Đề tài thiết kế đồ án chi tiết máy

Động cơ điện một chiều Dùng dòng điện 1 chiều để làm việc kích từ mắc song song, nối tiếp hoặc hỗn h p, hoợ ặc dùng dòng điện một chiều điều chỉnh được H ệ thống máy phát – động cơ.. Ng

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Thanh Nga

THIẾT KẾ TRẠM DẪN ĐỘNG DÙNG BĂNG TẢI VỚI SỐ LIỆU SAU: Lực vòng trên băng tải: Ft = 5600 NThời gian phục vụ: 7(năm)Đường kính tang băng tải: D = 480 mmTỷ lệ số ngày làm việc mỗi năm: 0.7Vận tốc vòng băng tải: v = 1.5 m/s Số ca làm việc mỗi ngày: 2/3

Tính chất tải trọng: Không đổi

Sơ đồ khai triển trạm dẫn động

1 Động cơ điện;

2 Bộ truyền bánh răng cấp nhanh;3 Bộ truyền bánh răng cấp chậm;4 Khớp nối;5 Bộ truyền xích 6 Băng tải ;

Sơ đồ tải trọng làm việc Kbd = 1.67

Khối lượng yêu cầu

1 01 thuyết minh chung trình bầy tính toán chọn động cơ; tính thiết kế các chi tiết của hệ dẫn động; lắp ráp, vận hành và bảo dưỡng hệ dẫn động

2 01 bản vẽ lắp hộp giảm tốc (khổ giấy Ao)

3 03 bản vẽ chế tạo chi tiết trên khổ giấy A do giáo viên hướng dẫn chỉ định.1

4

Giáo viên hướng dẫnTS Nguyễn

Thị Thanh Nga

Động cơ điện có nhiều kiểu loại, nhưng dùng trong hộp giảm tốc thì ta phải tính toán và ch n l a sao cho phù h p nhọ ự ợ ất để vừa th a mãn c hai y u t kinh t ỏ ả ế ố ế và k ỹ thuật Dưới đây sẽ trình bày v m t sề ộ ố loại động cơ và cách chọn

a Động cơ điện một chiều

Dùng dòng điện 1 chiều để làm việc (kích từ mắc song song, nối tiếp hoặc hỗn h p), hoợ ặc dùng dòng điện một chiều điều chỉnh được (H ệ thống máy phát – động cơ) Ưu điểm của loại này là cho phép thay đổi trị số của moomen và vận tốc góc trong m t ph m vi rộ ạ ộng Ngoài ra dùng động cơ điện m t chi u khi khộ ề ởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, do đó thích hợp dùng trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy tr c, các thi t b thí nghiụ ế ị ệm Nhược điểm của chúng là đắt, riêng loại động cơ điện một chiều lại khó kiếm và phải tăng thêm chi phí đầu tư để lắp các thi t b ế ị chỉnh lưu.

b Động cơ điện không đồng bộ 1 pha

Thường dùng cho các thi t b máy móc ph c v cho các sinh ho t h ng ngày ế ị ụ ụ ạ ằ vì công su t c a các loấ ủ ại động cơ này không lớn l m Do v y không thích hắ ậ ợp để làm việc trong điều kiện cần công su t lấ ớn như hộp giảm tốc

c Động cơ điện xoay chi u ba phaề

Trong công nghi p s d ng rệ ử ụ ộng rãi động cơ ba pha Chúng gồm hai lo i là: ạ Động cơ ba pha đồng bộ và không đồng bộ

- Động cơ ba pha đồng bộ có v n tậ ốc góc không đổi, không ph thu c vào trụ ộ ị số c a t i tr ng và th c tủ ả ọ ự ế không điều chỉnh được So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu diểm là hi u su t và h s công suệ ấ ệ ố ất cosφ cao, h s quá t i lệ ố ả ớn nhưng có nhược điểm: thi t b ế ị tương đối ph c t p, giá thành ứ ạ tương đối cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ Vì vậy động cơ ba pha đồng bộ được sử dụng trong những trường hợp hiệu suất động cơ và trị số

3

cosφ có vai trò quyết định (như trong các trường hợp yêu cầu công suất lớn trên 100kW, không cần điều ch nh v n tỉ ậ ốc, lại ít ph i m máy và d ng máy) ả ở ừ

- Động cơ ba pha không đồng bộ g m hai ki u: Rôto dây cu n và Rôto l ng ồ ể ố ồ sóc

Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốc trong m t ph m vi nh (khoộ ạ ỏ ảng 5%), có dòng điện m máy nh ở ỏ nhưng cosφ thấp, giá thành cao, kích thước l n và v n hành ph c t p, dùng khi cớ ậ ứ ạ ần điều ch nh trong ỉ một ph m vi hạ ẹp để tìm ra v n tậ ốc thích h p c a máy ợ ủ

Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha mà không c n biầ ến đổi dòng Nhược điểm của nó là hi u su t và ệ ấ hệ s công suố ất cosφ thấp hơn so với động cơ ba đồng bộ, không điều chỉnh được vận tốc (so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn) Nhưng nhờ có ưu điểm cơ bản trên mà động cơ ba pha không đồng b rôto ộ lồng sóc được lựa chọn sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp Để ẫn d các thi t b v n chuy n, bang t i, xích t i, thùng trế ị ậ ể ả ả ộn,… nên sử d ng loụ ại động cơ này Do vậy trong đề tài thi t k ế ế này ta cũng chọn động cơ ba pha không đồng b ộ rôto l ng sóc ồ

1.2 Ch n công suọ ất động cơ

Công su t cấ ủa động cơ được chọn theo điều ki n ệ nhiệt độ nhằm đảm bảo cho nhiệt độ của động cơ khi làm việc không lớn hơn trị s ố cho phép Để đảm bảo điều kiện đó cần thoả mãn yêu c u sau: ầ

(kW)

Trong đó: : Công suất định mức của động cơ;

: Công suất đẳng tr trên trị ục động cơ, được xác định như sau: Theo đề vì tải trọng không đổi nên: 𝑃𝑑𝑡 ≥ 𝑃𝑙𝑣𝑑𝑐

=> Công suất đẳng tr cị ủa động cơ là: 𝑃𝑑𝑡 ≥ 10 55, (𝑘𝑊)

1.3 Ch n sọ ốvòng quay đồng bộ của động cơ



Trên th c tự ế, số vòng quay đồng bộ có các giá tr là 3000, 1500, 1000, 750, ị 600 và 500 v/ph Số vòng quay đồng b càng thộ ấp thì kích thước khuôn kh và ổ giá thành của động cơ càng tăng (vì số đôi cự ừ ớn) Tuy nhiên dùng động cơ c t l có s vòng cao l i yêu c u gi m t c nhiố ạ ầ ả ố ều hơn, tức tỉ s truy n cố ề ủa toàn hệ thống tăng, dẫ ới kích thướn t c và giá thành c a các bủ ộ truyền tăng lên

Do v y, trong các h dậ ệ ẫn động cơ khí nói chung, nếu không có yêu c u gì ầ đặc biệt, hầu như các động cơ có số vòng quay đồng bộ là 1500 hoặc 1000 v/ph (tương ứng số vòng quay có k n s ể đế ự trượt 3% là 1450 và 970 v/ph

+ Tính s vòng quay c a tr c công tác theo công th c 2.16[1]: ố ủ ụ ứ - Với h dệ ẫn động băng tải ta có:

D: đường kính tang d n cẫ ủa băng tải (mm); v : v n t c vòng cậ ố ủa băng tải (m/s); * Xác định số vòng quay đồng bộ nên dùng cho động cơ:

-Tra b ng 2.4[1] ch n t s truy n c a h p gi m tả ọ ỉ ố ề ủ ộ ả ốc bánh răng trụ 2 cấp và bộ truyền đai:

Ta có:

+ Xác định s ố vòng quay đồng bộ nên dùng cho động cơ:

Tỷ số truyền nên dùng cho cả hệ thống phải bao gồm cả khoảng tỷ số truyền nên dùng của hộp giảm tốc và khoảng tỷ số truyền nên dùng của bộ truyền ngoài

Ta chọn sơ bộ ố s vòng quay của động cơ : n = 1500 (v/p) sb (kể đế n s ự trượt 3% thì s vòng quay cố ủa động cơ sẽ là 𝑛𝑑𝑏= 1450 (v/ph )

+ Vậy tỷ ố s truy n cề ủa h ệ thống được xác định theo công thức: 𝑢𝑠𝑏=𝑛𝑑𝑏

59 71, = 24,28 Tra b ng 2.4[1] ta th y uả ấ sb nằm trong kho ng u nên dùng ả

Vậy ta chọn được số vòng quay đồng bộ của động cơ là: ndb=1500( /v ph).

1.4 Chọn động cơ thực tế

Chọn động cơ phải th a mãn hai thông s : ỏ ố

- Công suất động cơ phả ớn hơn hoặi l c bằng công suất tính toán 𝑃𝑑𝑚𝑑𝑐 ≥ 𝑃𝑑𝑡 ⇒ 𝑃𝑑𝑚𝑑𝑐 ≥ 8,4(𝑘𝑊)

- Tốc độ quay phù h p ợ

Với 𝑃𝑑𝑚𝑑𝑐 ≥ 8,4(𝑘𝑊) và 𝑛𝑑𝑏1500(𝑣/𝑝ℎ)

Tra b ng P1.3[1] trong Các thông s k thuả ố ỹ ật của động cơ 4A

Bảng 1.1 Thông số của máy 4A132M4Y3

7

a, Kiểm tra điều ki n m ệ ở máy cho động cơ

Khi khởi động, động cơ cần sinh ra m t công suộ ất đủ ớn để thắ l ng sức ỳ ủa c hệ thống Vì v y c n kiậ ầ ểm tra điều kiện mở máy cho động cơ.

Điều ki n mệ ở máy của động cơ thoả mãn nếu công thức sau đảm bảo: Trong đó: - công suất mở máy của động cơ (kW):

- công su t cấ ản ban đầu trên trục động cơ (kW):

Vậy động cơ đã chọn thoã mãn điều kiện điều ki n m máy ệ ở b, Kiểm tra điều ki n quá tệ ải cho động cơ

Theo đề bài vì sơ đồ ải không đổ t i nên không c n ki m tra quá tầ ể ải cho động cơ

+ux: Tỉ số truyền của bộ truyền xích +uh : Tỉ số truyền của hộp giảm tốc +uh=u u1.2

2.1 T s truyỉ ố ền c a các bủ ộ truyền ngoài h p giộ ảm tốc

-Với h dệ ẫn động g m HGT 2 cồ ấp bánh răng nối v i 1 b truy n ngoài h p có: ớ ộ ề ộ

Ta có b truy n ngoài là xích, nên quy chu n giá tr ộ ề ẩ ị tính được theo dãy TST tiêu chuẩn như sau: 1,00; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,00; 2,24; 2,50; 2,80; 3,15; 3,55;

2.2 T s truyỉ ố ền c a các bủ ộ truyền trong h p gi m tộ ả ốc

+ Tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc:

Tỉ s truy n cố ề ủa hộp cũng có thể phân theo hàm đa mục tiêu v i th t ớ ứ ự ưu tiên các hàm đơn mục tiêu sau : khối lượng các b truy n , mô men quán tính thu gộ ề ọn và th tích các bánh l n nhúng d u nhể ớ ầ ỏ nhất ; khi này t s truy n các c p có th ỉ ố ề ấ ể tính theo công thức (1.26)[Vũ Ngọc Pi, Nguyễn Văn Dự) :

3 Tính toán các thông s trên các tr c ốụ

Ký hi u các ch s ệ ỉ ố tính toán như sau: chỉ số "đc" ký hiệu trục động cơ; các ch s ỉ ố “I”, “II”, “III”, “IV” chỉ trục số I, II, III và IV

Với: 𝑛đ𝑐 T– ốc độ quay trên trục động cơ

𝑢đ𝑐÷𝐼– T s truy n c a bỉ ố ề ủ ộ truy n n i giề ố ữa động cơ với tr c I ụ

3.3 Tính mô men xo n trên các tr c ắ ụ

Mô men xo n trên tr c th ắ ụ ứ i được xác định theo công th c sau: ứ

Trong đó :Pi;ni:là công su t và s vòng quay trên tr c th ấ ố ụ ứ i + Mômen xo n trên trắ ục động cơ:

Các k t qu tính trên là s ế ả ở ố liệu đầu vào cho các ph n tính toán sau, do vầ ậy cần l p b ng thậ ả ống kê như sau

+ Xích ống: Đơn giản, giá thành h và khạ ối lượng giảm vì không dùng con lăn, nhưng cũng vì thế mà bản lề mòn nhanh Vì vậy chỉ dùng xích ống với các bộ truyền không quan tr ng, mọ ặt khác yêu c u khầ ối lượng nh ỏ

+ Xích ng ố – con lăn: Kế ất c u giống như xích ống, phía ngoài lắp thêm con lăn, thay thế ma sát trượt giữa ống và răng đĩa (ở xích ng) bố ằng ma sát lăn giữa con lăn và răng đĩa xích (ở xích ống - con lăn) Làm tăng độ bền mòn của xích ống - con lăn Chế tạo không phức tạp bằng xích răng, do đó xích con lăn được dùng khá r ng rãi Thích h p dùng khi v n t c làm viộ ợ ậ ố ệc dưới (10 15) m/s Nên ưu tiên dùng xích một dãy Nhưng ở các b ộ phận truy n quay nhanh, t i l n n u dùng ề ả ớ ế xích 2 , 3 ho c 4 dãy s làm gi m t i trặ ẽ ả ả ọng động và kích thước khuôn kh bổ ộ truyền

+ Xích răng : khả năng tải l n, làm viớ ệc êm, nhưng chế tạo ph c t p và giá thành ứ ạ đắt hơn xích con lăn, chỉ nên dùng khi v n t c xích trên (10ậ ố 15)%

+ Ch n góc nghiêng cọ ủa đường tâm nối 2 đĩa xích so với đường nằm ngang=30 0

+ P lt ần lượt là công su t tính toán ấ

Theo b ng [5.5](trang 81, quy n 1) vả ể ới n01=200(vg/ph), ch n b truy n xích 1 ọ ộ ề dãy có bước xích p = 38,1 (mm); thỏa mãn điều kiện bền mòn :

15 f

k - h s ệ ố phụ thuộc độ võng f c a xích và v trí b truy n; f = (0,01 0,02)a ủ ị ộ ề lấy kf 4(bộ truy n nghiêng 1 góc < ề 400 )

Như vậy dùng thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB210 sẽ đạt được ứng suất tiếp xúc cho phép [H]= 600 (Mpa), đảm bảo được độ ề b n tiếp xúc cho răng đĩa 1

+Với răng đĩa 2; => H2 0,47 0,24.(5119,56.1,2 7,72).2,1.105 380,1 395.1,2

(MPa)

Như vậy dùng thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB210 sẽ đạt được ứng suất tiếp xúc cho phép [H]= 600 (MPa), đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa 2 Theo 5.20[1] : Fr=k F 1,15.5119,56 5887,49xt= = (N)

Trong đó đối với b truy n nghiêng m t góc nh ộ ề ộ ỏ hơn 400, kx = 1,15

2.1.5 Bảng thông s ố cơ bản của b truyền xích ộ

Bảng 2.1: Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích

18

2.2.1 Ch n v t liọ ậ ệu.

-Ta th y h p gi m t c ta thi t k có công su t nh trung bình Vì v y ta ch n vấ ộ ả ố ế ế ấ ỏ ậ ọ ật liệu nhóm I có độ rắn HB ≤ 350 V i lo i v t liớ ạ ậ ệu này bánh răng có độ rắn thấp và có th c t chính xác sau khi nhi t luy n Cể ắ ệ ệ ặp bánh răng này có khả năng chống mòn t t và bánố h răng được nhiệt luy n bệ ằng thường hoá ho c tôi cặ ải

- H s an toàn khi tính v p xúc : =1,1 ệ ố ề tiế Sh

- Ứng xu t ti p xúc cho phép v i chu k ấ ế ớ ỳ cơ sở:σHlim0 = 2.HB + ( MPa)70 - Ứng xu t u n cho phép v i chu k ấ ố ớ ỳ cơ sở: σFlim= 1,8HB

*Theo công th c: ứ   H0lim .

𝑆𝐻: H s an toàn khi tính v p xúc ệ ố ề tiế

𝑍𝑅: H s ệ ố xét đến độ nhám của mắt răng làm việc

N : S chu k ố ỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc: NH0 = 30.HHB2,4

NHE: S chu k ố ỳ thay đổi ứng suất tương đương: NHE = 60.C.n.t 

*Trong đó :

≫C,n,t: Lần lượ ố ần ăn khớp trong một vòng quay, s vòng quay trong mt s l ố ột phút và t ng s ổ ố giờ làm vi c cệ ủa bánh răng đang xét

Với 𝑡= 2/3 .0,7.365.7 = 24 28616 (ℎ) ; C = 1

+ Với bánh răng nhỏ (bánh 3):

𝑁𝐻𝐸3= 60 𝐶 𝑛 𝑡 = 60.1.236,46.28616 = 405,99.106 𝑁𝐻𝑂3= 30 𝐻𝐵32,4= 30.2152,4 =11,88 106

Bắt đầu từ N H0đường cong m i gỏ ần đúng là một đường thẳng song song với trục hoành t c là trên kho ng này gi i h n m i tiứ ả ớ ạ ỏ ếp xúc không thay đổi Vì vậy

Trong đó: F0lim- ng su t u n cho phép ng v i s chu k ứ ấ ố ứ ớ ố ỳ cơ sở 𝑌𝑅: H s ệ ố xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng 𝑌𝑆: H s ệ ố xét đến độ nhạy của v t liậ ệu đố ớ ậi v i t p trung ng suứ ất 𝐾𝑋𝐹: H s ệ ố xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng độ bền uốn Chọn sơ bộ: .Y Y KRSXF = 1

