đồ án môn học thiết kế kỹ thuật tìm hiểu tổng quan về hệ thống dẫn động xích tải

Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền .... Hệ thống dẫn động xích tải chủ yếu được sử dụng để truyền động trong các cơ cấu máy móc và thiết bị, chuyển đổi lực và chuyển động từ động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: KS Phạm Quốc Hưng SV: Trần Quốc Trọng – 2115103

TP.HCM, ngày 31 tháng 05 năm 2024

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phạm Quốc Hưng, giảng viên hướng dẫn đồ án thiết kế, trường Đại học Bách Khoa, đã trang bị giúp em nhưng kỹ năng cơ bản và kiến thức cần thiết để hoàn thành được đồ án này

Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án do kiến thức chuyên ngành của em còn hạn chế nên không thành khỏi một vài thiếu sót khi trình bày và đánh giá vấn đề Rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của các giảng viên bộ môn để đề tài của em thêm hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

ĐỀ TÀI 1

CHƯƠNG 1 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 4

1.1 Tính công suất cần thiết của động cơ 4

1.1.1 Chọn hiệu suất của hệ thống 4

1.1.2 Tính công suất tương đương (công suất tính toán) 4

1.2 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ 5

1.2.1 Chọn tỉ số truyền 5

1.2.2 Số vòng quay của trục công tác 6

1.3 Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện 6

1.4 Phân phối tỷ số truyền 6

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 8

2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai 8

2.2 Xác định các thông số bộ truyền 8

2.2.1 Đường kính bánh đai 8

2.2.2 Khoảng cách trục 8

2.2.3 Chiều dài dây đai 8

2.2.4 Vận tốc đai và kiểm tra số vòng chạy đai trong một giây 9

2.2.5 Góc ôm đai 9

ii

2.3 Xác định số đai 9

2.4 Xác định kích thước bánh đai 10

2.5 Xác định lực căng đai và lực tác dụng lên trục 10

2.5.1 Lực căng đai ban đầu 10

2.5.2 Lực tác dụng lên trục 10

2.6 Xác định ứng suất lớn nhất trong dây đai 11

2.7 Xác định tuổi thọ đai 11

2.8 Bảng thông số bộ truyền đai thang 12

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT – BÁNH VÍT 13

3.1 Chọn vật liệu 13

3.2 Xác định ứng suất cho phép 13

3.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép 13

3.2.2 Ứng suất uốn cho phép 13

3.3 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền 13

3.3.1 Xác định số răng bánh vít, hệ số đường kính và hiệu suất sơ bộ 13

3.3.2 Tính khoảng cách trục theo độ bền tiếp xúc 14

3.3.3 Kiểm nghiệm và tính toán lại các giá trị ứng suất 15

iii

3.1 Chọn vật liệu 19

3.2 Xác định ứng suất cho phép 19

3.2.1 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép 20

3.2.3 Xác định ứng suất uốn cho phép 20

3.3 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền 21

3.4 Xác định các thông số ăn khớp 21

3.4.1 Module răng 21

3.4.2 Xác định số răng 21

3.4.3 Các thông số hình học chủ yếu bộ truyền bánh răng 21

3.5 Xác định giá trị lực tác dụng lên bộ truyền 22

3.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 22

3.7 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 23

3.8 Điều kiện bôi trơn ngâm dầu 24

iv

4.5.3 Trục III 32

4.6 Chọn và kiểm nghiệm then 33

4.7 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 34

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ Ổ LĂN 37

5.1 Chọn loại ổ lăn 37

5.1.1 Ổ lăn cho trục I tại A 37

5.1.2 Ổ lăn cho trục I tại C 38

1

ĐỀ TÀI

Đề số 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số: 5 (NSK)

Số liệu thiết kế:

Lực vòng trên xích tải, F(N) : 19000 Vận tốc xích tải, v(m/s) : 0.5 Số răng đĩa xích tải dẫn, z (răng) : 11 Bước xích tải, pxt (mm) : 110 Thời gian phục vụ L (năm) : 10

Chế độ vận hành: Quay 2 chiều, tải va đập nhẹ

(1 năm làm việc 300 ngày, 2 ca/ngày, 8 giờ/ca) Chế độ tải: T1 = T (N.m) ; t1= 20 (giây);

T2 = 0.6T (N.m); t2 = 11 (giây); T3 = 0.5T (N.m); t3 = 9 (giây)

(Lưu ý: chiều nghiêng của bánh răng/ trục vít trong đầu bài chỉ có ý nghĩa tượng trưng, SV phải tự xác định phương của răng sao cho lực dọc trục hướng vào nhau, hoặc bị giảm tối đa)

• Ứng dụng để làm gì?

Hệ thống dẫn động xích tải chủ yếu được sử dụng để truyền động trong các cơ cấu máy móc và thiết bị, chuyển đổi lực và chuyển động từ động cơ đến các bộ phận khác của máy

3 • Có bao nhiêu kiểu dẫn động xích tải?

o Xích con lăn (Roller Chain): Thường dùng trong công nghiệp nặng và các thiết bị chịu tải cao

o Xích tấm: Dùng cho các thiết bị chịu tải nhẹ hơn và yêu cầu tốc độ cao

o Xích ống: Được sử dụng trong các hệ thống băng tải trong nhà máy o Xích băng tải (Bucket Elevator Chain): Sử dụng trong các hệ thống

băng tải gầu để nâng hạ vật liệu

o Xích đĩa (Leaf Chain): Được sử dụng trong các hệ thống nâng hạ như cần cẩu hoặc thang máy

o Xích silent (silent chain): Thường dùng trong các ứng dụng yêu cầu độ ồn thấp

Tìm hiểu thực tế về một số loại hộp giảm tốc (HGT) trục vít – bánh răng đang bán trên thị trường & lập bảng tổng hợp

Công suất (kW)

Tỉ số truyền

Đường kính trục vào (mm)

Đường kính trục ra

(mm)

Kích thước (DxRxC, mm)

Giá bán (VNĐ)

4

CHƯƠNG 1 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1.1 Tính công suất cần thiết của động cơ

Công suất cần thiết của động cơ xác định theo công thức (3.11), trang 96, tài liệu [1]:

Trong đó: Ptd - công suất tính toán trên trục máy công tác, kW;

 - hiệu suất bộ truyền động

1.1.1 Chọn hiệu suất của hệ thống

Hiệu suất của hệ thống xác định theo công thức (3.12), trang 96, tài liệu [1]:

Giá trị của các hiệu suất trên tra theo Bảng 3.3, trang 96, tài liệu [1]

1.1.2 Tính công suất tương đương (công suất tính toán)

Công suất tính toán là công suất làm việc trên trục công tác xác định theo công thức (3.4), trang 94, tài liệu [1]:

Trong đó: P – công suất lớn nhất trong các công suất trên trục công tác, kW; Ti, ti – Moment xoắn và thời gian làm việc ở chế độ thứ i

Cuối cùng ta tính được công suất cần thiết của động cơ là:

chP

6

1.2.2 Số vòng quay của trục công tác

Số vòng quay của trục công tác xác định theo công thức (5.10), trang 193, tài liệu [1]:

Số vòng quay sơ bộ của động cơ:nsb =u n. lv =59.064* 24.79339 1464.39679(= vng ph/)

1.3 Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện

Theo tài liệu [2], trang 22, công thức (2.19), ta cần chọn động cơ điện thỏa:

Dựa vào kết quả Pct và nsb đã tính ở trên và tài liệu [4], ta chọn động cơ điện có các thông số được trình bày trong bảng dưới dây

1.4 Phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền thực sự được xác định theo công thức (3.8), trang 95, tài liệu [1]:

Với u =d 1.9688 thì tỷ số truyền đai trục vít – bánh răng được tính lại:

59.08833 30.012361.9688

chtv br

Theo hình 3.24, trang 47, tài liệu [2], ta chọn tỉ số truyền trục vít - bánh vít : u =1 10

Tỉ số truyền cặp bánh răng : 2 30.01236 3.0012410

1.5 Lập bảng đặc tính

1.5.1 Tính toán công suất trên trục

Kiểu động cơ Công suất (kW)

Vận tốc quay (Vòng/phút)

Cosφ η %

IIIP

8

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai

Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang chất liệu vải cao su ( 3

920kg m/

=) với các thông số Pdc =13.55212kW n, dc =1465vng ph/ , tỉ số truyền ud = 1.9688.

Dựa trên các thông số đầu vào và hình 4.22a, trang 167, tài liệu [1] Ta chọn đai thang thường loại B với các thông số được xác định theo bảng 4.3, trang 137, tài liệu [1] gồm:

Chọn hệ số trượt tương đối  =0.02 theo trang 84, tài liệu [5]:

Đường kính bánh đai lớn xác định theo công thức (4.10), trang 142, tài liệu [1]:

Với sai lệch 2.00893 1.9688 2%1.9688

2.2.3 Chiều dài dây đai

Chiều dài tính toán của đai xác định theo công thức (4.4), trang 141, tài liệu [1]:

9

2.2.4 Vận tốc đai và kiểm tra số vòng chạy đai trong một giây

Vận tốc đai xác định theo công thức (4.6), trang 142, tài liệu [1]:

12.27316(/ )

dcd n

Tính toán lại khoảng cách trục theo công thức (4.5a), trang 141, tài liệu [1]:

= + = + == + = + =

2.5 Xác định lực căng đai và lực tác dụng lên trục

2.5.1 Lực căng đai ban đầu

Lực căng đai ban đầu được xác định theo công thức (4.19), trang 144, tài liệu [1]:

dct

11

2.6 Xác định ứng suất lớn nhất trong dây đai

Theo công thức (4.29b), trang 148, tài liệu [1]: 11



12

2.8 Bảng thông số bộ truyền đai thang

Theo bảng 4.10, trang 82, tài liệu [3]:

Tuổi thọ đai tính bằng giờ Lh, h 1066.7434

13

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT – BÁNH VÍT

Tính toán thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít với các thông số TII =1308.64891Nm,

3.2 Xác định ứng suất cho phép

3.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Ứng suất cho phép bánh vít đối với trục vít xác định theo công thức (7.25), trang 322, tài liệu [1]: [H]=(276 300) 25− vs =(188.5 212.5)=190MPa

3.2.2 Ứng suất uốn cho phép

Ứng suất uốn cho phép của bánh vít quay hai chiều được xác định dựa vào công thức trang 135, tài liệu [3]:

[ ] 0.16 0.16*390* 35.632051.55*10

Với ti = =L 10*300 * 2 *8=48000giờ - thời gian phục vụ

3.3 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền

3.3.1 Xác định số răng bánh vít, hệ số đường kính và hiệu suất sơ bộ

Chọn số mối ren z =13với tỷ số truyền u =tv 10 theo trang 310, tài liệu [1] số răng bánh vít làz =2 10 *3=30 răng

3.3.2 Tính khoảng cách trục theo độ bền tiếp xúc

Khoảng cách trục sơ bộ được xác định theo công thức (7.42a), trang 326, tài liệu [1]:

T Kq

+ + theo công thức (7.42c), trang 326, tài liệu

[1] Ta chọn m=10mm theo dãy tiêu chuẩn trang 306, tài liệu [1] Khoảng cách trục (2)(30 10)

15 Bánh vít

3.3.3 Kiểm nghiệm và tính toán lại các giá trị ứng suất

Kiểm nghiệm vận tốc trượt theo công thức (7.7), trang 311, tài liệu [1]:

Giá trị này phù hợp với giá trị đã chọn

Xác định số răng tương đương bánh vít theo công thức ở trang 327, tài liệu [1]:

34.1398cos cos (16.69924)

Chọn hệ số dạng răng Y =F 1.64 theo bảng 7.10, trang 327, tài liệu [1]

Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít theo công thức (7.44), trang 327, tài liệu [1]:

