Bài tập lớn nguyên lý chi tiết máy SPKT - Tính toán bộ truyền trục vít bánh vít - Tính toán đai Thang

Bài tập lớn nguyên lý chi tiết máy SPKT - Tính toán bộ truyền trục vít bánh vít - Tính toán đai Thang

Phùng Quang Duy – 22143190 Bài tập lớn số 5 – PA 6

- Lực nâng tải F = 1,5 kN = 1500 N

- Vận tốc nâng v = 0,6 m/s

- Bước xích tải p = 125 mm = 0,125 m

- Số răng trên đỉa xích z = 8

- Độ lệch cho phép đối với vận tốc xích tải δ = 4 %

- Tuổi thọ bộ truyền động L = 6 năm = 52560 giờ

Phần I Chọn động cơ và phân vố tỉ số truyền

- Công suất tính toán trên trục công tác:

Pt = F∗ V

1000 = 1500∗ 0,6

1000 = 0,9 Kw

- Số vòng quay làm việc : nlv = 60000∗v

𝑧∗ 𝑝 = 60000∗ 0,6

8∗125 = 36 vòng/ph

- Hiệu suất chung của hệ thông truyền động

n = nđ *ntv*( nô)3 * nkn= 0,95*0,8*( 0,99)3 * 0,99 = 0,73

n : hiệu suất hệ dẫn động

nđ : hiệu suất của bộ truyền đai

ntv : hiệu suất bộ truyền trục vít

nô : hiệu suất của ổ lăn

nkn : hiệu suất của khớp nối

- nđ , ntv, nô,nkn được xác định theo bảng 2.3 tài liệu 1, nđ = 0,95

ntv = 0,8 ; nô = 0,99 ; nkn = 0,99

- Công suất cần thiết trên trục công tác:

Pct = Pt

𝑛 = 0,9

0,73 = 1,23 kW

- Tỉ số truyền sơ bộ: usb = ud* utv = 4*16 = 64

+ Tỉ số truyền đai: ud = 4

+ Tỉ số bộ truyền trục vít: utv = 16

- Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

nsb = nlv * usb = 36* 64 = 2304 vòng/ph

- Số vòng quay đồng bộ của động cơ:

Chọn ndb = 2300 vòng/ph

- Chọn động cơ: tra bảng ở phụ lục tài liệu p1.2 [1]

+ ndb ~ nsb = 2304 vòng/ph

+ Pct ≥ Pt = 1,23 Kw

=> ta được động cơ với thông số sau:

+ Ký hiệu động cơ : DK41-2

+ pef

df = 1.7 kW

+ ndc= 2880 vòng

+ cosφ = 0,87

+ Đường kính động cơ: ddc = 25 (mm)

+ Khối lượng: 39 kg

- Tỉ số truyền của hệ: uc = nđc

𝑛𝑙𝑣 = 2880

36 = 80

- tỉ số truyền của bộ truyền ngoài: uh = uc

𝑢𝑑 = 804 = 20

=> Ta có: uc = 80

uh = 20

ud = 4

* Các thông số trên trục

- Công suất trên các trục:

+ Công suất trên trục II : p2 = Pt

𝑛𝑜𝑙∗ 𝑛𝑘 = 0,9

0,99∗0,99 = 0,91kw + Công suất trên trục I : p1 = P2

𝑛𝑜𝑙∗ 𝑛𝑡𝑣 = 0,91

0,99∗ 0,8 = 1,15 kw + công suất trên trục động cơ: pđc = P1

𝑛𝑜𝑙∗ 𝑛đ = 1,15

0,99∗ 0,95 = 1,22 kw

- Số vòng quay:

+ Số vòng quay của động cơ: nđc = 2880 vòng/ph

+ Số vòng quay trên trục I : n1= nđc

𝑢𝑑 = 2880

4 = 720 vòng/ph + Số vòng quay trên trục II : n2 = n1

𝑢ℎ = 720

20 = 36 vòng/ph

* Momen trên trục:

- Momen xoắn trên trục động cơ:

Tđc = 9,55∗106∗Pđc

𝑛đ𝑐 = 9,55∗106∗1,22

2880 = 4045,5 vòng/ph

- Momen xoắn trên trục I:

T1 = 9,55∗106∗𝑃1

𝑛1 = 9,55∗106∗1,15

720 = 15253,5 vòng/ph

- Momen xoắn trên trục II:

T2 = 9,55∗106∗ 𝑃2

𝑛2 = 9,55∗106∗0,91

36 = 241402,7 vòng/ph

- Momen xoắn trên trục công tác: ( nct = n2 )

Tct = 9,55∗106∗ 𝑃𝑡

𝑛𝑐𝑡 9,55∗106∗0,9

36 = 238750 vòng/ph

* Bảng thông số

Thông số

Trục

T (N.mm) 4045,5 15253,5 241402,7 238750

Phần II Thiết Kế Bộ Truyền Đai Thang

- P = Pdc = 1,22 kw

- Số vònng quay bnh dẫn n1= ndc= 2880 vòng/ph

- Tỷ số truyền u=ud = 4

- T1=Tdc = 4045,5 N.mm

* Chọn loại đai

- Với công suất P =1,22 kW và n1= 2880 vòng/phút dựa vào đồ thị trang 59[1], ta chọn loại đai

- Đường kính bán kính đai nhỏ d1 = 1,2dmin = 1,2 = 1,2*100=120mm

Theo tiêu chuẩn, chọn d1= 125mm

- Vận tốc đai: v = π∗d1∗n1

60000 = π∗125∗2880

60000 = 18,849 m/s

- Ta chọn hệ số trượt: ε=0,03

- Đường kính bánh đai lớn: d2 = u*d1(1- ε)=4*125*(1-0,03)=485mm

- Theo tiêu chuẩn chọn d2= 500mm

- Tỉ số truyền thực tế: ut = d2

𝑑1(1− ε) = 500

125(1− 0,03) = 4,12 Sai lệch Δu = |4,12−4

34,12 | * 100%=2,9% < 4% =>d2 thỏa mãn

- Khoảng cách trục a:

2(d1+d2) ≥ a ≥ 0,55(d1+d2)+h

2(160+500) ≥ a ≥ 0,55(125+500)+8

1320 ≥ a ≥ 351,75

- Ta chọn sơ bộ khoảng cách trục a = d2 = 500 mm

- Dựa vào ut = 4,12 tra bảng 4.14[1] ta chọn a/d2=0,9

=> a=0,9*d2=0,9*500=450mm

* Các thông số cơ bảng của bánh đai:

- Chiều rộng bánh đai B = (Z-1)t+2e =(1-1)*15+2*10 =20 mm

Với z=1, t = 15 , e =10

+ ho = 3,3

+ H = 12,5

+ 𝜑 = 36o

Đường kính ngoài của bánh đai

+ da1=d1+2ho= 125+2*3,3=131,6 mm

+ da2=d2+2ho= 500+2*3,3=506,6 mm

Đường kính chân bánh đai

+ df1=da1-H= 131,6-12,5=119,1 mm

+ df2=da2-H= 506,6-12,5=494,2 mm

- Chiều dài tính toán của đai:

L= 2a + π(d1+d2)

2 +(d2−d1)2

4𝑎 = 2*450+ π(125+500)

2 +(500−125)2

4∗450

= 1959,872 mm

- Theo tiêu chuẩn dựa vào bảng 4.13[1] chọn L =2000 mm = 2m

- Số vòng chạy của đai trong 1 giây:

i = v

𝑙 = 18,849

2 = 9,4245 < 10 s-1 ( thỏa điều kiện trượt)

- Tính lại khoảng cách trục a:

a = K+√𝑘2−8∆2

4 + k = L - 𝜋(d1+d2)

2 = 2000 - 𝜋(125+500)

2 = 1018,25mm

+ ∆ = (d2−d1)

2 = (500−125)

2 = 187,5mm

=> a = 1018,25+√1018,252−8∗187,52

- Giá trị của a nằm trong phạm vi cho phép đã trình bày ở trên

- Góc ôm đai bánh đai nhỏ:

a1 = 180o -57 (d2−d1)

𝑎 = 180o -57 (500−125)

471,9 = 134,7o =2,35 rad

* Các hệ số sử dụng:

- Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai:

Ca = 1,24*(1- e-a/110) =1,24*(1- e-134,7/110) = 0,8755

- Hệ số xét đến ảnh hưởng cảu vận tốc:

Cv = 1-0,05* (0,01v2-1) = 1-0,05*(0,01∗18,8492 -1)= 0,8723

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỷ số truyền u:

Cu = 1,14 vì u=4 tra bảng 4.17[1]

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của số dây đai Cz, ta chọn sơ bộ bằng 1

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai: CL = √ 𝐿

𝐿𝑜

6

= √2000

1700

6

= 1,027

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của số dây đai: Cz =1

- Số dây đai được xác định theo công thức:

𝑝𝑜∗𝐶𝑎∗𝐶𝑢∗𝐶𝐿∗𝐶𝑧∗𝐶𝑣 = 1,22∗1,25

3,08∗0,8755∗1,14∗1,027∗1∗0,8723 = 0,55 trong đó Po ta dựa vào bảng 4.19[1] để chọn Po= 3,08

kd: hệ số tải trọng động tra bảng 4.7[1] ta được kd = 1,25

=> Vậy ta chọn z = 1

* Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

- Lực căng đai ban đầu:

Fo = 780∗𝑝∗𝑘𝑑

𝑉∗𝐶𝑎∗𝑍 + Fv = 780∗1,22∗1,25

18,849∗0,8755∗1 + 1,979 = 74,08 N

Tra bảng 4.22[1]=> qm=0,105,V = 18,849

Với Fv = 0,105*18,849 = 1,979 N

- Lực tác dụng lên trục bánh đai

Fr = 2Fo * Z *sin(a1/2) = 2*74,08*1* sin(134,7/2) =138,03 N

* Tổng hợp thông số của bộ truyền đai

Đường kính đỉnh bánh đai nhỏ da1 131,6 mm Đường kính đỉnh bánh đai lớn da2 506,6 mm Đường kính chân bánh đai nhỏ df1 119,1 mm Đường kính chân bánh đai lớn df2 494,2 mm

Phần III Thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít

* Chọn vật liệu làm răng bánh vít và trục vít

- Tỷ số truyền u = n1

𝑛2 = 720

36 = 20

- Vận tốc trượt: chọn vật liệu bánh vít

vs = 4,5 *10-5 * n1 √𝑇23

= 4,5 *10-5 * 720* √331597,23

= 2,24 m/s

=> vs = 2,24 m/s < 5m/s dùng đồng thanh không thiếc và đồng thau

- Tra bảng 7.1/146[1] với:

- Vật liệu bánh vít: đồng thau không thiếc và đồng thau

+ Ký hiệu: H10-4-4 + Cách đúc: dùng khuôn kiêm loại hoặc đúc li tâm + σb = 600 (MPa)

+ σch = 200 (MPa)

- Chọn vật liệu trục vít là: Thép 40Cr được tôi đạt độ rắn HRC ≥ 45, sau đó được mài và đánh bóng ren vít Tra bảng 7.6/153[1]

* Thông số ứng suất:

+ Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh vít [σH] = (276 ÷ 300) – 25 vs

= 220÷244 MPa

=> Chọn [σH] = 225 MPa + Ứng suất uốn cho phép :

[σf] = (0,25σch + 0,008σb) √106

𝑁𝑓𝑒

3

= (0,25*200+ 0,008*600) √106

𝑁𝑓𝑒

3

=11,3MPa

Với Nfe = 60 ∑ (T2i

𝑇2 )9 *ni*ti = 60 *36*52560 = 113529600 (chu kỳ) + Ứng suất cho phép quá tải: [σH]max = 2σch = 2*200= 400 MPa

[σf]max = 0,8σch = 0,8*200=160 MPa

* Khoảng cách trục a w

+ Chọn z1=2 với tỷ số truyền u=20 => z2=u*z1= 2*20=40 răng

+ Chọn hệ số đường kính q ~ 0,26*z2=0,26*40=10,4

=> Chọn q=10 theo tiêu chuẩn theo bảng 7.3/150[1]

- Khoảng cách trục;

aw=(1+q

𝑧2 ) √(170

σH)2 𝑇2∗𝐾ℎ

q/z2

3

= (1+10

40 ) √(170

225)2 241402,7∗𝐾ℎ

10/40

3

= 110,4mm Trong đó, hệ số trọng tải trọng tính Kh = Kh β *Khv = 1,25 với Kh β =1; Khv =1,25

- Tính mođun: m= 2𝑎𝑤

z2+q = 2∗110,4

40+10 = 4,416 Chọn m = 5 theo tiêu chuẩn bảng 7.3/150[1]

- Khoảng cách trục aw = 0,5*m*(q+z2)= 0,5*10*(10+40)=250mm Do không thể chọn hệ số dịch chỉnh để khoảng cách trục tiêu chuẩn nên ta có thể lấy khoảng cách trục này

* Xác định kích thước bộ truyền:

Trục vít

Đường kính vòng đỉnh da1=d1+2m=50+2*5=60mm

Đường kính vòng đáy df1= d1-2,4m=50-2,4*5=38mm

𝑞 =arctg 2

10 =11,31o

Bánh vít

Đường kính vòng chia d2=mz2= 5*40=200mm

Đường kính vòng đỉnh da2=m(z2+2)=5(40+2) =210mm

Đường kính vòng đáy df2= m(z2-2,4)=5(40-2,4)=188mm

Khoảng cách trục aw=0,5m(q+z2)=0,5*5(10+40)=125mm

Đường kính lớn nhất bánh vít daM2 ≤da2+ 6𝑚

𝑧1+2 =210+6∗5

2+2 =217,5mm Chiều rộng bánh vít b2 b2≤0,75da1=0,75*60=45mm

- Gốc ôm:

δ = arcsin( b2

da1−0,05m) = arcsin( 45

60−0,05∗5) = 48o8’

* Kiểm nghiệm răng bánh vít về đọ bền tiếp suất:

σH = (170

𝑧2) ) √[(z2+q)

aw ]3∗ T2 ∗Kh

q = (170

40) √[(40+10)

110,4 ]3∗ 241402,7 ∗1,25

10

=225MPa

- Vận tốc trượt vs được xác định theo công thức 7.7

vs = m∗n1

19500 √z12+ q2 = 5∗720

19500 √22+ 102 = 1,88 m/s

- Hiệu suất n theo công thức 7.9

n=0,95 tgγ

tg(γ+ ρ) =0,95 tg11,31o

tg(11,31 o + 2,19 o ) = 0,79 với ρ = arctgf = arctg(0,048

vs 0,36) = arctg( 0,048

1,88 0,36) =2,19o

- Xác định số răng tương đương bánh vít:

Zv2= z2

cos 3 γ = 40

cos 3 ( 11,31 o ) = 42,4

* Kiểm nghiệm độ bền uống theo công thức 7.26:

σf = 1,4T2*YF* KF

𝑏2∗𝑑2∗𝑚𝑛 =1,4*241402,7*1,55* 1,25

157,5∗200∗4,9

= 4,24 MPa ≤ [σf] = 11,3 MPa => hợp lí Trong đó: mn = m* cos(γ) = 5* cos(11,31o)= 4,9 – môdun pháp của răng bánh vít

KF= KF β *Kfv =1*1,25=1,25 - hệ số tải trọng

d2 – đường kính vòng chia bánh vít

b2= 0,75da2 = 157,5 mm với z1=2 - chiều rộng vành răng bánh vít theo công thức bảng 7.9[1]

YF = 1,55 - hệ số dạng răng với zv = 42,4 tra bảng 7.8[1]

- Diện tích thoát nhiệt cần thiết

A ≥ 1000(1−𝑛)∗𝑝

[0,7∗𝐾𝑡(1+𝛹)+0,3∗𝐾𝑡𝑞]∗ β([td]−to) = 1000(1−0,79)∗1,15

[0,7∗13(1+0,3)+0,3∗38,4]∗ 1(90−30) = 0,17(m2)

n – hiệu suất bộ truyền: n = 0,79

p – công suất trên trục vít: p = p1 = 1,15 kW

Kt – hệ số tỏa nhiệt: Kt = 8 đến 17,5 W(m2

oC) chọn Kt = 13 [td] – nhiệt độ cho phép cao nhất cảu dầu: do trục vít đặc dưới

=>[td]=90o

to – nhiệt môi trường xung quanh: to = 30o

Ktq – hệ số tỏa nhiệt của phần bề mặt hộp được quạt tra bảng trang 157[1] với số vòng quay nq=ndc= 2880 vòng/ph => Ktq = 38,4 W/m2

oC

𝛹 – hệ kể đến sự thoát nhiết xuống đáy hộp: 𝛹 = 0,3

β – hệ số giảm nhiệt do làm việc ngắt quãng: β = 1

- Tính toán nhiệt theo công thức 7.29[1]

td= to + 1000∗𝑃1∗(1−𝑛)

𝐾𝑇∗𝐴∗(1+𝛹) = 30 + 1000∗1,15∗(1−0,79)

16∗48752,64∗(1+0,3) = 30o ≤ [td]=90o

(nhiệt độ nằm trong phạm vi cho phép)

- Giá trị của các lực:

Ft2 = Fa1 = 2∗𝑇2

𝑑2 =2∗331597,2

200 = 3315,972 N

Ft1 = Fa2 = Ft2 * tg(γ + p) = 3315,972*tg(11,31o + 2,19o)=796,094 N

Fr1 = Fa2 = Ft2 tgα = 3315,972 tg(20o) = 1206,915 N

- Kiểm tra độ cứng trục vít theo công thức 7.5[1]

f = 𝑙3 √Fr12+Ft12

48∗𝐸∗𝐼𝑒 = 2563 √1206,9152+796,0942

48∗2,1∗10 5 ∗139389,8153 = 0,0015mm < [f] = (0,1÷ 0,05)

Với Ie = (0,375+

0,625𝑑𝑎1 𝑑𝑓1 )∗ π∗ 𝑑𝑓14

64 = (0,375+

0,625∗60

38 )∗ π∗ 384

64 =139389,8153mm4

- Thông số bộ truyền trục vít

Đường kính vòng chia d1

d2

50mm 200mm Đường kính vòng đỉnh da1

da2

60mm 210mm Đường kính vòng đáy df1

df2

38mm 188mm

Hệ số dịch chỉnh bánh

vít

Tài Liệu Tham Khảo

[1] Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1 +2) Trịnh Chất – Lê Văn Uyển

[2] Giáo trình chi tiết máy

[3] ttps://www.slideshare.net/Bachkhoahanoibka/n-chi-tit-my-trc-vt-bnh-vt