THIẾT KẾ TRẠM DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI CHƯƠNG I.. CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN: 1. CHỌN ĐỘNG CƠ: 2. PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN Xác định công suất, momen và số vòng quay trên các trục: Tính số vòng quay các trục: trang 49 tập 1 Tính momen xoắn trên các trục: trang 49 BẢNG PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN CHƯƠNG II.. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH Các thông số ban đầu: Bộ truyền xích ống con lăn 1 dãy: . Công suất P3 = 14,12 kW . Số vòng quay n = 41,94 vòngphút . Tỷ số truyền ux = 2,57 Trình tự thiết kế gồm các bước sau: 1. Chọn số răng của đĩa xích theo công thức: trang 79 CHƯƠNG III.. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC: 1. Tính toán và thiết kế bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm.1.1 Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép:
THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ ĐỀ SỐ 4: THIẾT KẾ TRẠM DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Sinh viên thiết kế: Phạm Thanh Trường Lớp: ND20 MSSV: 2051180069 Ngành: Kỹ thuật tàu thủy Giảng viên hướng dẫn: Ths Diệp Lâm Kha Tùng Công suất công tác : P = 13 kW Số vịng quay trục cơng tác: n1 = 42 vòng/phút Thời gian phục vụ: a= năm GIẢI CHƯƠNG I CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN: CHỌN ĐỘNG CƠ: Hiệu suất truyền động η = η𝑥 η4𝑜𝑙 η2𝑏𝑟 η𝑘𝑛 η𝑥 = 0,93 Hiệu suất truyền xích: Hiệu suất nối trục vòng đàn hồi: η𝑘𝑛 = Hiệu suất cặp bánh trụ nghiêng: Hiệu suất cặp ổ lăn : η𝑏𝑟 = 0,97 η = 0,99 η = 0,93 0,994 0,972 = 0,84 Công suất tương đương: Ptđ = Plv × √ 𝑇 ∑( 𝑖 )2 𝑡𝑖 𝑇 ∑ 𝑡𝑖 = 13 × √ Cơng suất cần thiết: Pct = 𝑃𝑡đ 𝜂 = 𝑇 0,7 𝑇 ( )2 0,7+( ) 0,3 𝑇 𝑇 0,7+0,3 11,96 0,84 = 11,96 kW = 14,24 (kW) ** Xác định số vòng quay sơ bộ: Số vòng quay trục cơng tác: nlv = 42 (vịng/ phút) Tỷ số truyền chung hệ: uch= uhgt × ux Chọn: uhgt = tỷ số truyền hộp giảm tốc khai triển ( 8÷ 40) ux = 2,5 tỷ số truyền truyền xích (2 ÷ 5) => uch = × 2,5 = 22,5 Số vòng quay sơ động cơ: nsb = uch × nlv = 22,5 × 42 =945 (vòng/phút) Chọn động điện: Ta chọn động thỏa mãn điều kiện sau: 𝑃 ≥ 14,24 𝑘𝑊 đ𝑐 𝑃 ≥ 𝑃𝑐𝑡 𝑣ò𝑛𝑔 { { đ𝑐 𝑛đ𝑐 ≈ 𝑛𝑠𝑏 𝑛đ𝑐 ≈ 945 ( ) 𝑝ℎú𝑡 Tra bảng P1.3 thông số kỹ thuật cảu động 4A ta chọn động có: Kiểu động Cos φ Công suất Vận tốc quay Pđc (kW) nđc (vòng/phút) 4A160M6Y3 15 970 η% 0,87 87,2 𝑇𝑚𝑎𝑥 𝑇𝑑𝑛 𝑇𝑘 𝑇𝑑𝑛 1,2 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN Tỷ số truyền chung thực hệ dẫn động: uch = 𝑛đ𝑐 𝑛𝑙𝑣 = 970 42 = 23,1 Chọn tỷ số truyền xích: ux = 2,5 Do đó, tỷ số truyền hộp giảm tốc là: uhgt = 𝑢𝑐ℎ 𝑢𝑥 = 23,1 2,5 = 9,24 Dựa vào bảng 3.1/43 tập ta chọn phân