BÀI tập lớn NGUYÊN lý – CHI TIẾT máy đề tài tính toán hệ dẫn động băng tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY ĐỀ TÀI: Tính toán hệ dẫn động băng tải Giảng viên HD: PGS.TS Văn Hữu Thịnh Lớp học phần: 201LLCT130105_02 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Nhuận MSSV: 19145434 TP.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2021 MỤC LỤC PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN Chọn động điện Phân phối tỉ số truyền PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG .6 Chọn loại tiết diện đai thang Đường kính các bánh đai d1, d2 .6 Khoảng cách trục a Chiều dài đai l Tính góc ơm α1 bánh đai dẫn Xác định số đai z 7 Chiều rộng bánh đai 8 Tính lực tác dụng lên trục .8 PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 10 Chọn vật liệu bánh 10 Xác định ứng suất cho phép 10 Chiều dài ngồi 12 Xác định các thông số ăn khớp 13 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 14 Kiểm nghiệm độ bền uốn 16 Kiểm nghiệm quá tải 17 PHẦN 4: THIẾT KẾ TRỤC CỦA HỘP GIẢM TỐC 19 Chọn vật liệu 19 Xác định tải trọng tác dụng lên trục 20 Khoảng cách giữa các gối đỡ điểm đặt lực 20 Tính vẽ các biểu đồ nội lực 21 Tính tốn độ bền mỏi 28 Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh 31 Tài liệu tham khảo .32 PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN - Chọn động điện Công suất trục cơng tác: = - Cơng suất tính:= = 6,375 - Công suất cần thiết trục động cơ: (tải trọng tĩnh) = = Với: = Trong đó: 0,894 6,38 đ ô = 7,14 ( ) = 0,96 0,96 0,99 = 0,894 : Hiệu suất nối trục : Hiệu suất truyền bánh đ: ô: Tra bảng 2.1 ta đ Hiệu suất truyền đai Hiệu suất truyền ổ lăn = 0,96 (bộ truyền đai thang - để hở); = 0,96 (bộ truyền bánh côn); = 1; ô = 0,99 (hiệu suất cặp ổ lăn) - Tốc độ quay trục cơng tác: = Hệ truyền động khí có truyền đai thang hộp giảm tốc cấp bánh côn thẳng, theo bảng 2.2 ta sơ chọn đ = = 2,5; ℎ == - Tỉ số truyền chung sơ bộ: = = đ ℎ=10 = 68,21 10 = 682,1 (vòng/phút) Ta cần chọn động thỏa mãn điều kiện: đ ≥ đ ≈ = 682,1 ( - Tra phụ lục P1.2, chọn động điện không đồng pha rơto lồng sóc 50 Hz loại 4A160S8Y3 đ ) ℎ = 7,5 , = 730 vịng/phút có đ đ = 1,4 Phân phối tỉ số truyền - Tỉ số truyền chung: u= Chọn trước tỉ số truyền đ = 3,15 ⇒ ℎ= ⇒ = ⇒ ∇ = | − |=0,01 120 (thỏa điều kiện góc ơm) Xác định số đai z - Số đai z tính theo cơng thức (3.19): Z ≥ PmKđ/([P0]CαClCuCz) Trong đó: Kđ = 1,0 (bảng 3.7): tải tĩnh Pm = 7,13 kW, công suất trục bánh đai chủ động [Po] = 2,6 kW với đai Ƃ, v = 6,88 m/s (tra bảng 3.19) ° Cα = 0,896 với α1 = 142 (tra bảng 3.15) Cl = 1,011 với Cu = 1,14 với ut = 3,17 (tra bảng 3.17) Cz = 0,95 tra bảng 3.18 với Pm/[P0] = 7,13/2,6 = 2,74 ⇒ = Chọn z = đai Chiều rộng bánh đai - Chiều rộng bánh đai tính theo cơng thức (3.20): B = (z - 1).t + 2e = (3 – 1).19 + 2.12,5 = 63 với t e tra bảng 3.21 Tính lực tác dụng lên trục - Lực căng đai xác định theo cơng thức sau: = đó: Fv lực căng lực li tâm sinh 2 Fv = qm.v = 0,178.6,88 = 8,43 (N) Với: qm khối lượng mét chiều dài đai (tra bảng 4.22) - Lực tác dụng lên trục = sin (∝21) = 2.309.3.sin(1422 ) = 1753 (N) ⇒ = = 2√ 1√ = 99.√2,2 = 146,8 (MPa) < [ =94,6.√2,2 = 140 (MPa) < [ ] = 360 (MPa) ] = 464 (MPa) Thỏa điều kiện BẢNG THƠNG SỐ VÀ KÍCH THƯỚC BỢ TRUYỀN BÁNH RĂNG Thơng số Chiều dài ngồi Mơđun ngồi Chiều rộng vành Tỉ số truyền Góc nghiêng Số bánh Hệ số dịch chỉnh Góc chia 18 PHẦN 4: THIẾT KẾ TRỤC CỦA HỘP GIẢM TỐC Chọn vật liệu Chọn vật liệu chế tạo trục thép C45 cải thiện: - Giới hạn bền là: бb = 750MPa Giới hạn chảy là: бch = 450 MPa Ứng suất xoắn cho phép: [τ] = 15 ÷ 30 MPa (lấy trị số nhỏ trục vào hộp giảm tốc, trị số lớn - trục ra) 19 - Xác định sơ đường kính trục, đường kính trục thứ k ứng với k = 1,2 = 279451 (Nmm) (Nmm) - = 901788 Đường kính trục xác định theo công thức 10.9: Chọn d2= 54 (mm) Xác định tải trọng tác dụng lên trục - Lực tác dụng từ truyền bánh răng: = = 1 =F 1= = F = 2 0° ° 1 = 5322,9 1= 5322,9 20 20 ( 16,389) =1858,7 (N) ( 16,389) =546,6 (N) - Lực tác dụng lên trục: - Lực tác dụng từ nối trục đàn hồi: Fk= 0,3.Ft1 = 0,3.5322,9 = 1596,9 (N) = 1753 ( ) Khoảng cách giữa các gối đỡ điểm đặt lực Theo bảng 10.2 Chiều rộng ổ lăn: chọn b01 = 25 (mm) ; b02 = 29 (mm) - Chiều dài mayo bánh đai: lm12 = (1,2 ÷ 1,5) lm22 = (1,2 ÷ 1,4) = (55,2 ÷ 69)mm ⇒ chọn lm12 = 60 mm - Chiều dài mayo nửa khớp nối: = (64,8 ÷ 75,6)mm ⇒ chọn lm22 = 70 mm 20 - Chiều dài mayo bánh côn: + Bánh nhỏ: l = (1,2 ÷ 1,4) ⇒ chọn l = 60 mm + Bánh lớn: l = (1,2 ÷ 1,4) ⇒ chọn l m13 = (55,2 ÷ 64,4) mm = (64,8 ÷ 75,6) mm m13 m23 m23 = 70 mm Các kích thước liên quan đến chiều dài trục chọn theo bảng 10.3 trang 189: k1 = 10 mm k2 = 10 mm k3 = 20 mm hn = 20 mm Kết tính khoảng cách lki trục thứ k từ gối đỡ đến chi tiết quay thứ sau: + Trục I: l11 = (2,5 ÷ 3)d1 = (115 ÷ 138) chọn l11 = 120 mm l12 = - lc12 = 0,5(lm12 + b01 ) + k3 + hn = 0,5.(60 + 25) +20 +20 = 82,5 mm l13 = l11 + k1 + k2 + lm13 + 0.5(b01 – b cos δ1) = + 120 +10 + 10 + 60 + 0,5.(25 –54.cos(16,389)) = 186 mm Trục II: l21 = lm22 + lm23+ b02 + 9k1 + 2k2 = 70 + 70 + 29 + 9.10 + 2.10 = 279 mm l22 = 0,5(lm22 + b02) + k1 + k2 = 0,5.