Thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng trụ

thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh rang trụ Hệ thống dẫn động thông qua động điện qua khớp nối, hộp giảm tốc truyền xích truyền chuyển động tới băng tải Trong... thứ i trục k; rki – toạ độ điểm đặt lực bánh thứ i trục k; hrki – hướng bánh thứ i trục; cbri – vai trò (chủ động hay bị động) bánh thứ i trục k; cq k – chiều quay trục thứ k; Quy ước cqk = trục. .. số truyền trục vít Khoảng cách trục Mơdun Hệ số đường kính Tỉ số truyền Số ren trục vít số bánh vít Hệ số dịch chỉnh bánh vít Góc vít Chiều dài phần cắt ren trục vít

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế đồ án Chi tiết máy là một môn học cơ bản của ngành cơ khí, môn học này không những giúp cho sinh viên có cái nhìn cụ thể, thực tế hơn về những kiến thức đã học, mà còn còn là cơ sở rất quan trọng cho các môn chuyên ngành sẽ được học sau này

Đề tài sinh của em được giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh rang trụ Hệ thống được dẫn động thông qua động cơ điện qua khớp nối, hộp giảm tốc và bộ truyền xích truyền chuyển động tới băng tải

Trong đó quá trình tính toán, thiết kế sinh viên đã tham khảo các tài liệu sau:

- Tập 1 và 2 Chi tiết máy của PGS.TS.TRƯƠNG TẤT ĐÍCH

- Dung sai và lắp ghép của GS.TS NINH ĐỨC TỐC

- Tập 1 và 2 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí của

PGS.TS.TRỊNH CHẤT – TS.LÊ VĂN UYỂN

Do là lần đầu tiên làm quen với công việc tính toán , thiết kế chi tiết máy cùng với

sự hiểu biểu còn nhiều hạn chế cho nên dù đã rất cố gắn tìm hiểu, tham khảo tài liệu và bài giảng của các môn học có liên quan song bài làm của em không thể tránh được những thiếu sót Em kính mong được sự hướng dẫn và chỉnh sửa từ quýThầy (Cô) để bài làm em hoàn thiện nhất và em được tiến bộ hơn trong học tập Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy (Cô) bộ môn, đặc biệt là Thầy VănQuốc Hữu đã trực tiếp hướng dẫn chỉnh sửa, chỉ bảo nhiệt tính và đề ra tiến độ hợp

lí để em hoàn thành bài đúng thời gian và làm tốt nhiệm vụ được giao Em chân thành cám ơn

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP.HCM, Ngày…Tháng…Năm…

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN VĂN QUỐC HỮU

ĐIỂM

THIẾT KẾ TRẠM DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

GV hướng dẫn : Văn Quốc Hữu

- Lực vòng trên băng tải (kG ) :870

PHẦN I : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

1.1 Chọn động cơ điện.

1.1.1 Chọn kiểu loại động cơ:

Hiện nay, có 2 loại động cơ điện là : động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều Để thuận tiện, và phù hợp với lưới điện hiện nay ta chọn động cơ điện xoay chiều Trong số các loại động cơ điện xoay chiều ta chọn loại động cơ điện xoay chiều bap ha không đồng bộ roto lồng sóc ( còn gọi là ngắn mạch) Với những ưu điểm : kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, giá thành thấp, làm việc có độ tin cậy cao, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện mà không cần biến đổi dòng điện, hiệu suất và công suất phù hợp với sự là việc của hệ thống…Ta tiến thành chọn động cơtheo các yếu tố cơ bản sau :

- Giá thành thấp

- Kích thước nhỏ gọn

- Dễ bảo quản, bảo dưỡng và sửa chữa

- Có công suất, momen và tỏa nhiệt phù hợp với yêu cầu thực tế

1.1.2 Yêu cầu :

 Động cơ phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau :

- Công suất định mức của động cơ phải lớn hơn hoặc bằng công suất làm việc chia hiệu suất hệ dẫn động

Xác định hiệu suất toàn bộ hệ :

- Gọi ηch là hiệu suất của toàn bộ hệ thống được xác định theo công thức sau:

ηch = ηTvít .ηBrtrụ.(η¿¿ol)3¿.ηxích.ηk

- Trong đó :

