Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY Học kì I/ Năm học 2021-2022 ĐỀ TÀI Đề số 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Phương án số: 37 Sinh viên thực hiện: HUỲNH VĂN NIN Người hướng dẫn: Gv NGUYỄN VĂN THẠNH MSSV: 1914572 MỤC LỤC PHẦN 1: PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁN – CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN – PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN PHẦN 2: TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN XÍCH PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC 12 PHẦN 4: THIẾT KẾ TRỤC 26 PHẦN 5: THIẾT KẾ THEN 35 PHẦN 6: CHỌN Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHẦN 1: PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁN – CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN – PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.1 Phân tích phương án: • Bảng số liệu: Phương án Lực vịng băng tải F, N 37 3500 Vận tốc băng tải v, m/s 1,5 Đường kính tang dẫn D, mm 400 Thời gian phục vụ L, năm Số ngày làm/năm , ngày 340 Số ca làm ngày, ca 1.2 Chọn động : 1.2.1 Xác định công suất cần thiết: • Xác định cơng suất trục cơng tác: Trong đó: F: lực vịng xích tải (N) v: vận tốc băng tải (m/s) • Hiệu suất truyền động tồn hệ thống: Trong hiệu suất truyền ta chọn từ Bảng 2.3/19 Tài liệu [I]: : hiệu suất truyền xích : hiệu suất truyền bánh trụ thẳng : hiệu suất truyền bánh trụ nghiêng : hiệu suất khớp nối : hiệu suất ổ lăn • Ta được: • Công suất cần thiết động : 1.2.2 Xác định số vịng quay đồng động cơ: • Số vịng quay trục cơng tác: Trong đó: : Vận tốc băng tải : Đường kính tang dẫn • Tỉ số truyền chung hệ thống truyền động: Trong đó: : Tỉ số truyền truyền động hộp giảm tốc bánh trụ cấp : Tỉ số truyền truyền động xích • Dựa vào Bảng 2.4/21 Tài liệu [I] chọn ta được: • Số vịng quay sơ động cơ: • Chọn số vịng quay đồng động cơ: 1.2.3 Chọn động cơ: • Dựa vào cơng suất cần thiết tính số vòng quay đồng động Động cơđược chọn phải có cơng suất số vịng quay động thỏa mãn điều kiện: • Ta chọn động 4A Động 4A chế tạo theo GOST 19523 -74 thay độngcơ cũ A2, A01 AO2 nói chung có khối lượng nhẹ khoảng 18% so với A2 A02, đồng thời nhẹ so với DK K Mặt khác có phạm vi cơng suất lớn số vòng quay đồng rộng so với DK K • Dựa vào Bảng 1.3/237 Phụ lục Tài liệu [ ]Ⅱ ta chọn động 4A132S4Y3 có thơng số sau: Ký hiệu Công suất P dm(kW) Vận tốc quay nđc(v/ph) cos TK Tdn Tmax Tdn A132S4Y3 7, 1455 87,5 0, 86 2 ,2 1.3 Phân bố tỉ số truyền: • Tỉ số truyền chung hệ thống truyền động: Trong đó: : Tỉ số truyền truyền động hộp giảm tốc bánh trụ cấp nhanh : Tỉ số truyền truyền động hộp giảm tốc bánh trụ cấp chậm • Ta có: • Dựa vào Bảng 3.1/43 Tài liệu [I] chọn ta • Tỉ số truyền truyền động xích: • Phân bố tỉ số truyền hộp giảm tốc: • Chọn tỉ số truyền cặp bánh trụ cấp nhanh cặp bánh trụ cấp chậm: • Tỉ số truyền cặp bánh trụ cấp chậm: • Tỉ số truyền cặp bánh trụ cấp nhanh: • Tỉ số truyền cuối hộp giảm tốc: 1.4 XÁC ĐỊNH CƠNG SUẤT, MƠMEN VÀ SỐ VỊNG QUAY TRÊN CÁC TRỤC: • Tính cơng suất trục: • Tính số vịng quay trục: • Tính momen xoắn trục: • Bảng thơng số tính tốn: Thơng số Trục Động Công suất (kW) Tỉ số truyền Trục máy công tác ,25 3,25 ,5 3,38 Số vòng quay (vg/ph ) 1455 Momen xoắn (Nmm ) PHẦN 2: TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN XÍCH 2.1 Thơng số bản: • Bộ truyền xích lăn nột dãy, với: -Cơng suất: -Số vịng quay bánh dẫn: -Tỉ số truyền: 2.2 Tính tốn truyền xích: 2.2.1 Chọn loại xích: • Ta chọn xích lăn dãy, tải trọng va đập nhẹ bôi trơn nhỏ giọt, làm việc ca, trục đĩa xích điều chỉnh được, đường nối tâm trục nghiêng với phương ngang góc 20 độ, khoảng cách trục chọn 2.2.2 Xác định thơng số xích truyền: • Theo bảng 5.4, với chọn số đĩa nhỏ số đĩa lớn: • Theo cơng thức 5.3, cơng suất tính tốn: - Trong đó: , P cơng suất tính tốn, cơng suất truyền, kW – hệ số – hệ số vòng quay.Theo cơng thức 5.4: k tính từ hệ số thành phần cho bảng 5.6, với: : hệ số tải trọng động: dẫn động động điện tải trọng tác động lên truyền tương đối êm : hệ số xét đến ảnh hưởng khoảng cách trục: : hệ số xét đến ảnh hưởng cách bố trí truyền: đường nối hai tâm đĩa xích hợp với đường nằm ngang góc : hệ số xét đến ảnh hưởng khả điều chỉnh lực căng xích: trục điều chỉnh : hệ số xét đến điều kiện bôi trơn: bôi trơn nhỏ giọt : hệ số xét đến chế độ làm việc: làm việc ca • Như vậy: • Theo bảng 5.5 với , chọn truyền xích dãy có bước xích thỏa mãn điều kiện bền mịn: • Đồng thời theo bảng 5.8, • Khoảng cách trục • Theo cơng thức 5.12 số mắt xích: • Chọn số mắt xích chẵn 4.1.7 Xác định đường kính trục: • Momen uốn tổng tiết diện: • Momen tương đương tiết diện: • Đường kính đoạn trục: • Chọn 4.2 Thiết kế trục 2: 4.2.1 Các thông số ban đầu: • Momen xoắn: • Số vịng quay: 4.2.2 Chọn vật liệu: • Chọn vật liệu chế tạo thép C45 thường hóa Các thơng số: • Giới hạn bền: • Giới hạn chảy: • Ứng suất xoắn cho phép: Chọn 4.2.3 Chọn sơ đường kính trục: • Theo cơng thức 10.9, đường kính trục: • Ta chọn đường kính trục theo dãy tiêu chuẩn: • Do theo bảng 10.5, ứng suất cho phép thép chế tạo trục: 4.2.4 Chiều rộng ổ lăn: • Theo bảng 10.2, từ đường kính trục ta chọn chiều rộng ổ lăn 4.2.5 Tính tốn phát thảo kích thước độ dài trục: • Chọn - Trong đó: : khoảng cách chi tiết quay Chọn : khoảng cách từ mặt mút ổ tới thành hộp Chọn Chọn : chiều dài mayơ bánh trụ thẳng : chiều dài mayơ bánh trụ nghiêng 4.2.6 Lực tác dụng lên trục: • Lực momen uốn tác dụng từ bánh nghiêng bị dẫn: • Lực tác dụng từ bánh thẳng dẫn: • Mặt phẳng Oyz: • Mặt phẳng Oxz: 4.2.7 Xác định đường kính trục: • Momen uốn tổng tiết diện: • Momen tương đương tiết diện: • Đường kính đoạn trục: • Chọn 4.3 Thiết kế trục 3: 4.3.1 Các thơng số ban đầu: • Momen xoắn: • Số vòng quay: 4.3.2 Chọn vật liệu: • Chọn vật liệu chế tạo thép C45 thường hóa Các thơng số: • Giới hạn bền: • Giới hạn chảy: • Ứng suất xoắn cho phép: Chọn 4.3.3 Chọn sơ đường kính trục: • Theo cơng thức 10.9, đường kính trục: • Ta chọn đường kính trục theo dãy tiêu chuẩn: • Do theo bảng 10.5, ứng suất cho phép thép chế tạo trục: 4.3.4 Chiều rộng ổ lăn: • Theo bảng 10.2, từ đường kính trục ta chọn chiều rộng ổ lăn 4.3.5 Tính tốn phát thảo kích thước độ dài trục: • Chọn - Trong đó: : khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ Chọn : chiều cao nắp ổ đầu bulông Chọn : chiều dài mayơ đĩa xích 4.3.6 Lực tác dụng lên trục: • Lực tác dụng lên bánh thẳng bị dẫn: • Lực tác dụng truyền xích: • Mặt phẳng Oyz: • Mặt phẳng Oxz: 4.3.7 Xác định đường kính trục: • Momen uốn tổng tiết diện: • Momen tương đương tiết diện: • Đường kính đoạn trục: • Chọn PHẦN 5: THIẾT KẾ THEN 5.1 Kiểm nghiệm độ bền mỏi: • Theo cơng thức 10.19, kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo độ bền mỏi hệ số an toàn tiết diện nguy hiểm thỏa mã điều kiện sau: - Trong đó: : hệ số an tồn cho phép, chọn khong cần kiểm nghiệm độ cứng trục : hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp tạ i tiết diện j, tính theo cơng thức 10.20 công thức 10.21: Giới hạn uốn thép Cacbon: Giới hạn xoắn thép Cacbon: + Vì trục trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng nên: Giá trị trung bình ứng suất pháp tiết diện j: Biên độ ứng suất pháp tiết diện j: + Với ; : momen cản uốn, tính theo bảng 10.6, trục có rãnh then: (giá trị b, tra theo bảng 9.1) Hệ dẫn động xích tải thiết kế để quay chiều nên: Giá trị ứng suất pháp tiết diện j: + Với : momen xoắn tiết diện j : momen cản xoắn, tính theo bảng 10.6, trục có rãnh then: : hệ số ảnh hưởng trị số trung bình đến độ bền mỏi, theo bảng 10.7, ta có: : hệ số xác định theo công thức 10.25 10.26: + Với : hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt, trục gia công tiện đạt độ nhám ứng với giới hạn bền : hệ số tăng bền bề mặt trục, bề mặt trục thấm Cacbon : hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi, theo bảng 10.10 : hệ số tập trung ứng suất thực tế uốn xoắn, ứng với rãnh then cắt dao phay ngón, theo bảng 10.12 ta có: • Ta lập bảng kiểm nghiệm độ bền mỏi trục sau: • Vậy tất hệ số an toàn lớn Trục thỏa mãn điều kiện bền mỏi 5.2 Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh: • Để đề phịng khả bị biến dạng dẻo lớn phá hỏng tải đột ngột (chẳng hạn mở máy) cần tiến hành kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh Theo cơng thức 10.27 ta có: - Trong đó: • Trục 1: • Trục 2: • Trục 3: • Vậy trục thỏa điều kiện độ bền tĩnh 5.3 Kiểm nghiệm then: • Thơng số then chọn theo bảng 9.1 • Điều kiện bền dập điều kiện bền cắt xác định theo công thức 9.1 9.2: - Trong đó: T: momen xoắn trục d: đường kính trục tiết diện sử dụng then : chiều dài then (với chiều dài mayo) h: chiều cao then : chiều sâu rãnh then : ứng suất dập cho phép, tải trọng va đập nhẹ : ứng suất cắt cho phép, tải trọng va đập nhẹ • Ta có bảng kiểm nghiệm sau: Trục Đường kính 25 36 30 ,7 11,5 25 36 30 ,7 11,5 30 42 68 ,4 20, 30 42 68 ,4 20, 40 55 92 ,1 23 40 55 92 ,1 23 • Vậy then thỏa điều kiện PHẦN 6: CHỌN Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC 6.1 Trục đầu vào 1: 6.1.1 Thông số ban đầu: • Đường kính ngõng trục: • Số vịng quay ổ: • Quay chiều, làm việc ca, tải tĩnh 6.1.2 Chọn loại ổ lăn: • Lực hướng tâm tác dụng lên ổ: 6.1.3 Chọn kích thước ổ lăn: • Ta chọn sơ ổ đũa cỡ nhẹ dãy, theo Phụ lục bảng P2.11 ta có: Số hiệu d (mm) D (mm) B (mm) T (mm) ( C (kN) (kN) 7204 13,3 20 47 14 15,25 1,5 13,5 19,1 6.1.4 Kiểm nghiệm khả tải ổ: • Ta có: • Lực dọc trục A1: Do nên • Lực dọc trục C1: Do nên • Xét tỉ số: • Theo bảng 11.4 ta có: • Xét tỉ số: • Theo bảng 11.4 ta có: • Tải trọng quy ước ổ: - Với : hệ số kể đến vòng quay : hệ số ảnh hưởng nhiệt độ : hệ số ảnh hưởng tải trọng, áp dụng cho chế độ làm việc tải va đập nhẹ, tải ngắn hạn, theo bảng 11.3 • Như vậy: nên ta tính tốn ổ theo thơng số C1 • Thời gian làm việc ổ đũa là: • Theo cơng thức 11.13, thời gian làm việc tính triệu vịng quay: • Khả tải động: Với bậc đường cong thử ổ lăn ổ đũa • Tuổi thọ thật ổ: 6.1.5 Kiểm nghiệm khả tải tĩnh: • Theo bảng 11.6, ổ đũa ta có: • Theo cơng thức 11.19 ta có: • Như