Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Khoa khí Bộ môn Cơ Sở Thiết Kế máy  ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Xuân Ngọc Sinh viên thiết kế : Đỗ Huy Hồng Líp : Cơ tin1-K44 Trường : ĐHBK Hà Nội Hà Nội 9-2002 Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải CÁc công thức sử dụng tập tra từ giáo trình “tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí ” (Tuy nhiên trình thiết kế, có số cơng thức lấy số giáo trình khác Đối với trường hợp trình bày có thích riêng) Phần I Chọn động Để cho việc tìm kiếm sử dụng đơn giản, ta chọn loại động điện ba pha loại động dễ tìm sử dụng rộng rãi thị trường Theo yêu cầu thiết kế, động cư làm việc với chu kỳ tải trọng thay đổi theo thời gian Ta xét tỉ số: ts  t1  t 53 * 100  * 100 100 0 t ck Trong đó: + t1,t2,tck: Thời gian máy làm việc + tck : Thời gian chu kỳ máy Như ta thấy ts > 60%, coi động làm việc chế độ dài hạn với tải trọng thay đổi Khi coi động làm việc với công suất tương đương Ptđ 1-Xác định cơng suất động cơ: Có : Ptd   P1 * t1  P *t  P3 * t  (Công thức 2.14) t ck + P1 : Công suất lớn công suất tác dụng lên trục máy thời gian làm việc F *v P1  1000 *  (Công thức 2.8) Với + F : Lực kéo băng tải, có F = 21.000 N + v : Vận tốc băng tải, có v = 0,15 m/s +  : Hiệu suất truyền động Có  = K*br2*ơ4*x  K: Hiệu suất khớp nối, trục nối mềm, chọn K=0,99  br: Hiệu suất truyền bánh chọn br= 0,97 (Bảng 2.3)  ô: Hiệu suất ổ lăn, chọn ô= 0,99 (Bảng 2.3)  x: Hiệu suất truyền xích chọn x= 0,93 (Bảng 2.3)   = 0,99*0,97 *0,99 *0,93 = 0,83 Từ ta có: P1  21000 * 0,15 3,8(kW ) 1000 * 0,83 + P2 : Công suất tác dụng lên trục máy khoảng thời gian t Theo giả thiết có T2=0,7T1  P2 = 0,6P1 = 0,6x3,8 = 2,28 (kW) Từ thơng số tìm trên, ta có cơng suất tương đương tác dụng lên trục máy: Ptd  3,8 *  2,28 * = 3,31 (kW) Như động cần tìm phải có cơng suất Pđc > Ptđ 2-Xác định số vịng quay sơ động cơ: Có số vịng quay sơ động xác định công thức: nsb=ntang*ut (Công thức 2.18) Với + nsb : Số vòng quay sơ động + ntang: Số vịng quay tang làm việc,có: n tan g  60 * 1000 * v  *D (1Công thức 2.16).[ Với D đường kính tang, có D = 320 mm  n tan g  60 * 1000 * 0,15 8,96(vong ) phut [33,12] 3,14 * 320 + ut: Tỉ số truyền toàn bộ truyền, có ut=uh*ux  uh: Tỉ số truyền hộp giảm tốc  ux: Tỉ số truyền truyền xích Từ bảng 2.4 trang 21, chọn: uh= 20 ux= đến Chọn ux=  ut= 20*3 = 60 Số vòng quay sơ là: nsb= 8,96*60 = 537 (vòng/phút) 3-Chọn động cơ: Theo điếu kiện 2.19 trang 22và 2.6 trang 17 dựa vào bảng P1.1 trang 234 ta chọn loại động 4A132S8Y3 có Pđc=4,0 kW, nđc=720 vòng/phút T= 9,55 * 10 P 9,55 * 10 *  53055( Nmm) vong/phut] n 720 4-Phân bố tỉ số truyền: Có nđc=720vịng/phút  tỉ số truyền thực tế truyền là: u tt  n dc 720  80,35 n tan g 8,96 utt= uh* ux chọn uh= 20 ux = utt/20 =80,35/20 =4,02 uh= uchậm *unhanh chọn unhanh = uchậm = 5-Tính cơng suất P, số vịng quay n, mômen xoắn T trục: a-Trục tang: Công suất: F *v Ptang= 1000 (Công thức 2.11) Ptang= 21000 * 0,15 3,15(kW ) 1000 Số vòng quay: ntang=8,96 (vịng/phút) Mơmen xoắn: Ttang= 9,55 * 10 Ptan g n tan g  ] 9,55 * 10 * 3,15 3357422( Nmm) 8,96 b-Trục 3: Công suất: p tan g 3,15 PIII   3,46(kW )  o *  x 0,99 * 0,93 Số vòng quay: n3=ntang*ux= 8,96*4,02 = 36 (vòng/phút) 9,55 * 10 PIII 9,55 * 10 * 3,46  917861( Nmm) Mômen xoắn: T3= n3 36 c-Trục 2: P 3,46 III Công suất: PII  *  0,99 * 0,97 3,6kW ) o br Số vòng quay: n2=n3*ubr= 36*4 = 144 (vòng/phút) Mômen xoắn: T2= 9,55 * 10 PII 9,55 * 10 * 3,6  238750( Nmm) n2 144 d-Trục 1: Công suất: PII 3,6 PI   3,75( kW )  o * br 0,99 * 0,97 Số vòng quay: n1=n2*ubr= 144*5=720 (vòng/phút) 9,55 * 10 PI 9,55 *10 * 3,75  49700( Nmm) Mômen xoắn: T1= n1 720 Bảng thống kê P(Kw) U n(vòng/phút) T(Nmm) Động Trục I 3,75 720 53055 Trục II 3,6 720 49700 180 238750 Trục III 3,46 36 917861 Phần ii Tính hộp giảm tốc a-bộ truyền bánh nGHIÊng chuyển động trục trục I-Chọn vật liệu: Từ đặc tính làm việc hộp giảm tốc va đập nhẹ, theo bảng 6.1 trang 92 chọn: +Với bánh nhỏ : Chọn thép 45, cải thiện đạt độ rắn HB 241 285, có  b1 850MPa,  ch1 580MPa +Với bánh nhỏ : Chọn thép 45, cải thiện đạt độ rắn HB 192 240, có  b1 750MPa,  ch1 450MPa II-Tỉ số truyền: +Tỉ số truyền truyền bánh unhanh=5 uchậm=4 III-Xác định ứng suất cho phép: +Căn váo bảng 6.2 trang 94, với thép 45 tơi cải thiện, đạt độ rắn HB 180 350 có:  H0 lim 2 HB  70 , SH = 1,1  Fo lim 1,8 HB , SF = 1,75  H0 lim ,  F0 lim : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ sở SH,SF: Hệ số an tồn tính tiếp xúc +Chọn độ rắn bánh nhá HB = 230 MPa +Chọn độ rắn bánh lớn HB = 245 MPa + Có:  Ho lim1 = 2HB1+70 = 2*245 + 70 = 560 MPa  Ho lim = 2HB2+70 = 2*230 +70 = 530 MPa  Fo lim = 1,8*245 = 441 MPa  Fo lim = 1,8*230 = 414 MPa a-Xác định ứng suất cho : -Sè chu kỳ ứng suất sở thử tiếp xúc: ,4 NHO = 30*H 2HB (Cơng thức 6.5) -Có sè chu kỳ ứng suất sở thử tiếp xúc bánh 1: NHO1 = 30*2452,4 = 1,6*107 MPa -Có sè chu kỳ ứng suất sở thử tiếp xúc bánh 2: NHO2 = 30*230 2, = 1,39*107 -Sè chu kỳ ứng suất tương đương: NHE = 60 * c * ni u rn  T t  i    T i   max   ti  *      ti     Trong đó:  c : Số lần ăn khớp vịng quay, có c =  Ti,ni,ti : Lần lượt Mômen xoắn, số vòng quay, số làm việc chế độ thứ i bánh xét -Sè chu kỳ ứng suất tiếp xúc tương đương bánh 2: NHE2 =  NHE2 =  T 3  t   T 3  t   T 3  t 60 * c * n1  ti    T1  *  t    T2  *  t    T3  *  t u rn     ck     ck     ck 60 * * 720 3  *17000 13 *  0,6 *  10,37 * 10 8       Nhận thấy NHE2>NHO2  KHL2=1 Tương tự suy NHE1>NHO1  Chọn KHL1 = Ta có ứng suất cho phép :  H  =  H lim * K HL SH (Công thức 6.10) Vậy có ứng suất tiếp xúc bánh nhỏ:  H  = 560 * 509 MPa 1,1  H  = (530 *1)1,1 =481,8 MPa Do truyền truyền bánh nghiêng theo 6.12  H  =  H    H  = 509  481,8 =495,4 MPa 2 b-Xác định ứng suất uốn cho phép: + Sè chu kỳ ứng suất uốn tương đương: NFE =  T 60*c*   i  Tmax    mF * ni * t i mF : Bậc đường cong mái thử uốn, có độ rắn mặt HB  350, từ suy mF = Các thơng số cịn lại có ý nghĩa thơng số cơng thức tính ứng suất tiếp xúc cho phép phần Có số chu kỳ ứng suất tương đương bánh 2: NFE2 =  T 6  t 60 * c * n1  t i    T1  *  t u rn     ck NFE2 = = 6   T2   t   T3   t       *      *      T1   t ck   T1   t ck   60 * * 720   * 17000 16 *  0,6 *   0,94 * 10 8   Có NFE2 > NFO2 =4.106  Chọn KFL2 = Suy NFE1 > NFO1  Chọn KHL1 = Có ứng suất uốn cho phép:  F0 lim * K FC * K FL [F] = SF (Công thức 6.2a) KFC : Hệ số xét ảnh hưởng hệ đặt tải, truyền quay chiều  KFC = Có ứng suất cho phép bánh 1: [F]1 = 441 * * 252 MPa 1,75 Có ứng suất cho phép bánh 2: [F]2 = 414 * * 236,5MPa 1,75 c-Ứng suất tải cho phép: Độ bền tiếp xúc tải: [H]max = 2.8ch (Công thức 6.13) [F]max = 0.8 ch1 (Cơng thức 6.14) Có độ bền tiếp xúc cho phép tải: [H]max = 2.8ch = 2.8*450 = 1260 MPa Có độ bền uốn cho phép tải: Bánh 1: [F1]max = 0.8 ch1 = 0,8*580 = 464 MPa Bánh 2: [F2]max = 0.8 ch1 = 0,8*450 = 360 MPa IV - Tính tốn truyền bánh nghiêng(Cấp nhanh): a-Xác định sơ khoảng cách trục: aW = Ka*(u1 + 1)* T1 * K H { H }2 * u RT * ba (Công thức 6.15a) + Ka : Hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh Có nghiêng thép, theo bảng 65 trang 96 có : Ka = 43 + uRT : Tỉ số truyền cấp chậm, có u1 = + T1 : Mômen xoắn đặt lên trục 1, có T1 = 49700Nmm +KH : Hệ số kể đến phân bố không tải trọng vành tính tiếp xúc Theo bảng 6.6 , chọn ba = 0,3 Có bd = 0,53*ba*(u1 + 1) (Công thức 6.16)  bd = 0,53*0,3*(5 + 1) =0.954 Theo bảng 6.7 có KH = 1,15 Từ ta có: 49700 * 1,15 aW = 43*(5 + 1)*  495,4 * * 0,3 = 138,67 (mm) Lấy aW = 140 mm b-Xác định thông số ăn khớp: + Xác định môđun : m = (0,01 0,02)*aW (Công thức 6.17)  m = 1,4  2,8 Theo bảng 6.8 chọn môđun tiêu chuẩn mn = 1,5 + Xác định góc nghiêng, chọn sơ :  = 100, có cos = 0,9848 * aW * cos  * Số bánh nhỏ : z1 = m * (u  1)  z1 = * 140 * 0,9848 1,5 * (5  1) (Công thức 6.31) = 30,06 (răng) Lấy z1 = 30 * Số bánh lớn : z2 = z1 * u1 = 30*5= 150 (răng) Vậy có z2 = 150 Từ ta có: z1  z cos = m* * a (Công thức 6.18) w = 1,5* (30  150) * 140 =0,964  Góc nghiêng răng:  = 15 c-Kiểm nghiệm độ bền uốn: Điều kiện để bánh trụ đảm bảo bền làm việc ứng suất tiếp xúc mặt làm việc: theo 6.33 * T1 * K H * (u1  1) bW * d w21 * u1 H = ZM*ZH*Z  [H] (Công thức 6.33) Trong đã: + ZM : Hệ số kể đến tính vật liệu bánh ăn khớp Theo bảng 6.5 trang 96, vật liệu hai bánh thép  ZM = 274 (MPa) +ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc, có : ZH = * cos  b sin *  tW (Công thức 6.34) Trong :  b: Góc nghiêng hình trụ sở, có : tgb =cost*tg (Công thức 6.35) Dùng bánh nghiêng không dịch chỉnh, có : tg với  = 200 tW = t = arctg( cos  ) tg 20 tW = t = arctg( 0,964 ) = 20,680 tgb =cos20,680*tg150 = 0,25  B =140  ZH = * cos14 sin * 20,68 = 1,713 + bW : Chiều rộng vành răng, có bW = ba*aW = 0.3*140 = 42(mm) + Z : Hệ số xét đến trùng khớp Có hệ số trùng khớp dọc:  = bw * sin  42 * sin 15 =  * 1,5 = 2,3 >1 Như vậy:  *m Z =  (Công thức 6.36 trang 105)   : Hệ số trùng khớp Có :    1   = 1,88  3,2 *  Z  Z   cos  (Công thức 6.38)        = 1,88  3,2 *  31  155   * 0,964 = 1,69  Z = 1,69   = 0,768 +dW1 : Đường kính vịng lăn bánh nhỏ, có: 2aW dW1 = u  (Công thức bảng 6.11) dW1 = * 140 1 = 46,67 (mm) Vận tốc dài vành Có : v =  v=  * d w1 * n1 (CT 6.40) 60000 3,14 * 46,67 * 720 1,76 m s 60000 Theo bảng 6.13, chọn cấp xác động học cấp + KH : Hệ số xét đến tải trọng tính tiếp xúc Theo 6.39 ta có: KH = KH*KH*KHV *KH : Hệ số xét tới phân bố không tải trọng chiều rộng vành răng, KH = 1,15 *KH : Hệ số xét tới phân bố không tải trọng đôi ăn khớp Với nghiêng, theo bảng 6.14 có KH = 1,13 * KHV : Hệ số xét đến ảnh hưởng tải trọng động xuất vùng ăn khớp Có:  H * bw * d W 1 * K H * K H KHV = 1+ * T (Công thức 6.41) a Với H = H*go*v* uW ( Công thức 6.42) Theo bảng 6.15 6.16 ta có : H = 0.002, go = 56 H = 0,002*56*1,756* 140 = 1,04 < Hmax = 380 Trong Hmax = 380 giá trị có tra bảng 6.17 Từ giá trị có : 1.04 * 42 * 46,67 KHV =  * 49700 *1,15 *1,13 = 1,03  KH = KH*KH*KHV = 1,15*1,13*1,03 = 1,34 Có ứng suất tiếp xúc mặt răng: H = 274*1,713*0,768 * 49700 * (5  1) * 1,34 42 * 46,67 * = 482,17 (MPa) + [H] : ứng suất tiếp xóc cho phép Có [H] = [H]’*ZV*ZR*KxH (Công thức 61 61.a) + ZR : Hệ số xét đến độ nhám bề mặt làm việc Với cấp xác động học 8, ta chọn cấp xác tiếp xúc cấp , gia công đạt độ nhám Ra = 1,25 2,5m, từ ta có ZR = 0,95 + ZV : Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vịng, có v = 1,76m/s ZV= 0,85*v0,1 = 0,899 + KxH : Hệ số xét đến ảnh hưởng kích thước bánh Có đường kính vịng đỉnh da < 700 mm  KxH = Như úng suất tiếp xúc cho phép là: [h] = 495,4*0,899*0,95*1 = 432,096 (MPa) Nhận thấy H > [H] , bánh khơng thoả mãn điều kiện tiếp xúc ta phải tính lại Chọn aW = 160 mm -Xác định thông số ăn khớp: + Xác định môđun : m = (0,01 0,02)*aW (Công thức 6.17)  m = 1,6  3,2 Theo bảng 6.8 chọn môđun tiêu chuẩn mn = 2.5 + Xác định góc nghiêng, chọn sơ :  = 100, có cos = 0,9848 * aW * cos  * Số bánh nhỏ : z1 = m * (u  1) (Công thức 6.31)