Đồ án môn học Cơ sở thiết kế máy-Thiết kế hệ dẫn động băng tải

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Đồ án môn học Cơ sở thiết kế máy-Thiết kế hệ dẫn động băng tải

Đồ án môn học Cơ sở thiết kế máy

Đề số: 2A

Thiết kế hệ dẫn động băng tải

Lược đồ hệ dẫn động băng tải

1 Động cơ 2 Nối trục 3 Bộ truyền đai 4 Hộp giảm tốc 5 Bộ truyền xích 6 băng tải

Số liệu cho trước:

6 Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài  80o độ

Khối lượng thiết kế

1 Bản vẽ lắp hộp giảm tốc(A3): - 01 bản tổng thể 3 hình chiếu

- 03 bản , mỗi bản thể hiện 01 hình chiếu 2 01 Bản vẽ chế tạo chi tiết(01 bản A3):

3 01 Bản thuyết minh(A4)

Mục lục

Bản thuyết minh đồ án gồm những phần chính sau:

- Phần I : Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền - Phần II : Tính toán bộ truyền đai thang.

- Phần III : Tính toán bộ truyền bánh răng côn răng nghiêng - Phần IV : Tính toán và kiểm nghiệm trục.

- Phần V : Tính và chọn then - Phần VI : Thiết kế gối đỡ trục.

- Phần VII : Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết máy khác - Phần VIII : Bôi trơn hộp giảm tốc

Phần I : Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

I-1 Chọn động cơ điện1 Chọn kiểu loại động cơ

Hiện nay, có hai loại động cơ là động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều Để thuận tiện, phù hợp với lưới điện hiện nayta chọn động cơ điện xoay chiều Trong số các loại động cơ điện xoay chiều, ta chọn loại động cơ ba pha không đồng bộ rô to lồng sóc( còn gọi là động cơ điện ba pha không đồng bộ rô to ngắn mạch) Nó có những ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, giá thành thấp, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần phải biến đổi dòng điện.

2 Các kết quả tính toán trên băng tảia Mô men thực tế trên băng tải:

Mômen thực tế trên băng tải:

Trong đó F= 2250 N là lực kéo băng tải D=320 mm là đường kính băng tải

b Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ:

Số vòng quay đòng bộ của động cơ (còn gọi là tốc độ từ trường quay) được xác định theo

c Xác định hiệu suất của toàn bộ hệ dẫn động:

Ta gọi ht là hiệu suất của toàn bộ hệ thống được xác định theo công thức: ht=k.đ.brc.ol3x (I – 3) Trong đó: k – hiệu suất của khớp nối.

đ - hiệu suất của bộ truyền đai thang.

brc – hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn ol – hiệu suất của một cặp ổ lăn.

x – hiệu suất của bộ truyền xích.

Trong đó, Mk – mô men thứ k của phổ tải trọng tác động lên băng tải ; tk – thời gian tác động của mô men thứ k.

Từ các thông số tính toán , ta chọn động cơ loại K có nhãn hiệu K112M2 – kiểu có bích, có các thông số kỹ thuật được tra theo bảng P1.1 trang 234 TTTKHDĐCK tập 1, có bảng số liệu như sau:

-Đặc điểm của động cơ điện loại K:

Về phạm vi công suất: Cùng với số vòng quay đồng bộ (nđb) là 1500 vòng/phút ,động cơ loại K có phạm vi công suất từ 0,75 Kw đến 30 Kw lớn hơn của động cơ DK và nhỏ hơn của động cơ 4A.

Động cơ K có khối lượng nhỏ hơn so với động cơ DK và đặc biệt là có mô men khởi động cao hơn 4A và DK.

d Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ đã chọn:

- Kiểm tra điều kiện mở máy:

Khi mở máy, mô men tải không được vượt quá mô men khởi động của động cơ ( M<Mk) nếu không động cơ sẽ không chạy

Theo điều kiện:

Mmm/M≤Mk/Mdn (I - 5) Trong đó: Mmm -mô men mở máy của thiết bị cần dẫn động Mk (Tk) - mô men khởi động của động cơ.

Mdn (Tdn) - mô men danh nghĩa của động cơ Theo bảng số liệu trên ta có:

Mk/Mdn = 2,0 Căn cứ vào lược đồ tải trọng đã cho trong đề bài, ta có:

Mmm/M = 1,5

Do đó động cơ thỏa mãn điều kiện mở máy.

O Kiểm nghiệm động cơ theo các điều kiện làm việc:

I-2 Phân phối tỉ số truyền

Để phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền, phải tính tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống.

ux - tỉ số truyền của bộ truyền xích uđ - tỉ số truyền của bộ truyền đai thang.

