài mayơ nửa khớp nối của vòng đàn hồi (10.13/189[1])

- Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong của hộp: k2 = 10

 Vị trí 3 lắp trục vít có tiết diện nguy hiểm nhất

Dựa vào bảng 10.5/195[1] với d1 = 25 ,σb = 850 => [σ] = 67 MPa

Đường kính tại vị trí lắp khớp nối: d2 = 20 mm

Đường kính tại vị trí lắp ổ lăn: do = d1 = 30 mm

Đường kính tại vị trí lắp trục vít: d3 = 35 mm

 Trục II

a.Xác định các phản lực:

Đường kính tại vị trí lắp ổ lăn: do = d1 = 50 mm

Đường kính tại vị trí lắp đĩa xích: d3 = 45 mm

5.Chọn then và kiểm tra then

a.Chọn then

* Sử dụng then bằng:

Theo bảng 9.1a,b/173[1] ta có bảng thông số của then

Chiều sâu rãnh then

Bán kính góc lượn của rãnh

nhất

Lớn nhất Lắp khớp

nối

Then bằng

Lắp bánh

vít

Then bằng

Lắp đĩa

xích

Then bằng cao

τ c=2 M I

d l t b=

2.3712820.32 6=19,34 ( MPa)<[τ c]=(60 ÷ 90) MPa (t/m)

Theo công thức 10.19/195[1]

S= S σ S τ

√S σ2+S σ2≥[S ]

k σ

ε τ=1,86

β = 1 – hệ số xét đến công nghệ tăng bề mặt, do bề mặt không được tăng

ψσ, ψτ – hệ số ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

195658,090,1 353 =45,64 (MPa)Trục quay => σmin = -45,64 (MPa)

III.Tính toán và kiểm tra ổ lăn:

Vì ổ lăn có nhiều ưu điểm như: momen ma sát nhỏ, momen mở máy nhỏ, chăm sóc

và bội trơn đơn giản, thuận tiện sửa chữa và thay thế nên ổ lăn được dùng khá phổ biến

- Ta chọn 2 ổ đữa côn đối nhau tại vị trí 1, và ổ tùy động (ổ bi đỡ 1 dãy tại 0)

Theo đường kính trục tại vị trí lắp d = 45

Vậy ổ lăn thỏa mãn tải trọng động yêu cầu

 Khả năng tải tĩnh của ổ lăn :

Do 2 ổ côn đã chịu hết lực dọc trục nên ổ bi đỡ chỉ chịu lực hướng tâm

Tra P2.7[1] chọn ổ bi đỡ 1 dãy cỡ trung

dm = 0,5.(D + d) = 0,5.(45 + 100) = 72,5 < 100

=> k1 = 1; tra bảng 11.8/222[1] ổ cỡ trung k2 = 0,9; k3 = 0,9 Đảm bảo tuổi thọ

+ Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ :

Vậy ổ lăn thỏa mãn tải trọng động yêu cầu

 Khả năng tải tĩnh của ổ lăn :

Khi lắp ổ lăn ta cần lưu ý:

 Lắp ổ lăn (vòng trong) trên trục theo hệ thống lỗ vòng ngafoi vào vỏ theo hệ thống trục.

 Để các vòng ổ không trơn trượt theo bề mặt trục hoặc lỗ hộp khi làm việc nên chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi cho các vòng quay Mặt khác còn giảm bớt được chi phí gia công.

 Đối với các vòng không quay ta sử dụng kiểu lắp có độ hờ.

Vậy khi lắp ổ lăn lên trục ta chọn mối ghép k6 còn khi lắp ổ lăn vào vỏ ta chọn kiểu H7

STT Vị trí lắp ghép Kiểu

lắp

Sai lệch giới hạn μmmmm

H7/k6

30 2 21

35 -34 -12

bi

Φ100 H7/D1 1

35 -340 -120

ổ lăn

Φ50 D11/k6

100 290 2 21

N9/h9

-43 -43

N9/h9 -43

N9/h9

-43 -43 PHẦN 5: THIẾT KẾ VỎ VÀ CÁC CHI TIẾT CỦA HỘP GIẢM TỐC

I.Tính, lựa chọn kết cấu cho các bộ phận và các chi tiết.

góc trên 60o Bề mặt ghép nắp và than được mài hoặc cạo để lắp sít Khi lắp, giữa 2 bề mặt này không được dùng đệm lót.

- Chiều dày bích thân hộp: S3 = (1,4 ÷ 1,8)d3

Đường kính ngoài và tâm lỗ vít.

o Tại gối trục ổ bi đỡ 1 dãy (D = 100mm)

 Khe hở giữa các chi tiết.

Giữa bánh vít với thành trong hộp.

2.Kết cấu các bộ phận, chi tiết khác

15087

4

e.Nút tháo dầu

Chọn nút tháo dầu trụ trong bảng 18.7/93[2]

f.Kiểm tra mức dầu

Dùng que thăm dầu tiêu chuẩn.

a) Phương pháp bôi trơn.

- Ngâm trục vít trong dầu, ngâm dầu ngập ren trục vít nhưng không vượt quá đường ngang tâm con lăn dưới cùng.

- Ổ lăn trục vít được bôi trơn do dầu bắn lên.

- Ổ lăn trên trục bánh vít được bôi trơn bằng mỡ, thay mở định kỳ.

b) Chọn loại dầu bôi trơn.

- Tra bảng 18.2,18.3/[1]: Chọn loại dầu bôi trơn ô tô máy kéo AK15 độ nhớt (50oC ≥

135 centistoc, 100oC ≥ 15 centistoc.

- Khối lượng riêng: 0,886 - 0,926 (g/cm3).

- Lượng dầu V= 0,6.N = 0,6.6 =3,6 (lít).

2 Điều chỉnh ăn khớp.

Để đảm bao ăn khớp chính xác giữa ren của trục vít và răng của bánh

vít cần đảm bảo: khoảng cách trục, góc giữa 2 trục

Để điều chỉnh ăn khớp có thể dịch chuyển trục cùng với bánh vít đã cố

định trên nó nhờ bộ đệm điều chỉnh lắp giữa nắp ổ và vỏ hộp, bộ đệm

giữa cốc lót và thân hộp.

Tài liệu tham khảo

1 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1,Trịnh Chất,Lê Văn Uyển, Nhà xuất bản giáo dục.

2 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 2, Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Nhà xuất bản giáo dục.