CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
1.1.1 Đặc điểm của hộp giảm tốc
Hộp giảm tốc là cơ cấu gồm các bộ phận truyền bánh răng hoặc trục vít, giúp giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ đến máy công tác Với hiệu suất cao, khả năng truyền tải công suất đa dạng, tuổi thọ lâu dài và thiết kế chắc chắn, hộp giảm tốc mang lại sự đơn giản trong quá trình sử dụng.
Có nhiểu loại hộp giảm tốc, được phân chia theo các đặc điểm sau đây:
- Loại truyền động (hộp giảm tốc bánh răng trụ, bánh răng nón, trục vít, bánh răng - răng vít).
- Số cấp gồm có một cấp, hai cấp…
- Vị trí tương đối giữa các trục trong không gian (nằm ngang, thẳng đứng,
- Đặc điểm của sơ đồ động
Dựa trên sơ đồ thiết kế tính toán hộp giảm tốc hai cấp đồng trục Có ưu và nhược điểm sau:
+ Cho phép giảm kích thước chiều dài.
+ Trọng lượng của hộp giảm tốc bé hơn so với
Khả năng chịu tải trọng của cấp nhanh vẫn chưa được khai thác triệt để, do lực sinh ra trong quá trình ăn khớp của các bánh răng cấp chậm lớn hơn nhiều so với cấp nhanh, mặc dù khoảng cách trục giữa hai cấp vẫn giữ nguyên.
+ Hạn chế khả năng chọn phương án bố trí kết cấu chung của thiệt bị dẫn động vì chỉ có đầu trục vào và một đầu trục ra.
+ Khó bôi trơn bộ phận ở trục ở giữa hộp.
+ Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn do đó muốn bảo đảm trục đủ bền và cứng cần tăng cường kích thước.
Chọn động cơ điện bao gồm chọn loại, kiểu động cơ, chọn công suất điện áp và số vòng quay của động cơ.
Chọn loại động cơ phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo động cơ có tính năng làm việc đáp ứng yêu cầu truyền động của máy Động cơ cần phải tương thích với môi trường bên ngoài và đảm bảo vận hành an toàn, ổn định.
- Chọn công suất điện áp không thích hợp sẽ ảnh hưởng đến vốn đầu tư, phí tổn vận hành và bảo quản mạng cung cấp xí nghiệp.
Khi chọn số vòng quay cho động cơ điện, cần phải cân nhắc hợp lý Động cơ có số vòng quay lớn giúp giảm kích thước, trọng lượng và giá thành, nhưng nếu số vòng quay quá cao, tỉ số truyền động sẽ tăng, dẫn đến tăng kích thước, trọng lượng và chi phí của các bộ truyền Do đó, nên lựa chọn số vòng quay của động cơ ở mức hợp lý để đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm.
- Chọn kiểu động cơ gồm có :
+ Động cơ điện một chiều: cho phép điều chỉnh vận tốc góc trong phạm vi
Động cơ điện xoay chiều ba pha đồng bộ hoạt động với vận tốc góc không thay đổi, không phụ thuộc vào tải trọng và không có khả năng điều chỉnh vận tốc So với động cơ không đồng bộ, động cơ này có hiệu suất cao hơn và cho phép quá tải lớn hơn Tuy nhiên, việc bảo trì động cơ đồng bộ phức tạp hơn và giá thành cũng cao hơn.
Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ là thiết bị phổ biến trong ngành công nghiệp nhờ vào cấu tạo đơn giản, chi phí thấp và dễ bảo trì Tuy nhiên, động cơ này có hiệu suất thấp hơn so với động cơ ba pha đồng bộ, và khả năng điều chỉnh vận tốc góc cũng hạn chế hơn so với động cơ điện một chiều.
Chính vì vậy ta chọn động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ.
Ký hiệu động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ:
+ A: Động cơ được che chở tránh chất lỏng và những vật rơi thẳng đứng. Tránh các vật rơi tiếp xúc với các bộ phận quay hoặc dây dẫn diện.
+ AO: Động cơ kín có quạt gió.
+ C: Động cơ điện có hệ số trượt cao.
Vì động cơ điện chịu va đập trung bình nên ta chọn kiểu động cơ AC hoặc AO.
Chọn công suất động cơ phù hợp là rất quan trọng về mặt kinh tế và kỹ thuật Để tối ưu hóa hiệu suất, cần đảm bảo rằng động cơ hoạt động trong giới hạn an toàn, không bị quá nhiệt Việc này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn kéo dài tuổi thọ của động cơ.
+ Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn.
+ Có moment mở máy đủ lớn để thắng moment cản ban đầu của phụ tải khi mới khởi động.
+ Với đặc tính tải trọng và thời gian làm của động cơ nên ta chọn động cơ làm việc ở chế độ dài hạn với `phụ tải thay đổi.
Chúng tôi chọn công suất động cơ để đảm bảo trong quá trình làm việc, động cơ có thể hoạt động ở cả chế độ quá tải và non tải một cách hợp lý, giúp nhiệt độ động cơ đạt được mức ổn định.
+ Xem như động cơ làm việc với phụ tải đẳng trị không đổi phụ tải thay đổi gây nên trong cùng 1 thời gian.
Ta chọn động cơ có công suất định mức lơn hơn hoặc bằng công suất đẳng trị.
Moment trục tang của băng tải:
Moment đẳng trị trên băng tải:
M = t +t +t Theo đồ thị tính chất tải trọng, ta có:
Công suất đẳng trị của động cơ:
M ndt Νdt (Công thức 2 - 4, [1] – Trang 28)
Mdt là moment đẳng trị (Nm)
Ndt là công suất đẳng trị (kW)
Với vận tốc trên băng tải v = 0,4 m/s nên có số vòng quay của trục tang: n tang = 60.1000 v pD = 60.1000 0,4 π 400 ≈ 19,1 (vòng/phút)
9550 = 0,93 (Kw) Công suất cần thiết: dt ct
Ndt là công suất đẳng trị trên băng tải ƞ=ƞ 1 ƞ 2 ƞ 3 3 là hiệu suất chung, tra bảng 2 – 1, [1] – Trang 27, ta được: η =0,95
1 là hiệu suất bộ truyền đai. η =0,972 là hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ kín. η =0,993 là hiệu suất của một cặp ổ lăn.
Số vòng quay sơ bộ của động cơ :n =n sb tang i i d h
Trong đó: id là tỉ số truyền của đai, tra bảng 2-2, chon id = 5
Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, cần lựa chọn động cơ điện có công suất lớn hơn Nct và vận tốc lớn hơn nsb Do động cơ thường xuyên chịu va đập, việc tham khảo Bảng thông số động cơ điện ABB là cần thiết Trong trường hợp này, động cơ điện KCK100L4 là sự lựa chọn phù hợp.
Bảng 1.1 Thông số động cơ
Công suất định mức trên trục (kW)
Công suất định mức hd ct
Khối lượng động cơ (kg)
PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
T ỉ s ố truy ề n c hung : i c h ung = n dc n tang = 1460 19,1 = 76,44 (Trang 30, [1]) Với: ichung = id.ihgt
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG TRÊN CÁC TRỤC
Công suất trên trục I : N I = N dc η 1 η 3 = 1,5.0,95.0,99 = 1,41 kW
Công suất trên trục II : N II = N I η 2 η 3 = 1,41.0,97 2 0,99 = 1,31 kW
1.3.2 Số vòng quay trên các trục
Trục II : n II = n I i hgt = 292 15,29 = 19,1 (vòng/phút)
1.3.3 Moment xoắn trên các trục
Moment xoắn Mx tính theo công thức:
+ Trục động cơ : M xdc = 9,55.10 6 N dc n dc = 9,55.10 6 1,5
+ Trục II: M xII = 9,55.10 6 N II n II = 9,55.10 6 1,31
Bảng 1.2 Thông số bộ truyền
Thông số Trục động cơ Trục I Trục II
Tỉ số truyền id = 5 Ihgt = 15,29
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
CHỌN LOẠI ĐAI
Truyền động đai là phương pháp hiệu quả để truyền dẫn giữa các trục cách xa nhau, đồng thời đảm bảo hoạt động êm ái Tuy nhiên, do hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai, tỷ số truyền không được duy trì ổn định.
Vì vận tốc băng tải thấp nên cần chọn nhiều bộ truyền để có được 1 tỉ số truyền tương đối lớn.
Chúng tôi chọn bộ truyền đai thang kết hợp với động cơ và hộp giảm tốc vì cấu trúc đơn giản và dễ chế tạo Đai thang có kích thước nhỏ hơn so với đai dẹt, cho phép làm việc với tốc độ lớn, do đó được lắp đặt liền với động cơ Đai thang được phân loại theo kích thước tiết diện từ nhỏ đến lớn, bao gồm các loại Z.
