THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ  BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC CƠ HỌC MÁY Giảng viên: Sinh viên: MSSV: Lớp : TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC MÁY Sinh viên thực hiện: MSSV: ĐỀ TÀI 1 Đề số 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số: 10 Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1 Động cơ điện; 2 Bộ truyền đai thang; 3 Hộp giảm tốc bánh răng trụ thẳng một cấp; 4 Nối trục đàn hồi; 5Bộ phận công tác Xích tải. Số liệu thiết kế: Lực vòng trên xích tải, F(N): 6500 (N) Vận tốc xích tải, v (ms): 3,75 (ms) Số răng đĩa xích tải dẫn, z (răng): 9 răng Bước xích tải, p(mm): 110 (mm) Thời gian phục vụ L, năm: 5 ( 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 ; t1= 30 giây ; T2 = 0.6T; t2 = 48 giây YÊU CẦU Bài tập lớn số 1 : Chọn động cơ điện, phân phối tỉ số truyền Bài tập lớn số 2 : Thiết kế bộ truyền đai thang Bài tập lớn số 3 : Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ Bài tập lớn số 4 : Thiết kế 2 trục trong hộp giảm tốc Bài tập lớn số 5 : Thiết kế 2 cặp ổ lăn trong hộp giảm tốc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ  BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC CƠ HỌC MÁY Giảng viên: Sinh viên: MSSV: Lớp : TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC MÁY Sinh viên thực hiện: MSSV: ĐỀ TÀI Đề số 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số: 10 Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động điện; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh trụ thẳng cấp; 4- Nối trục đàn hồi; 5-Bộ phận cơng tác- Xích tải Số liệu thiết kế: Lực vịng xích tải, F(N): 6500 (N) Vận tốc xích tải, v (m/s): 3,75 (m/s) Số đĩa xích tải dẫn, z (răng): Bước xích tải, p(mm): 110 (mm) Thời gian phục vụ L, năm: ( năm) Quay chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, ca làm việc giờ) Chế độ tải: T1 = T ; t1= 30 giây ; T2 = 0.6T; t2 = 48 giây YÊU CẦU Bài tập lớn số : Chọn động điện, phân phối tỉ số truyền Bài tập lớn số : Thiết kế truyền đai thang Bài tập lớn số : Thiết kế truyền bánh trụ Bài tập lớn số : Thiết kế trục hộp giảm tốc Bài tập lớn số : Thiết kế cặp ổ lăn hộp giảm tốc PHẦN 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 1.1 Tính chọn động điện: • Chọn hiệu suất hệ thống Hiệu suất toàn hệ thống: Theo Giáo trình sở thiết kế máy (Nguyễn Hữu Lộc), ta có cơng thức hiệu suất chung cho hệ thống mắc nối tiếp: ��ℎ = �1 �2 �3 �4 … Với: �1 �2 �3 �4 ….là hiệu suất truyền chi tiết hệ thống Các thông số ta tra cứu (bảng 3.3) Áp dụng vào tốn, ta suy cơng thức tính hiệu suất chung cho bài: Hiệu suất truyền động: =1 0,993 Với: Hiệu suất ổ lăn Hiệu suất khớp nối trục Hiệu suất truyền bánh trụ Hiệu suất truyền đai • Tính cơng suất tương đương (cơng suất tính tốn) Do thuộc trường hợp tải trọng thay đổi (từ sơ đồ tải trọng thấy tải trọng thay đổi)  Cơng suất tính tốn: Ptt = Ptđ = = = 18,9774 (kW) Trong đó: T1=T; t1=30; T2=0.6T t2=48  Công suất cần thiết Pct  Vậy công suất cần thiết trục động là: Trong đó: Ptt cơng suất tính tốn Ptđ −cơng suất tương đương Pct cơng suất cần thiết • Xác định số vòng quay