Bài tập lớn môn học chi tiết máy09

Xác định công suất động cơ và phân bố t ỉ số truyền cho hệ thống truyền động.. Công suất c n thi t ầ ếHệ thống truyền động băng tải làm việc với t i trả ọng không đổi nên công suất cần t

ĐẠ I H ỌC QU C GIA TPHCM Ố



BÀI TẬP LỚN

1- Động cơ điện ba pha không đồng b ộ

2- B ộ truyền đai thang

3- Hộp giảm tốc banh răng trụ hai c p khai tri n ấ ể

2

Đường kính tang dẫn, D(mm) 400

Số ngày làm/năm Kng ,ngày 340

I. Xác định công suất động cơ và phân bố t ỉ số truyền cho hệ thống truyền động

1 Công suất động cơ

Động cơ khi làm việc phải có công su t đấ ịnh mức lớn hơn hoặc bằng công suất cần thi t:ế P dc≥ Pct

Pdc: công su t đấ ộng cơ

Pct: công suất cần thi t ế

1.1 Công suất trên trục công tác

Công suất trên trục công tác được tính bằng công thức: P = F.v

1000(kW)

P : công suất trên trục công tác (băng tải)

F : lực vòng trên băng tải (N)

ηnt= 0,99 : hiệu suất nối trục

ηdt = 0,96 : hiệu suất bộ truyền đai thang

ηbrt = 0,95 : hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

ηbrn = 0,97 : hiệu suất bộ truyền bánh răng nón

ηol = 0,99 : hi u suệ ất ổ lăn

ηch : hiệu suất cả ệ thố h ng

Các giá trị hiệu suất bộ truyền được tra ở bảng 2.3 (sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí 1” của Trịnh chất – Lê Văn Uyển.)(*)

1.3 Công suất c n thi t ầ ế

Hệ thống truyền động băng tải làm việc với t i trả ọng không đổi nên công suất cần thiết được tính theo công thức:

Trong đó, D : đường kính tang dẫn

Số vòng quay sơ bộ được tính: n = usb sb nlv

Tỉ s ố truyền sơ bộ được chọn theo công thức: usb= uhgt udt unt

Trong đó

usb : tỉ s truyố ền sơ bộ

= 8

uhgt : tỉ s ố truyền của h p gi m tộ ả ốc, chọn theo tiêu chuẩn

𝑢𝑑𝑡 = 3 : tỉ s ố truyền của bộ truyền đai thang, chọn theo tiêu chuẩn

unt = 1 : tỉ ố s truy n n i tr c, chề ố ụ ọn theo tiêu chuẩn

nlv : số vòng quay trên băng tải

nsb : số vòng quay tính toán sơ bộ

Các giá trị tỉ số truyền của b truyền được chọn theo bảng 2.4 - (*)ộ

usb= uhgt udt unt= 8 3 1 = 24

n = usb sb ηlv= 24 71,62 = 1742,88 vòng/phút

Như vậy, ta cần chọn động cơ có số vòng quay trên trục tang dẫn gần với giá trị

nsb= 1742,88vòng/phút và công suất lớn hơn hoặc bằng với công suấ ầt c n thiết ( Pct

ấ

η % Tmax/Tdn TK/Tdn 4A132S4Y3 7,5 1455 0,86 87,5 2,2 2,0

71 62, =20,32 (uc : t s truyỉ ố ền chung c a hủ ệ thống băng tải)

Ta chọn t s ỉ ố truyền của hộp gi m tả ốc và nối tr ụ theo tiêu chuẩn: uhgt = 8, unt = 1

3.1 Phân bố tỉ s ố truyề n h p gi ộ ảm tố c

Đố ới v i h p gi m tộ ả ốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển, để bánh răng bị dẫn của c p nhanh ấ

và cấp chậm được bôi trơn ngâm dầu như nhau, đường kính các bánh răng phải xấp xỉ nhau và bánh răng cấp nhanh là nghiêng, cấp chậm là thẳng do đó người ta s ẽ phân phối như sau: unh = (1,3 ÷ 1,5) 𝑢𝑐ℎ

unh: t s truy n cỉ ố ề ặp bánh răng cấp nhanh

uch: t s truy n c p ỉ ố ề ặ bánh răng cấp chậm

Ta ch n t s truy n cho t ng c p theo t l ọ ỉ ố ề ừ ấ ỉ ệ têu chuẩ ần lượt như sau: n l

