THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY

Hệ thống dẫn động bao gồm: 1 Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2 Nối trục đàn hồi; 3 Hộp giảm tốc bánh răng trụ nghiêng một cấp; 4 Bộ truyền xích ống con lăn; 5 Băng tải. Số liệu thiết kế: Lực vòng trên băng tải, F(N) = 2000(N) Vận tốc băng tải, v(ms) = 3, 3(ms) Đường kính tang dẫn, D(mm) = 400(mm) Thời gian phục vụ, L = 6 năm Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ). Chế độ tải: T1 = T; T2 = 0, 85T;t1 = 58s; t2 = 14s

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

MÔN NGUYÊN LÍ - CHI TIẾT MÁY

BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Đại - MSSV: 19146146

Thời gian phục vụ, L = 6 năm

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

Chế độ tải: T1 = T ; T2 = 0, 85T ;t1 = 58s; t2 = 14s

Trang 2

Bài tập 1 - Phần 1: Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền.

Chọn động cơ điện

Xác định công suất động cơ:

Vì động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng thay đổi nên ta chọn động cơ dựa trên côngsuất đẳng trị

Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết:

P n i=1

Ta tính được:

K td =

v u u u t

• η ol = 0, 99 Hiệu suất ổ lăn.

1 Trần Thiên Phúc, Thiết kế máy và công dụng chung, trang 18.

2

Trang 3

• η x = 0, 93 Hiệu suất bộ truyền xích.

• η br = 0, 96 Hiệu suất hộp giảm tốc bánh răng trụ thẳng 1 cấp.

• η k = 1 Hiệu suất của khớp nói trục đàn hồi.

Từ (1) và (2), theo Phụ lục I3 chọn được động cơ có thông số như sau:

Kiểu động cơ Công suất, (kW ) Vận tốc quay, (v/p) cos ϕ η % T max /T dn T k /T dn

Phân phối tỉ số truyền

Tỉ số truyền chung của hệ:

uch = ndc

nct

= 1455

160 = 9, 09Phân phối tỉ số truyền: uch = ubr × ux× uk

2 Trần Thiên Phúc, Thiết kế máy và công dụng chung,trang 19.

Trang 7

Kiểm nghiệm bước xích theo công thức (6.13)5:

Theo bảng 6.76, ta có số lần va đập i < [i] = 20 (ứng với bước xích 25, 4(mm))

Kiểm nghiệm bộ truyền xích

• Q - Tra theo bảng 6.17, tải trọng phá hỏng Q = 50(kN )

Trang 8

• Kr - Hệ số tải trọng động, tải trung bình va đập nhẹ, chọn Kr = 1, 2

• F0 - Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra:

Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc

Kiểm tra độ bền tiếp xúc theo công thức:

180 × 1 = 456, 14(M P a)

Theo bảng 6.109, ta chọn vật liệu chế tạo đĩa xích là Thép C45 tôi cải thiện

Độ cứng HB170, đạt độ cứng [σH] = 500(M P a)

Trang 10

Bài tập 2 - Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ

Các thông số ban đầu:

• Công suất truyền: P1 = 7, 54(kW )

• Moment xoắn cực đại: T1 = 49489, 3(N mm)

Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng

Ta chọn loại vật liệu hai cấp của bánh răng như nhau (thép C45 cải thiện) chọnnhư sau:

Trang 11

Trong đó:

• σ0Hlim - Giới hạn mỏi tiếp xúc tương ứng với chu kì cơ sở10:

σ0Hlim = 2H + 70

σ0Hlim1 = 2H1 + 70 = 2 × 250 + 70 = 570(M P a)

σ0Hlim2 = 2H2 + 70 = 2 × 235 + 70 = 540(M P a)

• KHL - Hệ số tuổi thọ:

KHL = mHr NHO

NHE

• NHO - Số chu kỳ làm việc cơ sở:

NHO = 30HB2,4

• sH - Hệ số an toàn: sH = 1, 1

• mH - Bậc của đường cong mỏi: mH = 6

• NHE - Chu kỳ làm việc tương đường, với trường hợp tải trọng thay đổi:

Trang 13

KF β = 1, 05

Trang 15

2, 5 × 25cos 12, 430 ≈ 64(mm)

d2 = mnz2cos β =

2, 5 × 100cos 12, 430 ≈ 256(mm)

Dựa theo bảng 3.1014 chọn cấp chính xác bộ truyền là 9

14 Trần Thiên Phúc, Thiết kế chi tiết máy và công dụng chung, trang 49

Trang 16

Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc tính toán:

σH = ZMZHZε

dw1

s2T1KH(u + 1)

= 20, 440

15 Trần Thiên Phúc, Thiết kế chi máy và công dụng chung, trang 51.

Trang 17

Suy ra:

ZH =

s

2 × cos 12, 430sin (2 × 20, 440) = 1, 727

Vì cặp bánh răng được làm bằng thép: ZM = 275M P a1/2

Hệ số ảnh hưởng của tổng chiều dài tiếp xúc:

Zε = r 1

εαTheo (

Hệ số xét đến ảnh hưởng của điều kiện bôi trơn, chọn Kl = 1

Hệ số ảnh hưởng của kích thước răng:

Trang 18

Vậy điều kiện bền tiếp xúc được thỏa.

Kiểm nghiệm ứng suất uốn

Ứng suất uốn cho phép:

[σF] = σ0F limKF LYRYxYδKF C

sF

Trong đó:

Hệ số xét đến ảnh hưởng khi quay hai đến độ bền mỏi: KF C = 1 khi quay 1 chiều

Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám: YR = 1 khi phay và mài răng

Hệ số kích thước: Yx = 1, 05 − 0, 005m = 1, 05 − 0, 005 × 2, 5 = 1, 0375

Hệ số độ nhạy vật liệu bánh răng đến sự tập trung ứng suất:

Yδ = 1, 082 − 0, 172 log m = 1, 082 − 0, 172 log 2, 5 = 1, 014Suy ra:

[σF 1] = [σF 1]YRYxYδKF C = 257, 14 × 1 × 1, 0375 × 1, 014 × 1 = 270, 52(M P a)[σF 2] = [σF 2]YRYxYδKF C = 241, 71 × 1 × 1, 0375 × 1, 014 × 1 = 254, 29(M P a)

zv2 = z2

cos3β =

100cos312, 43 = 107, 38

Trang 19

[σF 1]

YF 1 =

270, 52

3, 961 = 68, 30[σF 2]

YF 2 =

254, 29

3, 593 = 70, 77Kiểm tra độ bền uốn cho bánh dẫn là bánh có độ bền thấp hơn

Ứng suất uốn được tính theo:

Trang 20

Thông số bộ truyền bánh răng trụ nghiêng

Thông số Kí hiệu Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn

Trang 22

Sơ bộ chiều dài các trục:

f1= B ol /2 + B k + 25 l/2

Trang 23

Biểu đồ moment

Lực tác dụng lên bánh răng: Ft1 = 1546, 54(N ), Fa1 = 340, 88(N ), Fr1 = 576, 41(N ).Giả sử chọn nối trục đàn hồi Bộ phận công tác là băng tải nên chọn K = 1,516.Moment xoắn tính toán:

Tt = K × T1 = 1, 5 × 49489, 3 = 74233, 95(N mm)Chọn nối trục có [T ] = 125(N m) có D0 = 90(mm)17

Và có chiều ngược chiều với lực vòng trên bánh răng

Dựa vào biểu đồ(hình 5) nội lực tính Moment uốn tổng hợp tại từng tiết diện theocông thức:

d ≥ 3

s

Mtd

0, 1[σ]

16 Trần Thiên Phúc, Thiết kế chi tiết máy và công dụng chung, bảng 9.1 trang 229.

17 Trần Thiên Phúc, Thiết kế chi tiết máy và công dụng chung bảng 9.10a, trang 239.

Trang 24

dA = 20(mm); dB = 24(mm); dC = 20(mm); dD = 18(mm)

Trang 25

Tính toán và chọn then bằng:

Chọn vật liệu:

Chọn vật liệu then bằng là thép C45 có:

Ứng suất cắt cho phép: [τc] = 60 MPa

Ứng suất dập cho phép: [σd] = 100 MPa

Chọn then bằng tại vị trí lắp bánh răng.

Vị trí lắp bánh răng có d = 24(mm)

Dự theo bảng 7.1218 ta chọn:

b = 8(mm), h = 7(mm), t = 4, 0(mm), t1 = 3, 3(mm), l = 45(mm)

Chiều dài làm việc của then đầu tròn: l1 = l − b = 45 − 8 = 37(mm)

Kiểm tra ứng suất cắt:

τc = 2 × T1

d × l1 × b =

2 × 49489, 28

24 × 37 × 8 = 13, 93(M P a) < [τc] = 60(M P a)Kiểm tra ứng suất dập:

σd = 2 × T1

d × l1 × (h − t) =

2 × 49489, 28

24 × 37 × (7 − 4) = 37, 15(M P a) < [σd] = 100(M P a)Kết luận: Then đảm bảo được độ bền

Chọn then bằng tại vị trí lắp nối trục đàn hồi.

Tại vị trí lắp trục đàn hồi có d = 18(mm) Dự theo bảng 7.12 ta chọn:

τc = 2 × T1

d × l1 × b =

2 × 49489, 28

σd = 2 × T1

d × l1 × (h − t) =

2 × 49489, 28

18 × 24 × (6 − 3, 5) = 91, 64(M P a) < [σd] = 100(M P a)Kết luận: Then đảm bảo được độ bền

18 Trần Thiên Phúc, Thiết kế chi tiết máy và công dụng chung, trang 170.

Trang 26

Giá trị sσ, sτ được xác định theo công thức:

Ứng suất tiếp thay đổi theo chu kỳ mạch động khi trục quay một chiều:

τa = τm = τmax

T2W0với W0 là moment cản xoắn

Moment cản uốn và moment cản xoắn của các tiết diện trục I:

Trang 27

Biên độ và giá trị trung bình các ứng suất trên trục I:

Tiết diện σa, MPa σm, MPA τa = τm, MPa

Trang 28

28 Kết quả tính toán đối với tiết diện trục I

Hệ số ψσ, ψτ xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi và phụthuộc vào cơ tính vật liệu, tra theo bảng 7.420:

Trang 30

30 62(mm) 62, 2(mm) 62, 2(mm)

48097,40 188114,0

B A

d ≥ 3

s

Mtd

0, 1[σ]

Trang 31

dA = 30(mm); dB = 35(mm); dC = 36(mm); dD = 35(mm)

Tính toán và chọn then bằng:

Chọn vật liệu:

Chọn vật liệu của then như ở trục I

Chọn then bằng tại vị trí lắp bánh răng.

Vị trí lắp bánh răng có d = 36(mm)

Dự theo bảng 7.1222 ta chọn:

Kết luận: Then đảm bảo được độ bền

Chọn then bằng tại vị trí lắp đĩa xích.