(70 + 29) + 10 + 10 = 69,5 mm l23 = l22 + 0,5.(lm22 + b.cos δ2) + k1 = 69,5 + 0,5.(70 + 54.cos(73,611)) +10 = 122 mm Tính vẽ các biểu đồ nội lực = 1 = 546,6.105 = 28696.5(N.mm) 2 21 = cos 45 = 1753 cos45 = 1239,6 ( ) = sin 45 = 1753 sin 45 = 1239,6 ( ) * Trục I: - Xét mặt phẳng yOz: ∑ 12+ =− 11− 1.13+ =− ∑ + − + = 3494,1(N) 1858,7 186 + 28696.5 = ⇒ 120 – = −1239,6 + ⇒ – 3494,1 +1858,7 = = 2875 (N) - Xét mặt phẳng xOz: ∑ = − 12 ⇒ = 9102,72 (N) ∑ =− + − = 1239,6 − ⇒ = 5019,42(N) - = −1239,6 82,5 + 11 + 13 = 1239,6 82,5 - 120 + 5322,9.186 = + 9102,72 – 5322,9 = Tính Momen uốn tương đương M =√ tđ Với: Mu = √ Từ công thức biểu đồ momen ta tính được: ( ) = 242011 Nmm ( ) = 281934 Nmm ( ) = 436831 Nmm ( ) = 243700 Nmm đ đ đ đ 22 - Đối với trục đặc, đường kính trục tiết diện j tính theo cơng thức: dj = ( ) đ √ Trong [б] ứng suất cho phép thép chế tạo trục, theo bảng 10.5 trang 195 - Đối với trục ta được: [б] = 57,4 MPa 0,1[б] - Ta tính đường kính trục tiết diện sau: ( ) ( ) mm ( ) = (34,8 mm = 36,6 ) = 42,37 mm = 34,89 mm Xuất phát từ yêu cầu độ bền, lắp ghép cơng nghệ ta chọn đường kính đoạn trục sau: ( ) ( ) ( ) 36 mm = = ( ) = 36 mm = 45 mm 23 24 * Trục 2: 2= 2= 1858,7 357 = 331777,95 (N.mm) - Xét mặt phẳng yOz: ∑ = − + = 546,6.157 − 279 + 331777,95 = ⇒ = 1496,75 (N) ∑ = − + += −1496,75 + 546,6 += ⇒ = 950,15 (N) 2 - Xét mặt phẳng xOz: = ∑ ⇒ − + = 1596,9.348,5 − 5322,9 157 + 279 =0 = 1000,63 (N) = ∑ ⇒ + − + =0 = 1596,9 + 1000,63 −5322,9 + = 2725,37 (N) - Tính Momen uốn tương đương M =√ tđ Với: Mu = √ Từ công thức biểu đồ momen ta tính được: ( ) = 780971 Nmm ( ) = 788817 Nmm ( ) ( đ đ = 902913 Nmm ) = 780971 Nmm đ đ 25 - Đối với trục đặc, đường kính trục tiết diện j tính theo cơng thức: dj = ( ) đ √ Trong [б] ứng suất cho phép thép chế tạo trục, theo bảng 10.5 trang 195 - Đối với trục ta được: [б] = 54,6 MPa 0,1[б] - Ta tính đường kính trục tiết diện sau: ( ) ( ) mm ( ) = (52,3 mm = 52,47 ) = 54,89 mm = 52,3 mm Xuất phát từ yêu cầu độ bền, lắp ghép cơng nghệ ta chọn đường kính đoạn trục sau: ( ) ( ) ( ) = = 52 mm = 55 mm ( ) = 52 mm 26 27 Tính toán độ bền mỏi Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo độ bền mỏi hệ số an toàn tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện: s= j Trong : - [s]: hệ số an tồn cho phép , [s] = (1,5÷2,5) sσj, sτj: hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp hệ số an toàn xét riêng ứng xuất tiếp mặt cắt j sσj = sτj = Vì trục quay làm việc theo