Thiết kế hệ thống dẫn Động xích tải

Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động.. Trình tự thực hiện: Tuần l: - Tính toán động cơ điện: Chọn hiệu suất động cơ Tính công suất tương đương công

ĐẠI HỌC QUOC GIA THANH PHO HO CHI MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ

BO MON THIET KE MAY

BAI TAP LON

CHI TIET MAY

(ME2007) Học kì H/ Năm học 2022/2023

Sinh viên thực hiện: Trần Gia Bảo - MSSV: 2110799

Giáo viên hướng dẫn: Th§ Thân Trọng Khánh Đạt

Ngày bắt đầu: 23/02/2023 Ngày kết thúc: 25/04/2023

Thời gian phục vụ L(năm): 6 nắm

Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ

(1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca lam viéc 8 210)

Chế độ tải: Tì = T; tị = 45s; T› = 0.97; tạ = 50s

Nội dung thuyết minh:

1 Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động

2 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:

a) Tính toán các bộ truyền hở (đai hoặc xích)

b) Tinh các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít)

c) Tinh toan thiét kê trục vả then

d) Chono 6 lin va néi trục

Trình tự thực hiện:

Tuần l: - Tính toán động cơ điện:

Chọn hiệu suất động cơ Tính công suất tương đương (công suất tính toán) Xác định số vòng quay sơ bộ

Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện

Phân phôi tỉ sô truyền Lập bảng đặc tính Tuần 2: - Thiết kế bộ truyền đai

(Trình tự theo chỉ dẫn trong giáo trình) Tuần 3: - Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ

(Trình tự theo chỉ dẫn trong giáo trình) Tuần 4: - Thiết kế hai trục của hộp giảm tốc

(Trình tự theo chỉ dẫn trong giáo trình)

- Tính chọn tất cả then trên 02 trục của hộp giảm tốc

(Trình tự theo chỉ dẫn trong giáo trình)

- Lập trình và vẽ biểu đồ moment của mỗi truc trén Matlab

Tuần 5: - Tinh chon 6 lăn trên 02 trục của hộp giảm tốc

(Trinh tự theo chỉ dẫn trong giáo trình)

- Tính chọn nối trục vòng đàn hồi

(Trình tự theo chỉ dẫn trong giáo trình)

1.2 Tính công suất cần thiết 4 1.3 Xac dinh 86 vong quay ctha 0n -‹<«44djAAHẠHH)|ĂÀ 4

1.4 Chọn dOng co di@n eee ce eee eee teeta 11111122111 0111211111212 2k0, 4

2 PHAN PHOT LAI Ti SO TRUYEN ng 5

3 LẬP BẢNG THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT 22222222222222211122222122121222022 2.06 5

3.1 Tính công suất trên các trục 5

3.2 Số vòng quay trên các trục 5 3.3 Momen xoắn ở các trỤC -s s22 1121121122141112112112121121121211212122112122221222 z2 5

lo 7

2 Tính đường kính bánh đai 5 2.2222 21222112122111111111122111111111101212111 2211111112111 12121 112 rà 7

3 Tinh khoang cach ao ẽẽ 7

4 Tinh van téc V1 va kiém tra số vòng chạy trong một ngày 5222 222 222112211212122212112122 22224 8

7 Tinh chiều rộng các bánh đai và đường kính đ các bánh đầai 22222222221 1221122212222222112222 2222 8

§ Xác định các lực của bộ truyền AL 9

PHAN 3: THIET KE BO TRUYEN BANH RANG TRU RANG THANG MOT CÁP 10

1 Thông số cho trước -sss12142111221112111112111111221101211122111221101212222111212221112222x

2 Chọn vật liệu Á Q20 1221201121121211111 1112111111111 211 0112111112 112111112 111 111111111211 111111111111 111 1111211 xxz

3 Xác định ứng suất 1 ÔÔÔÒÔÔÒÔÔÔÒ 3.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép

3.2 ‘Ung suất uôn cho phép

4 Chọn hệ số chiều rộng vành răng và hệ số tập trung tải trọng eee 13

6 Xac dinh cdc thong 36 an Kho 13

11 Kiém nghiém banh rang về độ bên ¡on Ả 15

12 Kiểm nghiệm bánh răng về độ uốn s s22 2121121212222 221212 re 17

PHAN 4: THIET KE HAI TRUC CUA HOP GIAM TOC 20

1 Thông số cho trước S222221112211121111122111221112112111221101212122 2211222226 20

2 Chọn vật liệu và xác định sơ bộ đường kính trục 2 212212122111 11 1211211121121 1 2x1; 20

3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 522 S221 222112221211222211222 222 20

8) b)

4 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền

5 Xác định lực tác dụng lên trục, đường kính các đoạn trục

8) b)

7 Kiêm nghiệm trục 30 a) Kiểm nghiệm độ bền mỏi 2 2 2S T12 2221212121221 re 30 b) Kiểm nghiệm độ bên tĩnh 525 2s 21122112112211121222 22121222222 rre 32

PHẢN 5: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN Ö LĂN, NÓI TRỤC 33

M2 — ce ee cee ee te ee ete ee ceceeeeieceteeetieceeeneeee ete 33 b) Tre cee ee ee ee eee ee ce cece eee te ee cecieieeeeeestesiseecieeieetensneneenee 34

ON 6c 0 S22 1n 221 22 2122122122211 112gr 3ó

PHẢN 1: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1 CHỌN ĐỘNG CƠ

1.1 Chọn hiệu suất của hệ thống

Hiệu suất truyền động :

Ler = Oo Or X One X Da”

Từ bảng 3.3 tài liệu [2], ta chon:

Oz = 0.95 Hiệu suất bộ truyền đai [Ip-= 0.97 Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ kín Ont = 0.98 Hiệu suất nối trục

Hor = 0.99 Hiệu suất I cặp ô lăn

= [ch = 0.95 x 0.97 x 0.98 x 0.991 = 0.87 1.2 Tính công suất cần thiết

Công suất trên trục băng tải :

1.3 Xác định số vòng quay của động cơ

RXz

Tỷ số truyền chung :

Uh = x _ Dae

Ug Ubr ~ Ret

Chọn tỷ số truyền theo bảng 2.4 tải liệu [1]:

up; = 2.5 : tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp (3 + 5)ua=4_ : tỉsố truyền bộ truyền đai thang (2 + 5)

Tỷ số truyền chung:

Un =2.5x4=10

Số vòng quay của động cơ :

Ngh = Uch X nạ = 10x148.76=1487.6 vg/ph

1.4, Chọn động cơ điện

Từ các thông số tính được ta chọn động cơ điện thỏa:

Thạc ~ nạ,= 1487.6 vg/ph

Theo bảng P1.3 tài liệu [1] ta chọn động cơ điện có thông số như sau:

Tỷ số tryên qua bộ đai tính lại: uạ = 4

Tý số truyện qua BoP gigm t toc banh rang tinh lai:

= 2.47 LA7S

3 LAP BANG THONG SO DAC TINH KY THUẬT

3.1 Tính công suất trên các trục

Công suất trên truc III:

Số vòng quay của động cơ điện:

Momen xoăn của động cơ điện:

19.6

Momen xoăn ở trục I:

PHAN 2: TINH TOAN DAI THANG

1 Chon day dai

Với công suất động cơ 19.7kW và số vòng quay 1470 vg/ph, theo hình

4.22a tài liệu [2| ta chọn loại đai thang loại C

Dựa vào bang 4.3 tài liệu [2 | ta chọn loại đai thang loại C với các thông số

cơ bản như sau

Khi đó ta có chiêu dài tính toán của dây đai:

L=2a+, (dạ+ di)’

Theo bang 4.3 tài liệu L2l: ta chọn đai có chiêu dài L = 4000mm

Tính toán lại khoảng cách trục a: a =—————_ 4

Giá trị a vân thỏa trong khoảng cho phép

4 Tính vận tốc VỊ và kiêm tra số vòng chạy trong một ngày

Van too div Odin; [Ix250x1470

— 60000 — 60000 = 19.24 m/s

Số v vòng 2 fgaygcua đai trone một giây:

i= r A = 4.81s"!, [i] = 10s"! do dé diéu kién duoc thoa(i < [i])

7 Tính chiều rộng các bánh đai và đường kính d các bánh đai

Từ số đai z có thê xác định chiều rộng bánh đai B theo công thức (4 17) tài

liệu [1]:

B=(z- 1) + 2e =(5 — 1) x 25.5 + 2 x 17 = 136 mm

Đường kính ngoài của bánh đai theo công thức (4.16) tài liệu [2]:

đạạ = đì + 2hạ = 250 + 2 x 5.7 = 261.4 mm đạ›a = đạ + 2họ = 1000 + 2 x 5.7 = 1011.4rmm Trong đó: họ = 5.7, t = 25.5, ø = 17 là các giá trị bảng 4.4 tài liệu [1]

8 Xác định các lực của bộ truyền đai

Lực căng đai ban đầu

F,(e® + 1)

Safa yy = Fo = Allo] = A1 z [Lo]

dé tratth Say ra hÌện tượng trượt trơn ta chọn

Fo = AlQol = Ai 2 [To] = 230 x 5 x 1.5 = 1725N Trong đó: [[lạ] là ứng suất do lực căng ban đầu gây nên, ứng với dai thang ta giới hạn [[lo] = 1.5 MPa

A, la diện tích mặt cắt ngang của đai C theo bảng 4.3 tài liệu [2] z la so dây đai

Lực căng mỗi dây dai:

Fo z 5 “” — 345N

DỰ vò OP, 1000 x 19.7 F,=——— = —— _ = 1023.9 x ` N

VỊ 19.24 Lực vòng có ích trên mỗi dây dai: 204.78 N

Khi đó ta có lực căng trên nhánh căng:

Góc ôm bánh đai nhỏ Lh 134.7 (đô)

Lực tác dụng lên trục Pra 3183.92 (N)

PHAN 3: THIET KE BO TRUYEN BANH RANG TRU RANG

THANG MOT CAP

1 Thông số cho trước

Công suất truyền P = 18.7

Thời gian làm việc Lý = 6 x 300 x 2 x 8 = 28800 giờ

Quay | chiều, làm việc 2 ca, tải va đập nhẹ

2, Chọn vật liệu

Dựa vào bảng 6 1[1 | chọn thép hợp km C45 được tôi cải thiện, bánh dẫn có độ rắn lớn hơn bánh bị dẫn nhỏ nhất từ 10+ 15HB

Vật liệu Nhiệt luyện Độ rắn [ơpl (MPa) |[ơ¿,l (MPa)

Bánh chủ động | Thép C45 Tôi cải thiện | HB 180 350 610 360

Bánh bị động Thép C45 Tôi cải thiện HB 180 350 610 360

¢ Banh nho (banh dan): chon HB; = 260HB

¢ Banh lớn (bánh bị dẫn): chọn iBạ = 250HB

3 Xác định ứng suất cho phép

So chu ki làm việc cơ sở:

Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc: go = 30Hun

{ Nuoi = 30 x 260** = 1.875 x 10’ chu ky

Ny = 30 x 250??= 1.707 x 10’ chu ky Ø2

Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn:

Ngoi = Nro2 = 5 X 10° chu ky

Số chu kì làm việc tương đương xác định theo sơ đồ tải trọng:

1 i i

VỚI:

mạ; = 6: bậc của đường cong mỏi

€ = 1: là số lần ăn khớp của răng trong mỗi vòng quay của bánh răng

nị, Tị¡: là sô vòng quay và momen xoăn trong chê độ làm việc thứ 1

Vi Nagi > Nnou Nhgạ > Nnoa; Nrri > Nroy; Nrra > Nroa

Nên chọn Nng = Ngo, Ngg = Ngọ

Suy ra: Kuti = KHLa = KrLi = KgLa = 1

Ứng suất cho phép:

Dựa vào bảng 6.13[2] đôi với thép C45 tôi cải thiện ta có:

Giới hạn mỏi tiếp xúc: Ơ°U = 2HB + 70: sy = 1,1

o° = 2HB, + 70 =2 x 260 + 70 = 590 (MPa)

o° = 2HB,+ 70 =2 x 250 + 70 = 570 (MPa) Gidi han mdi uén: 0°, = 1.8HB; sp= 1.75

o° =1.8HB, = 1.8 x 260 = 468 (MPa)

o° =1.8HB, = 1.8 x 250 = 450 (MPa) 3.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Dựa vào công thức 6.38 tài liệu [2] ta có thể xác định sơ bộ được ứng suất tiếp xúc cho từng bánh răng:

4 Chọn hệ số chiều rộng vành răng và hệ số tập trung tải trọng

Bánh răng đối xứng các trục, độ cứng HH, HB; < HB 350 nên theo bảng 6.6 tài liệu [I] ta có Wfpa = Ô,3 ~ 0,5, chọn Wpa = 0,4 theo tiêu

chuẩn Theo công thức 6.16 tài liệu [1] ta xác dinh pa:

Wba = 0,53W›;a(u + 1) = 0,73564 Theo bảng 6.4 tài liệu [2] ta chọn được KHg = 1,023; Krpg = 1,04

6 Xác định các thông số ăn khớp

® M6 dun rang:

Khi H¡, Hạ < 350HB, ta sé co m = (0,01 + 0,02)a,, = 2,5 + 5mm Theo bang 6.8[1], ta chọn mô đun tiêu chuân m = 4 mm

© Số răng các bánh răng:

Tổng số răng được xác định theo công thức:

2ay 2X 250

—= = 125 răn

“1 + Z2 m 4 g

Số răng bánh dẫn: -7Z112 _ 36,023 răng

u+l Z1

= 13 x4=

Vị v < 3 nên ta có thê chọn cấp chính xác là 9 theo bảng 6.3 tài liệu [2]

9 Xác định giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền

Lực pháp tuyến F„nằm trên mặt phẳng pháp trùng với mặt phẳng ngang

và phân tích thành hai thành phần lực vòng và lực hướng tâm F7:

Pr

trong do: T; — mé men xoan trén banh rang dan 1, Nm

đự — góc ăn khớp thường lấy 20°

11 Kiểm nghiệm bánh răng về độ bền tiếp xúc

Nếu xem hai bề mặt răng như hai hình trụ tiếp xúc với nhau, khi đó ta có thể xác định []„ theo công thức Hertz:

nƠN = ZMM/

U Trong đó:

đn là cường độ tải trọng pháp tuyến được xác định theo công thức:

Thay vào công thức Hertz ta được:

ZMZ“H#: ah x 10° x Ky(u + 1)

2EIEa

4t = Yn[Ea(1 — i2) + E¡( — gạ?)]

