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

Trang 1

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

Trang 2

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 điện

1 Chọn kiểu loại động cơ

Hiện nay, có hai loại động cơ là động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều Đểthuận tiện, phù hợp với lưới điện hiện nayta chọn động cơ điện xoay chiều Trong số cácloại động cơ điện xoay chiều, ta chọn loại động cơ ba pha không đồng bộ rô to lồngsóc( 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 vàolưới điện ba pha không cần phải biến đổi dòng điện

2 Các kết quả tính toán trên băng tải

a Mô men thực tế trên băng tải:

Mômen thực tế trên băng tải:

Trang 3

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 theocông thức:

= 1500 vòng/phútCăn cứ vào vận tốc vòng của băng tải, chọn số vòng quay của băng tải là:

Nbt = 60.10 3

v D

 vòng/phútvới : v- vận tốc vòng của băng tải( v = 1,4 m/s)

n bt =

3

60.10 1,33,14.320 =70,04 vòng/phút

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

Trang 4

k k

t

t T

1

1 2

(I – 4)

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 sốliệu như sau:

Khốilượng(kg)

d

(mm)

lực

50Hz 60Hz

-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 cơloại K có phạm vi công suất từ 0,75 Kw đến 30 Kw lớn hơn của động cơ DK và nhỏ hơncủa động cơ 4A

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

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

Trang 5

- 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

Trang 6

- 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

= 14451 = 1445 vòng/phút

Trang 7

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:

- Trục động cơ:

M dc = 9,55

dc

dc lv

Trang 8

Tỉ số truyền

Tốc độ quay (vòng/phút)

Công suất (Kw)

Mô men xoắn (Nmm)

Trang 9

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:

Trang 10

13 11

40 0

Kích thước mặt cắt ngang của dây đai thang.

II I 2 Tính sơ bộ đai

- Tính vận tốc đai:

v =

60000

.d1 n1

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 d2 = 300 mm

u

u 

100% (II -4) u = 2%

Vậy: u  3  4%  Thỏa mãn điều kiện về sai lệch tỉ số truyền đai

Trang 11

- Chọn sơ bộ chiều dài khoảng cách trục là:

4

vậy i = 3,78 <imax = 10

- Khoảng cách trục theo chiều dài tiêu chuẩn:

a = (+   8 2 )/4 (II - 7)với:  = l -  (d2 + d1)/2

8 ) (

2 ) (

1 2

2 1 2 1

Vậy thỏa mãn điều kiện khoảng cách trục

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

Vậy 1 = 150,94o >120o , góc ôm thỏa mãn điều kiện

d cd

C C C C P

K P

- Pcd - Công suất trên trục bánh đai chủ động PI = 4,837 Kw ;

Trang 12

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 [P0] = 1,85 Kw ;

+ C - Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm 1 , tra bảng 4 15 -tr 61 -

TTTKHDĐCK tập 1, ta có: C = 1 - 0,0025(180 - 1) khi 1 = 150…180o

Vậy: C = 0,9273

+ Cl - Hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai

Với l/l0 = 2000/1700 = 1,176, tra bảng 4 16 - tr 61 - TTTKHDĐCK tập 1, ta có: Cl = 1,04

+ Cu - Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền, tra bảng 4 17 - tr 61 -

TTTKHDĐCK tập 1, với trường hợp u ≥3 , ta có: Cu = 1,14 ;

+Cz - Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai, với

PI/[P0] = 4,837/1,85 =2,6 ,tra bảng 4 18 - tr 61 - TTTKHDĐCK tập 1, ta chọn:Cz = 0,95 Thay các giá trị trên vào công thức (II -11), ta được:

z = 1,85.0,92734,837.1,04.1,.11,14.0,95 = 2,86 (đai)

Ta chọn z = 3 (đai)

II I 5 Xác định chiều rộng bánh đai

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

Trang 13

áp dụng công thức tính lực căng trên 1 đai:

F0 = v C P I z K d

.

780



+ Fv (II -15)  F0 = 197,33 (N)

Lực tác dụng lên trục được tính theo công thức:



(II - 16) Fr = 1146,11 (N)

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:

Trang 14

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 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:

Trang 15

2 1 2

4

.)(





(II -21)  x = 2.381524,1 + 22 277 +

1524 14 , 3 4

1 , 38 ) 22 77 (

1 2 1

2

) (

2 )]

( 5 , 0 [ 5

, 0



z z z

z x

z z

14 , 3

) 22 77 ( 2 )]

22 77 ( 5 , 0 132 [ 22 77 5 , 0 132

 a=1535,37 = 1535 (mm)

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)

15

1

p n III z

(II -25)

Trang 16

 v =

60000

635 , 97 1 , 38 22

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 nằm ngang;

 F0 = 9,81 4 5,5 1,530 = 330,2 (N)

Từ đó, ta tính được: s = 1,2.3169,35127000330,210,23 = 30,65

Theo bảng 5 10 - tr 86- TTTKHDĐCK tập 1, với n1 = 200 vòng/phút, ta có: [s] = 8,5  s = 30,65 > [s] = 8,5 ; bộ truyền xích đảm bảo đủ bền

e Xác định đường kính đĩa xích

Theo công thức 5 17- tr86- TTTKHDĐCK tập 1 và bảng 14 -4b - tr20 - TTTKHDĐCK tập 2, ta xác định được các thông số sau:

180 sin

1 , 38

180 sin

1 , 38

 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)

Trang 17

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:

H = 0,47  

d

vd d t r

k A

E F K F k

2

1 2

E E

 - 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:

H1 = 0,47  

1 395

10 1 , 2 02 , 7 2 , 1 35 , 3169 456 ,

10 1 , 2 006 , 2 2 , 1 35 , 3169 22 ,



= 313,55 (Mpa)Như vậy: H1 = 451,72 MPa < [H] = 600 MPa ; H2 = 313,55 MPa < [H] = 600 MPa;

Trang 18

Ta có thể dùng vật liệu chế tạo đĩa xích là gang xám Cì 24 -44, phương pháp nhiệt luyện làtôi, 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.

Bảng thông số của bộ truyền xích:

Bị động: da2 =Đường kính vòng chân răng của đĩa xích Chủ động: df1 = 245 mm

Bị động: df2 = 912 mm

Bề rộng của răng đĩa xích (không lớn hơn) B = 25,4 mm

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

Trang 19

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 công thức sau:



ZR .Zv KxH KHL (II - 34)



YR Ys KxF KFC KFL (II - 35)Trong đó:

ZR - Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc;

Zv - Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng;

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 (II - 17) và (II -18) trở thành:

[H] =

H

HL H

S

K

lim 0



(II - 35a)Trong đó:

Trang 20

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:

mH , mF - Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn ;

NFO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn;

NFO = 4 10 6 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:

Trang 21

NHE = 60.c M i /Mmax3n i t i (II - 39)

NFE = 60.c M i M m F n i t i

 / 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

Trang 22

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 xúc Công thức thiết kế có dạng:

) 1 ( be be H

H

u K K

K T





 (II – 43) Trong đó:

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.

 2

. = 20,25 0.,325,7 = 0,53Theo sơ đồ I và trục bánh răng được lắp trên ổ đũa, HB ≤ 350 , ta chọn KH = 1,13;

7 , 3 25 , 0 25 , 0 1

13 , 1 120257

] [

) 1

( be be H

H

u K K