Hướng dẫn bài tập tín chỉ 01 Hệ thống truyền động cơ khí

Bộ môn Thiết kế khí HNG DN BI TP TÍN CHỈ 01 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ Chọn động điện: - Chọn kiểu, loại động cơ; Chọn công suất động cơ; Chọn tốc độ đồng ®éng c¬; Chän ®éng c¬ thùc tÕ; KiĨm tra ®iỊu kiện mở máy, điều kiện tải cho động Néi dung thĨ cđa c¸c bíc nh sau: 1 Chọn kiểu, loại động cơ: a Động điện chiều: b Động điện xoay chiều: Gồm hai loại: Động ba pha đồng động ba pha không đồng Động ba pha không đồng lại chia kiểu rôto dây kiểu rôto lồng sóc Với hệ dẫn động khí (hệ dẫn động băng tải, xích tải, vít tải dùng với hộp giảm tốc) nên sử dụng loại động điện xoay chiều ba pha rôto lồng sóc 1.2 Chọn công suất động cơ: Công suất động đợc chọn theo điều kiện nhiệt độ nhằm đảm bảo cho nhiệt độ động làm việc không lớn trị số cho phép Để đảm bảo điều kiện cần thoả mÃn yêu cầu sau: dc Pdm ≥ Pdtdc (kW) (1.1) dc Trong ®ã: Pdm - công suất định mức động cơ; Pdtdc - công suất đẳng trị trục động cơ, đợc xác định nh sau: Với tập phần yêu cầu làm với hệ thống tải không đổi, dạng tập với tải thay đổi tham khảo sách [1] Trêng hỵp tải không đổi: Bộ môn Thiết kế khí Pdtdc = Plvdc (1.2) Plvdc = Plvct / η∑ (kW) (1.3) Trong đó: Plvct - công suất lm vic trục công tác - hiệu suất chung toàn hệ thống; Khi xác định cần ý nh sau: +) Với sơ đồ gồm truyền mắc nèi tiÕp: η ∑ = η 1.η 2.η (1.4) η 1, η 2, η lµ hiƯu suất truyền cặp ổ lăn hệ truyền dẫn Giá trị chúng cho bảng 2.3[1] +) Với sơ đồ gồm truyền mắc song song (các sơ đồ tách đôi), hiệu suất cụm truyền xác định theo: = i (1.5) Công suất làm việc danh nghĩa trục công tác đợc xác định theo công thức sau: Plvct = Ft ìv /103 (kW) (1.6) Với, Ft lực vòng trục công tác (N); v vận tốc vòng băng tải (xích tải) (m/s) 1.3 Chọn số vòng quay đồng động Trên thực tế, số vòng quay đồng có giá trị 3000, 1500, 1000, 750, 600 500 v/ph Số vòng quay đồng thấp kích thớc khuôn khổ giá thành động tăng (vì số đôi cực từ lớn) Tuy nhiên dùng động có số vòng cao lại yêu cầu giảm tốc nhiều hơn, tức tỉ số truyền toàn hệ thống tăng, dẫn tới kích thớc giá thành truyền tăng lên Do vậy, hệ dẫn động khí nói chung, yêu cầu đặc biệt, hầu nh động có số vòng quay đồng 1500 1000 v/ph (tơng ứng số vòng quay có kể đến trợt 3% 1450 970 v/ph) Bộ môn Thiết kế khí Cách xác định số vòng quay đồng nh sau: +) Tính số vòng quay trục công tác: - Với hệ dẫn động băng tải: 60.103 v nct = πD (1.7) Trong ®ã: D - ®êng kÝnh tang dÉn băng tải (mm); v - vận tốc vòng băng tải (m/s); - Với hệ dẫn động xích tải: 60.103 v nct = zp (1.8) Víi, z lµ sè đĩa xích tải; v vận tốc vòng xích tải (m/s); p bớc xích tải (mm) +) Xác định số vòng quay đồng nên dùng cho động cơ: Chọn sơ số vòng quay đồng động n đb = 1500 v/ph (kể đến trợt nđb = 1450 v/ph); Khi tỉ số truyền sơ hệ thống usb đợc xác định: u sb = ndb 1450 = nct nct (1.9) Sau có giá trị usb ta so sánh với giá trị nên dùng giá trị giới hạn cđa hƯ thèng (b¶ng 2.4[1]): - NÕu usb n»m khoảng u nên dùng nđb=1500 v/ph; - Nếu usb > u nên dùng nằm khoảng u giới hạn n đb= 1000 v/ph; - Nếu usb < u nên dùng nằm khoảng u giới hạn n đb = 3000 v/ph; Hoặc xác định nđb theo cách sau Với hộp giảm tốc bánh trụ cấp: tỉ số truyền nên dùng umin = ≤ u ≤ umax = 40 Khi có thêm truyền hộp với tỉ số trun u ng = – Bé m«n Thiết kế khí Hệ thống có TST nên dïng kho¶ng u = 16 ≤ ut ≤ umax = 200  ndb = nct ut nªn ndbmin = 16.nct ≤ ndb ≤ ndbmax= nct 200 (1.10) Ta chọn ndb với giá trị thờng dùng: 1500; 1000, 3000 vg/ph  T¬ng tù víi hƯ thèng gåm truyền hộp giảm tốc côn trụ ndbmin = 20.nct ≤ ndb ≤ ndbmax= nct 125 (1.11) - Nếu usb nằm khoảng tỉ số truyền giới hạn dạng hộp giảm tốc định thiết kế không phù hợp với số liệu đà cho Khi cần chọn lại hộp giảm tốc loại khác cho phù hợp 1.4 Chọn động thực tế Căn vào công suất đẳng trị đà tính tiến hành tra bảng chọn động có công suất định mức thoả mÃn điều kiện (1.1) có số vòng quay đồng động giá trị đà xác định đợc Tra bảng phụ lục P1.1 P1.9 [1] để lựa chọn ®éng c¬ thùc tÕ 1.5 KiĨm tra ®iỊu kiƯn më máy, điều kiện tải cho động a Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ: Khi khởi động, động cần sinh công suất đủ lớn để thắng sức ỳ hệ thống Vì cần kiểm tra điều kiện mở máy cho động Điều kiện mở máy động thoả mÃn công thức sau đảm bảo: dc dc Pmm Pbd (1.12) Trong đó: dc Pmm - công suất mở máy động (Kw): dc dc Pmm = ( Tk / Tdn ) Pdm với Tk Tdn mô men khởi động mô men danh nghĩa động (tra bảng động cơ) dc - công suất cản ban đầu trục động (kW): Pbd dc Pbd = K bd Plvdc Bộ môn Thiết kế khí Nếu động đà chọn không thoà mÃn điều kiện (1.12) cần chọn lại động có công suất định mức lớn kiểm nghiệm lại b Kiểm tra điều kiện tải cho động cơ: Vi sơ đồ tải không đổi, không cần kiểm tra điều kin quỏ ti Với sơ đồ tải thay đổi, để tránh cho động bị tải cần kiểm tra tải cho động theo điều kiện sau: dc Pmax ≥ Pqtdc (1.13) víi : dc - c«ng st lớn cho phép động (kW); Pmax dc Pmax = Tmax dc Pdm Tdn dc - c«ng suÊt định mức động (kW); Pdm Giá trị Tmax / Tdn tra bảng thông số động cơ; Pqtdc - công suất đặt lên trục động tải, công suất trục động giá trị tải lớn sơ đồ tải Nếu điều kiện (1.13) không thoả mÃn, cần chọn lại động điện kiểm tra lại Phân phối tỉ số trun TØ sè trun (TST) chung cđa toµn hƯ thèng u xác định theo: n u = dc nct (1.14) Trong đó: nđc - số vòng quay động đà chọn (v/ph); nct - số vòng quay trục công tác (v/ph) Với hệ dẫn động gồm truyền mắc nối tiếp có: u = u1 u2 u3 (1.15) Víi: u1, u2, u3 tØ sè trun cđa c¸c bé trun hƯ thèng Sau trình bày cách phân phối TST số trờng hợp cụ thể: 2.1 Tỉ số truyền truyền hộp giảm tốc Bộ môn Thiết kế khí Ký hiệu uh TST hộp giảm tốc (HGT); ung TST truyền hộp TST truyền thờng đợc xác định theo kinh nghiƯm nh sau: +) Víi hƯ dÉn ®éng gồm HGT cấp bánh nối với truyền hộp thì: ung = ( 0,15 ữ 0,1 ) uh Hay u ng = ( 0,15 ÷ 0,1) u ∑ (1.18) (trÞ sè nhá dïng uh lín) +) Víi hƯ dÉn ®éng gåm HGT trơc vÝt cấp; trục vít - bánh bánh - trục vít nối với truyền hộp thì: ung = ( 0,125 ÷ 0,025 ) uh Hay ung = ( 0,125 ữ 0,025) u (1.19) (trị số nhỏ dïng uh lín) 2.2 TØ sè trun cđa c¸c bé trun hép gi¶m tèc a Víi hép gi¶m tốc bánh trụ cấp khai triển - Tỉ số truyền hộp phân theo tiêu tiÕt diƯn ngang cđa hép nhá nhÊt (cịng chÝnh lµ để bôi trơn HGT hợp lý nhất) Khi TST truyền cấp chậm đợc xác định theo công thøc sau [2]: u2 = ψ ba ×uh 0,96 ì ba1 (1.20) Trong đó: ba1; ba2 - hệ số chiều rộng bánh cấp nhanh cÊp chËm Trong thùc tÕ, thêng ψ ba /ψ ba1 = 1, ÷ 1,3 ; nÕu chän ψ ba / ba1 = 1,3 ta có công thøc sau [2]: u2 = 1,1 ×3 uh (1.21) Chó ý: Vì TST truyền bánh trụ không nên nên không nên dùng công thức 1.21 cho HGT có TST lớn 26 - Tỉ số truyền hộp phân theo hàm đa mục tiêu với thứ tự u tiên hàm đơn mục tiêu sau: khối lợng truyền, mô men quán tính thu gọn thể tích bánh lớn nhúng Bộ môn Thiết kế khí dầu nhỏ nhất; tỉ số truyền cấp tra bảng 3.1 [1] tính theo công thức: u1 ≈ 0,8253 uh2 (1.22) Chó ý: V× TST cđa truyền bánh trụ không nên nên không nên dùng công thức 1.22 cho HGT có TST lớn 30 b Với hộp giảm tốc bánh đồng trục - Với HGT bánh đồng trục cã thĨ tÝnh TST bé trun cÊp nhanh u1 theo công thức sau: u1 = 1,3494 ì uh0,6677 (1.23) ( ψ ba /ψ ba1 ) 0,6023 - - Tra bng: Chú ý: Vì TST truyền bánh trụ không nên nên không nên dùng công thức 1.23 cho HGT có TST lớn 16 Ngoài phân phối TST theo công thức: u1 = u2 = uh (Tham khảo công thức 3.14[1]) c Với hộp giảm tốc bánh côn - trụ cấp: Với HGT bánh côn - trụ cấp, để nhận đợc chiều cao HGT nhỏ tính tỉ số truyền truyền bánh cÊp chËm u2 c«ng thøc sau [4]: u2 ≈ 1,0733 ψ ba 2uh K be (1 − 0,5 K be ) (1.24) Trong ®ã: Kbe - hƯ sè chiỊu rộng vành bánh côn; Kbe = 0,25 ữ 0,3; ba2 - hệ số chiều rộng bánh trụ; ba2=0,3ữ 0,4 Khi Kbe = 0,3 ba2 = 0,4 (các giá trị tối u) ta có [4]: Bộ môn Thiết kế khí u2 1,323 uh (1.25) Chó ý: V× TST cđa bé trun bánh côn không nên nên không nên dùng công thức 1.25 cho HGT có TST lớn 23 d Với hộp giảm tốc bánh cấp nhanh tách đôi Với HGT cấp nhanh tách đôi, để nhận đợc kích thớc tiết diện ngang hộp nhỏ (cũng để bôi trơn HGT hợp lý nhất), TST truyền bánh cấp chậm xác định theo công thức [5]: 0.333 K ì u2 0.8055 ì C ba uh ữ  ψ ba1  (1.26) Víi K C = ữ 1,3 Chú ý: Vì TST truyền bánh trụ không nên nên không nên dùng công thức 1.26 cho HGT có TST lớn 20 e Với hộp giảm tốc bánh cấp chậm tách đôi Với HGT cấp chậm tách đôi, ®Ĩ nhËn ®ỵc kÝch thíc tiÕt diƯn ngang cđa hép nhỏ (cũng để bôi trơn HGT hợp lý nhất), TST truyền bánh cấp chậm xác định theo công thức [6]: u2 1.2776 ì3 K C ×ψ ba ×uh ψ ba1 (1.27) Víi K C = ÷ 1,3 Chó ý: Vì TST truyền bánh trụ không nên nên không nên dùng công thức 1.27 cho HGT có TST lớn 40 Tính toán thông số trục Ký hiệu số tính toán nh sau: số "đc" ký hiệu trục động cơ; số "I", "II", "III" trục số I, II III 3.1 Tính công suất trục Với sơ đồ tải thay đổi, chọn công suất danh nghĩa công suất lớn Bộ môn Thiết kế khí - Công suất danh nghĩa trục động tính theo công thức (1.4): Pdc = Plvdc Plvct = η∑ - C«ng suÊt danh nghĩa trục I, II III xác định theo công thức sau: PI = P dcdc ÷ Iηo PII = PI ×ηI ÷ II ×ηo PIII = PII ì II ữ III ì o 3.2 Tính số vòng quay trục - Tốc độ quay cđa trơc I: nI = ndc udc ÷ I Víi udc-I - tØ sè trun cđa bé trun ( hc khớp nối ) nối động với trục I - T¬ng tù ta cã: nII = nI /uI-II ; nIII = nII /uII-III 3.3 Tính mô men xoắn trục Mô men xoắn trục thứ k đợc xác định theo công thức sau: 9,55.10 P k Tk = nk 3.4 Lập bảng kết Các kết tính số liệu đầu vào cho phần tính toán sau, cần lập bảng thống kê theo mấu sau: Bảng kết tính toán: Tr Đ/cơ I II ục Công suất (kw) Tỷ số truyền (-) Số vòng quay(v/ph) III Công tác Bộ môn Thiết kế khí Mô men (Nmm) Tài liệu tham khảo [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán hệ dẫn động khí, tập I, NXB Giáo dục, 1999 [2] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế chi tiÕt m¸y, [3] Vu Ngoc Pi, Nguyen Dang Binh, Vu Quy Dac, Phan Quang The, Effective method for Optimal splitting of Total transmission ratio of Coaxial helical gearboxes, School on Computational Sciences and Engineering: Theory and Application, March 3-5, 2005, Ho Chi Minh City, pp 96-99 [4] Vu Ngoc Pi, A new and effective method for optimal calculation of total transmission ratio of two step bevel - helical gearboxes, International colloquium in mechanics of solids, fluids, structures and interactions, Nha Trang, Vietnam (2000), pp 716- 719 [5] Vu Ngoc Pi, Optimal Calculation of Partial Transmission Ratios of Helical Gearboxes with First-Step Double Gear-Sets, Int Workshop on Advanced Computing and Applications (ACOMP 2008), Ho Chi Minh city, Vietnam, 2008, pp 287-294 10 Bộ môn Thiết kế khí [6] Vu Ngoc Pi, A study on optimal determination of partial transmission ratios of helical gearboxes with second-step double gear-sets, International Journal of Mathematical, Physical and Engineering Sciences (IJMPES), Vol.2, No.2, 2008, ISSN 1307-7465, pp 99-102 [7] Vũ Ngọc Pi, Vũ Quý Đạc, Phân phối tỉ số truyền cho hộp giảm tốc trục vít hai cấp theo tiêu kết cấu hộp hợp lý nhất, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Thái nguyên, Số (41) 2007, Trang 65-69 11 ... giảm tốc nhiều hơn, tức tỉ số truyền toàn hệ thống tăng, dẫn tới kích thớc giá thành truyền tăng lên Do vậy, hệ dẫn động khí nói chung, yêu cầu đặc biệt, hầu nh động có số vòng quay đồng 1500... Với hệ dẫn động gồm truyền mắc nèi tiÕp cã: u∑ = u1 u2 u3 (1.15) Víi: u1, u2, u3 tØ sè trun cđa c¸c truyền hệ thống Sau trình bày cách phân phối TST số trờng hợp cụ thể: 2.1 Tỉ số truyền truyền... lựa chọn động thực tế 1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện tải cho động a Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ: Khi khởi động, động cần sinh công suất đủ lớn để thắng sức ỳ hệ thống Vì cần