thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn

thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn

Sinh viên thực hiện: Trần Minh Thiên MSSV: 21103352

Thông số đề bài:

-Công suất trên thùng trộn: P = 5.5 (kW)

-Số vòng quay trên trục thùng trộn: n = 45 vòng/phút

-Thời gian phục vụ: L = 3 năm

-Số ngày làm/năm: Kng = 260 ngày

PHẦN 1: TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ

I Chọn động cơ

1 Chọn hiệu suất của động cơ

Hiệu suất truyền động:

= 1.0,994.0,95.0,97.0,93 = 0,823 Trong đó:

2 Tính toán công suất tương đương Theo công thức 2.14 “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Tác giả: Trịnh Chất – Lê Văn Uyển” : √( ) ( ) =5,5√ ( )

= 4,8575 (kW) Công suất cần thiết động cơ: Pđc = =

= 5,9 (kW) 3 Số vòng quay sơ bộ: -Số vòng quay trên thùng trộn: nlv = 45 vòng/ phút -Dựa vào bảng 2.4 “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Tác giả: Trịnh Chất – Lê Văn Uyển” chọn: uhgt = 16, ux = 2 ⟹ Tỉ số truyền tổng hợp:

⟹ số vòng quay sơ bộ :

4 Chọn động cơ điện:

Dựa vào bảng thông số động cơ điện “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Tác giả: Trịnh Chất – Lê Văn Uyển”.Với = 5,9 kW và nsb = 1440 vòng /phút

⟹ chọn động cơ 4A132S4Y3

Công suất Vận tốc quay cosφ η% T max /T dn T K /T dn

II Phân phối tỷ số truyền

-Tỷ số truyền sơ bộ của bộ truyền xích: ux= 2

-Tỷ số truyền chung của hệ: uc =

=

= 32,333 -Tỷ số truyền của hộp giảm tốc: uc = uhgt.ux⟹ uhgt = = = 16,167 -Theo công thức 3.15 “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Tác giả: Trịnh Chất – Lê Văn Uyển” ( )

Trong đó: [ ]

( ) [ ] (công thức 3.17 )

[ ] [ ]

⟹

( )

( ) ⟹

( )

⟹ u1 = 4,31 ⟹ uhgt = u1.u2 ⟹ u2 = = = 3,75 -Tính lại tỷ số truyền của bộ truyền xích: ux = = = 1,9999

Bánh răng côn ubrc = u1 = 4,31 Bánh răng trụ răng thẳng ubrt = u2 = 3,75 Bộ truyền xích ux = 2 III Công suất, số vòng quay và moment trên các trục 1 Công suất +Trục 3: P3 =

=

= 5,974 (kW) +Trục 2: P2 = =

= 6,221 (kW) +Trục 1: P3 = =

= 6,615 (kW) +Trục động cơ: Pđc = =

= 6,682 (kW)

+ n3 =

=

= 90 (vòng/phút)

= 633 907,77 (Nmm) 633 908 (Nmm) + T2 = 9,55 = 9,55

= 175 989,54 (Nmm) 175 990 (Nmm) + T1 = 9,55 = 9,55

= 43 418,04 (Nmm) 43 418 (Nmm) + Tđc = 9,55

Số răng của đĩa xích dẫn: z1 29 2 u= 19 - 2.2=25 (răng)

Số răng đĩa xích lớn: z2 uz1 =25.2=50 (răng)

+Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn: Kbt = 1 (bôi trơn nhỏ giọt)

+ Hệ số xét đến chế độ làm việc: Kc =1,45 (làm việc 3 ca)

Hệ số ảnh hưởng số răng đĩa xích: K z z01/z125 /z1 =25/25=1

Hệ số số vòng quay: K n n01/n1 = 50/90 = 0,56

(Vì n1 = 90 v/p, tra bảng 5.5 [tài liệu 1] ⟹ n01 = 50 v/p)

4 Công suất tính toán và bước xích

Theo công thức 5.5 [tài liệu 1]

Pt = =

= 5,82 ≤ [P] (Kd = 1, xích 1 dãy) Với [P] ≥ 5,82 (kW), n01 = 50 v/p tra bảng 5.5 [tài liệu 1]

⟹ bước xích: pc = 31,75 (mm)

5 Kiểm tra số vòng quay tới hạn

Với z1 = 25 ≥ 17 và pc = 31,75( mm), tra bảng 5.8 [tài liệu 1]

