Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

Mục lục

PHẦN 1: TÍNH ĐỘNG HỌC

• Thông số đầu vào :

1. Lực kéo băng tải : 2F = 3300 ( N )

+ Hiệu suất bộ truyền bánh răng côn :

+ Hiệu suất bộ truyền xích để hở :

+ Hiệu suất một cặp ổ lăn :

+ Hiệu suất khớp nối :

 Hiệu suất hệ thông :

3. Công suất cần thiết của động cơ

4. Số vòng quay của trục công tác

5. Tỉ số truyền sơ bộ của hệ dẫn động

- Tra bảng số liệu, ta chọn :

+ Tỉ số truyền hộp giảm tốc răng côn :

+ Tỉ số truyền của bộ truyền ngoài :

 Tỉ số truyền sơ bộ :

6. Số vòng quay trên trục động cơ

7. Chọn động cơ

- Công suất danh nghĩa :

Với nđc : số vòng quay thực tế của động cơ

nlv: số vòng quay trục công tác

2. Phân phối tỉ số truyền

Chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc : uh=3

Mà : (với ung là tỉ số truyền của bộ trục xích )

1. Số vòng quay trên các trục

- Số vòng quay trên trục động cơ :

- Số vòng quay trên trục I :

- Số vòng quay trên trục II :

- Số vòng quay trên trục công tác:

2. Tính công suất trên các trục

- Công suất trên trục công tác :

- Công suất trên trục II :

- Công suất trên trục I :

- Công suất trên trục động cơ :

3. Tính momen xoắn trên các trục

- Momen xoắn trên trục động cơ:

- Momen xoắn trên trục I :

- Momen xoắn trên trục II:

- Momne xoắn trên trục công tác

IV. Lập bảng các thông số động học

Trục

Thông số

Trụcđộng cơ Trục I Trục II

Trụccông tác

177825.92

PHẦN 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ

TRUYỀN

Dữ liệu đầu vào

Thông số

Kí hiệu chun g

Kí hiệu

Đơn

Ghi chú

97132.55

Chọn loại xích ống - con lăn

2. Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích

• Số răng đĩa xích nhỏ :

Với : + là hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền Lấy

+ là hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích, chọn a = (30 50)p, suy ra

+ là hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích

Lấy

+ là hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn Lấy + là hệ số tải trọng động Lấy

+ là hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền Lấy





• Khi thiết kế thường chọn sơ bộ:

• Số mắt xích :



• Chiều dài xích :

• Tính lại khoảng cách trục :

• Để xích không quá căng thì cần giảm a một lượng

• Do đó khoảng cách trục: (mm)

• Kiểm nghiệm số lần va đập i của xích trong một giây:

Với là số lần va đập cho phép của xích, tra bảng 5.9

3. Kiểm nghiệm xích về độ bền

• là lực căng do lực li tâm sinh ra.

• là hệ số an toàn cho phép; tra bảng 5.10



Trong đó :

• là hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích, phụ

thuộc Z Lấy 0.42

• là lực vòng;

• là hệ số tải trọng động Tra bảng 5.9 lấy

• là hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy Lấy

• là lực va đập trên m dãy xích

• là mô đun đàn hồi

• A là diện tích chiếu của bản lề Tra bảng 5.12 lấy

• là ứng suất tiếp xúc cho phép



Như vậy dung thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB210 sẽ được ứng suất tiếp xúc cho phép , đảm bảo độ bền tiếp xúc cho răng đĩa

4. Xác định các thông số của đĩa xích và lực tác dụng lên trục

5. Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích

Ghi chú

II. TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN

- Chế độ nhiệt luyện : Tôi cải thiện

• Ứng suất tiếp xúc cho phép

• Ứng suất uốn cho phép :

Trong đó :

- và lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với chu kì cơ sở Tra bảng 6.2 lấy

- , là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn Tra bảng 6.2

- là hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải

- , là hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền

• Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :

• Ứng suất uốn cho phép khi quá tải :

3. Tính toán thiết kế

• Chiều dài côn ngoài :

Trong đó :

- là hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm răng và loại răng

- là hệ số chiều rộng vành răng nên chọn

- là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trênchiều rộng vành răng bánh răng côn Tra bảng 6.21 lấy

- là momen xoắn trên trục chủ động

- là ứng suất tiếp xúc cho phép



• Đường kính chia ngoài của bánh côn chủ động :

3.2.1. Xác định số răng sơ bộ ( bánh răng nhỏ )

• Từ và tỉ số truyền Tra bảng 6.22 lấy

• Có

• Dựa vào bảng 6.20 chọn hệ số dịch chỉnh đối xứng :

3.2.2. Tính đường kính trung bình và mô đun trung

bình

• Đường kính trung bình :

• Mô đun trung bình :

3.2.3. Xác định mô đun, bánh răng lớn, nhỏ

•

• Từ bảng 6.8 chọn mô đun tiêu chuẩn :

• Tính lại mô đun trung bình :

• Chiều dài côn ngoài:

• Đường kính chia ngoài của bánh răng côn lớn

• Đường kính trung bình bánh nhỏ tính lại:

- - hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

ở đây là hệ số trùng khớp ngang-



- là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

khớp;bánh răng côn răng thẳng;

 : hệ số kể đến tải trọng xuất hiện trong vùng

ăn khớp



ở đây:

với

 Cấp chính xác là 8 ( theo bảng 6.13 )

 : Đường kính trung bình bánh nhỏ

 : hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số

ăn khớp Tra bảng 6.15 lấy

 : hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch bước răng bánh 1 và bánh 2 Tra bảng 6.16lấy

Điều kiện bền uốn với bánh răng côn:

• là đường kính trung bình của bánh răng chủ động (mm)

• là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Với là hệ số trùngkhớp ngang

• : Là hệ số kể đến độ nghiêng của răng

• là hệ số dạng răng Tra bảng 6.18 với và

• là hệ số tải trọng khi tính về uốn

- + là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp theo công thức :

Vậy ta có :

Khi làm việc bánh răng có thể bị quá tải ( thí dụ như lúc mở máy, hãm máy, …) với hệ số quá tải , trong đó là momen xoắn danh nghĩa, là momen xoắn quá tải

Để tránh biến dạng dư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt, ứng suất tiếp xúc cực đại không được vượt quá một giá trị cho phép :

Đồng thời để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng, ứng suất uốn cực đại tại mặt lượn chân răng không được vượt quá một giá trị cho phép :

4. Xác định các thông số, kích thước hình học của bộ truyền

của bộ truyền

• Đường kính vòng chia ngoài:

• Chiều cao đầu răng ngoài:

Với ,

• Chiều cao răng ngoài :

• Chiều cao chân răng ngoài :

• Đường kính vòng đỉnh răng ngoài:

• Khoảng cách từ đỉnh côn đến mặt phẳng vòng ngoài đỉnh răng:

4.3. Lập bảng thông số của bộ truyền

Thông số

Kí hiệu chung

Kí

Giá trị

Chiều dài côn ngoài

Chiều rộng vành răng

Mô đun vòng trung

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi để nối trục

Chọn khớp nối theo điều kiện:

Trong đó:

 - Đường kính trục cần nối

 –Mômen xoắn tính toán

 k -Hệ số chế độ làm việc tra bảng 16.1Tr58 lấy k=1,7

Do vậy:

Tra bảng 16.10a [2] tr 68 với điều kiện

Ta được:

Tra bảng 16.10bTr69 [2] với ta được :

Ta kiểm nghiệm theo 2 điều kiện:

-Ứng suất dập cho phép của vòng cao su

Do vậy ứng suất dập sinh ra trên vòng đàn hồi:

Thỏa mãn.

