Đồ án Chi tiết máy: Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

Mục lục Phần I Chọn động phân phối tỉ số truyền Chọn động Tính toán động học hệ thống dẫn động khí Xác định công suất, momen số vòng quay trục Tr3 Tr5 Tr6 Phần II Thiết kế truyền A) Bộ truyền hộp Chọn vật liệu Xác định loại ứng suất cho phép Tính toán cho cấp nhanh Tính toán cho cấp chậm Bảng thông số truyền bánh hộp B) Bộ truyền xích Chọn loại xích Xác định thông số xích truyền xích Bảng thông số truyền xích Tr8 Tr8 Tr11 Tr17 Tr23 Tr24 Tr24 Tr27 PhÇn III ThiÕt kế trục chọn ổ lăn A) Thiết kế trục Sơ đồ phân tích lực hệ dẫn động Giá trị lực ăn khớp Tính sơ trục Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực Xác định đờng kính chiều dài ®o¹n trơc TÝnh kiĨm nghiƯm trơc vỊ ®é bỊn mái TÝnh kiĨm nghiƯm ®é bỊn cđa then B) Chän ỉ lăn Chọn ổ lăn cho trục I Chọn ổ lăn cho trục II Chọn ổ lăn cho trục III Tr28 Tr28 Tr30 Tr30 Tr31 Tr35 Tr37 Tr38 Tr39 Tr40 Phần IV Tính toán yếu tố vỏ hộp chi tiết khác Tính toán yếu tố vỏ hộp Bôi trơn điều chỉnh ăn khớp Bảng kê kiểu lắp Tr42 Tr43 Tr44 Tài liệu tham khảo tra cứu Đồ án đợc thiết kế dựa tài liệu sau : + Chi tiÕt m¸y T , T - Ngun Träng HiƯp (1999) + H ìng dÉn hoµn thµnh đồ án môn học Chi tiết máy (1979) + Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động khí T ,T - Trịnh Chất ,Lê Văn Uyển (2000) Các số liệu đợc tra qúa trình thiết kế tính toán dựa bảng Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động khí T1,T2 - Trịnh Chất ,Lê Văn Uyển (2000) Đồ án môn học chi tiết máy Đề số : Sơ đồ hệ thống dẫn động: Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải T m m = 1,4T T = 0,6T t = (h) t = (h) t c k = (h) Trong đó: Động Hộp giảm tốc Nối trục đàn hồi Băng tải Bộ truyền xích Số liệu thiết kế: Lực kéo băng tải : F = 3000 (N) Vận tốc băng tải : v = 1,35 (m/s) Đờng kính tang : D = 280 (mm) Ti thä hƯ thèng : t h = 6500 (h) Sè ca lµm việc : Số ca = Đặc tính làm việc : Va đập nhẹ Góc nghiêng đ ờng nối tâm truyền : Nhiệm vụ thiết kế: 25 * Bản thuyết minh thiết kế tính toán * Bản vẽ hộp giảm tốc (Khổ A ) * Bản vẽ chế tạo chi tiết (Khổ A3) Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động Phần I Chọn động phân phối tỉ số truyền 1).Chọn động a)-Tính công suất cần thiết Chọn động điện công việc qúa trình tính toán, thiết kế máy Nó có ảnh hởng lớn đến việc lựa chọn thiết kế hộp giảm tốc nh truyền hộp Để chọn đợc động phải dựa đặc tính phạm vi sử dụng chúng với yêu cầu thiết kế từ lựa chọn động động phù hợp kinh tế Muốn ta phải tính đợc công suất cần thiết động Công suất cần thiết động đợc xác định theo công thức (2.8): Pct Pt kW Trong đó: P c t (kW) công suất cần thiết trục động P t (kW) công suất tính toán trục máy công tác hiệu suất truyền động Để xác định đ ợc công suất P c t cần xác định đ ợc công suất tính toán P t Công suất tính toán đ ợc xác định dựa vào chế độ làm việc hệ thống dẫn động tính chất tải trọng Theo yêu cầu thiết kế, hệ thống dẫn động băng tải đ ợc