THIẾT kế hệ THỐNG dẫn ĐỘNG xích tải

Hệ thống dẫn động xích tải gồm: Động cơ điện; 2 Bộ truyền đai thang; 3 Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp ; 4 Nối trục đàn hồi; 5 Bộ phận công tác (Xích tải) . Số liệu thiết kế: Lực vòng trên xích tải F(N) = 4000 Vận tốc xích tải v(ms) = 3,25 Số răng đĩa xích tải dẫn Z(răng) = 9 Bước xích tải P(mm) = 120 Thời gian phục vụ L (năm) = 4 Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ. (1 năm  300 ngày, 1 ca  8 tiếng) Sai số vòng quay trục máy công tác so với yêu cầu ≤ ±3%

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY



BÀI TẬP LỚN MÔN CƠ HỌC MÁY

XÍCH TẢI PHƯƠNG ÁN SỐ 03

Duy MSSV:

ĐỀ BÀI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Hệ thống dẫn động xích tải gồm:

1- Động cơ điện; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp ; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Bộ phận công tác (Xích tải)

Số liệu thiết kế:

Lực vòng trên xích tải F(N) = 4000

Vận tốc xích tải v(m/s) = 3,25

Số răng đĩa xích tải dẫn Z(răng) = 9

Bước xích tải P(mm) = 120

Thời gian phục vụ L (năm) = 4

Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm  300 ngày, 1 ca  8 tiếng)

Sai số vòng quay trục máy công tác so với yêu cầu 3

Ứng suất tiếp xúc của vật liệu chế tạo 2 bánh răng []H = 480MPa

Ứng suất uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng []F = 240MPa

Ứng suất mỏi uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng []-1F = 70 MPa

Độ rắn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng HB = 220

Bộ truyền đai thang ( số 2) đặt nằm ngang

CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

Chọn động cơ điện

Công suất làm việc của động cơ:

- Hệ suất chung của hệ thống :

Ŋch = ŋđŋbrŋkŋol3

Theo bảng 3.3 ( giáo trình cơ sở thiết kế máy), ta chọn ŋđ = 0,96 ; ŋbr = 0,98 ; ŋk = 1 ; ŋol = 0,995

ŋch = 0,960,9810,9953 = 0,927

- Công suất cần thiết của động cơ:

Pđc = = = 14,02 kW

Chọn động cơ

Theo bảng 3.2 ( giáo trình cơ sở thiết kế máy), ta chọn

Ud = 4 (vì đai thang), Ubr = 3 (vì bánh răng trụ hộp giảm tốc 1 cấp)

- Tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống: Uch = Ud Ubr = 4x3 = 12

- Số vòng quay trục xích tải: nlv = = = 180,5 v/ph

- Số vòng quay dự kiến của động cơ: nđc = nlv Uch = 180,512 =2166 v/ph

Căn cứ theo Pđc và nđc, ta chọn được động cơ điện 4A160S4Y3 với nđc = 1460 v/ph , Pđc =30kW

Phân phối tỉ số truyền:

- Tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống: Uch = Ud Ubr = = = 8,82

Do Ud=4 ,Ubr= = = 2,2 ( thỏa điều kiện Ubr )

- Công suất trên trục dẫn xích tải : Plv = 26 kW

- Công suất trên trục II của HGT: PII = = = 26,26 kW

- Công suất trên trục I của HGT: PI = = = 26,93 kW

- Công suất trên trục động cơ: Pđc = = = 28,05 kW

Theo các thông số vừa chọn, ta có bảng đặc tính ký thuật sau:

Trục Trục động cơ Trục I HGT Trục II HGT Trục dẫn xích tải Công suất P(kW) 28,05 26,93 26,26 26

Tỉ số truyền Ud=4 Ubr=2,2 Uk=1

Số vòng quay

n(v/ph)

1470 367.5 167 167

Moment xoắn

T(N.mm)

Với T=9,55x106x

182229 699814 1501695 1486826

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

Thông số ban đầu khi thiết kế bộ truyền đai thang

- Theo bảng số liệu từ chương I, ta có :

+ Thônng số đầu vào: P1=28,05 kW, n1=1470v/ph , T1=182229N.mm,Ud=4

+ Theo hình 4.22 (giáo trình cơ sở thiết kế máy) => chọn đai thang loại C

- Theo bảng 4.3(giáo trình cơ sở thiết kế máy) => bp=19mm, bo=22mm , h=13,5mm ,

yo=4,8mm , A= 230mm2 , L=180010600 , dmin = 200400mm

Trình tự thiết kế:

*Tính d 1

- Ta có dmin = 250mm => d1=1,2dmin = 1,2200=240mm

=> chọn d1 theo tiêu chuẩn: d1=250mm

*Vận tốc dòng

v1= = = 19,24(m/s) < [v]=25m/s => chấp nhận d1=250mm

*Tính d 2

- Chọn ξ= 0,02 => d2=Udd1(1ξ) = 4250(10,02)=980mm

=> chọn d2 theo tiêu chuẩn d2=1000mm

*Chọn sơ bộ khoảng cách trục a

Vì Ud=4 nên chọn khoảng cách trục sơ bộ a=0,95d2=0,951000=950mm

*Kiểm tra điều kiện khoảng cách trục

- Ta có: 2(d1+d2) a 0,55(d1+d2) +h => 2(250+1000) a 0,55(250+1000) + 13,5

=> 2500 a 701 => a thỏa điều kiện

*Tính tỉ số truyền chính xác

U== =4,08

*Tính chiều dài đai L theo a sơ bộ

L=2a + + = 2950 + + = 4012mm

Theo tiêu chuẩn, ta chọn L=5000mm

*Tính chính xác lại a theo L tiêu chuẩn

a =

= = 1470mm

*Kiểm tra số vòng chạy trong 1 giây

i = = =3,85 l/s < [i]=5 l/s

Do đó điều kiện được thỏa

*Góc ôm đai

1 = 18057= 180-57= 150,9o > 120o => d1, d2, a thỏa điều kiện cho phép

*Tính số đai Z

Z

- P1=28,05 kW

- Theo bảng 4.8(giáo trình cơ sở thiết kế máy, ta chọn [Po]=8,99 khi d=250mm,

Lo=3750mm, v=19,24m/s và đai loại C

- Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai:

C= 1,24(1)=1,24(1)=0,93

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc:

Cv=1-0,05(0,01v2-1)=1-0,05(0,0119,242-1)=0,86

- Hệ số xét đến ảnh hường số dây đai Cz ta chọn sơ bộ Cz=0,9 ( giả sử Z=(4 6))

- Hệ số xét đến ảnh hưởng tỉ số truyền U: Cu=1,14

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng: Cr=0,7 (vì tải va đập nhẹ,làm việc 2 ca)

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai:

CL = = = 1,05

Vậy số dây đai: Z = 5,17 => ta chọn Z= 6 ( thỏa giả sử )

*Tính chiều rộng và đường kính ngoài bánh đai

- Chiều rộng bánh đai: B=(Z-1)e+2f = (6-1) 25,5 + 2 17=162mm (tra bảng 4.4 giáo trình

cơ sở thiết kế máy)

- Đường kính ngoài bánh đai:

da=d + 2ho =200+2 5,7=211mm( trang 63 tài liệu trên elearning)

*Tính lực tác dụng lên trục:

- Lực căng đai ban đầu:

Fo=ZA [o] =5 230 1,5=1725N

- Lực tác dụng lên trục:

Fr = 2Fosin(1/2) = 2 1725 sin(150,9o/2) = 3339N

Thông số bộ truyền đai thang:

P1(kW) n1 (v/ph) F0(N) Fr(N) (độ) U

28,05 1470 1725 3339 150,9 4

Z d1(mm) d2(mm) a(mm) L(mm) B(mm)

5 250 1000 950 5000 162

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG Thông số ban đầu:

- Công suất truyền P1=26,93 kW

- Số vòng quay trục dẫn n1=367,5v/ph

- Tỉ số truyền u=2,2

- Moment xoắn T1=699814 N.mm

- Ứng suất tiếp xúc của vật liệu chế tạo 2 bánh răng []H= 480MPa

- Ứng suất uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng []F = 240MPa

Trình tự thiết kế:

*Khoảng cách trục a:

a43(u+1)

- Do HB = 220 <350 và bánh răng lắp đối xứng nên chọn ψba = 0,4 (bảng 6.15 giáo trình cơ sở thiết kế máy)

Ψbd = = = 0,64

- Chọn KH = 1.01 ( bảng 6.4 giáo trình cơ sở thiết kế máy) Vậy a 43(2,2+1) = 209 mm

*Chọn modun

mn= (0,010,02)a=(0,010,02)209=2,094,18 mm

Chọn theo tiêu chuẩn mn=2,5mm (bảng 6.8 tài liệu elearning)

*Số bánh răng nhỏ

Z1= =

Vì 8 20 nên 49,1 Z 51,74 => chọn Z = 50 răng

*Số bánh răng lớn

Z2 = uZ1 = 2,250 = 110 => chọn Z2=110 răng

*Kiểm tra lại số vòng quay trục xích tải

nmtt= = = 163,7v/ph

*Sai số so với số vòng mong muốn

n= = = 1,8% < [n]=3%

*Góc nghiêng răng

= ) = = 16,86o ( = 16o52’31,8’’)

*Bề rộng bánh răng

b = ψba a = 0,4 209 = 83,6 mm => chọn b=84 mm

*Đường kính vòng chia bánh nhỏ

d1= = = 130,6 mm

*Đường kính vòng chia bánh lớn

d2= = = 287,4 mm

*Khoảng cách trục

a = = 209 mm

*Kiểm nghiệm ứng suất

 Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc

- Ứng suất tiêp xúc trên mặt răng: OH = []H

Với ZM= 275 (do vật liệu 2 bánh răng làm bằng thép )

ZH= = = 1,73

Z = = = 0,75

Với = (1,88 3,2.()).cos= (1,88 3,2.()).cos = 1,77

- Hệ số tải trọng tính: KH= KHKHVKH

+ Lập tỉ số ψbd = = = 0,64

+ Tra bảng 6.4( giáo trình cơ sở thiết kế máy) với ψbd = 0,64 , bánh răng lắp đối xứng

ổ trục và HB=220 => KH = 1,01

+ Vận tốc vòng v=== 2,5 m/s

+ Căn cứ vào vận tốc vòng v=2,5m/s , tra bảng 6.3 ( giáo trình cơ sở thiết kế máy) => chọn cấp chính xác 9

+ Căn cứ vào cấp chính xá là 9 , vận tốc vòng v=2,5m/s và HB=220 => tra bảng 6.6( giáo trình cơ sở thiết kế máy) => KHV=1,05

+ Căn cứ vào vận tốc vòng v=2,5m/s và cấp chính xác là 9 =>Tra bảng 6.11(giáo trình

cơ sở thiết kế máy) => KH= 1,13

=> KH = 1,01 1,13 = 1,2

+ Tỉ số truyền u= = = 2,2

Ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng: OH = = 466

Vậy OH = 466 MPa < []H = 480 MPa nên bánh răng đủ bền tiếp xúc

 Kiểm nghiệm ứng suất uốn

- Hệ số tải trọng chính: KF=KFKFVKF

+ Tra bảng 6.4(giáo trình cơ sở thiết kế máy) với ψbd = 0,64 , bánh răng lắp đối xứng

ổ trục và HB=220 => KF = 1,02

+ Căn cứ vào cấp chính xác là 9, HB=220 và vận tốc dòng v=2,5 m/s => tra bảng 6.6(giáo trình cơ sở thiết kế máy) => KFV=1,11

+ KF = = = 1

KF=1,021 = 1,13

- Số răng tương đương:

Ztd1= = = 57,04

Ztd2= = = 125,5

- Hệ số dạng răng:

YF1= 3,47 + = 3,47 + = 3,7

YF2= 3,47 + = 3,47 + = 3,58

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của trùng khớp ngang

0.565

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc nghiêng răng

với

- Lực vòng trên bánh dẫn:

- Lập tỉ số và

Vì ta tính cho bánh dẫn

Ứng suất uốn tại tiết diện nguy hiểm:

- Vì nên bánh răng đủ bền uốn

Các thông số hình học chủ yếu bộ truyền bánh răng:

Khoảng cách trục a = 209mm

Mô đun pháp mn = 2,5 mm

Số răng Z1 = 50 răng Z2 = 110 răng

Góc nghiêng β = 16,86o

Đường kính vòng chia: d1 = 130,6 mm d2 = 287,4 mm Đường kính vòng đỉnh răng: da1 = d1+2.mn = 130,6 + 2=135,6 mm

da2 = d2+2.mn =287,4 + 2 = 292,4 mm Đường kính vòng chân răng: di1 = d1-2.5mn= 130,6 – 2.5 = 124,35 mm

di2 = d2-2.5mn= 287,4 – 2.5 = 281,15 mm

Bề rộng bánh răng b1= 84 mm b2= 80 mm

Lực ăn khớp

Lực vòng:

Lực dọc trục:

Lực hướng tâm:

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TRỤC Thông số ban đầu:

- Lực tác dụng lên trục Fr=3339 N

- Lực vòng Ft1 = Ft2= 10717 N

- Lực dọc trục Fa1 = Fa2 = 3248 N

- Lực hướng tâm Fr1 = Fr2 = 4076 N

- Moment xoắn T1=699814 N.mm

- Ứng suất mỏi uốn của vật liệu chế tạo trục []-1F= 70MPa

- Đường kính vòng chia bánh nhỏ d1=130,6 mm

- Đường kính vòng chia bánh lớn d2=287,4 mm

Vẽ sơ đồ trục:

Sơ đồ chọn chiều dài các trục :

Sơ đồ phân tích lực tác động lên các trục :