4 Tính toán các thông số trên các trụ c

Công suất trên các trục:

II Tính toán thiết kế các chi tiết máy

1 Tính toán bộ truy ền đai thang

1.1 Chọn lo ại đai và tiết diện đai

Đai thang được chia làm 7 loại theo kích thước tiết diện từ nhỏ n l n: Z, A, B, C, D, đế ớ

E, F Kích thước đai và chiều dài đai được chuẩn hóa

Số vòng quay,

vg/ph

1455 572,83 173,58 71,73 71,73 Momen xoắn,

Nmm

40956,7 98862,66 313601,8 713620,52 698975,32

6

Ta có thể chọn đai theo công suất P = 6,24 kW và số vòng quay n = 1455 vòng/phút theo sơ đồ sau:

Hình 1: sơ đồ loại đai thang theo công suất và số vòng quay

Theo các thông số có được, ta chọn đai thang loại B

Các thông số của từng loại đai thang đươc thể ện các bả hi ng 1,2

B ảng : Kích thướ 1 c ti ết diện của các loại đai

Ký hiệu Kích thước tiết diện các loại đai

Theo các thông số có được, ta chọn đai thang loại B có s = 14; h = 10,5; t = 17;

h0 = 4,1; A = 138 mm 2

1.2 Xác định các thông số của bộ truyền

Bộ truyền đai được đặ trưng bởi các thông số hình học c ch y u sau: ủ ế

d1, d 2 : đường kính bánh dẫn và bánh bị ẫ d n

a : khoảng cách trục

α1, α2 : góc ôm của đai trên bánh dẫn và bánh bị ẫ d n

L : chiều dài đai

B : chiều rộng bánh đai

1.2.1 Đường kính bánh dẫn và bánh bị dẫn

Đường kính d ủa bánh dẫn đượ1 c c chọn theo bảng 3:

B ảng : Đường kính bánh dẫn theo từng loại đai 3

Chọn d = 160 mm 1

Kiểm nghiệm vân tốc đai theo điều kiện:

Sai số: Δ = |2, −2, |54 55

2,54 = 0,4% , sai s nh ố ỏ

1.2.2 Sơ bộ khoảng cách trục

Khoảng cách trục a phải thỏa mãn điều kiện: 0,55(d + d1 2) + h ≤ a ≤ 2(d + d ) 1 2

h : chi u cao tiề ết diện đai

Ta có thể chọn t sỉ ố truyền u và đường kính d1theo bảng 4:

B ảng 4: Khoảng cách trục của b truy n ộ ề đai thang

Chọn sơ bộ khoảng cách trục a = 400 mm

1.2.3 Chiều dài đai và khoảng cách trục chính xác

Chiều dài đai được tính theo công thức:

L = 2a + π.(d +d )2 1

(d2−d1)24a = 2.400 +

π.(400+160)

(400−160)24.400

Để hoạt động ổn định α1≥ 120 , vậy thỏa mãn điều kiện

1.2.5 Kiểm nghi m sệ ố vòng chạy của đai trong 1 giây

Số vòng chạy của đai trong 1 giây được tính theo công thức:

P = 6,24 :công suất trên bánh dẫn

[P0] = 4 kW :công suất có ích cho phép, xác định b ng con ằ đường thực nghiệm cho mỗi lo i ti t ạ ế diện Giá trị [P0] có thể tra theo đồ thị hình 2

Hình 2: Công suất có ích cho phép [P0 ] ph ụ thuộc loại đai và chiều dài đai

Cv = 1 0,05(0,01v– 2 – 1) :h sệ ố xét ảnh hưởng của vậ ốn t c

10

Cα = 1,24 (1 –e−α1110 ) :hệ s ố xét đế ảnh hưởn ng của góc ôm đai

Cu : hệ ố xét đến ảnh hưở s ng của tỉ s truy n u: ố ề

CL = 6√LL0 : hệ ố xét đế ảnh hưở s n ng của chiều dài L,

L0 - chiều dài đai thực nghiệm mm; L - chiều dài thật của đai mm

Cz :hệ ố xét đế ảnh hưở s n ng c a s ủ ự phân bố không đề ải trọu t ng giữa các dậy đai