II.2. Điều kiện bền của chốt:

Trong đó:

[]- Ứng suất uốn cho phép của chốt.Ta lấy []=) MPa;

Do vậy, ứng suất sinh ra trên chốt:

Thỏa mãn

3. Lực tác dụng lên trục

Ta có

Thông số Kí hiệu Giá trị

Mômen xoắn lớn nhất có thể truyền

II Tính toán trục

1. Chọn vật liệu chế tạo trục

Vật liệu làm trục chọn là thép 45 tôi cải thiện

+

Fr1

Fr2

Ft2

4. Xác định các lực tác dụng lên trục

• Lực tác dụng lên trục I

 Lực tác dụng lên trục I từ khớp nối :

 Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng côn răng thẳng :

 Lực tác dụng lên trục II từ bộ truyền xích Fxích = (N)

Do góc nghiêng đường nối tâm nên ta phân tích:

5. Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực

phác họa kết cấu HGT sau: (dựa theo hình 10.10 tr193)

 Chiều dài moay-ơ bánh răng côn :

 Chiều dài moay-ơ đĩa xích :

- Theo công thức 10.10 tr189 ta có :

Chọn

 Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp:

 Khoảng cách từ mặt mút của ổ đến thành trong của hộp:

 Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

 Chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông:

 Khoảng cách các điểm đặt lực trên các trục

- Khoảng công-xôn (khoảng chìa ) trên trục thứ k, tính từ chi tiết i ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ theo công thức 10.14 tr190 :

- bki - Chiều rộng vành răng thứ i trên trục k

- Khoảng cách đặt lực trên trục I : ( theo bảng 10.4 tr191)

6. Tính toán thiết kế cụm trục I

momen

Cần xác định phản lực tại các gối tựa:

 Tính phản lực tại các gối tựa 2 và 3:

- Trong mặt phẳng Oxz (nằm ngang ) ta có:

+ O

Fx24

- Tại vị trí mặt cắt 4 :

- Biểu đồ momen Mx (trong mặt phẳng thẳng đứng 0yz)

- Biểu đồ momen My (trong mặt phẳng nằm ngang 0xz)

- Biểu đồ momen xoắn T

T(Nmm)

X

Z

1

(+) 20603.27

Fr1

(+)

67439

+ O

Fx24

17434.97

(-)

My(Nmm) (+)

lc12

6.2. Xác định chính xác đường kính các đoạn trên trục I

 Chọn vật liệu làm trục: thép 45 ta có 67 Mpa ( Tra bảng

10.5Tr195)

 Tính chính xác đường kính trục :

Theo công thức 10.15 Tr194 và 10.16 tr194 ta có:

- Tại tiết diện 1:

- Tại tiết diện 2:

- Tại tiết diện 3:

- Tại tiết diện 4:

 Chọn lại đường kính các trục:

Căn cứ từ kết quả tính toán chính xác đường kính trục:

- Do lắp ổ lăn tại vị trí 2 và 3 nên ta chọn:

- Do tại vị trí 1 và 4 lắp bánh răng và khớp nối nên ta chọn:

- Do vị trí giữa 2 và 3 có vai trục nên ta chọn

7. Tính chọn then trên trục I

- Trên trục I then được lắp tại bánh răng (vị trí 1) và khớp nối (vị trí 4)

- Tra bảng 9.1a Tr173 với: ta chọn then bằng có:

- Lấy chiều dài then:

 Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng côn (vị trí 1)

- Kiểm tra độ bền then tại vị trí lắp với bánh răng côn (vị trí 1)

 Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

- Kiểm nghiệm độ bền then tại vị trí nửa khớp nối (vị trí 4)

 Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

8. Kiểm nghiệm độ bền cho trục I theo hệ số an toàn S

- Từ biểu đồ moment trang 28, ta thấy các tiết diện chịu momen lớn cần kiểm nghiệm độ bền mỏi là: Vị trí lắp bánh răng côn 1, vị trí lắp ổ lăn 2

Ta có thép 45, tôi cải thiện,

 – Biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j

 – Hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

o – Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi chịu uốn và xoắn:

Tra bảng 10.12 Tr197 với , ta được

 – Hệ số kể đến của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi:Tra bảng 10.10Tr198

Với

Với

• Tại tiết diện 1: lắp đĩa xích có đường kính

 Do quay 1 chiều nên:

• Tại tiết diện 2: vị trí lắp ổ lăn có

Do trục quay 1 chiều nên:

 Tại tiết diện 2 lắp bánh răng côn thỏa mãn điều kiện bền mỏi

- Để đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng

do quá tải đột ngột (khi mở máy) cần kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

- Thông số đầu vào :

- Cần đảo chiều khớp nối và tính lại xem trường hợp nào ổ chịu lực lớn hơn thì tính cho trường hợp đó

Tính phản lực tại các gối tựa 2 và 3:

 Trong mặt phẳng x0z (mặt phẳng nằm ngang) ta có:

 Trong mặt phẳn y0z (mặt phẳng thẳng đứng) ta có:

So sánh trường hợp F k ngược chiều với F t1 và trường hợp F k cùng chiều

với F t1 thì trường hợp Fk ngược chiều với Ft1 ổ phải chịu lực lớn hơn do vậy ta tính ổ lăn theo trường hợp có Fk ngược chiều với Ft1

Đường kính đoạn trục lắp ổ

Ta có tải trọng hướng tâm tác dụng lên 2 ổ:

- Tại vị trí ổ lăn 2:

- Tại vị trí ổ lăn 3:

 Ta có lực dọc trục ngoài (lực dọc tác dụng lên bánh răng côn):

 Do có lực dọc trục (do bánh răng côn sinh ra) và nhằm đảm bảo cứng vững nên ta chọn ổ lăn là loại ổ đũa côn.

 Chọn loại ổ lăn sơ bộ là ổ đỡ lăn cỡ trung tra bảng P2.11 Tr262 ta có:

Với

9.2. Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn

• Khả năng tải động được tính theo công thức: 11.1Tr213

V – hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay: V = 1

Hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ

– Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, va đập nhẹ: ( tra bảng 11.3 Tr215)

• Lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra trên ổ lăn (hình vẽ) theo CT11.7 Tr217:

• Tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 2 là:

• Tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 3 là:

• Lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 2 là:

• Lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 3 là:

• X – hệ số tải trọng hướng tâm

• Y – hệ số tải trọng dọc trục

Theo bảng 11.4 Tr216 ta có:

- Tải trọng quy ước tác dụng vào ổ:

- Ta thấy nên ta chỉ cần kiểm nghiệm cho ổ lăn 2

- Khả năng tải động của ổ lăn 2

 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải động

- Tra bảng B11.6 Tr221 cho ổ đũa côn 1 dãy ta được:

- Tải trọng tĩnh tương đương tác dụng vào từng ổ: (CT 11.9 Tr221)

- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:

 2 ổ lăn thỏa mãn khả năng tải tĩnh

10. Tính chọn kết cấu và ổ cho trục II

10.1. Xác định kết cấu cho trục II

 Từ sơ đồ bố trí trục II và đường kính sơ bộ tính toán:

 Do các yếu tố lắp ráp và công nghệ, ta chọn sơ bộ trục có kếtcấu như sau:

 Vị trí số 1 và số 5: lắp đĩa xích

 Vị trí số 2 và số 4 lắp ổ đũa côn

 Vị trí số 3 lắp bánh răng côn

 Vị trí vai trục giữa 2 và 3

 Thông số chiều dài các đoạn:

 Kết cấu, kích thước đường kính và chiều dài các đoạn trục thểhiện trên hình sau:

10.2. Chọn then cho trục II

Trên trục có 3 vị trí then để truyền momen xoắn

• Then lắp trên trục vị trí lắp bánh răng côn:

Chọn then bằng, tra bảng B9.1a Tr173 ta được:

• Then lắp trên trục vị trí lắp đĩa xích 1 và 5:

Chọn then bằng, tra bảng B9.1aTr173[1] ta được:

• Chiều dài then trên đoạn trục lắp bánh răng côn:

- Chọn ổ đũa côn cỡ trung

Tra bảng P2.11 Tr262 với ta được thông số ổ đũa côn

65,5

 Thành phần bao gồm: thành hộp, gân, mặt bích, gối đỡ…

 Chi tiết cơ bản: độ cứng cao, khối lượng nhỏ

- Bề mặt lắp ghép song song với trục đế

- Dựa vào bảng 18.1Tr85[2] ta có bảng các kích thước cơ bản của vỏ hộp

Bu lông ghép mặtbích thân và nắp:

Vít ghép nắp ổ:

Vít ghép nắp củathăm

(phụ thuộc loại hộp giảm

tốc)Giữa mặt bên các

bánh răng với nhau

Từ đáy hộp đến vịtrí mức dầu thấp

nhấtVới a là khoảng cách tâm:

2. Một số chi tiết khác:

Tên chi tiết: Bu lông vòng

• Chức năng: để nâng và vận chuyển hộp giảm tốc (khi gia công, khi lắpghép…) trên nắp và thân thường lắp them bu lông vòng

• Vật liệu: Thép 20

• Số lượng: 2 chiếc

Tra bảng B18.3bTr89 [2] với ta được trọng lượng hộp

• Thông số bu lông vòng tra bảng B18.3aTr89[2] ta được:

M10 45 25 10 25 15 22 8 6 21 2 12 1.5 3 2 5 4

2.2. Chốt định vị

Tên chi tiết: Chốt định vị

• Chức năng: nhờ có chốt định vị, khi xiết bu lông không làm biến dạng vòng ngoài của ổ (do sai lệch vị trí tương đối của nắp và thân) do đó loại trừ được các nguyên nhân làm ổ chóng bị hỏng

Tên chi tiết: cửa thăm

• Chức năng: để kiểm tra quan sát các chi tiết trong hộp khi lắp ghép và để

đồ dầu vào hộp, trên đỉnh hộp có làm cửa thăm Cửa thăm được đậy bằng nắp, trên nắp có nút thông hơi

• Thông số kích thước: tra bảng 18.5Tr93[2] ta được

lượng

Tên chi tiết: nút thông hơi

• Chức năng: khi làm việc nhiệt độ trong hộp tăng lên Để giảm áp suất và điều hòa không khí bên trong và bên ngoài hộp người ta dung nút thông hơi

• Thông số kích thước: tra bảng 18.6Tr93[2] ta được

15 30 15 45 36 32 6 4 10 8 22 6 32 18 36 32

2.5. Nút tháo dầu

Tên chi tiết: nút tháo dầu

• Chức năng: sau 1 thời gian làm việc dầu bôi trơn có chứa trong hộp bị

bẩn (do bụi bẩn hoặc hại mài…) hoặc dầu bị biến chất Do đó cần phải

thay dầu mới, để tháo dầu cũ, ở đáy hộp có lỗ tháo dầu, lúc làm việc lỗ

này bị bít kín bằng nút tháo dầu

• Thông số kích thước (số lượng 1 chiếc): tra bảng 18.7Tr93[2] ta được

Tên chi tiết: que thăm dầu

• Que thăm dầu:

Chức năng que thăm dầu: dùng để kiểm tra mức dầu, chất lượng dầu bôi trơn

trong hộp giảm tốc Để tránh sóng dầu gây khó khăn cho việc kiểm tra, đặc biệt khi máy làm việc 3 ca, que thăm dầu thường có vỏ bọc bên ngoài

2.7. Lót ổ lăn

Ổ lăn làm việc trung bình và bôi trơn bằng mỡ ta chọn làm kín động gián

Chi tiết vòng chắn dầu

• Chức năng: vòng chắn dầu quay cùng với trục, ngăn cách mỡ bôi trơn vớidầu trong hộp, không cho dầu thoát ra ngoài

• Thông số kích thước vòng chắn dầu