THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XE TẢI TRÊN ĐƯỜNG RAY CẦU TRỤC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG (ME3145) Học kỳ I / Năm học 2021-2022 Sinh viên thực hiện: Lã Thái Sơn MSSV: 1911976 Châu Nhật Quang 1910478 Người hướng dẫn : Phạm Minh Tuấn Ký tên: Ngày bắt đầu: Ngày bảo vệ: Ngày kết thúc: ĐỀ TÀI Đề số 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XE TẢI TRÊN ĐƯỜNG RAY CẦU TRỤC Phương án số: Hệ thống dẫn động gồm: 1: Động điện 2: Nối trục đàn hồi 4: Bộ truyền bánh trụ thẳng 3: Hộp giảm tốc bánh trụ cấp 5: Đường ray 6: Bánh xe Số liệu thiết kế: Lực cản đường ray, F (N): 3100 Vận tốc vịng, v (m/s): 2,00 Đường kính bánh xe, D (mm): 200 Thời gian phục vụ, L (năm): Quay chiều, làm việc ca (Làm việc 300 giờ/năm, giờ/ca) LỜI NÓI ĐẦU Trên đường phát triển đất nước Việt Nam, đòi hỏi tất ngành phải nghiên cứu, phát triển nâng cao sản xuất Đặc biệt ngành Công nghiệp Để tăng cao suất, doanh nghiệp, xí nghiệp ln đầu tư vào hệ thống vận tải sản xuất xem yếu tố then chốt nhằm tăng doanh thu, đẩy nhanh tốc độ sản xuất kết nối khâu Chính lý đó, thơng qua mơn học Đồ án Hệ thống truyền động, nhóm chúng em định nghiên cứu đề tài “Hệ thống dẫn động xe tải đường ray cầu trục” tính phổ biến hiệu hệ thống khí Đồ án Hệ thống truyền động môn học thiết yếu sinh viên thuộc nhóm ngành khí Thơng qua mơn học, học sinh tiếp cận với hệ thống khí sử dụng doanh nghiệp để hiểu phân tích ưu nhược điểm hệ thống Ngoài ra, học sinh rèn giũa ứng dụng kiến thức học Chi tiết máy, Sức bền Vật liệu, Nguyên lý máy,… ; kỹ sử dụng phần mềm vẽ Cơ khí AutoCad, Solidwork, Visio,… hay kỹ mềm làm việc nhóm, quản lý thời gian,… Cuối cùng, học sinh rèn kỹ viết báo cáo khí, nhận xét hệ thống khí bảo vệ đồ án Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Bộ môn tạo điều kiện cho chúng em tham gia môn học Chúng em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Phạm Minh Tuấn hỗ trợ, hướng dẫn góp ý cho chúng em Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tổng quan Hệ thống dẫn động xe tải đường ray cầu trục Sơ lược hệ thống: Hệ thống cầu trục sử dụng phổ biến với mục đích nâng hạ, neo giữ di chuyển hàng hóa, vật nặng khơng gian nhà xưởng nhiều cơng trình khác Khơng cịn góp phần nâng cao suất lao động tiết kiệm tối đa chi phí thuê lao động cho doanh nghiệp - Cầu trục là: • Cầu trục thiết thiết bị dùng để nâng hạ bê tơng, sắt, thép, • Cầu trục có hai chuyển động chuyển động ngang chuyển động dọc cao • Cầu trục loại máy có kiểu cẩu có kết cấu giống cầu có bánh xe lăn đường ray chuyên dùng thuận tiện nên sử dụng nhiều ngành kinh tế quốc phòng để nâng chuyển vật nặng phân xưởng, nhà kho dùng để