chiều nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kì đối xứng: Do :σ Vì trục quay làm việc theo chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kì mạch động: τmj = τaj = τ sτj = K −1 τdj τaj + ψτ τmj Trong : σaj , τaj, σmj biên độ trị số trung bình ứng suất pháp tiếp mặt cắt tiết diện j Mj : Mômen tổng tiết diện j 28 Wj , W0j – mô men cản uốn mô men xoắn tiết diện j Với thép C45 có : σb = 750MPa Giới hạn bền kéo : σ−1 = 327 MPa = 0,436 σb Giới hạn mỏi uốn : τ−1 = 0,58 σ−1 = 0,58.327 = 189.66 MPa Giới hạn mỏi xoắn : Tra bảng 10.7 trang197 Ta hệ số ảnh hưởng trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi ψ_σ=0,1 ; ψ_τ=0,05 Tại tiết diện (D) trục I (tiết diện lắp bánh có đường kính d = 36 mm) - Đối với trục tiết diện tròn : WD = πd3 = 3,14.363 = 4578,12 (Nmm) W0D = πd3 = 3,14.363 = 9156,24 (Nmm) 32 32 16 16 - Ứng suất pháp tiếp sinh : σaD = τ aD = 2W - Xác định hệ số Kσdj Kτdj tiết diện nguy hiểm (D) Theo cơng thức : 29 Trong : Kx – 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, chi tiết gia công máy tiện, yêu cầu đạt Ra = 2,5 ÷ 0, 63 μm đó: Kx = 1,09 Ky – hệ số tăng bền bề mặt trục cho bảng 10.9 trang 197 phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt nên Ky = - Dùng dao phay ngón trục có rảnh then, theo bảng 10.12 trang 199 Ta được: Kσ =1,9475 ; Kτ = 1,795 - Trị số hệ số kích thước εσ, ετ theo bảng 10.10 trang 198 εσ = 0,712, ετ = 0,768 K (D) = σd1 K (D) = τd1 Vậy: với τmD = τaD = 15,26 (MPa) σ s −1 = σD K (D) σaD σd1 s τD = K (D) τaD + ψτ τmD τd1 = s D Do tiết diện (D) trục I thỏa điều kiện bền mỏi Tương tự, tiết diện nguy hiểm: (C) trục I (C), (D) trục II thỏa điều kiện bền mỏi - 30 Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh Để đề phòng khả bị biến dạng dẻo lớn phá hỏng tải đột ngột (chẳng hạn mở máy) cần tiến hành kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh theo công thức : σtd = √ + ≤ [σ] Trong đó: Trong đó: σ= 0,1 [ τ= 0,2 = 0,8 ℎ = 0,8.450 = 360 MPa Trục I : σ = = 351311,4 ( ) = 38,55 0,1.45 0,1 τ= ( ) 0,2 2 Suy : σtd = √38,55 + 15,33 = 46,8 ≤ [σ] = 360 MPa Vậy, trục I đảm bảo độ bền tĩnh Trục II : σ == 427883,21 = 25,72 ( )3 0,1 0,1.553 τ= Suy : σtd = √25,722 + 27,1 = 53,5 ≤ [σ] = 272 MPa Vậy, trục II đảm bảo độ bền tĩnh 31 Tài liệu tham khảo PGS.TS.Trịnh Chất - TS Lê Văn Uyển : Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập NXB Giáo dục Việt Nam ( 2010) PGS.TS.Trịnh Chất - TS Lê Văn Uyển : Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập NXB Giáo dục Việt Nam (2010) 32