tính toán điều kiện làm việc lâu dài tải trọng tác dụng thay đổi theo chu kỳ Do ta coi động làm việc với công suất t ơng đơng không đổi (thay cho trình làm việc động lúc tải, lúc non tải) đ îc tÝnh theo c«ng thøc (2.13) Pt = Ptd víi Ptd P1  Pi  t   i ( kW ) i 1  P1  ti   i 1 Trong ®ã: Ptd (kW) công suất tơng đơng động P (kW) công suất lớn công suất tác dụng lâu dài trục máy công tác P i (kW) công suất tác dụng lâu dài thêi gian ( t i ) Theo biĨu ®å tải trọng ta thấy thời gian mở máy nhỏ (3s) không coi công suất tác dụng lâu dài trục máy công tác, nên ta cã: 2  P1  P    t    t P1  P1   kW  Ptd P1   t1 t Từ biểu đồ tải trọng ta cã: T =0,6T => P >P VËy ta cã theo c«ng thøc (2.11): Víi : F.v  kW  P1 Plv  1000 F=3000(N) lµ lùc kéo băng tải v=1,35(m/s) vận tốc băng tải 3000.1,35 => P1  4,05 kW  1000 Ta l¹i cã: P2 P1  T2 0,6 T1 t = 2(h) vµ t = 5(h) ; t c k = t +t = 2+5 = 7(h) VËy ta có công suất t ơng đơng là: P1  P   t   P1  P1 Ptd P1   t1  t =>   t 1 2   0,6 2,984 kW   4,05 25 P t = P t d =2,984(kW) Mµ hiƯu suất truyền động ( ) đợc tính dựa hiệu suất truyền hệ thống dẫn động theo c«ng thøc (2.9): = k  o l  b r  b r  x Trong ®ã trị số hiệu suất loại truyền ổ đợc tra bảng 2-3 (Tr.19 ) k 1 lµ hiƯu st bé trun khíp nèi trơc tõ trục động sang trục I o l =(0,99) hiệu suất cặp ổ lăn đ ợc làm việc điều kiện che kín đủ dầu bôi trơn đây, sử dụng cặp ổ lăn trục, cặp ổ có hiệu suất riêng lµ ( * o l =0,99)  b r =0,97 hiệu suất truyền bánh trụ thẳng làm việc điều kiện che kín đủ dầu bôi trơn (cấp nhanh) b r =0,97 hiệu suất truyền bánh trụ nghiêng làm việc điều kiện che kín đủ dầu bôi trơn (cÊp chËm)  x = 0,96 lµ hiƯu st bé truyền xích làm việc điều kiện che kín đủ dầu bôi trơn Vậy ta có: => = k o l  b r  b r  x = 0.99 0,97 0,97 0,96 = 0,8677 = 0,8677 P 2,984 Pct  t  3,44 kW   0,8677 P c t =3,44(kW) b)-X¸c định sơ số vòng quay đồng *) Chọn sơ tỉ số truyền Dựa vào bảng 2.4 (TR.21,TTTKHTDĐCK- T1 ) chän: TØ sè trun cđa bé trun xÝch u n = (lÇn) TØ sè trun cđa hép giảm tốc u h = 15 (lần) Tỉ số truyền sơ hệ thống dẫn động là: u s b = u h u n = 2.15=30 (lÇn) *) Số vòng quay trục băng tải tính theo công thøc (2.16): 60.v  v  n lv    .D  p  Trong ®ã: v = 1,35(m/s) vận tốc băng tải D = 280(mm) = 0,28 (m) đờng kính tang quay băng tải 60.v 60.1,35 => n lv   92 v  ;  p .D .0,28 Vậy số vòng quay sơ trục động là: n c t = 2760(v/p) => n c t = n l v u s b = 92.30 = 2760(v/p) ; n Chọn đợc số vòng quay đồng động là: đ b = 3000(v/p) *) Chọn động Dựa yêu cầu động momen mở máy công suất cần thiết để đảm bảo động làm việc tốt là: P®c  Pct n®b nct Tmm T 1,4  k T Tdn Với T momen tải trọng lớn T=T Tra bảng P 1.2; P 1.2; P 1.3 với động đồng 3000(v/p) ta chọn đợc động điện K nhà máy Động cơViệt-Hung chế tạo với kiểu động K132S2 có thông số sau: Công suất Vận tốc (kW) (v/p) 4,0 2890 Cos I K /I d n 0,90 6,8 T K /T d n 2,5 Đ/k trục động Khối l ợng (mm) (kg) 32 60 2).Tính toán động học hệ thống dẫn động khí Tính toán hệ thống dẫn động khí theo thông số động điện chọn đ ợc *)-Xác định tỉ số trun u t cđa hƯ thèng dÉn ®éng TØ sè truyền hệ thống dẫn động đợc xác định tỉ số số vòng quay đầu vào truyền số vòng quay đầu truyền n u t  dc (lÇn) n lv Víi: n d c = 2890(v/p) số vòng quay động điện chọn đ ợc n l v = 92(v/p) số vòng quay trục băng tải n 2890 u t = 31,52 (lÇn ) => u t  dc 31,52 (lần); n lv 92 *)-Phân phối tỉ sè trun u t cđa hƯ thèng dÉn ®éng cho c¸c bé trun TØ sè trun cđa hƯ thèng dÉn động đ ợc phân phối cho truyền hộp giảm tốc bộtruyền (bộ truyền xích & trun khíp) ut = uh.un = 31,52 (lÇn) TØ sè truyền truyền khớp là: uk 1(lần) Chọn tØ sè trun cđa bé trun xÝch lµ: ux = 2,5(lÇn) u u 31,52 VËy ta cã tØ sè trun hộp giảm tốc là: uh t t  12,6 (lÇn) u n u k u x 1.2,5 Đây hộp giảm tốc khai triển, tính toán theo điều kiện bôi trơn yêu cầu thể tích hộp nhỏ đợc Do chọn tỉ số trun cđa cÊp nhanh ( u ) lín h¬n tØ sè trun cđa cÊp chËm (u ) Ta dïng c«ng thøc thùc nghiƯm sau: u = (1,2  1,3)u => u h = u u = (1,2  1,3)u u = (1,2  1,3) (u ) = 12,6(lÇn) => u = (3,1  3,24) chän u = 3,17( lÇn) => u = (1,2  1,3)u = (3,804  4,121) chän u = 4,121( lÇn) VËy ta cã tØ sè trun thùc cđa hép gi¶m tèc lµ: u h = u u = 3,17 4,121 = 13,06 ( lÇn) TØ sè trun thùc cđa bé trun xÝch lµ : ut 31,52 ux   2,413 (lÇn) u h u k 13,06.1 u = 4,121 (lÇn) u = 3,17 (lÇn) u x = 2,413 (lần) 3).Xác định công suất, momen số vòng quay trục Dựa sơ đồ thiết kế công suất cần thiết P c t động ta tính đ ợc công suất, momen, số vòng quay trục hệ thống dẫn động nh sau: a) Trên trục động cơ: Số vòng quay: n đ c = 2900(v/p) Công suất trục động công suất cần thiết: P c t = 3,44(kW) Momen xo¾n: Tdc 9,55.10 Pct 3,44  9,55.10 11367( Nmm) n dc 2890 b) Trªn trơc 1: n dc 2890  2890( v / p) uk P = P c t  k o l Công suất trục: = 3,44.1.0,99 = 3,4(kW) P 3,4 Momen xoắn trục: T1 9,55.10  9,55.10 11235( Nmm) n 2890 c) Trên trục 2: n 2890 Số vòng quay: n   701,3( v / p) u 4,121 P = P  b r o l = 3,4.0,97.0,99 = 3,269(kW) Công suất trục: P 3,269 Momen xoắn trục: T2 9,55.10  9,55.10 44516( Nmm) n 701,3 d) Trên trục 3: n 701,3 Số vòng quay: n   221,23( v / p) u2 3,17 P = P  b r  o l = 3,269.0,97.0,99 = 3,14(kW) Công suất trục: P 3,14 Momen xoắn trục: T3 9,55.10  9,55.10 135547( Nmm) n 221,23 e) Trên trục công tác: n 221,23 Số vòng quay: n lv   92( v / p) ux 2,413 P l v = P  x  o l = 3,14.0,96.0,99 = 2,98(kW) Công suất trục: P 2,98 Momen xoắn trục: Tlv 9,55.10 lv 9,55.10 309337( Nmm) n lv 92 Sè vßng quay: n Từ kết tính toán ta có bảng thông số sau: Trục T.số u(lần) P(kW) n(v/p) T(Nmm) Động 1 3,44 2890 11367 4,121 3,4 2890 11235 3,17 3,269 701,3 44516 3,14 221,23 135547 Công tác 2,413 2,98 92 309337 Phần II ThiÕt kÕ c¸c bé trun A).Bé trun hép I) –Chän vËt liƯu Chän vËt liƯu Theo yªu cầu thiết kế tính toán động hộp giảm tốc bánh hai cấp công suất trung bình Do cặp bánh cấp nhanh chịu tải nhỏ cặp bánh cấp chậm, nên ta phải chọn vật liệu chế tạo bánh cấp nhanh có tính vật liệu cặp bánh cấp chậm, để tránh lÃng