Thiết kế trục I:

*Chọn kích thước chiều dài trục

Bđai = 162 mm; Bbánhrăng = 84 mm; Chọn sơ bộ Bổlăn =20 mm

*Thay trục bằng dầm sức bền:

75mm

N.mm

*Tính phản lực gối tựa :

- Trong mặt phẳng thẳng đứng yz, phương trình cân bằng moment tại điểm A:

M⅀ XA

 N

- Phương trình cân bằng lực theo phương Y :

F

⅀ y



- Trọng mặt phẳng nằm ngang xz, phương trình cân bằng moment tại điểm A: M

⅀ YA

 N

- Phương trình cân bằng lực theo phương X :

F

⅀ x

 N

* Vẽ biểu đồ nội lực :

- Biểu đồ momen trong mặt phẳng đứng MX(N.mm) :

452559 N.mm

387324N.mm 240465N.mmmm

Mx

- Biểu đồ momen trong mặt phẳng ngang MY(N.mm)

- Biểu đồ momen xoắn T (Nmm) :

*Tính momen tương đương tại tiết diện nguy hiểm :

- Tiết diện nguy hiểm tại vị trí lắp bánh răng

= 856520,83 Nmm

*Tính đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm :

401887,5 N.mm

My

T

699814

699814

Do tiết diện nguy hiểm có lắp then bằng nên d=5%49,65+49,65=52,13 mm chọn d=55mm

Thiết kế trục II:

*Chọn kích thước chiều dài trục

Bđai = 162 mm; Bbánhrăng = 84 mm; Chọn sơ bộ Bổlăn =20 mm

*Thay trục bằng dầm sức bền:

Ma2

T2 A T2 B

RAX RAY Ft2 Fr2 RBX RBy

N.mm

*Tính phản lực gối tựa :

- Trong mặt phẳng thẳng đứng yz, phương trình cân bằng moment tại điểm A:

M⅀ XA

 N

- Phương trình cân bằng lực theo phương Y :

F

⅀ y



- Trọng mặt phẳng nằm ngang xz, phương trình cân bằng moment tại điểm A:

75 mm 75mm

⅀ YA

 N

- Phương trình cân bằng lực theo phương X :

F

⅀ x

 N

* Vẽ biểu đồ nội lực :

- Biểu đồ momen trong mặt phẳng đứng MX(N.mm) :

- Biểu đồ momen trong mặt phẳng ngang MY(N.mm)

- Biểu đồ momen xoắn T (Nmm) :

80518,8 N.mm

x

386218,8 N.mm

My

401887,5N.mm

1501695 N.mm

*Tính momen tương đương tại tiết diện nguy hiểm :

- Tiết diện nguy hiểm tại vị trí lắp bánh răng

= 1414918,524 Nmm

*Tính đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm :

Do tiết diện nguy hiểm có lắp then bằng nên d=5%58,69+58,69=61,62 mm chọn d=65mm

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ Ổ LĂN Thông số ban đầu:

- Trên trục I: RAX = RBX = 5358,5 N

RAY = 3206,2 N

RBY = 2469,2 N

- Trên trục II: RAX = RBX = 5358,5 N

RAY = 5149,584 N

RBY = 1073,584 N

Thiết kế ổ trên trục I :

T

- Lực hướng tâm tác dụng lên ổ trục A :

- Lực hướng tâm tác động lên ổ trục B :

- Lực dọc trục Fa1 hướng vào ổ trục B :

Lập tỉ số

Vậy ta sẽ chọn ổ bị đỡ chặn 1 dãy.Theo bảng tra , do ngõng trục của trục 1 theo phần tính trục có d=40, chọn 2 ổ loại 46X08 có có α = 260 và 1 ổ loại 66407

Theo bảng 11.3 tài liệu [1] ta có e = 0.68 Lắp kiểu chữ “O”.Lực dọc trục :

Tổng lực dọc trục tác dụng ổ A

=1317.41N

Vì nên chọn lại N

Lập tỉ số:

Vậy X=1 Y=0

Tải trọng tương đương trên ổ A :

với

Tổng lực dọc trục tác dụng ổ B:

Lập tỉ số : Vậy X=0.41 Y=0.87

Tải trọng tương đương trên ổ B :

Do QB>QA nên ta tính cho ổ B Vì là ổ bi nên m=3

Tuổi thọ ổ : L = = 524.88 triệu vòng

Hệ số khả năng tải động :

Chọn ổ 46308 có C=39.2kN >Ctt là đúng

Kiểm tra khả năng tải tĩnh.Tra bảng ta có X0=0.5; Y0= 0.37

< CO= 30.7 Vậy ổ đủ bền tĩnh

HẾT