Thuyết minh tính toán thiết kế Đồ án truyền Động cơ khí – prmd310523

Tính toán công suất, tốc độ trục công tác 2.3.. Bảng thông số kỹ thuật hệ thống truyền động III.. Xác định các thông số hình học bánh đai 3.6.. Xác định lực căng đai, lực tác dụng lên tr

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Mai Đức Đãi

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN:

Tp HCM, Ngày 24 tháng 12 năm 2023

Trường ĐHSPKT TP.HCM

Khoa : Cơ khí Chế tạo máy

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ - PRMID310523

- _ Tải trọng không đổi, quay một chiều

-_ Thời gian làm việc 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca)

- _ Sai số tỈ số truyền hệ thống |Au/u| < 5%

Số liệu cho trước:

GVHD: TS Mai Dire Dai Chữ ký:

Ngày nhận đề: 28/08/2023 Ngày bảo vệ:

3 | Trọng lượng vật liéu tron G, (N) 2200

I Tính toán công suất, tốc độ trục công tác

2.3 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống truyền động

III Tính toán, thiết kể bộ truyền đai

3.1 Thông số đầu vào

3.5 Xác định các thông số hình học bánh đai

3.6 Xác định lực căng đai, lực tác dụng lên trục

6.3 Tính toán thiết kế trục theo điều kiện bền, chọn then

I Tinh todn céng suất, tốc độ trục công tác

1.1 Thông số đầu vào

— Nang suat,Q = 14500 kg/h

— Đường kính thùng trộn, D = 0,55 m

— Trọng lượng vat liéu trén, G, = 2200 N

— Géc nang vat liéu,@ = 82°

m = , hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số chứa vật liệu trộn

K = 200, hằng số phụ thuộc vào các thông số hình học và động học của máy [1]

D =0,55m, đường kính thùng trộn

8 = 39, góc nghiêng của thùng so với phương nằm ngang [1|

- Tốc độ quay của thùng, my (oòng/phút) [1]

P= TT” 0,2376 mm“, diện tích tiết diện ngang của thùng

p = 1300 kø / mŠ, khối lượng riêng của vật liệu

1

=1, hệ số chứa vật liệu |

1.3 Công suất trên trục công tác

- Công suất nâng vật liệu lên độ cao thích hợp, P¡ (kW) [1Ì

_ Gy Ro (4 - cosa) 0

a

G, = 2200 N, trong lueng vật liệu trộn

Ro = 3" 0.1833 ?n, khoảng cách giữa trọng tâm khối vật liệu và tâm thùng quay

a = 82°, g6c nang vat liéu

T+ Niy

w@= 30 = 7,323 rad/s, tốc độ góc của thùng quay

- Công suất trộn vật liệu, P; (kW)[1]

P, = Gy.Ro.@.sina.1073 = 2,9247 kW

II Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền

2.1 Thông số đầu vào

- Công suất làm việc của thùng trộn, P„ = 5,1713 kW

- Số vòng quay trên trục thùng trộn, my = 69,93 uòng/phút

2.2 Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền

- Công suất cần thiết trên trục động cơ [2]

Py

Potac = 7 = 5,9010 kW

n= Na X (Not) X Nor X Men = 0,88 - hiéu suat truyền toàn hệ thống Tịạ = 0,96 - hiệu suất bộ truyền đai (hở)

Not = 0,99 - hiệu suất truyền động 1 cặp ổ lăn

Np = 0,96 - hiệu suất bộ truyền bánh răng tru răng nghiên (kín) T]y„ = 0,98 - hiệu suất nối trục

- Phân phối tỉ số truyền [2]

Usp = Ug X Up, - tỈ số truyền sơ bộ

Chọnsơbộ +4 = 4 - tỉ số truyền bộ truyền đai

Upp = 5 - tisd truyén bộ truyền bánh răng

2.3 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống truyền động

- Công suất trên trục công tác

Pty _ 5,1713 1? 0,99 = 5,2235 kW

Uy = Up, = 5: TST bé truyén banh rang

- Số vòng quay trục công tac

TII Tính toán, thiết kế bộ truyền Đai

3.1 Thông số đầu vào

- Công suất cần thiết trên trục động cơ P = Pg = 5,9010 kW

- Tỉ số truyền bộ truyền đai = uạ = 4

- Số vòng quay động cơ n0 = na, = 1430 ving /phit

3.2 Chọn loại đai và tiết diện đai

Dựa vào công suất, tốc độ quay trục dẫn tra bảng 4.12 [2] chọn loại đai thang thường có các thông số kỹ thuật như sau:

Tiết diện đai Đường kính d Chiều dài đai

Loại đai (mm) | (mm) | (mms) | banh dai dan (mm) 1,2dmin giới hạn (mm)

= 13,477 m/s, thoa điều kiện v < 25 m/s

Chọn đường kính bánh đai bị dẫn theo điều kiện tiêu chuẩn đ; = 710 rrưn

- Tính tỉ số truyền thực tế bộ truyền đai

710

“a~ax(1—€) 180x(1-0,02 ) = 4,02 %

Chọn sơ bộ khoảng cách truc a = 630 mm

- Tính sơ bộ chiều dài đai [2]

Le 9 4 th +) (dy - d,)?

L=2-630+ (180 + 710) (710-180)?

———s—— † —q1rậ0 4- 630 — = 269,5 mm

Chon chiều dài đai theo tiêu chuẩn [2] L = 2800 mm = 2,8m

- Kiểm nghiệm số vịng chạy của đai trong 1 giây

ø_ 13,477 AB ve b=7= 28." vong / giay

i=4,8< 10 thỏa điều kiện sé vong chay cha dai trong mét giay cho trường hợp đai thang

- Tinh chinh xac khoang cach truc [2]

Po

l = 4,2354, công suất cho phép xác định bằng thực nghiệm tra bảng 4.19 (nội suy heo giá trị vận tốc

Chọn z = 2 sợi đai 3.5 Xác định các thông số hình học bánh đai

3.6 Xác định lực căng đai, lực tác dụng lên trục

- Lực căng đai (cho một sợi đai) [2]

Z = 2,số sợi day dai

v = 13,477 m/s, van toc dai

FE, = Qmv* = 32,332131 N, luc cang do lc li tamsinhra

Gm = 0,178 kg/m, khoi lwong 1 mét chiéu dai dai B, tra bang 4.22

3.7 Bảng thông số kỹ thuật bộ truyền

IV Tính toán, thiết kế bộ truyền bánh răng

4.1 Thông số đầu vào

- Số vòng quay motor, ng, = 1430 vong/phit

- Số vòng quay trên trục công tác, n„ = 69,93 òng/phút

- Công suất trên trục dan, P = P, = 5,6649 kW

- Số vòng quay trén truc dan, n = n, = 357,5 vong/phit

- $6 vong quay trén truc bi d4n, nz = 71,5 uòng/phút

- Tỉ số truyền bộ truyền bánh răng, = 1„„ = 5

- Tuổi thọ bộ truyền, l„ = 5 x 300 x 6x 2 = 18000 giờ

- Moment xoan trên trục dẫn, T = T¡ = 151329 N - mm

- Tỷ số truyền thực tế bộ truyền đai, uạ;; = 4,03

- Ứng suất tiếp xúc cho phép [2]

ñ = v0,5- ({of| + |ơi:]) = 495,64 MPa

On? = 481,82 MPa

H

Om = 2° HB, +70 =2-245+70 = 560 MPa 0m2 = 2: HB; + 70 = 2- 230 + 70 = 530 MPa

, ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở của bánh răng

Sy = 1,1,Hé s6 an toàn khi tính uề tiếp xúc

10

Ky, = en 0,589, Hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng thời gian phục vu

Nyo1 = 30: HB?* = 16259974 Nyo2 = 30° HB2* = 13972305

, số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi tiếp xúc

Nụp = 60 - c-n - l„ = 386100000

, số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

c = 1,số lần tiếp xtic/vong quay

n = 357,5 vong/phut, s6 vong quay

Ly = 18000 gid, thoi gian phuc vu

nụ = 6,bậc đường cong mỏi khi thử uề tiếp xúc

Vì Nugị > Nuọi > lay Nye: = Nuo1 > Kurt = 1

Nhgạ > Nuo2 > lay Nug2 = Nuo2 > Kurz = 1

- Ứng suất uốn cho phép [2]

ọ _ OF limi + Kee ' Ẩm

00 = 18 - HBị = 1,8 -245 = 441 MPa ø),„ = 18 - HB; = 1,8- 230 = 414 MPa

, ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở của bánh răng

Sp = 1,75, Hệ số an toàn khi tính uề uốn Kpc = 1,Hệ số xét đến ảnh hưởng cài đặt tải

mp N;

Kp, = V—2 = 0,467,Hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng chế độ tải trong

Neg Ngọ = 4.10, số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử uốm

Neg = 60-c-n- Ly = 386100000

, số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

c = 1,số lần tiếp xtic/vong quay

n = 357,5 vong/phut, s6 vong quay

11

Mr = 6,bac dudng cong mdi khi thừ uề uốn

Vì Nggị > Ngại > lay Negi = Noi > Krii = 1 Ngry > Ngọ; => lay Neg2 = Nro2 > Kriz = 1

- Ứng suất cho phép khi quá tải [2]

Ứng suất cho phép tiếp xúc khi quá tải Bánh răng dẫn

On| = 2,8 Ocn1 = 2,8 580

anh rang bj dan

Oyo| = 2,8 Oey = 2,8.450 = 1260 MPa

Ứng suất cho phép uốn khi quá tải ánh răng dẫn

T, = 151329 N-mm,moment xoan trén truc chi dong

ñ = 495,64 MPu, ứng suất tiếp xúc cho phép Ñ„ = 43 MPa!⁄3, hệ số phụ thuộc vật liệu cặp bánh răng, loại răng nghiêng 2| Wha = 0,315, hé 86 chiều rong vanh khan 2|

Kug = 1,06, hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng uành khăn,

tra theo trị số tÙyạ = 0,53 - Ủyạ - (u + 1) = 1,002 2|

chon ay = 195mm 4.5 Xác định thông số ăn khớp

- Médun, m (mm) [2]

Mmin SMS Mmax

Mmin = 0,01 - ay, = 0,01 - 192,379 = 1,95 mm Mmax = 0,02 - g„ = 0,02 - 192,379 = 3,9 mm Theo tiêu chuẩn chọn môđun mm = 3mm

- Chọn sơ bộ góc nghiêng răng

12

=> chon Z, = 106 rang

- Tính lại chính xác góc nghiéng rang [2]

_ m(Z¡+Z;) _ 3-(21+105)

= = 0,97692 2dy 2-195 ;

cos B

Théa diéu kién cos 20° < cos B < cos8° > B = 12,339

- Tinh lai chinh xac khoang cach truc ay [2]

b= arctan(0,205) = 11,589, góc nghiêng răng trên hình trụ cơ sở tan ñp = cos đ; - tan B = 0,205

= |uss 32 (1+ ae) | cos(12.33 )

= 1,658, hé sé tring khop ngang

bysinB 61,4- sin 12,33° 139 hê số trùng khớp d

n, = 357,5 0òng/phút, số uòng quay trên trục dẫn Ứng suất tiếp xúc cho phép

ñ = v0,5(|øj:| + |ơi:]) = V0,5 - (509,092 + 481,822) = 495,64MPa

Sai lệch độ bền tiếp xúc

Aoi, tH=” = ÍPHỆ TẾT 1000 = lau 0=” CS 195.64 1" 1oy% = 2,939 _-

- Kiểm nghiệm răng - bền uốn [2]

ïp =1— Foe = 0,912,hệ số kể đến độ nghiêng của răng

Yrị = 4,hệ số dạng răng của bánh dẫn 2|

44 v1 = cos? B B = Cz 330) - Yrạ = 3,6, hệ số dạng răng bánh bị dẫn 2|

= 22,52, số răng tương đương bánh dẫn

2y2 = 53 B 8 E cos3(12, 330) = = 113,69, số răng tương đương bánh bị dẫn

Kp = KrgÄrpayy = 1,605, hệ số tai trong khi tính về uốn 2|

Kpg = 1,14, hệ số kể đến sự phần bố không đều tải trọng trên chiều rộng uành khăn khi tính 0uề uốn 2|

Kp„ = 1,37, hệ số kể đến sự phân bố không đều tai trong cho các đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính 0uề uốn 2|

15

Kry = 1 + ————

Fv TOOT Keg Kea = 1,028 2|

1> 195

vp = br govV% = 0,006 73 1,217: ¥— = 3,302 m/s 2|

Op = 0,006,hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp

- Kiểm nghiệm răng - trường hợp quá tải

Kiểm tra ứng suất tiếp xúc cực đại cho phép [2]

Cumax = OxW Ry = 481,12V1 = 481,12 < ae = 1260 MPa

Kiểm tra ứng suất uốn cực đại cho phép [2]

Bánh dẫn: Øp+„ax„ = Øp+VÑq¡ = 89,92V1 = 89,92 < [oi en = 252 MPa

Banh bi dan: of: max = 072VKq = 80,93VT = 80,93 < [on = 236,57 MPa

Kg ; = 1,hệ số quá tải 4.8 Tính lực tác dụng khi ăn khớp

- Lực vòng [2|

2T, _ 2-151329 F.,=——=

Công suất trục bánh răng dẫn Pi 5,6649 (kW) Tốc độ quay của trục dẫn nt 357,5 (vòng/phút)

Mô men xoắn trên trục dẫn Ti 151329 (Nmm)

Đường kính vòng lăn bánh bị dẫn dw2 325,5 (mm) Đường kính vòng đỉnh bánh dẫn dai 70,5 (mm) Duong kinh vong dinh banh bi daz 331,5 (mm) dan