𝐾𝐹𝐶: H s k ệ ố ể đến ảnh hưởng đặt tả ấi, l y 𝐾𝐹𝐶 = 1.(B truy n quay 1 chiộ ề ều) - N : S chu k FO ố ỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi th v uử ề ốn

- N : S chu k FE ố ỳ thay đổi ứng suất tương đương Do bộ truyền chịu tải trọng không đổi nên :

 - ng su t u n cho phép ng v i s chu k ứ ấ ố ứ ớ ố ỳ cơ sở Ta có :0Flim=1,8HB - theo b ng 6.2 [I] ả

=>σF3lim0 = 1,8.215= 387 (MPa) =>σF4lim0 =1,8.200 = 360(MPa)

21

-KFL - H s ệ ố tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của th i h n ph c v và ch tờ ạ ụ ụ ế độ ải trọng c a bộ truyền , được xác định như sau: ủ

Do NFE3 >NFO nên l y Nấ FE1 =NFO để tính, do đó  KFL3 = 1 NFE4 > N nên l y NFO ấ FE2 =NFO để tính, do đó  KFL4 = 1

Vậy ứng suất u n cho phép cố ủa bánh nhỏ và bánh l n là: ớ

2.2.2.3 ng su t cho phép khí quá tỨ ấ ải:

- ng su t tiỨ ấ ếp xúc cho phép khi quá t ải: ➢ Ứng su t ti p xúc khi quá tấ ế ải:

Với bánh răng tôi cải thi n theo CT (6.13) [I] ta có: ệ

22

❖ -Ứng su t u n cho phép khi quá tấ ố ải:

Với bánh răng tôi cải thi n theo CT (6.14) [I] ta có: ệ

2.2.3 Xác định thông s ố cơ bản của bộ truyền:

-Đối v i h p gi m t c thông s ớ ộ ả ố ố cơ bản là kho ng cách trả ục aw, nó được xác

-Mô đun được xác định từ điều ki n b n u n ệ ề ố Tuy nhiên để thuận ti n trong thi t ệ ế kế, sau khi tính được khoảng cách trục 𝑎𝑤2 có th d a theo công thể ự ức 6.17 [1] để tính mô đun, sau đó kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

+ZM: H s k ệ ố ể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp Trị s c aố ủ ZM

được tra trong b ng 6.5 [1] ả ZM=274 (MPa1/3)

26 

K là h s k ệ ố ể đến s phân b ự ố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp KHđược tra t b ng 6.14 [1] ừ ả

Đểtra được bảng 6.14 [1] ta tìm tr sị ố cấp chính xác thông qua tính v n tậ ốc vòng và tra b ng 6.13 [1] V n tả ậ ốc vòng được tính theo công thức: Với c p chính xác 9 t bấ ừ ảng 6.14(trang 107) ta tra được KH=1,13

Với:KHvlà h s k ệ ố ể đến t i trả ọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp tra bảng

 Thỏa mãn độ bền tiếp xúc, tính lại 𝑏𝑤3 Vậy chi u rề ộng vành răng của cấp chậm là:

2.2.6 Ki m nghiể ệm răng độ bền về uốn

Để đả m bảo độ ề b n uốn cho răng thì ứng suất sinh ra tại ch ỗ răng phải th a mãn ỏ

76

H s t p trung ng s t th c t khi u n và xo n khi có rãnh then K ệ ố ậ ứ ấ ự ế ố ắ σ, Kτ

Tra b ng 10.12[1] : ( gi s ta phay rãnh then b ng dao phay ngón ) ả ả ử ằ

H s t p trung ng su t th c t khi u n và xo n khi có rãnh then K ệ ố ậ ứ ấ ự ế ố ắ σ, Kτ

Tra b ng 10.12[1] : ( gi s ta phay rãnh then b ng dao phay ngón ) ả ả ử ằ

=> s  [s] = (1,5÷2,5 ) => Ti t di n t i B thế ệ ạ ỏa mãn điều ki n b n mệ ề ỏi => Tr c III thụ ỏa mãn điều kiện bền mỏi

4 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

Để đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn ho c phá h ng do quá tặ ỏ ải đột ngột ( ch ng h n khi m máy ) c n tiằ ạ ở ầ ến hành kiểm nghi m tr c v bệ ụ ề độ ền tĩnh

Tiết di n nguy hi m là ti t diệ ể ế ện qua điểm lắp bánh răng C Tiết diện qua điểm lắp bánh răng điểm C