tính toán động học hệ dẫn động

tính toán động học hệ dẫn động PHẦN I TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG 1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.1.1 Chọn kiểu và loại động cơ Trong công nghiệp có rất nhiều loại động cơ được sư dụng: - Động cơ điện một chiều - Động cơ điện xoay chiều: + Động cơ điện xoay chiều 1 pha +Động cơ điện xoay chiều 3 pha: - Rụto dõy cuốn - Rụto lồng sóc -Nhờ vào những ưu điểm: Kết cấu đơn giản,giỏ thành thấp,dễ bảo quản, làm việc tin cậy mà động cơ điện xoay chiều 3 pha rụto lồng sóc được sử dụng rất phổ biễn trong các ngành công nghiệp nói chung và hệ thống dẫn động cơ khí 1.1.2 .Chọn cụng suõt cho động cơ : Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ để đảm bảo khi làm việc nhiệt độ sinh ra không vượt quá mức cho phép muốn vậy điốu kiện phải thoả mãn: dc dt PP dc dm ≥ (KW) Trong đó: dc dm P :công suất định mức của động cơ dc dt P :Công suất đẳng trị của động cơ và được xác định như sau: dc lv dc dt PP = (KW) Với: dc lv P :Công suất làm việc danh nghĩa trên trục động cơ ) W(K ct lv dc lv P P Σ = η ct lv P :Công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác: (KW) 15,6 10 4,2.6500 10 . 33 === vF P t ct lv Trong đó:+ t F :Lực vũng trờn băng tải (N) + v :Vận tốc vòng băng tải (m/s) - Tính hiệu suất của toàn hệ thống: 321 ηηηη = Σ Trong đó : 321 ,, ηηη :Hiệu suất của các bộ truyền và của các cặp ổ trong hệ thống dẫn động. Ta đặt:+ 1 η : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng + 2 η : Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn. Tra bảng (2.3) ta chọn được: 96,0 1 = η ; 99,0 2 = η Vì trong hệ thống gồm có:- 2 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng - 4 cặp ổ lăn Nên hiệu suất của hệ thống: 8853,099,0.96,0 424 2 2 1 === Σ ηηη => (KW) 17,62 8853,0 15,6 ≅== Σ η ct lv dc lv P P Do đó công suất đẳng trục của động cơ: (KW) 17,62 == dc lv dc dt PP 1.1.3.Chọn sơ bộ số vòng quay của động cơ - Nên chọn số vòng quay của động cơ hợp lí để đảm bảo các yếu tố sau: + Khuôn khổ, khối lượng và giá thành động cơ giảm + Hệ số công suất tăng + Giảm được tối đa các bộ truyờn để giảm tốc. Tỉ số truyền của toàn bộ u t hệ thống dẫn động: 21 uuu t = Trong đó:+ 1 u :Tỉ số truyền của bộ truyền 2 + 2 u : Tỉ số truyền của bộ truyền 3 Tra bảng (2.4) [1]ta chọn được: )408(. 21 ÷== uuu t -Số vòng quay của trục công tác với hệ dẫn động bang tải: 8584,93 540.14,3 4,2.10.60 .14,3 .10.60 33 ≅=== D v n ct (Vũng/Phỳt) Trong đó: + v=2,4(m/s) Vận tốc vòng băng tải + D=540 (mm): Đường kính tăng băng tải Từ u t và ct n ta có thể tính sơ bộ số vòng quay của động cơ: )3400680()408.(85. ÷=÷== tctsb unn (vũng/phỳt) => Chọn số vòng quay sơ bộ của động cơ n db =1500 (vũng/Phỳt) 1.1.4. Chọn động cơ thực tế: Động cơ được chọn sao cho công suất của động cơ dc P và số vòng quay đồng bộ thoả mãn đk: + ctdc PP ≥ + sbdb n n ≅ Tra bảng (P1.3) [1] ta được: Kiểu Động cơ Cụng suõt(KW) Vận tốc quay(v/p) ϕ COS η % dn k I I dn K T T K180L4 18,5 1455 0,88 88 5,9 2,0 1.1.5 .Kiểm tra điều kiện mở máy -Khi mở máy động cơ cần sinh ra 1 công suất mở máy để thắng sức ỳ của hệ thống.Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ theo công thức sau: (**) KW) ( P P dc cbd dc mm ≥ Công suất mở máy của động cơ *)*(* .PKP dc dmmm dc mm = : :Hệ số mở máy của động cơ 2,0 T T K dn K mm == 5,18 P (KW) dc dm = Thay vào (***) ta được: 372,0.18,5.PKP (KW) dc dmmm dc mm === (KW) 26,4362,17.5,1.KPP bd dc lv dc cbd === Trong đó : 5,1.K bd = Hệ số cản ban đầu => (KW) 26,43P 37P dc cbd dc mm =≥= 1.2.Phân phối tỉ số truyền : -Tỉ số truyền chung của toàn hệ thống Σ U xác địng theo công thức: (I) n n U ct dc = Σ Trong đó: + Số vòng quay của động cơ đã chọn (v/p) 1455n dc = : + :Số vòng quay của trục công tác (v/p) 85n ct = Thay các giá trị vao (I) ta được: 17,1176 85 1455 n n u ct dc === Σ = ∑ u u 1 +u 2 u 1 tỷ số truyền cấp nhanh u 2 tỷ số truyền cấp chậm 1.2.1 .Tỷ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc Do bộ truyền ngoài chỉ là khớp nối nên U ng =1 1.2.2. tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc - với HGT bánh răng đồng trục có thể tính TST bộ truyền cấp nhanh u 1 theo công thức: u 1 = 1,34 47.0 2 1         ba ba ψ ψ ( ) 5,2033.04.0.9,7 43.0 −++ hh uu Trong dó ng h u u u ∑ = = 1 1176,17 =17,1176         2 1 ba ba ψ ψ = 3,1 1 u 1 = 1,34 47,0 3,1 1       ( ) 5,21176,17.033.04.01176,17.9,7 43.0 −++ =7,84  u 2 = 1 u u ∑ = 84,7 1176,17 =2,18 1.3 . Xác định các thông số trên trục : Ký hiệu các chỉ số tính toán như sau: chỉ số trục được ký hiểutục đồng cơ; các chỉ số “I”, “II”,”III”.chỉ trục số I,II,III. 1.3.1. Tính số vòng quay của các trục + Tốc độ quay của trục I: (v/p) 1455nn dcI == +Tốc độ quay của trục II: (v/p) 5,58618 84,7 1455 u n n III I II === − +Tốc độ quay của trục III: (v/p) 85,13 18,2 586,185 u n n IIIII II III === − 1.3.2. Tính công suất trờn cỏc trục Công suất danh nghĩa trên trục động cơ : P ∑ == η ct lv dc lv dc P P =17,62 (KW) +Công suất trên trục I: (KW) 17,4449917,62.1.0,η.η.PP 3I-dc dcI === Trong đó: 3I-dc η; η : Hiệu suất của khớp nối, ổ lăn + Cụng suõt trờn trục II: (KW) 578,166.0,9917,444.0,9η.η.PP 3II-I III === Trong đó: η II-I : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng + Cụng suất trên trục III: 15,755(KW)6.0,9916,578.0,9η.η.PP 3III-II IIIII === 1.3.3 .Tớnh Mụmen xoắn trên trục: Mụmen xoăn trên trục thứ i được xác địng theo công thức sau: i i 6 i n P.10.55,9 T = (II) Trong đó i P ; i n :là công suất và số vòng quay trên trục thứ i. + Mụmen xoắn trên trục động cơ: (N.mm) 1718,115650 1455 62,17 10.55,9 n P.10.55,9 T 6 dc 6 dc === dc +Mụmen xoắn trên trục I: (N.mm) 983,114494 1455 444,17 10.55,9 n P.10.55,9 T 6 I I 6 I === +Mụmen xoắn trên trục II: (N.mm) 05,853081 586,185 578,16 10.55,9 n P.10.55,9 T 6 II II 6 II === +Mụmen xoắn trên trục III: (N.mm) 479,1767417 13,85 755,15 10.55,9 n P.10.55,9 T 6 III III 6 III === 1.3.4. Lập bảng số liệu tính toán : Phần II : Thông số Trục Tốc độ quay (v/p) Tỉ số truyền Công suất (KW) Mụmen xoắn (Nmm) Động cơ 1455 1 7,84 2,18 1 17,62 1718,115650 Trục I 1455 17,444 983,114494 Trục II 185,586 16,578 05,853081 Trục III 85,13 15,755 479,1767417 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG 2.1 .THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN : 2.1.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp chậm : Theo đề tài thiết kế trong HGT chỉ có 2 bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng đồng trục . Do tải trong tác dụng vào cấp chậm lớn hơn rất nhiều so với cấp nhanh => Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng Với bộ truyền cấp chậm 2.1.1.1 .Chọn vật liệu: Đây là HGT chịu công suất nhỏ nên ta chỉ cần chọn vật liệu nhóm I có HB < 350 và để tăng khả năng chạy mòn của răng ta tiến hành nhiệt luyện để làm giảm độ rắn của răng bánh lớn so với bánh nhỏ. Ở đây ta tiến hành thường hoá hoặcc tôi cải thiện. Tra bảng (6.1)/ trang 92 ta chọn: Loại bánh Nhãn hiệu Thép Nhiệt Luyện Kích thước S ,mm ,không lớn hơn Độ rắn Giới hạn bền b σ ,MPa Giới hạn chảy ch σ ,MPa Nhỏ (3) 45 Tôi cải thiện 60 HB 241….285 850 580 Lớn (4) 45 Thường hoá hoặc tôi cải thiện. 100 HB 192….240 750 450 2.1.1.2. Ứng suất cho phép: Ứng suất tiếp xúc cho phép [ H σ ] và ứng suất uốn cho phép [ F σ ] cho phép được xác định theo công thức sau: [ ] HL H xVR H o lim H KKZ).Z S ( σ H σ = (1) [ ] FLFC F xsR F o lim F KKKY).Y S ( σ F σ = (2) Trong đó: + R .Z :Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng khi làm việc + V Z :Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng + H x K :Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng + R Y :Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng + s Y :Hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất. + F x K :Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn + o limH σ , o limF σ :Lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép với số chu kì chụi tải.Trị số tra trong bảng (6.2) /[1] + H S , F S :Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn tra bảng (6.2)/[1] + HL K , FL K : Hệ số tuổi thọ ,xét đến ảnh hưởng của thời gian phuc vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền đựoc xác định theo công thức sau: H m HE HO HL N N K = (3) F m FE FO FL N N K = (4) Trong bước tính thiết kế sơ bộ lấy 1KZZ xHVR = và 1KYY xFSR = Do đó công thức (1) và (2) trở thành: [ ] ).K S ( σ HL H o lim H H σ = [ ] K).K S ( σ FLFC F o lim F F σ = Tra bảng (6.2) ta được: Vật liệu chế tạo bánh răng o limH σ (Mpa) H S o limF σ (Mpa) F S 45 2HB + 70 1,1 1,8 HB 1,75 - Ta chọn: Độ rắn bánh nhỏ:HB3 = 245 Độ rắn bánh lớn :HB4 = 230 Khi đó: + 56070245.2702HBσ 1 3 o Hlim =+=+= (MPa) + 53070230.2702HBσ 2 4 o Hlim =+=+= (MPa) + 441245.8,11,8HBσ 1 3 o Flim === (MPa) + 414230.8,11,8HBσ 2 4 o Flim === (MPa) ● Do đặc tính tải trong là quay 1 chiều nên FC K =1 (hệ số xét đến ảnh hưởng của đặt tải ). Ta tớnh cỏc hệ số tuổi thọ : Từ công thức (3) và (4) H m HE HO HL N N K = F m FE FO FL N N K = Trong đó: H m , F m là bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn: 6m H = , 6m F = (Vì độ rắn mặt răng ta chọn có độ rắn HB ≤ 350) HO N :Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc 2,4 HBHO H30N = (5) HB H :là độ rắn Brinen .Vì vậy ta có: 64,22,4 HB3HO3 10.26,16245.30H30N ≈== 64,22,4 HB4HO4 10.97,13230.30H30N ≈== FO N :Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn 6 FO 10.4N = đối với tất cả các loại thép. HE N , FE N :Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương,với bộ truyền chụi tải tĩnh nên: Σ === cnt60NNN FEHE (6) Trong đó: c :Số lần ăn khớp trong 1 vòng quay c=1 n :Số vòng quay trong 1 phút,n II =185,586 (v/p) , 13,85 = III n (v/p) Σ t :Tổng thời gian làm việc: 420488.2.365.8,0.9 == Σ t (giờ) Vì vậy ta có: 6 3FE3HE3 10.2,46842048.586,185.1.6060NNN ===== Σ tcn II 6 4FE4HE4 10.77,21442048.13,85.1.6060NNN ===== Σ tcn III So sánh kết quả ta nhận thấy: - HE3 N > HO3 N =>lấy HE3 N = HO3 N => HL3 K =1 - HE4 N > HO4 N => lấy HE4 N = HO4 N => HL4 K =1 - FE3 N > FO3 N => lấy FE3 N = FO3 N => FL3 K =1 - FE4 N > FO4 N => lấy FE4 N = FO4 N => FL4 K =1 * Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép [ H σ ] [ ] (MPa) 509,0909).1 1,1 560 ( ).K S ( σ HL3 H o 3lim H3 === H σ [ ] (MPa) 481,8182).1 1,1 530 ( ).K S ( σ HL4 H o 4lim H4 === H σ Với bánh răng trụ răng nghiờng thỡ ứng suất tiếp xúc cho phép: [ ] [ ] [ ] [ ] (MPa) 602,271821,25.481,8σ1,25 495,4545 2 481,8182509,09 2 σ min H H4H3 H ==≤= + = + = σσ vậy [ ] (MPa) 495,45σ H = *Xác định ứng suất uốn cho phép [ ] F σ [ ] (MPa) 277,2.1.1 75,1 441 K).K S ( σ FLFC F o 3lim F3 === F σ [ ] (MPa) 260,23.1.1 75,1 414 K).K S ( σ FLFC F o 4lim F4 === F σ * Xác định ứng suất tiếp xúc và uốn khi quá tải: - Với ứng suất tiếp xúc khi quá tải: Bánh răng được thường hoỏ ,tụi cải thiện : [ ] H3 σ max = 2,8 ch1 σ =2,8.580 =1624 (MPa) [ ] H4 σ max = 2,8 ch2 σ =2,8.580=1624 (MPa) [...]... + KF -Hệ số tải trọng khi tính về uốn K F = K Fβ K Fα.K Fv Với: K Fβ :Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về uốn,tra bảng (6.7) [1]/Trang 98 ta được K Fβ =1,13 (Ứng với sơ đồ 4) K Fα :Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho cỏc đụi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn,tra bảng (6.14) [1]/trang 107: K Fv K Fα = 1,37 : Hệ số kể đến tải trọng động xuất... xoắn trờn bỏnh chủ động (Nmm) + m –Mụđun phỏp,mm + bw -Chiều rộng vành răng,mm bw = 78,92 (mm) + KF -Hệ số tải trọng khi tính về uốn K F = K Fβ K Fα.K Fv Với: K Fβ :Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về uốn, tra bảng (6.7) [1]/Trang 98 ta được K Fα :Hệ K Fβ =1,37 số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho cỏc đụi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn,tra... K HL (1) ).YR Ys K x F K FC K FL (2) Trong đó: + Z R :Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng khi làm việc + Z V :Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng + K x H :Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng + YR :Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng + Ys :Hệ số xét đến độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất + K x F :Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền... 2.1.1.3 .Tính toán bộ truyền-Xỏc định thông số cơ bản của bộ truyền: a) xác định sơ bộ khoảng cách trục: TII K Hβ aW = K a (u 2 + 1)3 Trong đó:+ Ka + TII (7’) [σ H ] 2 u2 ψ ba :Hệ số phụ thuộc vật liệu của cặp bánh răng và loại răng :Mụmen xoắn trên trục chủ động + [σ H ] : Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ H ] = 495,45 (MPa) + u2 :Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp chậm ψ ba = bw aw :hệ. .. thiết kế sau khi tính được khoảng cách trục có thể tính theo công thức sau: m = (0,01 ÷0,02)a w 2 = (0,01 ÷ 0,02).221 = (2,21 ÷ 4,42) Tra bảng (6.8) chọn Mụđun chuẩn: m=2,5 (mm) 2- Xác định số răng , góc nghiêng β,và hệ số dịch chỉnh x -Chọn trước góc nghiêng β =15 o -Tính số răng bánh nhỏ theo công thức: z3 = 2a w cos β 2.221 cos15o = = 53,703 m(u 2 +1) 2,5.(2,18 +1) lấy z3 = 54 -Tính - z 4 = u 2... [1]/Trang 107 tra bảng ta chọn được K Hα = 1,15 - K Hv : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, trị số được tính theo công thức: K Hv = 1+ Trong đó: ν H = δ H g o v ν H bw d w1 2T1 K Hβ K Hα aw u + v :Vận tốc vòng + δH :Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp, trị số tra bảng (6.15) [1]/ Trang 107 ta được: δ H = 0,002 + g o :Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh... được cấp chính xác động học là 8,chọn cấp chính xác tiếp xúc động học là 7.khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra = 2,5 1,25µ ,do m đó Z R = 0,95 - Do độ rắn mặt răng HB ≤ 350 , ZV =1 Với đường kính đỉnh răng da ≤ 700 (mm) ,do đó K x H = 1 [σ H ] cx = 513,636.0,95.1.1 = 487,95( MPa ) Ta nhận thấy rằng với tỉ lệ % chênh lệch: ∆σ = σ H − [σ H ] cx 486 − 487,95 = = 0,004 hay 0,4% < 4% σH 486 Tính lại chiều... [1]/Trang 107 tra bảng ta chọn được K Hα =1,13 - K Hv Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, trị số được tính theo công thức: K Hv = 1 + ν H bw d w 3 2TII K Hβ K Hα aw u Trong đó: ν H = δ H g o v + v :Vận tốc vòng + δH :Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp, trị số tra bảng (6.15) [1]/ Trang 107 ta được: δ H = 0,002 + g o :Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh... : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn K Fv = 1+ aw u ν F = δF gov Với Trong đó δF và ν F bw d w ( 2T1K Fβ K Fα ) là các hệ số, go tra bảng (6.15) [1]/Trang 107 ta được δ F = 0,006 , Tra bảng (6.16) [1]/Trang (107) ta được g o = 73 Vì vậy ta được : ν F = δF g o v K Fv =1 + Vậy aw 221 = 0,006.73.3,8 = 8,8 u 7,84 8,8.78,92.50 =1,0796 2.114494,983.1,37.1,39 Do đó hệ. .. u 7,84 8,8.78,92.50 =1,0796 2.114494,983.1,37.1,39 Do đó hệ số tải trọng khi tính về uốn: K F = K Fβ K Fα K Fv =1,37.1,39.1,0796 = 2,056 + Yε :Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng , Với Yβ :Hệ Yε = 1 = εα 1 = 0,623 , εα :Hệ 1,6059 số trùng khớp ngang số kể đến độ nghiêng của răng, Yβ = 1 − βo 140 =1 − 18,15o = 0,87 140 + YF :Hệ số dạng răng z 19 Số răng tương đương: zv1 = cos1 β = cos 3 18,15o = 22,14 . tính toán động học hệ dẫn động PHẦN I TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG 1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.1.1 Chọn kiểu và loại động cơ Trong công nghiệp có rất nhiều loại động cơ được sư dụng: - Động. động cơ điện xoay chiều 3 pha rụto lồng sóc được sử dụng rất phổ biễn trong các ngành công nghiệp nói chung và hệ thống dẫn động cơ khí 1.1.2 .Chọn cụng suõt cho động cơ : Công suất của động. tốc vòng băng tải (m/s) - Tính hiệu suất của toàn hệ thống: 321 ηηηη = Σ Trong đó : 321 ,, ηηη :Hiệu suất của các bộ truyền và của các cặp ổ trong hệ thống dẫn động. Ta đặt:+ 1 η : Hiệu