Bài tập lớn cơ sở thiết kế máy (me2129 hk222) đề số 1 thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY (ME2129-HK222) ĐỀ SỐ 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI GVHD: Th.S Vũ Như Phan Thiện Sinh Viên thực hiện: Nguyễn Tiến Đức 2111083 Đoàn Ngọc Bảo Trân 2112479 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY (ME2129-HK222) ĐỀ SỐ 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Bộ phận công tác (Xích tải) Số liệu thiết kế: Phương án 14 F (N) : 9000 N Lực vòng trên xích tải, v (m/s) : 2.45 m/s Vận tốc xích tải, Z (răng) : 15 Số răng đĩa xích tải dẫn, p (mm) : 100 mm Bước xích tải, L (năm): 5 năm Thời gian phục vụ, - Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm => 300 ngày, 1 ca => 8 giờ) - Sai số vòng quay trục máy công tác so với yêu cầu ≤ ± 3 % - Ứng suất tiếp xúc của vật liệu chế tạo 2 bánh răng [б]𝐻 = 480MPa - Ứng suất uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng [б]𝐹 = 240Mpa - Ứng suất mỏi uốn của vật liệu chế tạo trục [б] − 1𝐹 = 70MPa - Độ rắn của vật liệu chế tạo bánh răng HB = 220 - Bộ truyền đai thang (số 2) đặt nằm ngang YÊU CẦU • Chương 1: Chọn động cơ điện, phân phối tỉ số truyền • Chương 2: Thiết kế bộ truyền đai thang • Chương 3: Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng • Chương 4: Thiết kế trục dẫn (1 trục) trong hộp giảm tốc • Chương 5: Thiết kế cặp ổ lăn (1 cặp ổ) trên trục dẫn trong hộp giảm tốc MỤC LỤC Phần I: Tính toán chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền Phần II: Thiết kế bộ truyền đai thang Phần III: Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng Phần IV: Thiết kế trục dẫn (1 trục) trong hộp giảm tốc Phần V: Thiết kế cặp ổ lăn (1 cặp ổ) trên trục dẫn trong hộp giảm tốc PHẦN I TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN I Chọn động cơ - Hiệu suất toàn bộ hệ thống:  = 𝑘𝑛 𝑏𝑟 𝑑 2𝑜𝑙 Trong đó, hiệu suất các bộ truyền ta chọn từ bảng 3.3 tài liệu [I]: 𝑘𝑛 = 1 : Hiệu suất khớp nối 𝑏𝑟 = 0.97 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 𝑑 = 0.95 : Hiệu suất bộ truyền đai 𝑜𝑙 = 0.99 : Hiệu suất ổ lăn Ta được hiệu suất toàn bộ hệ thống:  = 1*0.97*0.95*0.992 = 0.903 - Công suất cực đại trên xích tải: Pmax = 𝐹1.