+ ηTvít - hiệu suất truyền động của bộ truyền trục vít bánh vít

+ ηBrtrụ - hiệu suất truyền động của bộ truyền bánh răng trụ

+ η ol - hiệu suất truyền động của một cặp ổ lăn

+ ηxích - hiệu suất truyền động của bộ xích

+ ηk – hiệu suất khớp nối

- Theo bảng 2.3 trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ (Tập 1 Tính toán

thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí của PGS.TS.TRỊNH CHẤT – TS.LÊ VĂN UYỂN)

ηTvít=0,4 ; ηBrtrụ = 0,97 ; η ol= 0,99 ; ηxích = 0,93 ; ηk = 1

 Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ :

- Số vòng quay đồng bộ của động cơ (còn gọi là tốc độ từ trường quay) được xác

- Đầu tiên kiểm tra điều kiện mở máy:

+ Khi mở máy mômen tải không được vượt quá mômen khởi động của động cơ (T

< Tk) nếu không động cơ sẽ không chạy Trong các thông số của các động cơ đềucho tỷ số Tk/Tdn, đó cũng là số liệu ta cần để tham khảo khi chọn nhãn hiệu chođộng cơ, với điều kiện:

T mm

T ≤ T dn T k+ Theo lược đồ phổ tải trọng tác động mà đề bài đã cho:

- Từ các thông số đã tính toán sau:

Công suất Số vòng quaysơ bộ Tỉ số truyềnchung T T mm T dn T k

- Từ các thông số trên ta có thể chọn loại động cơ 4A mang nhãn hiệu 4A112MA6Y3 có các thông số kỹ thuật sau:

Bảng 1.1 Bảng đặc trưng cơ-điện của động cơ

Kiểu động cơ Công suất

Vận tốc quayvg/ph η% Cosφ T max

+ u2-là tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ-răng thẳng.

 Đối với bộ truyền trục vít:

- Bộ truyền xích : uxích = 2 ;

- Bộ truyền trục vít : u1 = 19,25 ;

- Bộ truyền răng trụ - răng thẳng : u2 = 3,642

- Kiểm tra sai số cho phép về tỉ số truyền:

2 Tính công suất trên các trục:

Gọi công suất trên các trục I , II , II I,IV lần lượt là P I,P II,P III,P IV :

- Công suất danh nghĩa trên trục động cơ:

3 Tính mô men xoắn trên các trục:

 Gọi mô men xoắn trên các trục I , II , II I,IV là T I,T II,T III,T IV:

Momen xoắn(Nmm)Trục động cơ

- Điều kiện đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích được viết dướidạng:

Pt = P.k.kz.kn ≤ [P]

- Trong đó: + Pt – công suất tính toán;

+ P – công suất cần truyền;

+ kđc – hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng;

+ kđc = 1,1 (vị trí trục được điều chỉnh bằng con lăn căng xích)

+ kbt – hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn;

+ kbt = 1,3 (môi trường làm việc có bụi; chất lượng bôi trơn đạt yêu cầu)+ kđ – hệ số tải trọng động ; kđ = 1,2 (tải trọng va đập)

+ kc – hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền;

 Pt = 9,024 (kW) < [P] = 10,5 (kW).

- Đồng thời theo bảng (5.8) : p < pmax

- Nhưng do hệ thống cần bước xích nhỏ hơn nên ta dùng xích 3 dãy, khi đó bước

xích được chọn từ điều kiện:

Pd = Pt/kd = 9,024/2,5 ( lấy kd = 2,5 khi số dãy là 3);

 Pd = 3,6096 (kW) < [P] = 5,83 (kW)

- Theo bảng 5.5 với no1 = 50 ( vòng/phút ) và điều kiện Pt≤ [P], chọn [P] = 5,83 (

kW ) và bước xích là p = 31,75 ( mm ) thoả mãn điều kiện bền mòn:

- Từ đó cho thấy sự va đập của các mắt xích vào các răng trên đĩa xích đảm bảo,

không gây ra gãy các răng và đứt má xích

2.2.3 Kiểm nghiệm xích về độ bền:

- Với các bộ truyền xích bị quá tải lớn khi mở máy hoặc thường xuyên chịu tải

trọng va đập trong quá trình làm việc cần tiến hành kiểm nghiệm về quá tảitheo hệ số an toàn:

 s = k Q

d F t+F0+F v ≥ [s]

- Trong đó:

 df1 = 253 – 2.9,623 = 233,7 (mm)

kr – hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích; phụ thuộc vào z:

Bảng 2.1 Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích

 Vậy σ H1= 352,47 (MPa) < [σ H] = 500 (MPa);

- Như vậy có thể dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 170 sẽ đạt được ứng

suất tiếp xúc cho phép [σ H] = 500 (MPa) đảm bảo được độ bền tiếp xúc chorăng đĩa 1

 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích 2 :

- Như vậy có thể dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 170 sẽ đạt được ứng

suất tiếp xúc cho phép [σ H] = 500 (MPa) đảm bảo được độ bền tiếp xúc chorăng đĩa 2

- Trong đó: FT – lực vòng; Fo – lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh

ra, tính theo công thức (5.16); Fv – lực căng do lực li tâm sinh ra, tính theocông thức Fv = q.v2

- Trong tính toán thực tế có thể bỏ qua Fo và Fv nên F1 = Ft Vì vậy lực tác dụngtrên trục được tính theo công thức:

+ Fr = kx.Ft = 6.107.kx.P/z.p.n : kx – hệ số kể đến trọng lượng xích; kx = 1,15 khi

bộ truyền nằm ngang hoặc nghiêng một góc < 40o;

+ Ft – lực vòng băng tải; Ft = 8700 (N) ;

 Fr = 1,15.8700 = 10005 (N)

Bảng 2.2 Các thông số của bộ truyền xích

- Chủ động: d1 = 253 (mm)

- Bị động: d2 = 506 (mm)Đường kính vòng đỉnh của đĩa xích:

- Chủ động: d a 1=267 (mm)

- Bị động:d a 2= 521 (mm)Đường kính vòng chân răng của đĩa

- Tổng thời gian sử dụng: 2.4.280.4=8960 (giờ).

- Đối với hộp giảm tốc trục vít – bánh răng chịu công suất nhỏ (Pđc

Đm =3 Kw),chỉ cần chọn vật liệu nhóm I Vì nhóm I có độ rắn HB≤ 350, bánh răng đượcthường hoá hoặc tôi cải thiện Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xácsau khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền có khả năng chạy mòn Cụ thể theobảng (6.1), ta chọn:

- Ứng suất tiếp súc cho phép [σ H] và ứng suất uốn cho phép [σ F] được xác địnhtheo công thức:

+ 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 của bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn;

- Trong thiết kế sơ bộ ta lấy: ZR.Zv.KxH = 1 và YR.Ys.KxF = 1, do đó công thứctrên trở thành:

- Với SH và SF lần lượt là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn;

- Thay số vào ta được kết quả:

+ KHL,KFL – hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ và chế

độ tải trọng của bộ truyền, được xác định theo công thức sau:

+ NFO – số chu kỳ thay đổi ứng suất cở sở khi thử về độ uốn;

+ NFo = 4.106 đối với tất cả loại thép;

+ NHE,NFE – số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Khi bộ truyềnchịu tải trọng thay đổi nhiều bậc:

- Vì bộ truyền làm việc có tải trọng thay đổi:

- Theo công thức (6.7) (trang 93):

i HE

t

t T

T t

u

n c

3

max 1

1 2

+ ti = 8960 (h): tổng thời gian làm việc

- Theo công thức 6.8 (trang 93, tập 1) :

6 6

 N FE N Fo do đó KFL2 = 1 tương tự KFL1 = 1

- Ta lấy NHE = NHO và NFE = NFO khi đó ta có kết quả KHL = 1 và KFL = 1 (đườngcong mỏi gần đúng là đường thẳng song song với trục hoành; tức là trênkhoảng này giới hạn tiếp xúc và giới hạn uốn không thay đổi)

- Từ công thức (3.2a) ta có được kết quả:

[σ H 1] = 570.11,1 = 518,181 (MPa)[σ H 2] = 550.11,1 = 500,1 (MPa)[σ F 1] = 450.1 11,75 = 257,14 (MPa)[σ F 2] = 432.1 11,75 = 246,85 (MPa)

- Với bộ truyền động răng trụ - răng thẳng, ứng suất cho phép là giá trị nhỏ hơn

trong 2 giá trị của [σ H 1] và [σ H 2].Tức là [σ H] = 500 (MPa)

- Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép khi quá tải:

- Với bánh răng tôi cải thiện:

3.3.1 Xác định các thông số của bộ truyền:

- Đối với hộp giảm tốc, thông số cơ bản là khoảng cách trục aw Được xác địnhtheo công thức:

+ T1 – mômen xoắn trên trục bánh chủ động (Nmm);

+ [σ H] - ứng suất tiếp xúc cho phép (MPa);

+ u – tỉ số truyền ;+ ψ ba = bw/aw ; các hệ số trong đó bw là chiều rộng vành răng; + ba=0,25 chọn sơ bộ theo (bảng 6.6)

+ K Hβ – hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiềurộng vành răng khi tính về tiếp xúc và hệ số ψ bd được xác địnhtheo công thức:

- Đối với bộ truyền bánh răng trụ - răng thẳng:

- Ta có: góc nghiêng β = 0, từ công thức trên ta sẽ xác định được số răng bánhnhỏ

 z1 = 2aw/[m.(u+1)] = [2,5.(3,642+1)]2 233 = 40,1 (răng), ta lấy số nguyên là z1 = 40(răng)

- Từ z1 = 40 (răng), ta sẽ tính được z2 thông qua tỉ số truyền:

 z2 = u.z1 = 3,642.40 = 145,68 (răng), ta lấy số nguyên là z2 = 146 (răng)

- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

+ Phép tính kiểm nghiệm nói chung được tiến hành khi đã biết các thông sốcủa bộ truyền và điều kiện làm việc của nó Ở đây yêu cầu xác định với độchính xác cao nhất có thể các hệ thống ảnh hưởng đến khả năng làm việc của

bộ truyền, nhờ đó chúng ta có thể thay đổi một vài kích thước nếu cần thiết.+ Ứng suất xuất hiện trên mặt răng bộ truyền phải thoả mãn điều kiện sau:

+ bw = ψ ba.aw = 0,25.233 = 58,25(mm)+ [σ H] - ứng suất tiếp xúc cho phép (MPa)

- Từ các thông số trên ta được :

- Theo (6.1) với v = 2,57 (m/s) < 5 (m/s), Zv = 1, với cấp chính xác động học là

9 , chọn cấp chính xác về tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám, Ra =2,5…1,25m, do đó ZR = 0,95; với da ≤ 700 (mm), KxH = 1

- Từ đó ta được :

 σ H = [σ H] Zv ZR KxH = 437,7.1.0,95.1 = 415,8 (MPa)

- Như vậy σ H < [σ H], do đó ta chọn:

 aw = 233 (mm) với σ H = 415,8 (MPa) < [σ H] = 500,1 (MPa)

 Thoả mãn điều kiện ứng suất.

3.3.3.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

- Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không

được vượt quá giá trị cho phép:

Thoả mãn điều kiện về ứng suất độ bền uốn.

3.3.3 Kiểm nghiệm răng về quá tải:

- Để tránh biến dạng hư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt, ứng suất tiếp xúc cực đại σ Hmax

không được vượt quá một giá trị cho phép:

- Các thông số và kích thước của bộ truyền bánh răng trụ - răng thẳng:

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ H]:

- Với bánh vít được làm bằng đồngt thanh không thiết ta được:

[σ H] = 220 (MPa); do vs = 2,6 (m/s) theo bảng 7.2

b) Ứng suất uốn cho phép [σ F]:

- Đối với bánh vít làm bằng đồng thanh không thiết :

 KFL=9

13,22.1 06= 0,751

 [ F] =166.0,751 =124,666 (Mpa);

b) Ứng suất cho phép khi quá tải:

- Đối với bánh vít được làm bằng đồng thanh không thiết:

[σ H]max = 2.σ ch= 2.200 = 400 (MPa)

[σ F]max = 0,8.σ ch = 0,8.200 = 160 (MPa)

3.4.3 Tính toán truyền động trục vít về độ bền:

a) Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền:

- Khoảng cách trục của bộ truyền trục vít bằng thép ăn khớp với bánh vít bằnggang được tính theo công thức sau:

+ [σ H] - ứng suất tiếp cho phép (MPa)

- Để tính được aw cần chọn trước các giá trị :

