Đang tải... (xem toàn văn)
Trích tài liệu thiết kế chi tiết máy của thầy Nguyên Hữu Lộc Dùng tham khảo, làm bài, học tập về môn Thiết kế máy, thiết kế kỹ thuật Tài liệu full HD, có đánh dấu trang để dễ tìm kiếm bài Đầy đủ trang từ chương 3 đến hết chương 4 Truyền dẫn trong cơ khí + đai Phù hợp với sinh viên Cơ khí, cơ kỹ thuật,... dùng trong quá trình làm Bài tập, bài tập lớn, ôn thi ở trường Đại học
Chương TRUYỀN DẪN CƠ KHÍ TRONG MÁY Các ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Đại lượng D Phạm thay đối tỷ số truyền f Hệ số ma sát P kw T Te Nmm Fu Fe Công suấi truyền Mômen xoắn bánh dẫn bị dẫn N Lực vòng bánh dẫn bị dẫn u Tỷ số truyền Vì,Vạ ms nị, tạ vợ: 6h, tạ rad/s Vận tốc bánh dẫn vã bị dẫn Số vòng quay bánh dẫn bị dẫn Van téc goc bánh dẫn bị dẫn qT Máy tiiệu suất móc thiết bị biện đại tạo thành từ ba phận chính: động cơ, hệ thống truyền động phận cơng tác Chỉ vài trường hợp số vịng quay động cư số vịng quay phận cơng tác (truyền động trực tiếp từ động sang phận công tác) quạt điện Thông trùng với vận thường vận tốc phận công tác thường không tốc động cơ, ta phải sử dụng hệ thống truyền động để truyền chuyển động, công suất biến đổi chuyển dộng từ động sang phận công tác Khi ta sử dụng dang truyền động khác nhau: truyên động điện, truyền động khí, truyền động thủy lực khí nén Truyền động chia thành nhóm sau: Truyền động khí, bao gồm: - Truyền động chi tiết trực tiếp tiếp xúc nhau: bánh ma sát, bánh răng, trục vít, vít me-đai ốc - Truyền động có tiết trung gian: truyền đai, truyền xích Truyền dẫn khí máy 83 Truyền động tiết trung gian chất lịng khí gồm: truyền động thủy lực; truyền động khí nén Truyên động điện gồm có: điệu xoay chiêu; điện chiều Truyền động khí phận khơng thể thiếu máy Truyền động điện, thủy lực, khí nén truyền động ma sát thay đối tốc độ vơ cấp, đóng vai trị quan trọng ngày nâng cao vai trò kỹ thuật đại Các truyền cho phép phận công tác thực chuyển động với vận tốc tối ưu, tương ứng xác với u cầu quy trình cơng nghệ, đơn giản dễ đàng điều khiến Ngoài ưu điểm truyền động thủy lực, khí nén tạo áp lực lớn mà áp lực chất lỏng khơng khí nhỏ, nhiên chúng có nhược điểm vận tốc chuyển động chất lỏng khí nhỏ Dưới trình bày ưu điểm đạng truyền động: Bang 3.1 Tính chất uà ưu điểm dạng truyền động Dạng truyền động Tính chất ưu điểm _ Thủy | Khí | Cơ khí theo nguyên lý pin lực |nén| Masát | Ăn khớp Tính đơn giản truyền công suất theo khoảng cách[ + - - - ~ Điều khiển phân cấp với phạm vi lớn + _ - + + Điều khiển vô cấp với phạm vi lớn + + - + - Tỷ số truyền xác + - - - + Số vịng quay tương đối cao + + + + - Không nhạy với thay đổi nhiệt độ + - + - + Có thể tăng áp lực lớn lên phận làm việc - + + - ~ Điều khiển đơn giản, bao gồm tự động từ xa + + + - ~ Trong số trường hợp, ta điều khiển động để tạo chuyển động mong muốn, nhiên giảm số vòng quay trục động kích thước động tăng lên, hiệu suất giảm xuống giá thành cao Trong trình đại hóa thiết bị, bao gồm khí hóa tự động hóa vai trị hệ thống truyền động tăng lên Trong tài liệu giới thiệu truyền động khí máy, dạng truyền liệu như: Trang bị điện thủy lực khí nén động khác troúg máy; giới thiệu tài Truyền động điện; Truyền động 84 Chuong 3.1 CHUC NANG, YEU CAU VA PHAN LOAI 1- Chức Hệ thống truyền động khí máy thực chức sau: - Truyền công suất, chuyển động từ nguồn (động cơ) đến phan công tác - Thay đổi dạng quy luật chuyển động: liên tục thành gián đoạn, quay thành tịnh tiến ngược lại, thay đổi phương chiểu chuyển động - Biển đổi chuyển động nhanh thành chậm (giảm tốc), chậm thành nhanh (tăng tốc), thay đổi tốc độ phân cấp (hộp tốc độ) vơ cấp (bộ biến tốc) Hình 3.1 sơ đồ hệ thống truyền động khí điển hình HH { v x ix II “oh | ee ĐC.” 1- động cơ; 2- truyền đai; 3- hộp giảm tốc; 4- truyền xích, 5- băng tải Hình 3.1 Hệ thống truyền động cho băng tải 8- Phân loại Có thể phân loại bệ thống truyền động sau: Theo nguyên lý làm việc: truyền động ma sát (H.3.2a,b) truyền động ăn khớp (H.3.2c, d, e, f) Theo cấu sử dụng: truyền bánh (H.3.2a), xích (H.3.2c), bánh (H.3.2d), ma sát (H.3.2b), đai trục vít (H.3.2e), vit (H.3.2f,g) Theo khả thay đổi tỷ số truyền: hộp tốc độ, giảm tốc, tăng tốc Theo tính chất thay đổi tỷ số truyền: phân cấp, cấp Truyền dẫn khí máy qd) 85 9) _ Hình 3.9 f) 9) Các dạng truyền động khí Theo cơng dụng: hộp số, hộp trục chính, hộp xe dao, hộp phân độ, hộp di chuyển nhanh Theo khả che chắn: truyền kín, truyễn hở Theo tính chất chuyển động trục: trục có đường tâm khơng đổi truyền động đơn giản, trục có đường tâm chuyển động khơng gian gọi truyền động hành tỉnh 3- Yêu cầu lựa chọn truyền Khi thiết kế máy, cần thiết phải chọn truyền động thích hợp Chọn dạng truyền động phụ thuộc vào điều kiện thiết kế cụ thể yêu cầuxiối với máy thiết bị Trong trình truyền biến đổi chuyển động, hệ thống truyền động phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Độ tin cậy tuổi thọ cần thiết cho truyền - Phạm vi thay đổi tốc độ, số cấp thay đối tốc độ, đặc trưng D, = “em Nia tịnh tiến chuyển động quay D, = “HE Dmịn chuyển động 86 Chương - Tốc độ thay đổi liên tục (vô cấp) hay theo bậc (phân cấp) - Truyền động xác theo yêu cầu - Thực việc điều chỉnh an toàn, thuận tiện đề dang - Hiệu suất truyền cao - Kích thước khối lượng truyền Khi chọn dạng truyền động, cân tính đến yêu cầu cơng nghệ máy Ví dụ, độ xác gia cơng, giá thành chế tạo truyền Ngồi cịn có u cầu khác như: khơng rung, khơng ơn, kết cấu có tính cơng nghệ cao, dễ thay đổi, lắp ráp, mômen cản nhỏ đặc biệt khởi động Ví dụ, giá thành truyén trục vít truyền cơng suất cao truyền truyền cịn kích bánh Tiêu chuẩn quan thước Trên hình 3.3 ví dụ trọng kích để chọn thước truyền truyền công suất 6W, tỷ số truyền 3,25, tỷ lệ (kết tính ví dụ chương 4, 5, 6) 1870 1- truyền đai det; 2- truyền đai thang; 3- truyền xích; 4- truyền bánh răng: Hình 3.3 Kích thước truyền truyền công suất Tùy vào điều kiện cụ thể hệ thống dẫn động cho máy (bao gồm động cơ, hệ thống truyền động từ động đến phận công tác hệ thống điều khiển), ta sử dụng ưu điểm dang truyền động khác sử dụng đạng truyễn động hỗn hợp: khí - thủy lực, khí nén - điện, thủy lực - điện Ưu điểm truyền động thủy lực, khí nén tạo áp lực lớn mà áp lực chat long khơng khí nhỏ, nhiên chúng có nhược điểm vận tốc nhỏ 4- Chuyến động quay 0à đại lượng đặc trưng Nếu điểm vật thể chuyển động tạo thành đường trịn với tâm nằm đường thẳng vng góc với đường trịn chuyển động gọi chuyển động quay Đường thẳng cố định chứa tâm đường tròn gọi tâm quay Truyền dẫn khí máy Tốc độ chuyển 87 động quay đặc trưng vận tốc góc œ (rad/s) số vịng quay n (ogíph) Giữa chúng có liên hệ sau: mn Vận tốc đài ø (vận téc vong) cia mét diém trén vat quay (m/s) xác định theo công thức: pe Oe adn 1000 60000 (3.2) S r - khoảng cách ngắn từ điểm đến tâm quay - bán kính vịng trịn, r = d/2 với d - đường kính vịng trịn, mum Cơng A(7) chuyển động quay tích mơmen quay (mơmen xoắn, N.mm) với góc quay (rad), nghĩa là: _ Te (3.3) ˆ 1000 Công suất PŒW) liên 'hệ với mômen xoắn T(N.mưn) vận tốc góc œ(Œrad/s) lực vịng #2 (N) vận tốc vịng ø (nưs) theo cơng thức: A_ fw _To T™ # 1000 10° 9,55.10° aw (3.4) ¿ thời gian tính giây (s) Khi tính tốn truyền khí cần ý (H.3.4): - Mômen TT: lực tạo chuyển động đặt trục dẫn O¡ truyền có chiêu, chiêu chuyển động quay trục dẫn œ¡ - Mômen 7; lực cản đặt trục bị dẫn O; truyền có chiều, ngược chiều với chuyển động quay trục bị dẫn we - Tỷ số vận tốc góc trục truyên gọi tỷ số truyền u, khơng có dẫn thêm, xác định tỷ số vận tốc góc tị (số vịng quay mị) trục dẫn với vận tốc góc œ¿ (sé vong quay ny) trục bị dẫn tr =ug= k2 @, (3.5) Ny Khi giảm tốc u > (a, > @) Khi tăng tốc œ < Ì (@y < &¿) - Giữa hiệu suất n, mômen bánh dẫn 7; (lực tạo chuyển động) bánh bị dẫn 7» (lực cản) có liên hệ sau đây: ' _ Ag _ Pa _ Tyg Ty "TAP, Tit day suy ra: Tyo T2= ant, Te (3.6) (3.7) 88 Chương a) b) Hình 3.4 5- Phân phối tỷ số truyên va hiệu suất trun Các thơng số tính tốn thiết kế truyền máy là: công suất P trục cơng tác (có thể lực vịng È¿ mơmen xoắn 7), số vịng quay trục cơng tác n Biết thông số này, ta lập sơ đồ động hệ thống truyền động xác định tỷ số truyền chung công suất cần thiết cho động Khi lập sơ đồ động, phải phân chia tỷ số truyền riêng chung tỉ số truyền hệ thống truyền động Bảng 3.2 Tỷ số truyền truyền thông dụng Loại truyền Tỷ số truyền nên sử dụng Bộ truyền bánh trụ: - Để hở 2:6 - Hộp giảm tốc cấp 3+5 - Hộp giâm tốc cấp 8:40 Bộ truyền động bánh côn: - Để hở 2:3 - Hộp giảm tốc cấp 2:4 - Hộp giảm tốc côn - trụ cấp Bộ truyền trục vít: 10 + 25 - Để hở 10 = 60 - Hộp giảm tốc cấp 10 = 40 - Hộp giảm tốc cấp trục vít - Hộp giảm tốc cấp trục v-bánh bánh rằng-trục vít Bộ truyền đai det: ' - Thường 2:5 - Có bánh căng Bộ truyền đai thang 300 : 800 60 + 90 4:6 S 2:5 Bộ truyền xích 2:5 Bộ truyền bánh ma sát 2:4 Truyền dẫn khí máy 89 Tỷ số truyền chung hệ thống truyền động: uw = _ứC (3.8) nạ số vòng quay trục động Tỷ số truyền chung tích tỷ số truyền truyền cấp: U = Ug Uy Upp Upp (3.9) d6 wg, Uy, Ub, Uy 1a ty 86 truyén truyền đai, xích, bánh răng, hệ thống truyền động (bảng 3.3) Bảng 3.3 Hiệu suất cúc truyền chủ yếu Tên gọi Hiệu suất ụ Bộ truyền bánh trụ Bộ truyền bánh côn Được che kín Để hở 0,96 + 0,98 0,85 + 0,97 0,93 + 0,95 0,82 : 0,94 Bộ truyển trục vít: za=† 0,70 + 0,75 z=2 0,75 + 0,82 za=4 0.87 + 0,92 Bộ truyền xích 0,95 + 0,97 0,90 : 0,93 Bộ truyền bánh ma sát Bộ truyền đai 0.80 + 0,96 0.70 = 0,88 0.95 = 0,96 Một cặp ổ lăn 0,99 + 0,995 Một cặp ổ trượt 0,98 + 0,99 + Trong trường hợp tải trọng thay đổi theo bậc (H.2.1) ta xác định cơng suất tương đương theo công thức sau: (3.10) d6 T,, ¢; 1A mémen xoắn thời gian làm việc chế d6 thit i Công suất cần thiết động điện: P= Po Neck (3.11) d6 ne, la hiệu suất chung cho cá hệ thống mắc nối tiếp xác định theo công thức: Nea = TỊT2 TỊaHá (8.12) với TỊ, Na Ns, Tịa hiệu suất truyền tiết hệ thống (bảng 3.3) 90 Chương 3.2 HỘP GIẢM TỐC Hộp giảm tốc hệ thống truyền bánh hộp kín dùng để giảm tốc độ truyền công suất (tăng mômen xoắn) từ động đến phận công tác Thông thường, hộp giảm tốc chế tạo sẵn, cần, ta lựa chọn theo tỷ số truyền công suất mà không cân chế tạo Ta có thê tra cứu hộp giảm tốc theo {5, 6] Uu diém: - Hiệu suất cao - Độ tin cậy tuổi thọ cao - Thuận tiện đơn giản sử dụng Phân loại: - Theo loại truyền động: hộp giảm tốc bánh trụ, bánh cơn, trục vít, bánh hành tỉnh, bánh sóng, bánh lan - Theo số cấp: cấp, hai cấp, ba cấp - Theo vị trí tương đối trục khơng gian: hộp giảm tốc đặt ngang, thẳng đứng 3.2.1 Khái niệm chung Trong sản xuất hàng loạt, người ta chế tạo hộp giảm tốc bánh trụ, bánh côn trục vít, bánh hành tỉnh, bánh sóng đảm bảo cho việc truyền mômen xoắn khoảng từ T = 31,5 + 63000Nm tỷ số truyền từ u = + 200 Vận tốc vòng truyền bánh trụ, côn không vượt 16m/s vận tốc trượt truyền trục vít khơng vượt 10s Phân phối tỷ số truyền truyền hộp giảm tốc phụ thuộc vào kết cấu cụ thể cho hộp giảm tốc: bảo đảm kích thước nhỏ hộp giảm tốc, khối lượng cặp bánh nhỏ nhất, đảm bảo cặp bánh hộp giảm tốc có khả tải tiếp xúc nhau, đảm bảo điều kiện bôi trơn cặp bánh răng, bê mặt thân hộp giảm tốc có diện tích tiếp xúc lớn để làm giảm nhiệt độ sinh hộp Tỷ số truyền cặp bánh hộp giảm tốc tiêu chuẩn hóa Truyền dẫn khí máy 9t 8.2.2 Các loại hộp giảm tốc thông dụng 1- Hộp giảm tốc bánh trụ cấp Các bánh hộp giảm tốc thẳng, nghiêng, chữ V Vỏ hộp thường đúc gang, đơi sản xuất cách hàn thép (trong sản xuất đơn lẻ) Trục lắp ổ lăn ổ trượt Mômen xoắn trục cấp chậm 7' = 250 + 4000Nm, tỷ số truyền = + 6,3 (lớn đạt 12,5) Đối với bánh nghiêng chữ V, ta chọn tỷ số truyền cao bánh thẳng Hộp giảm tốc bố trí ngang (H.3.5a) thắng đứng (H_3.5b) ®- Hộp giảm tốc bánh cấp Hình 3.ã Hộp giảm tốc bánh cấp a) Bánh rồng trụ ngang; Hộp giảm tốc bánh b) Bánh trụ dứng; côn c) Bán cấp thẳng, nghiêng, cong cung tròn Hộp giảm tốc loại có hai trục giao nhau, thơng thường góc giao 90° (H.3.5c) Tỷ số truyền Bộ truyền đai 149 Chọn hệ số trượt tương đối š Sau tính ở; theo cơng thức (4.10) chọn tiêu chuẩn Tính xác tỉ số truyền u Xác định khoảng cách trục ø theo kết cấu theo chiều dài Lain cha dây dai theo (4.4) Chiéu dai Lyin cla dai duoc chon theo điều kiện