THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ

Tuần Nội dung chỉnh sửa Thầy coi xong trục 2, làm tiếp tục Sửa biểu đồ môment trục trục BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY - - THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ Sinh viên thực hiện: 1/ Nguyễn Cao Thái Hịa 2/ Nguyễn Hồng Hiệp 3/ Trần Trọng Đức 4/ Huỳnh Thủ Độ Lớp học phần: 420300290701 MSSV: 19481421 MSSV: 19472021 MSSV: 19487041 MSSV: 1948419 Giáo viên hướng dẫn: Lê Thanh Danh ………………… Ký tên: …………… ĐỀ 10: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Phương F v án (N) (m/s) 4200 1,1 D L T1 T2 t1 (mm) (năm) (Nmm) (Nmm) (giây) 450 T 0,8T 35 t2 (giây) 15 Nội dung Chương TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.1 TÍNH TỐN CHỌN ĐỘNG CƠ: 1.1.1 Số liệu ban đầu: 1.1.2 Xác định công suất cần thiết động cơ: 1.1.3 Xác định sơ số vòng quay đồng động cơ: .8 1.1.4 Chọn động cơ: 1.2 PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN VÀ TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI: 10 1.2.1 Phân phối tỉ số truyền: 10 1.2.2 Xác định cơng suất, số vịng quay mơmen xoắn trục: .11 Chương 13 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGỒI 13 2.1 THÔNG SỐ BAN ĐẦU: 13 2.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH: 13 2.2.1 Chọn loại xích: 13 2.2.2 Chọn số đĩa xích: 13 2.2.3 Xác định bước xích: 13 2.2.4 Xác định khoảng cách trục số mắt xích: 14 2.2.5 Xác định thông số đĩa xích: 15 2.2.6 Xác định lực tác dụng lên trục: 17 2.2.7 Tổng hợp thơng số truyền xích: 17 Chương 19 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 19 3.1 SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ CÁC BÁNH RĂNG: 19 3.2 CHỌN VẬT LIỆU: 19 3.3 BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG Z 1−Z 20 3.3.1 Xác định ứng suất cho phépσH : 20 3.3.2 Ứng suất uốn giới hạnσF : 21 3.3.3 Chọn ứng suất tiếp xúc theo bánh bị dẫnσH : 23 3.3.4 Chọn hệ số chiều rộng vành ψ ba theo tiêu chuẩn: 23 3.3.5 Tính khoảng cách trục aW : 23 3.3.6 Tính chiều rộng vành răng: 23 3.3.7 Tính mơđun: .24 3.3.8 Tính tổng số răng: .24 3.3.9 Kiểm tra lại tỷ số truyền: 24 3.3.10 Xác định kích thước truyền: 25 3.3.11 Tính vận tốc chọn cấp xác: 26 3.3.12 Xác định lực tác dụng lên truyền: 26 3.3.13 Chọn hệ số tải trọng động : 26 3.3.14 Xác định σH 26 3.3.15 Tính hệ số YF1, YF2: 27 3.3.16 Tính ứng suất uốn đáy răng: 28 3.4 BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG Z 3−Z 29 3.4.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép: .29 3.4.2 Ứng suất uốn cho phép σF : 31 3.4.3 Chọn ứng suất tiếp xúc theo bánh bị dẫn σH : .32 3.4.4 Chọn hệ số chiều rộng vành ψ ba theo tiêu chuẩn: 32 3.4.5 Tính khoảng cách trục aW : 32 3.4.6 Tính chiều rộng vành răng: 33 3.4.7 Tính mơđun: .33 3.4.8 Tính tổng số răng: .33 3.4.9 Kiểm tra lại tỷ số truyền: 33 3.4.10 Xác định kích thước truyền: 33 3.4.11 Góc ăn khớp .34 3.4.12 Tính vận tốc chọn cấp xác 34 3.4.13 Xác định lực tác dụng lên truyền 34 3.4.14 Chọn hệ số tải trọng động 35 3.4.15 Xác định σH 35 3.4.16 Tính hệ số YF3, YF4 36 3.4.17 Tính ứng suất uốn đáy 36 3.4.18 Phân tích lực tác dụng lên cấu: 38 Chương 39 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 39 4.1 Tính trục .39 4.1.1 Chọn vật liệu làm trục 39 4.1.2 Xác định chiều dài trục .39 4.2 Trục 41 4.2.1 Xác định khoảng cách lki .41 4.2.2 Tính phản lực gối đỡ .42 4.2 Biểu đồ lực, moment trục 44 4.2.4 Xác định đường kính trục tiết diện nguy hiểm trục 45 4.2.5 Z1 ) Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi vị trí 10 vị trí 12 (bánh 47 4.2.6 Tính then 52 4.3 Trục 54 4.3.1 Xác định khoảng cách lki 54 4.3.2 Tính phản lực gối đỡ .54 4.3.3 Biểu đồ lực, moment trục 56 4.3.4 Xác định đường kính trục tiết diện nguy hiểm trục 57 4.3.5 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi vị trí 21 (bánh Z2) 58 4.3.6 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi vị trí 22 (vị trí bánh Z3) 61 4.3.7 Tính then 64 4.4 Trục 65 4.4.1 Xác định khoảng cách lki 65 4.4.2 Tính phản lực gối đỡ .65 4.4.3 Biểu đồ lực, moment trục 67 4.4.4 Xác định đường kính trục tiết diện nguy hiểm trục 67 4.4.5 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi vị trí bánh Z4 đĩa xích 69 4.4.6 Tính then 75 CHƯƠNG 77 TÍNH TOÁN CHỌN Ổ LĂN 77 5.1 Chọn ổ lăn cho trục .77 5.1.1 Thông số biết trước .77 5.1.2 Xác định hệ số Kσ , Kt, V .78 5.1.3 Tải trọng động quy ước 78 5.1.4 Xác định thời gian làm việc 78 5.1.5 Xác định khả tải động tính tốn ổ 78 5.2 Chọn ổ lăn cho trục .81 5.3 Chọn ổ lăn trục 3: 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO .93 Chương TÍNH TỐN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.1 TÍNH TỐN CHỌN ĐỘNG CƠ: 1.1.1 Số liệu ban đầu: Hệ thống truyền động băng tải làm việc có thơng số sau:  Lực vòng băng tải, F (N): 4200  Vận tốc băng tải, v (m/s): 1,1  Đường kính tang dẫn, D (mm): 450  Thời gian phục vụ, L (năm):  Hệ thống quay chiều, làm việc ca, tải va đập nhẹ  (1 năm làm việc 300 ngày, ca làm việc giờ)  Chế độ tải: T1 = T; T2 = 0,8T; t1 = 35; t2 = 15 1.1.2 Xác định công suất cần thiết động cơ: Công suất trục động điện xác định theo công thức 2.8/19[1]: Pct = Pt η Trong đó: - Pct : công suất cần thiết trục động cơ, kW; - Pt : cơng suất tính tốn trục máy cơng tác, kW; - η : hiệu suất truyền động Theo cơng thức 2.9/19[1], ta có hiệu suất truyền động: η=ηk ×η 4ol ×η 3brt × ηx =1 × 0,994 ×0,973 ×0,91=0,8 η k: hiệu suất khớp nối trục; η ol: hiệu suất cặp ổ lăn; ηbrt : hiệu suất cặp bánh nghiêng; η x: hiệu suất truyền xích Dựa vào bảng 2.3 ta chọn hiệu suất Hệ thống truyền động băng tải làm việc với sơ đồ tải trọng sau: Theo công thức 2.12/21[1] 2.13/21[1], công suất làm việc trục máy cơng tác: F×v Pt =Ptd = × 1000  Pct = √ T1 T t 1+ t T T 4200 ×1,1 = × t 1+ t 1000 ( ) ( ) √ T 0,8.T ×35+ T T 35+15 () ( ) ×15 =4,36 kW Pt 4,36 = =5,45 kW η 0,8 1.1.3 Xác định sơ số vòng quay đồng động cơ: Theo 2.16/21[1], số vòng quay trục máy cơng tác: nlv =60000 × v 1,1 vịng =60000 × =46,69 π× D π × 450 phút Trong đó: - v: vận tốc băng tải - D : Đường kính tang dẫn Dựa vào bảng 2.4/21[1] ta chọn tỉ số truyền hộp giảm tốc bánh trụ hai cấp uh =16 ; ux =4 , số vịng quay sơ động theo công thức 2.18/21[1] sau: n sb=nlv × nt =46,69 ×16 × 4=2988,16 vòng phút Chọn số vòng quay đồng động cơ: n sb=3000 vòng phút 1.1.4 Chọn động cơ: - Ta chọn động thỏa mãn: { Pdc ≥ P ct nsb ≈ ndc Ta chọn động dựa vào số liệu ta chọn động không đồng pha hãng VIHEM tra tài liệu [3] Bảng 1.1 thông số kĩ thuật động cơ: Loại động Công suất(kW) Động không 5,5 Vận ( tốc quay Khối lượng(kg) suất (%) vòng ) phút 2890 Hiệu 55 87,5 đồng pha Hình 1.1 Động pha Hem 3K132S2 Hình 1.2 Thơng số kĩ thuật động điện không đồng pha 1.2 PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN VÀ TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI: 1.2.1 Phân phối tỉ số truyền: Chọn loại hộp giảm tốc bánh trụ cấp phân đôi: Theo công thức 3.23/48[1] tỉ số truyền hệ dẫn động: ut = ndc 2900 = =62,11 nlv 46,69 Trong đó: vòng phút - n dc: số vòng quay động chọn, n dc=2900 - nlv : số vòng quay trục máy cơng tác, nlv =46,69 vịng phút Theo công thức 3.24/48[1] phân phối tỉ số truyền hệ dẫn động: ut =uh ×u x Chọn tỉ số truyền hộp uh =16  tỉ số truyền xích ngồi:u x = u t 62,11 = =3,88 uh 16 Tra bảng 3.1/43[1] ta có: 10 d = 17 (mm); D = 62 (mm); B = 17 (mm); r = 2,0 (mm); C = 17,8 (KN); C o = 12,1 (KN) Ta chọn vòng bi SKF 6403 với thơng số tài liệu [4] : 78 79 Hình 5.1: Vịng bi SKF 6403 hãng 5.2 Chọn ổ lăn cho trục 5.2.1 Thông số biết trước Đường kính trục ổ: d20 = 20 (mm) Số vịng quay: n2 = 590,63 (vòng/phút) Lực vòng: R X20 = - 1582,702 (N) ; R X21 = - 1582,702 (N) Lực hướng tâm: R Y20 = 190,51 (N) ; R Y21 = 190,51 (N) Lực dọc truc: FZ22 = 201,733 (N), FZ24 = -201,733 (N) Tuổi thọ: thời gian làm việc hộp giảm tốc lớn nên ta chọn tuổi thọ ổ phù hợp Chọn thời gian làm việc ổ 1,5 năm thay lần Lh = 1×300×2×8 = 4800 (giờ) Lực dọc trục xác định theo cơng thức 11.19 trang 443[2] ta có: 80 Tổng lực dọc trục: FZ = FZ22 + F Z24 = 201,733-201,733 = Hình 5.2 Sơ đồ phân tích lực rác dụng lên trục Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ 0: 2 F r0 = √ R2X20 + R2Y20 = √ ( - 1582,702 ) + ( 190,51 ) = 1594,127 (N) Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ 1: 2 F r1 = √ R2X21 + R 2Y21 = √ ( - 1582,702 ) + ( 190,51 ) = 1594,127 (N) Ta tiến hành kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn : Do F r0 = Fr1, ta chọn ổ để tính tốn 5.2.2 Xác định hệ số K σ, Kt, V Tra bảng 11.2/444[2] tải trọng va đập nhẹ, tải ngắn hạn tới 125% so với tải trọng tính tốn K σ = 1,2 Hệ số kể đến ảnh hưởng to (t ≤ 100 ): Kt =1 Hệ số kể đến vòng quay: V= Do lực dọc trục FZ = nên hệ số X = Y = 5.2.3 Tải trọng động quy ước Đối với tải trọng quy ước tải trọng hướng tâm không đổi theo cơng thức 11.20/444[1], ta có: Q=( X ×V × F r +Y × F z ) × K t × K σ =( 1× 1× 1594,127+0 ×0 ) × 1× 1,2=1912,952( N ) 81 5.2.4 Xác định thời gian làm việc Thời gian làm việc ổ Do tải thay đổi tuổi thọ tương đương xác định theo cơng thức 11.26/449[2]: LhE = K HE × Lh = 1× 60× n × Lh 10 = 60 ×590,63×4800 = 170,101 ( triệu vịng ) 106 Vơi: KHE=1 - hệ số chế độ tải trọng tra bảng 6.14/251[2] 5.2.5 Xác định khả tải động tính tốn ổ Theo cơng thức 11.27/450[2] ta có: Ctt = Q m√L =1912,952× √3 170,101 =10599,199 ( N ) ≈ 10,6 (KN) Trong đó: ta chọn ổ bi cầu nên m = Vì lực dọc trục Fa = đồng thời lực hướng tâm không lớn cho phép vòng ổ nghiêng 1/4 độ nên ta ưu tiên chọn ổ bi đỡ dãy cho trục II để có kết cấu đơn giản, đạt hiệu giá kinh tế Căn vào điều kiện C tt < C, với d20 = 20 (mm), Ctt = 10,6 (KN) tra bảng P2.7255[2] ta chọn ổ bi đỡ SKF 6204-2RSH với thông số tài liệu [4]: 82 83 84 Đối với ổ bi đở ta chọn ổ bi tự lựa dãy có thơng số tính tốn tương tự ổ bi đở Từ ta chọn ổ bi đỡ tự lựa SKF 2204 ETN9 với thông số tài liệu [4] : 85 86 5.3 Chọn ổ lăn trục 3: 5.3.1 Thông số biết trước Đường kính trục: d 30=40 ( mm ) Số vịng quay: n3 =181,17( vòng ) phút Lực vòng: R x31 = 1072,272 (N) ; R x 30 = 1072,272 (N) Lực hướng tâm: R y 31 = 2364,354 (N ) ; R y 30 = −3041,393 (N ) Tuổi thọ: thời gian làm việc hộp giảm tốc lớn nên ta chọn tuổi thọ ổ phù hợp Chọn thời gian làm việc ổ năm thay lần Lh = 1×300×2×8 = 4800 (giờ) Hình 5.3 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ phải: F rP = √ R 2X30 + R 2Y30 = √ ( 1072,272 ) 2 + (−3041,393 ) =3224,878 (N) Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ trái: 2 F rT = √ R 2X31 + R2Y31 = √( 1072,272 ) + (2364,354 ) = 2596,139 (N) Ta tiến hành kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn : Do F rP = 3224,878 (N) > F rT = 2596,139 (N), ta chọn ổ phải để tính tốn 5.3.2 Xác định hệ số Kσ, Kt, V Tra bảng 11.3/215[1] tải trọng va đập nhẹ, tải ngắn hạn tới 125% so với tải trọng tính tốn K σ = 1,2 87 Tra số liệu trang 445[1] ta có: - Hệ số kể đến ảnh hưởng t o C (t ≤ 100): K t=1 - Hệ số kể đến vòng quay: V =1 Do khơng có lực dọc trục F Z nên hệ số X =1 Y =0 5.3.3 Tải trọng động quy ước Đối với ổ bi đỡ: Đối với tải trọng quy ước tải trọng hướng tâm khơng đổi theo cơng thức 11.20/444[2], ta có: Q=( X ×V × F r +Y × F z ) × K t × K σ ¿ ( ×1× 3224,878+0 ×0 ) × 1×1,2=3869,854(N ) 5.3.4 Xác định thời gian làm việc Thời gian làm việc ổ Do tải thay đổi tuổi thọ tương đương xác định theo cơng thức 11.26/449[2]: LhE =K HE × Lh=1× 60 ×n × L h 10 = 60 ×181,17 × 4800 =52,177(triệu vòng) 106 Với: K HE=1: hệ số chế độ tải trọng tra bảng 6.14/251[2] 5.3.5 Xác định khả tải động tính tốn ổ Theo cơng thức 11.27/ 450[2] ta có: C tt =Q × m√ L=3869,854 × √3 52,177=14460,643(N )≈ 14,46 (KN ) Trong đó: Đối với ổ bi cầu nên m = Vì lực dọc trục F a=0 đồng thời lực hướng tâm khơng q lớn cho phép vịng ổ nghiêng 1/4 độ nên ta ưu tiên chọn ổ bi đỡ dãy cho trục để có kết cấu đơn giản, có giá trị kinh tế Căn vào điều kiện 11.28/450[2]: C tt ≤ C , với d 30=40 ( mm ), C tt =14,46 ( KN ) từ bảng P2.7255[2] ta chọn ổ bi đỡ W 6208-2RS1 hãng SKF với thông số tài liệu [4] 88 89 Hình 5.4 Thơng số ổ bi W 6208 hãng SKF Hình 5.5 Thơng số chi tiết ổ bi Kiểm tra khả tải tỉnh ổ: Theo công thức 11.19/221 [1], với F a=0 , ta có: Q0= X × Fr +Y × F a 90 ¿ 0,6 ×3224,878 + 0,5 ×0=1984,927 N < Fr=3224,878 N Tra bảng 11.6/221[1], : X : hệ số tải trọng hướng tâm X 0=0,6 Y 0: hệ số tải trọng dọc trục Y 0=0,5 Do đó, chọn giá trị lớn Q0=Fr=3224,878 N Vậy: Q0=Fr=3,225 kN