Thiết kế đai đồng thời thoả mãn hai chỉ tiêu Khả năng kéo v độ bền lâu TS. Trơng tất đích Bộ môn Thiết kế máy Khoa Cơ khí - Trờng ĐH GTVT Tóm tắt: Bi báo ny trình by phơng pháp thiết kế đai đồng thời thỏa mãn cả hai chỉ tiêu khả năng kéo v độ bền lâu áp dụng cho đai theo tiêu chuẩn SAE, TCVN, GOST. Summary: This paper describes method design of the belt in common of the adaptation about tension and service lìfe, his aplication for belt of their standards SAE, TCVN, GOST. 1. đặt vấn đề Ngời ta đã thiết kế đai theo khả năng kéo va độ bền lâu một cách độc lập áp dụng đối với đai theo TCVN và GOST. Nhợc điểm của phơng pháp này là số liệu dùng cho tính toán tuổi thọ quá ít vì vậy không tính đợc tuổi thọ mà chỉ hạn chế số vòng quay trong một giây. Mặt khác trớc đây các số liệu thực nghiệm về đai cũng chỉ có đối với đai theo các tiêu chuẩn GOST và TCVN. Hiện nay trong tiến trình hội nhập quốc tế đòi hỏi phải thiết kế tính toán đai không chỉ theo TCVN mà còn đối với tiêu chuẩn SAE về đai của Mỹ, úc Bài báo này muốn đóng góp một số ý kiến để giải quyết vấn đề đó trên cơ sở của phơng pháp thiết kế đai đồng thời thoả mãn cả hai chỉ tiêu khả năng kéo và độ bần lâu. ii. Phơng pháp tính đai độc lập với hai chỉ tiêu khả năng kéo v độ bền lâu Để thấy rõ sự khác nhau cơ bản giữa hai phơng pháp kể trên, ta nêu lại sơ lợc phơng pháp thiết kế đai theo từng chỉ tiêu độc lập. 1. Tính đai theo khả năng kéo Phơng pháp này dựa trên cơ sở đờng cong trợt và đờng cong hiệu suất để xác định khả năng tải của bộ truyền đai. Ví dụ: Tính toán đai dẹt. ứng suất có ích cho phép thực tế đợc tính theo công thức: [ ] [ ] bvt0pp C.C.C.C. = (1) Diện tích tiết diện của đai đủ khả năng kéo không bị trợt trơn là: [] p t F .bA = (2) trong đó: b: chiều rộng; : chiều dày đai. [ ] 0p : Trị số ứng suất có ích cho phép của đai dẹt. C t : Hệ số xét đến ảnh hởng của chế độ tải trọng. C : Hệ số xét đến ảnh hởng của góc ôm. C v : Hệ số xét đến ảnh hởng của vận tốc đai. C b : Hệ số xét đến ảnh hởng của việc bố trí bộ truyền. Các trị số của [ ] 0p và các hệ số tra ở [4]. 2. Tính đai theo độ bền lâu Khi đai làm việc ứng suất sinh ra trong mỗi tiết diện thay đổi tuỳ theo vị trí của nó đối với bánh đai, ứng suất lớn nhất khi vào bánh nhỏ có trị số lớn nhất ( ). Sự thay đổi ứng suất và số chu kỳ làm việc làm cho đai bị hỏng do mỏi. max max Phơng trình tuổi thọ của đai với tỷ số truyền i = 1, tải trọng ổn định có dạng nh sau: 0 m 0N 1 m N.T.x.U.3600. = (3) trong đó: : là ứng suất lớn nhất trong đai. U = V/L: số vòng chạy của đai trong một giây. x: số bánh đai. T 1 : tuổi thọ của đai tính theo giờ. N 0 = 10 7 : số chu kỳ cơ sở Từ đó tính ra tuổi thọ của đai theo phơng trình (3). Tuy vậy, do không đủ hoặc quá ít số liệu thực nghiệm ngời ta cha tính đợc T 1 mà chỉ bạn chế số vòng quay trong một giây. max U L V U = (4) Với U max = 3 ữ 5 với đai dẹt có vận tốc sm30V . L: chiều dài đai iii. Thiết kế đai đồng thời thoả mãn cả hai chỉ tiêu khả năng kéo v độ bền lâu áp dụng cho các tiêu chuẩn SAE, TCVN, GOST về đai 1. Thiết kế đai với hai chỉ tiêu khả năng kéo và độ bền lâu Theo chỉ tiêu về khả năng kéo ta có điều kiện: 00t 2 (5) trong đó: 0 : hệ số kéo. : 0 ứng suất căng ban đầu. Theo chỉ tiêu về độ bền lâu để cho đai không bị hỏng do mỏi ta có điều kiện: m/1 C max N C (6) trong đó: m: số mũ lấy tuỳ thuộc vào loại đai. C: hệ số lấy nh sau: đai thang C = 60 70 Mpa; đai dẹt C = 90 100 Mpa. : max ứng suất lớn nhất trên bánh dẫn khi đai vào bánh nhỏ, đợc xác định theo công thức: uVtmax 1 ++ = (7) trong đó: = f e với e là cơ số loga tự nhiên; f, là hệ số ma sát và góc ôm. V : ứng suất do lực ly tâm gây ra đợc tính theo: 2 mV V.= với m là khối lợng riêng của đai; V là vận tốc đai. : 1u ứng suất uốn khi vào bánh đai nhỏ. : t ứng suất có ích với F t là lực vòng, A là diện tích tiết diện đai. Kết hợp các hệ thức (6) và (7) ta có điều kiện: 1uV m/1 C t N C1 (8) trong đó: :N C số chu kỳ làm việc đến hỏng. ( ) hbC t L V .3600N = (9) :t h số giờ làm việc đến hỏng. : b số bánh đai có cùng đờng kính. Bằng thực nghiệm xác định ứng xuất có ích cho phép [ ] t sao cho thảo mãn đồng thời các điều kiện (5) và (8) ta sẽ đạt đợc cách tính đai đồng thời thoả mãn cả hai chỉ tiêu khả năng kéo và độ bền lâu. Điều kiện đó đợc viết dới dạng: [] t t t A F = (10) Với [ ] t đợc xác định nh sau, đối với đai dẹt: [] [] d Vb0t t K C.C.C. = (11) trong đó: [ ] Vb0t C;C;C; đã trình bày ở (1). K đ : hệ số tải trọng động tra theo bảng P.1 2. áp dụng phơng pháp tính đai đồng thời thoả mn hai chỉ tiêu khả năng kéo và độ bền lâu đối với các loại đai theo tiêu chuẩn GOST, TCVN và SAE Đối với đai theo tiêu chuẩn GOST va TCVN - đợc tính theo (10). Đối với đai theo tiêu chuẩn SAE của Mỹ, úc cần chú ý mấy điểm sau đây: a. Về cấu tạo của đai theo tiêu chuẩn SAE Ta lấy đai thang để xét, thì đai thang có 4 loại: loại nặng, loại hẹp, loại nhẹ, và loại đai dùng cho thiết bị tự động. Mỗi đai đều đợc ghi hai ký hiệu: một theo hệ Anh, một theo hệ mét. Mỗi loại lại có các kiểu khác nhau, ví dụ đai thang loại nặng có 5 kiểu đợc ghi theo hai hệ: Hệ Anh: A B C D E Hệ mét: 13C 16C 12C 32C Hình H.1 trình bày các loại đai thang: loại nặng H.1a, đai thang loại hẹp H.1b. Bảng P.1 Hệ số tải trọng động K đ Đặc tính tải trọng Loại máy K đ Tải trọng tĩnh. Tải trọng mở máy đến 120% so với tải trọng danh nghĩa. Máy phát điện, quạt, máy nén và máy bơm ly tâm; máy cắt gọt liên tục; băng tải. 1,0 Tải trọng làm việc có dao động nhỏ. Tải trọng mở máy đến 150% so với tải trọng danh nghĩa. Máy bơm và máy nén khí kiểu píttông có ba xy lanh trở lên; xích tải, máy phay, máy tiên rơvônve. 1,1 Tải trọng làm việc có dao động lớn. Tải trọng mở máy đến 220% so với tải trọng danh nghĩa. Thiết bị dẫn động quay hai chiều; máy bơm và máy nén khí kiểu một hoặc hai píttông; máy bào và máy xọc; vít vận chuyển và máng cào; máng ép vít và máy ép lệch tâm có vô lăng nặng. 1,25 Tải trọng có va đập và thay đổi nhiều. Tải trọng mở máy đến 300% so với tải trọng danh nghĩa. Máy cắt tấm, búa máy, máy nghiền; thang máy; máy xúc, máy ép kiểu vít và máy ép lệch tâm có vô lăng nhẹ. 1,5 ữ 1,6 Chú thích: 1. Đối với độn g cơ có mômen mở má y lớn, đốn g mở nhiều lần, các tr ị số tron g bản g đợc tăng thêm 0,15. 2. Các trị số trong bảng dùng cho chế độ làm việc 1 ca; nếu làm việc 2 ca cần tăng thêm 0,15 và nếu làm việc 3 ca cần tăng thêm 0,35. 21/32" 7/16" 11/4" 3/4" 11/4" 11/2" 1" 1/2" 11/32" 3/4" A 13C 16C B 22C C 32C D E Hình 1a 3/8 in 5/16 in 5/8 in 17/32 in 1 in 7/8 in 9N 3V 15N 5V 25N 8V Hình 1b b. Tính đai theo tiêu chuẩn SAE Ngời ta cũng kết hợp hai chỉ tiêu trên để tính đai theo tiêu chuẩn SAE. Công suất cần truyền tính theo công thức: ( ) 000.33 V.FF H 21 = (13) Công suất cho phép đợc xác định theo công thức: 16500 V.F.C.C H Vp = (14) trong đó: F 1 , F 2 : lực kéo trên nhánh dẫn và nhánh bị dẫn. p C : hệ số hiệu chỉnh bằng puli. V C : hệ số điều chỉnh tốc độ. F : sức căng đai cho phép. V : vận tốc của đai. s K : hệ số điều kiện phục vụ. Các số liệu đi theo công thức (12) và (13) tra trong tài liệu [1]. iv. Kết luận Thiết kế đai đồng thời thoả mãn cả hai chỉ tiêu khả năng kéo và độ bền lâu hợp lý hơn thiết kế đai theo khả năng kéo và hạn chế số vòng quay trong một giây. Do đó thiết hế đai đồng thời thoả mãn hai chỉ tiêu phải đợc thay thế cho cách tính độc lập với hai chỉ tiêu khẳ năng kéo và độ bền lâu. Do kết quả thực nghiệm về đai theo tiêu chuẩn GOST và TCVN khác với đai theo tiêu chuẩn SAE nên thiết kế đai theo GOST và TCCN theo điều kiện (10); đai theo tiêu chuẩn SAE phải tính theo công thức (13). Tài liệu tham khảo [1]. Joseph Edward Shigley, Charles R. Mischke. Mechanical Engineering Design, Megran Hill book Company ,1989. [2]. Robert matt PE. Machine Elemenis in mechanical design, 1992. [3]. Trơng Tất Đích. Chi tiết máy. NXB Giao thông Vận tải, 1999. [4]. Nguyễn Trọng Hiệp. Chi tiết máy. NXB Giáo dục, 1999. [5]. Trơng Tất Đích. Xác định tuổi thọ của một số chi tiết xe vận tải trong xây dựng ở Việt Nam. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 1992Ă . kế đai đồng thời thoả mãn cả hai chỉ tiêu khả năng kéo và độ bần lâu. ii. Phơng pháp tính đai độc lập với hai chỉ tiêu khả năng kéo v độ bền lâu Để thấy rõ sự khác nhau cơ bản giữa hai phơng. công thức (12) và (13) tra trong tài liệu [1]. iv. Kết luận Thiết kế đai đồng thời thoả mãn cả hai chỉ tiêu khả năng kéo và độ bền lâu hợp lý hơn thiết kế đai theo khả năng kéo và hạn chế số. hai chỉ tiêu khả năng kéo v độ bền lâu áp dụng cho các tiêu chuẩn SAE, TCVN, GOST về đai 1. Thiết kế đai với hai chỉ tiêu khả năng kéo và độ bền lâu Theo chỉ tiêu về khả năng kéo ta có điều