Bài giảng chi tiết máy chương 2 các chỉ tiêu tính toán chi tiết máy

Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai Chương BỘ TRUYỀN ĐAI 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 2.1.1 Nguyên lý làm việc n2 n1 d1 O1 d2 O2 Hình 2.1 Sơ đồ truyền đai Bộ truyền đai làm việc theo nguyên lý ma sát Bộ truyền đai bao gồm bánh dẫn 1, bánh bò dẫn lắp hai trục dây đai bao quanh hai bánh đai Nhờ ma sát dây đai bánh đai nên bánh dẫn quay truyền chuyển động sang bánh bò dẫn 2.1.2 Phân loại - Theo hình dạng tiết diện ngang: đai dẹt, đai hình thang, đai hình lược đai tròn Ngoài ra, có đai truyền lực nhờ vào ăn khớp đai bánh đai Hình 2.2 Các loại đai: a) Đai dẹt b) Đai thang c) Đai hình lược d) Đai tròn - Theo kiểu truyền động:  Bộ truyền đai thang, đai hình lược: truyền động trục song song chiều  Bộ truyền đai dẹt đai tròn truyền động: + trục song song chiều (hình 2.3a) + trục song song ngược chiều (hình 2.3b) + trục chéo (hình 2.3c) Bm Thiết kế máy -12- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai Hình 2.3 Các kiểu truyền động đai dẹt đai tròn 2.1.3 Ưu, nhược điểm phạm vi sử dụng a Ưu điểm: - Có thể truyền động trục xa (>15m) - Làm việc êm, không ồn nhờ vào độ dẻo đai, truyền chuyển động với vận tốc lớn - Tránh cho cấu dao động lớn sinh tải trọng thay đổi nhờ vào tính chất đàn hồi đai - Giữ an toàn cho động chi tiết máy khác bò tải nhờ vào trượt trơn đai bánh đai - Kết cấu vận hành đơn giản không cần bôi trơn Giá thành rẻ b Nhược điểm: - Kích thước truyền lớn (kích thước lớn khoảng lần so với kích thước truyền bánh truyền công suất) - Tỉ số truyền không ổn đònh có tượng trượt đàn hồi đai bánh đai - Lực tác dụng lên trục ổ lớn (lớn 2÷3 lần so với truyền bánh răng) phải căng đai với lực căng ban đầu F0 - Tuổi thọ thấp làm việc với vận tốc cao (từ 1000 ÷ 5000 giờ) c Phạm vi sử dụng: - Bộ truyền đai thường dùng để truyền công suất không 50KW với khoảng cách hai trục tương đối xa Bộ truyền đai thường bố trí cấp tốc độ nhanh, bánh dẫn lắp vào trục động - Tỉ số truyền: đai dẹt u30m/s): v  Fv A (2.37) - Ứng suất uốn (chỉ sinh đoạn dây đai bò uốn cong):  F  .E (2.38) đó, E : modun đàn hồi vật liệu (Ethép = 210.000Mpa, Evải cao su = 200÷ 350Mpa)  : biến dạng dài tương đối thớ đai  Bm Thiết kế máy y     d d  : bán kính cong thớ trung hòa, y : khoảng cách thớ thớ trung hòa,  : bề dày dây đai -22- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai Hình 2.10 Ứng suất uốn sinh ñai Suy ra: F   d (2.39) E  Khi tăng  giảm d ứng suất uốn tăng lên, làm giảm tuổi thọ đai - Khi dây đai quay vòng ứng suất uốn sinh đai thay đổi hai chu kỳ Ứng suất dây đai thay đổi theo thời gian Ứng suất lớn nhánh căng, điểm dây đai bắt đầu tiếp xúc với bánh đai nhỏ (điểm A):  max  1   F   v (2.40)      v (2.41) Hình 2.11 Biểu đồ ứng suất sinh đai 2.7 HIỆN TƯNG TRƯT – HIỆU SUẤT BỘ TRUYỀN ĐAI 2.7.1 Hiện tượng trượt Bm Thiết kế máy -23- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai Hình 2.12 Trượt đàn hồi Dưới tác dụng lực, truyền đai có ba dạng trượt: trượt hình học, trượt đàn hồi trượt trơn a Trượt hình học: xảy truyền chưa làm việc tác dụng lực căng ban đầu F0 đai bánh đai sinh lực ma sát, đai bò dãn dài trượt bánh đai b Trượt đàn hồi: truyền làm việc, lực F1  F2 nên độ biến dạng đai vào đai lớn độ biến dạng đai đai 1  2 Do đó, vào tiếp xúc với bánh dẫn, đai bò co lại gây nên tượng trượt đàn hồi chuyển động chậm bánh đai dẫn Trên bánh bò dẫn xảy tượng trượt đàn hồi đai Trượt đàn hồi xảy với tải trọng tác dụng lên truyền Tuy nhiên, trượt đàn hồi xảy cung trượt c Trượt trơn: xảy moment truyền lớn moment ma sát (lực vòng > lực ma sát) Nếu truyền tải phần trượt trơn phần, bò tải trượt trơn hoàn toàn (lúc bánh bò dẫn dừng lại) 2.7.2 Đường cong trượt hiệu suất truyền đai Hình 2.13 Đường cong trượt hiệu suất Bm Thiết kế máy -24- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai - Khả làm việc truyền đai đặc trưng đường cong trượt hiệu suất Các đường cong thu từ kết thực nghiệm loại vật liệu đai khác Trục tung hệ số trượt tương đối  hiệu suất  Trục hoành tải trọng, đặc trưng hệ số kéo  :  Ft e f   f F0 e  (2.42) - Từ đồ thò ta thấy, đường cong trượt biểu diễn mối quan hệ   , đường cong hiệu suất biểu diễn mối quan hệ   :     0 :  ( ) đường gần thẳng  Chỉ có trượt đàn hồi Hiệu suất tăng lên đạt giá trò lớn   0  0    max :  ( ) đường cong  Trượt trơn phần (trượt đàn hồi + trượt trơn) Hiệu suất giảm xuống nhanh    max : Trượt trơn hoàn toàn - Như vậy, truyền đai làm việc có lợi   0 , lúc hiệu suất bộâ truyền lớn (đối với đai dẹt   0,97  0,98 , đai thang   0,92  0,97 ) Nếu non tải (  0 ) khả truyền không dùng hết Nếu tải trọng lớn (  0 ) đai bò mòn nhanh, hiệu suất giảm 2.8 CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH 2.8.1 Các dạng hỏng Bộ truyền đai có dạng hỏng sau:  Đứt đai mỏi: đai quay vòng, ứng suất kéo thay đổi chu kỳ, ứng suất uốn đai thay đổi theo hai chu kỳ Ứng suất thay đổi theo chu kỳ nguyên nhân gây nên hỏng đai mỏi Hình 2.14 Ứng suất sinh đai thay đổi theo chu kỳ  Nóng ma sát: ma sát dây đai bánh đai, ma sát dây đai nên làm việc dây đai bò nóng lên  Hiện tượng trượt trơn: góc trượt góc ôm bắt đầu xảy tượng trượt trơn (do tải) Bm Thiết kế máy -25- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai 2.8.2 Khả làm việc tiêu tính - Các tiêu chuẩn khả làm việc:  Khả kéo: xác đònh lực ma sát đai bánh đai để tránh tượng trượt trơn  Tuổi thọ đai: điều kiện làm việc bình thường, hạn chế hỏng đai mỏi - Chỉ tiêu tính:  Tính theo khả kéo: để tránh tượng trượt trơn  Tính theo tuổi thọ: để tránh đứt đai Do ứng suất đai thay đổi nên tuổi thọ đai phụ thuộc vào giá trò ứng suất, đặc tính chu kỳ thay đổi ứng suất Tần số chu kỳ ứng suất số vòng chạy đai giây: v (2.43) i L đó: v vận tốc đai, m/s; L chiều dài đai, m Giá trò i lớn tuổi thọ đai thấp, nên người ta giới hạn giá trò i 1 1 sau: đai thang i     , đai dẹt i  10  20   Hạn chế giá trò i s s cách gián tiếp cách giới hạn giá trò nhỏ chiều dài đai Lmin khoảng cách trục a 2.9 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI 2.9.1 Tính theo khả kéo - Điều kiện bền:   0  Ft  0 F0  Ft  2F0 0  Ft F  0 A A   t  2 0   t  [ t ] (2.44) (2.45) với [ t ]  2 0 : ứng suất có ích cho phép - Xét đến khác biệt điều kiện thực điều kiện thí nghiệm thì: [ t ]  [ t ]0 C Bm Thiết kế máy -26- (2.46) TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai đó, [ t ]0 : ứng suất có ích cho phép truyền làm việc điều kiện thí nghiệm: truyền nằm ngang, u  1, v  10 (m/s) [ t ]0 tra theo bảng 4.7, trang 147, tài liệu [1] : hệ số hiệu chỉnh C a Tính toán đai dẹt:  b Hình 2.15 Kích thước tiết diện đai dẹt Lực vòng tính theo công thức: Ft  1000 P1 với P1 công suất truyền, KW v1 Sử dụng điều kiện bền (2.45): Ft  [ t ] A (2.47) Ft  [ t ]0 C b. (2.48) t   Suy bề rộng dây đai tính sau: Hay với b  Ft  [ t ]0 C (2.49) b  1000 P1  v1.[ t ]0 C (2.50) C  C0 C Cv.Cr (2.51) đó, C0 : hệ số xét đến ảnh hưởng vò trí truyền phương pháp căng đai (tra bảng trang 148, tài liệu [1]), C : hệ số xét đến ảnh hưởng góc oâm, C   0,003.(1800  1 ) , Cv : hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc, Cv   cv.(0,01v12  1) với cv  0,04 (10m/s  v1  20m/s) cv  0,01  0,03 ( v1  20m/s) Cr : hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ làm việc thay đổi tải trọng (tra bảng 4.8, trang 148, tài liệu [1]) b Tính toán đai thang: Bm Thiết kế máy -27- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai Hình 2.16 Đai thang Gọi z số dây đai A diện tích mặt cắt ngang dây đai Sử dụng điều kiện bền (2.45), ta có: Ft (2.52)  [ t ]0 C z A Đặt [ P0 ]   z  Ft A.[ t ]0 C (2.53)  z  1000 P1 A.v1 [ t ]0 C (2.54) A.v1.[ t ]0 : công suất có ích cho phép truyền làm việc điều kiện thí 1000 nghiệm: z  1, u  1,   1800 (m/s), chiều dài đai L0 , tải trọng không va đập [ P0 ] tra theo đồ thò hình 4.21, trang 151, tài liệu [1] Suy số đai z tính sau ( z làm tròn thành số nguyên z  ): z  với P1 [ P0 ].C (2.55) C  C Cv.Cr Cu CL.Cz (2.56) đó, C : hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm, C  1,24(1  e1 / 110) , Cv : heä số xét đến ảnh hưởng vận tốc, Cv   0,05 (0,01v12  1) , Cr : heä số xét đến ảnh hưởng chế độ làm việc thay đổi tải trọng (tra bảng 4.8, trang 148, tài liệu [1]) Cu : hệ số xét đến ảnh hưởng tỉ số truyền đai, (tra bảng 4.9, trang 152, tài liệu [1]) C L : hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai, CL  L với L0 chiều dài đai L0 thí nghiệm, tra theo đồ thò hình 4.21, trang 151, tài liệu [1] C z : hệ số xét đến ảnh hưởng phân bố không tải trọng dây đai (tra bảng trang 152, tài liệu [1]) 2.9.2 Tính theo tuổi thọ Bm Thiết kế máy -28- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai - Số chu kỳ làm việc tương đương NE liên hệ với tuổi thọ LH sau: NE  2.3600 Lh i (2.57) v số vòng chạy đai giây, vòng chạy tương ứng chu L kỳ ứng suất uốn i  - Suy công thức xác đònh tuổi thọ đai là: m  r   107   Lh   max  2.3600 i (giờ) (2.58) đó,  r : giới hạn mỏi đai (tra bảng trang 146, tài liệu [1])  max : ứng suất lớn sinh ñai,  max  1   F1   v , N0  107 : số chu kỳ làm việc sở, m : số mũ đường cong mỏi, m  đai dẹt, m  đai thang 2.10 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI (Sinh viên tự đọc tài liệu [1]) 2.10.1 Trình tự thiết kế truyền đai dẹt Thông số đầu vào: công suất P1 (kW) , số vòng quay trục dẫn n1 (vòng/phút), tỉ số truyền u Thực theo bước sau: Chọn loại đai vật liệu đai tùy theo điều kiện làm việc Đònh đường kính bánh đai nhỏ theo hai công thức: d1  (1100  1300) P1 , (mm) n1 d1  (5,2  6,4) T1 , (mm) Chọn d1 theo tiêu chuẩn: 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000 Tính vận tốc v1 kiểm tra có phù hợp không Nếu v1 lớn chọn d1 nhỏ Tính đường kính bánh đai lớn d theo công thức d2  u d1 (1   ) Chọn d theo tiêu chuẩn Tính xác tỉ số truyền u Xác đònh khoảng cách trục a theo kết cấu theo công thức (2.16) thay L  Lmin Lmin chọn theo điều kiện giới hạn số vòng chạy đai giây: Bm Thiết kế máy -29- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai Lmin  v i i   truyền đai hở; i  10 truyền có bánh căng đai Kiểm nghiệm khoảng cách trục a theo điều kiện: a  2(d1  d ) : trường hợp truyền đai hở a  (d1  d ) : trường hợp truyền có bánh căng đai Tính L theo công thức (2.11) tăng L thêm 100÷400 mm để nối đai Kiểm tra số vòng chạy đai giây i , không thỏa tăng a tính lại L i Tính góc ôm 1 theo công thức (2.4) (2.6) kiểm nghiệm điều kiện 1  1500 d d Chọn trước chiều dày  đai theo điều kiện:  25 đai da;  30   đai vải cao su Tính chiều rộng đai b theo công thức (2.50) chọn b theo tiêu chuẩn (trang 125, tài liệu[1]) 10 Chọn chiều rộng bánh đai B theo b (bảng 4.5, trang 130, tài liệu[1]) 11 Tính lực căng ban đầu F0 theo công thức (2.27), (2.29) lực tác dụng lên trục Fr theo công thức (2.32), (2.33) 2.10.2 Trình tự thiết kế truyền đai thang Thông số đầu vào: công suất P1 (kW) , số vòng quay trục dẫn n1 (vòng/phút), tỉ số truyền u Thực theo bước sau: Chọn loại đai (tiết diện đai) theo đồ thò 4.22, trang 152, tài liệu [1] Đònh đường kính bánh đai nhỏ theo công thức d1  1,2 d với d cho bảng 4.3, trang 128, tài liệu [1] Chọn d1 theo tiêu chuẩn Tính vận tốc v1 Nếu v1 >25m/s chọn d1 nhỏ dùng đai thang hẹp Tính đường kính bánh đai lớn d theo công thức: d2  u d1 (1   ) Choïn d theo tiêu chuẩn Xác đònh khoảng cách trục a theo kết cấu chọn sơ a theo d : u a Bm Thiết kế máy 1,5 d 2 1,2 d d2 0,95 d -30- 0,9 d ≥6 0,85 d TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai Tính L theo công thức (2.11) chọn L theo tiêu chuẩn (bảng 4.3, trang 128, tài liệu [1]) Kiểm tra số vòng chạy đai giây i , không thỏa tăng a tính lại L i Tính xác khoảng cách trục a theo L tiêu chuẩn theo công thức (2.16) Kiểm nghiệm điều kiện: 0,55 (d1  d2 )  h  a  2(d1  d2 ) với h chiều cao mặt cắt ngang dây đai (tra bảng 4.3, trang 128, tài liệu [1]) Tính góc ôm 1 theo công thức (2.4) (2.6) kiểm tra điều kiện không xảy trượt trơn Nếu không thỏa ta tăng a giảm u 10 Tính số đai z theo công thức (2.55) Chọn z số nguyên z  11 Tính chiều rộng đường kính bánh đai (bảng 4.4, trang 130, tài liệu[1]) 12 Chọn chiều rộng bánh đai B theo b (bảng 4.5, trang 130, tài liệu[1]) 13 Tính lực căng ban đầu F0 theo công thức (2.27), (2.29) lực tác dụng lên trục Fr theo công thức (2.32), (2.33) Bm Thiết kế máy -31- TS Bùi Trọng Hiếu ... truyền đai Fv  qm  v2 (2. 22) qm (kg/m) khối lượng 1m chi u dài dây đai Bm Thiết kế máy -19- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai Hình 2. 8 Lực quán tính ly tâm tác dụng...  F2  Ft (2. 24) - Giải hệ phương trình (2. 23) (2. 24) ta tìm được: Ft Ft F2  F0  F1  F0  (2. 25) - Công thức Euler không tính đến lực quán tính ly tâm ( Fv  ) có dạng: F1  F2 e f (2. 26)... xảy tượng trượt trơn (do tải) Bm Thiết kế máy -25 - TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 2: Bộ truyền đai 2. 8 .2 Khả làm việc tiêu tính - Các tiêu chuẩn khả làm việc:  Khả kéo: xác đònh