Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Bộ môn Cơ điện tử Môn Nguyên lý Chi tiết máy BÀI TẬP: Nguyên Lý Chi Tiết Máy Hướng dẫn cách tính toán chọn các thông số như động cơ, hệ thống truyền động, ổ lăn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Môn: Nguyên lý - Chi tiết máy BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Việt 19146303 MSSV : ĐỀ TÀI Đề số 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Phương án số : Hệ thống dẫn động băng tải bao gồm: 1- Động điện pha không đồng bộ; 2- Bộ truyền đai thang; 3Hộp giảm tốc bánh nón cấp; 4-Nối trục đàn hồi; 5- Băng tải Số liệu thiết kế: Cơng suất trục băng tải, P(kW): Số vịng quay trục tang dẫn, n(v/ph): 180 Thời gian phục vụ, L(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 ; T2 = 0,8T t1 = 22s ; t2=30s Phần 1: Tính chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền, thiết kế truyền đai thang 1.TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 1.1 Chọn hiệu suất truyền động hệ thống: * Vì động làm việc với sơ đồ tải trọng thay đổi nên ta chọn động dựa công suất đẳng trị * Công suất động phải lớn công suất cần thiết: Pdc ≥ Pct Với * Hiệu suất truyền động: Trong : hiệu suất khớp nối : hiệu suất truyền đai : hiệu suất truyền bánh nón thẳng : hiệu suất ổ lăn.(2 cặp ổ lăn) ⇒ 1.2.Tính cơng suất tương đương: 1.3.Tính cơng suất cần thuyết Cơng suất cần thuyết: (1) Chọn động điện thỏa: 1.4.Xác định số vòng quay sơ bộ: -Ta chọn sơ tỉ số truyền sau: Tỷ số truyền chung hệ: Trong đó: : tỉ số truyền truyền đai : tỉ số truyền hộp giảm tốc :tỉ số truyền khớp nối ⇒ -Số vòng quay sơ động cơ: (2) Từ (1) (2) ta chọn động (dựa vào Phụ lục P1.1 trang 493, Thiết kế chi tiết máy công dụng chung , Trần Thiên Phúc) Kiếu động Cơng suất, (kW) Vận tốc quay, (vịng/ phút) cos % 4A132S4Y3 11 1458 0.87 87.5 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 2.1 Tỉ số truyền thực : Tỉ số truyền thực lúc là: Chọn : tỷ số truyền hộp giảm tốc, chọn theo tiêu chuẩn Chọn : tỷ số truyền khớp nối, chọn theo tiêu chuẩn 2.2 2.0 2.2 Tỉ số truyền đai thang tính lại : Tỉ số truyền đai thang lại là: 2.3 Công suất trục: Trục II: Trục I: Động cơ: 2.4 Số vòng quay trục: Trục I: Trục II: Tải : 2.5 Momen xoắn trục: Động : Trục I : Trục II : Tải : 424232,33 Nmm 3.Lập bảng đặc tính Thơng số Trục Tỉ số truyền Số vịng quay, vịng/ph Cơng suất Momen xoắn, Nmm Động 2.53 1458 8,95 58623,11 I II Tải 576,28 180,09 180,09 8,50 140860,35 8,08 428474,65 8,0 424232,33 3,2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG: Thông số kỹ thuật để thiết kế truyền đai thang : + Công suất truyền: + Tỉ số truyền: + Số vịng quay trục dẫn: 3.1 Đường kính bánh đai nhỏ: Chọn loại đai dựa vào công suất số vịng