phối tỉ số truyền hộp giảm tốc hai cấp đồng trục: uhgt = 9,24 → u1 = u2 = √9,24 = + tỉ số truyền cấp nhanh u1 + tỉ số truyền cấp chậm u2 - Tỉ số truyền cuối hộp giảm tốc uhgt = u1 × u2 = 3× = 9−9,24 Kiểm nghiệm sai số cho phép ∆ = - Tính lại tỉ số truyền xích: ux = 9,24 𝑢𝑐ℎ 𝑢1 ×𝑢2 = 2,5% = 23,1 3×3 = 2,57 Xác định cơng suất, momen số vịng quay trục: Tính tốn cơng suất trục: trang 48 Pct = 13 (kW) P3 = P2 = P1 = 𝑃𝑐𝑡 η𝑥 × η𝑜𝑙 𝑃3 η𝑜𝑙 × η𝑏𝑟 𝑃2 η𝑏𝑟 × η𝑜𝑙 = = = 13 0,93×0,99 = 14,12 (kW) 14,12 0,99 ×0,97 14,7 0,97 ×0,99 = 14,7 (kW) = 15,3 (kW) Pdc = 𝑃1 η𝑘𝑛 × η𝑜𝑙 = 15,3 ×0,99 = 15,45 (kW) Tính số vịng quay trục: trang 49 tập n1 = n2 = n3 = 𝑛đ𝑐 = 𝑢𝑥 𝑛1 𝑢1 = 𝑛2 𝑢2 = 970 2,57 = 377,43 (vòng/phút) 377,43 125,81 = 125,81 (vịng/phút) = 41,94 (vịng/phút) n4 = 41,94 (vịng/phút) Tính momen xoắn trục: trang 49 Tđc = 9,55 × 106 × T1 = 9,55 × 106 × T2 = 9,55 × 106 × T3 = 9,55 × 106 × T4 = 9,55 × 106 × 𝑃đ𝑐 𝑛đ𝑐 𝑃1 𝑛1 𝑃2 𝑛2 𝑃3 𝑛3 𝑃4 𝑛4 = 9,55 × 106 × 15,45 = 9,55 × 106 × 15,3 = 9,55 × 106 × = 152110,82 (N.mm) 970 377,43 14,7 125,81 = 9,55 × 106 × 14,12 = 9,55 × 106 × 13 = 387131,4 (N.mm) = 1115849,3 (N.mm) = 3215212,2 (N.mm) 41,94 = 2960181,2 (N.mm) 41,94 BẢNG PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN Trục Động 15,45 15,3 14,7 14,12 13 377,43 125,81 41,94 41,94 Thông số P (kW) n ( vòng/phút) 970 u T (N.mm) 2,57 152110,82 387131,4 1115849,3 3215212,2 2960181,2 CHƯƠNG II TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN XÍCH Các thơng số ban đầu: Bộ truyền xích ống lăn dãy: Cơng suất P3 = 14,12 kW Số vịng quay n = 41,94 vòng/phút Tỷ số truyền ux = 2,57 Trình tự thiết kế gồm bước sau: Chọn số đĩa xích theo cơng thức: trang 79 z1 = 29 – 2u = 29 – 2*2,57 = 23,86 = 24 (răng) ≥ 19 ( thỏa) Tính số đĩa xích lớn theo cơng thức: z2 = u*z1 = 2,57 * 24 = 61,68 = 62 (răng) ( z2 < zmax = 120 răng) Công suất tính tốn: Pt = P3 * K* Kz * Kn ≤ [ P] Với Kz : hệ số Kz = 𝑧01 𝑧1 = 25 𝑧1 = 25 24 Kn : hệ số vòng quay Kn = 𝑛01 𝑛1 = 50 𝑛1 = 50 41,94 Xác định điều kiến sử dụng xích K theo cơng thức: K= K0 × Ka × Kđc × Kđ × Kc × Kbt = 1×1× 1×1,2 ×1,25×0,8 = 1,2 Trong đó: K0 = (khơng có u cầu độ nghiêng đường tâm xích) Ka = ( Khoảng cách trục a= (30-50)pc ) Kđc = ( trục điều chỉnh được; ràng buộc; dễ dàng thiết kế hộp giảm tốc) Kđ = 1,2 ( hệ số tải trọng động, tải va đập nhẹ) Kc = 1,25 (chế độ làm việc ca) Kbt = 0,8 (bôi trơn nhỏ giọt) Cơng suất tính tốn: Pt = P3 × K× Kz × Kn = 14,12× 1,2× 25 24 × 50 41,94 = 21,04 (kW) Theo bảng 5.5 , tính toán hệ dẫn động CK: Tra heo cột n01 = 50 vòng/phút Ta chọn : Pt < [ P] = 22,9 kW Bước xích : pc = 50,8 mm Đường kính chốt: dc = 14,29 mm Chiều dài ơng: B = 45,21 mm Vận tốc trung bình