sơ (nsb)  Tỉ số truyền hệ thống: Áp dụng vào tốn, ta có cơng thức: � = �� ��� Trong đó: Trong đó: �� : Tỉ số truyền truyền đai (Đối với toán Bộ truyền đai thang) ��� : Tỉ số truyền bánh trụ (Đối với toán Hộp giảm tốc bánh trụ cấp) Từ (bảng 3.2) Giáo trình sở thiết kế máy, ta chọn giá trị tiến hành tính tốn  Chọn sơ tỷ số truyền hệ thống dẫn động:  Số vòng quay trục phận cơng tác: 227,273 (vịng/phút)  Số vịng quay sơ nsb = = 133,88(vòng/phút) => Ta chọn số vòng quay đồng bộ: nđb = 1430 (vịng/phút) • Chọn động điện, bảng thông số động điện Động điện có thơng số phải thoả: Trong đó: Pđc – Cơng suất động nsb – Số vịng quay sơ trục động nđc – Số vòng quay động Tra bảng P1.3 Tài liệu [1] Ta chọn động cơ: 4A180S4Y3 với Pđc = 22 (kW); nđc Bảng thông số động điện: Kiểu động 4A180S4Y3 Công suất Vận tốc (kW) quay (v/p) 22 1430 cosφ η% Tmax/Tdn Tk/Tdn 0,90 90 2,2 1,4 1.2.Phân phối tỷ số truyền: • Tính chọn tỷ số truyền cấp  Tỷ số truyền chung hệ thống dẫn động: uch= 6,292  Tỷ số truyền cho truyền bánh : ubr = = 1.3 Lập bảng đặc tính: • Tính tốn lập bảng đặc tính theo mẫu  Phân phối công suất trục = (kW)  Tính tốn số vịng quay trục = 1430 = = (vòng/phút) = = (vòng/phút) 221,071 (vòng/phút)  Tính tốn moment xoắn trục Bảng đặc tính: Trục Thơng số Tỷ số truyền u Số vịng quay n (vòng/phút) Động 3,56 Trục I Trục II Trục III (Trục công tác) 1430 Công suất P (kW) Momen xoắn T (Nmm) PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY 2.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI  Chọn loại đai Dựa vào hình 5.1 ta có:  Cơng suất truyền đai cơng suất trục I: Với sống vịng quay 1430 (vịng/phút)  Vì số vịng quay cao, tải trọng va đập mạnh nên ta chọn loại đai C Dựa vào bảng tra 4.3 trang 137 Loại Ký đai hiệu Kích thước tiết diện, mm bp Đai b C 19 22 thang  Thông số truyền h 13,5 y0 4,8 Diện tích Đường kính Chiều dài tiết diện, bánh đai giới hạn l, A mm2 nhỏ, d1, mm 230 200400 mm 18001060 2.1.1.Xác định đường kính  Đường kính bánh đai nhỏ d1 dmin= 240 mm Theo tiêu chuẩn ta chọn d1 = 280 mm  Từ đường kính bánh đai, xác định vận tốc đai : = 20,965 m/s < 25 m/s Vận tốc đai nên ta dùng đai thang thường thỏa điều kiện  Theo công thức 4.2 tài liệu [1], với , đường kính bánh đai lớn: d2mm  Trong đó: u – Tỉ số truyền đai u = uđ = 3,56 d1 – Đường kính bánh đai nhỏ d1 = 280 mm – Hệ số trượt tương đối = 0,02 – hệ số trượt tương đối  Theo tiêu chuẩn ta chọn d2 = 1000 mm  Như tỷ số truyền thực tế 3,64 thoả mãn 2.1.2 Chọn khoảng cách trục sơ Khoảng cách sơ trục a thoả mãn điều kiện: 0,55() + h � 0,55(280+1000) + 13,5 � 717,5 Ta chọn asb = d2 = 1000 mm, u 2.1.3 Chiều dài đai L khoảng cách trục a  Tính chiều dài L L= � 2.1000 + Theo bảng 4.13 tài liệu [1]/trang 59 ta chọn chiều dài đai tiêu chuẩn L = 4500 mm =0 =0 Ta có:  Biểu đổ moment trục I  Xác định đường kính trục: 19 Momen tương đương tiết diện B,E, A, F  Suy tiết diện nguy hiểm Đường kính đoạn trục: Ta chọn đừng kính trục theo tiêu chuẩn: ; ; ; 2.3.2 Thiết kế trục II  Thông số ban đầu: Momen xoắn: Số vòng quay: 133,878 vòng/phút  Chọn vật liệu tính vật liệu: Theo bảng 6.1 trang 92/ tài liệu[1] Chọn vật liệu