đồ án cơ sở thiết kế máy xích tải

Phần II - Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài 2.1 Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang2.1.1 Chọn loại đai và tiết diện đai - Các thông số của động cơ và tỉ số truyền của bộ đai , ; - D

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

I.1 Chọn động cơ.

I.1.1 Xác định công suất cần thiết của động cơ.

- công suất làm việc của động cơ xác định theo CT 2.11[I]

t i: thời gian của mômen thứ i

t ck : là thời gian 1 chu kỳ của động cơ

P tđ = 2,89.0,78= 2,2542 (kW)

-Công suất cần thiết trên trục động cơ là:

Theo công thức 2.8 [I]

Trong đó :

+ P ct là công suất cần thiết trên trục động cơ, kW;

+ η là hiệu suất của toàn bộ hệ thống

Theo CT 2.9 [I]

η = η đ η br η x

Trong đó theo bảng 2.3[I]

η đ = 0,95 là hiệu suất bộ truyền động đai (để hở)

η br = 0,97 là hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ che kín.

η ol = 0,99 là hiệu suất của một cặp ổ lăn.

η x = 0,93 là hiệu suất bộ truyền xích.

Vậy ta có: η = 0,95.0,97 .0,93= 0,84

Ta có công suất cần thiết trên trục động cơ là:

P ct = = 2,68 (kW)

I.1.2 Xác định số vòng quay cơ bản của động cơ.

Theo CT 2.18[I] xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ là:

n sb = n lv Trong đó: n lv là số vòng quay của trục công tác,v/p

n lv được xác định bằng CT 2.16 tài liệu [I]:

nlv = ;

Trong đó: v=0,35 m/s - vận tốc của xích tải

z=19 - số răng đĩa xích tải

uđ -Tỉ số truyền sơ bộ của bộ truyền đai (đai thang)

u br - tØ sè truyÒn sơ bộ cña bé truyÒn b¸nh r¨ng (hộp 1 cấp).

Tra bảng 2.4 [I] chọn :

Vậy usb = 3,15.4.3 = 37,8

=> n sb =34,81.37,8 = 1315,81(v/p)

I.1.1 Chọn động cơ.

Theo CT 2.19 và 2.6 [I] Ta phải chọn động cơ có:

Tra bảng P1.3 [I] ta chọn được động cơ có tên là: 4A100S4Y3

Bảng số liệu của động cơ:

I.2 Phân phối tỷ số truyền.

§Ó ph©n phèi tØ sè truyÒn cho c¸c bé truyÒn, theo CT 3.23[I]ph¶i tÝnh tØ sè truyÒn cho toànbé hÖ thèng:

u t = = = 40,79 MÆt kh¸c ta cã: u t = u đ u br u x

Chọn theo bảng 2.4 tài liệu [I], chọn :

+ tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng: ubr = 4

+ tỉ số truyền của bộ truyền đai là: uđ= 3,15

3.Tính momen xoắn trên các trục.

Ta có momen xoắn trên các trục như sau:

Phần II - Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài 2.1 Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang

2.1.1 Chọn loại đai và tiết diện đai

- Các thông số của động cơ và tỉ số truyền của bộ đai

, ;

- Do không có yêu cầu nào nên ta chọn đai hình thang thường loại A

- Tra bảng 4.13 tài liệu [I] ta chọn như sau:

Loại đai Kích thước mặt cắt (mm) Diện tích A ()

()Thang A

- Hình vẽ dưới đây

dây đai

2.1.2 Xác định các thông số của bộ truyền đai

- Đường kính bánh đai nhỏ : theo dãy tiêu chuẩn chọn

40 0

< 4% là sai số tỉ số truyền

- Xác định khoảng cách trục a

Trị số a tính cần phải thỏa mãn điều kiện sau:

Công thức 4.14 tài liệu [I]

Dựa vào tỉ số truyền và đường kính chọn chiều dài sơ bộ khoảng cách trục a theo bảng 4.14 tài liệu [I]

- Chiều dài đai sơ bộ l

Theo công thức 4.4 tài liệu [I]

Theo dãy tiêu chuẩn bảng 4.13 tài liệu [I] chọn

- Số vòng chạy của đai

Theo công thức 4.15 tài liệu [I]

- Từ chiều dài đai tiêu chuẩn cần tính chính xác khoảng cách trục a theo công thức 4.6 tài liệu [I]

Trong đó:

- Kiểm tra điều kiện khoảng cách trục a

thỏa mãn điều kiện

- Góc ôm xác định theo công thức 4.7 tài liệu [I] với điều kiện

Góc thỏa mãn điều kiện

2.1.3 Xác định số đai

Số đai z được tính theo công thức 4.16 tài liệu [I]

Trong đó:

- công suất trên bánh đai chủ động

- Tra bảng 4.19 tài liệu [I]

công suất cho phép

- Tra bảng 4.7 tài liệu [I]

hệ số tải trọng tĩnh (làm việc 1ca)

- hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm ,theo bảng 4.15 tài liệu [I] ,lấy

- Tra bảng 4.16 tài liệu [I]

hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai

- Tra bảng 4.17 tài liệu [I]

hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền

- Tra bảng 4.18 tài liệu [I]

hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải

trọng cho các dây đai

Chọn số đai

- Từ số đai xác định chiều rộng bánh đai B theo công thức 4.17 tài lệu [I]

Tra bảng 4.21 tài liệu [I]

,

- Đường kính ngoài của bánh đai tính theo công thức 4.18 tài liệu [I]

Đường kính ngoài của bánh đai nhỏ :

Đường kính ngoài của bánh đai lớn :

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

- Lực căng ban đầu được xác định theo công thức 4.19 tài liệu [I]

Trong đó:

lực căng do ly tâm sinh ra

Theo công thức 4.20 tài liệu [I]

Trong đó:

Tra bảng 4.22 tài liệu [I]

khối lượng 1m chiều dài đai

vận tốc vòng đai

công suất trên trục bánh đai chủ động

Vậy lực căng ban đầu

- Lực tác dụng lên trục tính theo công thức 4.21 tài liệu [I]

thông số bộ truyền đaiĐường kính bánh đai nhỏ (mm)

Đường kính bánh đai lớn (mm)

Lực căng ban đầu (N)

2.2 Thiết kế bộ truyền xích

2.2.1 Chọn loại xích

- Chọn xích ống con lăn hay gọi tắt là xích con lăn có độ bền mòn cao hơn xíchống, chế tạo đơn giản không phức tạp bằng xích răng, giá thành hạ do đó xích conlăn được sử dụng rộng dãi

- Do bộ truyền không lớn nên ta chọn loại xích này

2.2.2 Xác định các thông số của bộ truyền xích

Điều kiện đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích

Theo công thức 5.3 tài liệu [I]

Trog đó:

công suất tính toán kw

công suất cần thiết kw

công suất cho phép kw

hệ số răng

hệ số vòng quay

Trong đó:

Theo công thức 5.4 tài liệu [I]

Tra bảng 5.6 tài liệu [I]

hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền

hệ số kể đến khoảng cách trục và chiề dài xích

=1

hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích

hệ số kể đến ảnh hưởng bôi trơn

môi trường làm việc có bụi,bẩn

Đồng thời theo bảng 5.8 tài liệu [I]

Số lần va đập của xích trong 1 giây tính theo công thức 5.14 tài liệu [I]

Trong đó : số lần va đập cho phép trong 1 giây

Tra bảng 5.9 tài liệu [I]

= 15 lần

2.2.2.4 Kiểm nghiệm xích về độ bền

Theo công thức 5.15 tài liệu [I]

Trong đó:

lực căng do lực ly tâm gây ra N

q là khối lượng một m xích (m là dãy xích ở đây m = 1)

tra bảng 5.2 tài liệu [I]

Vậy

lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra N

Theo công thức 5.16 tài liệu [I]

- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích

Theo công thức 5.18 tài liệu [I]

Trong đó:

ứng suất tiếp xúc cho phép MPa

lực vòng N

lực va đập trên m dãy xích (ở đây m=1)

Theo công thức 5.19 tài liệu [I]

hệ số tải trọng phân bố không đều

xích một dãy

hệ số tải trọng ,5

2 do

E môđun đàn hồi MPa

môđun đàn hồi của vật liệu con lăn và đĩa xích

Lấy MPa

A diện tích chiếu bề mặt bản lền

Tra bảng 5.12 tài liệu [I]

- Kiểm nghiệm đĩa xích 1

2.2.2.6 Xác định lực tác dụng lên trục lực căng trên bánh xích chủ động F1 và bị động F2

trong thực tế tính toán có thể bỏ qua nên

Vậy lực tác dụng lên trục được xác định theo công thức

Trong đó:

hệ số kể đến ảnh hưởng của trọng lượng xích

Khi bộ truyền nằm ngang hoặc nghiêng 1 góc nhỏ hơn

PHẦN III

3.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng.

Bánh nhỏ : Chọn vật liệu là thép 45 tôi cải thiện sau khi gia công có các thông số

kỹ thuật (độ cứng,giới hạn bền và giới hạn bền chảy)

Bánh lớn: Chọn vật liệu là thép 45 tôi cải thiện sau khi gia công có các thông số

kỹ thuật (độ cứng, giới hạn bền và giới hạn bền chảy)

bền b, MPa

Giới hạn chảy ch, MPa

Độ rắn HB

Bánh răng

1

Thép 45 tôi cải thiện

Bánh răng

2

Thép 45 tôi cải thiện

ZR - Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc;

Zv - Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng;

KxH - Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng;

YR - Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng;

Ys - Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất;

KxF - Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn;Trong thiết kế sơ bộ, ta lấy: ZRZvKxH = 1 và : YRYsKxF = 1 , theo đó các công thức

(6.1) và (6.2) trở thành:

[H] = Theo (6.1a) [I]

[F] = Theo (6.2a) [I]

Trong đó:

 và  lần lượt là các ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn chophép ứng với số chu kỳ cơ sở, tra bảng 6 2 - tr 94 - tài liệu [I], với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = (180…350), ta có:

= 2HB + 70 ; SH = 1,1 ;

 = 1,8HB ; SF = 1,75 ;

Với SH , SF - Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn;

Thay các kết quả trên vào các công thức, ta có:

 = 2HB1 + 70 = 2.245+70 = 560 Mpa;

 = 2HB2 + 70 = 2.235 + 70 = 540 Mpa;

NFO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn;

NFO = 4 106 đối với tất cả các loại thép;

NHE , NFE - Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Khi bộ truyền chịu tải trọng thay đổi nhiều bậc:

NHE = 60.c Theo (6.7) [I]

NFE = 60.c Theo (6.8) [I]

Trong đó:

c - Số lần ăn khớp trong một vòng quay của bánh răng;

ni - Số vòng quay của bánh răng đang xét ở chế độ i;

Ti - Mô men xoắn ở chế độ thứ I của bánh răng đang xét;

Tmax - Mô men xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng đang xét;

ti - Tổng số giờ làm việc ở chế độ thứ i của bánh răng đang xét;=20000 giờ

Ta có: với bánh răng nhỏ (bánh răng 1):

Như vậy: NHE1 > NHO1 , NHE2 > NHO2 ;

NFE1 > NFO1 , NFE2 > NFO2

 KHL1 = 1 , KHL2 = 1;

KFL1 = 1 , KFL2 = 1

Ta tính được:

 [H1]max = 2,8.580= 1624 Mpa;

[H2]max = 2,8 450 = 1260 Mpa;

[F1]max = 0,8 580 = 464 Mpa;

[F2]max = 0,8 450 = 360 Mpa

III.2 Tính toán bộ truyền bánh răng côn

III.2.1 xác định chiều dài côn ngoài và đường kính chia ngoài de1

Hoặc

.

H d

T K K







KR = 0,5 Kd hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng

Kd = 100MPa1/3 với bánh răng côn

T1 mô men xoắn trên trục chủ động

[σH] ứng suất tiếp xúc cho phép

III.2.2 Các thông số ăn khớp

Theo bảng 6.20 tài liệu [I] với Z1 = 27 răng chọn hệ số dịch chỉnh x1 =0,33; x2=

+đường kính đỉnh răng ngoài

dae1 = de1 + 2.hae1.cos = 67,09 + 2.2,72.cos13°2’=72,39 mm

dae2 = de2 + 2.hae2 cos = 216+ 2.1,28.cos76°57’= 216,57 mm

- Chiều dày răng ngoài:

Se1 = (0,5π + 2.xn1.tg αn + xτ1).mte

θf1 = arc tg hfe1 /Re = arc tg 1,88/ 140,8= 1,030

θf2 = arc tg hfe2 /Re = arc tg 3,2 / 140,8 = 1,900

ZM là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp

Tra bảng 6.5 trang 96 suy ra ZM = 274 MPa1/3

KHα là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các cặp dôi răng đồng thời

ăn khớp Đối với răng côn răng thẳng KHα = 1

KHv hệ số tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

III.2.4 Kiểm nghiệm về độ bền uốn

theo CT 6.65 và 6.66(I) trang 116 ta có :

= 2.T1.KF YF1/(0,85.b.mnm.dm1) ≤ [ ]

KF là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên vành răng

Tra bảng 6.21 (I) trang113 ta có =1,25

là hệ số kể để sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp đối với bánh răng côn răng thẳng = 1

Theo CT 6.66(I) : = YF2/YF1 = (82,05.3,63)/3,54 =84,14 MPa

Như vậy điều kiện bền uốn được đảm bảo

III.2.5 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Theo CT 6.48 trang 110 với Kqt=1,4 ta có

= = 499,94 = 591,536 MPa []max = 1624 MPa

Theo 6.49 (I) trang 110 :

= Kqt = 82,05.1,4 = 114,87 MPa []max = 464 MPa

= Kqt = 84,14.1,4 = 117,80 MPa []max = 360 MPa

Như vậy độ bền về quá tải của răng được đảm bảo

Fa1 Fa2

Ft1

Ft2

Fr1 Fr2

Frdy

Frdx

THÔNG SỐ VÀ KÍCH THƯỚC BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN

Chiều cao đầu răng ngoài

hae2=1,28

Chiều cao chân răng ngoài

Phần IV : Tính toán thiết kế trục

I.Chọn vật liệu:

Vật liệu dùng để chế tạo trục cần có độ bền cao, ít nhạy cảm với sự tập trung ứng suất dễ gia công và có thể nhiệt luyện dễ dàng Cho nên thép cacbon và thép hợp kim là những vật liệu chủ yếu để chế tạo trục Việc lựa chọn thép hợp kim hay thép cacbon tuy thuộc điều kiện làm việc trục đó có chịu tải trọng lớn hay không

Ta chọn vật liệu làm trục là thép 45 thường hóa có cơ tính như sau:

II Tính toán thiết kế trục.

1.Xác định đường kính sơ bộ của trục:

Đường kính trục thứ k trong hộp giảm tốc chỉ xác định bằng momen được tính theo công thức 10.9 [I] :

Trong đó:

- Ti - mô men xoắn của trục thứ i;

TI = 48301,78 Nmm; TII = 209303,76 Nmm -[τ] : ứng suất xoắn cho phép, với vật liệu trục là thép 45

[τ]= (15 30) Mpa

ta chọn [τ] suất xoắn cho phép với vật liệu là thép, Mpa với vật liệu thép

45 [τ]= (15 30) Mpa , ta chọn [τ]1 = 15 Mpa , [τ]2 = 20 Mpa

= = 25,25 mm Vậy ta lấy theo tiêu chuẩn bảng 10.2 [I]

= = 37,40 mm Vậy ta lấy theo tiêu chuẩn bảng 10.2 [I]

Từ đó ta có kết quả như sau:

 Đường kính sơ bộ của trục I

 Đường kính sơ bộ của trục II Dựa vào đường kính sơ bộ trục vừa tính toán, ta xác định được gần đúng bề rộng của ổ lăn theo bảng 10.2 [I] như sau:

 ta có: b01=19 mm

 ta có: b02=23 mm

2.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực.

A.xác định các kích thước liên quan đến bộ truyền

Chiều dài mayơ bánh đai ,đĩa xích,mayơ bánh răng trụ được tính theo công thức Theo CT 10.10 [I]:

Lm (1,2… 1,5)dChiều dài moay ơ của bánh đai bị dẫn là:

Lm12= (1,2 1,5).30 = ( 36…45) mm

= >chọn Lm12= 40 (mm)Chiều dài moay ơ của xích là:

Lm23 = (1,2 1,5).40 = ( 48…56) mm

= > chọn Lm23 = 52 (mm)Chiều dài moay ơ bánh răng côn xác định theo công thức 10.12 [I] :

lmik = (1,2…1,4)dik

Trong đó : dik là đường kính của trục bánh răng côn

Chiều dài moay ơ bánh răng côn nhỏ:

lm13 = (1,2…1,4) 30 = (36 … 42) mm; lấy lm13 = 40 mm;

Chiều dài moay ơ bánh răng côn lớn:

lm22 = (1,2…1,4) 40 = (48…60) mm; lấy lm22 = 55 mm;

Các khoảng cách khác được chọn trong bảng 10.3 [I] :

 Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay

B.Xác định chiều dài của các đoạn trục:

= 135,25 (mm)

Đối với trục II:

l23 = + + + + = 70,74 +19 +12+ 0,5.23 + 8 = 106,65 mm

l21 = l23 + – b13 = 106,65 + 52 +12 + 8 + 0,5.23 – 19

= 185,74 mm

l22= 0,5( lm22 + b02) +k3 +hn = 0,5( 55 + 23) +15+20 = 64 mm

3 Sơ đồ đặt lực trục I:

Fa1

Fr1

F t1

z y

- Lực của bánh đai tác dụng lên trục:

do đường nối tâm của bộ truyền đai làm với phương ngang 1 góc  = 45o do đó lực

FR từ bánh đai tác dụng lên trục được phân tích thành hai lực: FR = 552,98 N

Fdx = FRsin = 552,98 Sin450 = 391,01 (N)

Fdy = FRcos = 552,98.cos450 = 391,01 (N)

Tính phản lực tại các gối đỡ (0) và (1):

- Giả sử chiều của các phản lực tại các gối đỡ (0) và (1) theo hai phương x và

y như hình vẽ Ta tính toán được các thông số như sau:

+ Phản lực theo phương của trục y:

Lực cùng chiều hình vẽ.

F(x) = - Fdx + Fx0 + Fx1 - Ft1 = 0

 Fx0 = Fdx – Fx1 + Ft1 = 391,01 – 3448,17 + 2044,51 = - 1012,65 N

Vậy lực ngược chiều hình vẽ

Do Fa1 quay xung quanh trục ox nên gây ra một mô men:

Ma1 = = 466,86 = 11029,56 Nmm

4.Tính đường kính của trục tại các tiết diện:

Theo phần chọn sơ bộ đường kính trục, ta có = 30 (mm), vật liệu chế tạo trục

I là thép 45, có b ≥ 600 MPa; theo bảng 10 5 [1], ta có trị số của ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo trục là: [] = 63 MPa

Đường kính tại các mặt cắt trên trục được xác định theo CT 10.17[I]

di =

Trong đó: [] là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo trục

Mtd - Mô men tương đương trên các mặt cắt,

Theo CT10.15[I]; CT10.16[I] ta có:

Mi=

Mtd = Trong đó: Myi ; Mxi mô men uốn trong mặt phẳng yOz và xOz tại các tiết diện i  Xét các mặt cắt trên trục I:

+ Xét mặt cắt trục tại điểm (2) - điểm có lắp then với bánh đai bị động của bộ truyền:

- Mô men uốn Mx2= My2 = 0