Lực vòng có ích: Ft =

= = 5020,17 (N)

7 Kiểm nghiệm bước xích

Với pc = 31,75 (mm), n01 = 50 v/p, tra bảng 5.3 [tài liệu 2] ⟹ [p] = 35 Mpa

Theo công thức 5.26 [tài liệu 2]

p

Z Z Z Z a

Khoảng cách chính xác trục a:

2 2

9 Kiểm nghiệm số va đập của xích trong 1 giây

Theo công thức 5.14 [tài liệu 1]

=

= 1,27< [ ] = 25 thỏa điều kiện (Với pc = 31,75 mm, tra bảng 5.9 [tài liệu 1] ta được [ ] = 25)

10 Kiểm tra xích theo hệ số an toàn

Với pc = 31,75mm, tra bảng 5.2 và 5.12 [tài liệu 1]

(Theo công thức 5.17 [ tài liệu 2], Hệ số phụ thuộc vào độ võng của xích: K f  6

(Với n = 90 (v/p), pc= 31,75 (mm) tra bảng 5.10 [tài liệu 1] ta được [s]=(7.4 ÷ 8.2))

11 Lực tác dụng lên trục

r m t

F K F=1,15.5020,17 = 5773,2 (N) + Hệ số trọng lượng xích: K m1,15 khi xích nằm ngang hoặc khi góc nghiêng giữa đường nối tâm hai trục và phương nằm ngang ≤ 40 0

12 Kiểm tra độ bền tiếp xúc

Với z1 = 25 < 30 và v1 = 1.19 < 5 m/s, tra bảng 5.11 [tài liệu 1] ta chọn vật liệu làm đĩa xích là thép C45, tôi cải thiện có độ bền [ ] ( )

Theo công thức 5.18, [ tài liệu 1]

√ ( )

+ ( )

+ Kđ = 1,2 :va đập nhẹ + Kd = 1: xích 1 dãy + Kr = 0,37: hệ số ảnh hưởng số răng đĩa xích, tra bảng [tài liệu 1] + E = 190000 Mpa : modun đàn hồi thép + A = 262 mm2 : diện thích bản lề √ ( )

[ ]

= 597, 7 MPa < [ ] = 600 Mpa Như vậy dùng thép 45 tôi cả thiện đạt độ rắn HB210 sẽ đạt được ứng suất tiếp xúc cho phép =600 Mpa , đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa Tương tự cho ζH2≤[ζH] với cùng vật liệu và nhiệt luyện 13 Thông số đĩa xích Đường kính vòng chia, theo công thức 5.17 [tài liệu 1] ( )

( )

( )

( )

Đường kính vòng đỉnh ( ( )) ( (

))

( ( )) ( (

))

Thông số bánh xích

Đường kính vòng chia đĩa xích dẫn d1= 253 mm Đường kính vòng đỉnh đĩa xích dẫn da1= 567 mm Đường kính vòng chia đĩa xích bị dẫn d2= 506 mm Đường kính vòng đỉnh đĩa xích bị dẫn da2=521 mm

Thông số về lực, moment, công suất

PHẦN 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

CÔN THẲNG

Các thông số đầu vào của bộ truyền bánh răng côn thẳng, công suất P1 = 6,615 (kW)

và số vòng quay n = n1 =1455 vòng/phút, Moment xoắn T = T1 = 43 418 (N.mm), tỷ số truyền ubrc = u1 = 4,31

Tôi cải thiện

Độ rắn HB: 192 ÷ 240 HB

ζb2 = 750 MPa ;ζch2 = 450 MPa

2 Phân phối tỷ số truyền

Theo phần 1, ta đã phân phối tỷ số truyền: ubrc = u1 = 4,31

3 Số chu kỳ làm việc cơ sở

Theo công thức (6.5) [tài liệu 1]

4 Số chu kỳ làm việc tương đương

Theo công thức (6.7) [tài liệu liệu 1]

Số lần ăn khớp của một răng trong mỗi vòng quay: c = 1

∑ (

)

 ( )

Vì NEH1 = 1,46.109 > NHO1 = 18,75.106 ⟹ Lấy NEH1 = NHO1 = 18,75.106 và KHL1 = 1

(

)

(Vì NEH2 = 3,38.108 > NHO2 = 14,71.106 ⟹ Lấy NEH2 = NHO2 = 14,71.106 và KHL2 = 1)

KHL1 = KHL2 = 1 ≤ [KHL] = 2,4 : đảm bảo điều kiện biến dạng dẻo bề mặt

Theo công thức (6.8) [tài liệu liệu 1],(mF=6 vì có độ rắn HB ≤ 350HB)

(Vì NFE1 = 1,26.109 > NFO1 = 4.106 ⟹ Lấy NFE1 = NEF1 = 4.106 và KFL1 = 1)

(

)

(Vì NFE2 = 2,92.108 > NFO2 = 4.106 ⟹ Lấy NFE2 = NFO2 = 4.106 và KFL2 = 1)

KFL1 = KFL2 = 1 thuộc [1;2] : thỏa điều kiện

5 Xác định ứng suất uốn cho phép

Tra bảng 6.2 [ tài liệu 1], với vật liệu thép C45 được:

+Độ rắn mặt răng, và lõi răng HB 180 ÷ 350 +

+

 Chọn độ rắn bánh răng côn 1 (bánh dẫn): HB1 = 260 HB

= 2.260 + 70 = 590 HB = 1,8.260 = 468 HB

 Chọn độ rắn bánh răng côn 2 (bánh bị dẫn): HB2 = 235 HB

= 2.235 + 70 = 540 HB = 1,8.235 = 423 HB

Theo công thức (6.1) [tài liệu 1], ứng suất tiếp xúc cho phép:

[ζH] = ( ).ZR.ZV.KXH.KHL + : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở +sH: hệ số an toàn về tiếp xúc

+ZR: hệ số độ nhám bề mặt răng Sơ bộ chọn ZR = 1

+ZV: hệ số ảnh hưởng vận tốc vòng Sơ bộ chọn ZV = 1

+KXH: hệ số ảnh hưởng đường kính Sơ bộ chọn KXH = 1

+KHL: hệ số tuổi thọ của bộ truyền

[ζH] = [ζH2] = 490,91 MPa

Theo công thức (6.2) [tài liệu 1], ứng suất uốn cho phép:

[ζF] = ( ).YR.Ys.KXF KFC KFL + : ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở +sF: hệ số an toàn khi tính uốn

+YR: hệ số độ nhám mặt lượng chân răng Sơ bộ chọn YR = 1

+Ys: hệ số độ nhậy vật liệu Sơ bộ chọn Ys = 1

+KXF: hệ số ảnh hưởng kích thước đến độ bền uốn Sơ bộ chọn KXF = 1 +KFC: hệ số đặt tải Sơ bộ chọn KFC = 1

+KFL: hệ số tuổi thọ của bộ truyền

[ζF] = [ζF2] = 241,71 MPa

6 Đường kính vòng chia ngoài

Theo công thức (6.52b), [tài liệu 1]

√(

) [ ] = √( ) 61,53 (mm) +Hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng: Kd = 100 MPa1/3

+Hệ số ảnh hưởng phân bố không đều tải trên vành răng, với Kbe = 0,3 tra bảng 6.21 [tài liệu 1] được KHβ = 1,17

 Đường kính vòng chia trung bình: theo công thức 6.55 [tài liệu 1]

( ) ( )

 Chiều cao răng ngoài:

 Chiều cao đầu răng ngoài:

hae1 = (hte + xn1.cos βm).mte = cos 30 + 0,3.cos30).2,5 = 2,815 (mm)

hae2 = 2hte.mte – hea1 = 2.cos 30.2,5 – 2,815 = 1,515 (mm)

 Chiều cao chân răng ngoài:

Tra bảng 6.13 [tài liệu 1], với v = 4,21 m/s ⟹ chọn cấp chính xác 7

10 Kiểm nghiệm răng theo độ bền tiếp xúc

Theo công thức (6.61), [tài liệu 1], hệ số tải trọng tính về tiếp xúc

KH = KHβ.KHα.KHV = 1,17.1.1,23 = 1,44 +Hệ số kể đến tải trọng phân bố không đều trên chiều rộng vành răng: KHβ = 1,17 +Hệ số kể đến tải trọng phân bố không đều đối với ăn khớp: KHα = 1 (bánh răng côn thẳng)

+Hệ số tải trọng xuất hiện vùng ăn khớp

(

) (

)