xếp đỡ hàng - Xe nhận nhiệm vụ nâng hạ vận chuyển hàng dọc theo đường ray cầu trục Cấu tạo: - Hệ thống gồm Động điện truyền vào bánh cấp nhanh Hộp giảm tốc thông qua Nối trục đàn hồi - Hộp giảm tốc bánh trụ cấp bao gồm bánh cấp nhanh bánh cấp chậm với tỉ số truyền u>3 Bánh bị dẫn nối trục với bánh cấp nhanh truyền - Bộ truyền bao gồm bánh trụ thẳng với tỉ số truyền u>1 Bánh bị dẫn nối trục với trục công tác - Bộ phận công tác bao gồm bánh xe nối với qua trục dẫn Hai bánh xe sử dụng để chuyển động đường ray - Các trục cố định đầu cặp ổ lăn Nguyên lý hoạt động: - Động hoạt động giúp truyền chuyển động thông qua trục nối đến hộp giảm tốc - Bên hộp giảm tốc, chuyển động tiếp tục truyền qua hệ thống bánh trăng trụ cấp tiếp tục truyền truyền ngồi thơng qua trục nối - Bộ truyền tiếp tục truyền động hệ thống bánh trụ thẳng làm xoay trục bánh xe - Từ giúp xe chuyển động di chuyển đường ray - Hai đầu dầm trục kết hợp với dầm biên để có bao gồm động bánh xe giúp cho người sử dụng bấm điều khiển theo palang di chuyển theo toàn cầu trục theo dọc dầm vận chuyển hàng hoá đảm bảo tốc độ nâng hạ cách hiệu cao Chương II: 2.1.Chọn động 2.1.1 Chọn hiệu suất hệ thống • Hiệu suất truyền động η = ηbr1 ηbr2 ηnt η3ol • Trong ηbr1 : Hiệu suất truyền bánh trụ nghiêng (được che kín) ηbr2 : Hiệu suất truyền bánh trụ thẳng (để hở) ηnt : Hiệu suất nối trục đàn hồi ηol : Hiệu suất ổ lăn Dựa vào bảng 3.3/trang 60 tài liệu [2], ta chọn ηbr1 = 0,97; ηbr2 = 0,94; ηnt = 0,98; ηol = 0,99 • Ta được: η = 0,97.0,94.0,98 0,993 = 0,8670 2.1.2 Tính cơng suất • Cơng suất tính tốn Fv P= = 6,2 (kW) 1000 • Cơng suất cần thiết trục động P 6,2 P0 = = = 7,15(kW) η 0,8670 2.1.3 Xác định số vòng quay sơ động • Số vịng quay trục cơng tác 60000v 60000.2,00 nlv = = = 190,99 (vịng/phút) πD π 200 • Tỉ số truyền: uch = uh ubr unt Trong đó: uh : Tỉ số truyền hộp giảm tốc ubr : Tỉ số truyền truyền bánh unt : Tỉ số truyền nối trục Dựa vào bảng 3.2/trang 59 tài liệu [2], ta chọn uh = 3, ubr = 2,5 Ta được: uch = uh ubr unt = 3.2,5.1 = 7,5 • Số vịng quay sơ động nsb = nlv uch = 190,99.7,5=1432,3945(vòng/phút) 2.1.4 Chọn động điện, bảng thông số động điện • Điều kiện để chọn động cơ: Pdc ≥ P0 ; ndc  nsb Dựa vào tài liệu [2], chọn động SGA 132M có cơng suất P = 7,5 (kW), số vịng quay trục 1450 vịng/phút 2.2 Phân phối tỷ số truyền Chọn tỷ số truyền Hệ Thống dẫn động uch = ndc 1450 = = 7,59 nlv 190,99 Tỷ số truyền hộp số: uh = 3,55 Tỷ số truyền bánh răng: ubr = 2,14 Sai số tỷ số truyền ∆% = 3,55.2,14−7.59 7.59 x100% = 0,09% 2.3 Lập bảng đặc tính 2.3.1 Tính tốn cơng suất trục Pct = P 6,2 = = 6,26(kW) ηol 0,99 PII = Pct 6,26 = = 6,73(kW) ηbr2 ηol 0,94.0,99 PI = PII 6,73 = = 7,01(kW) ηbr1 ηol 0,97.0,99 Pdc = PI 7,01 = = 7,15(kW) ηnt ηol 0,98 2.3.2 Tính tốn số vịng quay trục: ndc = 1450(vòng/phút) nI = ndc 1450 = = 1450(vòng/phút) μnt nII = nI 1450 = = 408,45(vòng/phút) μh 3,55 nct = nII 408,45 = = 190,86(vịng/phút) μh 2,14 2.3.3 Tính moment xoắn trục Tct = 9,55 × 106 × PIII 6,26 = 9,55 × 106 × = 313229,59(N mm) nIII 190,86 TII = 9,55 × 106 × PII 6,73 = 9,55 × 106 × = 157354,63(N mm) nII 408,45 TI = 9,55 × 106 × PI 7,01 = 9,55 × 106 × = 46169,31 (N mm) nI 1450 Tdc = 9,55 × 106 × Pdc 7,15 = 9,55 × 106 × = 47091,38(N mm) ndc 1450 *Bảng thông số kỹ thuật: Thông số Động I II Công tác 7,15 7,01 6,73 6,26 Trục Công suất(kW) Tỉ số truyền 3,55 2,14 Moment xoắn (N.mm) 47091,38 46169,31 157354,63 313229,59 Số vòng quay(vòng/phút) 1450 1450 408,45 190,86 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN CÁC BỘ TRUYỀN NGỒI 3.1.THƠNG SỐ ĐẦU VÀO Cơng suất 𝑃𝐼𝐼 = 6,73 Momen xoắn 𝑇𝐼𝐼 = 157354,63 𝑁 𝑚𝑚 Số vòng quay 𝑛 = 408,45 (𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 ) Tỷ số truyền 𝜇 = 2,14 3.2.CHỌN VẬT LIỆU Vật liệu chọn có thông số tra từ Bảng 6.1, Tài liệu [1] sau: Nhãn hiệu thép 35XM (Bảng 3.1) Nhiệt luyện Kích thước S, mm, khơng lớn Độ rắn Giới hạn bền  b ,MPa Giới hạn chảy ch ,MPa Tơi thể tích 40 HRC 451 1600 1400 Gọi HRC1,HRC2 độ rắn bánh nhỏ bánh lớn, ta có: HRC = HRC1 = HRC2 = 45  b = 1b = 2b = 1600MPa (3.1) ch = 1ch = 2ch = 1400MPa 3.3 XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT TIẾP XÚC CHO PHÉP: [𝜎𝐻 ] = 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚 0,9𝐾𝐻𝐿 𝑠𝐻 Trong đó: 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚 : giới hạn mỏi tiếp xúc tương ứng với số chu kỳ sở 𝑁𝐻𝑂 𝐾𝐻𝐿 : hệ số tuổi thọ 𝑠𝐻 =1,1 : hệ số an tồn có giá trị tra theo Bảng 6.13, tài liệu [1] 3.3.1 Hệ số tuổi thọ 𝐾𝐻𝐿 = 𝑚𝐻 √ 𝑁𝐻𝑂 𝑁𝐻𝐸 Trong đó: 𝑚𝐻 = : bậc đường cong mỏi HRC 45 = HB 425, tra từ Bảng 6.3, Tài liệu [1] Số chu kỳ làm việc sở N HO = N HO1 = N HO2 = 30 HB 2,4 = 30  4252,4 = 6,1.107 Số chu kỳ làm việc tương đương 𝑁𝐻𝐸 = 60𝑐𝑛𝐿ℎ Trong đó: c=1: số lần ăn khớp vòng quay bánh n=408,45 : số vòng quay 𝐿ℎ = 7.300.2.8 = 33600 giờ: tổng thời gian làm việc Ta được: 𝑁𝐻𝐸1 = 60𝑐𝑛𝐿ℎ = 60.1.408,45.33600 = 8,23 108 chu kỳ 𝑁𝐻𝐸2 = 𝑁𝐻𝐸1 𝜇 = 8,23.108 2,14 = 3,85 108 chu kỳ Do 𝑁𝐻𝐸1 > 𝑁𝐻𝑂1 ; 𝑁𝐻𝐸2 > 𝑁𝐻𝑂2 => 𝐾𝐻𝐿1 = 𝐾𝐻𝐿2 = 3.3.2 Xác định giới hạn mỏi tiếp xúc 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚 = 18𝐻𝐶𝑅 + 150 = 18.45 + 150 = 960𝑀𝑃𝑎 3.3.3.Tính ứng suất tiếp xúc cho phép: [𝜎𝐻 ]1 = [𝜎𝐻 ]2 = 960 0,9.1 = 785,45𝑀𝑃𝑎 1,1 3.3.4 Ứng suất tiếp xúc cho phép tính tốn: [𝜎𝐻 ] = [𝜎𝐻 ]1 = [𝜎𝐻 ]2 = 785,45𝑀𝑃𝑎 3.4 XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT UỐN CHO PHÉP Khi chưa có kích thước truyền ta chọn sơ [𝜎𝐹 ] = 𝜎𝑂𝐹𝑙𝑖𝑚 𝐾𝐹𝐿 𝑠𝐹 Trong đó: 𝜎𝑂𝐹𝑙𝑖𝑚 : giới hạn mỏi uốn tương ứng với số chu kỳ sở 𝑁𝐹𝑂 𝐾𝐹𝐿 : hệ số tuổi thọ 𝑠𝐻 =1,75 : hệ số an tồn có giá trị tra theo Bảng 6.13, tài liệu [1] 4.3.5.Tính đường kính trục cấp nhanh: Moment tương đương trục là: M td = M x + M y + 0,75T Moment tổng uốn trục là: M = M x2 + M y2 Đường kính trục I tính theo cơng thức: d M td 0,1.[ ] Đoạn trục Mx My T M Mtd d A 0 157354,63 136273,11 27,57 B 75681,47 221277,66 259873,36 34,19 C 78690,83 98740,39 168285,55 29,58 207932,97 157354,63 59644,1 157354,63 Theo dãy tiêu chuẩn ta chọn d B = 50mm , bậc trục không nhỏ mm nên ta chọn d A = 40mm, dC = 60mm, d D = 50mm + X O X z x y 75681,47 N.mm 78690,83N.mm 207932,97N.mm 59644,10N.mm 157354,63N.mm CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM THEN 6.1.THIẾT KẾ THEN CHO TRỤC CẤP NHANH: 6.1.1.Chọn then: Trục I truyền moment 𝑇 = 46169,31𝑁𝑚𝑚, có then vị trí trục có đường kính 𝑑𝐵 = 45𝑚𝑚 lắp bánh nghiêng Then lắp vị trí trục có lắp bánh nghiêng đường kính 𝑑𝐵 = 45𝑚𝑚 có chiều rộng then 𝑏 = 14𝑚𝑚, chiều cao ℎ = 9𝑚𝑚 chiều sâu rãnh then trục 𝑡1 = 5,5𝑚𝑚, chiều sâu lỗ 𝑡2 = 3,8𝑚𝑚 [4] Chiều dài then lt: 𝑙𝑡 = (0,8 ÷ 0,9) 𝑙𝑚 = (0,8 ÷ 0,9) 41 = 32,8 ÷ 36,9 Ta chọn 𝑙𝑡 = 36𝑚𝑚 theo tiêu chuẩn 6.1.2.Kiểm nghiệm độ bền dập: Then làm thép có ứng suất dập cho phép:  d  = 150MPa Ứng suất dập tính theo cơng thức: 𝜎𝑑 = 2𝑇 103 2.46169,31 = = 16,28𝑀𝑃𝑎 [𝑑 𝑙𝑡 (ℎ − 𝑡1 )] [45.36 (9 − 5,5)] Vì  d   d  nên then thoả độ bền dập 6.1.3.Kiểm nghiệm độ bền cắt: Then làm thép có ứng suất cắt cho phép:  c  = 60 MPa Ứng suất cắt tính theo cơng thức: Then lắp bánh nghiêng: 2𝑇 2.46169,31 𝜏𝑐 = = = 4,07𝑀𝑃𝑎 𝑑 𝑙𝑡 𝑏 45.36.14 Vì  c   c  nên hai then thoả độ bền cắt 5.2.THIẾT KẾ THEN CHO TRỤC CẤP CHẬM: 5.2.1.Chọn then: Trục II truyền moment T = 157354,63 Nmm , có hai then vị trí trục có đường kính dC = 60mm lắp bánh nghiêng d A = 40mm lắp bánh thẳng then có thơng số sau: Then lắp vị trí trục có lắp bánh thẳng đường kính d A = 40mm có chiều rộng then b = 12mm , chiều cao h = 8mm chiều sâu rãnh then trục t1 = 5mm , chiều sâu lỗ t2 = 3,3mm [4] Chiều dài then lt: lt = (0,8  0,9).lm = (0,8  0,9).30 = 24  27 Ta chọn lt = 25mm theo tiêu chuẩn Then hai lắp vị trí trục có lắp bánh nghiêng đường kính dC = 60mm có chiều rộng then b = 18mm , chiều cao h = 11mm chiều sâu rãnh then trục t1 = 7mm , chiều sâu lỗ t2 = 4, 4mm [4] Chiều dài then lt: lt = (0,8  0,9).lm = (0,8  0,9).42 = 33,6 37,8 Ta chọn lt = 35mm theo tiêu chuẩn 5.2.2.Kiểm nghiệm độ bền dập: Then làm thép có ứng suất dập cho phép:  d  = 150MPa Ứng suất dập tính theo cơng thức: Then lắp bánh thẳng: d = 2T 2.157354,63 = = 89, 28MPa [d lt (h − t1 )] [30.25.(8 − 3,3)] Then lắp bánh nghiêng: d = 2T 103 2.157354,63 = = 22,71MPa [d lt (h − t1 )] [60.35.(11 − 4, 4)] Vì  d   d  nên hai then thoả độ bền dập 5.2.3.Kiểm nghiệm độ bền cắt: Then làm thép có ứng suất cắt cho phép:  c  = 90 MPa Ứng suất cắt tính theo cơng thức: Then lắp bánh thẳng: c = 2T 2.157354,63 = = 34,97 MPa d lt b 30.25.12 Then lắp bánh thẳng: c = 2T 2.157354,63 = = 8,33MPa d lt b 60.35.18 Vì  c   c  nên hai then thoả độ bền cắt CHƯƠNG 7: KIỂM NGHIỆM TRỤC 7.1.KIỂM NGHIỆM TRỤC CẤP NHANH: 7.1.1.Vật liệu thiết kế trục: Theo tài liệu[1], ta chọn vật liệu thép C45 có tính sau: 𝜎𝑏 = 883𝑀𝑃𝑎; 𝜎𝑐ℎ = 638𝑀𝑃𝑎, 𝜏𝑐ℎ = 383𝑀𝑃𝑎, 𝜎−1 = 432𝑀𝑃𝑎, 𝜏−1 = 255 𝑀𝑝𝑎 7.1.2.Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi: Đối với trục I ta kiểm nghiệm vị trí B: vị trí mơment tương đương lớn vị trí chịu có then chịu mơment lớn Mơment cản xoắn Wo xác định theo cơng thức: Tại B: có then: 𝜋 𝑑 𝑏𝑡1 (𝑑 − 𝑡1 )2 𝜋 453 14.5,5 (45 − 5,5)2 − = − = 16557,47𝑚𝑚3 16 2𝑑 16 2.45 Khi trục quay chiều, ứng suất xoắn tính: 𝑊𝑜𝐵 = Tại B: 𝜏𝑚𝐵 = 𝜏𝑎𝐵 = 𝑇 2𝑊𝑜𝐵 = 46169,31 2.16557,47 = 1,39𝑀𝑃𝑎 Mơment cản uốn W tính theo cơng thức: Tại B: có then: 𝜋 𝑑 𝑏𝑡1 (𝑑 − 𝑡1 )2 𝜋 453 14.5,5 (45 − 5,5)2 𝑊𝐵 = − = − = 7611,3𝑚𝑚3 32 2𝑑 32 2.45 Đối với trục quay, ứng suất uốn tính: Tại B: 𝜎𝑚𝐵 = 0; 𝜎𝑎𝐵 = 𝑀 𝑊𝐵 = 53010 7611,3 = 6,96𝑀𝑃𝑎 Hệ số xét đến ảnh hưởng trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi     : Theo bảng 10.7[4], ta có:   = 0,1   = 0,05 Trị số K K : Theo bảng 10.12[4], trục có rãnh then dùng dao phay ngón: 𝐾𝜎 = 2,17 𝑣à 𝐾𝜏 = 1,98 Trị số hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt K x : Theo bảng 10.8[4], phương pháp tiện ra, 𝐾𝑥 = 1,13 Trị số hệ số tăng bền K y : Theo bảng 10.9[4], trục thấm cacbon K y = Trị số hệ số kích thước     : Theo bảng 10.10[4], thép hợp kim:   = 0,73  = 0,78 Tính K d K d : 𝐾𝜎 2,17 + 𝐾𝑥 − 1) ( + 1,13 − 1) 𝜀𝜎 0,73 = = = 1,55 𝐾𝑦 ( 𝐾𝜎𝐵 𝐾𝜏𝐵 = 𝐾𝜏𝐶 = 𝐾 ( 𝜏 +𝐾𝑥 −1) 𝜀𝜏 𝐾𝑦 = ( 1,98 +1,13−1) 0,78 = 1,33 Hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp: Tại B: 𝑠𝜎𝐵 = 𝜎−1 432 = = 40,04 𝐾𝜎𝑑𝐵 𝜎𝑎𝐵 + 𝜓𝜎𝐵 𝜎𝑚𝐵 1,55.6,96 + 0,1.0 Hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp: Tại B: 𝑠𝜏𝐵 = 𝜏−1 𝐾𝜏𝑑𝐵 𝜏𝑎𝐵 +𝜓𝜏𝐵 𝜏𝑚𝐵 = 255 1,33.1,39+0,05.1,39 = 132,94 Hệ số an toàn: Tại B: 𝑠𝐵 = 𝑠𝜎𝐵 𝑠𝜏𝐵 √𝑠 𝜎𝐵 +𝑠 𝜏𝐵 = 40,04.132,94 √40,042 +132,942 = 38,34 > [𝑠] = Do điều kiện bền mỏi trục hai tiết diện thoả mãn Khi lấy hệ số an toàn cho phép  s  = , ta không cần kiểm nghiệm trục theo độ cứng 7.1.3.Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh: Ứng suất pháp  : 𝜎= 𝑀 53010 = = 5,82𝑀𝑃𝑎 (0,1𝑑 ) (0,1 453 ) Ứng suất tiếp  : 𝜏= 𝑇 46169,31 = = 2,53𝑀𝑃𝑎 (0,2𝑑 ) (0,2 453 ) Ứng suất cho phép: [𝜎] = 0,8𝜎𝑐ℎ = 0,8.638 = 510,4𝑀𝑃𝑎 Ứng suất tương đương: 𝜎𝑡𝑑 = √𝜎 + 3𝜏 = √5,822 + (2,53)2 = 7,28𝑀𝑃𝑎 Vì  td    nên trục thoả độ bền tĩnh 7.2.KIỂM NGHIỆM TRỤC CẤP CHẬM: 7.2.1.Vật liệu thiết kế trục: Theo tài liệu[1], ta chọn vật liệu thép C45 có tính sau:  b = 883MPa;  ch = 638MPa,  ch = 383MPa,  −1 = 432 MPa, −1 = 255 Mpa 7.2.2.Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi: Đối với trục II ta kiểm nghiệm hai vị trí sau: Thứ nhất: vị trí B: vị trí mơment tương đương lớn Thứ hai: vị trí C: vị trí chịu có then chịu mơment lớn Mơment cản xoắn Wo xác định theo công thức: Tại B: tiết diện tròn  d WoB = 16  503 = 16 = 24543,69mm3 Tại C: có then: WoC =  d 16 − bt1 (d − t1 )2  603 18.7.(60 − 7)2 = − = 39462,05mm3 2d 16 2.60 Khi trục quay chiều, ứng suất xoắn tính: Tại B:  mB =  aB = T 157354,63 = = 3, 21MPa 2WoB 2.24543,69 Tại C:  mC =  aC = T 157354,63 = = 1,99MPa 2WoC 2.39462,05 Mơment cản uốn W tính theo cơng thức: Tại B: tiết diện trịn WB =  d 32 =  503 32 = 12271,85mm3 Tại C: có then:  d bt1 (d − t1 )2  603 18.7.(60 − 7) WC = − = − = 18256,3mm3 32 2d 32 2.60 Đối với trục quay, ứng suất uốn tính: Tại B:  mB = 0;  aB = M 221277, 66 = = 18,03MPa WB 12271, 85 Tại C:  mC = 0;  aC = M 98740,39 = = 5, 41MPa WC 18256,3 Hệ số xét đến ảnh hưởng trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi     : Theo bảng 10.7[4], ta có:   = 0,1   = 0,05 Trị số K K : Theo bảng 10.12[4], trục có rãnh then dùng dao phay ngón: K = 2,11 K = Trị số hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt K x : Theo bảng 10.8[4], phương pháp tiện ra, K x = 1,13 Trị số hệ số tăng bền K y : Theo bảng 10.9[4], trục thấm cacbon K y = Trị số hệ số kích thước     : Theo bảng 10.10[4], thép hợp kim:   B = 0,7  B = 0,76   C = 0,68  B = 0,75 Tính K d K d : K B K C K B K C  K  2,11  + K x − 1  + 1,13 − 1    =  0,7  = 1,57 =  B Ky  K  2,11  + K x − 1  + 1,13 − 1    =  0,68  = 1,62 =  C Ky  K   + K x − 1  + 1,13 − 1    =  0,76  = 1,38 =  B Ky  K   + K x − 1  + 1,13 − 1    =  0,75  = 1, 47 =  C Ky Hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp: Tại B: s B =  −1 432 = = 15, 26 K dB  aB +   B  mB 1,57.18,03 + 0,1.0 Tại C: s C =  −1 432 = = 49, 29 K dC  aC +   C  mC 1,62.5, 41 + 0,1.0 Hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp: Tại B: s B =  −1 255 = = 55,55 K dB  aB +   B  mB 1,38.3, 21 + 0,05.3, 21 Tại C: s C =  −1 255 = = 84,30 K dC  aC +   C  mC 1, 47.1,99 + 0,05.1,99 Hệ số an toàn: Tại B: sB = Tại C: sC = s B s B s 2 B + s 2 B s C s C s 2 C + s 2 C = = 15, 26.55,55 15, 262 + 55,552 49, 29.84,30 49, 292 + 84,30 = 14,71  [ s ] = = 42,55  [ s ] = Do điều kiện bền mỏi trục hai tiết diện thoả mãn Khi lấy hệ số an toàn cho phép  s  = , ta không cần kiểm nghiệm trục theo độ cứng 7.2.3.Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh: Ứng suất pháp  : = M 221277,66 = = 17, 70MPa (0,1d ) (0,1.503 ) Ứng suất tiếp  : = T 157354,63 = = 6, 29MPa (0, 2d ) (0, 2.503 ) Ứng suất cho phép: [ ] = 0,8 ch = 0,8.638 = 510, MPa Ứng suất tương đương:  td =  + 3 = 17,7 + 3.(6, 29) = 20,78MPa Vì  td    nên trục thoả độ bền tĩnh Chương : Thiết kế ổ lăn nối trục 8.1 Chọn ổ lăn trục cấp nhanh: Thiết kế lựa chọn ổ lăn với số vịng quay cơng tác 1450 vg/ph, đường kính vịng ổ lăn A C 𝑑𝐴 = 𝑑𝐶 = 35 𝑚𝑚 Tải trọng tĩnh, thời gian làm việc 𝐿ℎ = 33600 8.1.1 Lựa chọn loại ổ: Tính phản lực ổ: Tại ổ A: 𝐹𝑅𝐴 = √𝑅2𝐴𝑥 + 𝑅2𝐴𝑦 = √1080,232 + 469,712 = 1177,93 (𝑁) Tại ổ C: 𝐹𝑅𝐶 = √𝑅2 𝐶𝑥 + 𝑅2 𝐶𝑦 = √211,252 + 170,452 = 271,44 (𝑁) Vì ổ A có phản lực lớn nên ta tính theo ổ A: 𝐹𝑎 = 492,47 𝑁 Vì 𝐹𝑎 𝐹𝑅 = 492,47 1177,93 =0,42 > 0,3 => Chọn ổ bi đỡ - chặn với α = 12° Theo bảng P2.12[2], ta chọn trước ổ cỡ nhẹ hẹp có thơng số sau: Ký hiệu ổ d, mm 36207 35 D, mm 72 b =T, mm r, mm 17 2,0 Bảng 8.1 Thông số ổ lăn trục cấp nhanh 8.1.2 Chọn ổ theo khả tải động: Chọn hệ số liên quan: Hệ số kể đến vòng quay V: Đối với ổ lăn có vịng quay, chọn V=1 Hệ số ảnh hưởng đến nhiệt độ 𝑘𝑡 : Ta chọn 𝑘𝑡 =1 nhiệt độ 𝜃 < 105℃ Hệ số ảnh hưởng đặc tính tải trọng 𝑘đ : Theo bảng 11.3[4], tải trọng tĩnh nên ta chọn 𝑘đ =1 Hệ số tải trọng X,Y hệ số thực nghiệm e: Ta có: Vì 𝐹𝑎 𝑉.𝐹𝑅 𝑖.𝐹𝑎 𝐶𝑜 = = 1.492,47 18,1.103 492,47 1.1177,93 = 0,027 => e = 0,34 (bảng 11.4[4]) = 0,42 > e = 0,34 => X = 0,45, Y= 1,62 (bảng 11.4[4]) 𝑟1 , mm 1,0 C, kN 24,0 Co, kN 18,1 Lực dọc trục 𝐹𝑠 𝐹𝑅 tác dụng lên ổ C: 𝐹𝑠𝐶 = 𝑒 𝐹𝑅𝐶 = 0,34.271,44 = 92,29 N Lực dọc trục 𝐹𝑠 𝐹𝑅 tác dụng lên ổ A: 𝐹𝑠𝐴 = 𝑒 𝐹𝑅𝐴 = 0,34.1177,93 = 400,5N Lực dọc trục tổng A: ∑ 𝐹𝑎𝐴 = 𝐹𝑠𝐶 - 𝐹𝑎 = 92,29 – (-492,47) = 584,76 N Do ∑ 𝐹𝑎𝐴 > 𝐹𝑠𝐴 => 𝐹𝑎𝐴 = ∑ 𝐹𝑎𝐴 = 584,76 N Tải trọng động quy ước tính theo cơng thức: Q = (X.V.𝐹𝑅 + Y 𝐹𝑎𝐴 ) 𝑘𝑡 𝑘đ = (0,45.1.1177,93 + 1,62.584,76).1.1 = 1477,38 N Tính tuổi thọ triệu vịng quay: Ta có: 𝐿ℎ = 33600 𝐿= 60.𝑛.𝐿ℎ 106 = 60.1450.33600 106 = 2923,2 triệu vòng quay Khả tải động 𝐶𝑡𝑡 : 𝐶𝑡𝑡 = 𝑄 √𝐿 = 1477,38 3√2923,2 103 = 21,12 kN Vì 𝐶𝑡𝑡 𝑄0 = 1177,93 𝑁 Như 𝑄0 < 𝐶0 = 18,1 𝑘𝑁 𝑛ê𝑛 ổ đả𝑚 𝑏ả𝑜 đ𝑖ề𝑢 𝑘𝑖ệ𝑛 𝑏ề𝑛 𝑡ĩ𝑛ℎ 8.1.4 Kiểm nghiệm số vòng quay tới hạn Theo bảng 11.7[4], với ổ bi đỡ chặn bôi trơn dầu: [𝑑𝑚 𝑛] = 1,8 105 Đường kính vịng trịn qua tâm lăn: 𝑑𝑚 = 𝐷 + 𝑑 35 + 72 = = 53,5 𝑚𝑚 2 Hệ số kích thước 𝑘1 = 𝑑𝑚 1450 vg/ph => Thỏa điều kiện 8.2 Chọn ổ lăn trục cấp chậm: Thiết kế lựa chọn ổ lăn với số vòng quay cơng tác 408,45 vg/ph, đường kính vịng ổ lăn A C d A = dC = 40mm Tải trọng tĩnh, Thời gian làm việc Lh = 33600 8.2.1.Lựa chọn loại ổ: Tính phản lực ổ: Tại ổ B: FRB = R Bx + R By = 6571,092 + 2222,352 = 6936,72 N Tại ổ D: FRD = R Dx + R Dy = 1136,072 + 1498,882 = 1880,77 N Vì ổ B có phản lực lớn nên ta tính theo ổ B: Fa = 492, 47 N Vì Fa 492, 47 = = 0, 26  0,3 => Chọn ổ bi đỡ dãy FR 1880,77 Theo bảng P2.7[4], ta chọn trước ổ cỡ nặng có thơng số sau: Ký hiệu ổ d, mm D, mm B, mm r, mm C, kN Co, Kn 410 50 130 31 3,5 68,5 53 Bảng 8.2: Thông số ổ lăn trục cấp nhanh 8.2.2.Chọn ổ theo khả tải động: Chọn hệ số liên quan: Hệ số kể đến vòng quay V : Đối với ổ lăn có vịng quay, chọn V = Hệ số ảnh hưởng đến nhiệt độ k t : Ta chọn kt = nhiệt độ   105o C Hệ số ảnh hưởng đặc tính tải trọng k d : Theo bảng 11.3[4], tải trọng tĩnh nên ta chọn x Hệ số tải trọng X , Y hệ số thực nghiệm e : Ta có Vì i.Fa 1.492, 47 = = 0,009 => e = 0,19 (bảng 11.4[4]) C0 53.103 Fa 492, 47 = = 0,07  e = 0,19 VFR 1.6936,72 = X = 1, Y = ( bảng 11.4[4]) Tải trọng động quy ước tính theo cơng thức: Q = XVFr kt kd = 1.1.6936,72.1.1 = 6936,72 N Tính tuổi thọ triệu vịng quay: Ta có: Lh = 33600 L= 60n.Lh 60.408, 45.33600 = = 823, 44 triệu vòng quay 106 106 Khả tăng tải động Ctt : Ctt = Q L = 6936,72 823, 44 = 65,02kN 103 Vì Ctt  C thoả ổ cỡ trung chọn trước Tuổi thọ thực ổ: 3 106  C  106  53000  Lh =   =  = 18200,15 60.n  Q  60.408, 45  6936,72  8.2.3.Kiểm nghiệm khả tải tĩnh: Theo bảng 11.6[4], ổ bi đỡ ta có X = 0,6 Y0 = 0,5 Tải trọng tĩnh quy ước: Qt = X o Fr + Yo Fa = 0,6.6936,72 + 0,5.492, 47 = 4408, 27 N Vì Qt  C0 (C0 = 53kN ) nên ổ đảm bảo điều kiện bền tĩnh 8.2.4.Kiểm nghiệm số vòng quay tới hạn: Theo bảng 11.7[4], vận tốc quy ước với ổ bi đỡ dãy bôi trơn dầu là: [d m n] = 5,5.105 Đường kính vịng trịn qua tâm lăn: dm = d + D 50 + 130 = = 90mm 2 Hệ số kích thước: k1 = d m  100mm Hệ số cỡ ổ: k2 = 0,8 (bảng 11.8[4]) Hệ số tuổi thọ: k3 = 0,9 Lh  20000 Số vòng quay tới hạn: nth = [d m n].k1.k2 k3 5,5.105.1.0,8.0,9 = = 4400 vg/ph dm 90 nth  408, 45 vg/ph => Thoả điều kiện 8.3 Chọn nối trục cho trục cấp nhanh: 8.3.1 Thông số đầu vào: T = 46169,31 Nmm d = 25mm Chọn phương pháp nối trục vòng đàn hồi: Theo bảng 16.10a [4], ta chọn khớp nối có thơng số sau: T,Nm d 63,0 25 D 𝑑𝑚 100 50 L l 124 60 𝑑1 45 𝐷0 71 Z 𝑛𝑚𝑎𝑥 B 5700 𝐵1 28 𝑙1 21 𝐷3 𝑙2 20 20 Theo bảng 16.10b [4], ta có kích thước vòng đàn hồi: T, Nm 63 𝑑𝑐 10 𝑑1 M8 𝐷2 15 l 42 8.3.2 Kiểm nghiệm nối trục: Ta chọn k=1,5 theo tiêu chuẩn bảng 16.1 [4]) 𝑙0 = 𝑙1 + 𝑙2 = 20 + = 25 𝑚𝑚 Kiểm nghiệm sức bền dập vòng đàn hồi: 𝜎𝑑 = 2𝑘𝑇 2.1,5.46169,31 = = 2,17 𝑀𝑃𝑎 𝑍 𝐷0 𝑑𝑐 𝑙3 6.71.10.15 Vì 𝜎𝑑 < [𝜎]𝑑 = Mpa thỏa điều kiện sức bền dập Điều kiện bền chốt: 𝑙1 20 𝑙2 10 𝑙3 15 ℎ 1,5 𝜎𝑢 = 𝑘 𝑇 𝑙0 0,1 𝑑𝑐 𝐷0 𝑍 = 1,5.46169,31.25 = 40,64 𝑀𝑃𝑎 0,1 103 71.6 Vì 𝜎𝑢 < [𝜎]𝑢 = 60 𝑀𝑃𝑎 thỏa điều kiện bền chốt