Bài thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY Sinh viên thực hiện: TỐNG CÔNG DANH – MSSV: G1000403 ĐỀ TÀI Đề số 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số: 11 Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1 – Động cơ điện; 2 – Bộ truyền đai thang; 3 – Hộp giảm tốc bánh răng trụ; 4 – Nối trục đàn hồi; 5 – Bộ phận công tác – Xích tải. Số liệu thiết kế: Lực vòng trên xích tải, F (N): 7000 Vận tốc xích tải, v (m/s): 3,25 Số răng đĩa xích tải dẫn, Z (răng): 11 Bƣớc xích tải, p (mm): 110 Thời gian phục vụ, L (năm): 4 Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ. (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ) Chế độ tải: T 1 = T ; t 1 = 45s ; T 2 = 0,8T ; t 2 = 44s Sai số vòng quay trục máy công tác so với yêu cầu 5% Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 2 PHẦN 1: Chọn động cơ điện, phân phối tỉ số truyền I. TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN. 1. Hiệu suất truyền động: 44 0,95 0,96 0,99 0,99 0,87 ñ br kn ol            Tra bảng 2.3 [1], ta chọn đƣợc các hiệu suất sau: 0,95 ñ   : Hiệu suất bộ truyền đai. 0,96   br : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ. 0,99 kn   : Hiệu suất của khớp nối trục đàn hồi. 0,99 ol   : Hiệu suất của một cặp ổ lăn.  Vậy, hiệu suất truyền động là: 0,87   2. Công suất tính toán:  Trƣờng hợp tải trọng thay đổi thì: P t = P tđ (Công suất tƣơng đƣơng)  “Công suất tƣơng đƣơng” đƣợc xác định bởi công thức: P tđ = 2 2 2 2 12 12 12 0,8 45 44 22,75 20,63 45 44                            m T T T T tt T T T T P tt kW = P t Trong đó: T m = T T 1 = T; T 2 = 0,8T; t 1 = 45s và t 2 = 44s 7000 3,25 22,75 1000 1000     t m Fv P (I.2.2)  Vậy, công suất tính toán là: P t = 20,63 kW 3. Công suất cần thiết trên trục động cơ:  Công suất cần thiết trên trục động cơ điện đƣợc xác định bởi: 20,63 23,71 0,87     t ct P P kW  Vậy, công suất cần thiết trên trục động cơ là: P ct = 23,71 kW 4. Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ:  Số vòng quay sơ bộ của động cơ đƣợc xác định bởi: 161,2 9 1450,8    sb lv t n n u vòng/phút Trong đó: Số vòng quay của trục đĩa xích tải: 60000 60000 3,25 161,2 11 110      lv v n zp vòng/phút Tỉ số truyền toàn bộ của hệ thống dẫn động: 3 3 9 t ñ br u u u    Trong đó tra bảng 2.4 [1], ta chọn: u đ = 3 và u br = 3 Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 3  Vậy, số vòng quay sơ bộ của động cơ điện là: n sb = 1450,8 vòng/phút. 5. Chọn động cơ điện: Ở đây, ta chọn động cơ thõa mãn điều kiện sau:        ñc ct ñb sb PP nn , tức là ta phải tìm động cơ thỏa mãn 23,71 1500 / ñc ñb P kW n vg ph        Tra bảng P1.3 [1], ta chọn đƣợc động cơ sau: Kiểu động cơ Công suất kW Vận tốc quay, vg/ph cos  %  max dn T T K dn T T 4A180M4Y3 30 1470 0,90 91 2,2 1,4 II. PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN. 1. Tỉ số truyền chung của hệ thống dẫn động: 1470 9,12 161,2 ñc t lv n u n    Trong đó: n đc = 1470 vòng/phút; n lv = 161,2 vòng/phút. Chọn u br = 3,1.  Tỉ số truyền của bộ truyền đai thang: 9,12 2,94 3,1 t ñ br u u u    Trong đó: u t = 9,12; u br = 3,1. III. LẬP BẢNG ĐẶC TÍNH. Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 4 1. Tính toán công suất trên các trục: 20,63 20,84 0,99 lv II kn P P     kW 20,84 21,93 0,96 0,99 II I br ol P P      kW 21,93 23,32 0,95 0,99 I dc d ol P P      kW 2. Tính toán số vòng quay các trục:  Số vòng quay của trục I đƣợc xác định bởi: 1470 500 2,94 ñc I ñ n n u    vòng/phút  Số vòng quay của trục II đƣợc xác định bởi: 500 161,3 3,1 I II br n n u    vòng/phút  Vậy: - Số vòng quay trục I là: n I = 500 vòng/phút. Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 5 - Số vòng quay trục II là: n II = 161,3 vòng/phút. Sai số vòng quay của trục công tác so với yêu cầu là 0,062% 3. Tính toán moment xoắn trên các trục:  Moment xoắn trên trục động cơ: 66 9,55.10 9,55 23,32 .10 151500,7 1470 ñc ñc ñc P T n    Nmm Trong đó: P đc = 23,32 kW; n đc = 1470 vòng/phút.  Moment xoắn trên trục I: 66 21,93 9,55.10 9,55.10 418863 500 I I I P T n    Nmm Trong đó: P I = 21,93 kW; n I = 500 vòng/phút.  Moment xoắn trên trục II: 66 20,84 9,55.10 9,55.10 1233862,4 161,3 II II II P T n    Nmm Trong đó: P II = 20,84 kW; n II = 161,3 vòng/phút. 4. Bảng đặc tính: Thông số/Trục Động cơ Trục I Trục II Công suất (kW) 23,32 21,93 20,84 Tỉ số truyền 2,94 3,1 Moment xoắn (Nmm) 151500,7 418863 1233862,4 Số vòng quay (vòng/phút) 1470 500 161,3 Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 6 PHẦN 2: Thiết kế bộ truyền đai thang I. THÔNG SỐ KĨ THUẬT THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG. 1. Công suất bộ truyền: P 1 = 23,32 kW. 2. Số vòng quay bánh dẫn: n 1 = n đc = 1470 vòng/phút. 3. Tỉ số truyền: u đ = 2,94. 4. Moment xoắn: T 1 = 151500,7 Nmm. II. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG. 1. Chọn dạng đai:  Theo hình 4.22 [2], dựa vào công suất 23,32 kW và số vòng quay n 1 = 1470 vòng/phút. Ta chọn đƣợc loại đai là: C  Dựa vào bảng 4.3 [2], ta có bảng sau: Dạng đai Ký hiệu b p , mm b o , mm h, mm y o , mm A, mm 2 Chiều dài đai, (mm) T 1 , Nm d 1 , mm Đai thang C 19 22 13,5 4,8 230 1800 10600 110 550 250 400 2. Tính đƣờng kính bánh đai nhỏ d 1 Theo tiêu chuẩn, ta chọn d 1 = 250 mm. 3. Vận tốc đai: 11 1 250 1470 19,24 60000 60000 dn v       m/s 4. Giả sử ta chọn hệ số trƣợt tƣơng đối 0,02   . Đƣờng kính bánh đai lớn:     21 1 2,94 250 1 0,02 720,3d ud         mm Theo tiêu chuẩn ta chọn d 2 = 710mm. Tỷ số truyền thực tế:     2 1 710 2,9 1 250 1 0,02 d u d        Sai lệch so với giá trị chọn trƣớc 1,36% < 4% 5. Khoảng cách trục nhỏ nhất xác định theo công thức:     1 2 1 2 2 0,55d d a d d h         2 250 710 0,55 250 710 13,5a     1920 541,5a mm Ta có thể chọn sơ bộ a = d 2 = 710mm. 6. Chiều dài tính toán của đai:     2 2 1 2 1 2 24 d d d d La a          2 710 250 710 250 2 710 3002,5 2 4 710         mm Chọn theo tiêu chuẩn L = 3150 mm = 3,15m. Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 7 7. Số vòng chạy của đai trong một giây: 19,24 6,108 3,15 v i L    s -1 ; vì [i] = 10s -1 , do đó điều kiện đƣợc thỏa. 8. Tính toán lại khoảng cách trục a: 22 8 4 kk a     , trong đó: 12 250 710 3150 1642,04 22 dd kL         mm 21 710 250 230 22 dd      mm 22 1642,04 1642,04 8 230 787,4 4 a     mm Giá trị a vẫn thỏa trong khoảng cho phép. 9. Góc ôm bánh đai nhỏ: 21 1 710 250 180 57 180 57 146,7 2,56 787,4 o o o dd a          rad. 10. Các hệ số sử dụng: - Hệ số xét đến ảnh hƣởng góc ôm đai:     1 /110 146,7/110 1,24 1 1,24 1 0,91C e e          - Hệ số xét đến ảnh hƣởng vận tốc:     22 1 0,05 0,01 1 1 0,05 0,01 19,24 1 0,86 v Cv        - Hệ số xét đến ảnh hƣởng tỉ số truyền u: 1,14 u C  vì u = 2,94 > 2,5 - Hệ số xét đến ảnh hƣởng số dây đai C z , ta chọn sơ bộ bằng 1. - Hệ số xét đến ảnh hƣởng chế độ tải trọng (làm việc hai ca) : C r = 0,8 - Hệ số xét đến ảnh hƣởng chiều dài đai: 6 6 3150 1,1 2240 L o L C L    11. Theo đồ thị hình 4.21b [2], ta chọn [P o ] = 9 kW khi d = 250mm, v = 19,24 m/s và đai loại C. 12. Số dây đai đƣợc xác định theo công thức: 1 23,32 3,3 [ ] 9 0,91 1,14 1,1 1 0,8 0,86 o u L z r v P z P C C C C C C           Ta chọn z = 4 đai (thỏa điều kiện 6z  ). 13. Lực căng đai ban đầu: 1 4 230 1,5 1380 o o o F A zA        N Lực căng mỗi dây đai: Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 8 690 2 o F  N Lực vòng có ích: 1 1 1000 1000 23,32 1212,1 19,24 t P F v     N Lực vòng trên mỗi dây đai 606,05 N. 14. Từ công thức: 1 2 1 f t o f F e F e      suy ra: 2 ff o t t F e Fe F   ;   22 f o t o t e F F F F     ; 2 2 f ot ot FF e FF     từ đây suy ra: 2 1 1 2 1380 1212,1 ' ln ln 0,37 2 2,56 2 1380 1212,1 ot ot FF f FF          Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền không bị trƣợt trơn (giả sử góc biên dạng bánh đai 38 o   ): min 'sin 0,37 sin19 0,12 2 o ff      15. Lực tác dụng lên trục: 1 146,7 2 sin 2 1380 sin 2644,28 22 ro FF       N 16. Ứng suất lớn nhất trong dây đai: max 1 1 1 0,5 v u o t v u                26 0 max 1 2 .10 2 ot F F y vE A A d       26 690 2 4,8 1200 19,24 .10 6 100 8 06,05 ,6 230 2 230 250          MPa 17. Tuổi thọ đai xác định theo công thức (4.37) [2] 8 7 7 max 9 10 10 8,6 327,13 2 3600 2 3600 6,108 m r h L i                 giờ Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 9 PHẦN 3: Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ 1. Thời gian làm việc tính theo giờ: 16 300 24 365 24 365 4 19200 24 365 h ng n L K K L           h 2. Chọn vật liệu cho hai bánh nhỏ và bánh lớn (theo bảng 6.1 [1]) a. Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285 có 1 850 b   MPa, 1 580 ch   MPa; b. Bánh lớn: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192…240 có 2 750 b   MPa, 2 450 ch   MPa; 3. Xác định ứng suất cho phép: Theo bảng 6.2 [1] với thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180…350, lim 2 70 o H HB   ; S H = 1,1; lim 1,8 o F HB   ; S F = 1,75. Chọn độ rắn bánh nhỏ HB 1 = 245; độ rắn bánh lớn HB 2 = 230, khi đó lim1 1 2 70 2 245 70 560 o H HB        MPa lim1 1 1,8 1,8 245 441 o F HB      MPa lim2 2 2 70 2 230 70 530 o H HB        MPa lim2 2 1,8 1,8 230 414 o F HB      MPa Theo (6.5) [1] 2,4 30 Ho HB NH , do đó: 2,4 7 1 30 245 1,6.10 Ho N    2,4 7 2 30 230 1,4.10 Ho N    Theo (6.7) [1]: 3 max 60 i HE i i T N c n t T      3 2 max 60 ii HE n i i Tt cn N L t u T t       3 3 8 60 1 500 45 44 19200 1 0,8 1,41.10 3,1 89 89          > N Ho2 do đó K HL2 = 1 Suy ra N HE1 > N Ho1 do đó K HL1 = 1. Nhƣ vậy theo (6.1a) [1], sơ bộ xác định đƣợc: lim o H HL H H K S       1 560 1 509,1 1,1 H      MPa Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 10 2 530 1 481,8 1,1 H      MPa Theo (6.12) [1], ta có: 12 2 509,1 481,8 495,45 1,25 22 HH HH MPa                         Theo (6.7) [1]: 6 max 60 i FE i i T N c n t T      6 6 8 2 60 1 500 45 44 19200 1 0,8 1,18.10 3,1 89 89 FE N          Vì N FE2 = 1,18.10 8 > N FO = 4.10 6 do đó K FL2 = 1, tƣơng tự K FL1 = 1. Do đó theo (6.2a) [1] với bộ truyền quay 1 chiều K FC = 1, ta đƣợc: 1 441 1 1 252 1,75 F      MPa 2 414 1 1 236,6 1,75 F      MPa Ứng suất quá tải cho phép: Theo (6.10) và (6.11): 2 max 2,8 2,8 450 1260 H ch        MPa 11 max 0,8 0,8 580 464 F ch        MPa 22 max 0,8 0,8 450 360 F ch        MPa 4. Xác định sơ bộ khoảng cách trục: Theo (6.15a) [1]:     1 3 3 22 418863 1 43 3,1 1 217,26 495,45 3,1 0 1,02 ,3 H wa H ba TK a K u u            mm trong đó theo bảng 6.6 [1], chọn 0,3 ba   ; với răng nghiêng K a = 43 (bảng 6.5 [1]); theo (6.16) [1]:     0,5 1 0,5 0,3 3,1 1 0,615 bd ba u         , do đó theo bảng 6.7 [1], 1,02 H K   (sơ đồ 6); Lấy a w = 250mm theo tiêu chuẩn 5. Xác định thông số ăn khớp Theo (6.17) [1]:     0,01 0,02 0,01 0,02 250 2,5 5 w ma       mm Theo bảng 6.8 [1], chọn môđun pháp m n = 4 mm. Chọn sơ bộ 10 o   , do đó cos 0,9848   , theo (6.31) [1] số răng bánh nhỏ: [...]... – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 33 Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tính toán thiết kế Hệ dẫn động cơ khí – Tập 1 – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển – Nhà xuất bản giáo dục [2] Cơ sở thiết kế máy – Nguyễn Hữu Lộc – Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [3] Tính toán thiết kế Hệ dẫn động cơ khí – Tập 2 – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển – Nhà xuất bản giáo dục... lớn nhất 0,4mm TÍNH KIỂM NGHIỆM TRỤC VỀ ĐỘ BỀN MỎI Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo đƣợc độ bền mỏi, nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau: s s s j   j  j   s  (1)   2 s j  s2j GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 25 Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy Trong đó: [s] – hệ số an toàn cho phép ta chọn [s] = 2,5…3 (khi cần... tra tại tiết diện lắp bánh đai: D Mtd  362746 Nmm D Mtd 362746 dD  3 3  38,21 mm 0,1  65 0,1     Nhƣ vậy, đƣờng kính trục ta vừa chọn để lắp bánh đai đã thỏa điều kiện 15 Thiết kế then lắp trên trục: Khi thiết kế thƣờng dựa vào đƣờng kính trục để chọn kích thƣớc và tiết diện then:  Dựa vào đƣờng kính trục ta chọn then bằng tại vị trí lắp bánh răng (dựa vào bảng 9.1a [1]) Đƣờng kính trục:... – G1000403 Trang 26 Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM K K dj   K K dj   Bài tập lớn Chi tiết máy  Kx  1 (11) Ky  Kx  1 Ky (12)  Hệ số K x và K y tra theo bảng 10.8 và 10.9 [1]    và   – hệ số kích thƣớc kể đến ảnh hƣởng của kích thƣớc tiết diện trục đến giới hạn mỏi, trị số cho trong bảng 10.10 [1]  K và K – hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn, trị số của chúng phụ... trị K /  để tính K d Các hệ số an toàn tính đƣợc thỏa điều kiện s   s  với [s] = 3 ([s] = 2,4…3)   Nhƣ vậy có thể không cần kiểm nghiệm về độ cứng của trục PHẦN 5: Thiết kế 2 cặp ổ lăn trong hộp giảm tốc 1 Các thông số tính toán cho trƣớc: Trục I (ổ lăn tại A và C) GVHD: TS Bùi Trọng Hiếu – SVTH: Tống Công Danh – G1000403 Trang 29 Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy Với: RAy... G1000403 Trang 30 Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Bài tập lớn Chi tiết máy - Quay một chiều, làm việc 2 ca, một năm làm việc 300 ngày, một ngày làm việc 8 giờ, nhiệt độ làm việc của ổ là dƣới 100oC, vòng trong quay, làm việc 4 năm - Thời gian làm việc của ổ: 16 300 Lh  Kng  24  Kn  365  L   24   365  4  19200 giờ 24 365 Thiết kế ổ trên trục I: 4 Lực hƣớng tâm tác động lên các ổ: a Ổ tại A 2 2 FrA  RA... tại tiết diện lắp khớp nối: A Mtd  1068556,2 Nmm A Mtd 1068556,2 dA  3 3  52,23 mm 0,1  75 0,1     Nhƣ vậy, đƣờng kính trục ta vừa chọn để lắp khớp nối đã thỏa điều kiện 31 Thiết kế then lắp trên trục: Khi thiết kế thƣờng dựa vào đƣờng kính trục để chọn kích thƣớc và tiết diện then:  Dựa vào đƣờng kính trục ta chọn then bằng tại vị trí lắp bánh răng (dựa vào bảng 9.1a [1]) Đƣờng kính trục:... đỉnh răng Đƣờng kính đáy răng z1 = 30; z2 = 93 x1 = 0; x2 = 0 d1 = 121,95mm; d2 = 378,05mm da1 = 129,95mm; da2 = 386,05mm df1 = 111,95mm; df2 = 368,05mm PHẦN 4: Thiết kế 2 trục trong hộp giảm tốc  Thông số tính toán, lấy ở phần I: Thông số/Trục Động cơ Công suất (kW) 23,32 Tỉ số truyền 2,94 Moment xoắn (Nmm) 151500,7 Số vòng quay (vòng/phút) 1470 Trục I 21,93 418863 500 Trục II 20,84 3,1 1233862,4 161,3... việc trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động:  T  mj   aj  max j  j (8) 2 2Woj Wj và Woj là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục, đƣợc xác định theo công thức: W  W0   d3  bt  d  t   d3 32  bt  d  t  2 2d (9); 2 (10) (chọn tiết diện trục có 1 then) 2d Hệ số   và   – hệ số kể đến ảnh hƣởng của trị số ứng suất trung bình đến 16 độ bền... cỡ nặng 409 có C = 60,4 kN và Co = 53 kN 6 Tính và kiểm nghiệm khả năng tải của ổ: tiến hành cho ổ A vì ổ này chịu tải lớn hơn F 1243,8  0,0235 Theo bảng 11.4 [1], e  0,21 Vì vòng trong - Tỉ số a  Co 53000 Fa 1243,8   0,28  e  0,21 Vậy, theo bảng VFr 4459,1 11.4 [1], ta tra đƣợc X = 0,56 và Y = 2,09 - Theo (11.3) [1], tải trọng quy ƣớc: Q   XVFr  YFa  kt kd   0,56  1 4459,1  2,09  . TỐNG CÔNG DANH – MSSV: G1000403 ĐỀ TÀI Đề số 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số: 11 Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1 – Động cơ điện; 2 – Bộ truyền đai thang; 3 – Hộp giảm. – Bộ phận công tác – Xích tải. Số liệu thiết kế: Lực vòng trên xích tải, F (N): 7000 Vận tốc xích tải, v (m/s): 3,25 Số răng đĩa xích tải dẫn, Z (răng): 11 Bƣớc xích tải, p (mm): 110 Thời. Công suất cần thiết trên trục động cơ:  Công suất cần thiết trên trục động cơ điện đƣợc xác định bởi: 20,63 23,71 0,87     t ct P P kW  Vậy, công suất cần thiết trên trục động cơ là: