ĐỀ 5 PA15 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY SPKTHCM THẦY THỊNH ĐỀ 5 PA15

ĐỀ 5 PA15 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY SPKTHCM THẦY THỊNH ĐỀ 5 PA15 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Giảng viên HD: PGS.TS Văn Hữu Thịnh Lớp học phần: 201LLCT130105_02 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Đức Tây MSSV: 19145110

Nhóm: Lớp thứ 7-tiết 7,8,9

TP.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2021

MỤC LỤC

PHẦN 1:CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 2

1 Chọn động cơ điện 2

2 Phân phối tỉ số truyền 3

PHẦN 2:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 7

1 Thông số đầu vào 7

2 Tỷ số truyền thực tế 8

3 Khoảng cách 2 trục a 8

4 Chiều dài đai theo công thức (4.4) 8

5 Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ 9

6.Tính góc ôm α1 10

7.Tính số đai Z 10

8 Chiều rộng bánh đai 11

9 Lực tác dụng lên trục 11

PHẦN 3:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 13

1.Tính sơ bộ vận tốc trượt theo công thức (6.1) 13

2 Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] 13

3 Ứng suất uốn cho phép [σF] cho sơ đồ tải trọng tĩnh 13

4 Tính thiết kế 13

5 Kinh nghiệm độ bền tiếp xúc 14

6 Kiểm nghiệm độ bền uốn 15

7 Các thông số cơ bản của bộ truyền 16

8 Tính nhiệt truyền động trục vít 18

PHẦN 4: THIẾT KẾ HAI TRỤC CỦA HỘP GIẢM TỐC 19

1 Chọn vật liệu 19

2 Xác định tải trọng tác dụng lên trục 20

3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 21

4 Xác định đường kính của các tiết diện thành phần của trục 22

4.1 Tính toán phản lực, momen uốn và đường kính trục tại các tiết diện trên trục I 22

4.2 Tính toán phản lực, momen uốn và đường kính trục tại các tiết diện trên trục II 27

5 Tính toán về độ bền mỏi 31

6 Tính kiểm nghiệm độ bền của then 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

Trường ĐHSPKT TP.HCM

Khoa Cơ khí Chế tạo máy

Bộ môn Thiết kế máy

TIỂU LUẬN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT

MÁY TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

HKII, Năm học: 2020-2021

Đề: 5 Phương án: 15

Giảng viên môn học: PGS.TS.Văn Hữu Thịnh

Sinh viên thực hiện: HUỲNH ĐỨC TÂY MSSV:19145110

SỐ LIỆU CHO TRƯỚC:

1 Lực kéo trên băng tải F (N): 6000

2 Vận tốc vòng của băng tải V(m/s): 0,3

3 Đường kính tang D (mm): 300

4 Số năm làm việc a(năm): 4

5 Số ca làm việc: 2 (ca), thời gian: 6h/ca, số ngày làm việc:300 ngày/năm

6 Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài @: 150 (độ)

7 Sơ đồ tải trọng như hình 2

Khối lượng sinh viên thực hiện: 01 bản thuyết minh tính toán gồm:

1 Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền

2 Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài của HGT

3 Tính toán thiết kế bộ truyển của HGT

4 Tính toán thiết kế 2 trục của HGT

PHẦN 1:CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1 Chọn động cơ điện

Gọi Pct : Công suất cần thiết trên trục động cơ

Pt : Công suất trên trục công tác

η : hiệu suất chung

Ta có công thức:

Công suất trên trục công tác: Pt = Ft V

1000 =6000.0,3

1000 = 1,8 (kW) Công suất tính: Pt = P ( tải trọng tĩnh)

Công suất cần thiết trên trục động cơ

η = ηntηtvηdηô3 = 1 0,82 0,96 0,993 = 0,764 Trong đó theo bảng 2.1 trị số hiệu suất các loại bộ truyền và ổ:

+ ηnt = 1 (hiệu suất nối trục )

+ ηtv = 0,82 (hiệu suất bộ truyền trục vít)

+ ηd = 0,96 (hiệu suất bộ truyền đai thang)

+ ηô = 0,99 (hiệu suất của 1 cặp ổ lăn)

Pct = Pt

η =

1,80,764 = 2,36(kW) Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ:

Tốc độ quay của trục công tác:

n = 60000 V

π D =

60000.0,3

π 300 = 19,1 (vg/ph)

Hệ số truyền động cơ khí có bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc 1 cấp trục vít

Tỉ số truyền chung sơ bộ :

usb = uđ uh = 2.15 = 30 Trong đó theo bảng 2.2 ta chọn :

+ uđ = 2 ( tỉ số bộ truyền đai)

+ uh = 15 (tỉ số truyền của hộp giảm tốc cấp 1 trục vít)

Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

u = nđc

n =

70119,1 = 36,7 (vg/ph)

- Chọn trước: uh = utv = 12,13,14,15,16,17,18

utv =Z2

Z1 =

393

- Tính tỉ số truyền bộ truyền trục vít của hộp giảm tốc

=> uđ = u

uh =

36,7

13 = 2,82 Kiểm tra sai số cho phép về tỉ số truyền

ut = uđ uh = 2,82.13 = 36,66

∆u = |ut− u| = |36,66 − 36,7| = 0,04 < 0,09 thỏa điều kiện về sai số cho

phép

P1 = P2

ηtv ηô =

1,820,82.0,99 = 2,24 (kW)

Pm = P1

ηđ ηô =

2,240,96.0,99= 2,36 (kW)

T2 =(9,55.106 P2)

(9,55.106 1,82)19,12 = 909048 (N mm)

T3 =(9,55.106 P3)

(9,55.106 1,8)19,12 = 899058 (N mm)

Tm =(9,55.106 Pm)

(9,55.106 2,36)

701 = 32151 (N mm)

PHẦN 2:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

1 Thông số đầu vào

Công suất trên bánh đai dẫn 𝑃𝑚 = 2,36(kW) Tốc độ quay của bánh đai dẫn 𝑛d𝑐 = 701 (vg/ph)

Chế độ làm việc ngày 2 ca

Theo hình 3.2 chọn loại đai tiết diện đai hình thang thường

ký hiệu Ƃ với các thong số sau:

Kích thước tiết diện: bt = 14

❖ Tính đường kính d2:

 Thỏa điều kiện giới hạn cho phép

480,2 ≤ a ≤ 1708 Với a=646,4 (mm) => thỏa điều kiện

4 Chiều dài đai theo công thức (4.4)

Chiều dài đai l được tính theo công thức (3.5):

Chọn chiều dài tiêu chuẩn: l=2800 (mm)

5 Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ

Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ theo số vòng chạy của đai trong 1 giây

* P1 = 2,36 kW công suất trên bánh dẫn

*  P0 = 3,43 kW với vđ = 8,33 m/s công suất cho phép (tra bảng 4.19/trang 62)

* kđ : hệ số tải trọng tĩnh (tra bảng 4.7/trang 55) Vì chế độ làm việc ngày 2 ca nên lấy trị số trong bảng tăng thêm 0,1 vậy

l0 =

2800

2240 = 1,25

* Cl = 1,05 ∶ hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài đa

* Cu = 1,139 với u=2,87 hệ số kể đến ảnh hưởng tỷ số truyền (tra bảng 4.17)

Cz = 0,95 ( ứng với z sơ bộ bằng 2 ) : hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân

bố không đều tải trọng cho các dây đai

Tiết diện đai loại A, tra bảng 4.22 ta được qm = 0,178 kg/m

=> Fv = 0,178.8,332 = 12,351 (N)

Lực tác dụng lên trục:

Fr = 2F0 z sin (α1

2) = 2 (280,15) 1 sin (147/2) = 537,23(N)

Bảng thông số bộ truyền đai thang tính được:

Thông số Kí hiệu Trị số

Đường kính bánh đai dẫn d1 224 mm Đường kính bánh đai bị dẫn d2 630 mm

Công suất cho phép [𝑃0] 3,43 kW

Lực căng tác dụng lên trục Fr 537,23 N

PHẦN 3:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT

Thiết kế bộ truyền trục vít trong hộp giảm tốc hai cấp, trục vít bánh răng theo các

số liệu sau: momen xoắn trên bánh vít: T2=909048 (Nmm), số vòng quay trục vít

n1 = 248,58 (v/ph), tỷ số truyền của trục vít là u = 13 Bộ truyền làm việc một chiều, tải trọng thay đổi, yêu cầu bộ truyền làm việc 4 năm, mỗi năm 300 ngày, mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 6 giờ

1.Tính sơ bộ vận tốc trượt theo công thức (6.1)

vs = 4,5.10−5 n1 √T3 2 = 4,5.10−5 248,58 √9090483 = 1,084(m/s) Với vs < 2 m/s dùng gang xám, cụ thể là C ц 12-28 để chế tạo bánh vít, vật liệu trục vít bánh vít là đúc bằng khuôn cát có:

σb = 120 MPa, σch = 280 MPa và dùng thép tôi cải thiện đạt độ rắn HB < 350

2 Ứng suất tiếp xúc cho phép [𝛔𝐇]

Với bánh vít làm bằng gang như trên, [σH] tra trong bảng 7.2

Dùng phương pháp nội suy với vs = 1,084 m/s

 [σH] = 137,48 (MPa)

3 Ứng suất uốn cho phép [𝛔𝐅] cho sơ đồ tải trọng tĩnh

Với bánh vít làm bằng gang áp dung công thức (7.15)/149

γw = artg [ z1

(q + 2x)] = artg [

3(16 − 2.0)] = 14,04° (Vì x = 0) Trong đó d1 được xác định theo (7.21a)

6 Kiểm nghiệm độ bền uốn

Chiều rộng bánh vít tra bảng (7.9), khi z1 = 4 b2 ≥ 0,67 da1

da1 = m (q + 2) = 8 (16 + 2) = 144 mm

Do đó, , b2 ≥ 0,67 da1 = 0,67.144 = 96,48 , chọn , b2 = 100 mm

zv = z2cos3γ =

52cos3(14,04) = 56,95 Tra bảng 7.8 ta có YF = 1,45

KF = KH = KHβ KHV = 1.1,3 = 1,3 Theo công thức (7.26) :

σF = 1,4T2YFKF

(b2d2mn) =

1,4 (909048) (1,45) 1,3(100.416.cos (14,04)8 )

= 6,99 (MPa)

Với d2 = mz2 = 8.52 = 416 mm

𝑚𝑛 = 𝑚

𝑐𝑜𝑠𝛾 =

8𝑐𝑜𝑠14,04° = 8,25 Điều kiện bền uốn thỏa mãn:

b1 ≥ (11 + 0,06z2)m = (11 + 0,06.52) 8 = 112,96 Chọn b1 = 115 (mm)

7 Các thông số cơ bản của bộ truyền

Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Với vs = 1,72 m/s theo bảng 7.4 tra được góc ma sát φ

= 4,57° , do đó theo 7.23

η = 0,95 tg(γw)

tg(γw+ φ) = 0,95

tg(14,04)tg(14,04 + 4,57) = 0,71

P1 =P2

η =

T2n19,55.106uη =

(909048).248,589,55.106 13.0,71 = 2,56 (kW) Khi đó:

A = 1000(1 − η)P1

[0,7Kt(1 + ψ) + 0,3Ktq]β([td] − t0)

= 1000(1 − 0,71) 2,56[0,7.13(1 + 0,25) + 0,3.17] 1(90 − 20)= 0,64 m

2

PHẦN 4: THIẾT KẾ HAI TRỤC CỦA HỘP GIẢM TỐC

1 Chọn vật liệu

- Chọn vật liệu chế tạo 2 trục là thép C45 tôi cải thiện:

+ Giới hạn bền là: бb = 600 MPa

+ Giới hạn chảy là: бch = 340 MPa

- Ứng suất xoắn cho phép: [τ] = 15 ÷ 30 MPa , lấy trị số nhỏ đối với trục vào

của hộp giảm tốc, trị số lớn đối với trục ra

- Xác định sơ bộ đường kính trục, đường kính trục thứ k ứng với k = 1; 2 Đường kính các trục được xác định theo công thức (10.9) :

d1 ≥ √ T1

0,2 [τ]

3

= √860570,2.15

Ft1 = Fa2 = Fa1 tg(γ ± φ) = 3818,78 tg(14,04° + 4,57°) = 1285,9 (N) + Lực hướng tâm, Fr1 :

3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

Dựa theo bảng 10.2 chiều rộng các ổ lăn là b01 = 21 mm và b02 = 29 mm

Chiều dài mayo bánh đai trên trục I:

4 Xác định đường kính của các tiết diện thành phần của trục

4.1 Tính toán phản lực, momen uốn và đường kính trục tại các tiết diện trên trục I

Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ:

- Momen uốn trên trục vít : Ma1 = Fa1 d1

2 = 3818,78.128

2 = 244402 (N.mm)

- Chuyển mô hình tính toán từ chi tiết máy về mô hình sức bền vật liệu

- Phương trình cân bằng momen tại B theo phương Y:

T: Momen xoắn trên trục, T1 = 86057 Nmm

Từ công thức và biểu đồ momen, lần lượt ta tính được momen uốn tại các vị trí A,

B, C, D :

trong đó [σ1] – ứng suất cho phép của thép chế tạo trục I, tra bảng 10.5 và với d1 =

Với Mtđ(D) = 0, để phù hợp với kết cấu cũng như lắp đặt, nên chọn đường kính tại B bằng đường kính tại D, nên dB(1)= dD(1) = 23,6 mm

- Trị số dj tại các tiết diện lắp ổ lăn, bánh lăn, bánh đai và khớp nối phải lấy theo tiêu chuẩn nên ta có được :

dB(1) = dD(1) = 25 mm

dA(1) = 24 mm

dC(1) = 38 mm

26

4.2 Tính toán phản lực, momen uốn và đường kính trục tại các tiết diện trên trục II

- Chuyển mô hình tính toán từ chi tiết máy về mô hình sức bền vật liệu

- Phương trình cân bằng momen tại A theo phương Y:

T: Momen xoắn trên trục, T2 = 909048 N.mm

Từ công thức và biểu đồ momen, lần lượt ta tính được momen uốn tại các vị trí A,

5 Tính toán về độ bền mỏi

- Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:

sj = sσj sτj

√sσj2 + sτj2

≥ [s]

Trong đó: [s]: hệ số an toàn cho phép, [s] = (1,5÷2,5);

sσj, sτj: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng xuất tiếp tại tiết diện j:

+ Trục II: vị trí lắp bánh vít B, vị trí lắp ổ lăn C, vị trí lắp lắp khớp nối D

- Chọn lắp ghép: Các ổ lăn lắp trên trục theo k6, bánh răng, bánh đai, nối trục theo k6 kết hợp với lắp then

Kích thước của then tra bảng 9.1a, trị số của momen cản uốn và cản xoắn tra bảng 10.6 ứng với các tiết diện như sau:

Trục Tiết diện Đường kính trục b×h t1 W (mm3) Wo (mm3)

+ Các trục được gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt

Ra = 2,5…0,63 μm, do đó theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx = 1,06

+ Không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó hệ số tăng bền Ky = 1 + Theo bảng 10.12, khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then ứng với vật liệu có σb= 600 MPa là Kσ = 1,76, Kτ = 1,54 Theo bảng 10.10, tra hệ số kích thước εσ và ετ ứng với đường kính của tiết diện nguy hiểm, từ đó xác định được tỉ số Kσ/εσ và Kτ/ετ tại rãnh then trên các tiết diện này Theo bảng 10.11, ứng với kiểu lắp đã chọn, σb= 600 MPa và đường kính của tiết diện nguy hiểm tra được tỉ số Kσ/εσ và Kτ/ετ do lắp căng tại các tiết diện này, trên cơ sở đó dùng giá trị lớn hơn trong hai giá trị của Kσ/εσ để tính Kσd và giá trị lớn hơn

trong hai giá trị của Kτ/ετ để tính Kτd

Bảng kết quả tính toán các hệ số 𝐊𝛔𝐝, 𝐊𝛕𝐝 đối với các tiết diện của hai trục

Trục Tiết

diện

d (mm)

Tỉ số Kσ/εσ do Tỉ số Kτ/ετ do

Kσd KτdRãnh

then Lắp căng

Rãnh then Lắp căng

6 Tính kiểm nghiệm độ bền của then

Với các tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về

độ bền dập theo (9.1) và độ bền cắt theo (9.2) Chiều dài then chọn l = 1,35d; kết quả tính toán như sau:

Bảng kết quả tính toán kiểm nghiệm then đối với các tiết diện trục

Trục Tiết

diện

d (mm)

l (mm) b×h t1 T (Nmm) σd

(MPa)

τc(MPa)

D 55 74,25 16×10 6 909048 111,3 27,8

Trong đó: σd = 2T/[d.l.(h – t1)] ≤ [σd]

τc = 2T/(d.l.b) ≤ [τc]

Theo bảng 9.5, với tải trọng tĩnh, ta có: ứng suất dập cho phép – [σd] = 150 MPa Với then bằng thép 45 chịu tải trọng tĩnh, ứng suất cắt cho phép – [τc] = 60 90MPa Vậy, tất cả các mối ghép then đều đảm bảo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] PGS.TS.Trịnh Chất - TS Lê Văn Uyển : Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập một NXB Giáo dục Việt Nam ( 2010)

[2] PGS.TS.Trịnh Chất - TS Lê Văn Uyển : Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí hai NXB Giáo dục Việt Nam (2010)