THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hay thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy.. Việc chọn đúng loại động cơ ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa c

LỜI NÓI ĐẦU

Nước Việt Nam ta ngay từ Đại hội lần thứ III (1960) đã xác định ngành công nghiệp cơ khí là then chốt trong sự nghiệp phát triển, công nghiệp hóa - hiện đại hóa (CNH-HĐH) đất nước, tiếp nối là Đại hội lần VI (1986) đã khẳng định rằng cơ khí là nguồn động lực quan trọng để phát triển đất nước ngày càng hiện đại Cơ khí là ngành sản xuất ra các thiết bị, máy móc phục vụ đời sống

con người từ các lĩnh vực kinh tế, giao thông vận tải cho đến an ninh quốc

phòng Vì vậy, cơ khí đóng vai trò quan trọng, nền sản xuất cơ khí của từng

nước có mạnh thì mới có khả năng chủ động cung cấp vật tư cho các ngành sản xuất vật chất cũng như đáp ứng các nhu cầu khác trong sinh hoạt xã hội

Môn học đồ án chi tiết máy là môn học kết hợp giữa lí thuyết và thực

nghiệm, có vai trò quan trọng trong việc đào tạo các kĩ sư, cán bộ kĩ thuật Môn học dựa trên các kiến thức khoa học để tính toán và nghiên cứu cấu tạo, nguyên

lý làm việc cũng như thiết kế các loại chi tiết máy móc phục vụ cho các ngành công nghiệp – nông nghiệp – giao thông vận tải

Đồ án chi tiết máy là môn học cơ sở của ngành cơ khí, thông qua việc

làm đồ án, sinh viên sẽ có cái nhìn cụ thể hơn, thực tế hơn về những kiến thức

cơ khí đã học Môn học này sẽ là tiền đề quan trọng cho các môn học chuyên ngành của sinh viên sau này, đồng thời giúp sinh viên tiếp cận được cách thực hiện đồ án một cách khoa học, tạo cơ sở cho đồ án tốt nghiệp sau này

Đề tài đồ án nhóm chúng em: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG

XÍCH TẢI Đây là lần đầu nhóm em làm đồ án nên không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo thêm của thầy và các bạn

Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, nhóm chúng em sẽ không thể hoàn thành được nếu thiếu đi sự giúp đỡ của các bạn thành viên trong lớp cũng như

sự giảng dạy tận tình và tâm huyết của thầy Nguyễn Danh Sơn, cám ơn thầy và các bạn đã giúp đỡ nhóm em hoàn thành đồ án môn học này

Bảng phân công nhiệm vụ nhóm 5:

• Tính toán thiết kế bộ truyền xích

• Kiểm nghiệm răng về độ bền

• Tính toán thiết kế trục III, chọn dung sai, tính then và ổ lăn cho trục III

• Cấu tạo hộp giảm tốc, bôi trơn HGT

• Tính toán thiết kế các chi tiết phụ

• Kiểm nghiệm răng về độ bền

• Tính toán thiết kế trục II, chọn dung sai, tính then và ổ lăn cho trục II

• Kiểm nghiệm trục về độ bền

• Tính toán nối trục đàn hồi

Vẽ chi tiếtbánh răng,

Vẽ chi tiết trục

Nhận xét của giáo viên

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG XÍCH TẢI

I. Giới thiệu chung.

Xích tải là một loại máy vận chuyển liên tục dùng để vận chuyển vật liệu dạng rời, dạng kiện theo một cách chính xác

o Sơ đồ dẫn động được trình bày trên Hình 1:

1. Động cơ điện.

Động cơ điện là thiết bị cung cấp năng lượng cho hệ thống hoạtđộng Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hay thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy Việc chọn đúng loại động

cơ ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn và thiết kế hộp giảm tốc cũng như các

bộ truyền ngoài hộp sao cho phù hợp, muốn chọn đúng động cơ ta cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi sử dụng của từng loại đồng thời cần chú ý đến các yêu cầu làm việc cụ thể của thiết bị cần dẫn động

Phân loại động cơ điện.

o Động cơ điện một chiều.

- Ưu điểm: Dễ dàng thay đổi momen và vận tốc trong phạm vi rộng,

đảm bảo khởi động êm, hãm và dễ đảo chiều, do đó được dùng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm v.v…

- Nhược điểm: Giá thành cao, động cơ điện một chiều khó kiếm trên

thị trường và phải tang thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu

o Động cơ điện xoay chiều.

Bao gồm 2 loại: Một pha và ba pha

- Động cơ điện một pha có công suất tương đối nhỏ nên thuận tiện cho các dụng cụ gia đình

- Động cơ ba pha đồng bộ:

o Ưu điểm: Hiệu suất và cos cao, hệ số quá tải lớn.

o Nhược điểm: Thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao.

- Động cơ điện ba pha không đồng bộ: Là những động cơ không

đồng bộ roto ngắn mạch và roto dây quấn

o Động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn: cho phép thayđổi vận tốc trong phạm vi nhỏ, nhưng hệ số công suất thấp, giá thành cao, kích thướt và vận hành phức tạp

o Động cơ ba pha không đồng bộ roto ngắn mạch:

+ Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, giá thành tương đối rẻ, dễ bảo

quản và làm việc có độ tin cậy cao, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện

+ Nhược điểm: Hiệu suất và hệ số công suất thấp, không điều

chỉnh vận tốc được

 Chọn động cơ: Ta chọn động cơ xoay chiều không đồng bộ

ngắn mạch Vì động cơ có những ưu điểm cơ bản: Dễ tìm mua trên thị trường, động cơ xoay chiều ba pha không đồng

bộ roto ngắn mạch được sử dụng phổ biến rộng rãi trong ngành công nghiêp hiện tại

2. Bộ truyền đai.

Công dụng:

- Bộ truyền đai dùng để truyền động giữa các trục xa nhau, đai được mắc lên hai bánh với lực căng ban đầu Fo trên bánh dẫn và bánh bị dẫn, giúp chúng dẫn động đồng đều

- Phân loại: Theo tiết diện ngang dây đai ta phân ra nhiều loại đai

khác nhau như: đai dẹt, đai thang, đai hình lược, đai tròn, ngoài ra còn có đai răng và đai lục giác…

Ưu, nhược điểm chung:

+ Đề phòng sự quá tải của động cơ nhờ sự trượt đai

+ Kết cấu và vận hành đơn giản, giá thành rẻ

- Nhược điểm:

+ Kích thướt bộ truyền lớn

+ Tỉ số truyền làm việc thay đổi do trượt đai

+ Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lăn lớn

3. Hộp giảm tốc:

Khái niệm:

- Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển là cơ cấu truyền độngbằng ăn khớp trực tiếp có tỷ số truyền không đổi và được dung để giảm vận tốc và tang momen xoắn đến trục công tác

- Khớp nối đàn hồi (4) làm nhiệm vụ truyền chuyển động giữa hai trục, nối các trục ngắn trành một trục dài, khớp nối còn có tác dụngđóng mở các cơ cấu (ly hợp) ngăn ngừa quá tải, bù sai lệch giữa các trục

- Bộ phận công tác (5) là loại máy vận chuyển liên tục dùng để vận chuyển các vật liệu dàng rời, dang kiện liên tục theo một tuyến vậnchuyển xác định được nối với trục giảm tốc và các khớp nối đàn hồi.

Nguyên lí hoạt động của sơ đồ hệ thống chuyển động xích tải:

- Khi động cơ (1) quay truyền động qua bộ truyền đai (2) tới hộp

giảm tốc bánh răng tru hai cấp khai triển (3) (bánh răng cấp nhanh qua bánh răng cấp chậm) ra khớp nối (4) làm quay trục công tác (bộ công tác) (5)

CHƯƠNG II: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐTRUYỀN

II.1 Công suất cần thiết của động cơ.

- Do tải trọng thay đổi theo bậc nên ta có:

*Công suất động cơ xác định trên chế độ làm việc và tính chất tải trọng của bộ truyền động => phải chọn động cơ sao cho khi chạy non tải và quá tải nhiệt độ ổn định, tương đương P tđ (công suất tương đương không đổi)

=> Mất mát năng lượng do nó gây ra bằng mất mát năng lượng do công

suất thay đổi.

Hiệu suất chung của hệ thống: =

Trong đó là hiệu suất của bộ truyền động đai, bánh răng, ổ lăn khớp, không baogồm xích (xích thuộc bộ phận công tác)

Theo (bảng 2.3), [1], trang 19 ta có:

= 0.96 – Hiệu suất bộ truyền đai

= 1 – Hiệu suất khớp nối đàn hồi

= 0.99 – Hiệu suất một cặp ổ lăn

= 0.97 – Hiệu suất một cặp bánh răng trụ trong hộp giam tốc

Ta chọn đai thang với Uđ = 3

Tỉ số truyền động hộp giam tốc bánh răng Uh = 16

• Để thiết kế HGT có khối lượng nhỏ nhất và tổn thất ít nhất về khuấy dầu nên chọn 16=<U h =<52

Suy ra:

Usb = Uđ.Uh = 16.3 = 48Mặt khác theo công thức (2.17), [1], trang 21 ta có số vòng quay trên trục công tác bằng:

• Số vòng quay: = 1445

• Hiệu suất động cơ: = 0.86

Động cơ thuộc động cơ loại K do nhà máy điện Việt-Hung sản suất trong nước, dễ mua tìm giá thành rẻ Đồng thời động cơ K có khối lượng nhẹ, momenkhởi động cao hơn các loại động cơ cùng phân khúc

II.4 Phân phối lại tỷ số truyền cho hệ thống truyền động.

Gọi: – Tỉ số truyền bánh răng cấp nhanh trong hộp giảm tốc

– Tỉ số truyền bánh răng cấp chậm trong hộp giảm tốc

Dựa vào (bảng 3.1), [1], trang 43 ta chọn tỉ số truyền như sau :

• Tỉ số truyền bánh răng cấp nhanh là = 5,23

• Tỉ số truyền bánh răng cấp chậm là = 3,06

• Tỉ số truyền bộ truyền đai thang = 2,5

II.5 Công suất trên các trục

• Công suất trên trục III: Do hiệu suất của khớp nối gần như không làmthay đổi đáng kể công suất truyền giữa trục III và trục công tác nên ta có:

= = 4 kW

• Công suất trên trục II:

II.7 Momen xoắn trên trục.

Ta có momen xoắn trên trục tính theo CT: T = 9,55

Trong đó: P – Công suất (kW)

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

III.1 Chọn loại đai.

Khi thiết kế bộ truyền đai cần xác định loại đai, kích thước đai và bánh đai, khoảng cách trục a, chiều dài L và lực tác dụng lên trục

Dựa vào công suất động cơ Pđc = 5,5 kW và số vòng quay của động cơ là

nđc = 1445

Dựa vào hình 4.1 và bảng 4.13, [1], trang 59:

Đai thang thường loại làm từ vật liệu tổng hợp có thông số như sau:

 Đai thang được chọn là đai vải cao su với đặc tính bền, dẻo, ít bị ảnh

hưởng bởi nhiệt và độ ẩm Đai vải cao su được dùng phổ biến dễ tìm dễ mua, giá thành rẻ hơn các đai loại khác

Kích thướt mặt cắt ngang của dây đai:

III.2 Xác định thông số bộ truyền đai.

a. Đường kính bánh đai nhỏ d 1 (bánh đai chủ động):

Theo bảng 4.21, [1], trang 63 ta chọn d1 = 200 mm

Vận tốc đai:

v = = = 15,13 m/s

*Công thức trang 60, [1].

Điều kiện: Vận tốc đai phải nhỏ hơn vận tốc cho phép vmax = 25 m/s

 Thỏa mãn điều kiện

b. Đường kính bánh đai lớn d 2 (bánh đai bị động):

Theo công thức (4.2), [1], trang 53:

Trong đó: d1 là đường kính bánh răng nhỏ

u là tỉ số truyền đai thang

là hệ số trượt (0,01 – 0,02)Vậy:

Theo bảng 4.2, [1], trang 63 ta chọn d2= 500 mm

Vậy tỉ số truyền thực tế của bộ truyền đai là:

= = = 2,52Vậy sai số bộ truyền đai là :

= 100% = 100% = 0.08%

 Sai số < 4% Nằm trong giới hạn cho phép, thỏa

c. Khoảng cách sơ bộ của trục.

Trị số a thỏa mãn điều kiện sau, theo dông thức (4.14), [1], trang 60:

0,55(d1 + d2) + h 2.(d1 + d2)0,55(200 + 500) + 10,5 2.(200 + 500)Suy ra:

395,5 1400Theo bảng 4.14, [1], trang 60 ta có:

a = d2 = 500 thõa mãn điều kiện 395,5 1400

d. Chiều dài l.

Chiều dài đai được xác định theo công thức (4.4), [1], trang 54:

L = 2a + +

= 2.500 + + = 2144,5 mmTheo bảng 4.13, [1], trang 59 ta chọn l = 2240 mm

Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ theo công thức (4.15), [1], trang 60:

i = imax = 10Suy ra: i = = 6,75 10 nên thỏa mãn yêu cầu về tuổi thọ

Khoảng cách chính xác của trục a tính theo công thức (4.6), [1], trang 54:

a = Trong đó:

= l – = 2240 – = 1140,4 mm = = = 150 mm

 a = = 589 mm

Vậy a = 589 mm thỏa điều kiện 393 a 1400

e. Góc ôm trên bánh răng nhỏ

Theo công thức (4.7), [1], trang 54 ta có:

- là công suất trên trục bánh đai chủ động: = 5,5 kW

- là công suất cho phép, xác định bằng thực nghiệm với ứng bộ truyền có số đai z = 1, chiều dài đai lo, tỉ số truyền u = 1 và tải trọng tĩnh, trị số của đối với đai thang thường cho trong bảng 4.19, [1], trang 62:

[ ] = 5,53 kW

- là hệ số tải trọng động, bảng 4.7, [1], trang 55: =1,35 (2 ca)

- là hệ số ảnh hưởng đến góc ôm, theo bảng (4.15), [1], trang 61: = 0.92

- là hệ số kể ảnh hưởng chiều dài đai, theo bảng (4.16), [1], trang 61:

Z = = = 1,29

Ta chọn Z = 2

III.4 Xác định thông số của bánh đai

Theo bảng [4.21] trang 63 ta có: H = 16; ho = 4,2; t = 19; c = 12,5.

Chiều rộng của vành đai được tính theo công thức (4.17), [1], trang 63:

B = (Z – 1).t + 2e = (2 – 1).19 + 2.12,5 = 44

Đường kính ngoài của bánh dẫn là: da1 = d1 + 2ho = 200 + 2.4,2 = 208,4 mm

Đường kính ngoài của bánh bị dẫn là: da2 = d2 + 2ho = 500 + 2.4,2 = 508,4 mm

III.5 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.

• Lực căng ban đầu tác dụng lên một đai.

Lực căng trên một đai được xác định theo công thức (4.19), [1], trang 63:

= 780 + Trong đó: là lực căng do lực li tâm sinh ra, được tính theo CT:

= Với qm là khối lượng một mét chiều dài của của đai, bảng (4.22), [1], trang 64: qm = 0,178 kg/m

Suy ra:

= = 0,178 = 40,7 NVậy: = 780 + = 780 + 40,7 = 248,7 N

• Lực tác dụng lên trục.

Lực tác dụng lên trục được tính theo CT (4.12), [1], trang 64:

= 2 z = 2.248,7.2 = 963 N

Bảng thông số bộ truyền đai

1 Đường kính bánh đai (mm) d d1 = 200; d2 = 500

2 Đường kính ngoài bánh đai (mm) da da1 = 208,4; da2 = 508,4

hộp giảm tốc có công suất thấp nên chọn vật liệu thép ở nhóm I vì bánh răng sẽ

có giá thành thấp và khả năng chạy mòn cao:

Loại bánh

răng

Nhãn hiệuthép Nhiệt luyện

Độ rắnHB

Giới hạn bền, MPa

Giới hạnchảy MPa

IV.2 Ứng suất cho phép.

a. ứng suất tiếp xúc cho phép.

Số chu kì cho phép thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

= 30

 = 30 = chu kỳ

 = 30 = 0,88 chu kỳ

Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương

Theo công thức (6.7), [1], trang 93:

= 60.c

Trong đó , , lần lượt là momen xoắn, số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ ‘i’ của bánh răng.

Suy ra: = = 60.c

= 60.1 24000.( = 14,7 chu kỳVì:

> do đó: = > do đó: =

Hệ số tuổi thọ theo CT (6.3), [1], trang 93:

Hệ số án toàn khi tính về tiếp xúc, = 1,1 (theo bảng 6.2, [1], trang 94)

Ứng suất tiếp xúc cho phép (CT 6.1a, [1], trang 93)

Suy ra:

= = 427,3 MPa = = 409,1 MPaỨng suất tiếp xúc cho phép (CT 6.12, [1], trang 95)

 418,185 511,374 MPa

Ứng suất tiếp xúc khi quá tải:

= 2,8 = 2,8.450 = 1260 MPa = 2,8 = 2,8.340 = 952 MPa

b. Ứng suất uốn cho phép.

Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn:

= = 4 chu kỳ

Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương:

Theo công thức (6.7), [1], trang 93:

= 60.c

= = 60.c

Trong đó, = 6 bậc của đường cong mỏi khi thử về uốn

Suy ra: = = 60.1 = 13,8 chu kỳ

Ta có: > chọn =

> chọn = Suy ra hệ số tuổi thọ: =

Nên = = 1

Ứng suất cho phép với số chu kì cơ sở, theo bảng (6.2), [1], trang 94 ta có:

= 1,8.H = 1,8.200 = 360 MPa

= 1,8.H = 1,8.190 = 342 MPa

Hệ số xét đến ảnh hưởng của đặt tải: KFC = 1 (vì bộ truyền quay một chiều)

Hệ số an toàn khi xét về uốn theo bảng 6.2, [1], trang 95: SF = 1,75

Vậy ứng suất cho phép là:

] = theo bảng 6.2a, [1], trang 94Của bánh răng nghiêng nhỏ là: ] = = 205,7 MPa

] = = 195,4 MPaỨng suất uốn cho phép khi quá tải bảng 6,14, [1], trang 96:

Ka – hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm răng, tra bảng 6.5, [1], trang 96: Ka = 43

T1 – momen xoắn trên trục bánh chủ động: T1 = 75508 N.mm

c) Kiểm nghiệm lại độ bền tiếp xúc

Theo công thức (6.33), [1], trang 105:

Trong đó:

ZM – hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớpTra bảng (6.5), [1], trang 96 ta có ZM = 274

Theo bảng (6.35), [1], trang 105 : 0,094

Theo công thức (6.42), [1], trang 107 ta có:

Tra bảng (6.15), [1], trang 107 ta có: hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai

số ăn khớp = 0,002 (bánh răng nghiêng)

Tra bảng (6.16), [1], trang 107 ta có: hệ số kể đến ảnh hưởng cuả các sai lệch các bước răng 1 và 2:

= 73

Suy ra:

Theo công thức 6.41 trang 107 ta có :

Thay các giá trị vừa tính ta có :

= 385 MPa

Ta thấy: = 418,185 MPa

Vậy thỏa mãn điều kiện bền về tiếp xúc.

d) Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.

Ứng suất sinh ra tại chân răng bánh răng 1

Theo công thức (6.43), [1], trang 108:

Trong đó:

= 75508 N.mm: Momen xoắn trên bánh 1

m = 2: Môdun pháp = 50: Chiều rộng vành răng = 64,2: Đường kính vòng lăn 1

hệ số kể đến sự trùng hợp của răng: hệ số trùng khớp bánh răng

Số răng tương đương của bánh 1 :

Số răng tương đương của bánh 2 :

– hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vòng ăn khớp khitính về uốn

Với:

Trong đó: