CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN-PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN (1)

Chương TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC – CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1 Phân loại phạm vi sử dụng hộp giảm tốc Hộp giảm tốc (HGT) cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi dùng để giảm tốc độ quay tăng mơmen xoắn Có nhiều loại HGT, phân chia theo đặc điểm chủ yếu sau: - Số cấp: cấp, hai cấp, ba cấp,… - Theo loại truyền động: HGT bánh trụ, HGT bánh – trụ, HGT trục vít, trục vít – bánh bánh – trục vít HGT bánh trụ Có ưu điểm tuổi thọ cao, hiệu suất cao, kết cấu đơn giản - HGT bánh trụ cấp: sử dụng tỉ số truyền u ≤ (răng nghiêng, chữ V), u ≤ (răng thẳng) Hình 2.1.Hộp giảm tốc bánh trụ cấp - HGT bánh trụ cấp với u từ đến 40 Chúng bố trí theo sơ đồ: • Sơ đồ HGT khai triển:  Ưu điểm: Đơn giản  Nhược điểm: Các bánh bố trí khơng đối xứng so với ổ, làm tăng phân bố khơng tải trọng chiều dài • Sơ đồ HGT phân đơi (hình 2.3a 2.3b): Cơng suất phân đơi cấp nhanh cấp chậm HGT phân đơi cấp nhanh dùng nhiều • Sơ đồ HGT đồng trục:  Ưu điểm: Giảm bớt chiều dài HGT  Nhược điểm: Khả tải cấp nhanh khơng dùng hết, khó bơi trơn ổ trục hộp Hình 2.2.Sơ đồ HGT khai triển Hình 2.3a.Sơ đồ HGT phân đơi cấp chậm Hình 2.3b Sơ đồ HGT phân đơi cấp nhanh Hình 2.4.Sơ đồ HGT đồng trục HGT bánh côn – trụ (hình 2.5) Hình 2.5 Sơ đồ HGT bánh côn - trụ - Hộp giảm tốc bánh cấp có u ≤ (răng thẳng) u ≤ (răng côn nghiêng cung trịn) - HGT bánh – trụ hai cấp có u = ÷ 15; cịn HGT - trụ cấp có u = 25 ÷ 75 HGT bánh – trụ có nhược điểm: - Giá thành chế tạo đắt - Lắp ghép khó khăn - Khối lượng kích thước lớn so với HGT bánh trụ HGT trục vít Gồm HGT trục vít cấp, HGT bánh – trục vít, HGT trục vít – bánh HGT trục vít cấp Hình 2.6a Sơ đồ HGT trục vít cấp Hình 2.6b Sơ đồ HGT trục vít cấp Hình 2.6c Sơ đồ HGT trục vít - bánh HGT trục vít cấp có u = ÷ 63 có dạng sơ đồ: - Trục vít đặt bánh vít (với vận tốc vịng trục vít = ÷ m/s) - Trục vít đặt bánh vít (với > m/s) - Trục vít đặt thẳng đứng: thường dẫn động động có mặt bích (tham khảo phụ lục bảng P1.1 ÷ P1.3) đặt vỏ hộp giảm tốc - Trục vít đặt nằm ngang, bánh vít lắp trục thẳng đứng… để dẫn động trục đứng cấu cơng tác Ví dụ cấu quay cần trục - HGT bánh – trục vít HGT trục vít – bánh có tỉ số truyền u = 50 ÷ 130 - HGT trục vít cấp sử dụng tỉ số truyền u = 70 ÷ 2500 So với HGT bánh răng, HGT trục vít có ưu điểm: - Kích thước HGT nhỏ thực u lớn - Làm việc êm Nhược điểm: - Hiệu suất thấp - Phải dùng kim loại màu để chế tạo bánh vít nên giá thành cao HGT bánh hành tinh Sử dụng HGT bánh hành tinh có ưu điểm: - Giảm khối lượng kích thước HGT - Hiệu suất cao Có nhiều loại sơ đồ HGT bánh hành tinh: a b c Hình 2.7 Sơ đồ HGT bánh hành tinh : vận tốc góc bánh dẫn cần : vận tốc góc cần - Hình 2.7a: HGT bánh hành tinh cấp với phạm vi u= u = 3,15 ÷ 12,5 Cơng thức tính z ω1 = 1+ ωc z1 - Hình 2.7b: HGT bánh hành tinh cấp 1, bánh trung tâm, bánh hành tinh (vệ tinh) sử dụng ω z z u = = 1+ ωc z1.z với u = 10 ÷ 16, cơng thức tính - Hình 2.7c: HGT bánh hành tinh cấp có cấu tạo hệ bánh hành tinh lắp nối tiếp nên tỉ số truyền u HGT tính ω  z  z  u = = 1 + ÷1 + ÷ ωc  z1   z  theo cơng thức có u = 10÷ 150 2.2 Chọn động Chọn động tiến hành theo bước sau đây: - Tính công suất cần thiết động - Xác định sơ số vòng quay sơ động - Tra bảng (Phụ lục P1.0÷P1.4) chọn động có tốc độ quay thỏa mãn điều kiện: Pđc ≥ Pct n đc ≈ n sb (2.1) Đồng thời có mơmen mở máy Tmm thỏa mãn điều kiện: Tmm Tk ≤ T Tdn (2.2) Tính cơng suất cần thiết động Thông số đầu vào đề đồ án chi tiết máy: sơ đồ động hệ thống dẫn động, phận cơng tác (băng tải, vít tải, thùng trộn,…), sơ đồ tải trọng, số năm làm việc thông số đầu vào theo mộttrong dạng sau: Dạng Dạng Dạng Công suất trục công tác P (kW) x Tốc độ quay trục cơng tác n (v/ph) x Vận tốc vịng phận cơng tác V (m/s) x x Lực vịng Ft trục cơng tác(N) x x Bước xích tải p (mm) x Số đĩa dẫn xích tải Z x Đường kính tang D phận cơng tác(m) x Để xác định công suất cần thiết động cơ, ta tiến hành tính: P= - Cơng suất trục cơng tác - Khi tính ta thay Ft = F Ft v 1000 (kW) (2.3) 2F (tùy theo đề đồ án) - Trường hợp tải trọng không đổi, cơng suất tính: Pt = P Hình 2.8 Sơ đồ tải trọng Trường hợp tải trọng thay đổi, cơng suất tính sau: Ptđ = P12 t1 + P22 t + P32 t t1 + t + t (2.4) Sơ đồ tải trọng có dạng: a) b) Hình 2.9 Sơ đồ tải trọng - Ví dụ: • Trường hợp a): Cơng suất tương đương: Ptđ = P 12.0, + 0,82.0,3 • Trường hợp b): Công suất tương đương: Ptđ = P 0,82.0, + 12.0, Pct = - Công suất cần thiết trục động cơ: Pt η (2.5) với η – hiệu suất chungcủa hệ thống dẫn động - Đối với hệ thống lắp nối tiếp, hiệu suất chung xác định theo η = η1.η2 η3 công thức: (2.6) η = η1.η2 η3 với hiệusuất truyền cặp ổ hệ thống dẫn động chọn theo Bảng 2.1 Bảng 2.1.Trị số hiệu suất loại truyền ổ Tên gọi Bộ truyền bánh trụ Bộ truyền bánh Bộ truyền trục vít - Tự hãm - Không tự hãm với = =2 =4 Bộ truyền xích Bộ truyền bánh ma sát Bộ truyền đai Một cặp ổ lăn Một cặp ổ trượt Hiệu suất η truyền ổ Được che kín Để hở 0,96 – 0,98 0,93 – 0,95 0,95 – 0,97 0,92 – 0,94 0,30 – 0,40 0,70 – 0,75 0,75 – 0,82 0,87 – 0,92 0,95 – 0,97 0,90 – 0,96 0,2 – 0,3 0,90 – 0,93 0,70 – 0,88 0,95 – 0,96 0,99 – 0,995 0,98 – 0,99 Chú thích: Trị số hiệu suất truyền bánh cho bảng ứng với cấp xác Khi dùng truyền kín với cấp xác tăng trị số bảng lên – 1,5% Xác định sơ số vòng quay động - Tỉ số truyền chung hệ thống dẫn động: u = u1.u u (2.7) u = u1.u u đó: tỉ số truyền truyền hệ thống dẫn động Có thể sơ chọn theo Bảng 2.2 (nên chọn trị số nhỏ để truyền có kích thước nhỏ gọn) 10 Bảng 2.2.Tỉ số truyền nên dùng cho truyền hệ Loại truyền động Truyền động bánh trụ: - Để hở - Hộp giảm tốc cấp - Hộp giảm tốc cấp Truyền động bánh côn: - Để hở - Hộp giảm tốc cấp - Hộp giảm tốc – trụ cấp Truyền động trục vít: - Để hở - Hộp giảm tốc cấp - Hộp giảm tốc cấp trục vít - Hộp giảm tốc cấp trục vít – bánh bánh – trục vít Truyền động đai dẹt: - Thường - Có bánh căng Truyền động đai thang Truyền động xích Truyền động bánh ma sát Tỉ số truyền u nên dùng 4…6 3…5 … 40 2…3 2…4 10 … 25 15 … 60 10 … 40 300 … 800 60 … 90 2…4 4…6 3…5 2…5 2…4 - Tốc độ quay trục cơng tác tính theo cơng thức: n= 60000v πD 60000v n= Zp (v/ph) (2.8) (v/ph) Trong đó: v – vận tốc vịng (dài) phận cơng tác (băng tải, xích tải) (m/s); D – đường kính tang (mm); 11 p – bước xích xích tải (mm); z – số đĩa xích tải Số vịng quay sơ động cơ: n sb = n.u (2.9) Chọn tốc độ quay động thỏa điều kiện(2.1) Khi chọn tốc độ quay động nhanh kích thước, giá thành khối lượng động nhỏ Tuy nhiên tỉ số truyền chung tăng lên, dẫn đến kích thước, khối lượng giá thành hệ thống truyền động tăng Vì thiết kế nên cân đối hai yếu tố trên, đồng thời cần dựa vào sơ đồ hệ thống dẫn động cần thiết kế để chọn tốc độ quay động cơ.Cho nên hệ dẫn động gồm truyền đai xích + HGT cấp (dạng khai triển, phân đôi, đồng trục, bánh nón – trụ) nên chọn tốc độ động ≈ 1500 v/ph, HGT bánh – trục n đc ≈ 3000 vít trục vít – bánh thường chọn v/ph 2.3 Phân phối tỉ số truyền Phân phối tỉ số truyền truyền HGT phải thỏa mãn điều kiện kích thước bao, khối lượng vấn đề bôi trơn Để giải toán phân phối tỉ số truyền, hợp lý xuất phát từ số tiêu quan trọng để xây dựng hàm mục tiêu chọn phương pháp thích hợp để giải tốn tối ưu đa mục tiêu thỏa mãn đồng thời tiêu quan trọng Tuy nhiên khn khổ đồ án mơn học, chúng tơi trình bày số cơng thức thực nghiệm nhằm giúp việc tính tốn thiết kế đơn giản - Hộp giảm tốc khai triển, chọn: u n = (1, ÷ 1,3)u c u n = 0, 7332u 0,6438 h Trong đó: theo điều kiện HGT bơi trơn ngâm dầu (2.10) theo tiêu HGT có khối lượng nhỏ (2.11) – tỉ số truyền cấp nhanh – tỉ số truyền cấp chậm – tỉ số truyền HGT ( u h = u n u c ) 12 Sử dụng (2.10): Thỏa điều kiện bôi trơn ngâm dầu, nhiên bánh lớn cấp chậm phải nhúng sâu dầu gây nên công suất mát khuấy dầu lớn Để HGT có khối lượng nhỏ nhất, ta áp dụng cơng thức (2.11) Theo , HGT khai triển chọn sau: • < dùng HGT cấp • < 16 dùng HGT cấp • 16 ≤< 52 dùng HGT cấp • ≥ 52 dùng HGT cấp - HGT phân đôi (cấp nhanh phân đôi, cấp chậm phân đơi) phân phối tỉ số truyền chọn HGT khai triển - HGT đồng trục: để bảo đảm điều kiện bôi trơn ngâm dầu Tỉ số truyền u phân phối sau: u n = uc = uh với (2.12) - HGT trục vít – bánh răng: Bộ truyền bánh cấp chậm sơ chọn = (0,03 ÷ 0,06) - HGT trục vít cấp: Để bố trí hợp lýta chọn - a w = 2a w1 – khoảng cách trục truyền cấp nhanh cấp chậm Tỉ số un = uc truyền Để hệ thống vấn đề vừa trình bày, chúng tơi trình bày haiví dụ minh họa chọn động điện phân phối tỉ số truyền cho hệ thống dẫn động khí Ví dụ 1: • Cho sơ đồ hệ thống dẫn động(Hình a) sơ đồ tải trọng (Hình b): 13 Hình a.Sơ đồ dẫn động Hình b.Sơ đồ tải trọng • Số liệu thiết kế: - Lực vịng xích tải (2F) = 5000 N - Vận tốc xích tải: v = 1,2 m/s - Số đĩa xích tải: z = - Bước xích tải: p = 110 mm - Số năm làm việc: năm - Chế độ tải trọng: tải trọng thay đổi theo sơ đồ tải trọng - Số chiều quay: quay chiều - Sai lệch cho phép tỉ số truyền hệ: ∆u < 4% - Chế độ làm việc: năm làm việc 300 ngày, ngày ca, số làm việc giờ/ca Giải 14 a) Chọn động điện P= Công suất trục công tác: 2Fv 5000.1, = = kW 1000 1000 Công suất tương đương (đẳng trị) trục công tác: Ptđ = P 12.0,3 + 0,82.0,3 + 0,52.0, = 4, 62 kW Hiệu suất chung: η = ηđ η2br ηnt ηô4 = 0,88 Tra bảng 2.1 ta ηđ = 0,96 ; ηbr = 0,98 ; ηô = 0,99 ; ηnt = Công suất cần thiết động cơ: Pct = Ptđ 4, 62 = = 5, 25 kW η 0,88 Xác định sơ số vòng quay động Tốc độ quay trục công tác: v= zpn 60000v 60000.1, ⇒n= = = 72, 72 v/ph 60000 zp 9.110 Hệ truyền động khí có truyền đai thang hộp giảm tốc khai u đ = ; u h = 10 triền cấp, theo bảng 2.2 ta sơ chọn Tỉ số truyền chung sơ bộ: u sb = u đ u h = 20 n sb = n.u sb = 72, 72.20 = 1454, v/ph Chọn động điện phải thỏa mãn điều kiện (2.1) (2.2): Pđc ≥ Pct = 4, 62 kW n đc = n sb = 1454 15 Và T Tmm = 1,8 ≤ d T Tdm Tra phụ lục P1.2, chọn động điện không đồng pha rôto lồng Tkd =2 Pđc = 5,5 kW ; n đc = 1460 v/ph Tdd sóc 50 Hz loại 3K132M4 có b) Phân phối tỉ số truyền u= Tỉ số truyền chung n đc 1460 = = 20, 07 n 72, 72 uđ Chọn bước tỉ số truyền theo dãy số sau (tương ứng với dãy trị số đường kính bánh đai tiêu chuẩn) u đ = ; 2,24 ; 2,5 ; 2,8 ; 3,15 ; ; 4,5 ; uđ = u = 20, 07 Vì nên ta chọn (để truyền đai thang có kích thước nhỏ gọn) uh = u 20, 07 = = 10, 03 uđ Theo yêu cầu bôi trơn hộp giảm tốc phương pháp ngâm dầu, u n = (1, ÷ 1,3)u c = 1,3u c áp dụng công thức thực nghiệm u h = u n u c = 1,3u c2 ⇒ u c = un = uh = 2, 78 1,3 u 20, 07 = = 3, u đ u c 2.2, 78 Kiểm tra sai số cho phép tỉ số truyền u t = u đ u n u c = 2.3, 6.2, 78 = 20, 016 16 ∆u = 20, 07 − 20, 016 100% = 0, 25% < 4% 20, 07 thỏa điều kiện sai số cho phép Bảng hệ thống số liệu Trục Thông số u n (v/ph) P (kW) T (Nmm) Động =2 1460 Mômen xoắn Pm , Tm II = 3,6 730 III = 2,78 202,8 72,95 P3 = P P P P ; P2 = ; P1 = ; Pm = ηô ηbr ηô ηbr ηơđ ηη Ti = 9,55.106 Pi ni Trong với I công suất mômen xoắn trục động cơ: P3 = P = = 6, 06 kW ηδ 0, 99 P2 = P3 6, 06 = = 6, 24 kW ηbr ηδ 0,98.0,99 P1 = P2 6, 24 = = 6, 44 kW ηbr ηδ 0,98.0,99 Pm = P1 6, 44 = = 6, 77 kW ηđ ηδ 0,96.0,99 Ví dụ 2: Cho sơ đồ hệ thống dẫn động (Hình c) sơ đồ tải trọng (Hình d) 17 Hình c.Sơ đồ dẫn động Gồm : Động điện Bộ truyền xích Hộp giảm tốc cấp Nối trục đàn hồi Bộ phận cơng tác – băng tải Hình d.Sơ đồ tải trọng Số liệu thiết kế: • Lực vịng xích tải (2F) : 5000 (N) • Số xích tải (z) :9 (răng) • Vận tốc xích tải (v) : 1,2 (m/s) : 110 (mm) • Bước xích tải (p) 18 • Số năm làm việc :5 (năm) Đặc điểm tải trọng: Tải trọng tĩnh quay chiều Ghi chú: Một năm làm việc 300 ngày, ngày làm việc ca, ca Sai số tỉ số truyền ∆u = (2 ÷ 3)% Giải a) Chọn động điện: P= Công suất trục công tác: Ft v 60000.0,95 = = 5,7 1000 1000 (kW) Cơng suất tính: = P (tải trọng tĩnh) Công suất cần thiết trục động cơ: Pct = Pt 5, = = 6,55 η 0,87 (kW) η = ηbrn ηnt ηbrt ηx ηol4 = 0,85 Tra bảng 2.1 ta = 0,96 (bộ truyền bánh côn); = 0,98 (bộ truyền bánh trụ); = 1; = 0,99 (hiệu suất cặp ổ lăn); = 0,93 Theo điều kiện (2.1) tra phụ lụcP1.2, ta chọn động không đồng pha rơto lồng sóc 50 Hz loại 3K132M4 = 7,5 kW; = 1460 (v/ph) Kiểm tra điều kiện mở máy theo (2.2): Khi mở máy, mômen tải không vượt mômen khởi động động (T