quay theo đồ thị sau: Theo hình ta chọn đai loại B có α0 = 14; h = 10,5 ; a = 17; h0 = 4,1 ; A = 138 Theo bảng 5.13 5.14 chọn đường kính đai nhỏ theo tiêu chuẩn : d1 = 200 mm 3.2 Vận tốc đai: 3.3 Đường kính bánh đai lớn: Đai thang chọn Theo bảng 5.14 chọn đường kính đai lớn theo tiêu chuẩn : d2 = 500 mm Tỷ số truyền thực tế Sai lệch so với giá trị đầu 3.4 Chọn sơ khoảng cách trục: 3.5 Chiều dài đai theo khoảng cách trục a: Theo bảng 5.11 chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn L = 2120 mm Kiểm nghiệm số vòng chạy giây 3.6 Tính lại khoảng cách trục a: Tính lại khoảng cách trục a theo chiều dài tiêu chuẩn L = 2120 mm 3.7 Góc ơm đai bánh đai nhỏ: 3.8 Các hệ số sử dụng: -Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ơm đai: -Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc : -Hệ số xét tới ảnh hưởng tỷ số truyền u: u = 2,53 > 2,5 -Hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai ta chọn sơ C z = -Hệ số xét đến ảnh hưởng tải trọng Cr = 0,85 (tải va đập nhẹ) -Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai 3.9 Ta chọn [Po] d1= 200 mm, v = 15,27 m/s đai loại B: Dựa vào bảng 4.19 trang 62 Giáo trình: Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí Tập 1, Trịnh Chất - Lê Văn Uyển Dùng cơng thức nội suy để tìm [Po] v1=15 v2=20 v=15,2 d1=180 4,61 5,34 d=200 P1 P2 d2=224 5,53 6,46 3.10 Số đai xác định theo công thức: ⇒Chọn số đai z = suy Cz = 0,95 Ta kiểm nghiệm lại z ≥ 2,29 Do ta chọn z = thỏa 3.11 Các kích thước chủ yếu đai: -Chiều rộng bánh đai: -Đường kính ngồi: 3.12 Lực tác dụng lên trục: Chọn ứng suất ban đầu: Lực căng ban đầu: Lực tác dụng lên trục: KẾT LUẬN: Thông số Ký hiệu Giá trị Loại tiết diện đai Đường kính đai (nhỏ) Đường kính đai (lớn) Vận tốc đai Tỷ số truyền thực Sai lệch tỷ số truyền Chiều dài đai tiêu chuẩn Khoảng cách trục Góc ơm bánh đai nhỏ Số đai Chiều rộng bánh đai Đường kính ngồi (nhỏ) Đường kính ngồi (lớn) Lực tác dụng lên trục _ rad B/Б 200mm 500mm 15,27 m/s 2,53 0,79% 2120 mm 487 mm 1450 / 2,5 63mm 208,2 mm 508,2 mm 1777 N Phần 2: Thiết Kế Truyền Bánh Răng Nón Đây truyền bơi trơn tốt (bộ truyền kín) ta tính tốn theo độ bền mỏi tiếp xúc để tránh tượng tróc rỗ bề mặt kiểm nghiệm lại điều kiện bền uốn Vật liệu nhiệt luyện bánh Ta chọn loại vật liệu cho bánh cấp thép C45 thường hóa Ta chọn sau: - Độ rắn bánh nhỏ 250HB - Độ rắn bánh lớn 235HB Ứng suất cho phép a) Ứng suất tiếp xúc cho phép Khi chưa có kích thước truyền ta tính sơ theo cơng thức (3.5) • • Giới hạn mỏi tiếp xúc tương ứng với chu kỳ sở cho bảng 3.5 Hệ số tuổi thọ xác định theo cơng thức (3.7) Trong đó: - số chu kỳ làm việc tương đương - số chu kỳ làm việc sở - bậc đường cong mỏi, có giá trị • Số chu kỳ làm việc