Chọn z = 2; suy ra C = 0,95 ; thz ỏa yêu cầu

1.2.7 Kích thước chủ y u cế ủa đai

Hình 3: Kết cấu bánh đai thang

Các giá trị s ,t , h0 được chọn theo bảng 3

Thông số Ký hiệu Giá trị các thông số

1.3.1 Lực căng ban đầu và ực tác dụng lên trục l

Khi tác dụng lên bánh đai một momen xoắn T thì trên hai nhanh đai xuất hiện hai lực căng F1 (trên nhanh chủ động) và F2(trên nhanh bị động)

2 Thiết k ế b ộ truyền trong h p gi ộ ả m t ốc

2.1 Tính toán bộ truyề n c p nhanh ấ ( bánh răng trụ răng nghiêng)

Thông số ban đầu:

+ Công suất truyền P1 = 5,93 kW

- Độ ắn bánh lớn là 235 HB ứ r , ng suất bền σb = 750 MPa, ng su t chứ ấ ảy σch = 450 MPa

N K

N

=

Số chu kì cơ sở: N = 5.10FO 6chu kì

Do tải trọng không đổi theo thời gian nên ta có:

NFE1 = NHE1, NFE2 = NHE2

NFE1 và NFE2 đều lớn hơn NFO, ta ch n Kọ FL1 = KFL2 = 1

Ứng suất uốn cho phép sơ bộ ủa 2 bánh: c

Ta chọn h s ệ ố chiề ộu r ng vành răng tiêu chuẩn theo b ng 6.6 (*): ả –ba

Bảng thông số bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Thông số Kí hiệu Giá trị các thông số

Ứng suất tiếp tính toán:

Nếu cặp bánh răng làm bằng thép thì: ZM = 275 Mpa 1/2

Hệ s ố ảnh hưởng của tổng chiều dài tiếp xúc:

Hệ s ố xét đế ảnh hưởn ng của điều kiện bôi trơn, thông thường ch n K = 1 ọ l

Hệ s ố ảnh hưởng của kích thước răng: 1

s

x

Do bánh răng không dịch chỉnh nên x = 0

Số răng tương đương:

Ta kiểm nghiệm độ ề b n uốn cho bánh dẫn là bánh có độ ề b n thấp hơn

Ứng suất uốn được tính theo: F t F

Vậy độ bền uốn được thoả

2.2 Tính toán bộ truyề n c p ch ấ ậm( bánh răng trụ răng thẳ ng)

Thông số ban đầu:

+ Công suất truyền P = 5,7 kW 2

H

HL H2 0Hlim2

FE

N K

N

=

Số chu kì cơ sở: N = 5.10FO 6chu kì

Do tải trọng không đổi theo thời gian nên ta có: NFE1 = NHE1, NFE2 = NHE2

NFE1 và NFE2 đều lớn hơn NFO, ta ch n Kọ FL1 = KFL2 = 1

Ứng suất uốn cho phép sơ bộ ủa 2 bánh: c

2.2.3 Hệ s ố chiề ộng vành răng và hệ ố t p trung tu r s ậ ải trọng

Ta chọn h s ệ ố chiề ộng vành răng tiêu chuẩu r n theo b ng 6.6 (*): ả –ba

Theo tiêu chuẩn trong b ng 6.8 ả – (*), ta ch n m 4 ọ = mm

b S ố răng bánh răng trụ răng thẳng

Số răng bánh dẫn:

1 ch

Bảng thông số b ộ truyền bánh răng trụ răng th ẳng

Thông số Kí hiệu Giá trị các thông số

2.2.10 Kiểm nghi m ệ ứng su t tiấ ếp xúc cho phép

Ứng suất tiếp tính toán:

Nếu cặp bánh răng làm bằng thép thì: ZM = 275 Mpa 1/2

Hệ s ố ảnh hưởng của tổng chiều dài tiếp xúc:

1 2 α

Hệ s ố xét đế ảnh hưởn ng của điều kiện bôi trơn, thông thường ch n K = 1 ọ l

Hệ s ố ảnh hưởng của kích thước răng: 1

Ta kiểm nghiệm độ ề b n uốn cho bánh ị ẫn là bánh có độ ề b d b n thấp hơn.

Ứng suất uốn được tính theo: F t F

Chọn từ bảng các giá trị: k1 = 10 mm ; k 10 2= mm ; k3 = 15 mm ; hn = 17 mm Chiều dài đoạn mayơ bánh đai: lm12 = (1,2 1,5) d = 50 mm 1

Chiều dài mayơ bánh răng: lm13 = (1,2 ÷ 1,5) d = 53 mm 1

Suy ra:

dA1 ≥ 0 mm ; d 1,05.29,68=31,2 B1 ≥ mm (tính toán trừ hao ti t di n then) ế ệ

dC1 ≥ 26,96 mm ; dD1 ≥ 24,97 mm

Theo tiêu chuẩn, ta chọn đường kính các tiết diện như sau:

Tiết diện l p ắ ổ lăn: d = d 30 A1 C1= mm

Tiết diện lắp bánh răng: dB1 = 35 mm

Theo tiêu chuẩn, ta chọn đường kính các tiết diện như sau:

Tiêt diện lắp ổ lăn: d = d 40 B2 D2= mm

Tiết diện l p ắ bánh răng thẳng : d = 45 B2 mm

Tiết diện lắp bánh răng nghiêng: dC2 = 45 mm

34

Tiết diện l p ắ ổ lăn: d = d = 55 B3 D3 mm

Tiết diện lắp bánh răng: dC3 = 60 mm

sσvà sτ là hệ số an toàn chỉ xét riêng theo điều kiện uốn và xoắn

Điều ki n b theo hệ số an toàn: ệ ề s s

[s] là hệ số an toàn cho phép, l y trong khoảng từ 1,5 ÷ 2,5 ấ

Giá trị sσ và s được xác định theo công thứτ c:

s =

K τ + ψ τ

σ-1 = (0,4 0,5) ÷ σb = 0,45 883 = 397,35 MPa

τ-1= (0,22÷0,25) σb = 0,23 883 = 203,09 MPa

σa, σ , τm a, τm là biên độ và giá trị trung bình của ứng suất

Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đố ứng: i x

a amax

M

σ = σ =

W ; σ = 0 với W là momen cản uốn m

Ứng suất tiếp thay đổi theo chu kì mạch động khi trục quay 1 chiều:

Chọn β = 1,5 khi dùng phương pháp thấm cacbon

Các tiết diện lăp ổ lăn chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi, các tiết diện có then chọn kiểu lắp trung gian có độ dôi kế ợp với lắp then t h

Tiết diện Đường kính,

then

Lắp chặt

Rãnh then

Lắp chặt

Dựa vào bảng trên ta thấy các tiết diện đều tho ả điều kiện an toàn

3.5 Kiểm nghi m then ệ

Kiểm nghiệm đồ b n dề ập theo công thức sau:

ll là chiều dài làm việc của then (then đầu tròn ll = l – b, then đầu b ng l = l), mm ằ l

t2 là chiều cao ch u t i cị ả ủa rãnh mayơ, mm Được tính dựa vào quan hệ hình học:

Trị ố s ứng suất cắ cho phép của thép và gang:t

- Khi chịu tải trọng tĩnh: c = 120 MPa

- Khi chịu tải trọng va đập nhẹ c = 90 MPa

- Khi chịu tải trọng va đập m nh ạ c = 50 Mpa

4.1.3 Kiểm nghi m khệ ả năng tả ổ i

Tải trọng động quy ước Q được tính theo công thức sau:

Q = (XVFr + YFa)ktkd

Trong đó:

Fr, F a:tải trọng hướng tâm và tải trọng d c trọ ục, kN

V : hệ s k ố ể đến vòng nào quay; khi vòng trong quay V = 1; khi vòng ngoài quay V = 1,2 Ở đây ta chọn V = 1

kt : hệ số k ể đế ảnh hưởn ng của nhiệt độ, k = 1 khi nhit ệt độ < 105θ 0C; kt = (108 + 0,4θ)/150 khi = 105 250θ – 0C Ở đây ta chọn k = 1 t

Tải trọng quy ước trên ổ

Q1 = (XVF + YFr a)ktkd = (0,56.1.1930,87 1,71.587).1.1 = 2085 N+

4.1.4 Kiểm nghi m khệ ả năng tải tĩnh

Tải tĩnh Q0 của ổ bi đỡ là trị ố ớn hơn trong hai giá trị ủa hai công thức sau: s l c

Q0 = X0Fr + Y0Fa và Q0 = F r

Trong đó: X0 = 0,6; Y0 = 0,5 là hệ số t i trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục, ảcho trong bảng 11.6 sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí”-Trịnh Chất, Lê Văn Uyển

40

Ta chọn sơ bộ ổ lăn sau:(phụ lục P.2.11 – sách “Tính toán thiết kế h dệ ẫn động

cơ khí”-Trịnh Chất, Lê Văn Uyển)