vậy: • Vậy ổ thỏa điều kiện tải tĩnh 6.2 Trục trung gian 2: 6.2.1 Thông số ban đầu: • Đường kính vịng trong: • Số vịng quay ổ: 6.2.2 Chọn loại ổ lăn: • Lực hướng tâm tác dụng lên ổ: 6.2.3 Chọn kích thước ổ lăn: • Ta chọn sơ ổ bi đỡ cỡ trung dãy, theo Phụ lục bảng P2.11 ta có: Số hiệu d (mm) D (mm) B (mm) C (kN) (kN) 305 25 62 17 6.2.4 Kiểm nghiệm khả tải ổ: • Xét tỉ số: Với: : số dãy lăn • Theo bảng 11.4 hệ số thực nghiệm • Lực dọc trục A2: 17 ,6 11,6 Do nên • Lực dọc trục D2: Do chiều nên • Xét tỉ số: Theo bảng 11.4 ta có: • Xét tỉ số: Theo bảng 11.4 ta có: • Tải trọng quy ước ổ: - Với : hệ số kể đến vòng quay : hệ số ảnh hưởng nhiệt độ : hệ số ảnh hưởng tải trọng, áp dụng cho chế độ làm việc tải va đập nhẹ, tải ngắn hạn, theo bảng 11.3 • Như nên ta tính tốn ổ theo thơng số A2 • Thời gian làm việc ổ đũa là: • Theo cơng thức 11.13, thời gian làm việc tính triệu vịng quay: • Khả tải động: Với bậc đường cong thử ổ lăn ổ bi • Tuổi thọ thật ổ: 6.2.5 Kiểm nghiệm khả tải tĩnh: • Theo bảng 11.6, ổ bi đỡ ta có: • Theo cơng thức 11.19 ta có: • Như vậy: • Vậy ổ thỏa điều kiện tải tĩnh 6.3 Trục đầu 3: 6.3.1 Thơng số ban đầu: • Đường kính vịng trong: • Số vịng quay ổ: 6.3.2 Chọn loại ổ lăn: • Lực hướng tâm vị trí ổ đũa cơn: 6.3.3 Chọn kích thước ổ lăn: • Ta chọn sơ ổ bi đỡ cỡ nặng dãy, theo Phụ lục bảng P2.11 ta có: Số hiệu d (mm) D (mm) B (mm) C (kN) (kN) 409 45 120 29 60 ,4 53 6.2.4 Kiểm nghiệm khả tải ổ: • Xét tỉ số: Với: : số dãy lăn • Xét tỉ số: Theo bảng 11.4 ta có: • Xét tỉ số: Theo bảng 11.4 ta có: • Tải trọng quy ước ổ: - Với : hệ số kể đến vòng quay : hệ số ảnh hưởng nhiệt độ : hệ số ảnh hưởng tải trọng, áp dụng cho chế độ làm việc tải va đập nhẹ, tải ngắn hạn, theo bảng 11.3 • Như nên ta tính tốn ổ theo thơng số A3• Thời gian làm việc ổ đũa là: • Theo cơng thức 11.13, thời gian làm việc tính triệu vịng quay: • Khả tải động: Với bậc đường cong thử ổ lăn ổ bi • Tuổi thọ thật ổ: 6.2.5 Kiểm nghiệm khả tải tĩnh: • Theo bảng 11.6, ổ bi đỡ ta có: • Theo cơng thức 11.19 ta có: • Như vậy: • Vậy ổ thỏa điều kiện tải tĩnh 6.4 Chọn nối trục vòng đàn hồi: 6.4.1 Thơng số bản: • Momen xoắn trục 3: • Theo bảng 16.10a ta có thơng số nối trục vòng đàn hồi sau: 6.4.2 Kiểm tra sức bền dập vòng đàn hồi: - Trong đó: : ứng suất dập cho phép cao su : hệ số chế độ làm việc • Vậy nối trục thỏa sức bền dập 6.4.3 Kiểm tra sức bền chốt: - Trong đó: : ứng suất cho phép chốt • Vậy chốt thỏa điều kiện bền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TRỊNH CHẤT – LÊ VĂN UYỂN – TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – TẬP MỘT VÀ TẬP HAI – NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC NĂM 2006 [2] NGUYỄN HỮU LỘC – CƠ SỞ CHI TIẾT MÁY – NXB ĐHQG TPHCM NĂM 2010 ... truyền, kW – hệ số – hệ số vịng quay.Theo cơng thức 5.4: k tính từ hệ số thành phần cho bảng 5.6, với: : hệ số tải trọng động: dẫn động động điện tải trọng tác động lên truyền tương đối êm : hệ số xét... suất cần thiết động : 1.2.2 Xác định số vịng quay đồng động cơ: • Số vịng quay trục cơng tác: Trong đó: : Vận tốc băng tải : Đường kính tang dẫn • Tỉ số truyền chung hệ thống truyền động: Trong... cơng suất cần thiết tính số vịng quay đồng động Động cơđược chọn phải có cơng suất số vịng quay động thỏa mãn điều kiện: • Ta chọn động 4A Động 4A chế tạo theo GOST 19523 -74 thay độngcơ cũ A2,