thép C45 Thường hố Các thơng số: Vật liệu Nhiệt luyện Kích thước S Thép C45 Thường hố 80 Ứng suất xoắn cho phép: chọn sơ  Độ rắn HB 170…217 600 340 Chọn sơ đường kính theo moment xoắn Đường kính tính tốn sơ bộ: Theo cơng thức 10.9 trang 188/ tài liệu[1] => = = 65,26 mm Ta chọn theo tiêu chuẩn  Chiều rộng ổ lăn 20  Phác thảo thiết kế trục Tính    Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ chọn  Chiều cao nắp ổ đầu bulơng  =  Tính  Tính 10 mm : Chọn theo tiêu chuẩn: = 91,5 mm; = 159 mm; = 81,5 mm  Lực tác dụng lên trục Ta có tính trục I: N  Xác định đường kính trục: 21 0 =0 =0 Vậy:  Vẽ biểu đồ monent II  Tìm phản lực gối đỡ vẽ biểu đồ 22 Momen tương đương tiết diện G,C,H,D = 203 472,12 Suy tiết diện nguy hiểm  Đường kính đoạn trục: m Ta chọn đừng kính trục theo tiêu chuẩn: ; ; ;  Phác thảo trục 23 2.3.3 Kiểm nghiệm trục  Kiểm nghiệm độ bền mỏi Chọn : hệ số an tồn cho phép, khơng cần kiểm tra độ cứng trục Trong đó: Với: + Giới hạn mỏi uốn cho phép Thép C45 Thường hoá: + Giới hạn mỏi xoắn: + Đối với trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng Ta có: : Momen cản uốn, tính theo bảng 10.6 ;; ; + Hệ dẫn động quay chiều: Trục I II Vị trí tiết diện Then s dB=55 dE=60 dA=55 16333,82 32667,65 0,81 18256,3 39462,1 0,78 16333,82 32667,65 0,81 dF=55 14238,4 dG=70 dC=70 29488,67 63162,62 0,76 33673,94 67347,89 0,76 30572,2 0,81 0,75 0 0,74 32,81 5,94 6,88 23,86 6,61 0,75 52,61 7,18 4,45 19,99 4,34 15,3 0,75 19,99 0,73 11,00 12,72 0,73 9,20 10,3 23,93 13,55 11,79 24 dH=75 dD=70 35667,56 77085,04 0,74 33673,94 67347,89 0,76 0,72 13,18 9,01 16,28 15,31 11,15 0,73 0 - : momen xoắn tiết diện j : momen cản xoắn, tính theo bảng 10.6 + Hệ số ảnh hưởng trị số trung bình đến độ bền mỏi, bảng 10.7 + Hệ số: Ta có: : hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt tiện với độ nhám ứng giới hạn bền : Bề mặt trục tăng bền cách thấm Cacbon : Trục có rãnh then cắt dao phay ngón : Tra bẳng 10.10/tài liệu[1]  Như trục thỏa điều kiện bền mỏi trục  Kiểm nghiệm độ bền tĩnh Trong đó: Trục I 68,74 18,76 II 25,05 20,25  Như trục thỏa điều kiện bền tĩnh trục 76,03 43,10  Kiểm nghiệm then Các then có thơng số chọn theo bảng 9.1 Điều kiện bền dập: Điều kiện bền cắt: 25 Trong đó: T: moment xoắn trục d: Đường kính trục tại nơi sử dụng then b x h x t1: kích thước then Bảng 9.1a/tài liệu[1] : chiều dài then, lm chiều dài mayơ : Ứng suất dập cho phép Bảng 9.5/ tài liệu[1] Trục Đường kính 55 I 60 70 II 75  Vậy then thỏa điều kiện bền dập bền cắt 78 54,68 13,67 128 90 146 30,54 98,03 19,52 6,78 22,05 11,53 2.4 TÍNH TỐN VÀ CHỌN Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC 2.4.1 Chọn ổ lăn 2.4.1.1 Trục I: Thông số biết trước  Số vòng quay ổ: 421,921 (vòng/ phút)  Tải trọng tác dụng lên ổ  Tải trọng hưỡng tâm tác dụng lên ổ r = = kN  Tải trọng hưỡng tâm tác dụng lên ổ r = = kN  Lực dọc trục: = N  Ta chọn ổ đũa để phù hợp với khả dẫn động, chọn ổ đũa côn Theo bảng P2.11 Phụ Lục tài liệu[1] Ký hiệu ổ d(mm) D(mm) B(mm) C(kN) 26 7611 55 7611 55  Chọn hệ số , , V 120 120 43 43 148 148 140 140 – Hệ số kể đến đặc tính tải trọng: = 1,2 – Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ: = – Ứng với vòng quay: V = (vòng quay) Y Hệ số tải trọng dọc trục: Y = Lực dọc trục:  Tại A = (XV = (1.1 = 18,8 kN  Tại B = (XV = (1.1 = 10,12 kN Từ kết ổ A chịu tải trọng lớn nên tính theo ổ A  Thời gian làm việc: L = triệu vòng Trong đó: – Tuổi thọ ổ tính giờ: = 7.300.8.2 = 33600/3=11200 – Số vòng quay trục : 421,921 (vịng/ phút)  Khả dẫn động tính tốn: = Q = 18,8 = 123,51 kN Vì nên đảm bảo khả tải động  Tuổi thọ ổ đũa côn: = = =19272,11 > 11200  Kiểm tra tải tĩnh: 15,66 kN = 140 kN Như ổ đảm bảo điều kiện bền tĩnh  Số vòng quay giới hạn ổ: Theo tài liệu/[1]: [] = 4,5.(Mỡ dẻo) Đường kính tâm lăn: = Số vòng: [n] = 4615,38 (vòng/phút) > 421,921 (vòng/phút) 2.4.1.2 Trục II Thơng số biết trước 27  Số vịng quay ổ: 133,878 (vòng/ phút)  Tải trọng tác dụng lên ổ  Tải trọng hưỡng tâm tác dụng lên ổ r= = N  Tải trọng hưỡng tâm tác dụng lên ổ r= = N  Lực dọc trục: = N  Do khơng có lực dọc trục nên ta chọn ổ bi đỡ dãy, chọn ổ bi Ký hiệu ổ d(mm) 414 70 414 70  Chọn hệ số , , V D(mm) 180 180 B(mm) 42 42 C(kN) 113 113 107 107 – Hệ số kể đến đặt tính tải trọng: = 1,3 – Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ: = – Ứng với vòng quay: V = Y Hệ số tải trọng dọc trục: Y = Lực dọc trục:  Tại D = (XV = (1.1 = 7,48 kN  Tại C = (XV = (1.1 = 2,07 kN Từ kết ổ D chịu tải trọng lớn nên tính theo ổ D  Thời gian làm việc: L = triệu vịng Trong đó: - Tuổi thọ ổ tính giờ: = 7.300.8.2 =33 600 – Số vòng quay trục: 133,878 (vòng/ phút)  Khả dẫn động tính tốn: = Q = 7,48 = 48,33 kN Vì nên đảm bảo khả tải động  Tuổi thọ ổ: = = = 429 292,87 > 33 600 28  Kiểm tra tải tĩnh: kN Như ổ đảm bảo điều kiện bền tĩnh  Số vòng quay giới hạn ổ: Theo tài liệu/[1]: [] = 4,5.(Mỡ dẻo) Đường kính tâm lăn: = Số vòng: [n] = 3600 (vòng/phút) > 133,878 (vòng/phút) 2.4.2 Nối trục đàn hồi Moment xoắn: T = Đường kính trục đầu vào: d = 70 mm Ta có bảng thơng số nối trục vịng đàn hồi,mm T, Nm m d D 2000 80 26  l 16 17 Z 14 20 = 44 52 Ren 64 M16 Kiểm nghiệm điều kiện bền dập nối trục đàn hồi: = < [] Trong đó: [] = Mpa - ứng suất dập cho phép vòng caosu = = = 2,39 Mpa  Vậy nối trục thoả độ bền dập  Kiểm nghiệm sức bền chốt: = ] Trong đó:60 - ứng suất uốn cho phép chốt = = = 58,51 Mpa  Vậy nối trục thoả sức bền cho phép 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập – – Trịnh Chất Lê Văn Uyển [2] Powerpoint – Thầy Thân Trọng Khánh Đạt – Chương Truyền động đai [3] Giáo trình sở thiết kế máy – Thầy Nguyễn Hữu Lộc 30 ... CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC MÁY Sinh viên thực hiện: MSSV: ĐỀ TÀI Đề số 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số: 10 Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động điện; 2-... hồi; 5-Bộ phận cơng tác- Xích tải Số liệu thiết kế: Lực vịng xích tải, F(N): 6500 (N) Vận tốc xích tải, v (m/s): 3,75 (m/s) Số đĩa xích tải dẫn, z (răng): Bước xích tải, p(mm): 110 (mm) Thời... CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 1.1 Tính chọn động điện: • Chọn hiệu suất hệ thống Hiệu suất toàn hệ thống: Theo Giáo trình sở thiết kế máy (Nguyễn Hữu Lộc), ta có cơng thức hiệu suất chung cho hệ thống