Trong đó: √ = 0,006.47.4,21. √ = 9,8 (m/s) = 9,8 m/s < vHmax = 240 (tra bảng 6.17 [tài liệu 1], cấp chính xác 7) Tra bảng 6.15 [tài liệu 1]: δH = 0,006 Tra bảng 6.16 [tài liệu 1]: g0 = 47 Theo công thức (6.58) [tài liệu 1] √( √ )

= 274.1,56.0,913.√( √ )

= 418,01 MPa +Hệ số ảnh hưởng cơ tính vật liệu bánh răng, tra bảng 6.5 [tài liệu 1], ZM = 274 MPa1/3 +Hệ số ảnh hưởng hình dạng bề mặt tiếp xúc, tra bảng 6.12 [tài liệu 1], ZH = 1,56 +Hệ số trùng khớp răng √ √

Theo công thức 6.60 [tài liệu 1], hệ số trùng khớp ngang

εα = [1,88 – 3,2.( + )].cos βm = [1,88 – 3,2.(

+ )].cos 30 = 1,497

ζH = 418,01 < [ζH] = 490,91 (MPa) Điều kiện bền tiếp xúc đã được đảm bảo

11 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Theo công thức (6.65), [tài liệu 1]

=

= 98,38 (MPa) +Modun trung bình pháp: mnm = mtm +Hệ số ảnh hưởng độ nghiên răng: YB = 1 +Hệ số dạng răng, tra bảng 6.18 [tài liệu 1] zvn1 = =

= 26,7 ⟹ YF1 = 3,56 zvn2 = =

= 497 ⟹ YF2 = 3,63 +Hệ số Yε = = = 0,668 Theo công thức (6.67), [tài liệu 1], hệ số tải trọng tính khi uốn KF = KFβ.KFα.KFV = 1,33.1.1,154 = 2,05 +Hệ số kể đến tải trọng phân bố không đều trên chiều rộng vành răng, tra bảng 6.21 [tài liệu 1]: KFβ = 1,33 +Hệ số kể đến tải trọng phân bố không đều đối với ăn khớp: KFα = 1 (bánh răng côn thẳng) +Hệ số tải trọng xuất hiện vùng ăn khớp (

) (

)

Trong đó: √ = 0,016.47.4,21. √ = 26,12 (m/s) = 26,12 m/s < vFmax = 240 (tra bảng 6.17 [tài liệu 1], cấp chính xác 7) Tra bảng 6.15 [tài liệu 1]: δF = 0,016 Tra bảng 6.16 [tài liệu 1]: g0 = 47 Theo công thức 6.66 [tài liệu 1]

( )

ζF1 = 98,38 < [ζF1] = 267,43 (MPa)

ζF2 = 100.77 < [ζF2] = 241,71 (MPa) Điều kiện bền uốn được đảm bảo

12 Kiểm nghiệm răng về quá tải

Hệ số quá tải thực nghiệm: Kqt = = 1,8

Theo công thức 6.48 [tài liệu 1]

√ √

Mà [ζH]max = 2,8.ζch = 2,8.450 = 1260 (MPa)

ζHmax < [ζH] : điều kiện quá tải tiếp xúc được đảm bảo

Theo công thức 6.49 [tài liệu 1]

ζF1max = ζF1.Kqt = 98,38.1,8 = 177,08 (MPa)

ζF2max = ζF2.Kqt = 100.77.1,8 = 181,39 (MPa) [ζF1]max = 0,8.ζch1 = 0,8.580 = 464 (MPa) [ζF2]max = 0,8.ζch2 = 0,8.450 = 360 (MPa)

ζF1max < [ζF1]max

ζF2max < [ζF2]max Điều kiện quá tải uốn được đảm bảo

13 Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng côn

Theo công thức (6.102), (6.104a), (6.104b) [tài liệu 2]

 Lực vòng: Ft1 = Ft2 =

= = 1571,7 (N)

 Lực hướng tâm: Fr1 = Fa2 = Ft1.tan α.cos δ1 = 1571,7.tan 20.cos 13,07 = 557,23 (N)

 Lực dọc trục: Fa1 = Fr2 = Ft1.tan α.sin δ1 = 1571,7.tan 20.sin 13,07 = 129,36 (N)

 Bảng kết quả tính toán:

Thông số bánh răng côn thẳng

Đường kính vòng chia trung bình bánh dẫn dm1=55,25 mm

Đường kính vòng chia trung bình bánh bị dẫn dm2=238 mm

Đường kính vòng chia bánh bị dẫn de2 = 280 mm

Các thông số đầu vào của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, công suất P2 = 6,221 (kW) và số vòng quay n = n1 =337,58 vòng/phút, Moment xoắn T = T1 = 175 990 (N.mm), tỷ số truyền ubrt = u1 = 3,75

Tôi cải thiện

Độ rắn HB: 192 ÷ 240 HB

ζb2 = 750 MPa ;ζch2 = 450 MPa

2 Phân phối tỷ số truyền

Theo phần 1, ta đã phân phối tỷ số truyền: ubrt = u1 = 3,75

3 Số chu kỳ làm việc cơ sở

Theo công thức (6.5) [tài liệu 1]

NH01=30.HB1 2.4 = 30.2602.4 18,75.106 (chu kỳ)

NH02 = 30.HB2 2.4 = 30.2802.4 14,71.106

(chu kỳ)

NF01 = NF02 = 4.106 (vì vật liệu bánh răng thép)

4 Số chu kỳ làm việc tương đương

Theo công thức (6.7) [tài liệu liệu 1]

Số lần ăn khớp của một răng trong mỗi vòng quay: c = 1

(Vì NEH1 = 3,38.108 > NHO1 = 18,75.106 ⟹ Lấy NEH1 = NHO1 = 18,75.106 và KHL1 = 1)

(

)

(Vì NEH2 = 9,01.107 > NHO2 = 14,71.106 ⟹ Lấy NEH2 = NHO2 = 14,71.106 và KHL2 = 1)

KHL1 = KHL2 = 1 ≤ [KHL] = 2,4 : đảm bảo điều kiện biến dạng dẻo bề mặt Theo công thức (6.8) [tài liệu liệu 1],(mF=6 vì có độ rắn HB ≤ 350HB)

(Vì NFE1 = 2,92.108 > NFO1 = 4.106 ⟹ Lấy NFE1 = NEF1 = 4.106 và KFL1 = 1)

(

)

(Vì NFE2 = 7,79.107 > NFO2 = 4.106 ⟹ Lấy NFE2 = NFO2 = 4.106 và KFL2 = 1)

KFL1 = KFL2 = 1 thuộc [1;2] : thỏa điều kiện

5 Xác định ứng suất uốn cho phép

Tra bảng 6.2 [ tài liệu 1], với vật liệu thép C45 được:

+Độ rắn mặt răng, và lõi răng HB 180 ÷ 350 +

+

 Chọn độ rắn bánh răng trụ răng thẳng 1 (bánh dẫn): HB1 = 260 HB

= 2.260 + 70 = 590 HB = 1,8.260 = 468 HB

 Chọn độ rắn bánh răn trụ răng thẳng 2 (bánh bị dẫn): HB2 = 235 HB

= 2.235 + 70 = 540 HB = 1,8.235 = 423 HB

Theo công thức (6.1) [tài liệu 1], ứng suất tiếp xúc cho phép:

[ζH] = ( ).ZR.ZV.KXH.KHL + : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở

+sH: hệ số an toàn về tiếp xúc +ZR: hệ số độ nhám bề mặt răng Sơ bộ chọn ZR = 1

+ZV: hệ số ảnh hưởng vận tốc vòng Sơ bộ chọn ZV = 1

+KXH: hệ số ảnh hưởng đường kính Sơ bộ chọn KXH = 1

+KHL: hệ số tuổi thọ của bộ truyền

[ζH] = [ζH2] = 490,91 MPa

Theo công thức (6.2) [tài liệu 1], ứng suất uốn cho phép:

[ζF] = ( ).YR.Ys.KXF KFC KFL + : ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở +sF: hệ số an toàn khi tính uốn

+YR: hệ số độ nhám mặt lượng chân răng Sơ bộ chọn YR = 1

+Ys: hệ số độ nhậy vật liệu Sơ bộ chọn Ys = 1

+KXF: hệ số ảnh hưởng kích thước đến độ bền uốn Sơ bộ chọn KXF = 1 +KFC: hệ số đặt tải Sơ bộ chọn KFC = 1

+KFL: hệ số tuổi thọ của bộ truyền