Kí hiệu d, mm D, mm b, mm r, mm Đường kính

bi, mm

C, kN C0, kN

4.2.3 Kiểm nghi m khệ ả năng tả ổ i

Tải trọng động quy ước

Tải trọng động quy ước Q củ ổ a bi đỡ chặn được tính theo công thức sau:

4.2.4 Kiểm nghi m khệ ả năng tải tĩnh

Tải tĩnh Q0 của ổ bi đỡ là trị ố ớ hơn trong hai giá trị ủa hai công thức sau: s l n c

Q0 = X0Fr + Y0Fa và Q0 = F r

Trong đó: X0 = 0,6; Y0 = 0,5 là hệ số t i trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục, ảcho trong bảng 11.6 sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí”-Trịnh Ch t, Lấ ê Văn Uyển

Ta chọn sơ bộ ổ lăn sau:(phụ lục P.2.11 – sách “Tính toán thiết kế h dệ ẫn động

cơ khí”-Trịnh Chất, Lê Văn Uyển)

Kí hiệu d, mm D, mm b, mm r, mm Đường kính

bi, mm

C, kN C0, kN

4.3.3 Kiểm nghi m khệ ả năng tả ổ i

Tải trọng động quy ước

Tải trọng động quy ước Q củ ổ a bi đỡ chặn được tính theo công thức sau:

4.3.4 Kiểm nghi m khệ ả năng tải tĩnh

Tải tĩnh Q0 của ổ bi đỡ là trị s lố ớn hơn trong hai giá trị ủa hai công thức sau: c

42

5 Thiết k ế nố i tr ục

Ở đây chúng ta chọn nối trục vòng đàn hồi

Hình 4 :Nối trục vòng đàn hồi

Moment xoắn tại trục là: TI 713620,52 Nmm = 713,62 = Nm

Tra bảng 16.10a sách “Tính toán thiết kế h dệ ẫn động cơ khí - T p 2ậ ”-Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, ta có các thông số nối trục vòng đàn hồi như sau

T

Nm

d D dm l d1 D0 Z nmax B B1 l1 D3 l2

1000 50 210 95 175 90 160 8 2850 6 70 40 36 40 Tiếp t c ta tra bụ ảng 16.10b để có các thông số ủ c a vòng đàn h i:ồ

Vậy nối trục thỏa s c bứ ền

[σu] =70 MPa ng suứ ất cho phép của chốt

44

MỤC LỤC

I Công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền……… 02

1 Công suấ ộng cơ………02t đ 2 Xác định s ố vòng quay sơ vộ………03

3 Phân bố ỉ ố truyền……… t s 04

4 Tính toán các thông số trên trục……… …… 04

II Tính toán thiết kế các chi tiết máy……… 05

1 Tính toán bộ truyền đai thang……….05

1.1 Chọn loại đai và tiết diện đai………05

1.2 Xác định các thông số ộ truyền……… b 07

1.3 Lực và ứng suất bộ truyền………11

1.3.1 Lưc căng ban đầu và lực tác dụng lên trục……….11

1.3.2 ng suỨ ất bộ truyền……….12

2 Thiết kế ộ truyề b n trong h p giộ ảm tốc………12

2.1 Tính toán bộ truyền c p nhanhấ ……….12

2.2 Tính toán bộ truyền c p chấ ậm……… 20

3 Thiết kế trục và then………26

3.1 Ch n v t liọ ậ ệu……….26

3.2 Thiết kế sơ bộ theo momen xoắn……… 26

TRỤC I……….26

TRỤC II………29

TRỤC III……… 32

3.3 Chọn then cho các tiết diện trục………34

3.4 Ki m nghiể ệm độ ề b n trục……… 34

3.5 Ki m nghi m thenể ệ ……….36

4 Thiết kế ổ lăn……… 37

4.1 Thiết kế ổ lăn I……… 37

4.2 Thiết kế ổ lăn II……….39

4.3 Thiết kế ổ lăn III………40

5 Thiết kế ối trục……… n 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển : Tính toán thiết kế hệ d ẫn động cơ khí - Tập I,II

Nhà xuất bản giáo dục

[2] Trinh Chất : Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thu t, Hà Nội 1994 ậ

[3] Nguyễn H u Lữ ộc: Cơ sở chi ti ết máy

Nhà xuất bản ĐHQG TP Hồ Chí Minh 2010

[4] Nguyễn Trọng Hi p: ệ Chi tiết máy

Nhà xuất bản giáo dục 2008