tiểu luận nguyên lý chi tiết máy đề tài tính toán hệ dẫn động băng tải

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... Tính toán phản lực, momen uốn và đường kính trục tại các tiết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

TIỂU LUẬN NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY

ĐỀ TÀI: “Tính toán hệ dẫn động băng tải”

Giảng viên HD: PGS.TS Văn Hữu Thịnh Nhóm : chiều thứ 3 tiết 13-15

Sinh viên thực hiện: Đổng Quang Vinh

MSSV : 20143131

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2021

Trường ĐHSPKT TP HCM TIỂU LUẬN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ- CHI TIẾT MÁY

Khoa Cơ khí Chế tạo máy

Bộ môn Thiết kế máy

TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

HK: I, Năm học: 2021-2022

Đề: 06 Phương án: 13

Giảng viên môn học: PGS.TS Văn Hữu Thịnh

Sinh viên thực hiện: Đổng Quang Vinh MSSV: 20143131

Hình 1hệ dẫn động băng tải

1 Động cơ điện

2 Bộ truyền xích

3 Hộp giảm tốc 1 cấp trục vít- bánh vít

4 Nối trục đàn hồi

5 Băng tải

Hình 2: Sơ đồ tải trọng

SỐ LIỆU CHO TRƯỚC:

1 Lực kéo trên băng tải F (N): 5300

2 Vận tốc vòng của băng tải V(m/s): 0.5

3 Đường kính tang D (mm): 250

4 Số năm làm việc a(năm): 7

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 @: 30 (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

MỤC LỤC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH 1

SỐ LIỆU CHO TRƯỚC: 2

Khối lượng sinh viên thực hiện: 01 bản thuyết minh tính toán gồm: 3

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 6

I Chọn động cơ điện: 6

1 Công suất trên trục công tác: 6

2 Công suất thiết kế trên trục động cơ: 6

3 Xác định tốc độ trục công tác: 6

4 Tính tốc độ sơ bộ của trục động cơ: 6

II Phân phối tỉ số truyền: 7

1, Tỉ số truyền: 7

2, Tốc độ các trục: 7

3, Công suất các trục: 7

4, Tính mômen trên các trục: 8

5, Bảng hệ thống số liệu tính toán: 8

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KỂ BỘ TRUYỀN NGOÀI CỦA HỘP 9

GIẢM TỐC 9

Tính toán thiết kế bộ truyền xích con lăn :  Tính toán thiết kế bộ truyền xích con lăn : 9

2.1 Chọn xích con lăn 9

2.2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền 9

2.3 Xác định bước xích 9

2.4 Khoảng cách trục 10

2.5 Tính kiểm nghiệm xích về độ bền 10

2.6 Các thông số của đĩa xích 11

2.7 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích 11

2.8 Xác đinh lực tác dụng lên trục 12

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 13

Thông số đầu vào:  Tính toán thiết kế bộ truyền xích con lăn : 13

3.1 Tính sơ bộ vận tốc trượt 13

3.2 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép 13

3.3 Xác định ứng suất uống cho phép 14

3.4 Ứng suất cho phếp khi quá tải 15

3.5 Tính toán truyền động trục vít về độ bền : 16

3.6 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 17

3.7 Kiểm nghiệm độ bền uống 19

3.8 Các thông số cơ bản của bộ truyền 20

4.1 Thông số ban đầu 22

4.2 Chọn vật liệu 22

4.3 Xác định tải trọng tác dụng lên trục 22

4.4.1 Tính toán phản lực, momen uốn và đường kính trục tại các tiết diện trên trục I 24

4.4.2 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 Error! Bookmark not defined.0 6 Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh Error! Bookmark not defined.2 Tài liệu tham khảo 343

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

I Chọn động cơ điện:

1 Công suất trên trục công tác:

- Công suất làm việc:

- Do tải trọng không thay đổi nên ta có công suất tính toán:

Pt = P = 2,65 (kW)

2 Công suất thiết kế trên trục động cơ:

- Ta có hiệu suất truyền động theo đề 6 phương án 13 là:

η = ηntηtvηx ηô

Tra bảng 2.1 ta được:

ηtv = 0,82 ( bộ truyền trục vít không tự hãm và số mối trục vít là 2)

ηnt = 1; ηô = 0,99 (hiệu suất của một cặp ổ lăn);

ηx = 0,93 (hiệu suất bộ truyền xích);

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

3 Xác định tốc độ trục công tác:

4 Tính tốc độ sơ bộ của trục động cơ:

- Tỉ số truyền chung sơ bộ của động cơ là:

usb = uh.ux = 30

- Số vòng quay sơ bộ của động cơ là:

nsb = usb.n = 38,197.30 = 1145,91 (v/ph)

- Chọn động cơ thỏa:

Pđc ≥ Pct = 2,65 (kW)

nđc = 1500÷3000 (v/ph)Và: T mm

- Số vòng quay qua trục 3:

n3 = n2 = 38,19 v/ph u

3, Công suất các trục:

- Công suất trên trục thứ 3:

- Công suất trên trục thứ 1:

4, Tính mômen trên các trục:

- Mômen trên trục động cơ:

5, Bảng hệ thống số liệu tính toán:

U unt = 1 uh = 18,59 ux = 2

P (kW) 2,67 3,26 2,878 2,65

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KỂ BỘ TRUYỀN NGOÀI CỦA HỘP

-Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài: @= 30°

- Điều kiện làm việc quay 1 chiều, làm việc 2 ca

2.1 Chọn xích con lăn.

Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp, điều kiện làm việc chịu va đập nhẹ và hiệu suất của bộ

truyền xích yêu cầu cao nên chọn loại xích ống con lăn

2.2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền

Theo bảng 5.4 chọn số răng đĩa nhỏ (đĩa dẫn) là Z1 = 25 (răng)

⇒ Số răng đĩa lớn (đĩa bị dẫn) Z2 = ux × Z1 = 2 × 25 = 50 (𝑟ă𝑛𝑔)

¿2∨¿ ¿¿ × 100% = 0 %< 2%Sai số nhỏ hơn sai số tỉ số truyền cho phép

2.3 Xác định bước xích

-Theo công thức (5.3),công suất tính toán :

𝑘 = k𝑜 × 𝑘a × 𝑘bt × 𝑘đc × 𝑘ca × 𝑘đ

Trong điều kiện này ta nên chọn p có trị số nhỏ hơn và tăng số đĩa xích, bằng cách

áp dụng công thức:

p k kz k kn

31,75sin π50 = < [P]

kđ > 24,26

4,8 = 5,05Chọn 4 dãy xích có bước xích p = 19,05 mm

2.5 Tính kiểm nghiệm xích về độ bền

Theo (4.6) S = Q

kđ Ft +Fo+Fv

Theo Bảng 4.2, tải trọng phá hỏng Q = 31,8 kW, khối lượng 1m xích q = 1,9 kg, kđ= 1

v = z 1 n 2 p60000 = 25.38,19.19,0560000 = 0,303 (m/s)

Lực vòng :

Ft = 1000 p 2

4 v =

1000.2,8784.0,303 = 2374,59 N-Lực căng do lực li tâm gây nên :

2.6 Các thông số của đĩa xích

Đường kính vòng chia đĩa xích tính theo công thức (4.20)

d1 = p/sin(π/z1) = 152 mmd2 = p/sin( π/z2 ) =

19,05sin( π

50) = 303,38 mm Lấy d2 = 303 mm

df1 = d1 - 2r = 152 - 2×6,03 = 139,94

df2 = d2 - 2r = 303 -2×6,03 = 290,94

2.8.Xác định lực tác dụng lên trục

Theo công thức (4.22) Fr = kxFt = 1,15 9498,35 = 10923 (N)

Trong đó với bộ truyền nghiêng 1 góc < 40o : kx = 1,15

2.9 Bảng tổng hợp các thông số của bộ truyền xích

Thông số Kí hiệu Trị số Khoảng cách trục a(mm) 999,01

Số rang đĩa xích dẫn Z1 25

Số răng đĩa xích bị dẫn Z2 50

Đường kính vòng chia đĩa xích dẫn d1 152

Đường kính vòng chia đĩa xích bị dẫn d1 303

Đường kính vòng đỉnh đĩa xích dẫn da1 160,3

Đường kính vòng đỉnh đĩa xích bị dẫn da2 312,32

Đường kính vòng chân răng đĩa xích dẫn df1 139,94

Đường kính vòng chân răng đĩa bị xích dẫn df2 290,94

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT

 Thông số đầu vào:

Thiết kế bộ truyền trục vít- bánh vít của HGT 1 cấp với các số liệu:

Moment xoắn trên bánh vít T2 = 719688 Nmm

Số vòng quay trục vít n1 = 710 (v/ph),

tỉ số truyền của trục vít là u = 18,6 tuổi thọ t∑= 2.6.300.7 = 25200h

Thời gian sử dụng 7 năm, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 6 giờ

3.1 Tính sơ bộ vận tốc trượt theo công thức (6.1):

vs = 4,5.10-5 n1 √3T2 = 4,5.10-5.710.3

√719688 = 2,86 (m/s)Với vs ˂ 5 m/s, dùng đồng thanh không thiếc, cụ thể là đồng thanh nhôm – sắt - niken ƂpA Ж10-4-4, để chế tạo bánh vít Chọn vật liệu trục vít là thép C45 tôi bề mặt có độ cứng HRC = 45

3.2 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép.

- Với bánh vít làm bằng đồng thanh không thiếc, tra bảng 7.2/tr.148:

[σH] = 190 MPa với vs = 2,86 (m/s)

3.3 Xác định ứng suất uốn cho phép:

- Theo công thức 7.6/tr.148 ta có:

[σF] = [σFO].KFL

Trong đó:

[σFO] - Ứng suất uốn cho phép ứng với 106 chu kì

KFL – Hệ số tuổi thọ

-Khi bộ truyền quay 1 chiều theo công thức 7.7/149, ta có:

[σFO] = 0,25σb + 0,08σch= 0,25.600+0,08.200= 166 Mpa Với σb=600Mpa; σch=200Mpa (bảng 7.1)-Theo công thức (6.6)/ tr.93, NFE =60.c.n.t∑, với c=1( số lần ăn khớp trong 1 vòng quay)

3.4 Ứng suất cho phép khi quá tải:

-Với bánh vít bằng đầu thanh không thiếc theo ct 7.14/tr.149:

[σH]max = 2σch = 2.200 = 400

[σF]max = 0,8σch = 0,8.200 = 160

3.5 Tính toán truyền động trục vít về độ bền:

Xác định khoảng cách trục aw: Chọn sơ bộ KH =1,2 (trang 150)

- Với u =18,6, chọn z1 = 2 => z2 =u.z1 = 18,6.2 = 37 > zmin = 26~28 ( để tránh cắt chân răng) và z2 <

80 (để tránh gây nên biến dạng lớn của trục vít và kích thước quá lớn)

-Tính sơ bộ q theo công thức thực nghiệm:

-Môđun dọc của trục vít theo ct 7.17/151:

m = 2 a w

z2+q = 2.170

37+10 = 7,23Theo bảng 7.3/tr.150, chọn m = 8

Do đo: aw = m

2.(q+ z2)= 8

2.(10+37)= 188

Lay aw = 188 , tính hệ ! so dị!ch chí&nh thệo (7.18/151)

vs = π d w 1 n1

60000 cos γ w = π 85,05 710

60000.cos ⁡(8,5) = 3,03 (m/s)Trong đo:

KH =1- Ta&ị tro!ng kho ng đo;ị

KHv – Hệ ! so ta&ị tro!ng đo !ng

Vợị vs = 3,03 tra ba&ng 7.6/tr.153, cho!n cap chính xac 8, vợị cap chính xac 8 tra ba&ng 7.7 ta đượ!c KHv

Va !y vợị σF = 11,27 MPa  [σσF] = 106,24 MPa (tha&o maHn địệCu kịệ !n)

ChịệCu daIị phaCn caJt rện trệ n tru!c vít:

b1  (11+0,06.Z2).m = (11+0,06.37).8 = 105,76 mm, cho!n b1 = 106 mm

-ĐượIng kính voIng chịa:

d1 = q.m = 10.8 = 80 mm

d2 = m.z2 =8.37=296 mm-ĐượIng kính voIng đí&nh:

da1 = m (q+2) = 8.(10+2) = 96 mm

da2 = m(z2 +2+2x) = 8.(37+2+2.0) = 312 mm

-ĐượIng kính voIng đay:

df1 = m(q-2,4) = 8.(10-2,4) = 60,8 mm

df2 = m(z2 -2,4+2x) = 8.(37-2,4+2.0) = 276,8 mm-ĐượIng kính ngoaIị banh vít:

Hệ ! so đượIng kính q 10 mm

So moị rện trệ n tru!c vít Z1 2 Moị rện

ChịệCu daIị phaCn caJt rện trệ n tru!c vít b1 106 mm

ĐượIng kính ngoaIị banh vít daM2 324 mm

ĐượIng kính voIng đí&nh tru!c vít vaI banh

a1

da2

96312

mmmm

ĐượIng kính voIng chịa tru!c vít vaI banh

vít

d1

d2

80296

mmmm

ĐượIng kính voIng cha n tru!c vít vaI banh

df2

60,8276,8

mmmm

3.9 Tính nhiệt truyền động trục vít

Từ (7.32) diện tích thoát thiệt cần thiết của hợp giảm tốc ( với Aq = 0,3A )

Khi đó :

A =1000¿ ¿ = 0,63 m2

CHƯƠNG 4: Tính toán thiết kế 2 trục của hộp giảm tốc

4.1 Thông số ban đầu:

Giới hạn chảy là: б ch=¿450 MPa

Ứng suất xoắn cho phép: [τ]=15 ÷ 30 MPa

C

⇒ chọn [τ1]=¿ 15 Mpa

[τ2]=¿ 30 Mpa

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

Fk = 0,25 2t 2 Dt = 0,25 2.719688105 = 13708

4.4 Xác định sơ bộ khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

Dựa theo bảng 10.2 chiều rộng các ổ lăn là b01 = 17 (mm) và b02 = 33 (mm)

Chiều dài mayo trục vít thứ nhất trên trục I:

4.5 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

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

Mx(Nmm)

Qx (N)

My(Nmm)

T1(Nmm)

366,86

64678

1403,04

13708

129832

3624,15

6561,03

980122

2309678

∅ 19

∅ 54

∅ 72

∅ 54

Tính Momen uốn tương đương

Mtđ = √(Mu + 0,75T2 )Nmm

Với : Mu = √(M2 + M2 )

T: Momen xoắn trên trục

Từ công thức và biểu đồ momen ta tính được:

Trong đó [σ] ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, theo bảng 10.5 Đối với trục 1 ta được: [σ] = 63 (MPa)

Ta tính được đường kính trục tại các tiết diện như sau:

Tiểu luận Nguyên lý - Chi tiết

⇒ −2159,28 − XB − 2936,88+ 1228,52= 0

⇒ XB = 3867,64 (N)

Tiểu luận Nguyên lý - Chi tiết

Mx(Nmm)

134427,961708,36

Qx(N)

38867,

2159,28

Tiểu luận Nguyên lý - Chi tiết

Tiểu luận Nguyên lý - Chi tiết

Trong đó: T là momen xoắn trên trục

Từ công thức trên và biểu đồ momen ta tính được:

Tiểu luận Nguyên lý - Chi tiết

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

sσj , sτjj : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng xuất tiếp tại mặt cắt j

Vì trục quay làm việc theo 1 chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kì mạch động:

Trong đó: σaj , τjaj, σmj là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp tại mặt cắt tiết diện j

Mj: Mômen tổng tại tiết diện j

Wj, W0j – mô men cản uốn và mô men xoắn tại tiết diện j

Với thép 45 có:

Giới hạn bền kéo: σb = 750 (MPa)Giới hạn mỏi uốn: σ−1 = 0,436 × σb = 0,436 × 750 = 327 (MPa)Giới hạn mỏi xoắn: τj−1 = 0,58 × σ−1 = 0,58 × 327 = 189,66 (MPa)Tra Bảng 10.7 Ta được các hệ số ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi ψσ = 0,1 ; ψτj = 0,05Tại tiết diện (C) trên trục I (tiết diện lắp trục vít có đường kính d = 72 (mm))

Đối với trục tiết diện tròn:

WC = π d3

32 = π ×72

3

32 = 36643,54 (Nmm)

Woc = π d3

16 = π ×72

3

16 = 73287,07 (Nmm)Ứng suất pháp và tiếp sinh ra:

Tiểu luận Nguyên lý - Chi tiết

Trong đó: Kx – hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt phụ thuộc vào phương pháp

gia công và độ nhẵn bề mặt cho trong bảng 10.8, các chi tiết gia công trên máy tiện, yêu

cầu đạt Ra = 2,5 ÷ 0, 63 μm do đó: Km do đó: Kx = 1,1

Ky – hệ số tăng bền bề mặt trục cho trong bảng 10.9 phụ thuộc vào phương pháp tăng bề

mặt, không dùng phương pháp gia tăng độ bền bề mặt Ky = 1

Dùng dao phay ngón đối với trục có rãnh then, theo bảng 10.12

= 2,42Vậy:

Do đó tiết diện (C) trên trục I thỏa điều kiện bền mỏi

Tương tự, tại tiết diện nguy hiểm: (C) trên trục II cũng thỏa điều kiện bền mỏi

6.

Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

Để đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng do quá tải đột ngột (chẳng hạn khi mở

Tiểu luận Nguyên lý - Chi tiết

τj = Tmax

0,2 d31(C) =

438490,2.723 = 0,6 (Mpa)Suy ra: σtd =√61,982+3 0,62 = 61,98 (MPa) ≤ [σ] = 360 (MPa) Vậy, trục I đảm bảo độ bền tĩnh

Trục II:

σ = Mmax

0,1 d32(C) =

6989300,1.523 = 49,71 (Mpa)

τj = Tmax

0,2 d32(C) =

7196880,2.523 = 25,59 (Mpa)Suy ra: σtd =√49,712+3 25,592 = 66,6 (MPa) ≤ [σ] = 360 (MPa)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 PGS.TS Trịnh Chất - TS Lê Văn Uyển: Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập

1 NXB Giáo dục Việt Nam (2010)

2 PGS.TS Trịnh Chất - TS Lê Văn Uyển: Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập

2 NXB Giáo dục Việt Nam (2010)

3 PGS.TS Văn Hữu Thịnh: Các tài liệu tham khảo phục vụ môn học Nguyên lý – Chi tiết máy