- tỉ số truyền của bộ truyền đai: uđ = 3 - tỉ số truyền của bộ truyền xích: ux = 3

I-3 Xác định các thông số động học và lực tác dụng lên các trục

Ký hiệu các trục trong hệ thống dẫn động băng tải

1 Tính toán tốc độ quay của các trục

2 Tính công suất trên các trục

Gọi công suất trên các trục I, II, III, IV lần lượt là PI , PII , PIII , PIV có kết quả như sau: - Công suất danh nghĩa trên trục động cơ:

3 Tính mô men xoắn trên các trục

Gọi mô men xoắn trên các trục I, II, III, IV lần lượt là MI , MII , MIII , MIV ta có kết quả sau:

Phần II: Tính toán thiết kế các bộ truyền

A - tính toán thiết kế các bộ truyền ngoài

II I Thiết kế bộ truyền đai thang

II I 1 Xác định kiểu đai

- Các thông số của động cơ và tỉ số truyền của bộ truyền đai: ndc = 1445 (vòng/phút) ; Pdc = 3,21 Kw ; ud = 3

Căn cứ vào Hình 4.1 - Chọn loại tiết diện đai hình thang và do không có yêu cầu đặc biệt nào nên ta chọn loại đai hình thang bình thường loại A trong bảng 4.13 Các thông số của đai hình thang - tr59 TTTKHDĐCK tập 1 Theo đó, thông số kích thước cơ bản của đai được cho trong bảng sau:

Loại đai Kích thước mặt cắt (mm) Diện tích

Kích thước mặt cắt ngang của dây đai thang.

II I 2 Tính sơ bộ đai

II I 3 Chọn đường kính đai tiêu chuẩn

Theo bảng 4.21 - Các thông số của bánh đai hình thang - tr63 - TTTKHDĐCK tập 1, ta

- Chọn sơ bộ chiều dài khoảng cách trục là:

vậy i = 3,78 <imax = 10

- Khoảng cách trục theo chiều dài tiêu chuẩn: Vậy thỏa mãn điều kiện khoảng cách trục.

Tính góc ôm 1 trên bánh đai nhỏ theo công thức:

O Tra các bảng hệ số, chọn các hệ số:

+ Kđ - Hệ số tải trọng ứng với trường hợp tải dao động nhẹ, tải trọng mở máy đến 150% tải trọng danh nghĩa (Bảng 4 7 - tr 55 - TTTKHDĐCK tập 1), ta chọn Kđ =1,1 ; + [P0] - Công suất cho phép, tra bảng 4 19 - tr 62 - TTTKHDĐCK tập 1, ta có

II I 5 Xác định chiều rộng bánh đai

Chiều rộng của bánh đai được xác định theo công thức:

áp dụng công thức tính lực căng trên 1 đai:

Sơ đồ lực tác dụng lên trục khi bộ truyền đai làm việc

Bảng thông số của bộ truyền đai:

II I 7 Tính ứng suất trong dây đai và tuổi thọ của dây đai

II II Thiết kế bộ truyền xích

II II 1 Chọn loại xích

Do bộ truyền tải không lớn, ta chọn loại xích ống - con lăn một dãy, gọi tắt là xích con lăn một dãy Loại xích này chế tạo đơn giản, giá thành hạ và có độ bền mòn cao.

II II 2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích

a Chọn số răng đĩa xích

Số răng đĩa xích nhỏ được xác định theo công thức:

Bước xích p được xác định từ chỉ tiêu về độ bền mòn của bản lề Điều kiện đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích được viết dưới dạng:

Pt = P k kz kn  [P] (II -19) Trong đó: Pt - Công suất tính toán;

P - Công suất cần truyền; P = 4,323 (Kw);

Xác định công suất cho phép [P] của xích con lăn: với n01 = 200 vòng/phút, bước xích

Trong đó các hệ số thành phần được chọn theo bảng 5.6 -tr 82 - TTTKHDĐCK tập 1,với: k0 - Hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền, k0 = 1 (do đường nối tâm của hai đĩa xích so với đường nằm ngang là 25o <60o);

ka - Hệ số kể đến ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích; với a = (30…40)p, ta có: ka = 1;

kđc - Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng; với trường hợp vị trí trục không điều chỉnh được, ta có: kđc = 1,25;

kbt - Hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn; với trường hợp môi trường làm việc có bụi, chất lượng bôI trơn bình thường), ta chọn: kbt = 1,3;

kđ - Hệ số tải trọng động, với trường hợp tải trọng vừa (tải trọng va đập), ta

Với bước xích p = 38,1 (mm), theo bảng 5.8 - tr 83 - TTTKHDĐCK tập 1, điều kiện p <pmax được thỏa mãn.

Tính khoảng cách trục sơ bộ, ta lấy:

Để xích không chịu lực căng quá lớn, ta cần giảm khoảng cách trục đi một lượng: a = (0,002…0,004)a , ta chọn a = 0,003a  5 (mm)

 i = 1,085 < [i] = 20, sự va đập của các mắt xích vào các răng trên đĩa xích đảm bảo, không gây ra hiện tượng gẫy các răng và đứt má xích.

c Kiểm nghiệm xích về đọ bền

Với các bộ truyền xích bị quá tải lớn khi mở máy hoặc thường xuyên chịu tả trọng va đập trong quá trình làm việc cần tiến hành kiểm nghiệm về quá tải theo hệ số an toàn:

Trong đó kf là hệ số phụ thuộc vào độ võng f của xích và vị trí bộ truyền: Với: f = (0,01…0,02)a , ta lấy: f = 0,015.a = 0,015 1530 = 22,95 (mm);

kf = 4, ứng với trường hợp bộ truyền nghiêng một góc dưới 40oso với phương  Đường kính vòng đáy(chân) răng df1 và df2:

df1 = d1 - 2r , trong đó r là bán kính đáy răng, được xác định theo công thức: r = 0,5025.dl + 0,05 (II -29)

với dl = 22,23 (mm), theo bảng 5 2 - tr 78 - TTTKHDĐCK tập 1  r = 0,5025.22,23 + 0,05 = 11,22 (mm)

do đó: df1 = 267 - 2 11,22 = 244,56 (mm) , ta lấy df1 = 245 (mm) df2 = 934 - 2 11,22 = 911,56 (mm) , ta lấy df2 = 912 (mm)  Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc của đĩa xích:

ứng suất tiếp xúc H trên mặt răng đĩa xích phải nghiệm điều kiện:

 - Mô đun đàn hồi , với E1, E2 lần lượt là mô đun đàn hồi của vật liệu con lăn và răng đĩa xích, lấy E = 2,1 105 Mpa;

A - Diện tích chiếu của bản lề, mm2, theo bảng 5 12 - tr 87 - TTTKHDĐCK tập 1, ta có: A = 395 (mm2);

Thay các số liệu trên vào công thức (II -30), ta tính được: - ứng suất tiếp xúc H trên mặt răng đĩa xích 1:

Ta có thể dùng vật liệu chế tạo đĩa xích là gang xám Cì 24 -44, phương pháp nhiệt luyện là tôi, ram (do đĩa bị động có số răng lớn z2 = 77 > 50 và vận tốc xích v = 1,364 m/s < 3 m/s) đạt độ rắn là HB = 350 sẽ đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng của hai đĩa xích.

f Xác định các lực tác dụng lên đĩa xích

Lực căng trên bánh xích chủ động F1 và trên bánh xích bị động F2: F1 = Ft + F2 ; F2 = F0 + Fv (II -32)

Trong tính toán thực tế, ta có thể bỏ qua lực F0 và Fv nên F1 = Ft vì vậy lực tác dụng lên trục được xác định theo công thức:

Fr = kx Ft (II -33)

Trong đó: kx - Hệ số kể đến ảnh hưởng của trọng lượng xích; với kx = 1,15 khi bộ truyền nằm ngang hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 40o;

Ft - Lực vòng trên đĩa xích, Ft = 3169,35 (N);  Fr = 1,15 3169,35 = 3644,75 (N)  3645 (N)

Bảng thông số của bộ truyền xích:

b- tính toán thiết kế bộ truyền trong

II III Thiết kế bộ truyền bánh răng côn

II III 1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng

Đối với hộp giảm tốc bánh răng côn 1 cấp chịu công suất nhỏ (Pdc

dm = 5,5 Kw) , ta chỉ cần chọn loại vật liệu nhóm I Vật liệu nhóm I là loại vật liệu có độ rắn HB ≤ 350, bánh răng được thường hóa hoặc tôi cải thiện Nhờ có độ rắn thấp nên có thể cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền có khả năng chạy mòn Bên cạnh đó, cần chú ý rằng để tăng khả năng chạy mòn của răng, nên nhiệt luyện bánh răng lớn đạt độ rắn thấp hơn bánh răng nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị:

H1 ≥ H2 + (10…15)HB.

II III 2 Xác định ứng suất cho phép

- ứng suất tiếp xúc cho phép [H] và ứng suất uốn cho phép [F] được xác định theo

KxH - Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng;

YR - Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng; Ys - Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất; KxF - Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn;

Trong thiết kế sơ bộ, ta lấy: ZRZvKxH = 1 và : YRYsKxF = 1 , theo đó các công thức

0Hlim và 0Flim lần lượt là các ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở, tra bảng 6 2 - tr 94 - TTTKHDĐCK tập 1, với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = (180…350, ta có:

0Hlim= 2HB + 70 ; SH = 1,1 ; 0Flim = 1,8HB ; SF = 1,75 ; Với SH , SF - Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn;

Thay các kết quả trên vào các công thức, ta có:

KHL , KFL - Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền, được xác định theo các công thức:

NFO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn; NFO = 4 106 đối với tất cả các loại thép;

NHE , NFE - Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Khi bộ truyền chịu tải trọng thay đổi nhiều bậc:

NHE = 60.c.Mi /Mmax3niti (II - 39) NFE = 60.c.MiM mFniti

 /max (II -40) Trong đó:

c - Số lần ăn khớp trong một vòng quay của bánh răng; ni - Số vòng quay của bánh răng trong một phút;

Mi - Mô men xoắn ở chế độ thứ i;

Mmax - Mô men xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng đang xét; ti - Tổng số giờ làm việc của bánh răng.

Ta có: với bánh răng nhỏ (bánh răng 1):

Như vậy: NHE1 > NHO1 , NHE2 > NHO2 ;

NFE1 > NFO! , NFE2 > NFO2

Với bộ truyền bánh răng côn răng thẳng, ứng suất tiếp xúc cho phép là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị tính toán của [H]1 và [H]2 .

 [H] = 500 Mpa.

+ ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép khi quá tải được xác định theo công thức:

II II 3 Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng côn răng thẳng

a Xác định chiều dài côn ngoài của bánh răng

Chiều dài côn ngoài của bánh răng côn chủ động được xác định theo độ bền tiếp

KR = 0,5Kd - Hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng Với truyền động bánh răng côn răng thẳng bằng thép, Kd = 100 Mpa1/3  KR = 0,5 100 = 50 Mpa1/3

T1 – Mô men xoắn trên bánh răng chủ động, T1 = 120257 Nmm; [H] – ứng suất tiếp xúc cho phép, [H] = 500 Mpa;

KH - Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng bánh côn, và với Kbe- Hệ số chiều rộng vành răng: Kbe =b/Re = 0,25…0,3.

Theo bảng 6 22 - tr 114 - TTTKHDĐCK tập 1, ta có z1p = 17 với HB ≤ 350; ta tính z1 theo công thức: z1 = 1,6z1p = 1,6 17 = 27,2 (răng) Theo đó, ta chọn z1 = 27 (răng)  Xác định mô đun của bánh răng:

Với bánh răng côn răng thẳng, mô đun vòng ngoài được xác định theo công thức:

ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt răng côn phải thỏa mãn điều kiện: TTTKHDĐCK tập 1, với dịch chỉnh chiều cao: xt = x1 + x2 = 0  ZH = 1,76; Z - Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, với bánh răng côn răng thẳng, do

KH - Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp Với bánh răng côn răng thẳng KH = 1;

KHv - Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, tính theo công

H - Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp; g0 - Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch bước răng;

dm1 - Đường kính trung bình của bánh răng côn nhỏ, dm1 = 82,62 (mm); v - Vận tốc vòng của bánh răng côn nhỏ, tính theo công thức:

[H] - ứng suất tiếp xúc cho phép, [H] = 500 Mpa; Ta thay các giá trị vừa tính toán được vào công thức (II -31):

Vậy : H < [H]  thỏa mãn điều kiện độ bền mỏi tiếp xúc d Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Điều kiện bền uốn đối với bánh răng côn:

T1- Mô men xoắn trên bánh chủ động, T1 = 120257 Nmm;

mnm- Mô đun pháp trung bình, với bánh răng côn răng thẳng mnm = mtm = 3,06 (mm);

b -Chiều rộng vành răng, b = 45 (mm);

dm1 -Đường kính trung bình của bánh răng chủ động, dm1 = 82,62 (mm); Y -Hệ số kể đến độ nghiêng của răng,

với bánh răng côn răng thẳng,  = 0, Y =1;

YF1, YF2 - Hệ số dạng răng của bánh răng 1 và 2, được tính theo công thức sau:

KF - Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp, với bánh răng côn răng thẳng KF = 1;

KFv - Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, tính theo công thức(tương tự khi tính về tiếp xúc):