tương đương xác định theo công thức (3.8) Trong đó: vịng/phút Suy ra: • Số chu kỳ làm việc sở phụ thuộc vào độ rắn bề mặt tùy theo phương pháp nhiệt luyện cho bảng 3.5 tính cơng thức (3.6) Vì • Hệ số an tồn có giá trị theo bảng 3.5: • Ứng suất tiếp suất cho phép sơ bánh răng: Đây truyền bánh thẳng nên: b) Ứng suất uốn cho phép • Khi chưa có kích thước truyền ta chọn sơ cơng thức (3.20): • Giới hạn mỏi uốn, tương ứng với chu kỳ sở NFO chọn phụ thuộc vào độ rắn bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp nhiệt luyện, tra theo bảng 3.5 • Hệ số tuổi thọ xác định theo cơng thức (3.21) Trong đó: – số mũ, (do H ≤ 350HB) – số chu kỳ sở, thông thường lấy vật liệu thép – số chu kỳ tương đương • Số chu kỳ làm việc tính cơng thức (3.22) • Do toàn số chu kỳ làm việc tương đương lớn số chu kỳ làm việc sở nên ta có: • Hệ số an tồn có giá trị theo bảng 3.5: • Ứng suất uốn cho phép sơ bánh răng: Hệ số chiều rộng vành hệ số tải trọng tính a) Hệ số chiều rộng vành Ta chọn: b) Hệ số tải trọng tính • Từ ta tính tỷ số sau: • Giả sử trục lắp ổ đũa côn, tra bảng 3.14 ta hệ số tập trung tải trọng: Nội suy theo bảng 3.14 từ công thức: ⇒ Giá trị xác định gần theo công thức (3.78) Ta chọn sơ hệ số tải trọng tính • Đường kính vịng chia ngồi Đường kính vịng chia ngồi xác định cơng thức (3.79) Mơđun vịng ngồi • Từ giá trị tìm giá trị tỷ số truyền có u=3,2, ta chọn giá trị theo bảng 3.15 : Chọn : Vì H1 H2 < 350 ta có: Tính • Tỷ số truyền thực: • Sai số tỷ truyền tương đối: • Mơđun vịng ngồi tính theo công thức (3.80) Theo tiêu chuẩn bảng 3.2 chọn Thiết kế trục: Ngồi mơmen xoắn, trục cịn chụi tác dụng mômen uốn, lực cắt , lực kéo lực nén Do sau tính sơ kích thước chiều dài trục ta tiến hành thiết kế trục dạng tác động đồng thời mômen uốn mômen xoắn a) Trục Dựa vào công thức chương trước ta xác định lực đặt lên bánh bánh đai -Lực tác dụng lên bánh răng: (làm trịn lên để dễ tính tốn) -Lực tác dụng lên bánh đai: (lấy số liệu tính tốn trên) Áp dụng phương trình cân mơmen phương trình cân lực ta xác định lực ổ tác dụng lên trục: Ta giá trị sau (chiều xác định biểu đồ): • Mặt phẳng (yOz): • Mặt phẳng (xOz): Dựa vào biểu đồ nội lực tính mơmen uốn tổng hợp tiết diện theo công thức (7.3): Suy ra: Mơmen tương đương theo (7.4): Suy ra: Đường kính tiết diện theo công thức (7.5): , chọn sơ : Theo tiêu chuẩn yêu cầu kết cấu ta chọn tiết diện có giá trị sau: Kiểm tra lại đường kính bé 30mm nên việc chọn hợp lý Phác thảo trục 1: b) Trục Dựa vào công thức chương trước ta xác định lực đặt lên bánh khớp nối -Lực tác dụng lên bánh răng: -Lực tác dụng lên khớp nối: Chọn khớp nối trục đàn hồi: Với ta chọn nối trục đàn hồi theo bảng 9.10a khớp với thông số sau: d=50mm; D=170mm; dm=95mm; d1=90mm; Do=130mm Lực khớp nối tác dụng lên trục: Ta chọn : Áp dụng phương trình cân mơmen phương trình cân lực ta xác định lực ổ tác dụng lên trục: Ta giá trị sau (chiều xác định biểu đồ): • Mặt phẳng (yOz): • Mặt phẳng (xOz): Dựa vào biểu đồ nội lực tính mơmen uốn tổng hợp tiết diện theo công thức (7.3): Suy ra: Mômen tương đương theo công thức (7.4): Suy ra: Đường kính tiết diện theo cơng thức (7.5): , chọn sơ Theo tiêu chuẩn yêu cầu kết cấu ta chọn tiết diện có giá trị sau: Kiểm tra lại đường kính bé 50mm nên việc chọn hợp lý Phác thảo trục 2: Chọn then cho chi tiết diện trục: Tiết Đường kính, Loại then, b x diện mm hxl A 25 x x 40 D 25 x x 40 M 40 12 x x 40 P 45 14 x x 45 Kiểm tra độ bền trục -Kiểm tra theo hệ số an toàn -Ta kiểm tra tất tiết diện có đường kính xác định tính tốn phía Hai tiết diện lắp ổ trên trục có đường kính nên ta kiểm tra tiết diện ổ chụi tải trọng lớn hai ổ -Hệ số an toàn trục truyền xác định theo công thức (7.6): - ; Trong đó: Giới hạn mỏi vật liệu thử nghiệm cới mẩu thử theo công thức (7.10): Biên độ giá trị trung bình ứng suất: Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng (7.11): Ứng suất tiếp thay đổi theo chu kỳ mạch động trục quay chiều (7.12): Mômen cản uốn mômen cản xoắn tiết diện theo công thức bảng Công thức xác định, trang 164: • Mơmen cản uốn : • Mơmen cản xoắn : Tiết diện A,D Đường kính 25 B,C M 30 40 N,Q P 40 45 Tiết diện σa , MPa A B D 12,30 63,78 bxhxl t W W0 8x7x 40 12 x x 40 14 x x 45 1251,74 2785,72 2700 5364,44 5,5 6400 7611,30 5400 11647,6 12800 16557,4 σm , MPa 0 τa = τ m , MPa 25,28 13,04 25,28 M N P 30,91 12,38 0 18,39 16,74 12,94 Hệ số ᴪσ ᴪτ xét đến ảnh hưởng ứng suất trung bình đến độ bền mỏi phụ thuộc vào tính vật liệu tra bảng 7.4: ᴪσ =0,10 ᴪτ = 0,05 Hệ số Kσ Kτ xét đến ảnh hưởng tập trung ứng suất đến bền mỏi bảng 7.7 : ⇒Nội suy từ bảng 7.7 ta được: Kσ =2,03 Kτ = 1,87 Hệ số ɛσ ɛτ tiết diện theo bảng 7.5: Ta bảng số liệu Tiết diện d, mm A,D 25 B 30 M,N 40 P 45 sau: ɛσ 0,91 0,91 0,88 0,84 ɛτ 0,89 0,89 0,81 0,78 Theo bảng 7.6 hệ số tăng bền bề mặt ứng với kiểu tăng bền thấm cacbon: β=1,5 Hệ số an tồn điểm: • Tại A: ⇒ Tương tự điểm cịn lại: • Tại B: ; ⇒ • Tại D: ; ⇒ • Tại M: ; ⇒ • Tại N: ; • ⇒ Tại P: ; ⇒ Suy ra: Tiết diện A B D M N P d,m m 25 30 25 40 40 45 s 2,23 2,23 2,23 2,31 2,31 2,42 2,10 2,10 2,10 2,31 2,31 2,40 1,49 1,49 1,49 1,54 1,54 1,61 1,40 1,40 1,40 1,54 1,54 1,60 19,31 3,72 7,43 17,71 4,92 9,54 4,92 6,18 6,79 8,47 4,77 3,47 4,92 6,18 5,01 7,64 Theo bảng ta thấy tiết diện thỏa điều kiện bền theo hệ số an toàn Kiểm tra then Kiểm tra độ bền dập theo công thức (7.20): Kiểm tra độ bền cắt theo công thức (7.21): Theo bảng 7.13 ta có ứng suất dập cho phép chụi