Đường kính vòng đáy bánh dan dit 57 (mm) Đường kính vòng đáy bánh bị dẫn dị; 318 (mm) Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng Ou 481,12 (MPa) Lực tác dụng khi ăn khớp

V Tính chọn nối trục

5.1 Thông số đầu vào

- Moment xoắn danh nghĩa cần truyền,T = T; = 719117 N - mm

- Đặc trưng tải trọng: Thùng trộn

5.2 Chọn nối trục

- Moment xoắn xính toán sử dụng cho công tác lựa chọn nối trục, T; [2]

T, =k-T = 1078675 N - mm

k = 1,5, hệ số an toàn làm việc phụ thuộc vào loại máy công tác (băng tải)

T = 719117 N -rnm,r1noment xoắn danh rrghĩa trên trục

- Tính chọn đường kính sơ bộ tại vị trí lắp nối trục [2]

Từ moment xoắn danh nghĩa cần truyền T = 719117 N.mm và đường kính trục bị dẫn d;,

ta chọn được nối trục có các kính thước [2]

17

=> tòng đàn hồi thỏa mãn điều kiện bền dap

- Kiểm nghiệm bền uốn chốt [2]

T, = 1078675 N - mm,1noment xoắn trục lắp nối trục

Đạ = 160 am, đường kính qua tầm chốt nối trục dan hồi Chọn Fr„ = 2700 N

VỊ Tính toán thiết kế trục, chọn then

6.1 Thông số đầu vào

- Luc tac dụng lên trục từ bộ truyền dai, F.g = 1090,8 N

- Géc nghiéng bé truyén dai, a = 30°

- Lực nối trục, F„„„ = 2700 W

- Lực tiếp tuyến bộ truyền bánh rang, F, = 4693,2 N

- Lực hướng tâm bộ truyền bánh răng, F; = 1789,8N

- Lực dọc trục bộ truyền bánh rang, F, = 1026,1 N

- Dwong kinh vong lan banh dan, d,,, = 64,5 mm

- Dwong kinh vong lan banh bi dan, dy2 = 325,5 mm

6.2 Chon vat liéu

ALIA wa ^ độ cứng giới hạn bền giới hạn chảy

19

- Sơ đồ phân tích lực tác dụng từ các bộ truyền

Fray = Fra: sina = 1090,8- sin(30°) = 545,4N

- Tính sơ bộ đường kính trục từ điều kiện bền cắt [2]

- Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải

Trị số các khoảng cách k1, kạ,ks,h„ [2]

kị = 13,khoảng cách từ mặt mút của chỉ tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chỉ tiết quay, Kị = 8 ~ 15

k¿ = 10, khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp, kạ = 5 + 15

ka = 14, khoảng cách từ mặt mút của chỉ tiết quay đến nap 6,k3 = 10 + 20 h„ = 18, chiều cao nắp ổ uà đầu bulông, h„ạ = 15 + 20

Chiều dài mayơ bánh đai, bánh răng trên trục I [2]

Pa = ®mịa = (L2 + 1,5)dị = 42 + 52,5 mm

chọn 1a = „1a = 46 mm Chiều dài mayơ nửa khớp nối trên trục II [2]

£m = (1,2 + 2,5)d; = 66 + 137,5 mm

chon €yo2 = 75mm Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải:

Trục I Khoảng cách từ ổ lăn bên trái đến bánh đai [2]

®ịa = |—£f„„| = |—(0,5 q2 - (ma + bại) + k; + h„)| = 65,5 mm Khoảng cách từ ổ lăn bên trái đến bánh răng [2]

£43 = 0,5- (€m13 + bor) + ky + ky = 56,5 mm

Khoang cach hai 6 lan [2]

+ =2: +; = 113 mm Truc II

Khoảng cách từ ổ lăn bên phải đến khớp nối [2]

Đạa¿ = 0,5 - (Pmạ; + doz) + ky + ky = 76mm

Khoảng cách từ 6 lăn bên trái đến bánh răng [2]

f2 = f1 = 56,5 mm Khoảng cách hai ổ lăn [2]

#21 = ?1 = 113mm

21

Phản lực tại các gối đỡ trục Trục I

Fax = F>a - cos 300 = 1090,8 - cos 30° = 944,6N

Fray = F.q sin 30° = 1090,8- sin30° = 545,4 N

Xét trên mặt phẳng zOy Phương trình cân bằng moment tại điểm A:

© Fray + Roy — Fin + Rpy = 0

© Rpy + Roy = —(Fray — Fit)

© Fray + Rex — Fra + Rox = 0

© Rpy + Rox = —(Frax — Fit)

325,5 = 167006N-mm

Ty! = T) = 719117 N-mm F„„„ = 2700 N

Xét trén mat phang zOy Phương trình cân bằng moment tại điểm E:

23