Tính toán thiết kế hệ dẫn động xích tải

Tính toán thiết kế hệ dẫn động xích tải lời nói đầu Tính toán thiết kế đồ án chi tiết máy môn học quan trọng chơng trình đào tạo Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội dành cho sinh viên năm thứ khoa khí Đồ án thiết kế máy giúp cho sinh viên khí củng cố lại kiến thức lý thuyết môn học chi tiết máy mà cung cấp kiến thức sở quan trọng kết cấu máy Trong đồ án em đợc giao nhiệm vụ tính toán thiết hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm với truyền xích tải Mặc dù đà đợc trang bị đầy đủ mặt lý thuyết đồng thời đợc giúp đỡ tận tình thầy giáo nhng trình độ yếu đồng thêi thiÕu hơt kiÕn thøc thùc tÕ vËy ®å án em chắn nhiều thiếu xót, em mong đợc thầy bảo thêm để em chuẩn bị tốt kiến thức nhằm phục vụ cho năm học tập sau Em xin chân thành cảm ơn tất thầy giáo môn đặc biệt thầy giáo TS Nguyễn Tiến Dũng đÃn tận tình hớng dẫn em thực đồ án Phần TíNH TOán động học - Với phơng án thiết kế hộp giảm tốc hai cấp phân đôi cấp chậm ta gặp phải u điểm nhợc điển nh sau: Ưu điểm:u điểm: - Tải trọng đợc phân bố cho ổ - Giảm đợc phân bố không đồng tải trọng chiều rộng vành nhờ bánh đợc bố trí đối xứng ổ - Tại tiết diện nguy hiểm trục trung gian trục mômen xoắn tơng ứng với nửa công suất đợc truyền so với trờng hợp không khai triển phân đôi - Nhờ mà hộp giảm tốc loại nói chung nhẹ 20% so với hộp giảm tốc khai triển dạng bình thờng Nhợc điểm: Tính toán thiết kế hệ dẫn động xích tải - Nhợc điểm hộp giảm tốc phân đôi bề rộng hộp giảm tốc tăng cấp phân đôi làm thêm cặp bánh so với bình thờng Do cấu tạo phận ổ phức tạp hơn, số lợng chi tiết khối lợng gia công tăng lên làm tăng giá thành truyền I Chọn động - Các thông số cần biết động điện: - Công suất động Pdc n -Tốc độ quay động dc - Tỷ số Tk/Tdn số yếu tố khác Xác định công suất đặt trục động - Để chọn đợc động đạt đợc yêu cầu cần thiết cho việc thiết kế Ta cần xác định đợc công suất yêu cầu trục động ìPct η P yc =P td = P yc (1.1) (kw) Ghi chú: P + ct công suất làm việc trục công tác + hiệu suất truyền động toàn cấu = + Pi t i 2 × = × + 0,8 × =0 , 955 P1 t ck 8 √ ( ) () () - C«ng suất làm việc trục công tác F v 6000×0 , 45 Pct = = =2,7 1000 1000 - Theo sơ đồ đề =kbrìmol ìkn ×η x (kw) (1.2) Ghi chó: + m lµ sè cặp ổ lăn (m = 4) + k số cặp bánh (k = 2) - Tra bảng 2.3[1] ta đợc giá trị hiệu suất ứng với chi tiÕt nh sau + + ηol =0 ,99 ηbr =0 , 97 + ηk =1 + η x=0 ,96 -Thay giá trị trở lại công thức (1.2) ta tính đợc =0,99 ì0 ,97 ì1ì0 ,96=0,868 Pct =2,7 ; =0,868 vào (1.1) ta tính đợc - Thay giá trị =0,955 ; công suất yêu cầu động P yc=P td = , 955ì2,7 =2, 97 ,868 (kw) Xác định tốc độ ®ång