tải va đập nhẹ: Ứng suất cắt cho phép chụi tải va đập nhẹ: Tiế T, Nmm d, Loại t, t2, σd, τc , t mm then mm mm MPa MPa diệ bxhxl n A D M 140860,35 140860,35 428474,65 25 25 40 P 428474,65 45 x x 40 x x 40 12 x x 56 14 x x 45 4 3,66 3,66 3,92 76,97 76,97 97,59 35,22 35,22 31,88 5,5 4,62 91,60 30,23 Theo bảng số liệu ta thấy then tiết diện thỏa điều kiện bền Phần 4: Tính tốn lựa chọn ổ lăn Thiết kế cặp ổ trục 1: - Theo tính tốn ta có số liệu: -Lực dọc trục: Ta có: Do nên ta chọn ổ lăn B để tính Vì Nên ta tính theo công thức ổ đỡ công thức (8.3): Trong đó: V=1 (vì vịng quay) X=1, Y=0 ( Fa/(V.Fr) = 0,064 < e) Chọn (vì làm việc hai ca tải trọng va đập nhẹ) Chọn (vì nhiệt độ làm việc 100°C) Ta tính được: Theo cơng thức (8.8) (số liệu lấy tính tốn trên) Khả tải động ổ tính theo cơng thức (8.10) Trong đó: m = ổ bi Chọn ổ Phụ lục P8.4 có số liệu bảng bên dưới: Kí hiệu Kích thước, mm C, k N C0 , k Nth bôi trơn Khối lượng,kg N d d D H H1 a r h 92 382 1, 5, 09 09 5 7 Ta chọn hai ổ lăn B, C có thơng số bảng Thiết kế cặp ổ trục 2: -Theo tính tốn ta có số liệu: ; ; Mỡ Dầ 800 u 89 260 360 0,3 0 380 00 0,62 -Lực dọc trục: Ta có: Do FrN > FrQ nên ta chọn ổ lăn N để tính ⇒ Vì Nên ta tính theo cơng thức ổ đỡ công thức (8.3): Ta chọn ổ đũa côn để lắp để nâng cao độ cứng ổ cho bánh côn Đối với ổ đũa côn, lực dọc trục xác định theo công thức (8.2b) : Trong đó: Xét tỉ số Ta thấy Tải trọng động quy ước tác dụng lên ổ theo công thức (8.3): Trong đó: V=1 (vì vịng quay) Xét tỉ số Xét tỉ số Chọn (vì làm việc hai ca tải trọng va đập nhẹ) Chọn (vì nhiệt độ làm việc 100°C) Tải trọng động quy ước tác dụng lên ổ : Vì nên ta tính tốn ổ theo thông số N Theo công thức (8.8): (số liệu lấy tính tốn trên) Khả tải trọng ổ : Trong đó: m=10/3 ổ đũa Chọn ổ 7206 Phụ lục P8.5 có số liệu bảng bên dưới: Kí hiệ u 72 06 Kích thước, mm d D T 17,2 B c r 1, C, k N r1 0, C0 , k N e Y 31 22 0,3 1,6 Y0 0,9 Nth bôi trơn Mỡ 630 Ta chọn hai ổ đũa N, Q có kí hiệu 7206 có thông số bảng Tài liệu tham khảo: Thiết kế chi tiết máy công dụng chung, Trần Thiên Phúc Dầu 850 Khối lượn g, kg 0,23 HẾT ... truyền Theo bảng 3.4: • Chi? ??u dài ngồi: • Chi? ??u rộng vành cơn: • Chi? ??u dài trung bình: • Đường kính vịng chia ngồi: • Góc chia: • Mơđun vịng trung bình: • Đường kính vịng chia trung bình: Cấp xác... Thơng số Chi? ??u dài ngồi Chi? ??u dài trung bình Mơ đun vịng chia ngồi Mơ đun vịng trung bình Chi? ??u rộng vành Tỷ số truyền Góc nghiêng Lực vịng Lực hướng tâm Lực dọc trục Số bánh Đường kính chia ngồi... thước chi? ??u dài trục ta tiến hành thiết kế trục dạng tác động đồng thời mômen uốn mômen xoắn a) Trục Dựa vào công thức chương trước ta xác định lực đặt lên bánh bánh đai -Lực tác dụng lên bánh