A, B, C, D, E, F Kích thước đai và chiều dài đai được tiêu chuẩn hóa Có thể chọn đai theo công suất P và số vòng quay n1 theo đồ thị sau:
Hình 2.1 Chọn loại tiết diện đai hình thang.
TÍNH TOÁN ĐAI
Các thông số ban đầu:
- Công suất cần thiết của động cơ: N dc = 1,5 (Kw)
- Số vòng quay của trục động cơ: n dc = 1460 (vòng/phút)
- Tỉ số truyền bộ truyền đai: i d = 5
- Số vòng quay trục I (trục đai) n I = 292 (vòng/phút)
- Giả sử vận tốc đai : 5 v 10 (m/s)
Dựa theo sơ đồ lựa chọn đai với thông số Ndc = 1,5 (kW) và nI = 292 (vòng/phút), ta chọn đai loại B.
Bảng 2.1 Thông số bộ truyền đai
Kích thước tiết diện đai thang: b0.h (Tra bảng 5 - 11, [1] – Trang 92) 13x8
- Tiết diện đại F (mm 2 ) 104 Định đường kính bánh đai nhỏ D1 (mm) theo tiêu chuẩn
(Tra bảng 5 – 15, [1] – Trang 93) 112 mm Kiểmnghiệm vận tốc đai: v= π D 1 n dc
Tính đường kính bánh đai lớn D2 (mm) theo tiêu chuẩn
Với 0,02 hệ số trượt của đai thang
Sau khi quy tròn D D 1 ; 2 , ta tính số vòng quay thực bánh bị dẫn n 2 n 2 =(1− ξ) D 1
289,08(vòng/ phút) n 1 sai lệch so với yêu cầu 3 4 %
Tỉ số truyền thực : i th = n dc n 2 = 1460 n
2 so với i d =5 5,1 Chọn sơ bộ khoảng cách trục A tra bảng 5-16:
Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục sơ bộ:
Quy tròn chiều dài đai L theo tiêu chuẩn (Tra bảng 5 - 12, [1] – Trang 92) 2500 (mm) Kiểm nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây max 10 u v u
Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn:
Khoảng cách A thỏa mãn điều kiện (với h = 10,5)
- Khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai min 0,015
- Khoảng cách lớn nhất cần thiết để tạo lực căng
Xác định số đai Z cần thiết
[ ] P o ứng suất có ích cho phép Chọn ứng suất căng ban đầu
C t hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng, tra bảng 5-
C hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm, tra bảng 5-7, [1] 0,93
C v hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc, tra bảng 5-8, [1] 0,97
F diện tích tiết diện đai 104
Vậy lấy số đai Z 2 Định các kích thước chủ yếu của bánh đai:
Chiều rộng bánh đai: B ( Z 1) t 2 S B = 45 mm
Bánh bị dẫn: D n 2 D 2 2 h o (Công thức 5 – 24, [1] –
Tính lực căng ban đầu So và lực tác dụng lên trục R:
Lực căng: F 0 = Z A [ σ 0] (Công thức 5 – 25, [1] – Trang 96)
Lực tác dụng lên trục:
THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG 13 1 Chọn vật liệu chế tạo
Bộ truyền chịu tải trọng trung bình có thể được chế tạo từ các loại thép như thép tôi, thép thường hóa hoặc thép đúc để sản xuất bánh răng Độ rắn bền của răng là yếu tố quan trọng cần xem xét trong quá trình thiết kế và chế tạo.
- Để chạy mòn tốt, lấy độ rắn của bánh răng nhỏ lớn hơn bánh răng lớn khoảng (25 50) HB HB : 1 HB 2 (25 50)HB
- Chọn loại thép chế tạo bánh răng nhỏ và bánh răng lớn khi độ rắn HB ≤ 350.
Bảng 3.1 Thông số vật liệu chế tạo của cặp bánh răng trụ răng thẳng
Nhãn hiệu thép Đường kính phôi (mm)
3.1.2 Xác định ứng suất cho phép
- Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Trong đó: [σ] notx là ứng suất tiếp xúc cho phép( / N mm 2 )
Bánh răng làm việc lâu dài, phụ thuộc vào độ rắn HB, tra bảng 3-9, [1] ta có:
Bảng 3.2 Bảng ứng suất uốn cho phép của vật liệu chế tạo bánh răng
Bánh răng Vật liệu và nhiệt luyện
Số chu kỳ cơ sở N 0
Bánh răng nhỏ Thép cacbon trung bình
Bánh răng lớn 200HB 2,6HB 10 7
Số chu kỳ tương đương N của bánh răng chịu tải trọng thay đồi: k ' N là hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc
Với: N o là số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi tiếp.