xích: v= 𝑧1 𝑛1 𝑝𝑐 60000 = 24× 41,95 × 50,8 60000 = 0,85m/s Khoảng cách trục sơ : a= 40pc = 40× 50,8 = 2032 mm Số mắc xích: x= x= 2𝑎 𝑝𝑐 + 0,5 (𝑧1 + 𝑧2 ) + 2×2032 50,8 (𝑧2 − 𝑧1 )2 𝑝𝑐 4𝜋2 𝑎 + 0,5( 24 + 62) + (62−24)2 ×50,8 4× 𝜋2 ×2032 = 123,91 chọn x = 124 mắt xích Xác định lại khoảng cách trục: a = 0,25× 50,8 ⌊124 − 24+62 + √(124 − 24+62 ) 62−24 ) ⌋ 2𝜋 − 8( a= 2034 mm Để tránh xích khơng chịu lực căng q lơn, ta cần giảm bớt lượng: ∆𝑎 = (0,002 ÷ 0,004)a = 4,068 ÷ 8,136 Chọn a = 2030 mm Số lần va đập xích giây i= 𝑧1 𝑛1 15𝑥 = 24 ×41,95 15 ×124 = 0,54 Theo bảng 5.9, ta có số lần va đập i < [i] = 15 ( ứng với bước xích 50,8mm) Kiểm nghiệm độ bền truyền xích: Lực vịng có ích: Ft = 1000 𝑃 𝑣 = 16611,76 N Hệ số an toàn: s= 𝑄 (𝑘đ 𝐹𝑡 + 𝐹0 +𝐹𝑣 ) với Q tra bảng 5.2 , tải trọng phá hỏng Q= 226,8 kN kđ : hệ số tải trọng động, tải trung bình chọn kđ = 1,2 F0 : lực căng trọng lượng nhánh xích bị động sinh F0 = 9,81 kf q a = 9,81 × 6× 9,7× 2,03 = 1159 N kf : hệ số phụ thuộc độ võng f xích vị trí truyền, truyền nằm ngang kf = q: khối lượng m xích, q= 9,7 kg Fv lực căng lực li tâm sinh Fv =qv2 = 9,7 × 0,852 = N s= 226800 (1,2 ×16611,76 + 1159 +7 = 10,75 > = [s] Hệ số an toàn cho phép [s] tra từ bảng 5.10 Vậy truyền xích đủ bền 7 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc theo cơng thức 5.18 𝜎𝐻1 = 0,47 × √ 𝑘𝑟 (𝐹𝑡 𝑘đ + 𝐹𝑣đ )𝐸 𝐴𝐾đ Với kr : hệ số ảnh hưởng đến số đĩa xích, z1 =24; kr = 0,42 kđ : hệ số tải trọng động kđ = 1,2 Kđ : hệ số phân bố không tải trọng dãy; Kđ = ( xích dãy) Fvd: lực va đập dãy xích Fvd =13 × 10-7 × n1 × pc3 = 13× 10-7 × 41,95× 50,83 = 7,15 N A diện tích chiếu lề ứng với bước xích 50,8mm, xích dãy, A= 645 mm2 (bảng 5.12) E = 2E1E2 / (E1+E2) = 2,1× 105 MPa, mơ đun đàn hồi 𝜎𝐻1 = 0,47 × √ 0,42 ×( 16611,76 ×1,2+7,15)×2,1×105 645×1 = 776,12 MPa Theo bảng 5.11, ta chọn vật liệu chế tạo đĩa xích Thép C45 Tơi, ram Độ cứng HRC45, đạt độ cứng tiếp xúc [𝜎𝐻 ] = 800 MPa Thơng số truyền xích: + Đường kính đĩa xích : d1 = p/sin (𝜋 /z1) = 50,8 / sin (𝜋 / 24) = 389 mm d2 = p/sin (𝜋 /z2) = 50,8 / sin (𝜋 / 69) = 1003 mm da1 = [0,5 + cotg (𝜋/z1)]p = [0,5 + cotg (𝜋/24)] × 50,8 = 411,3 mm da2 = [0,5 + cotg (𝜋/z2)]p = [0,5 + cotg (𝜋/62)] × 50,8 = 1027,1 mm dl = 28,58 mm tra bảng 5.2 r = 0.5025d1 + 0.05 = 0.5025 × 28,58 + 0.05 = 14,41 mm df1 = d1 – 2r = 389 - 2× 14,41 = 360,18 mm df2 = d2 – 2r = 1003 - 2× 14,41= 974,18 mm Lực tác dụng lên trục: Fr = kxFt = 1,15 × 16611,76 = 19103,5 N ( công thưc 5.20) Với kx =1,15 cho tất truyền xích có độ nghiêng ngỏ 40° CHƯƠNG III THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC: Tính tốn thiết kế truyền bánh trụ cấp chậm Các thông số ban đầu: + Momen xoắn trục