LỜI NÓI ĐẦUThiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí.. Vì vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng tro
XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ
CHỌN ĐỘNG CƠ
1.1.1 Hiệu suất của hệ thống
Hiệu suất truyền động: η=η kn η ol 4 η ❑ br η đ = 0,99.0,99 4 0,96.0,96=0,86 Tra bảng 2.3 tài liệu [1] η kn =0,99 hiệu suất nối trục đàn hồi η ol =0,99 hiệu suất của một cặp ổ lăn. η br =0,96 hiệu suất bộ truyền bánh răng η đ = 0,94 hiệu suất bộ truyền xích
1.1.2 Tính toán công suất cần thiết
Trường hợp tải thay đổi thì P tt = P tđ
Công suất tương đương được xác định bởi:
P tđ = P bt √ ( T T 1 ) 2 t t 1 1 + +t ( 2 T T 2 ) 2 t 2 ,5 √ ( T T ) 2 44 44 + ( + 0,9 23 T T ) 2 23 ¿ 10,15( kW ) Vậy công suất tính toán là P tt =8,86(kW)
Công suất cần thiết: P ct = P tt η = 8,86 0,86 ,81( kW )
1.1.3 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ
Chọn sơ bộ tỷ số truyền chung của hệ thống: u t =u hgt u đt = 4.3
Trong đó tra bảng 2.4 [1], ta chọn: u đt =3: Tỉ số truyền củabộtruyền xích (3 ÷ 5) u hgt =4: Tỉ số truyền củabộtruyền bánh răngtrụ (3 ÷ 5)
Số vòng quay trên trục công tác: n lv = 60000 z p v = 60000.3 9.110 2 (vg/ph)
Số vòng quay sơ bộ của động cơ được xác định bởi: n sb =n lv u t 2.12!84 (vg/ph)
Ta chọn động cơ điện có thông số phải thỏa mãn: { n P đc đc ≈ n ≥ P sb !84 ct ,81 ( vg/ ( kW ph ) )
Tra bảng P1.3 tài liệu [1] ta chọn: Động cơ 4A160S2Y3 { n đc P )30 đc ( ( vg kW / ph ) )
Kiểu động cơ Công suất (kW)
Vận tốc quay (vg/ph) cos φ η % T max / T dn T k / T dn
PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
Tỉ số truyền chung của hệ thống dẫn động: u ch = n đc n lv = 2907
182 1 (vg/ph) Ta chọn u h = 6 Dựa vào bảng 3.1 trang 43 tài liệu [1]
Ta chọn: u 1 =2,73 là tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp nhanh u 2 = 2,20 là tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp chậm Tỉ số truyền của bộ truyền đai thang: u đ = u ch u 1 u 2 = 15,97
LẬP BẢNG ĐẶC TÍNH
1.3.1 Phân phối công suất trên các trục:
1.3.2 Tính toán số vòng quay trên các trục
Số vòng quay của trục I được xác định bởi: n I = n đc u đ = 2930
2,66 01,50( vg / ph ) Số vòng quay của trục II được xác định bởi: n II = n I u 1 = 1101,50
2,73 = 403,48( vg/ ph ) Số vòng quay của trục III được xác định bởi: n III = n II u 2 = 403,48
2,20 3,40( vg/ ph ) Số vòng quay của trục công tác được xác định bởi: n ct =n III 3,40( vg / ph )
Vậy sai số vòng quay của trục công tác so với yêu cầquay:
% ∆ u = n III −n ct n III 100%= 181,96−182 182 100 % =0,21% < 4% (Thỏa đk)
1.3.3 Tính toán moment xoắn trên các trục
Moment xoắn trên trục động cơ:
1101,50 2,83( N m ) Moment xoắn trên trục II:
403,48 &6,75( N m ) Moment xoắn trên trục III:
183,40 U7,69( N m ) Moment xoắn trên trục công tác:
Trục Động cơ Trục I Trục II Trục III Trục công tác
Moment 39,05 102,83 266,75 557,69 628,62 xoắn (N.m) Số vòng quay (vòng/phút)
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
THÔNG SỐ KỸ THUẬT THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
1 Công suất bộ truyền: P đc ,98 (kW) 2 Số vòng quay bánh dẫn: n 1 = n đc )30 (vg/ph) 3 Tỷ số truyền: u đ =2,66
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
Theo hình 4.1 tài liệu [1], phụ thuộc vào công suất 11,98(kW) và số vòng quay Ƃ n 1 = 2930 (v/ph), ta chọn đai loại YƂvới b t mm , b ¿ 17 mm , h,5 mm , y 0 =4,0 mm , A8 mm 2 , d 1 0 mm
60000 0,68 m /s Giả sử ta chọn hệ số trượt tương đối ε =0,01 Đường kính bánh đai lớn: d 2 =u.d 1 (1−ε ) 0.2,66(1−0,01) ¿ 526,68 (mm)
Theo tài liệu Bảng 4.21 tài liệu [1] chọn d 2 P0 mm
Tính lại đường kính bánh đai nhỏ: d 1 = d u 2 đ = 500 2,66 8 mm 2.2.3 Tỷ số truyền u= d 2 d 1 (1− ε ) = 188.( 500 1−0,01) =2,29 Sai lệch so với giá trị chọn trước 0,99% < 1% thỏa mãn điều kiện.
Khoảng cách trục sơ bộ: a sb =1,2 d 2 =1,2.500`0 mm
2.2.5 Chiều dài tính toán của đai
4.600 #21,27(mm) Theo bảng 4.13, ta chọn đai có chiều dài L350 mm3,5 m
Số vòng chạy của đai trong một giây: i= v L = 30,68
Tính toán lại khoảng cách trục a: a= k + √ k 2 + 8 Δ 2
Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép.
2.2.7 Góc ôm đai bánh đai nhỏ α 1 0 °−57( d 2 −d 1 ) a 0 °−57(500−200)
2.2.8 Các hệ số sử dụng
Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai: Tra bảng 4.15 tài liệu [1] trang 61
Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai: Tra bảng 4.16 tài liệu [1] trang 61
C L =1 khi l /l 0 =0,99 Hệ số xét đến ảnh hưởng tỷ số truyền u: Tra bảng 4.17 tài liệu [1] trang 61
Hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai, ta chọn sơ bộ C z =1
Hệ số tải trọng chọn theo bảng 4,7 tài lệu [1] trang 55 động cơ loại nhóm I, làm việc 2 ca: K đ =1,5
Theo đồ thị 4.8 tài liệu [2] trang 55, ta chọn [ P 0¿,03(kW)
Theo bảng 4.18 tài liệu [1] trang 61 suy ra C z =0,95 Tra bảng 4.21 tài liệu [1] trang 63: e,5; t, h 0 =4
2.2.10 Các thông số bánh đai B=( z−1) t + 2 e=(2−1) × 19+2 × 12,5D (mm) Đường kính ngoài: d a1 = d 1 +2 h 0 0+ 2 ×4 8 mm d n 2 = d 2 +2 h 0 P0+2× 4P8 mm Lực căng đai ban đầu:
F 0 =Z A σ 0 =1,5.138.2A4 N Lực căng trên mỗi đai:
Lực vòng có ích trên 1 đai:
Lực tác dụng lên trục:
2 )=¿ 820,85 N ¿ Ứng suất lớn nhất trong đai: σ max = σ 1 +σ v + σ F 1 =σ o +0,5 σ t + σ v +σ F 1 =7.145 σ o = F 0 A z = 414
E mô đun đàn hồi của vật liệu đai: E0 MPa (100-350 MPa)
(với m ¿ 8 là chỉ số của đường cong mỏi; σ r =9 là giới hạn mỏi của đai)
Bảng thông số bộ truyền đai
Thông số Kí hiệu Giá trị
Vận tốc bánh dẫn v 30,68 m/s Đường kính bánh đai nhỏ d1 200 mm Đường kính bánh đai lớn d2 500 mm
Chiều rộng bánh đai B 44 mm
Góc ôm bánh đai nhỏ 1 2.89 rad
Lực căng ban đầu trên đai F0 414 N
Lực vòng có ích trên 1 đai F t 390,48 N
Lực tác dụng lên trục F r 820,85N
Tuổi thọ đai Lh 967,27 giờ
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC
CHỌN VẬT LIỆU
Do không có yêu cầu đặc biệt và theo quan điểm thống nhất trong thiết kế, ta chọn vật liệu hai cấp bánh răng như nhau Chọn vật liệu nhóm I, tra theo bảng 6.1 tài liệu [1] ta chọn vật liệu cho banh răng chủ động và bị động như sau:
HB Bánh chủ động Thép
PHÂN TỈ SỐ TRUYỀN
Ta chọn u h = 8 Dựa vào bảng 3.1 trang 43 tài liệu [1]
Ta chọn: u 1 =2,73 là tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp nhanh u 2 = 2,20 là tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp chậm
XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT CHO PHÉP
Với vật liệu đã chọn như trên ta chọn độ rắn HB 1 $5 , HB 2 #0
3.3.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép
Sử dụng công thức (6.5) và (6.7) tài liệu [1], ta tinh được N HO và N HE
N H E 1 ` c.n 1 ∑ t i Σ ( Tmax Tⅈ ) 3 ∑ t i t i c=1 số lần ăn khớp trong 1 vòng quay ¿ 60.1101,50.9600 ( (1) 3 44 67 +(0,9) 3 23 67 ) W,5.10 7 > N H 01 Do đó: K HL1 =1
2,73 =¿21 10 7 Suy ra N HE2 >N HO1 do đó K HL2 =1 Theo bảng 6.2, với thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn 180…350 σ 0 H lim ¿=2 HB+ 70, S H =1,1 ; S F =1,75;σ 0 Flim¿=1,8HB¿ ¿ σ 0 H lim 1 =2 HB +70=2.245+ 70V0 MPa σ 0 H lim 2 =2 HB +70=2.230 +70S0 MPa
Tính toán sơ bộ lấy Z R Z V Z xH =1 Từ công thức 6.1a, ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định:
Trong đó: σ 0 H lim ¿ ¿ ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với chu kỳ cơ sở
K HL hệ số tuổi thọ
S H hệ số an toàn Suy ra:
Với bộ truyền răng trụ răng nghiêng
Với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng [σ ¿¿ H ]=min ¿¿
3.3.2 Ứng suất uốn cho phép
Khi tính sơ bộ lấy Y R Y S K xF =1, ứng suất uốn cho phép [ σ r ] được xác định theo công thức (6.2a)
Trong đó: σ 0 F lim ¿¿ ứng suất uốn xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở
K FL hệ số tuổi thọ
K FC hệ số ảnh hưởng đặt tải, vì bộ truyền quay 1 chiều K FC =1 Ta có:
N FO = 4.10 6 đối với tất cả các loại thép khi thử uốn
N FE 1 ` c ∑ ( T T max i ) m F n i t i = ¿60 c.n 1 ∑ t i ∑ ( T max Tⅈ ) 6 ∑ t i t i ¿ ¿ 60.1 1101,50.9600 ( (1) 6 44 67 +(0,9) 6 23 67 ) = 53,2.10 7 ( Chu kỳ )
Với m F =6 khi độ rắn mặt răng HB≤ 350, bánh răng có mặt lượng chân răng được mài
Vì N FE 1 C,78 10 7 > N FO =4.10 6 do đó K FL1 =1 N FE 2 ,27.10 7 > N FO =4.10 6 do đó K FL2 =1 Theo bảng 6.2 σ 0 F lim 1 =1,8 H B 1 =1,8.245D1( MPa) σ 0 F lim 2 =1,8 H B 2 =1,8.230A4 ( MPa)
Từ đó theo công thức (6.2a) ta có:
3.3.3 Ứng suất cho phép khi quá tải
Theo công thức (6.13), ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải là:
Theo công thức (6.14) ứng suất uốn cho phép khi quá tải là:
TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP NHANH
3.4.1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục
Theo công thức (6.15a), ta có khoảng cách trục a w là: a w 1 = K a ( u 1 + 1)√ 3 [ σ H T ] 1 2 u K 1 Hβ ψ ba1
Moment xoắn trên bánh răng chủ động T 1 1385(Nmm) Với bánh răng trụ răng nghiêng dựa vào bảng (6.5) K a1 P ( MPa¿¿ 1/ 3)¿
Dựa vào bảng (6.6) ta chọn ψ ba1 =0,4 Do đó theo bảng (6.7) ứng với sơ đồ 3 HB