Thuyết minh Đố Án thiết kế máy

Động cơ điện ba pha đồng bộ có ưu điểm là hiệu suất và hệ số cose cao, hệ số quá tải lớn, nhưng có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành tương đối cao và cần có thiết bị phụ

TRUONG DAI HOC HANG HAI VIET NAM

BỘ MÔN KĨ THUÁT CƠ KHÍ

Chương 1

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ

1.1 Tính toán chọn động cơ điện

1.1.1 Cơ sở chọn động cơ điện

Động cơ điện dùng dé dan động hệ thống cần thiết kế Việc chọn hợp lý động cơ điện

có ảnh hưởng rất nhiều đến việc thiết kế hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi động cơ điện 3 pha Chúng gồm 2 loại: đồng bộ vả không đồng bộ

Động cơ điện ba pha đồng bộ có ưu điểm là hiệu suất và hệ số cose cao, hệ số quá tải lớn, nhưng có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành tương đối cao và cần có thiết bị phụ đề khởi động động co Vi vay dong co ba pha đồng bộ chỉ được sử dụng khi hiệu suất và cos có vai trò quyết định (Ví đụ khi yêu cầu công suất động cơ lớn trên 100 kW, lại

ít phải mở máy và dừng máy) hoặc khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc

Động cơ điện xoay chiêu 3 pha không đồng bộ gồm 2 kiêu: rôtô dây quấn và rôtô ngắn

mạch

Động cơ ba pha không đồng bộ kiểu day quan chỉ dùng khi cân điều chỉnh vận tốc

trong l phạm vi hẹp do hệ sô coso thâp, kích thước lớn, giá thành đắt và vận hành phức tạp Động cơ ba pha không đồng bộ kiêu rôtô ngắn mạch có ưu điểm: kết cầu đơn giản, giá thành tương đối hạ, để bảo quản, làm việc tin cậy, có thê mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện Do những ưu điểm cơ bản này, động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ kiêu rôtô ngắn mạch được dùng pho biến trong các ngành công nghiệp

Có thể dùng loại động cơ điện này đê dẫn động các thiết bị vận chuyên, băng tải, xích tải,

thùng trộn

Đề dẫn động hệ dẫn động cần thiết kế có thê dùng động cơ điện xoay chiều 3 pha

không đông bộ rôtô ngăn mạch

Động cơ điện được chọn dựa theo công suất cần thiết trên trục động cơ, số vòng quay đồng bộ và các yêu cầu về quá tải, mômen mở máy và phương pháp lắp đặt động cơ

1.1.2 Xác định công suất cần thiết trên trục động cơ

Công suất cần thiết trên trục động cơ được xác định theo công thức:

_ P _ 16,733

Pt - công suất tính toán trên trục máy công tác, đối với chế độ tai trong thay déi nhiéu bac Pr

=18,348 |Kw

xác định theo công thức:

P,=P„=\“sr—'=P

PI, T1 - công suất lớn nhất và mômen lớn nhất (cần phân biệt với công suất và mômen

khởi động) trong các công suất và mômen tác dụng lâu đài trên trục máy công tác, kW,

Py — công suât làm việc của hệ dan dong;

P¡, T¡ - công suất và mômen tác dụng trong thời gian t¡ trên trục máy công tác, kW,

Nmm Các trị số Tï /T và tị cho trên đồ thị thay đối tải trọng

Hiệu suất của hệ thống được xác định theo công thức:

rịi, M2, V3 higu suat cua các bộ truyền và của các cặp ô lăn trong hệ dân động, chọn theo

bảng 3.1

1.1.3 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ trên trục động cơ

T= Upgy « My = Uagsp Unsh » My= 39-4 110= 1540 (vong/phut) &

Số vòng quay đồng bộ trên trục động cơ được xác định sơ bộ như sau:

1gb — Divtesb „

nụy - SỐ vòng quay của trục ra (số vòng quay làm việc);

Usb - ty số truyền tong sơ bộ của hệ dẫn động,

Me — WđsbUhsb 5

Udsb- ty số truyền sơ bộ của bộ truyền động đai, chọn theo bảng 3.2

unsb - tỷ số truyền sơ bộ của hộp giảm tốc, chọn theo bảng 3.2

1.1.4 Chọn động cơ điện

Động cơ điện được chọn phải thoả mãn điều kiện: T T

K

Pac, Nac, Osb, Tk, Tan- lần lượt là công suất, số vòng quay đồng bộ, số vòng quay đồng bộ

sơ bộ, mômen khởi động và mômen danh nghĩa trên trục động cơ;

Đụ, Tạ, T - lần lượt là công suất cần thiết, mômen mở máy và mômen danh nghĩa của

hệ dẫn động

P„=18,5kW

ộ KL180 L4 ac 0s

Theo bang 1.1 chọn động cơ : n„=1455 vòng Í phút

1.2 Phân phối tỉ số truyền

Tỷ số truyền tổng (đây là tỷ số truyền lý thuyết, tỷ số truyền thực tế sẽ được xác định sau khi xác định đường kính tiêu chuẩn của các bánh đai và số răng các bánh răng trong hộp giảm tốc) của hệ dẫn động xác định theo công thức:

udsb - tỷ số truyền sơ bộ của bộ truyền động đai (đã chọn ở trên)

Lay giá trị tỷ số truyền của hộp giảm tốc là u gần nhất với uhsb (làm tròn đến 1 chữ số

sau dau phay, tận cung 1a 0 hoac 5 Vi du: 3; 3,5; 4; 4,5 Riêng đối với hộp giảm tốc trục

vit, u lay gia tri nguyên), sau đó tính chính xác lại tỷ số truyền của bộ truyền động đai:

(Lieu ý: Công suất Pđc mà ta tra bảng được là công suất danh nghĩa, còn công suất thực dùng

là Pet, khi tính toán cần thay vào các công thức là Pet)

„ „ Chương2 - TINH TOAN THIET KE BO TRUYEN DONG DAI

Truyén động đai là truyền động bằng ma sát gián tiếp, trong đó chuyên động và tải

trọng được truyên từ bánh dân sang bánh bị dẫn nhờ dây đai mềm đản hồi Cấu tạo của bộ

truyền động đai (hình 4.1) gồm bánh dẫn, bánh bị dẫn, dây đai và bộ phận căng đai (không biêu diễn trên hình vẽ)

|

i Xu bị dân Hình 4.1 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền động đai

Thường dùng 2 loại bộ truyền động đai là: bộ truyền động đai đẹt và bộ truyền động

dai hinh thang

2.1 Tính toán thiết kế bộ truyền động đai hình thang

Công suất : P„=18,5 kW

Tỷ số truyền :u=3,307

Số vòng quay : n,= 1455 vòng! phút

2.1.1 Chọn loại đai và tiết diện đai

Loại đai được chọn theo vận tốc vòng v Thông thường với v < 25m/s dùng đai hình thang thường, v > 25m/s dùng đai hình thang hẹp

Loại tiết diện đai được chọn theo công suất truyền và số vòng quay trục 1 Loại tiết

diện đai thang thường được chọn theo hình 4.2

Giả thiết vận tốc vòng đai v < 25m/s

=> Dùng đai hình thang thường

ua- tỷ số truyền của bộ truyền động đai;

n] - sô vòng quay của trục dân

Nếu vận tốc đai quá lớn cần giảm đường kính d1 hoặc chọn đai hẹp thay cho đai thường

- Xác định điều kiện bánh đai lớn đ; theo (4.13):

d,=u,.d,.(1—€ |=3,307.224 | 1—0,02|=725,953 mm

Chon d, theo tiéu chuan => d,=710mm

dy = 710 = 2 4 r TẠI - Â v2 Á

đi-E) 2241—0,02) 3,234, sau đó kiêm tra sai số ti số

Tính tỉ sô truyền thực tê Hạ„ =

truyền:

Ugy—Ua|_| 3,234 —3,307

2.1.3 Xác dinh sơ bộ khoảng cách trục a

Dựa theo tỷ số truyền udtt, theo bảng 4.15, đề tìm số a/đ2 từ đó tính được a:

© 524,2 < 701,48 < 1§68 ( Thỏa mãn điều kiện )

h - chiều cao đai (bảng 4.13)

2.1.4 Tính chiều dài I của đai

a4 n(d,+d,) + (4d) 9 791,484 3,142.(224+710) | (710-224)

¿2954,451 mm

Lấy tiêu chuẩn theo bảng 4.13: l= 3000mm

Trị số 1 tính được cần lấy theo tiêu chuân theo bảng 4.13 (phần chú thích)

*Kiêm tra điều kiện tuôi thọ của đai

¿142,82°>120 °(Thỏa mãn điều kiện)

2.1.7 Xác định số dây đai cần thiết z

P,.k,

=e eee”) | Py Cy.C,.C,.C,

P1 - công suất trên trục bánh đai chủ động, kW;

[Po] — công suất cho phép, kW, của bộ truyền tiêu chuẩn (số dây đai z = 1, chiều dải l0, tỉ số truyền u = 1, tải trọng tĩnh) Trị số [P0] được tra bảng xác định từ thực nghiệm, tra bảng 4.16;

kđ - hệ số tải trọng động, tra bảng 4.12;

Co, - hé số xét đến ảnh hưởng của góc ôm ơ1, bảng 4.18;

CỊ - hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dải dai, bang 4.19;

Cụ - hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ số truyền, bảng 4.20;

Cz - hệ số xét đến ảnh hướng của sự phân bố không đều tải trọng cho các day dai, tra bang

4.21, dựa theo ty số z` = P1/IP0]

- Kd=1,35 ( Tra bảng 4.12 )

+ Động cơ lông sóc -> Nhóm I

T + Bảng PI.1, động cơ KLI89L4 có “=2 -> Kđ=1,25

2.1.8 Tính chiều rộng bánh đai B và đường kính ngoài của bánh đai

B=[|z—1]t+2e=|5—1].19+2.12,5=101

d„i=d,+2h,=224+2.4,2=232,4mm

đ,„=d,+2h,=710+2.4,2=718,4mm

h,- khoảng cách từ lớp trung hòa đến đáy lớn tiết diện hình thang của đai;

t - bước của rãnh bánh đai;

e - khoảng cách từ rìa ngoài đến giữa rãnh ngoài cùng của bánh đai

*Lập bảng

1 Loại đai và tiết điện đai Đai hình thang thường tiết điện B

4 Khoang cach truc a 725,656 mm

„ „ - - Chương 3 - „ ẻ

TINH TOAN THIET KE CAC BO TRUYEN BANH RANG TRU 3.1 Chon vat liệu

Thép chế tạo bánh răng được chia làm 2 nhóm chính, khác nhau về độ rắn, công nghệ

chế tạo và khả năng chạy mòn:

- Nhóm I1: có độ rắn HB < 350, nhiệt luyện: thường hóa hoặc tôi cải thiện

- Nhóm 2: có độ rắn HB > 350, nhiệt luyện: tôi, thắm C, thám N hoặc thắm C — N

Thép nhóm 1 nhờ độ rắn thấp có thê cắt răng chính xác sau khi nhiệt luyện, không phải

dùng các nguyên công tu sửa đắt tiên như mài, nghiên Bánh răng thuộc nhóm náy có khả năng chạy mòn tốt, không bị gãy giòn khi chịu tải trọng động

Thép nhóm 2 có độ rắn cao hơn, do đó ứng suất cho phép tăng, dẫn đến khả năng tải và

khả năng chịu mòn và chống dính cao Tuy nhiên do độ rắn cao nên khả năng chạy mòn kém, cần vat dinh rang đối với răng thẳng, cân phải nhiệt luyện sau khi cắt răng gây cong vênh vì vậy cần tu sửa như mải nghiền sau khi cắt răng

Đối với các bộ truyền chịu tải nhỏ và trung bình hoặc các bộ truyền có kích thước bánh

răng khá lớn, khó khăn khi nhiệt luyện nên chọn thép nhóm 1

Vì vận tốc góc bánh nhỏ lớn hơn vận tốc góc bánh lớn u lần (u là tỷ số truyền của bộ truyền), nghĩa la trong cing | don vi thoi gian, răng bánh nhỏ làm việc nhiều hơn răng bánh lớn u lần, nên đề tăng khả năng chạy mòn của răng bánh nhỏ, tạo điều kiện mòn đều giữa các răng của hai bánh răng, cần chọn bánh răng nhỏ có độ rắn cao hơn bánh lớn Trên thực tế thường chọn:

HI >H2 +(10 z 15) HB

Vật liệu các bánh răng được chọn theo bang 5.1

#*Với công suất của bộ truyền nhỏ là PI = 17,256 kW nên ta chọn vật liệu chế tạo cả 2 bánh

răng câp nhanh là thép nhóm l, đông thời chọn độ răn của bánh nhỏ cao hơn bánh lớn 15 HB

3.2.1 Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép của răng xác định theo các công thức:

Ơ tim, Øpj„ ¬ ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn giới hạn, ứng với số chu kỳ cơ sở, bảng 5.2;

Su, Šr - hệ sô an toàn khi tính về tiếp xúc và uôn, tra bảng 5.2;

Za — hệ số xét đến độ nhám của bề mặt làm việc: Zx = 1 khi R„= 1,25 + 0.63 um, Zp = 0.95

khi Ra =2.5 + 1.25 jun khi R, = 10 = 40 um;

Zx - hệ số ảnh hưởng của vận tốc vòng: Zv = I khi v < Sm/s, Z, = 0,85v°! Khi v > 5m/s va

HB <350, Z„ = 0.925v°® khi v > 5m/s và HB > 350;

Kzw - hệ số ảnh hưởng của kích thước bánh răng đến độ bèn tiếp xúc: Kxw = 1 khi d, « 700mm, Kx = 0.9 khi 700 < d, « 2500 mm;

Kxz - hệ số ảnh hướng của kích thước bánh răng đến độ bền uốn : Kxr lần lượt bằng 1; 0,95; 0,92; 0,85 ứng với d, <400; 700; 1000 và 1500 mm;

Kšc - hệ số xét đến ảnh hưởng của việc đặt tải, Krc— 1 khi đặt tải 1 phía (bộ truyền quay I chiều), Kec =0.7 + 0.8 khi dat tai 2 phía a (dùng trị số 0,8 khi HB > 350);

Yx - hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng, Yx = 1, nếu đánh bóng bề mặt

c - số lần ăn khớp trong 1 vòng quay của bánh răng đang xét;

T¡, ni, tỉ: mômen xoắn, số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ ¡ của bánh răng đang

Num > Nnoa Kma¿ = 1

[Ou]? = ———5——— =450MPa < 1,25.436,364 = 545,455 Mpa

Ung suat uốn cho phép sơ bộ, khi tinh so bd: Yx Ys Kxr = 1

Mr = 6 (vi HB< 350, Noi = Nyro? = 410° vi banh rang la thép)

Ni và Ner¿ được tính theo công thức sau:

3.2.2 Ung, xuat tiếp xúc khi quá tải

1) Ứng suất tiếp xúc khi quá tải

Bánh răng nhiệt luyện bằng tôi cải thiện nên:

[ơ¿¿ H | max „2,8 ơ„ =2,8.450= 1260 MPa¿

2) Ứng suất uốn cho phép khi quá tải

3.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục

T, Kup

[oH tuba K,: hé sé phụ thuộc vào vật liệu răng và loại răng (thẳng, nghiêng hay chữ V), tra bảng 5.3;

u-ty sỐ truyền của bộ truyền

T1 - mômen xoắn trên trục chủ động, Nmm

Ki hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc Trị số Kup tra theo bang 5.5;

Woa! hé s6 chiều rộng vành răng, tra bảng 5.4

[ou]: Ung xuat tiếp xúc cho phép

Poa = 0 Pb (qu + 1)

dấu (+) dùng cho cặp bánh răng ăn khớp ngoài, dấu (-) dùng cho cặp ăn khớp trong

Khoảng cách trục được tính sơ bộ qua công thức: A„ = Ka(u + nộ T

- Ka = 43 do răng thăng

-u=4 là tỉ số truyền của bộ truyền

- T, =374554, 066 Nmm, là mô men xoăn trên trục chủ động

- Woa= 0,4 - hé số chiều rộng vành răng, tra bảng 5.4, đối với vị trí các bánh răng đối xứng >

Poa =0,5%(u + 1) = 0.5.0.4.(4+1)= 1,25

- Kyp= 1,05 —hé sé phan bé khong đều tải trọng trên chiều rộng vành răng tiếp xúc với tra

bang 5.5 với W¿= 1,25 và sơ đồ số 6 ta cd: [On] = [Ou]’ = 450 MPa

Theo công thirc : m = (0,01 + 0,02)ay = (0,01 + 0,02).240 =2,4+ 4,8

=> Lay tiéu chuan trong bang 5.6 ta có: m = 2,5

Trong điều kiện đảm bảo được độ bền uốn, không nên chọn modun lớn Tuy nhiên trong các

bộ truyền chịu lực là chủ yếu, không nên lấy modun nhỏ hơn 1,5 - 2mm, nếu không khi quá tai rang sé dé bi gay

*Do s6 nguyén tan cimg cua ay la 0 nén khéng can dung dich chinh dé dat khoang cach truc

yêu cầu, như vậy hệ số dịch chỉnh Xị = X: =0 Mục đích của việc dùng bánh răng dịch chỉnh

ở đây là nhằm đảm bảo khoảng cách trục cho trước chứ không phải đề cải thiện chất lượng ăn

khó

*Tính chính xác lại góc nghiêng:

P =arccos(m Z1/2ax}= arccos ( 2,5.190/2.240) = 8,277

( Thỏa mãn điều kiện: 8° < 8,277 < 20°)

Đề đảm bảo khoảng cách trục đã chọn ta thay đôi góc nghiêng mà không cần dùng đến dịch

chỉnh, do đó xI = x2 =0

_ 35 Kiém nghiệm rang về độ bền tiếp xúc

Độ bên tiêp xúc được kiêm nghiệm theo công thức:

6u-ZuZuZe\ 2T , K,,(u,£1)/(Bw.Utt.d2,) <[ou]

Z= 274MPa - hệ số xét đến cơ tính của vật liệu các bánh răng, tra bảng 5.3;

Zu - hệ số hình dạng bề mặt tiếp xúc

2 cos

Zu = n => Jy, =| 2200812745) 5 49

Đối với bánh răng nghiêng không cần dịch chỉnh

0: = Onw = arcte( tga/cosB )= arcte( t220/cos8,277)=20,193 =20°1 1

P›- góc nghiêng của căng trên hình trụ cơ sở;

tg ;= cosœtg = cos(20, 1 93) tg (8,277)E0,163 => ụ = 7,745°

Z2 -hệ số xét đến sự trùng khớp của răng

- Đôi với răng nghiêng:

£„ - hệ số trùng khớp ngang, xác định theo bảng 5.8 hoặc theo công thức:

£¿= [1.88 - 3,2(1⁄21 + 1/22)].cos = é - 3.2(1/38+1/152)].cos(8,277) = 1.756 > 1

=> Z, = V1lea = V1/1,756 Z.= 0,755

Ky - hệ số tai trọng khi tính về tiếp xúc;

Ku = Kip Ku@ Kay = 1.05 1,13 1,026 3 Ku-1/217 7

K„s= 1.05 : hệ sô phân bô không đều tải trọng theo chiêu rộng vành răng, tra bảng 5.5 với ‘Va

= 1.25 hình sô 6

Kzø =1,13:hệ số phân bó không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn

khớp, đối với răng nghiêng tra bảng 5.10;

T, = 374554,066 Nmm

bu = aw Wra= 240.0.4 > by=96

V = 8H Sov | a 0.002.73.2.2124 240 =2,501

tt

du= 0.002 - hệ số ảnh hưởng của các sai sỐ ăn khớp, tra bang 5.11;

ge= 73 dom =3 va cap chính xác: 9 - hệ sô ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và

2, tra bang 5.12;

= 2,212 m/s < 6 => Cấp chính xác: 9

*Tính chính xác và ứng suất tiếp xúc cho phép:

[0a] = [Øa]' Za Z4 Kvu= 450 0.9 = 405 MPa

Hệ số kẻ để ung hop cua ra ye=+ —_

Y£- Hệ sô kê đên sự trùng hợp của răng, ẹ —17sg_ 0,369

a ,

ệ số kê đến độ nghiê ua rang; Ys = 1 By 81277 _ 9041

Yg— hệ sô kê đên độ nghiêng cua rang; Y, = “140 1“ q1ạo 7°

Yại, Yra: hệ số dạng răng bánh I và 2, phụ thuộc vào số răng tương đương và hệ số chỉnh dịch, tra bảng 5.14

Số răng tương đương được tính theo công thức:

=> Yr = 3,7 ; Yro= 3.6 ( tra bang 5.14 )

Ky: Hé sé tai trong khi tinh về uốn

Vay hai banh rang déu thoa man diéu kién bén uén

3.7 Kiếm nghiệm răng về độ bền quá tải

Đề tránh biến dạng dư hoặc gãy giòn lớp bề mặt, ứng suất tiếp xúc cực đại oHmax khéng

được vượt quá trị số cho phép:

Oumax = OH VKy < [Ou]max

Ou - img suat tiếp xtc; Oy = 438,636 MPa

[Øn]zax- ứng suất uốn khi quá tải; [Øu]max = 2.8 Øe — 2.8.450 = 1260 MPa

K„: hệ số quá tải

Kat = =a =é == =1.2 ( theo hình )

Tua„: Mơ men xoắn quá tải

T : Mơ men xoắn danh nghĩa

=>CHmax = 438,636 V1,2 = 480,501 MPa < [Gu] max =1260 MPa

OFmax = orVK q < [Op] max

OF: Ung suất uốn

[ừr]„„.: Ứng suất uốn cho phép khi quá tải [øri ]aax -[Ør2]m„- 360MPa

Grima = Ơn VKạ - 102,944 v/1,2= 123,593 MPa

Grsm„= Ga VK„= 100,21 V/1,2= 120,252 MPa

F1 max và OF2 max < [OF |max

Như vậy, đồ bền quá tải được thỏa mãn

3.8 Các thơng số cơ bản của bộ truyền