phí.Tuy nhiên, sản xuất loạt nhỏ, để đơn giản cho việc cung cấp vật liệu chế tạo, nh công nghệ chế tạo bánh ta chọn chung loại vật liệu cho hai cấp nh Theo yêu cầu thiết kế với vận tốc băng tải v = 1,35(m/s) tải F=3000(N) ta chọn vật liệu thông thờng (nhóm I) có độ rắn HB 350 Bánh đợc thờng hoá cải thiện Theo bảng 6.1(Tr 92,TTTKHTDĐCK-T1) ta chọn đợc loại vật liệu cho bánh dẫnvà bánh bị dẫn nh sau: Thép 45 cải thiện đạt độ rắn HB 241 285 Giới hạn bền: b = 850(MPa) Giới hạn chảy: ch = 580(MPa) II)Chọn vật liệuXác định loại ứng suất cho phép.(sơ bộ) Đây hộp giảm tốc bánh trụ thẳng nghiêng làm việc điều kiện che kín đủ dầu bôi trơn, dạng hỏng chủ yếu tróc rỗ bề mặt Đó phá hỏng mỏi tác dụng dài hạn ứng suất tiếp xúc thay đổi có chu kỳ gây Ngoài ra, bị biến dạng d gẫy dòn lớp bề mặt phá huỷ tĩnh chân tải Do ta xác định ứng suất cho phÐp vµ kiĨm nghiƯm nã øng st tiÕp xóc cho phÐp  H  øng suÊt tiÕp xóc cho phép H đợc xác định theo công thøc (6.1):  o    H    H lim .Z R Z v K xH K HL  SH  Trong ®ã: - ZR Zv KxH oHlim SH KHL Hệ số xét đến độ nhám mặt làm việc Hệ số xét đến ¶nh hëng cđa vËn tèc vßng – HƯ sè xÐt đến ảnh hởng kích thớc bánh ứng st tiÕp xóc cho phÐp øng víi sè chu kú sở Hệ số an toàn tính tiếp xúc Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hởng thời gian phục vụ chế độ tải träng cđa bé trun Víi bíc tÝnh s¬ bé lÊy ZR.Zv.KxH = Hệ số KHL đợc xác định theo c«ng thøc (6.3): N K HL m H HO Trong ®ã: N HE - mH – BËc cña ®êng cong mỏi thử tiếp xúc, với độ rắn mặt HB 350 ta có mH=6 - NHO Chọn vật liệu Số chu kì thay đổi ứng suất së thư vỊ tiÕp xóc NHO=30.(HHB)2,4 - HHB –Chän vật liệu Độ rắn Brinen - NHE Chọn vật liệu Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng ứng với trờng hợp tải trọng thay đổi theo chu kì NHE đợc tính theo công thức (6.7) : Ti   n i t i N HE 60.c   Tmax   Trong ®ã: - Ti , ni , ti : lần lợt momen xoắn số vòng quay số làm việc chế độ i bánh xét - Tmax : momen xoắn lớn - c : số lần ăn khớp vòng quay(c=1) Với vật liệu đà chọn thép 45 cải thiện đạt độ rắn (HB 241 285) Theo bảng 6.2 (TR.94,TTTKHTDĐCK-T1) ta có: oHlim=2.HB+70 ; SH=1,1 Do bánh dẫn quay nhanh, nên số chu kì chịu tải lớn dẫn đến mòn nhanh, theo thuyết sức bền ta nhiệt luyện bánh dẫn có độ rắn lớn bánh bị dẫn H1H2 +(1015)HB Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1=265 ,độ rắn bánh lớn HB2=255 ứng suất tiÕp xóc cho phÐp oHlim1=2.HB1+70=2.265+70=600(MPa) oHlim2=2.HB2+70=2.255+70=580(MPa) Sè chu k× thay ®ỉi øng st c¬ së NHO1=30.(HHB1)2,4=30.(265)2,4=1,96.107 NHO2=30.(HHB2)2,4=30.(255)2,4=1,79.107 Do c¬ tÝnh vật liệu bánh dẫn tốt vật liệu bánh bị dẫn => NHE1 > NHE2 Vậy ta cần xác ®Þnh NHE2 :  Ti  ti  N HE 60.c.n t h    Tmax   t i =  3 5 N HE 60.1.703,7.65001  0,6  1,159.10 7  => NHE2>NHO2 =1,79.107 => NHE1>NHO1 =1,96.107 Do đờng cong mỏi từ sau số chu kì thay đổi ứng suất NHO có dạng gần đờng thẳng song song với trục hoành tức khoảng giới hạn mỏi tiếp xúc không thay ®ỉi.V× vËy ta lÊy NHE=NHO ®Ĩ tÝnh, ®ã KHL=1 => NHE2= NHO2 ; NHE1 = NHO1 => KHL= KHL1= KHL2=1 Thay giá trị KHL,ZR.Zv.Kx vào công thức tính øng suÊt tiÕp xóc cho phÐp ta cã: CÊp nhanh sử dụng cặp bánh trụ thẳng doođó ứng st tiÕp xóc cho phÐp lµ:  HoH2 lim    H lim   oH lim   =  = 527,27(MPa) H n     cặp bánh Z R Z v K xH K HL  ®ã.øng 1.1 suÊt  tiÕp xóc cho phÐp lµ: CÊp chËm sưHdơng S  trụ nghiêng S S H H    oH lim1 600   545,45(MPa ) SH 1,1 H  H  oH lim 580 H    527,27(MPa ) SH 1,1 Hc =(H1 +H2)/2= (545,45+527,27)/2=536,36(MPa) NFE1 > NFE2 Vậy ta cần xác định NFE2 : mF Ti  ti  N FE 60.c.n t h    Tmax   ti =  6 5 N FE 60.1.703,7.65001  0,6  8,756.10 7  => NFE2>NFO2 =4.106 => NFE1>NFO1 =4.106 Do ®êng cong mái tõ sau số chu kì thay đổi ứng suất NFO có dạng gần đờng thẳng song song với trục hoành tức khoảng giới hạn mỏi uốn không thay đổi.Vì ta lấy NFE=NFO để tính, ®ã KFL=1 => NFE2= NFO2 ; NFE1 = NFO1 => KFL= KFL1= KFL2=1 Thay giá trị KFL,KFC, YR.Ys.KxF vào công thức tính ứng suất uốn cho phép ta có: ứng suất uốn tảiocho phép là: Fmax=0,8.ch=0,8.580=464(MPa) o  o    F    F lim .YR Ys K xF K FC K FL   H lim .1.1.1   F lim   FF  12  SF   SH  oo  lim12 477 459 272,57(MPa )  FF lim   262 28 SSFF 11,,75 75 SF III)–Chän vËt liÖuTÝnh toán cho cấp nhanh (bộ truyền bánh trụ thẳng) Xác định sơ khoảng cách trục Khoảng cách trục aw đợc xác định theo công thức(6.15a): a w K a (u  1).3 T.K H (1)   H  u. ba Trong ®ã: Ka – Hệ số phụ thuộc vào vật liệu cặp bánh loại T Chọn vật liệu Momen xoắn trục bánh chủ động (Nmm) H ứng st tiÕp xóc cho phÐp cđa cÊp nhanh (MPa) u – TØ sè trun KH –Chän vËt liƯu HƯ sè xét đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành tính tiếp xúc ba Hệ số quan hệ chiều rộng vành bw khoảng cách trục aw ba=bw/aw Theo bảng 6.5 (TR.96,TTTKHTDĐCK-T1) ứng với vật liệu cặp bánh (thép-thép) loại thẳng ta có: Ka=49,5 Theo bảng 6.6 (TR.97,TTTKHTDĐCK-T1) ứng với vị trí bánh ổ hộp giảm tốc không đối xứng độ rắn mặt làm việc H1 H2 350HB chọn ba1= 0,25 Víi u = u1= 4,121 => bd1 = 0.53ba1.(u1+1) = 0,53.0,25.(4,121+1) = 0,678 Theo bảng 6.7 (TR.98,TTTKHTDĐCK-T1) ứng với bd1 = 0,678 sơ đồ chọn KH = 1,07 T = T1 = 11235(Nmm) H = Hn = 527,27(MPa) Thay giá trị vào công thức (1) ta cã: a w1 K a (u  1).3 T1 K H   H 2n u  ba1  49,5.(4,121  1).3 11235.1,07 88,1( m 527,27 4,121.0,25 Lấy aw1=90(mm) Xác định thông số ăn khớp a) Chọn mođun Từ khoảng cách trục aw1 ta xác định đợc mođun theo công thức (6.17): m1 = (0,010,02).aw1=(0,010,02).90==(0,91,8) (mm) Theo bảng 6.8 (TR.99,TTTKHTDĐCK-T1) chọn đợc mođun theo tiêu chuẩn là: m1= 1,5 b) Xác định số tỉ số truyền thực Tổng số zt : 2.a 2.90 z t z  z w1 120 (răng) mà z2 = u1.z1 m1 1,5 Vậy số bánh nhỏ z1: z1 zt 120 23,43 (răng) (u 1) 4,121 Chọn số bánh nhỏ là: z1 = 23(răng) Vậy số bánh lớn là: z2 = 120-23 = 97(răng) Suy tỉ số truyền thực là: um1 = z2/z1 = 97/23 = 4,217 (lÇn) Sai sè tØ sè trun lµ: ∆u = um1- u1 = 4,217-4,121 =0,096 => ∆u = ∆u.100%/ u1 = 0,096.100%/4,121 = 2,34% Víi ∆u = 2,34%