𝑣 1000 = 9000 2.45 1000 = 22.05 (kW) - Công suất cần thiết trên trục động cơ: Pct = Pmax  = 22.05 0.903 = 24,41 (kW) - Số vòng quay trục bộ phận công tác: 𝑛𝑙𝑣 = 60000.𝑣 𝑧.𝑝 = 60000 2,45 15 100 = 98 (vòng/phút) - Tỷ số truyền hệ thống: u = 𝑢𝑑 𝑢𝑏𝑟 Chọn tỷ số truyền theo bảng 3.2 trong tài liệu [1] 𝑢𝑑 = (2÷5) Tỷ số truyền đai 𝑢𝑏𝑟 = (3÷5) Tỷ số truyền bánh răng trụ => u = (2÷5)×(3÷5) = (6÷25) - Số vòng quay sơ bộ của động cơ: nsb = nlv.u = 98*(6÷25)= (588÷2450) (vòng/phút) Dựa vào công suất cần thiết trên trục động cơ 𝐏𝐜𝐭 = 𝟐𝟒 𝟒𝟐 𝒌𝑾, số vòng quay sơ bộ của động cơ 𝐧𝐬𝐛 = (𝟓𝟖𝟖 ÷ 𝟐𝟒𝟓𝟎) và tài liệu [II] ta chọn loại động cơ điện loại 4A180M4Y3 với P = 30 kW , n = 1470 (vòng/phút) II Phân phối tỷ số truyền: - Tỷ số truyền của hệ thống: u = 𝑢𝑑 𝑢𝑏𝑟 = 𝑛𝑑𝑐 𝑛𝑙𝑣 = 1470 98 = 15 Chọn 𝑢𝑏𝑟 = 5 => 𝑢𝑑 = 3 - Công suất trên các trục: PII = Pmax = 22,05 kW PI = PII = 22.05 = 22.96 kW ol.br 0.99 0.97 Pdc = PI = 22.96 = 24.41 kW ol.d 0.99 0,95 - Số vòng quay trên các trục: nl = ndc = 1470 = 490(vòng/phút) ud 3 n2 = n1 = 490 = 98 (vòng/phút) ubr 5 - Moment xoắn trên các trục: 𝑇𝑑𝑐 = 9,55.106 𝑃𝑑𝑐 = 9,55.106 24.41 = 158581.97 Nmm 𝑛𝑑𝑐 1470 𝑇1 = 9,55.106 𝑃1 = 9,55.106 22.96 = 447485.71 Nmm 𝑛1 490 𝑇2 = 9,55.106 𝑃2 = 9,55.106 22,05 = 2148750 Nmm 𝑛2 98 - Bảng thông số tính toán: Động cơ I II 24.41 22.96 22.05 Trục 3 5 Công suất P(kW) 1470 490 447485.71 98 Tỷ số truyền u 158581.97 2148750 Số vòng quay n (vòng/phút) Moment xoắn T (N.mm) PHẦN 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG I Thông số ban đầu: - Công suất: 𝑃1= 24.41 kW - Tỷ số truyền: 𝑢𝑑 = 3 - Số vòng quay: n = 1470 (vòng/phút) - Moment xoắn: 158581.97 Nmm II Tính toán thiết kế: 1 Chọn loại đai: Từ thông số đầu vào 𝑃1 = 24.41 kW và n = 1470 (vòng/phút), theo hình 4.22 tài liệu [1] ta chọn loại đai B với các thông số theo bảng 4.3 tài liệu [1]: 𝑏𝑟 = 19mm, 𝑏0 = 22 mm, h = 13.5mm, 𝑦0 = 4.8 mm, A = 230 mm2, L = 1800 ± 10600 mm, T1 = 110 ± 550 Nm, dmin = 200mm 2 Đường kính bánh dẫn 𝒅𝟏: 𝑑1 = 1,2 200= 240 mm => Theo tiêu chuẩn ta chọn 𝑑1 = 250 mm 3 Vận tốc vòng bánh dẫn: v1 = 𝜋.𝑑1.𝑛1 = 𝜋.250.1470 = 19.24 m/s 60000 60000 v1 < 25m/s => ta chấp nhận d1 = 250 mm 4 Đường kính bánh bị dẫn 𝒅𝟐: Tải va đạp nhẹ nên ta chọn hệ số trượt tương đối 𝜉 = 0.01 𝑑2 = 𝑢 𝑑1 (1 − 𝜉) = 3 250 (1- 0,01) = 742.5 mm Theo tiêu chuẩn ta chọn 𝑑2 = 800mm - Tính chính xác tại u = 𝑑2 = 800 = 3.23 𝑑1.(1− 𝜉) 250 (1−0,01) Sai số so với giá trị chọn được trước chấp nhận được 5 chọn khoảng cách trục a sơ bộ theo điều kiện: 2.(𝑑1 + 𝑑2) ≥ a ≥ 0,55 (𝑑1 + 𝑑2) + ℎ = 2 (250 + 800) ≥ a ≥ 0,55 (250 + 800) + 13.5 = 2100 ≥ a ≥ 591 Chọn sơ bộ a = 800 mm 6 Chiều dài tính toán của đai: L = 2a + 𝜋.(𝑑2+ 𝑑1) + (𝑑2− 𝑑1)2 = 2 800 +𝜋.(800+250) + (800− 250)2 2 4𝑎 2 4 800 = 3343.86 mm Theo tiêu chuẩn, ta chọn L = 3500 mm 7 Tính chính xác lại khoảng cách trục a: 𝑘+ √𝑘2−8∆2 a= 4 k = L - 𝜋.(𝑑2+ 𝑑1) = 1850.66 2 ∆ = (𝑑2− 𝑑1) = 275 2 Vậy a = 882.48 mm => Giá trị a vẫn nằm trong khoảng cho phép 8 Góc ôm đai: 𝜶1 = 180 – 57 (𝑑2− 𝑑1) = 1440 28” > 𝜶min = 1200 => a, 𝑑1, 𝑑2 thoả điều kiện cho phép 𝑎 9 Số vòng chạy đai trong một giây: i = 𝑣 = 19.24 = 5.49 (10s-1)< [i] 10s-1, thoả điều kiện 𝐿 3.5 10 Số dây đai: z = 𝑝1 [𝑝0].𝐶𝛼.𝐶𝑢𝐶𝐿.𝐶𝑧.𝐶𝑟.𝐶𝑣 Trong đó: 𝑃1 = 24,41 kW [p0] =9 kW , từ L0 =3750mm, v = 19.24 m/s, d1 = 250mm, tra bảng 4.8 tài liệu [1] - Hệ số xét ảnh hưởng của góc ôm đai: Ca = 1.24 (1 - 𝑒−𝛼1/110) = 1,24 (1 - 𝑒−144.28/110) = 0,91 - Hệ số xét ảnh hưởng của góc truyền u: Theo bảng 4.9 tài liệu [1] Cu = 1,14 - Hệ số xét ảnh hưởng của chiều dài L: 6 𝐿 6 3500 CL = √ = √ = 1 𝐿0 3750 - Hệ số xét ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng của các dây đai: Chọn sơ bộ Cz = 0,9 do chưa biết số dây đai - Hệ số ảnh hưởng của chế độ tải trọng: Tải va đập nhẹ, chọn Cr = 0,85 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TRỤC DẪN TRONG HỘP GIẢM TỐC 4.1 Thông số ban đầu Trục Động cơ I II Công suất P(kW) 24.41 22.96 22.05 3 5 Tỷ số truyền u 1470 490 Số vòng quay n (vòng/phút) 447485.71 98 158581.97 2148750 Moment xoắn T (N.mm) 1 Thông số ban đầu: a Trục I: Momen xoắn: T1= 447485.71 N.mm Đường kính vòng chia d1= 86,66 mm b Trục II: Momen xoắn: T2 = 2148750 N.mm Đường kính vòng chia d2 = 433.33 mm 2 Các lực tác dụng lên trục: Các lực tác dụng lên các trục như hình: Ft = 1268.71 N 𝐹𝑡1 = 𝐹𝑡2 = 2𝑇1 = 2 × 447485.71 = 10327.39 N 𝑑1 86.66 tan 𝑎𝑚𝑣 tan200 𝐹𝑟1 = 𝐹𝑟2 = 𝐹𝑡1 × = 10327.39 × 0 = 3878.19 N 𝑐𝑜𝑠β 𝑐𝑜𝑠14 15’’ 𝐹𝑎1 = 𝐹𝑎2 = 𝐹𝑡1 × 𝑡𝑎𝑛𝛽 = 10327.39 × 𝑡𝑎𝑛14015’= 2622.82 N Lực tác dụng lên khớp nối đàn hồi Chọn nối trục đàn hồi Bộ phận công tác là xích tải nên chọn k = 1,5 (bảng 16-1) Momen xoắn tính Tt = T2 k = 1,5×2148750 = 3223125 Nmm Ta dùng nối trục bằng vòng đàn hồi vì thế dựa vào bảng tra ta chọn [T] = 3000 Nm, ta tra được D0 = 270 mm Lực vòng tác dụng lên vòng trục đàn hồi: 𝐹𝑡k = 2𝑇2 = 2 × 2148750 = 15916.67 N 𝐷0 270 Lực hướng tâm do nối trục vòng đàn hồi tác dụng lên trục: Fr = 0,3×𝐹𝑡k = 0,3 × 15916.67 = 4775.001N Fr ngược chiều với lực vòng Ft trên bánh răng Ứng suất xoắn cho phép đối với thép CT45 [𝜏] = 15 ÷ 30 𝑀𝑃𝑎 với [𝜏] = 15 𝑀𝑃𝑎 đối với trục đầu vào d1 10-3 TRỤC 1 Chọn sơ bộ đường kính trục: 3 16𝑇1 3 16 × 447485.71 × 10−3 𝑑1 ≥ 10√ = 10 √ = 53,36 𝑚𝑚 𝜋[𝜏] 𝜋 15 Chọn 𝑑1 = 55mm theo tiêu chuẩn Chọn kích thước dọc trục 𝑙 ≈ 𝑙1 + 2𝑥 + 𝑤 Trong đó l1 = b1 = 109 mm (kết quả tính bộ truyền bánh răng) x = 10 – khe hở giữa bánh răng và thành trong hộp giảm tốc với T1 = 447485.71 Nmm tra bảng 10.3 với w = 40÷80 mm khi T = 400 ÷ 600 𝑁𝑚, chọn w = 50 mm suy ra: 𝑙 ≈ 109 + 2.10 + 50 = 179 𝑚𝑚 Khoảng cách f chọn trong bảng 10.3, f không nhỏ hơn 80  115 mm, ta chọn f = 115mm Quy các lực về dầm sức bền: 179 115 89.5 𝐹𝑡1 = 10327.39 𝑁 𝐹𝑎1 = 2622.82 𝑁 𝐹𝑟1 = 3878.19 𝑁 𝐹𝑡 = 1268.71𝑁 T1 = 447485.71 Nmm 𝑀1 = 𝐹𝑎1 𝑑1 = 2622.82 86.66 = 113646.79 𝑁𝑚𝑚 2 2 Tìm các phản lực liên kết RAy, RAx, RCy và RCx Xét trong mặt phẳng yOz: Tổng momen tại A theo phương x bằng 0 𝑀𝑥𝐴 = −𝑀1 − 𝐹𝑟1 89.5 + 𝑅𝐶𝑦 179 = 0 𝑅𝐶𝑦 = 𝑀1 + 𝐹𝑟1 89.5 = 113646.79 + 3878.19 × 89.5 = 2573.99𝑁 179 179 Tổng lực theo phương y bằng 0: ∑ 𝐹𝑦 = 𝑅𝐴𝑦 − 𝐹𝑟1 + 𝑅𝐶𝑦 = 0 𝑅𝐴𝑦 = 𝐹𝑟1 − 𝑅𝐶𝑦 = 3878.19 − 2573.99 = 1304.2𝑁 Xét trong mặt phẳng xOz: Tổng momen tại A theo phương y bằng 0: 𝑀𝑦𝐴 = 𝐹𝑡 294 − 𝐹𝑡1 89.5 + 𝑅𝐶𝑥 179 = 0 𝑅𝐶𝑥 = 𝐹𝑡1 89.5 − 𝐹𝑡 294 = 10327.39 × 89.5 − 1268.71 × 294 179 179 = 3081.53𝑁 Tổng lực theo phương x bằng 0: ∑ 𝐹𝑥 = 𝑅𝐴𝑥 − 𝐹𝑡1 + 𝑅𝐶𝑥 + 𝐹𝑡 = 0 𝑅𝐴𝑥 = 𝐹𝑡1 − 𝑅𝐶𝑥 − 𝐹𝑡 = 10327.39 − 3081.53 − 1268.71 = 5977.15𝑁 Vậy 𝑅𝐴𝑦= 1304.2𝑁, RAx = 5977.15 𝑁, RCy =2573.99𝑁, RCx = 3081.53𝑁 Biểu đồ momen xoắn, uốn: (đơn vị: Nm)