TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆPKHOA CƠ KHÍ --- ĐỒ ÁN I - CHI TIẾT MÁY ĐỀ SỐ 5 THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Loại hộp: Hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh Sinh viên thực hiện: P
CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
1.1-Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền: a Ý nghĩa của việc chọn hợp lý động cơ điện
Chọn động cơ điện là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế hộp giảm tốc, ảnh hưởng đến hiệu quả và tính kinh tế Việc lựa chọn động cơ điện hợp lý giúp tối ưu hóa công suất và vật liệu chế tạo hộp giảm tốc, từ đó tiết kiệm nguyên vật liệu và giảm chi phí sản xuất bộ truyền Bên cạnh đó, việc xác định công suất cần thiết của động cơ cũng là yếu tố không thể thiếu trong quá trình này.
Xác định công suất cần thiết của động cơ
Công suất cần thiết của động cơ được xác định theo công thức 2.8(tr19-t1)
Pct (kW) là công suất cần thiết trên trục động cơ.
Plv (kW) là công suất tính toán trên trục máy công tác
Là hiệu suất truyền động η
Từ biểu đồ tải trọng ta có: T2= 0,65T1
Vậy ta có theo công thức 2.10(tr18-t1):
Với: F = 14000 (N) là lực kéo băng tải. v = 0,46 (m/s) là vận tốc băng tải
Mà hiệu suất truyền động (η) được tính dựa trên hiệu suất các bộ truyền hệ thống dẫn động theo công thức 2.9(tr24-t1) η = η ã η ã η ã 1 2 3
Theo bảng 2.3 (trang 19 - t1), các hiệu suất được xác định như sau: ηk = 0.99 (hiệu suất bộ truyền khớp nối trục), ηol = 0.995 (hiệu suất các ổ lăn được che kín), ηbrt = 0.97 (hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được che kín) Khi phân đôi, dòng công suất chỉ tính hiệu suất cho một cặp bánh răng ở cấp phân đôi với ηbrc = 0.97 (hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ nghiêng được che kín) và ηđ = 0.95 (hiệu suất truyền đai hở) Tổng hiệu suất được tính là η = 0.99 * 0.995 * 0.97 * 0.97 * 0.95 = 0.867.
Vậy công suất trên trục làm việc là: Pct= 7.428 (kW) c Xác định tốc độ đồng bộ của động cơ
Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống là ut
Theo bảng 2.4( trang 21-t1) với truyền động đai
Uhlà tỉ số truyền của hộp giảm tốc
Udlà tỉ số bộ truyền ngoài (bộ truyền đai)
Số vòng quay của trục công tác là nlv: công thức 2.16( trang 21-t1) nlv= n =ct 60000 ã ⅴ = 28.91 (vũng/phỳt) π ã 𝐷 = 60000 ã 0,46
Trong đó: v= 0,46 m/s: vận tốc băng tải
D= 304 mm: Đường kính tang quay
Số vòng quay sơ bộ của động cơ n sbđc là: nsbđc= nlvãut= 28.91 50 = 1445.5 (vũng/phỳt)ã
Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ là nđb= 1455 (vòng/phút)
Quy cách chọn động cơ phải thỏa mãn đồng thời : Pđc Pct, nđbđc≈ n vàsb
(với T là momen tải trọng lớn nhất T = T )1
Ta có: P ct = 7.428 kW ; n đbđc = 1455 vòng/phút ; 𝑇 𝑚𝑚
Ta chọn được kiểu động cơ là: 4A132S4Y3
Có các thông số kỹ thuật của động cơ như sau :4A132S4Y3
Bảng 1.1: Các thông số kỹ thuật của động cơ
Kết luận động cơ 4A132S4Y3 phù hợp với yêu cầu thiết kế.
1.2-Phân phối tỉ số truyền a Xác định tỉ số truyền u của hệ thống dẫn động t
Tỉ số truyền của hệ thống dẫn động được xác định bằng tỉ số giữa số vòng quay đầu vào và số vòng quay đầu ra của bộ truyền Công thức tính tỉ số truyền là ut = ndc / nlv Trong đó, ndc là số vòng quay của động cơ điện, được chọn là 1455 vòng/phút, và nlv là số vòng quay trên trục băng tải, với giá trị là 28.91 vòng/phút Kết quả tính toán cho tỉ số truyền là ut = 50.328 lần.
→ 𝑛𝑑𝑐 𝑛𝑙𝑣 28.91 1455 b Phân phối tỉ số truyền u t của hệ thống dẫn động cho các bộ truyền
Tỉ số truyền của hệ thống dẫn động được phân phối cho bộ truyền trong hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài (bộ truyền đai) ut= uh.ud= 50.328 (lần)
Chọn u = 20h ⇒ud= 50.328 20 = 2.5164; uh= u1.u2 u1, u2- tỉ số truyền cấp nhanh, cấp chậm.
1.3-Xác định công suất, số vòng quay và mômen trên các trục a Công suất
-Trục động cơ: Pđc= 7.5 kW
-Trục 3: P3= P2.η η ηol br br= 7.13 0,995 0,97 0,97 = 6.675 kWã ã ã
-Trục làm việc: Plv= P3.ηol ηđ= 6,675 0,995 0,95 = 6,31 kWã ã
Trong đó: Pđc- công suất của động cơ ; ηol, η , ηk brlần lượt là hiệu suất của ổ lăn, khớp nối và bánh răng. b Số vòng quay
-Trục động cơ: nđc= 1455 vòng/phút
-Trục làm việc: nlv= n3/ =𝑢 đ 2.5164 72.85 = 28.95 vòng/phút
Trong đó: u d _tỷ số truyền của bộ truyền đai; u1, u – tỷ số truyền cấp nhanh,cấp chậm;2 nct-số vòng quay của trục động cơ. c Mômen
Bảng tổng hợp số liệu chương 1
Trục động cơ 1 2 3 Làm việc
Tỷ số truyền Khớp u1= 5.69 u2= 3.51 Uđ= 2.5164
TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI
Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Vận tốc quay trục chủ động 𝑛 3 72.85 Vg/ph
Công suất cần truyền trên trục chủ động 𝑃 3 6.675 kW Momen xoắn trên trục chủ động 𝑇 3 875034.31 N.mm
Số ca làm việc soca 2 ca
Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài 0 độ Đặc tính làm việc - Va đập mạnh -
Ta có : vận tốc của băng v=0,46 (m/s) < 5 (m/s) và công suất𝑃 = 6 6 3
(kW).Theo bảng 4.6 (trang 53-t1) ta chọn đai dẹt Б-800 4 lớp, ko có lớp lót
2.2-Xác định đường kính bánh đai nhỏ D 1
Ta chọn D1= 200 (mm) (Bảng 4.1-tr51-t1)
Kiểm nghiệm vận tốc của đai :
Ta thấy v nhỏ hơn hoặc bằng vmax (25-30 m/s) thỏa mãn điều kiện.
2.3-Tính đường kính D 2 của bánh lớn
Theo công thức 4.2(trang 53 -t1) : Với =0,02 là hệ số trượt của đaiξ
Tỉ số truyền thực tế:
Sai lệch tỉ số truyền:
∆𝑢 2.4-Tính khoảng cách trục A và chiều dài L của đai
Khoảng cách trục A giữa 2 bánh đai tính theo công thức 4.3(tr53-1):
Chiều dài đai L được tính bằng công thức 4.4(tr54-t1):
2.5-Kiểm nghiệm góc ôm trên bánh nhỏ đai
Số lần uốn của đai trong 1 giây là:
𝑖 = 𝑣 𝐿 = 15230 3320 = 4 59 Với điều kiện 3≤ 𝑖 ≤5, vậy kết quả tính:𝑖 =4.59 thỏa mãn
Góc ôm đai bánh nhỏ theo công thức 4.7(tr54-t1): α = 180 1 ◦ − (𝐷 2 − 𝐷 1 )ã57
1100 α = 164 45 1 ◦ Với điều kiện đối với vài cao su làα 1 ≥ 150 ◦ , vậy kết quả tính thỏa mãn α = 164 45 1 ◦
2.6-Xác định tiết diện đai
Chọn chiều dày đai theo công thức bảng 4.8(tr55-t1):
Ta dùng đai dẹt Б-800 4 lớp, ko có lớp lót, trị số tiêu chuẩn = 5 (mm)δ δ Ứng suất có ích cho phép được tính theo công thức 4.10 (tr56-t1) σ 𝐹 [ ] [ ] σ 𝐹 0 ã 𝐶 αã 𝐶 𝑣 ã 𝐶 0
Ta chọn đượcσ 0 = 1.8 MPa→ 𝑘 1 = 2 5 𝑘và 2 = 10 Áp dụng công thức 4.11 (tr56-t1) σ 𝐹
Vớiα = 164 45 1 ◦ , tra bảng 4.10 (tr57-t1) ta được𝐶 α =0.94
Với𝑣 = 15 23 𝑚/𝑠 , tra bảng 4.11 (tr57-t1), ta được𝐶 𝑣 = 0.95
Vớiα = 0, tra bảng 4.12 (tr57), ta được𝐶 0 = 1
Thay số vào công thức 4.10 ở trên: σ 𝐹 [ ] [ ] σ 𝐹 0 ã 𝐶 αã 𝐶 𝑣 ã 𝐶 0 σ 𝐹 [ ] 2 25 ã 0 94 ã 0 95 ã 1
Tra bảng 4.7 (tr55), ta được𝑘 đ = 1.35
Theo công thức 4.9 (tr54-t1),ta có:
15.23 Chiều rộng đai b được tính bởi công thức 4.8 (tr54-t1)
Theo bảng 4.1 (tr51-t1), ta chọn𝑏 = 63
Từ chiều rộng đai b, theo bảng 20.16 ta tra chiều rộng bánh đai B 71(mm)
2.7-Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:
Vớiσ 0 đã chọn được khi xác định[ ]σ 𝐹 0 , tính được lực căng ban đầu theo công thức 4.12 (tr58-t1):
Lực tác dụng lên trục được tính theo công thức 4.13 (tr58-t1):
Bảng tổng hợp số liệu chương 2
STT Thông số Kích thước
8 Chiều rộng bánh đai B 71 (mm)
11 Lực tác dụng lên trục𝑅 đ 1123.57 (N)
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
Phân cấp tỷ số truyền: uh= 20 Cấp nhanh: u = 5,691
Số vòng quay trên các trục n =n 55(vòng/phút)đc 1 n2= 255.71(vòng/phút) n3= 72.85 (vòng/phút)
Momen xoắn trên các trục
3.1-Chọn vật liệu làm bánh răng
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ở đây chọn vật liệu 2 cấp bánh răng như nhau
Bánh răng lớn dùng thép C45 tôi cải thiện: 𝐻𝐵 ∼ 235 2 σ = 750 𝑏2 σ = 450 𝑐ℎ2
Bánh răng nhỏ dùng thép C45 tôi cải thiện:𝐻𝐵 ∼ 250 1 σ = 850 𝑏1 σ = 580 𝑐ℎ1
3.2-Xác định ứng suất cho phép
Theo bảng 6.2(tr93-t1), với thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn
Ta có độ rắn bánh lớn: 𝐻𝐵 2 #5
= 450 (MPa) σ 𝐹𝑙𝑖𝑚1 = 1 8𝐻𝐵 1 Theo công thức 6.5 (tr93-t1):
[σ 𝐻 ] σ= ( 𝐻𝑙𝑖𝑚 𝐻 / ) .𝑆 𝑍 𝑍 𝐾 𝐾 𝑅 𝑣 𝑥𝐻 𝐻𝐿 Nhưng theo tính toán sô bộ lấy𝑍 𝑍 𝐾 𝑅 𝑣 𝑥𝐻 = 1 và 𝑌 𝑌 𝑅 𝑆𝐾 F=1 ( ,𝑆 𝑆 𝐻 𝐹 theo bảng 6.2 tr94-t1)
Như vậy sơ bộ xác định được:
[ ] = (σ 𝐻 σ 𝐻𝑙𝑖𝑚 𝐻 / ).𝑆 𝐾 𝐻𝐿 [ ] = (570/σ 𝐻 1 1 1 ã) 1 = 518.18 (MPa) [ ] = (510/σ 𝐻 2 1 1 ã) 1 = 491 (MPa) Với cấp nhanh sử dụng răng nghiêng, do đó theo công thức 6.12(tr95-t1)
Với cấp chậm dùng răng thẳng và tính ra𝑁 𝐻𝐸 đều lớn hơn𝑁 𝐻0 nên𝐾 𝐻𝐿 =1 do để [ ]σ 𝐻 ' 𝑠𝑏 =[ ] = 491σ 𝐻 2
Theo công thức 6.2 (tr91-t1) với bộ truyền quay 1 chiều𝐾 𝐹𝐶 =1, ta được:
𝐹 = 396 ã 1 ã 1 1.75 = 226 28 Ứng suất quá tải cho phép theo công thức 6.13(tr95-t1) và 6.14 (tr96-t1)
3.3-Tính toán cấp nhanh a.Xác định sơ bộ khoảng cách trục а = 𝐾 𝑤1 а ã 𝑢( 1 + 1) ã 3 [σ ] 𝐻 𝑇 2 1 ã 𝑢 ã ψ ã𝐾 1 𝐻β 𝑏а а 𝑤1 = 43 ã 5 69 + 1( ) ã 3 48490 ã 1.15 (mm)
Theo bảng 6.7(tr98-t1), ta chọn được𝐾 𝐻β =1.15 (sơ đồ 3) b.Xác định thông số ăn khớp
Theo công thức 6.17 (tr97-t1), ta xác định mô đun: m = (0.01-0.02)ã а 𝑤 m = (0.01-0.02) 165ã m = 1.65 - 3.3Chọn m=2.5 (bảng 6.8 tr99-t1)
Chọn β (độ) do đó cosβ = 0.9848, theo công thức 6.31(tr103-t1)
Ta chọn số răng của bánh răng nhỏ là𝑧 = 1 19
Ta chọn số răng của bánh răng lớn là𝑧 2 8 Để tỉ số truyền thực là𝑢 𝑚 = 108/19 = 5.684 (lần),
0.9621𝑐𝑜𝑠 β Suy ra β = 15.84 (độ) c.Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
Do đó theo công thức 6.34(tr105-t1):
Với = 1.72ε β ≥1, ta thayε = α 1.61 vào công thức 6.36c(tr105-t1), tính được hệ số trùng khớp của răng:
𝑍 ε = ε 1 α = 1.61 1 = 0 788 Đường kính vòng lăn bánh nhỏ:
6000 Với v=3.76 (m/s) theo bảng 6.13(tr106-t1), ta xác định được cấp chính xác 9
Theo bảng 6.14(tr107-t1) với cấp chính xác 9 và v
