Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY LỜI NÓI ĐẦU Đồ án môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây là thiết kế hệ thống dẫn động xích tải, với hộp giảm tốc một cấp bánh răng trụ răng nghiêng với yêu cầu về vận tốc, lực cũng như các đặc trưng khác. Đồ án môn học chi tiết máy với bước đầu làm quen với công việc tính toán, thiết kế các chi tiết máy trong lĩnh vực cơ khí nhằm nâng cao kỹ năng tính toán, hiểu sâu hơn về kiến thức đã học. Nội dung công việc thực hiện là: Tính toán chọn động cơ cho hệ dẫn động xích tải. Tính toán bộ truyền trong và bộ truyền ngoài. Thiết kế trục và chọn ổ lăn. Tính toán vỏ hộp và các chi tiết khác. Tính toán bôi trơn. Đồ án môn học chi tiết máy là một tài liệu dùng để chế tạo các hệ thống dẫn động cơ khí, nhưng đây không phải là phương án tối ưu nhất trong thiết kế hệ thống dẫn động băng tải do những hạn chế về hiểu biết và kinh nghiệm thực tế. GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 1 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY MỤC LỤC Trang GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 2 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY I. Tính toán động học 1.1. Chọn động cơ * Công suất yêu cầu của động cơ: Công suất danh nghĩa: dn F.v 730.4,53 P = = = 3,3 kW 1000 1000 Tải không thuộc loại thay đổi ngắn hạn nên: β=1 Công suất tính toán trên trục máy công tác là: P ct = P dn *β = 3,3*1 = 3,3 kW Ta tra bảng 2.3 có hiệu xuất của các chi tiết: 1. Hiệu suất bộ truyền xích : η x = 0, 97 2. Hiệu suất bánh răng trụ răng nghiêng: br η =0,97 (bộ bánh răng sử dụng trong hộp số nên được che kín bôi trơn đầy đủ). 3. Hiệu suất của khớp nối đàn hồi: kn η =1 4. Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn: OL η = 0,99 (ta có 3 cặp ổ lăn) Hiệu suất truyền động: η = 3 x OL br kn η .η. η .η = 0,97.0,97.0,99 3 .1 = 0,913 Công suất yêu cầu của động cơ: P yc t P 3,3 = = = 3,62 0,913 0,913 kW * Xác định sơ bộ số vòng quay động bộ của động cơ: Số vòng quay trục công tác: ( ) ct 60000.v 60000.4,53 n = = = 136 v / ph z.t 16.125 Căn cứ vào bảng 2.4 ta chọn sơ bộ tỷ số truyền của các bộ truyền như sau: - Của bộ truyền xích tải là: u x = 2,5 - Của bộ truyền bánh răng trụ: u br = 4 Ta có tỷ số truyền sơ bộ của hệ dẫn động là: u = u x .u br = 2,5.4=10 GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 3 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ là: n sb = 136 x 10 = 1360 (v/ph) Chọn số vòng quay động bộ của động cơ là n db = 1500 (v/ph) động cơ có 2 cặp cực 2P = 4. Tra bảng P1.1 ta chọn được động cơ như sau: Kiểu động cơ: DK51 - 4 Công suất: P dc = 4,5 kW Vận tốc quay: n db = 1440 v/ph Khối lượng: m =84 kg 1.2. Phân phối tỷ số truyền Trên cơ sở số vòng quay thực của động cơ đã chọn và số vòng quay yêu cầu trên trục công tác tính lại tỉ số truyền chung, phân phối cho bộ truyền ngoài và bộ truyền trong. Ta có tỷ số truyền chung của hệ là: u = u x .u br = db lv n 1440 = = 10,6 n 136 Theo bảng 2.4 ta chọn tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng là: u br = 4 Từ đó suy ra tỷ số truyền của bộ truyền xích tải là: u x = br u 10,6 = = 2,65 u 4 1.3. Tính các thông số trên các trục Công suất trên các trục Công suất trên trục công tác: P ct = 3,3 kW đã tính Công suất trên trục 2 của hộp giảm tốc: P II = P ct / OL η .η x = 3,3 /(0,99.0.97) = 3,44 kW Công suất trên trục 1 của hộp giảm tốc: GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 4 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY P I = P II / OL (η *η ) r = 3,44/(0,97.0,99) = 3,58 kW Công suất trên trục động cơ: P dc = P I /( η .η OL k ) = 3,58 /(0,99.1) = 3,62 kW Số vòng quay n dc = 1440 v/ph Tốc độ trên trục 1 của hộp giảm tốc: n I = n dc = 1440 (v/ph) Tốc độ trên trục 2 của hộp giảm tốc: n II = n I /4= 1440/4 = 360 (v/ph) Tốc độ của trục quay làm việc: n lv = n ct = n II /2,65= 288/2,65 = 136 (v/ph) Mômen xoắn T dc = 9,55.10 6 .P dc / n dc = 9,55.10 6 .3,62 / 1440 = 24022 Nmm T I = 9,55.10 6 .P I / n I = 9,55.10 6 .3,58 / 1440 = 23782 Nmm T II = 9,55.10 6 .P II / n II = 9,55.10 6 .3,44 / 360 = 91351 Nmm T ct = 9,55.10 6 .P ct / n ct = 9,55.10 6 .3,3 / 136 = 232383 Nmm 1.4. Bảng kết quả tính toán Trục Thông số Động cơ I II Công tác Tỷ số truyền u u kn = 1 u br = 4 u x = 2,65 Số vòng quay n, v/ph 1440 1440 360 136 Công suất P, kW 3,62 3,58 3,44 3,3 Mômen xoắn T, Nmm 24022 23782 91351 232383 II. Thiết kế bộ truyền xích (bộ truyền ngoài) GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 5 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY 2.1 Chọn số răng đĩa xích - Với tỷ số truyền ta chọn được số răng đĩa xích nhỏ 1 25z = - Từ số răng đĩa xích nhỏ ta chọn số răng đĩa xích lớn: 2 1 max z = u .z = 2,65*25= 66,22 < z =120 x Chọn z 2 = 67 2.2 Xác định bước xích - Công suất tính toán t 1 z n P =P .k.k .k Với các thông số: 1 II 01 z 1 01 n 1 P =P = 3,44 kW z 25 k = = = 1 z 27 n 400 k = = = 1,11 n 360          0 a dc bt d c k=k .k .k .k .k .k =2,44 Với 0 1k = (đường nối tâm hai đĩa xích trùng với phương nằm ngang) 1 a k = (chọn khoảng cách trục a = 35.p) 1,25 dc k = (vị trí trục không điều chỉnh được) 1,2 d k = (tải trọng tĩnh, làm việc va dập nhẹ) 1,3 bt k = (làm việc trong môi trường có bụi, bôi trơn đạt yêu cầu) 1,25 c k = (làm việc 2 ca) → t 1 z n P =P .k.k .k = 3,44.2,44.1.1,11=9,33<[P]=19,0 → Chọn xích 1 dãy với bước xích 25,4p mm = 2.3 Xác định khoảng cách trục và số mắt xích GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 6 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY - Chọn sơ bộ khoảng cách trục: sb a = 35.p = 35.25,4 = 889 mm - Từ đó ta xác định được số mắt xích: 2 2 1 2 2 1 2 2 2 ( ) . 2.889 67 25 (67 25) .25,4 117,3 2 4 . 25,4 2 4 .889 sb sb a z z z z p x p a π π + − + − = + + = + + = - Chọn số mắt xích chẵn: 118 c x = - Tính lại khoảng cách trục theo số mắt xích: 2 2 1 2 2 1 c 1 2 c 2 2 z +z z -z a = 0,25p.{x -0,5(z +z ) + [x - ] -2.( ) } 2π (67+25) 67-25 = 0,25.25,4.{118-0,5.(67+25)+ [118- ] -2.( ) }=8a π 98mm 2 - Để xích không chịu lực căng quá lớn cần giảm a đi một khoảng: Δa = 0,003.a = 0,003.898 = 2,7 mm - Khoảng cách trục chính xác là: a= 895 mm - Kiểm nghiệm số lần va đập i của bản lề trong 1s: 1 1 c z .n i= [i] 15.x ≤ Với 1 1 118 25 360 [i]=35 c x z n =   =   =    → 1 1 c z .n 25.360 i = = = 5,1 [i] = 30 15.x 15.118 ≤ 2.4 Kiểm nghiệm xích theo hệ số an toàn GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 7 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY t o v d Q s = [s] k .F +F +F ≥ Với: Q= 56700 N (xích con lăn 1 dãy với p= 25,4mm ) 1,7 d k = (giả sử bộ truyền làm việc nặng) 1 1 z .p.n v = = 3,81 m/s 60000 t 1000.P F = =903,84 N v 2 2 . 2,6.3,81 37,7 v F q v N = = = (bộ truyền xích có q = 2,6 kg) o f F = 9,81.k .q.a = 9,81.6.2,6.0,885 = 137 N (bộ truyền nằm ngang 6 f k = ) → d t o v Q 56700 s = = =33,13>[s]=9,3 k .F +F +F 1,7.903,84+137+37,7 2.5 Đường kính vòng chia đĩa xích 1 1 p 25,4 d = = = 203 mm π π sin sin z 25 2 2 p 25,4 d = = = 542 mm π π sin sin z 67 2.6 Kiểm nghiệm bền theo ứng suất tiếp xúc a. Ứng với đĩa chủ động 1 1 1 1 .( . ). 0,47. [ ] . r t d vd H H d k F K F E A k σ σ + = ≤ Với: 1 0,4 r k = (với số răng z 1 =25) GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 8 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY 1,2 d K = 1 d k = t1 F = 903,84 N -7 3 -7 3 vd1 1 F =13.10 .n .p .m=13.10 .360.25,4 .1=7,67N 5 2,1.10E MPa = 2 A = 180 mm H [σ ] = 600 MPa (đĩa xích làm từ thép 45 được tôi cải thiện đạt độ cứng HB210) → 5 1 0,4.(903,84*1,2 7,67).2,1.10 0,47. 333,88 [ ]=550MPa 180.1 H H MPa σ σ + = = < b. Ứng với đĩa bị động 2 2 2 2 .( . ). 0,47. [ ] . r t d vd H H d k F K F E A k σ σ + = ≤ Với: 2 0,22 r k = 1,2 d K = 1 d k = 2 2 1000 941,2 t P F N v = = -7 3 -7 3 vd2 2 F =13.10 .n .p .m=13.10 .136.25,4 .1=2,89N 5 2,1.10E MPa = 2 A = 180 mm [ ]=600MPa H σ (đĩa xích làm từ thép 45 được tôi cải thiện đạt độ cứng HB210) GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 9 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY → 5 H2 H 0,22.(941,2.1,2+2,89).2,1.10 σ =0,47. =255,67MPa<[σ ]=600MPa 180.1 2.7 Lực tác dụng lên trục bánh chủ động x x t F =k .F =1,15.903,84=1039 N 2.8 Bảng số liệu tính toán Thông số Giá trị Loại xích Xích con lăn Bước xích [mm] p = 25,4 Số mắt xích x = 118 Khoảng cách trục [mm] a = 895 Số răng đĩa xích z 1 = 25 ; z 2 = 67 Đường kính chia đĩa xích [mm] d 1 = 203 ; d 2 = 542 Lực tác dụng lên trục [N] F x =1039 III. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng (bộ truyền trong) GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 10 - [...]... = 436,4 1.1.1= 436,4 (MPa)   ZM – Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp: Tra bảng 6.5 trang 96 tập I suy ra ZM=274 Mpa1/3 ZH – Hệ số kể đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc: ZH = 2cos βb 2cos11,970 = = 1,73 sin(2αtw ) sin(2.20,410 ) Zg – Hệ số sự trùng khớp của răng: Phụ thuộc vào hệ số trùng khớp ngang ε α và hệ số trùng khớp dọc ε β : GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN... 327,3.1.1,02.0,95 = 317,15( MPa)     KF – Hệ số tải trọng khi tính về uốn: K F = K Fα K F β K Fv = 1.1,085.1,06 = 1,15 Yε - Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng: Yε = 1 1 = = 0,57 εα 1,76 GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 18 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY 0 Yβ - Hệ số độ nghiêng của răng: Y = 1 − β = 1 − 11,97 = 0,91 β 0 140 140 YF1,YF 2 - Hệ số dàng răng: Phụ thuộc vào số... profin răng αt 20, 410 Góc ăn khớp αtw 20,410 Hệ số trùng khớp ngang εα 1,76 Hệ số trùng khớp dọc εβ 1,52 Mô đun pháp m 1,5 (mm) Góc nghiêng của răng β 11,970 Số răng Đường kính vòng chia Đường kính vòng lăn Đường kính đỉnh răng Đường kính đáy răng Đường kính cơ sở Hệ số dịch chỉnh IV Thiết kế trục, chọn ổ, then, khớp nối 4.1 Chọn vật liệu chế tạo trục GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT... Trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi khi hệ số an toàn các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện: sj = sσ j sτ j sσ j + s 2 2 τj ≥ s   GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 34 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Và để đảm bảo đủ bền cho phép hợp lý thì smin = 2 ÷ 2,5 với cho phép sai lệch 1 lượng chấp nhận được nên có thể lấy: smin = 1,8 ÷ 2,8 Trong đó: [ s ] : Hệ số... σ F lim = 1,8HB  σ 0  H lim1 = 2 HB1 + 70 = 2.210 + 70 = 490(MPa) Bánh chủ động:  0 σ F lim1 = 1,8HB1 = 1,8.210 = 378( MPa)  σ 0  H lim2 = 2 HB2 + 70 = 2.200 + 70 = 470( MPa) Bánh bị động:  0 σ F lim2 = 1,8HB2 = 1,8.200 = 360( MPa)  KHL, KFL – Hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền:  N  K HL = mH HO N HE  , trong đó:  N  K FL = mF FO... F1.YF2 = 41,72.3,6 =46,98(MPa)< σ  =317,15(MPa)  F2   F2 YF1 3,78  3.6.3 Kiểm nghiệm quá tải σ =σ H K qt ≤ σ H  max =126(MPa)    Hmax  σ Fmax1 =K qt σ F1 ≤ σ F1  max =360(MPa)    σ =K qt σF2 ≤ σ F2  =280(MPa)   max  Fmax2 K qt - Hệ số quá tải: K qt = Tmax = 0,2 T Ta có: GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 19 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY σ... w2 = 175 (mm) < 700(mm) ⇒ K xH = 1 Chọn YR=1 YS=1,08-0,0695.ln(m)=1,08-0,0695.ln2 =1,03 Do da 2 ≈ d w2 = 175 (mm) < 700 (mm) ⇒ K xF = 0,95  K H β = 1,055  Hệ số tập trung tải trọng:   K F β = 1,085  K Hα , K Fα - Hệ số tập phân bố ko đều tải trọng trên các đôi răng khi tính ứng suất tiếp xúc, uốn, do bộ truyền là bánh răng trụ răng nghiêng suy ra: K H α = K Fα = 1 3.6 Kiểm nghiệm bộ truyền bánh...  σ F  = S YRYS K xF K FL   R  Chọn sơ bộ: GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 11 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Z Zv K = 1  R xH  YRYS K xF = 1  SH, SF – Hệ số an toàn khi tính ứng xuất tiếp xúc và ứng xuất uốn Tra bảng 6.2 trang 94 tập I ta có: • Bánh răng chủ động: SH1=1,1 SF1=1,75 • Bánh răng bị động: SH2=1,1 SF2=1,75 0 0 σ H lim , σ F lim - Ứng xuất tiếp... vật liệu làm bánh răng của cặp bánh răng Tra bảng 6.5 trang 96 tập I ta có: K a =43 Mpa1/3 T1 – Mô men xoắn trên trục chủ động: T1 = 23782 (Nmm) [ σ H ] - Ứng suất tiếp xúc cho phép: [ σ H ] = 436,4 (MPa) u – Tỉ số truyền: u = 4 ψ ba , ψ bd - Hệ số chiều rộng vành răng: GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 14 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Tra bảng 6.6 trang 97 tập I với... Đường kính vòng tâm khớp D0 71 (mm) Chiều dài phần tử đàn hồi l3 15 (mm) Chiều dài đoạn công xôn của chốt l1 20 (mm) Đường kính của chốt đàn hồi dc 10 (mm) 4.3 Thiết kế trục 4.3.1 Xác định khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực trên trục GV hướng dẫn: PHẠM HỒNG PHÚC SV thực hiện: NGUYỄN VIẾT DŨNG_MÁY LẠNH 1A_K50 - 23 - ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY 4.3.1.1.Xét trục I lm12 = 1,2dsbI = 1,2.20 = 24(mm) lm13 = 1,5.20 . môn học chi tiết máy với nội dung thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, cụ thể ở đây là thiết kế hệ thống dẫn động xích tải, với hộp giảm tốc một cấp bánh. dùng để chế tạo các hệ thống dẫn động cơ khí, nhưng đây không phải là phương án tối ưu nhất trong thiết kế hệ thống dẫn động băng tải do những hạn chế