bánh dẫn T2= 1115849,3 Nmm + Tỷ số truyền u2= + Số vòng quay n2= 125,81 vịng/phút + Cơng suất đầu vào P2= 14,7 kW + Số năm làm việc: năm + Chế độ làm việc: Quay chiều, làm việc ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, ca làm việc giờ) 1.1 Chọn vật liệu xác định ứng suất cho phép: Ta chọn loại vật liệu hai cấp bánh (thép C45 cải thiện) Tra bảng 6.1/ trang 92 + bánh dẫn (bánh nhỏ) có độ rắn HB1=260; σb1 = 850 MPa; σch1 = 600 MPa + bánh bị dẫn (bánh lớn) có độ rắn HB2=250; σb2 = 750 MPa; σch2 = 550 MPa – Tính sơ ứng suất tiếp xúc ứng suất uốn cho phép theo công thức: [𝜎𝐻 ] = ° 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚 𝑆𝐻 KHL ; [𝜎𝐹 ] = ° 𝜎𝐹𝑙𝑖𝑚 𝑠𝐹 KFC KFL Trong đó: ° ° 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚 , 𝜎𝐹𝑙𝑖𝑚 : ứng suất uốn ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ sở, trị số chúng tra bảng 6.2/ trang 94 ° ° 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚 = 2HB + 70 ; 𝜎𝐹𝑙𝑖𝑚 = 1,8HB ° 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚 = × 260 + 70 = 590(MPa) ° 𝜎𝐹𝑙𝑖𝑚 = 1,8 × 260 = 468 (MPa) Khi ° 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚 = × 250 + 70 = 570 (MPa) ° 𝜎𝐹𝑙𝑖𝑚 = 1,8 × 250 = 450 (MPa) SH , SF: hệ số an tồn tính uốn tiếp xúc tra bảng 6.2 SH = 1,1 ; SF = 1,75 KFC : Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải, KFC=1 KHL , KFL: Hệ số tuổi thọ, xách định theo công thức KHL = 𝑚𝐻 𝑁 √𝑁𝐻𝑂 ; KFL = 𝐻𝐸 𝑚𝐹 𝑁 √𝑁𝐹𝑂 𝐹𝐸 Với: - mH , mF : Bậc đường cong mỏi thử tiếp xúc uốn với HB < 350 → mH = ; mF = - NHO , NFO: Số chu kỳ thay đổi ứng suất sở thử uốn tiếp xúc + NFO=4.106 , tất loại thép + NHO = 30 2,4 𝐻𝐻𝐵 𝑁𝐻𝑂1 = 1,8 107 => { 𝑁𝐻𝑂2 = 1,7 107 ( chu kỳ) + NHE ,NFE : Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương Vì truyền làm việc chế độ tải trọng thay đổi nhiều bậc nên NHE ,NFE theo công thức: NHE = 60c∑( 𝑇𝑖 𝑇𝑚𝑎𝑥 ) 𝑚𝐻 ni t i NHE = 60c∑( ; 𝑇𝑖 𝑇𝑚𝑎𝑥 c số lần ăn khớp vòng quay bánh răng, c = ni, ti số vòng quay thời gian làm việc chế độ i 10 )𝑚𝐹 ni ti [τ] : ứng suất cho phép (MPa) d : đường kính trục (mm) Suy ra: d1 ≥ 35,26 (mm) ; d2 ≥ 49,16 (mm) ; d3 ≥ 68,52 (mm) Theo tiêu chuẩn chọn: d1 = 40(mm); d2 = 50 (mm); d3 = 70 (mm) b1 = 23(mm); b2 = 27(mm); b3 = 35(mm) 4.3 Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực – Chiều dài mayơ bánh đai, mayơ bánh trụ tính theo cơng thức: Ɩm = ( 1,2 …1,5) d - Mayơ bánh đai bánh trục I Ɩm12 = Ɩm13 = ( 1,2 …1,5) × 40 = 48 …60 (mm) Chọn Ɩm13 = 50 mm Để đảm bảo chiều dài mayơ với chiều rộng bánh răng, chọn Ɩm12 = 55 mm -Mayơ bánh bánh trục II Ɩm22 = Ɩm23 = (1,2 … 1,5) × 50 = 60 …75 (mm) Chọn Ɩm22 = Ɩm23 = 70 mm -Mayơ bánh khớp nối trục III Ɩm33 = Ɩm32 = (1,2 … 1,5) × 70 = 84 … 105 (mm) Chọn Ɩm33 = Ɩm32 = 90 mm -Mayơ khớp nối vòng đàn hồi trục III Ɩm3km = (1,4 … 2,5) × 70 = 98 …175 (mm) Chọn Ɩm3km = 130 mm Trị số khoảng cách, tra bảng 10.3 trang 189 + k1 =15 mm _là khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến thành hộp + k2 =10 mm_ khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành hộp + k3 =20 mm_ khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ + hn =20 mm_ chiều cao nắp ổ đầu bulông 28 - Xác định chiều dài ổ: - Trục I 𝑙12 = -𝑙c12 = 0,5 × (b1 + 𝑙m12 ) + k3 + hn = 0,5 × (23 + 55) + 20 + 20 = 79 (mm) 𝑙13 = 0,5 × (b1 + 𝑙m13 ) + k1 + k2 = 0,5 × (23 + 50) + 15 + 10 = 61,5 (mm) 𝑙11 = 2𝑙13 = × 61,5 = 123 (mm) Trục III 𝑙32 = 0,5 × (b3 + 𝑙m32) + k1 + k2 = 0,5 × (35 + 90) + 20 + 10 = 92,5 (mm) 𝑙31 = 2𝑙32 = × 92,5 = 185 (mm) 𝑙c33 = 0,5 × (𝑙m33 + b3) + k3 + hn = 0,5 × (130 + 27) + 20 +20 = 118,5 (mm) 𝑙33 = 𝑙31 + 𝑙c33 = 185 + 118,5 = 303,5 (mm) 29 Trục II: 𝑙22 = 0,5 × (𝑙m22 + b2) + k1 + k2 = 0,5 × (70 + 27) + 15 + 10 = 73,5 (mm) 𝑙23 = 𝑙11 + 𝑙32 + k1 + b12 + b23 = 123 + 92,5 + 15 + 𝑙21 = 𝑙23 + 𝑙32 = 259,5 + 92,5 = 352 (mm) 30 23 + 35 + 10 = 259,5 (mm) 4.4 Lực bánh tác dụng lên trục: Lực truyền đai: 𝐹rđ = 979 (N) Cặp bánh cấp nhanh: -Lực vòng: 𝐹t1 = 𝐹t2 = 2𝑇1 𝑑𝑤1 = 2651,95 (N) - Lực hướng tâm: 𝐹r1 = 𝐹r2 = 𝐹t1 𝑡𝑎𝑛𝛼𝑡𝑤 𝑐𝑜𝑠𝛽 = 2651,95 tan 21,02° cos 18,67° = 1075,67 (N) - Lực dọc trục: 𝐹a1 = 𝐹a2 = 𝐹t1 tan 𝛽 = 2651,95 × tan 18,67° = 896,09 (N) Cặp bánh cấp chậm: -Lực vòng : 𝐹t3 = 𝐹t4 = 𝑇2 𝑑𝑤1 = ×356328,987 - Lực hướng tâm: Fr3 = Fr4 = Ft3 99,22 tan 𝛼𝑡𝑤 cos 𝛽 = 7182,6 (N) = 7182,6 tan 21,02° cos 18,67° = 2913,32 (N) - Lực dọc trục: 𝐹a3 = 𝐹a4 = 𝐹t3 tan 𝛽 = 7182,60 × tan 18,67° = 2426,99 (N) 31 Sơ đồ phân bố lực trục 4.5 Thiết kế trục: Trục Tìm phản lực gối đỡ với M1 = 𝐹a1 × 𝑑𝑤1 = 896,09 × 99,22 = 44455,025 Tính phản lực ổ lăn: – Áp dụng phương trình cân moment phương trình cân lực ta xác định lực ổ tác dụng lên trục (chiều xác định hình vẽ) – Xét điểm 1-1 ∑ 𝑀𝑋11 = 𝐹lx11 × 𝑙11 – 𝐹t1 × (𝑙11 – 𝑙13) = 32 → 𝐹lx10 × 123 - 2651,95 × (123 - 61,5) = → 𝐹lx10 = 1325,975 (𝑁) ∑ 𝑀y11 = - 𝐹rđ × (𝑙12 + 𝑙11) + 𝐹ly10 × 𝑙11 – 𝐹r1 × (𝑙11 – 𝑙13) + 𝑀1 = → 979 × (79 + 123) + 𝐹y10 × 123 - 1075,67 × (123 - 61,5) + 44455,025 = → 𝐹ly10 = 1784,20 (𝑁) ∑ 𝐹x = 𝐹lx10 – 𝐹t1 + 𝐹lx11 = → 1325,975 - 2651,95 + 𝐹lx11 = → 𝐹lx11 = 1325,975 (𝑁) ∑ 𝐹y = - 𝐹rd + 𝐹ly10 – 𝐹r1 + 𝐹ly11 = → - 979 + 1784,20 - 1075,67 + 𝐹ly11 = → 𝐹ly11 = 270,47 (𝑁) 𝐹𝑦11 = 270,47 (𝑁) 𝐹𝑦10 = 1784,20 (𝑁) { 𝐹𝑥11 = 𝐹𝑥10 = 1325,875 (𝑁) – Dựa vào biểu đồ nội lực tính momen uốn tổng hợp tiết diện theo công thức: 2 Mj = √𝑀𝑦𝑗 + 𝑀𝑥𝑗 Suy ra: M0 = M11= 0; M10 = 77341 (Nmm); M1 =83227 (Nmm) – Momen tương đương theo: Mtđj = √𝑀𝑗2 + 0,75 𝑇𝑗2 Suy ra: Mtđ0 = 113937 (Nmm); Mtđ10 = 137707 (Nmm); Mtđ1 = 141097 (Nmm); Mtđ11 = (Nmm); – Đường kính trục tiết diện theo công thức sau, chọn sơ [σ] = 60 MPa dj = 3√𝑀𝑑𝑡𝑗 /(0,1[𝜎]) Suy ra: d0 ≥ 26,68 (mm); d10 ≥ 28,42 (mm) 33 d1 ≥ 28,65 (mm); d11 ≥ 0(mm) – Theo tiêu chuẩn yêu cầu kết cấu ta chọn có tiết diện có giá trị sau: d0 = 30 (mm); d10 = d11 = 35 (mm); d1 = 40 (mm) ➢ Vẽ biểu đồ momen trục I Trục Tìm phản lực gối đỡ với M2 = 𝐹a2 × M3 = 𝐹a3 × × 𝑑𝑤3 = 2426,99 280,78 𝑑𝑤2 = 896,09 280,78 = 125802,0751 (𝑁) = 340725,126(𝑁) Tính phản lực ổ lăn: – Áp dụng phương trình cân moment phương trình cân lực ta xác định lực ổ tác dụng lên trục (chiều xác định hình vẽ) – Xét điểm 2-1: ∑ 𝑀X21 = -𝐹lx20 × 𝑙21 + 𝐹t2 × (𝑙21 – 𝑙22) – 𝐹t3 × (𝑙21 – 𝑙23) = → -𝐹lx20 × 352 - 2651,95 × (352 - 73,5) - 7182,60 × (352 - 259,5) = → 𝐹lx20 = 210,73 (𝑁) 34 ∑ 𝑀y21 = - 𝐹ly20 × 𝑙21 + 𝐹r2 × (𝑙21 – 𝑙22) + 𝐹r3 × (𝑙21 – 𝑙23) + 𝑀2 – 𝑀3 = → -𝐹ly20 × 352 + 1075,67 × (352 - 73,5) - 2913,32 × (352 - 259,5) + 125802,0751 340725,126 = → 𝐹ly20 = 1006,06 (𝑁) ∑ 𝐹x = -𝐹lx20 + 𝐹t2 – 𝐹t3 + 𝐹lx21 = → -210,73 + 2651,95 - 7182,60 + 𝐹lx21 = → 𝐹lx21 = 4741,38 (𝑁) ∑ 𝐹y = -𝐹ly20 + 𝐹r2 + 𝐹r3 – 𝐹ly21 = → -812,095 + 1075,67 + 2913,32 – 𝐹ly11 = → 𝐹ly21 = 3176,895 (𝑁) • • • • 𝐹ly21 = 3176,895(𝑁) 𝐹ly20 = 1006,06 (𝑁) 𝐹lx21 = 4741,38 (𝑁) 𝐹lx20 = 210,73 (𝑁) - Dựa vào biểu đồ nội lực tính momen uốn tổng hợp tiết diện theo công thức: 2 Mj = √𝑀𝑦𝑗 + 𝑀𝑥𝑗 Suy ra: M20=M21=0; - M2= 75550 (Nmm); M3 =441075 (Nmm) Momen tương đương theo: Mtđj = √𝑀𝑗2 + 0,75𝑇𝑗2 Suy ra: Mtđ20 = (Nmm); Mtđ2 = 317704 (Nmm); Mtđ21 = (Nmm); Mtđ3 = 538307 (Nmm); - Đường kính trục tiết diện theo cơng thức sau, chọn sơ [σ] = 55 MPa dj = 3√𝑀𝑡đ𝑗 /(0,1[𝜎]) Suy ra: d20 ≥ (mm); d2 ≥ 38,66 (mm) d21 ≥ (mm); d3 ≥ 46,08(mm) 35 -Theo tiêu chuẩn yêu cầu kết cấu ta chọn có tiết diện có giá trị sau: d2 = 50 (mm); d20 = d21 = 45 (mm); d3 = 55 (mm) Trục Tìm phản lực gối đỡ với M4 = 𝐹a4 × 𝑑𝑤4 = 2426,99× 280,78 = 340725,13 (N) – Lực khớp nối: Fkn =(0,1÷ 0,3) x 2T3/ Do Với : T3 = 965264,944 (Nmm) Ta chọn khớp nối trục đàn hồi theo bảng 16-10a(32), có thơng số sau: d = 63(mm); D = 210(mm); dm= 120 (mm); d1=110(mm); Do =160 (mm) Fkn = (0,1ữ 0,3) ì2ì965264,944/160 = 1206,58 (N) Tính phản lực ổ lăn: – Áp dụng phương trình cân momen phương trình cân lực ta xác định lực ổ tác dụng lên trục (chiều xác định hình vẽ) – Xét điểm 3-0 ∑ 𝑀X30 = 𝐹lx31 × 𝑙31 – 𝐹t4 × 𝑙32 + 𝐹kn × 𝑙33 = → 𝐹lx31 × 185 - 7182,60 × 92,5 + 1206,58 × 303,5 = → 𝐹lx31 = 1611,85 (𝑁) 36 ∑ 𝑀y230 = 𝐹ly31 × 𝑙31 + 𝐹r4 × 𝑙32- 𝑀4 = → 𝐹ly31 × 185 + 2913,32 × 92,5 - 340725,13 = → 𝐹ly31 = 385,097 (𝑁) ∑ 𝐹x = -𝐹lx30 + 𝐹t4 – 𝐹lx30 – 𝐹kn = → -𝐹lx30 + 7182,60 – 𝐹lx31 - 1206,58 = → 𝐹lx31 = 4364,17 (𝑁) ∑ 𝐹y = 𝐹ly30 – 𝐹r4 - 𝐹ly31 = → 𝐹ly30 - 2913,32 - 385,097 = → 𝐹ly30 = 3298,417 (𝑁) • • • • Fly31 = 385,097(𝑁) 𝐹ly30 = 3298,417(𝑁) 𝐹lx31 = 1611,85(𝑁) 𝐹lx30 = 4364,17(𝑁) - Dựa vào biểu đồ nội lực tính momen uốn tổng hợp tiết diện theo công thức: 2 Mj = √𝑀𝑦𝑗 + 𝑀𝑥𝑗 Suy ra: M30=Mkn =0; M4= 405254 (Nmm); M31 =142979,73 (Nmm) Momen tương đương theo: Mtđj = √𝑀𝑗2 + 0,75𝑇𝑗2 Suy ra: Mtđ30 = (Nmm); Mtđ4 = 928996 (Nmm); Mtđ31 = 848083 (Nmm); Mtđkn = 835944 (Nmm); -Đường kính trục tiết diện theo cơng thức sau, chọn sơ [σ] = 50 MPa dj = 3√𝑀𝑡đ𝑗 /(0,1[𝜎]) Suy ra: d30 ≥ (mm); d4 ≥ 57,06 (mm) d31 ≥ 55,35 (mm); dkn ≥ 55,09(mm) Theo tiêu chuẩn yêu cầu kết cấu ta chọn có tiết diện có giá trị sau: d4 = 65 (mm); d31 = d30 = 60 (mm); dkn = 63 (mm) 37 4.6 Tính mối ghép then kiểm nghiệm then – Chọn then thiết kế then – Then chọn phải thỏa mãn điều kiện cắt dập theo công thức: 𝜎𝑑 = 𝜏𝑑 = 2𝑇 𝑑×𝑙𝑡 ×(ℎ−𝑡1) 2𝑇 𝑑×𝑙𝑡 ×𝑏 ≤ [𝜎d] ≤ [𝜏𝑐 ] Trong đó: + σd, τc: ứng suất dập ứng suất cắt tính tốn (MPa); + T: momen xoắn trục (Nmm) T1 = 131563,285; T2 = 356328,987; T3 = 965264,944 + d: đường kính trục (mm), xác định tính trục; + lt: chiều dài làm việc then _đối với then đầu lt=(0,8…0,9)lm + h, b: kích thước then (mm); + tl: chiều sâu rãnh then trục; + [σd]: ứng suất dập cho phép _ tra bảng 9.5 trang 178 ta [σd] = 100 (MPa) 38 + [τc]: ứng suất cắt cho phép _với then thép 45 chịu tải trọng va đập nhẹ: [τc] = (60…90) = 20…30 MPa → Ta chọn [τc] = 30 (MPa) - Chọn then tiết diện trục: Tiết diện d t1 σd (MPa) τc (MPa) b×h×l 30 64,97 24,36 8×7×45 40 48,73 12,18 12×8× 45 45 5,5 77,53 18,85 14× × 60 50 5,5 69,78 16,69 14× × 60 65 99 22 18× 11 × 75 kn 55 83,57 20,89 16× 10 × 105 Kết luận: Tất nối ghép then đảm bảo yêu cầu độ bền dập độ bền cắt 4.7 Kiểm nghiệm độ bền trục độ bền mỏi: – Để đảm bảo độ bền mỏi hệ số an toàn tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện: s= 𝑠𝜎 ×𝑠𝜏 ×𝑠 √𝑠𝜎 𝜏 ≥ [s] Giá trị 𝑠𝜎 , 𝑠𝜏 xác định theo công thức: 𝑠𝜎 = 𝑠𝜏 = 𝜎−1 𝐾𝜎𝑑 × 𝜎𝑎 +𝜓𝜎 ×𝜎𝑚 𝜏−1 𝐾τ𝑑 × τ𝑎 +𝜓τ ×τ𝑚 Trong đó: - Giới hạn mỏi uốn xoắn ứng với chu kì đối xứng: σ-1 = 0,436σb = 0,436×850 = 370,6 (MPa) 𝜏−1 ≈ 0,58σb = 0,58×850 = 493 (MPa) - Hệ số kể đến ảnh hưởng trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi 𝜓𝜎 , 𝜓𝜏 tra theo bảng 10.7 trang 197, ta 𝜓𝜎 = 0,1 ; 𝜓𝜏 = 0,05 Biên độ trị số trung bình ứng suất: Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng, đó: 39 𝑀 𝜎𝑎 = σmax = ; σm = với W momen cản uốn 𝑊 Ứng suất tiếp thay đổi theo chu kì mạch động trục quay chiều: 𝜏𝑎 = 𝜏𝑚 = 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 𝑇 2𝑊0 với Wo momen cản xoắn Đối với tiết diện có rãnh then: Wj = Woj = 𝜋𝑑𝑗3 32 𝜋𝑑𝑗3 16 - 𝑏.𝑡1 (𝑑𝑗 −𝑡1 )2 2𝑑𝑗 𝑏.𝑡1 (𝑑𝑗 −𝑡1 )2 2𝑑𝑗 Momen cản uốn momen cản xoắn tiết diện: Tiết diện 1.0,1.1 2.0,2.1 3.0,3.1 Kn d 35 30 40 40 45 50 60 65 55 b×h 4209,24 8×7 12 × 6283,19 14×9 14×9 21205,75 18 ×11 16×10 t1 8418,49 12566,37 5,5 5,5 42411,5 W Wo 2290,19 5695,19 5043,30 11978,37 5123,99 11273,93 17070,16 23545,77 24820,22 15006,41 51781,46 31340,24 Biên độ trị số trung bình ứng suất Tiết diện M T σa σm 1.0 1.1 2.0 2.1 3.0 3.1 Kn 77341 83227 0 75550 441075 0 405254 142979,73 131563,258 131563,285 131563,285 0 356328,987 356328,987 0 965264,944 965264,944 965264,944 18,374 14,61 0 14,744 39,123 0 16,328 6,742 0 0 0 0 0 0 40 τa = τm 13,043 7,841 5,492 0 10,437 7,567 0 9,32 11,38 15,399 - 𝐾𝜎𝑑 𝐾𝜏𝑑 : hệ số, xác định theo công thức: 𝐾𝜎 𝐾𝜎𝑑𝑗 = ( + 𝐾𝑥 – 1) Ky ; 𝜀𝜎 𝐾𝜎 𝐾𝜏𝑑𝑗 = ( 𝜀𝜎 + 𝐾𝑥 – 1) Ky Trong đó: 𝐾𝜎 = 2,01 𝐾𝜏 = 1,88 : hệ số tập trung ứng suất thực tế bề mặt trục trục có rãnh then gia cơng dao phay ngón Tra bảng 10.12 trang 199 Kx = 1,1 hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công độ nhẵn bề mặt, cho bảng 10.8 trang 197 Không dùng phương pháp tăng bền bề mặt, hệ số tăng bền Ky = 𝜀𝜎 𝜀𝜏 : hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng tiết diện trục đến giới hạn mỏi, trị số tra bảng 10.10 trang 198 Tiết diện 1.0,1.1 2.0,2.1 3.0,3.1 Kn εσ 0,86 0,88 0,85 0,85 0,83 0,81 0,78 0,77 0,80 d 35 30 40 40 45 50 60 65 55 ετ 0,79 0,81 0,78 0,78 0,77 0,76 0,75 0,74 0,73 Tại bề mặt trục lắp có độ dơi, ta tra trực tiếp tỉ số 𝐾𝜎 𝜀𝜎 𝐾𝜏 𝜀𝜏 bảng 10.11 trang 215 [s] = 2,5 … _ hệ số an toàn cho phép Lấy [s] = 2,5 Kết tính tốn tiết diện ba trục: Tiết diện d Tỉ số 𝐾𝜎 /𝜀𝜎 Tỉ số 𝐾𝜏 /𝜀𝜏 Rãnh Lắp Rãnh Lắp then trung then trung 𝐾𝜎𝑑 gian gian có có độ dơi độ dơi 41 𝐾𝜏𝑑 𝑠𝜎 𝑠𝜏 s 30 2,28 2,44 2,32 1,86 2,38 2,42 15,3 1.0 35 2,34 2,44 2,38 1,86 2,44 2,48 7,94 24,94 7,57 40 2,36 2,44 2,32 1,86 2,46 2,51 9,91 35,07 9,54 45 2,48 2,44 2,44 1,86 2,52 2,54 9,59 18,24 9,54 50 2,42 2,44 2,47 1,86 2,58 2,57 3,53 24,87 8,49 65 2,61 2,97 2,54 2,28 2,71 2,64 8,07 19,66 3,49 3.1 60 2,58 2,97 2,52 2,28 2,68 2,61 19,77 16,29 7,47 Kn 55 2,51 2,97 2,57 2,28 2,78 2,68 11,73 Kết luận: Theo bảng ta thấy tiết diện thỏa mản điều kiện bền theo hệ số an toàn 4.8 Kiểm nghiệm độ bền trục độ bền tĩnh: Đề phòng trục bị biến dạng dẻo lớn bị gãy bị tải đột ngột, ta cần kiểm nghiệm trục theo điều kiện: √𝜎 + 3𝜏 ≤ [𝜎] Tiết diện 1.0 3.1 Kn d 30 35 40 45 50 65 60 55 σ 18,374 14,61 14,744 39,123 16,328 6,742 τ 13,043 7,814 5,492 10,437 7,567 9,32 11,38 15,399 σtd 22,59 79,91 56,65 59,43 245,06 67,92 26,36 26,67 Trong đó: 𝜎=M/W 𝜏 = T/W0 [𝜎] = 0,8 = 0,8 × 580 = 464 (MPa) Kết luận: Theo bảng ta thấy tiết diện thỏa mãn độ bền tĩnh 42