- Dựa vào u = 19,25, ta được z1 = 2 và z2 = u.z1 = 19,25.2 = 38,5, ta lấy sốnguyên z2=39 > zmin = 26 28 (để tránh cắt chân răng) và z2 < 80 (đểtránh gây nên biến dạng lớn của trục vít và kích thước quá lớn)

c) Hệ số dịch chỉnh: Muốn đảm bảo được khoảng cách trục định trước cần tiến

d) Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc:

- Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng bánh vít của bộ truyền đã đượcthiết kế phải thoả mãn điều kiện sau:

 Thoả mãn điều kiện ứng suất tiếp xúc cho phép.

e) Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn:

- Để đảm bảo độ bền uốn của răng bánh vít, ứng suất uốn sinh ra tại chân răngtại chân răng bánh vít không được vượt quá một giá trị cho phép:

YF – hệ số dạng răng, YF = 1,55 (do zv = z2/cos3(γ) = 41,6) theo bảng7.8

 σ F = 1,4.22601,67 1,55.1,122/(18.24.1,96)

 σ F = 64,9 (MPa)

Vậy σ F = 64,9 (MPa) < [σ F] = 124,666 (MPa) (thoả mãn)

f) Kiểm nghiệm răng bánh vít về quá tải:

- Để tránh biến dạng dư hoặc dính bề mặt răng, ứng suất tiếp xúc cực đại khôngđược vượt quá một giá trị cho phép:

+ to=200 – nhiệt độ môi trường xung quanh (không khí);

+ η – hiệu suất bộ truyền; η = 0,74

+ P1 – công suất trên trục vít; P1 = P2/η = T2.n1/(9,55.106.u.η)

 P1 = 30315,56.945/(9,55.106.19,25.0,74) = 0,21 (Kw)+ Kt = 13 W/(m2 oC) – hệ số toả nhiệt

+ A – diện tích bề mặt thoát nhiệt của hộp giảm tốc (m2)

P1;

β = tck/(∑Pi.ti/P1) = 8/(1.4 + 0,5.4) = 1,33+ [td] – nhiệt độ cao nhất cho phép của dầu; [td] = 90o ( trục vít đặt dưới bánhvít)

 td = 20o + 1000(1-0,74) 0,164/[13 0,0753.(1+0,3).1,33] = 45,19o

 Vậy thoả mãn yêu cầu về nhiệt độ

- Kiểm tra sai số vận tốc:

- Tính tỷ số truyền thực tế:

Momen xoắn(Nmm)Trục động cơ

d ≥ 3

√0,2.[τ ] T (mm)Trong đó: T – mômen xoắn (Nmm)

[τ] - ứng suất xoắn cho phép với vật liệu thép 45

4.1.2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:

- Để tính được các kích thước của trục trước hết ta chọn các kích thước sau:

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

Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp (lấy giá

trị nhỏ khi bôi trơn ổ bằng dầu trong hộp giảm tốc) k2 =10

Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ k3=15

- Chiều dài mayơ nửa khớp nối:

+ lm12 = (1,4…2,5).d1 (đối với nối trục đàn hồi)

 lm12 = (1,4…2,5).25 = (35…62,5) (mm)

 Chọn lm12 = 50 (mm)

- Chiều dài mayơ bánh răng trụ:

+ lm23 = (1,2…1,5).d2

+atw–góc ăn khớp; cos(atw) = zt.m.cos(a)/(2.aw)=186.2,5.cos(20)/(2.233) = 0,9376

- Tổng quát để xác định chiều và trị số lực tác dụng lên trục I, ta chọn toạ độ

Oxyz và kí hiệu như sau:

- K số thứ tự của trục cần tính;

- i – số thứ tự của chi tiết quay lắp trên trục có tham gia truyền tải trọng;

- Fxki,Fyki,Fzki – lực tác dụng theo phương x,y,z của chi tiết thứ i trên trục k;

- rki – toạ độ điểm đặt lực trên bánh răng thứ i trên trục k;

- hrki – hướng răng của bánh răng thứ i trên trục;

- cbri – vai trò (chủ động hay bị động) của bánh răng thứ i trên trục k; cqk – chiềuquay của trục thứ k;

- Quy ước cqk = 1 khi trục quay ngược chiều kim đồng hồ (nhìn từ mút trục bênphải) và cqk = -1 khi quay cùng chiều kim đồng hồ

- hrki = 1 khi răng phải, hrki = -1 khi răng trái;

- cbki = 1 khi chi tiết quay là chủ động, = -1 khi là bị động;