Chọn then hai đầu bằng Tại vị trí lắp đĩa xích có d = 30(mm) Dự theo bảng 7.12

ta chọn:

Trang 32

Chiều dài làm việc của then đầu tròn: l1 = l = 45(mm)

τc = 2 × T2

d × l1 × b =

2 × 188114

σd = 2 × T2

d × l1 × (h − t) =

2 × 188114

30 × 45 × (8 − 5) = 92, 89(M P a) < [σd] = 100(M P a)Kết luận: Then đảm bảo được độ bền

Giá trị sσ, sτ được xác định theo công thức:

Ứng suất tiếp thay đổi theo chu kỳ mạch động khi trục quay một chiều:

τa = τm = τmax

T2W0với W0 là moment cản xoắn

Trang 33

Moment cản uốn và moment cản xoắn của các tiết diện trục II:

Biên độ và giá trị trung bình các ứng suất trên trục II:

Tiết diện σa, MPa σm, MPa τa = τm, MPa

Kết quả tính toán đối với tiết diện trục II

Hệ số ψσ, ψτ xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi và phụthuộc vào cơ tính vật liệu, tra theo bảng 7.424:

Trang 34

Phác thảo trục II:

24 10

15 50,2

50 70

Trang 35

hợp giảm tốc

Thiết kế cặp ổ lăn trên trục I

Các thông số đề cho, và số liệu đã được tính

• Phản lực liên kết tác dụng lên ổ lăn:

• Thời gian làm việc của hệ thống: 6 năm, 1 năm làm việc 300 ngày, làm việc 2

ca, 1 ca làm việc 8 giờ

Lh = 6 × 300 × 2 × 8 = 28800(h)

• Tuổi thọ ổ lăn: L = 60 × n × Lh

106 = 60 × 1455 × 28800

106 = 2514, 24 triệu vòng

Tính toán lực tác dụng lên ổ lăn

Lực hướng tâm tác dụng lên ổ lăn A1:

Trang 36

Chọn sơ bộ ổ lăn 46304 cỡ trung hẹp, theo phụ lục ổ lăn P2.1226, có d = 20(mm),

α = 26o, e = 0,68, và lắp theo kiểu chữ "O":

25 Thông số bộ truyền bánh răng trụ nghiêng, trang 20.

26 Trịnh Chất, Sách tính toán hệ dẫn động cơ khí, tập 1, trang 264.

Trang 37

Tải trọng động tác dụng lên ổ:

Tra theo bảng 8.429

• Kσ = 1, 2

• Kt = 1 vì nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 100oC

Tải trọng động quy ước tác dụng lên ổ:

Kết luận: Ổ lăn 46304 đã chọn thỏa đủ độ bền tĩnh

Trang 38

Thiết kế cặp ổ lăn trên trục II

Các thông số đề cho, và số liệu đã được tính

• Phản lực liên kết tác dụng lên ổ lăn:

• Thời gian làm việc của hệ thống: 6 năm, 1 năm làm việc 300 ngày, làm việc 2

ca, 1 ca làm việc 8 giờ

Lh = 6 × 300 × 2 × 8 = 28800(h)

• Tuổi thọ ổ lăn: L = 60 × n × Lh

106 = 60 × 364 × 28800

106 = 628, 992 triệu vòng

Tính toán lực tác dụng lên ổ lăn

Lực hướng tâm tác dụng lên ổ lăn B2:

Chọn sơ bộ ổ lăn 307 cỡ trung, theo phụ lục ổ lăn, có d = 35(mm):

31 Thông số bộ truyền bánh răng trụ nghiêng, trang 20.

Trang 39

Tải động tương đương trên ổ B:

Kết luận: Ổ lăn 407 đã chọn thỏa đủ độ bền tĩnh

Trang 40

Tài liệu tham khảo

[1] Trần Thiên Phúc, Thiết kế chi tiết máy và công dụng chung, Nhà xuất bản Đạihọc Quốc gia TP Hồ Chí Minh (2011)

[2] Trịnh Chất và Lê Văn Uyển, Tính toán hệ dẫn động cơ khí, tập Một,Tái bản lầnthứ 6, Nhà xuất bản Giáo dục (2006)

40

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Băng Tải Nguyên Lý Chi Tiết Máy
Tác giả	Nguyễn Trọng Đại
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hcm
Chuyên ngành	Cơ Khí Chế Tạo Máy
Thể loại	bài tập lớn

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	410,2 KB