bé cđa ®éng c¬ - Do c¬ cÊu dïng để biến đổi tỉ số truyền động với xích tải gồm có truyền xích hộp giảm tèc Tra b¶ng 2.4[1] ta sÏ chän tØ sè trun sơ hệ thống để đáp ứng đợc nhu cầu phận làm việc Tính toán thiết kế hệ dẫn động xích tải usb =uh ìung=40 - Số vòng quay phận công tác v , 45 =60000ì =24 z.p 9ì125 (v/phót) n =24 (v/ph); usb=40 ta tÝnh sè vßng quay sơ động - Với ct n sb =nct ×u sb =24×40=960 (v/phót) nct =60000× - Ta chän số vòng quay sơ trục động 1000 (vg/phút) Chọn động -Việc chọn động làm việc với truyền phải thoả mÃn điều kiện sau Pdc≥Pyc=2,97¿}ndb≈nsb=10 }¿ - Tra b¶ng phơ lơc P1.1[1] ta chọn đợc động Vận Công tốc Ki suất (v/ph) ểu động % k M W · lùc 0Hz 0Hz  K1 12M4 ,0 K hèi lỵng ( kg) quay ,0 445 732 C os 2,0 ,83 ,9 ,0 II PH¢N PhèI Tû Sè TRUN - Ta đà biết tỉ số truyền toàn cấu: Ghi chú: + ut =u hìu ng ut : Tỉ số truyền toàn hệ thống dẫn động + uh : TØ sè trun bªn cđa hép giảm tốc + : Tỉ số truyền truyền xích ung - Mặt khác tỷ số truyền thực toàn cấu đợc xác định nh sau: n 1445 ut = dc = =60 ,21 nct 24 - Chän uh =24 → ung=u x = 60 , 21 =2 , 51 24 - Đồng thời hộp giảm tốc hai cấp nên ta có Ghi chú: uh =u1 ×u2 + u1 : TØ sè trun cđa cÊp nhanh + u2 : TØ sè trun cđa cÊp chËm - ViƯc ph©n phèi tØ sè trun hép giảm tốc cần thoả mÃn nhiều yêu cầu khác nh: + Phân phối theo yêu cầu gia công vỏ hộp + Phân phối theo yêu cầu bôi trơn + Phân phối theo yêu cầu gọn nhẹ Tính toán thiết kế hệ dẫn động xích tải - Để phân phối tỉ số truyền đồng thời thoả mÃn yêu cầu ta Tra bảng 3.1[1] u1 =6 , 42 ; u 2=3 , 74  KÕt luËn: - Vậy thông số tỉ số truyền cho toàn hệ thống dẫn động đợc thể qua bảng sau: Trong hép ( uh =24 ) Tû sè truyÒn chung ( ut ) CÊp nhanh ( u1 ) 60,21 CÊp chËm ( u2 ) 6,42 3,74 Ngoµi hép (Bé truyền xích) 2,51 III Xác định công xuất, mômen, số vòng quay trục Ta có công suất trụ lần lợt đợc xác định nh sau: PIV =P ct=2,7 P 2,7 PIII = IV = =2 , 84 η x ×ηol , 96×0 , 99 P III , 84 = =2 , 96 ηbr ×ηol , 97×0 , 99 PII = PI =P dc=3 (kw) (kw) (kw) (kw) Số vòng quay trục lần lợt nh sau: n I =ndc =1445 (v/phút) n 1445 n II = I = =225 u1 , 42 (v/phót) n 225 n III = II = =60 u2 ,74 nct = (v/phót) n III 60 = =24 u x ,51 (v/phút) Giá trị Mô men đợc xác định nh sau: T i =9 , 55ì10 ì - Từ công thức T dc =9 ,55×106 × Pi ni =19827 1445 T I =T dc =19827 , 96 T II = ×9 , 55 10 6× =62818 225 ,84 T III = ×9 ,55 106 × =452033 60 (N.mm) (N.mm) (N.mm) (N.mm) (N.mm) TÝnh to¸n thiÕt kế hệ dẫn động xích tải T ct=9 ,55 106 ì 2,7 =1074375 24 (N.mm) Bảng kết tính công suất, mômen xoắn tỉ số truyền Trục Thông số Côn Độ 3 2,96 2,84 ng Công suất P (kw) Tỷ số truyền u Số vòng quay n (v/phút) 144 Mômen xo¾n T (N.mm) 27 198 6,42 144 225 198 27 3,74 2,7 2,51 24 60 628 18 g t¸c 226 017 107 4375 Phần TíNH TOáN THIếT Kế CHI TIÕT M¸Y I TÝNH to¸n thiÕt kÕ bé trun hép gi¶m tèc - Do bé trun cđa hộp giảm tốc cặp bánh ăn khớp với điều kiện che kín đợc bôi trơn đầy đủ, dạng hỏng mà truyền thờng gặp phải tróc mỏi bề mặt bánh ăn khớp làm cho tuổi thọ cÊu gi¶m xng rÊt nhiỊu VËy ta ph¶i chän vËt liệu làm bánh để xác định giá trị ứng suất giới hạn [ H ] cho phép Để thiết kế tính toán thông số hình học cặp bánh vừa đáp ứng đợc yêu cầu tỉ số truyền lại ứng suất tiếp xúc sinh trình làm việc bề mặt bánh trình ăn khớp H không đợc lớn giá trị [ H ] cho phép A Thiết kế cặp bánh bánh th¼ng ë cÊp nhanh 1.Chän vËt liƯu - VËt liƯu làm bánh phải thoả mÃn yêu cầu độ bền bề mặt để tránh tợng tróc mỏi, mài mòn, dính độ bền uốn trình làm việc Do Tính toán thiết kế hệ dẫn động xích tải vật liệu làm bánh thờng thép có chế độ nhiệt luyện hợp lý đợc làm gang hay vật liệu kim loại khác - Theo yêu cầu đề truyền bánh thẳng phải truyền đợc công suất tối đa công suất truyền lớn trục I (kw) ứng với chế độ trung bình vật liệu làm bánh thuộc nhóm I có độ cứng đạt HB 350 - Để đảm bảo tiêu kinh tế ta phải chọn vật liệu phơng pháp gia công hợp lý cặp bánh có thời gian sử dụng không đợc chênh lệch không nhiều - Căn vào tiêu chuẩn Bảng 6.1[1] ta xác định sơ vật liệu làm cặp bánh nh sau: Bánh nhỏ: - Chọn vật liệu thép C45 chế độ nhiệt luyện tiến hành cải thiện sau gia công có thông số kỹ thuật nh sau: Kích thớc S (mm) không lớn M Nhiệt ác thép luyện Tôi cải 60 thiện Giới Giới bền hạn chảy hạn Độ rắn b (MPa) HB 241  285 σ ch (MPa) 850 580 - Vậy ta chọn độ cứng bánh là: HB1 = 250  B¸nh lín: - Chän vËt liƯu thép C45 tiến hành cải thiện sau gia công có thông số kỹ thuật vật nh sau: Kích thớc S (mm) không lớn M Nhiệt ác thép luyện Tôi cải thiện 100 Giới Giới bền hạn chảy hạn Độ rắn b (MPa) HB 192  240 750 σ ch (MPa) 450 - Vậy ta chọn độ cứng bánh là: HB2 = 230 Xác định ứng suất cho phép a Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép -ứng suất tiếp xúc cho phép đợc xác định theo công thøc sau σ 0H lim [ σ H ]= S ×Z R×Z V ×K XH ×K HL H Ghi chó: ( ) + σ H lim + SH + ZR + ZV + ZL + KXH + KHL : øng st tiÕp xóc cho phÐp øng víi sè chu kỳ sở : hệ số an toàn : hệ số xét đến ảnh hởng độ nhám bề mặt : hệ số xét đến ảnh hởng vận tốc vòng : hệ số xét đến ảnh hởng bôi trơn : hệ số xét đến ảnh hởng kích thớc bánh : hệ số xét đến ảnh hởng cđa chu kú lµm viƯc (hƯ sè ti thä) σ H lim ×K HL [ σ H ]= S Z ×Z ×K =1 R V XH H - Chän sơ nên ta có - Tra bảng 6.2[1] ta có công thức xác định H lim 0H lim =2 HB+70 vµ SH nh sau: (MPa) Tính toán thiết kế hệ dẫn động xích tải S H =1,1 - VËy ta cã giíi h¹n bỊn mái tiếp xúc bánh nhỏ bánh lớn nh sau: σ 0H lim 1=2 HB +70=2×250+70=570 σ 0H lim 2=2 HB +70=2×230+70=530 (MPa) (MPa) - HƯ số chu kỳ làm việc bánh đợc xác ®Þnh nh sau: N HO K HL= N HE N HO đợc xác định công thức nh sau: 2,4 N HO =30 HB - Sè chu kú c¬ së {N HO1=30.HB2,41 =30.2502,4=1,7.107 ¿ ¿¿¿  - Sè chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng NHE đợc xác định nh sau: N HE=60ìc i ì Ti ( ) T Max ×t i×n i Ghi chó: +c : số lần ăn khớp vòng quay ta có c =1 + Ti : mômen xoắn chế độ i bánh xét + ni : số vòng quay chế độ i bánh xét + ti : tổng số làm việc chế độ i bánh xét - Vậy với bánh lớn (lắp víi trơcII) ta cã: N HE2 =60×c×∑ Ti ×t iìni T max ( ) - Thay số vào giá trị tơng ứng công thức ta có: N HE2 =60×1×225×21000× 13 + 0,83 =2 , 662 108 >N HO2 =1,4 107 8 ( ) N =N U ¿} ¿ ¿→K =1¿ HE1 HE2 HL Ta lại có : - Thay số vào ta xác định đợc ứng suất cho phép bánh nh sau: H lim ìK HL 570×1 σ = = =518 , [ H ]1 SH 1,1 (MPa) σ ×K 530×1 [ σ H ]2 = H lim2S HL = 1,1 =481 ,8 H (MPa) - Do cặp bánh trụ thẳng ¨n khíp cho nªn øng st tiÕp xóc cho phÐp xác định nh sau [ H ]=min ([ H ]1 , [ σ H ]2 )=481 , (MPa) b Xác định ứng suất uốn cho phép: -ứng suất uốn cho phép đợc xác định theo công thức sau: σ F lim ×Y R ×Y S ×K XF ×K FC ×K FL [σ F]= SF Ghi chó: Tính toán thiết kế hệ dẫn động xích tải + σ F lim + SF + YS + YR + K XF + K FL : lµ giíi hạn bền mỏi uốn ứng với chu kỳ sở : lµ hƯ sè an toµn tÝnh vỊ n ( S F=1 ,75 ) : lµ hƯ sè xÐt ®Õn ®é nh¹y cđa vËt liƯu ®èi víi tËp trung ứng suất : hệ số xét đến độ nhám mặt lợn chân : hệ số xét đến kích thớc bánh ảnh hởng đến độ bền uốn : hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hởng chu kỳ làm việc Y ìY S ìK XF =1 ®ã ta cã R - Trong tÝnh toán sơ lấy ìK ìK [ F ] = F lim S FC FL F - Tra bảng 6.2[1] ta đợc: S F=1 ,75 0F lim =1,8×HB Suy ra: σ{ 0Flim1=1,8×HB1=1,8×250=450 ¿ ¿¿¿ K FC=1 (do đặt tải phía) - Hệ số chu kỳ làm việc bánh đợc xác định nh sau: N FO K FL= N FE Trong ®ã: √ N FO =4 10 đợc xác định cho loại thép - Còn số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng N FE đợc xác định nh sau: N FE =60×c×∑ Ti T max mF ( ) ìti ni Ghi chú: +c : số lần ¨n khíp mét vßng quay  ta cã c =1 + Ti : mômen xoắn chế độ i bánh xét + ni : số vòng quay chế độ i bánh ®ang xÐt + ti : lµ tỉng sè giê lµm việc chế độ i bánh xét - Vậy với bánh lớn (lắp với trụcII) ta có: N FE =60×1×225×21000× 16 +0,8 =2, 573 10 >N FO2 =4 10 8 ( ) N =N U ¿ } ¿¿→K =1¿ FE1 FE2 FL Ta l¹i cã : - Thay sè vào ta xác định đợc ứng suất cho phép bánh nh sau: F lim ×K FL 450×1 = =257 ,14 [ σ F ]1 = S 1, 75 F (MPa) σ ×K 414×1 [ σ F ]2 = F limS2 FL = ,75 =236 , F (MPa) Xác định sơ khoảng cách trục Tính toán thiết kế hệ dẫn động xích tải - Công thức xác định khoảng cách trục a truyền bánh trụ thẳng thép ăn khớp nh sau: T I ×K Hβ a w1 ≥K a ( u±1 ) [ σ H ] ×u×ψ ba √ - Do loại thẳng hai bánh thép nên ta có Ghi chú: + T1 + [ H] K a =49 ,5 : mô men xoắn trục bánh chủ động (là trục I) : lµ øng st tiÕp xóc cho phÐp ψ ba + : hệ số đợc tra theo bảng 6.6[1] K H + : hệ số kể đến phân bố tải trọng không chiều rộng vành tÝnh vỊ tiÕp xóc +u : tû sè trun cđa cặp bánh -Sau tra ta đợc thông số: ba=0 , 35 K H=1 ,07 (sơ ®å 6) tra theo ψ bd=0 ,53×ψ ba (u±1 )=1 , 37 (Tra bảng 6.7[1]) - Thay số vào công thức ta xác định đợc khoảng cách trơc 19827×1 ,07 =126 , 481, 82 ×6 , 42×0 , 35 a w1 =125 - VËy ta chän sơ khoảng cách trục a w1 =49 , 5×(6 , 42±1)× a w1 (mm) (mm) Xác định thông số truyền Xác định môđun - Môđun bánh trụ thẳng (m) đợc xác định theo công thức sau: m=(0 ,01 ÷ 0, 02)×a w1=(0,01 ÷ 0, 02)×125=1 ,25 ÷ 2,5 (mm) - Theo dÃy tiêu chuẩn hoá ta chọn m=2 (mm) Xác định số - Số bánh lớn bánh nhỏ lần lợt Z Z 1= Chọn Z =17 2ìaw Z ta có: 2ì125 =16 , 85 mì(u+1 ) 2ì(6 , 42+1 ) = Z =Z1 ×u1 =17×6 , 42=109 , 14  Chän Z =109 Z =109+17=126 t - Vậy ta tính đợc tổng số mìZ t a w1 = =126 Tính lại khoảng cách trục u1 = 109 =6 , 41 17 (mm)  Tû sè truyền thực Kiểm nghiệm độ bỊn tiÕp xóc TÝnh to¸n thiÕt kÕ hƯ dÉn ®éng xÝch t¶i - øng st tiÕp xóc xt hiƯn mặt truyền phải thoả mÃn điều kiện sau đây: T I K H ì( u +1) σ H =Z M ×Z H ×Z ε ≤[ σ H ] b w×d 2w1 Ghi chó: + ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng tính vật liệu; + ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc; + Z : Hệ số kể đến trùng khớp răng; + KH : HƯ sè t¶i träng tÝnh vỊ tiÕp xóc; + b : Chiều rộng vành + d1 : Đờng kính vòng chia bánh chủ động; Ta đà biết đợc thông số nh sau T I =19827 (N.mm) b w =ψ ba×a w =0 , 35×126=44 (mm) u1=6 , 41 d =m×Z1 =2×17=34 (mm) a 126 d w 1= w = =34 u+1 , 41 Z M =274 (Tra b¶ng 6.5[1]) (mm) (MPa1/3) Z H= 2 = =1 ,76 sin α tw sin 40 (=200 theo TCVN)) Z ε= 4−ε α 4−1 , 66 = =0 , 88 3 √ √ √ √ ( ε α=1 , 88−3,2× (V× hƯ sè trïng khíp 1 1 + =1 , 88−3,2× + =1 , 66 Z Z2 17 109 ) ( ) - HÖ sè K H đợc xác định công thức sau: ) K H =K H ìK HV (do K H =1 bánh thẳng) K H=1 ,07 (Tra bảng 6.1[1] sơ đồ 6)  Trong ®ã ta ®· cã K HV  Xác định + Theo 6.41[1] ta có: K HV =1+ +Trong ®ã: v H b w d w1 T K Hβ K Hα v H =δ H g v √ (*) aw u π d w1 n1 , 14×34×1445 = =2 ,57 60000 60000 +Víi v=2,57 (m/s) ta tra thông số sau Tra bảng 6.13[1] ta có: Cấp xác động học: Tra b¶ng 6.15[1] ta cã: δ H =0 ,004 v=  Tra b¶ng 6.16[1] ta cã: + VËy suy ta tính đợc: (m/s) g0 =56