K A

Trong đó:  =20 - Góc biên dạng ren

3.5.2 Kiểm tra độ bền uốn của trục

Kiểm bền trục vít theo ứng suất uốn bằng công thức (7.48), trang 329, tài liệu [1]:

được xác định theo công thức (7.51), trang 329, tài liệu [1]

3.6 Phương pháp bôi trơn

Theo trang 330, tài liệu [1], với vận tốc vòng trục vít là 3.89614 m/s thì vị trí của trục vít nằm ở dưới nên bôi trơn bằng cách ngâm trục vít trong dầu

18

3.7 Bảng tổng kết thông số bộ truyền

Tính toán thiết kế

Khoảng cách trục a, mm 200 Chiều dài phần cắt ren trục vít b1, mm

128

Vòng chia d1, mm Vòng lăn dw1, mm Vòng đỉnh d 1, mm Vòng đáy df1, mm

100 120 76 Góc nâng ren vít  , độ 16.69924

Góc bao trục vít 2, độ 103 Đường kính bánh vít: Vòng chia d2 =dw2, mm Vòng đỉnh d 2, mm Vòng đáy df2, mm Lớn nhất daM2, mm Số răng:

Mối ren trục vít z1

Số ren bánh vít z2

3 30

300 320 276 332

Vận tốc vòng trục vít, m/s 3.89614

Tính toán kiểm nghiệm

Thông số Giá trị cho phép Giá trị tính toán Nhận xét

Ứng suất tiếp xúc H,MPa 198.31525 190 Ứng suất uốn F,MPa 34.32451 12.9765

19

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

Do bộ truyền được bôi trơn tốt (bộ truyền kín) nên ta tính toán thiết kế theo độ bền mỏi tiếp xúc (độ bền tiếp xúc) để tránh hiện tượng tróc rỗ bề mặt với các thông số

N =N = số chu kỳ cơ sở theo trang 253

Số chu kỳ làm việc tương đương xác định theo công thức (6.36), trang 250, tài liêik [1]:

u

20 VìNHE1NHO1;NHE2 NHO2;NFE1 NFO1;NFE2 NFO2

cho nên KHL1 =KHL2 =KFL1 =KFL2 =1theo điều kiện trang 251

Theo bảng 6.13, trang 249, tài liệu [1] thì giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn các bánh răng xác định như sau:

3.2.1 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định theo công thức (6.33), trang 249, tài liệu [1]:

s = - hệ số an toàn theo bảng 6.13, trang 249, tài liệu [1]

Chọn ứng suất tiếp xúc cho phép theo bánh bị dẫn, là bánh răng có độ bền thấp hơn:

[H] [= H ]=499.09091MPa

3.2.3 Xác định ứng suất uốn cho phép

Ứng suất uốn cho phép được xác định theo công thức (6.47), trang 253, tài liệu [1]:

21

3.3 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền

Theo bảng 6.15, trang 260 do bánh răng nằm không đối xứng với các ổ trục nên

0.25 0.4

 = , chọn ba =0.4theo tiêu chuẩn trang 259, tài liệu [1]

Khi đó theo công thức trang 259: ( 1) 0.4*(3.00124 1) 0.80025

+= 

=== với sai số 2%

3.4.3 Các thông số hình học chủ yếu bộ truyền bánh răng

Xác định các kích thước chính của bộ truyền theo trang 102, tài liệu [3]:

Theo bảng 6.3, trang 230, tài liệu [1] thì ta chọn cấp chính xác 9 với vgh =3 / m s

3.5 Xác định giá trị lực tác dụng lên bộ truyền

Lực vòng được xác định theo công thức (6.13), trang 233, tài liệu [1]:

Hệ số tải trọng động theo bảng 6.5, trang 239, tài liệu [1] ta chọn: KHv=1.06; K =1.11.Fv

3.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc theo công thức (6.63), trang 258, tài liệu [1]:

23

2.49457sin 2

1.05 1.0161210

K = − = - hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng

3.7 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Hệ số dạng răng xác định theo công thức (6.80), trang 265, tài liệu [1]:

Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh bị dẫn có độ bền thấp hơn

Ứng suất uốn tính toán xác định theo công thức (6.78), trang 264, tài liệu [1]:

24

3.8 Điều kiện bôi trơn ngâm dầu

Vận tốc vòng nhỏ hơn 12.5 m/s bộ truyền bánh răng được bôi trơn bằng cách ngâm trong dầu Phần ngâm dầu không thấp hơn chân răng nhưng phải 10mm và không vượt quá 1/3 đường kính vòng đỉnh bánh răng

Tức là 91mm < khoảng cách từ tâm trục đến mức dầu < 261mm

Phần ngâm dầu của trục vít tối thiểu ngập chân ren trục vít, tức là: khoảng cách từ tâm trục bánh vít đến mức dầu < 200+38 =238mm

 Điều kiện bôi trơn ngâm dầu thỏa

25

3.9 Bảng tổng kết thông số bộ truyền

Tính toán thiết kế

Vật liệu thép 40CrNi Đường kính vòng chia:

Khoảng cách trục aw, mm 355

Bánh dẫn d1, mm Bánh bị dẫn d2, mm

175 535

Đường kính vòng đỉnh: Bánh dẫn d 1, mm Bánh bị dẫn d 2, mm

185 545

Đường kính vòng đáy: Bánh dẫn df1, mm Bánh bị dẫn df2, mm

162.5 522.5 Chiều rộng vành răng:

Bánh dẫn b1,mm Bánh bị dẫn b2,mm

147 142

Moment xoắn T2, Nm 1308.64891

Số răng: Bánh dẫn z1

Bánh bị dẫn z2

35 107

Vận tốc vòng của bánh,

Lực tác dụng:

Lực hướng tâm Fr, N 5443.5343 Lực tiếp tuyến Ft, N 14955.98756

Tính toán kiểm nghiệm

Thông số Giá trị cho phép Giá trị tính toán Nhận xét

Ứng suất tiếp xúc H , MPa 499.09091 380.86133 Ứng suất uốn F1

 , MPa 231.42857

 , MPa 208.28571 95.65522

Lực dọc trục Fa1=8725N Lực hướng tâm Fr1=3176N Lực tiếp tuyếnFt1=2896N +Bánh vít 2:

Lực dọc trục Fa2=2896N Lực hướng tâm Fr2=3176N Lực tiếp tuyến Ft2=8725N

+Bánh răng 3:

Lực hướng tâm Fr3=5444N Lực tiếp tuyến Ft3=14956N

+Bánh răng 4:

Lực hướng tâm Fr4=5444N Lực tiếp tuyến Ft4=14956N

+Lực nối trục vòng đàn hồi xác định theo công thức (7.3), trang 156, tài liệu [3]:

Lấy dsb3=100mmlà đường kính trục tại vị trí lắp bánh răng trên trục III

4.4 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

4.4.1 Trục 1

Với các thông số đầu vào: PI =12.87451kW, TI =165.23348Nm, nI =744.10809vg ph/

Ta xác định được gần đúng chiều rộng của ổ lăn với dol1=40mm => w01 =23mm theo bảng 10.2, trang 189, tài liệu [2]

Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ k3 =(10 20) mm=15mm, và chiều cao nắp ổ và đầu bulông hn =(15 20) mm=15mmxác định theo bảng 10.3, trang 189, tài liệu [2]

Ta chọn chiều dài mayơ bánh đai bằng chiều rộng bánh đai: lm12 =120mm

Khoảng cách console l12 =70mm

28

Khoảng cách giữa hai ổ trên trục I xác định theo công thức ở trang 408, tài liệu [1]:

l  d == mm= mm, trong đó daM2 =332mm là đường kính vòng ngoài bánh vít

Chiều dài mayơ bánh răng trụ trên trục III: lm32 =142mm

Chiều dài mayơ nửa khớp nối vòng đàn hồi xác định theo công thức (10.13), trang 189, tài liệu [2]