giới hạn số vòng chạy đai giây: Tmnn = 0+5) (trường hợp truyền dai hd) Lyin= 0(8 (đi + d;): trường hợp truyền có bánh căng đai Sau xác định ø (hoặc cho trước a), ta tính L, theo cơng thức (4.4) Ta tăng chiều đài đai UL lên khoảng 100+400rnm để nối đai Kiểm tra lại số vòng chạy i cua đai giây, không thỏa ta tăng khoảng cách trục a tính lai L va i Tính góc ơm đai ơ; bánh đai nhỏ theo cơng thức (4.23 (4.3), cần thiết tăng góc ơm đai ta tăng khoảng cách trục a sử dụng bánh căng đai Chọn trước chiều dày tiêu chuẩn õ đai theo điều kiện: > 95 đai da; ` > 30 đai vải cao su 10 Tính hệ số C;, tính chiều rộng đai theo cơng thức (4.40) chọn ö theo giá trị tiêu chuẩn theo bảng 4.1 11 Chọn chiều rộng Ö bánh đai theo bang 4.5 theo chiều rộng ö tiêu chuẩn 12 Xác định lực tác dụng lên trục theo công thức (4.25) (4.26) lực căng đai ban đầu theo điều kiện: Fie™+1) [0,168 > F, (4.44) 2(e#~ 1) of 4.8.8 Tính tốn đai thang Tính tốn thiết bế Tương tự truyền đai dẹt, ta có cơng thức tính đai thang theo độ mỏi khả kéo sau (A = zÁ¡, với z số dây dai; A; la dién tích mặt cắt ngang sợi dây đai): Oo, = F, A, < [oJ (4.45) 150 Chương từ suy ra: z> ee (4.46) Is, Mạ [ơ,] ứng suất có ích cho phép, xác định theo công thức: [ø,] = o,C.C,C, (4.47) ơ, cơng suất có ích, xác định theo công thức: S,= |s(#) với 1/m - ee - wt aos |e fo (4.48) +„ - khoảng cách từ đường trung hịa đến thớ đai ngồi đ, - đường kính tương đương bánh đai ở, = đyKp, với Ky hệ số tính đến ứng suất uốn có giá trị khác bắnh dai: Kp = 1,14 — 0,14e2444* ẢÁÑg - số chu kỳ làm việc tương đương xác định theo công thức (4.36) Theo ISO, chi sd mũ m = 5, L„ = 24000 giờ; số chu kỳ làm việc N = 173.108; khoảng cách y„ phụ thuộc vào ư„ Ứng suất có ích xác định theo công thức thực nghiệm sau: 5,B5 p "Hà - —— d, - Gø,= CC -3 10.0 (4.49) Đối với đai thang hep: 495 ø= (97/1 — B,11g0p7481~ _ — 1,18.10”3.ø? (4.50) Dựa theo kết thực nghiệm, ta chọn số dây đai theo cơng suất P:: 1000), Íø,lbA, _ PB — EP] (4.51) d6 [P] = [0,]Aiv/1000 công suất có ích cho phép truyển đai thiết kế, (2W) Ứng suất có ích cho phép [ơ,] xác định theo công thức: [ơ;Ï = o,C,C, Giá trị [P] xác định thí nghiệm đai theo khả kéo tuổi thọ: [P] = [PglC.C,C¿C,C,C, (4.52) đó: [P,] - cơng suất có ích cho cho phép, xác định đường thực nghiệm cho loại tiết diện đai, tương ứng với đường kính bánh đai nhỏ ở; vận tốc ø khác nhau, với điểu kiện số đai z = 1, tỷ số truyền w = 1, góc ơm = 180, chiều đài đai L„, tải trọng khơng va đập Giá trị [P,) tra theo đổ thị hình 4.21 Bộ truyền đai 151 PM 1P,).KW a 45 Ẹ 4,0 140 L¬— s 32 , „ " Lee, Vy ⁄⁄4 24 ⁄⁄ 1.6 ⁄2 sa ⁄⁄ 0,8 ° rT a | a> 2(dị + dœ) = 2(225+710) = 1870 mm Chon a = 1870 mm Tinh chiéu dai L day dai (4.4): 560mm b= 2a Bette), (e— dy? _ _ 4a (225 +710) = 2.4870 +5 | (710 ~ 225)" _ “nan = 5240mm Để đai ta tăng chiều dài đai £ lên khoảng 100+400mm, khí chọn L z 5400 mm - 2500mm Kiểm tra lại số vòng chạy ¡ đại giây: ,_¥_ 11400 _ In =228"' +1 =~ < [i|= 10s 108-1 3,648s Tính góc ơm đai œ; cơng thức (4.2) (4.3): ay= 180 - s7 (đe