N td là số chu kỳ tương đương Bánh răng chịu tải trọng thay đổi, ADCT:
Với: M , n , T i i i là moment xoắn, số vòng quay trong 1 phút và tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i = 5.
M max là moment xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng u là số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay 1 vòng u = 1.
lấy k ' N =1 Ứng suất tiếp xúc cho phép: [σ]tx = [σ]notx k ' N = [σ]notx = 2,6 HB
+ Bánh răng nhỏ: [σ]tx1 = 2,6.250 = 650 (N/mm 2 )
+ Bánh răng lớn: [σ]tx2 = 2,6.200 = 520 (N/mm 2 )
Giới hạn mỏi mòn uốn của bánh răng thép trong chu kỳ mạch động và chu kỳ đối xứng được xác định bởi σ ; σ 0 -1, với σ = (0,4÷0,45) σ * -1 bk Để xác định giới hạn bền kéo σ bk của thép, cần tham khảo bảng 3-8.
+ Bánh nhỏ σ −1 = (0,4÷0,45) σ bk ¿ = (0,4÷0,45).700 = 280÷315 lấy σ −1 = 300 + Bánh lớn σ −2 = (0,4÷0,45) σ bk ¿ = (0,4÷0,45).540 = 216÷243 lấy σ −2 = 330 n là hệ số an toàn Bánh răng làm bằng thép thường hóa n = 1,5.
K σlà hệ số tập trung ứng suất ở chân răng, đối với bánh răng thép thường hóa hoặc tôi cải thiện K σ = 1,8. k N '' = m √ N N 0 td là hệ số chu kì ứng suất uốn.
N 0là số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn, lấy
N tdlà số chu kỳ tương đương Do bị va đạp trung bình, nên tải trọng thay đổi,
m là bậc đường cong mỏi uốn, lấy m = 6
⇒ N td `.1 [ ( 0.8 M M ) 6 3000+ ( M M ) 6 18000+ ( 0.9M M ) 6 3000 ] 292),2.10 7 ⇒ k N '' = √ 6 5.10 29,2.10 6 7 =0,51 Ứng suất uốn cho phép, khi bánh răng làm việc một mặt:
3.1.3 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K
Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K= 1,3÷1,5 , dùng cho các bộ truyền chế tạo bằng vật liệu có khả năng chạy mòn, lấy K=1,5
3.1.4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng Đối với bộ truyền bánh răng trụ ψ = b
A A, chọn bộ truyền chịu tải trọng trung bình ψ = 0,3÷0,45 A lấy ψ = 0,45 A
Trong đó b; A lần lượt là chiều rộng và khoảng cách trục.
3.1.5 Xác định khoảng cách trục A
Hệ số chiều rộng bánh răng ψ = A A b = 0,45
Số vòng quay trên trục II: nII = 19,1 vòng/phút.
Bộ truyền bánh rặng trụ răng thẳng:
K là hệ số tải trọng, lấy K = 1,5
[σ] txứng suất tiếp cho phép khi bánh răng ăn khớp ( bảng 3-9) :
Tính sức bền theo trị số bánh răng nhỏ : [ σ ] tx =[ σ ] tx1 e0 N / mm 2 i hgt ,29tỉ số truyền bộ truyền U hgt ψ = = 0,45 A A b bề rộng bánh răng
N = 1,34042 kW công suất của bộ truyền n 2' số vòng quay trong 1 phút của bánh bị dẫn
Vì bộ truyền ăn khớp ngoài nên A ≥ ( i hgt + 1¿ √ 3 ( 1,05.10 [ σ ] tx i hgt 6 ) 2 ψ KN A n 2'
3.1.6 Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh
Vận tốc vòng của bánh răng trụ:
Chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng: Do vận tốc vòng của bánh răng
V = 0,519 Tra bảng 3-11[1], ta chọn cấp chính xác của bánh răng trụ răng thẳng là cấp 9.
3.1.7 Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A
- Định chính xác hệ số tải trọng K:
Hệ số tải trọng K = K K tt d (3 – 19)
K tt hệ số tập trung tải trọng, nếu tải trọng không thay đổi hoặc thay đổi rất ít thì lấy K tt 1
K d hệ số tải trọng động, tra bảng 3-13 :
Bảng 3.3 Trị số hệ số tải trọng K d
Cấp chính xác Độ rắn mặt răng HB Vận tốc vòng v= 0,4961 m/s
Với A sobo : trị số khoảng cách trục tính ban đầu A sobo 1,9 mm
K sobo: trị số hệ số tải trọng K ban đầu K sobo = 1,5
3.1.8 Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh rang
Chiều rộng bánh răng b = ψ A A = 0,45.300 = 135 mm Đối với bộ truyền bánh răng trụ, chiều rộng bánh răng dẫn lớn hơn chiều rộng bánh răng bị dẫn khoảng 5÷10 (mm) nên:
+ Chiều rộng bánh dẫn: b 1 5 mm
+ Chiều rộng bánh bị dẫn: b 2 0 mm
- Xác định môđun bánh răng:
Môđun được chọn theo khoảng cách A: m = (0,01÷0,02).A n
Với A = 160 mm ⇒ m n =( 0,01÷ 0,02) 300=2,96 ÷ 5,9 lấy môđun theo tiêu chuẩn nên chọn m = 3 n
Vì bộ truyền ăn khớp ngoài nên ta có:
2.300 3.( 15,29+ 1) = 13 răng +Số răng bánh bị dẫn Z 2 ʹ =i Z 1 ,29.139 răng.
3.1.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng và môđun của bánh răng
- Kiểm nghiệm sức bền uốn:
19,1.10 KN6 σ = u ym Znb [u ] b Trong đó: m = 3 - Môđun pháp tuyến của bánh răng.
N: công suất của bộ truyền y: hệ số dạng răng của mỗi bánh răng được chọn theo số răng tương đương Z = Z td , với Z là số răng thực.
Hệ số dịch dao ξ có ảnh hưởng đáng kể đến biên dạng răng của thân khai Khi bánh răng không dịch chỉnh với α = 20°, biên dạng sẽ đạt tiêu chuẩn, tức là hệ số dịch dao ξ = 0 Thông tin chi tiết về trị số hệ số dạng răng có thể được tìm thấy trong bảng 3 – 18, [1] – Trang 52.
Bảng 3.4 Trị số dạng răng y
Bánh răng bị dẫn có 9 răng và tỉ số truyền Z = 2, với số vòng quay trong 1 phút là n Hệ số chiều dài tương đối của răng ψm được xác định theo công thức ψ = m/m_b cho bánh răng thẳng, và giá trị của ψm có thể tra cứu trong bảng 3-17.
Bảng 3.5 Trị số lớn nhất của hệ số chiều dài tương đối của răng.
Bộ truyền thông thường trong hộp σu ứng suất uốn sinh ra tại chân răng.
[σ ]u ứng suất uốn cho phép.
- Kiểm nghiệm môđun của bánh răng:
Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
(Công thức 3 – 29, [1] – Trang 51) + Bánh răng dẫn: m = 3 ≥ √ 3 19,1.10 6 1,45 1,41
3.1.10 Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột
Trong trường hợp lúc mở máy, lúc hãm máy…làm cho bánh răng chịu quá tải với hệ số quá tải
Mqt- moment xoắn quá tải
Vì hệ số tải trọng K = 1,45 khi bánh răng làm việc quá tải, giả sử ta lấy hệ số quá tải là K = 2 qt
Để kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc lớn nhất sinh ra khi quá tải, ta sử dụng công thức: σtxqt = σtx Kqt.
Trong đó: [σ]txqt - ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải.
+ Bánh răng dẫn: σ txqt 1 e0√29,2 N / mm 2
+ Bánh răng bị dẫn: σ txqt 2 R0√2s5,4 N / mm 2 Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: đối với bánh răng thép có độ rắn bề mặt HB ≤ 350: [σ] txqt = 2,5[σ] Noqt
[σ]Noqt = 2,6HB - ứng suất tiếp xúc cho phép, (được tính và tra bảng 3 – 9, [1] – Trang 43) [σ] txqt = 2,5.2,6HB = 6,5HB
+Bánh răng bị dẫn: σ txqt 2 =6,5.22000 N / mm 2
Vậy kiểm nghiệm lại ứng suất cho phép khi quá tải của bánh răng:
+Bánh răng dẫn: σ txqt 1 9,2 N / mm 2