Với: Eq, Ea - môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo bánh răng dẫn và bánh bị dẫn

Mu, Ha - Hệ số Poisson của vật liệu chế tạo cặp bánh răng Đối với cặp bánh răng bằng thép thì E¡ = E› = 2,1 x 10° MPa va py = po = 0,3 khi đó Zw = 275MPa!2

Z¿: Hệ sô ảnh hưởng của tông chiêu dài tiệp xúc

Z1 Z2 89

> Z, = 0.865

Hệ số tải trọng tính:

Ky = Kup Kay Trong do:

Hệ số tập trung tai trong Ky = 1,023

Hé sé tai trong déng Ky, = 1.16

= Ky = 1,18668

275 X 1,76 x 0,865 và x 485.95 x 10° x 1.18668 x (2.47 + 1)

= 370.08 (MPa) Ứng xuất tiếp xúc cho phép:

12 Kiểm nghiệm bánh răng về độ uốn

Ứng suất uốn cho phép:

ong

Tr đập] = ơ

n

Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám; Yạ = 1 khi phay và mài răng Hệ số kích thước; khi tôi bề mặt và thấm nitơ:

Y; = 1,05 — 0,005m = 1,05 — 0,005 x 4 = 1,03

Hệ số độ nhạy vật liệu bánh răng đến sự tập trung tải trọng

Ys = 1,082 — 0,172 log m = 1,082 — 0,172 x log 4 = 0,978 Suy ra:

lop] = 267,43 x 1 x 1,03 x 0,978 x 1 = 269,4 (MPa)

[ơr;l = 257,14 x 1 x 1,03 x 0,978 x 1 = 259,03 (MPa) Xac dinh Yp la ệ số dạng răng được tính theo công thức 6.80 tài liệu [2]:

Kiểm tra độ bền uốn theo bánh có đặc tính so sánh độ bền uốn thấp hơn, ta

274 Xx 2 x 485,95 x 10° x 3,8367 x 1,04 x 1,3

10ˆYriKrgKrv

—0ri dvib.im 144x 105 x4

= 83,357 (MPa) Như vậy OF; = 83,357 (MPa) < [ơri] = 267.43 (MPa) Điều kiện về

độ bền uốn được thỏa mãn

13 Bảng thông số bộ truyền bánh răng

Kiểm tra Tính toán Cho phép So sánh

Ứng suất tiếp xúc 370.08 (MPa)| 477,12 (MPa) ơn < [ơn]

Ứng suất uốn 83,357 (MPa) | 267.43 (MPa) Of < [orl

Thông số Ký hiệu Đơn vị | Kết quả tính toán

Duong kinh vong chia dy dz mm 144 356

Đường kính vòng lăn dwi | dựa | mm 144 356

Đường kính đỉnh răng dại dap mm 152 364

Đường kính đáy răng dạ dạ mm 134 346

PHAN 4: THIET KE HAI TRUC CUA HOP GIAM TOC

1 Thông số cho trước

Moment xoắn trên các trục:

® Trục I: 7= 485,95 Nm

® Trục II: T¡= 1141,12 Nm

2, Chọn vật liệu và xác định sơ bộ đường kính trục

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45 có []jy = 600 MP4, ứng suất xoắn cho phép [[]l = 15 + 25 Mpa

Trục I: đị = 50mm Trục II: đạ = 63mm

3 Xác định khoảng cách giữa các gỗi đỡ và điểm đặt lực

I=lh+2x+w Trong đó: x = 8 + 15 mm,

h= by = Wha X Aw

w — tra bang 10.3 tai ligu [2] Voi T; = 485,95 Nm, ta c6 théchon f = (80 + 115mm, w = (45 + 85) mm Khi đó ta có các 914 tri:

lị= bị = 105 ram x= 10mm

w = 85mm f=110 mm Suy ral] = 105+ 2 x 104+ 85 = 210 mm b) Trục H:

Theo tài liệu [2], ta chọn trục theo kết cầu của hình 10.16, khi đó ta sẽ có các thông số của trục:

Khoảng cách giữa các ô trong hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp:

I=lạ+2x+w Trong đó: x = 8 + 15 mm,

w = 95 mm f=135 mm Suy ra:Ï = 100 + 2 x 10 + 95 = 215mm

4 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền

Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng: