đề án bộ biến tốc ma sát

Truyền động bánh ma sát được dùng trong các thiết bị rèn,ép ,cần trục ,máy vận chuyển, các dụng cụ đo… Nhưng được dùng nhiều hơn cả là trong các bộ biến tốc vô cấp. Với những ưu điểm của bộ biến tốc ma sát,bộ môn Kỹ thuật cơ khí đã thiết kế bộ biến tốc ma sát mặt đầu đơn để phục vụ công tác nghiên cứu và giảng dạy.

chóng và chính xác.

Từ sự phát triển chung đó,kỹ sư tương lai đòi hỏi phải có các kiến thưc về cơ khí và sử dụng thành thạo các phần mềm hỗ trợ.Đề án thiết kế giúp cho sinh viên có thể tiếp cận với quá trình thiết kế lại, tính toán, các chi tiêt máy

Trong quá trình làm đồ án chúng em được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô

bộ môn Kỹ thuật cơ khí.Đặc biệt, với sự giúp đỡ của cô Nguyễn Thị Hồng Cẩm

& thầy Nguyên Quang Vinh để chúng em có thể hoàn thành đồ án này.Quá trình tính toán thiết kế còn nhiều sai sót, chúng em mong được sự nhận xét của các thầy cô giáo.Chúng em xin chân thành cảm ơn

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU VỀ BỘ BIẾN TỐC MA SÁT

Truyền động bánh ma sát được dùng trong các thiết bị rèn,ép ,cần trục ,máy vận chuyển, các dụng cụ đo… Nhưng được dùng nhiều hơn cả là trong các bộ biến tốc vô cấp Với những ưu điểm của bộ biến tốc ma sát,bộ môn Kỹ thuật cơ khí đã thiết kế bộ biến tốc ma sát mặt đầu đơn để phục vụ công tác nghiên cứu

và giảng dạy

1.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

Hình 1: Bộ biến tốc ma sát

này Biến chuyển đông quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của khung xe

Các thông số thực nghiêm đo được

Thông số động cơ

Kiểu động

Khôi lượng khung xe là 2kg

Tốc độ quay của bánh xe là 60 (v/p)

một số hình ảnh về bộ biến tốc ma sát

Hình 2: hình ảnh về bộ biến tốc ma sát ở xưởng động lực

1.1.2 chức năng ứng sử của hệ thống

+ Ưu điểm của cơ cấu.

- Kết cấu đơn giản dễ chế tạo

- Bánh ma sát có cấu tạo đơn giản

- Làm việc êm, không ồn

- Có khả năng chịu điều chỉnh vô cấp về tỉ số truyền và đạt được vô cấp về tốc độ của trục bị dẫn mà trong nhiều máy móc cần có

+ Nhược điểm của cơ cấu.

- Việc điều khiển động cơ chưa thuận lợi do phải kéo theo cả động cơ cồng

kềnh

- Lực tác dụng lên trục và ổ đỡ khá lớn do lực ép giữa cặp bánh ma sát gây ra

- Do có trượt giữa các bánh khi làm việc nên tỷ số truyền không ổn định dẫn đến tốc độ của trục dẫn không chính xác

- Khả năng tải không cao so với truyền động bánh răng

- Tổn thất năng lượng nhiều

+ Phạm vi sử dụng

- Thích hợp với công suất nhỏ và vừa (dưới 20 kW) Nếu sử dụng với công suất cao thì bộ truyền kích thước phải lớn và lực ép lớn để có lực ma sát cần thiết

- Tốc độ truyền của các đĩa không quá 15 – 20 m/s

- Tỉ số truyền i<=7

- Do có trượt nên truyền động bánh ma sát không được dùng trong cơ cấu đòi hỏi có đọ chính xác về tốc độ và tỉ số truyền

+ Sự trượt.

Trượt là đặc điểm nổi bật của truyền động ma sát, với ba loại hình sau:

- Trượt hình học:

Xảy ra do sự khác nhau về tốc độ tại các điểm tiếp xúc giữa hai bánh ma sát Nó xuất hiện trên chiều dài tiếp xúc dọc theo đường sinh của bánh ma sát và phụ thuộc vào dạng hình học của bánh đó

- Trượt đàn hồi:

Loại trượt này xảy ra do biến dạng đàn hồi tại vùng tiếp xúc của các bánh theo phương tiếp tuyến Nó xảy ra trong bất kì bộ truyền ma sát nào khi làm việc

- Trượt trơn:

Xảy ra do ma sát không đủ lớn để mang tải Khi trượt trơn, bánh bị dẫn dừng lại, còn bánh dẫn vẫn tiếp tục chuyển động nên trượt bánh bị dẫn, gây ra mòn cục bộ hoặc xước bề mặt

1.1.3 Các loại biến tốc ma sát thường gặp.

• Bộ biến tốc ma sát mặt đầu đơn

• Bộ biến tốc ma sát đầu kép

• Bộ biến tốc ma sát côn đơn

• Bộ biến tốc ma sát côn ,trục song song có phần tử trung gian cứng

• Bộ biến tốc ma sát côn ,trục vuông góc có đĩa trung gian

• Bộ biến tốc ma sát cầu – côn

• Bộ biến tốc ma sát trụ

• Bộ biến tốc ma sát trụ cầu

• Bộ biến tốc ma sát nhiều đĩa

• Bộ biến tốc ma sát hai cặp đĩa và một vòng cứng

Phần II Cấu tạo, chức năng của của từng chi tiết trong hệ thống; yêu cầu cơ bản về

thiết kế đối với chi tiết

Toàn bộ cơ cấu đều làm bằng thép CT3.Tuy nhiên có bộ truyền ma sát và bánh răng làm việc chủ yếu nên vật liệu là thép CT60

1.cần gạt

-chức năng:thay đổi vị trí tiếp xúc của bánh ma sát.

-yêu cầu:phải đạt độ cứng vững để truyền lực từ tay

người đi chuyển động cơ

2.Động cơ

-chức năng:Tạo ra chuyển

động quay trên bánh ma

sát

-yêu cầu:phải có công suất

đủ lớn để truyền tải

3.Biến tốc ma sát

-chức năng:Truyền chuyển động và

công suất đến các trục và đảo chiều

chuyển động

-yêu cầu:Đảm bảo độ bền và không bị

trượt

5.bộ truyền bánh răng thanh răng

-chức năng: - Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của khung -yêu cầu: Đảm bảo bền, làm việc êm dịu, chinh xác.

6.Khung xe

-chức năng: Dùng để dựng và di

chuyển vật nặng

-yêu cầu: Đảm bảo độ cứng vững

cao

Phần III Phân tích lực tác dụng và kiểm tra bền cho một chi tiết chủ yếu của hệ

thống.

Tính toán cho bộ truyền :

3.1.2 sơ đồ nguyên lý hoạt động

I II

III IV

Hình 3: Sơ đồ khai triển của bộ biến tốc ma sát

3.1.3 Tính toán lực tác dụng lên hệ thống

Vậy lực đè lên mỗi bánh là N = 9,8

4

m

4 = 12,25 N

ms

f =0,15 là hệ số ma sat thép- thép

Mô men xoắn được xác định theo công thức sau:

31,28

ms

F d

- Tính hiệu suất của toàn hệ thống:η =Σ η1η2η3

Trong đó : η 1 , η 2 , η 3 :Hiệu suất của các bộ truyền và của các cặp ổ trong hệ

thống dẫn động

Ta đặt:+ η 1: Hiệu suất của bộ truyền bánh ma sat

+ η 2: Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn

+ η 3: Hiệu suất bộ chuyền đai

+ η 4: Hiệu suất của bộ truyền bánh răng

) 1 (

1

2

ξ

−

=

d

d

) 02 0 1 ( 35

100

− =2,9

ξ =0.01÷0.03 theo [3]

Tỷ số truyền của bộ truyền đai

) 02 , 0 1 (

38

102 )

1 ( U

1

2

−

=

−

d d

ε =0.01÷0.02

Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng

3 35

14

47 U

1

2

br = = =

Z Z

Tính số vòng quay của các trục

+Tốc độ quay của trục IV

nIV = 50 (v/p)

+Tốc độ quay của trục III:

nIII = n uIV br = 50.3,35 168 (v/p) =

+Tốc độ quay của trục II:

nII = n uIII đai = 167,5.2,74 459 (v/p) ≈

+ Tốc độ quay của trục I:

nI = n II ums = 458,95.2,9 1331 (v/p) ≈

Công suất trên bánh xe là:

6 31,28.506 4

1.64.10

T n

Công suất trên cả xe là:

5

4 IV

4.P 4.7,85.10

η η 0,99.0,96

−

−

+ Công suất trên trục III:

4

2 3

xe

−

−

+ Công suât trên trục II:

2 1

P 7,34.10

η η 0,99.0,85

−

−

+ Công suât trên trục I:

2

P 8,72.10

η 0,99

−

−

+Công suất trên động cơ

Plvdc = = PI 8,8.10−4 = 8,8.10 (kW)−4

4

3

8,8.10

0,83226

ct

η

−

−

∑

I I 6

I

+Mômen xoắn trên trục II:

6 II

II

II

9,55.10 P 8,72.10

−

+Mômen xoắn trên trục III:

6 III

III

III

9,55.10 P 7,34.10

−

3.2 Phân tích lực và kiểm tra bền cho bộ truyền động ma sát trụ

Lực trong truyền động ma sát

Lực vòng F1 được truyền từ bánh dẫn sang bánh bị dẫn nhờ lực ma sát fms sinh

ra tại chỗ tiếp xúc Điều kiên truyền tải Fms ≥ Ft Muốn có lực Fms cần tạo lực pháp tuyến Fn trên bề mặt tiếp xúc chung Do đó phải ép hai bánh lại với nhau bằng một lực ép Fe cần thiết để Fe đủ lớn sao cho Fms =f.Fn ≥ Ft => Fn ≥ F f t

f

F

s

F t

n

.

=

Với

1

0,4 38

dc

t

T

d

1,5.0.4

4 0,15

t

n

s F

f

s lá hệ số an toàn, s = 1,5 – 2,5

f Hệ số ma sat phụ thuộc vào vật liệu và điều kiện bôi trơn

Kiểm tra bền cho bộ truyền ma sát:

Để bộ truyền làm việc bình thường thì σ H≤   σ H

Trong đó σ H là ứng suất cho phép của cặp bánh ma sát được tính theo công thức:

,

. HL

H H K

σ σ 

,

H

σ

  Tra bảng 9.1 [3] ta được:Thép tôi-thép tôi-Tiếp xúc đường :

σ,H

  = (20÷24)HRC (MPA) = (223÷ 245) HB (MPA)

HL

K : Hệ số tuổi thọ xác định theo công thức :

6 HO

HL

HE

N

Với NHO - số chu kỳ cơ sở

NHE- Số chu kỳ làm việc tương đương, xác định như bộ truyền bánh răng

.

HO

HHB : Độ cứng HB của vật liệu chon làm bánh ma sát

HHB =(180÷350)

Cho bộ truyền làm việc với tải trọng và số vòng quay không đổi và bộ truyền làm viêc trong 5 năm.liên tục trong 12 tháng và mỗi tháng 20 ngày,mỗi ngày 16h thì :

NHE=60 .c n L. h=60.1.1500.5.12.20.16 1728 10= 6

Vì NHE>NHO ta lấy NHE=NHO

E – Mô đun đàn hồi tương đương của các bánh ma sát,xác định theo môđun đàn hồi E1 , E2 của các bánh :

5

1 2

1 2

1 2

2

2,1 10

E E

E E

ρ Bán kính cong tương đương tại chỗ tiếp xúc

Với tiếp xúc hình trụ với mặt phẳng:

1

R

ρ =

=>

5

.

4.2,1 10

H

E b

F

ρ

b là chiều dài tiếp xúc (mm)

PHẦN IV

Trình bày cơ sở thiết kế và đề xuất cải tiến nếu có về mức độ phù hợp về

hình dáng, kết cấu, tính tiện dụng, hấp dẫn của sản phẩm

+ Cấu tạo bộ truyền ma sat gồm một bánh masat chủ động (dẫn) va hai bánh

bị động (bị dẫn) Bánh dẫn được lắp trực tiếp trên trục động cơ, bánh bi dẫn lắp trên trục cùng bánh đai Để hoạt động được động cơ phải dịch chuyển giữa hai bánh bi dẫn để truyền chuyển động

Khi làm việc bộ truyền bánh ma sát có hiện tượng trượt hình học làm giảm hiệu suất

Đề xuất cải tiến:

Thay bộ truyền bánh ma sat bằng bộ truyền ma sat côn

- Bộ truyền ma sat côn có cấu tạo gồm một bánh chủ động được vát côn Hai bánh

bị đông dạng côn phải phù hợp với biên dạng bánh chủ động

- Bộ truyên ma sat côn có kết cấu đơn giản, hoạt đông êm dịu, giảm hiện tượng

trượt hình học

+ Kêt cấu của hệ thống dịch chuyển gồm một thanh gạt được nối với động

cơ Khi muốn dịch chuyển qua lại ta phai gạt cần điều khiển.Do phải dịch

chuyển cả động cơ nên việc điều khiển sẽ khó khăn, sẽ không áp dụng được với loại động cơ lớn

Đề xuất cải tiến:

- Cố định động cơ dịch chuyển bánh ma sat bi dẫn

- Với kết cấu này chung ta sẽ điều khiển nhẹ nhàng hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế Hệ thông dẫn động cơ khí, tập

1, NXB Giáo Dục, 2007

[2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế Hệ thông dẫn động cơ khí, tập

2, NXB Giáo Dục, 2007

[3] cơ sở thiết kế chi tiết máy- Nguyễn Hữu Lộc