4.1 Bộ truyền đai thứ nhất:
-Thông số đầu vào : . Thời gian làm việc 1 năm , ngày làm việc 2 ca , tải trọng dao động nhẹ.
1.Chọn dạng đai truyền động.
-Do điều kiện thực tế và tính kinh tế nên đai có tiết diện hình thang được bán nhiều trên thị trường,phong phú ,đa dạng về mặt chủng loại và do điều kiện làm việc của đai thang có khả năng tải lớn hơn so với đai dẹt nên ta chọn đai thang (đai răng có chi phí khá cao)
-Vì công suất của bộ truyền lớn ( P = 52,68 KW) nên theo hình 4.22 [1] ta chọn đai thang loại C với các thông số cơ bản sau:
Diện tích tiết diện
Đường kính bánh đai nhỏ Chiều dài giới hạn
2.Tính toán đường kính đai. -Đường kính bánh đai nhỏ
Theo tiêu chuẩn ta chọn :
-Đường kính bánh đai lớn
Chọn hệ số trượt tương đối:
Theo tiêu chuẩn ta chọn: -Tỉ số truyền thực tế
4.Tính toán khoảng cách trục.
-Khoảng cách trục nhỏ nhất được xác định theo điều kiện:
-Tra bảng ta chọn sơ bộ: (khi u = 1,23) 5.Tính toán chiều dài đai.
-Tra bảng theo tiêu chuẩn ta chọn Tính lại khoảng cách trục a
Trong đó :
Giá trị a nằm trong giới hạn cho phép. 6.Góc ôm đai bánh nhỏ.
7.Số dây đai cần thiết. -Các hệ số sử dụng:
Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai: Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc:
Hệ số ảnh hưởng đến số dây đai : Cz= 1(ta chọn sơ bộ bằng một). Hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng: (tải dao động nhẹ) Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai:
Ta có , đai thang loại C.Tra bảng theo tiêu chuẩn ta chọn - Số dây đai cần thiết
Ta chọn z = 7(đai)
8.Tính toán lực của bộ truyền. -Lực căng đai ban đầu
-Lực vòng có ích
Để tránh hiện tượng trượt trơn ta có điều kiện
Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền không bị trượt
-Lực tác dụng lên trục
9.Kiểm tra dây đai.
Số vòng chạy của đai trong 1 giây
Vậy điều kiện được thỏa. 10.Tuổi thọ dây đai
Tuổi thọ dây đai
4.2 Thiết kế hộp giảm tốc 4
Ta có
-Thông số đầu vào:
Do bánh răng trụ răng nghiêng có chế độ làm việc êm,ít va đập so với bánh răng trụ răng thẳng và yêu cầu tỉ số truyền lớn (kích thước hộp giảm tốc nhỏ) nên ta chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp.
4.2.1 Cặp cấp nhanh.
Thông số đầu vào :Cặp bánh răng trụ răng nghiêng , chế độ làm việc tĩnh , tuổi thọ 1 năm , vòng/phút
1.Chọn vật liệu: Thép thấm carbon. Theo bảng 6.13 [1], ta chọn độ rắn cho bánh dẫn và bánh bị dẫn như sau:
Bánh dẫn :Độ rắn trung bình 63HRC . Bánh bị dẫn :Độ rắn trung bình 60 HRC.
2.Số chu kì làm việc
-Số chu kì làm việc cơ sở : chu kì. chu kì.
chu kì.
-Số chu kì làm việc tương đương chu kì.
Ta thấy nên ta chọn sơ bộ 3.Ứng suất tiếp xúc cho phép :
Ứng suất cho phép khi tính toán : nên ta chọn 4.Tính toán sơ bộ :
-Do bánh răng được lắp đối xứng với ổ trục nên theo bảng 6.15 [2] ta có nằm trong khoảng , tiêu chuẩn ta chọn
Tra bảng 6.4 [1], ta được ;
-Khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng
Theo tiêu chuẩn ta chọn -Modun răng :
Theo tiêu chuẩn ta chọn Từ điều kiện ta suy ra
18,8≥ ≥ 17,89 Ta chọn răng răng -Góc nghiêng răng
5.Các thông số hình học của bánh răng:
Thông số (mm) Bánh dẫn Bánh bị dẫn
Chiều cao răng 6,75 6,75
Khe hở hướng kính 0,75 0,75
Góc lượn chân răng 1 1
Đường kính vòng chia 57,1 142,86
Đường kính vòng đỉnh 63,1 148,86
Đường kính vòng đáy 49,6 135,36
6.Vận tốc vòng bánh răng:
8. Hệ số tải trọng động theo bảng 6.5 và 6.11 [1]
9. Kiểm tra bền
Gỉa sử bánh răng được bôi trơn tốt nên ta kiểm tra theo độ bền tiếp xúc. -Thay thế bánh răng nghiêng bằng bánh răng thẳng tương đương.
Đường kính tương đương:
Số răng tương đương:
-Độ bền tiếp xúc
Trong đó :
Hệ số xét đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc Hệ số
Hệ số xét đến tổng chiều dài tiếp xúc Hệ số
Chiều rộng vành răng tương đương
Như vậy cặp bánh răng thỏa độ bền tiếp xúc. 7.Phân tích lực tác dụng.
-Lực vòng
-Lực hướng tâm
-Lục hướng trục
Hình 4.1 Kết cấu hộp giảm tốc khung thứ nhất
4.2.2 Cặp cấp chậm
Thông số đầu vào :Cặp bánh răng trụ răng nghiêng , chế độ làm việc tĩnh , tuổi thọ 1 năm.,vòng/phút
1.Chọn vật liệu: Thép thấm carbon. Theo bảng 6.13 [1], ta chọn độ rắn cho bánh dẫn và bánh bị dẫn như sau:
Bánh dẫn :Độ rắn trung bình 63HRC . Bánh bị dẫn :Độ rắn trung bình 60 HRC.
2.Số chu kì làm việc
-Số chu kì làm việc cơ sở : chu kì. chu kì.
chu kì.
-Số chu kì làm việc tương đương chu kì.
Ta thấy nên ta chọn sơ bộ 3.Ứng suất tiếp xúc cho phép :
Ứng suất cho phép khi tính toán : nên ta chọn
4.Tính toán sơ bộ :
-Do bánh răng được lắp công-xôn nên theo bảng 6.15 [2] ta có , theo tiêu chuẩn ta chọn
Tra bảng 6.4 [1], ta được ;
-Khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng
Theo tiêu chuẩn ta chọn -Modun răng :
Theo tiêu chuẩn ta chọn Từ điều kiện ta suy ra
35,2 ≥ ≥ 33,4 Ta chọn răng răng -Góc nghiêng răng
5.Các thông số hình học của bánh răng:
Bảng 4.1 Thông số hình học bánh răng cặp cấp chậm
Thông số (mm) Bánh dẫn Bánh bị dẫn
Chiều cao răng 6,75 6,75
Khe hở hướng kính 0,75 0,75
Góc lượn chân răng 1 1
Đường kính vòng chia 106,67 213,32
Đường kính vòng đỉnh 112,67 219,32
6.Vận tốc vòng bánh răng:
7.Theo bảng 6.3 [1] ta chọn cấp chính xác 9 với vgh = 6 m/s. 8. Hệ số tải trọng động theo bảng 6.5 và 6.11 [1]
9.Kiểm tra bền
Gỉa sử bánh răng được bôi trơn tốt nên ta kiểm tra theo độ bền tiếp xúc. -Thay thế bánh răng nghiêng bằng bánh răng thẳng tương đương.
Đường kính tương đương:
Số răng tương đương:
-Độ bền tiếp xúc
Trong đó :
Hệ số xét đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc Hệ số
Hệ số xét đến tổng chiều dài tiếp xúc Hệ số
Chiều rộng vành răng tương đương
Như vậy cặp bánh răng thỏa độ bền tiếp xúc.
7.Phân tích lực tác dụng. -Lực vòng
-Lục hướng trục
Theo trên ta có khoảng cách trục a = 160mm; module răng mn = 3mm; góc
nghiêng răng ; z1 = 34 răng; z2 = 68 răng. Ta có công thức
Thay vào công thức trên, ta sẽ tính được các cặp bánh răng thay thế cho các sản phẩm khác nhau.
Ta tính toán và lập được bảng sau:
Bảng 4.2 Bảng bánh răng thay thế Tỉ số truyền z1 z2 SP1 2 34 68 SP2 2,18 32 70 SP3 2,4 30 72 SP4 3 26 76 4.3 Thiết kế trục truyền động
Hình 4.2 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh răng
4.3.1 Trục 1 (trục bánh đai – bánh răng)
Thông số đầu vào : Bánh răng trụ răng nghiêng, có
Chọn sơ bộ vật liệu trục là thép C35 có ứng suất uốn cho phép = 60Mpa , ứng suất xoắn cho phép = 20 Mpa.
Đường kính trục 1 tính sơ bộ:
Theo tiêu chuẩn chọn d = 36mm.
4.3.2 Trục 2 (trục trung gian)
Moment xoắn trên trục trung gian có T2 = 373842,7 Nmm Đường kính trục trung gian:
Theo tiêu chuẩn chọn d2 = 50mm
4.3.3 Trục 3 (trục xích)
Moment xoắn trên trục xích T3 = 717841,7 Nmm. Đường kính trục 3:
Theo tiêu chuẩn chọn d3 = 60 mm
4.4 Tính toán thiết kế bộ truyền xích
Thông số đầu vào: tỉ số truyền u = 2; moment xoắn T = 717841,7 Nmm; công suất P=18,04 kW; số vòng quay n = 240 vòng/phút
1- Chọn loại xích ống con lăn.
2- Chọn số răng của đĩa xích dẫn theo công thức: 3- Tính số răng của đĩa xích lớn theo công thức: 4- Xác định các hệ số điều kiện sử dụng xích K:
Kr = 1 - dẫn động bằng động cơ điện và tải trọng ngoài tác động lên bộ truyền tương đối êm.
Ka = 0,8 - Hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục a= (60 ÷80)pc. Ko = 1 – Hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền, đường nối hai tâm đĩa xích hợp với đường nằm ngang một góc nhỏ hơn 60o .
Kdc = 1 – Hệ số xét đến ảnh ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích, trường hợp trục điều chỉnh được.
Kb = 1,5 – Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn: bôi trơn định kỳ ( gián đoạn). Klv = 1,12 – Hệ số xét đến chế độ làm việc : làm việc 2 ca.
⇒ K= Kr Ka Ko Kdc Kb Klv = 1.0,8.1.1.1,5.1,12 = 1,344 5- Hệ số:Kn = n01/n1= 400/ 240 = 1,67
(n1 là số vòng quay của trục xích, n01 chọn phù hợp với n1 bằng cách tra bảng 5.4[1])
Kz = z01/z1 = 25/25 =1
7- Chọn xích một dãy, nên Kx = 1. 8- Công suất tính toán Pt :
Theo bảng 5.4[1] theo cột n01 = 400 ta chọn được bước xích pc = 38,1 mm. 9- Theo bảng 5.2[1] số vòng quay tới hạn tương ứng bước xích 38,1 mm là nth
= 500 vg/ph, nên điều kiện n < nth được thỏa. 10- Vận tốc trung bình v của đĩa xích là :
Lực vòng có ích
11- Tính toán kiểm nghiệm bước xích pc với [ po] chọn theo bảng (5.3)[1] là 24 MPa:
-Do pc= 38,1mm > 33,13mm nên điều kiện trên được thỏa. 12- Chọn khoảng cách trục sơ bộ
Số mắt xích được tính theo công thức: Chọn X = 178 mắt xích.
Chiều dài xích:
Tính chính xác khoảng cách trục theo công thức (5.9) [1]:
Chọn khoảng cách trục a = 2640 mm. 13- Số lần va đập xích trong một giây:
- Theo bảng (5.6)[1] với bước xích pc = 38,1 mm ta chọn [i] = 14. 14- Kiểm tra xích theo hệ số an toàn :
Trong đó:
- Tải trọng phá hủy: Q = 50 KN = 50000 N
( Tra theo bảng 5.1[1] với bước xích pc= 15,875) - Lực trên nhánh căng:
F1 ≈ Ft = 4735 N
- Lực căng do lực ly tâm gây nên: Fv= qm.v2 = 2,6. 3,81 2= 37,74 N. (qm = 2,6 : do tra bảng 5.1 ) - Lực căng ban đầu:
Fo= Kf.a.qm.g = 3.1,5.2,6.9,81=114,78 N
a: chiều dài của đoạn xích tự do gần bằng khoảng cách trục, chọn a=1,5 Vậy đảm bảo hệ số an toàn.
15- Lực tác dụng trên trục ( theo công thức 5.19 ) : Fr= Km.Ft =1,15. 4735 = 5445 N Chọn Km = 1. 16- Đường kính đĩa xích: 17- Đường kính vòng đỉnh bánh dẫn: da1 = d1 +0,7pc = 303,3 + 0,7.38,1 = 330 mm da2 = d2 + 0,7.pc = 606,6 + 0,7.38,1 = 633,3 mm.
4.5 Tính toán thiết kế trục chính của khung quay 1 Chọn vật liệu của trục chính là thép 30 xгTi có ; ; ; ; . Momen xoắn T = 1376792 Nmm
Chọn sơ bộ đường kính trục Chọn D = 90 mm theo tiêu chuẩn.
Chọn chiều dài trục, đường kính trục như sau L = 2500mm; D = 110mm; d = 30mm
Hình 4.3 Kích thước trục chính khung 1 Sơ đồ lực tác dụng lên trục khung 1:
Hình 4.4 Lực tác dụng lên trục khung 1 Ta có Fy = 5445 N là lực do bộ truyền xích tác dụng lên trục. Ax , Ay, Bx, By là phản lực tại các gối đỡ.
Hình 4.5 Biểu đồ lực và momen trên trục khung 1
Ta thấy lực tác dụng lên trục của bộ truyền xích hợp với mặt Oyz một góc nên ta phân ra làm 2 thành phần
Xét trong mặt phẳng Oyz: Cân bằng lực
Trong mặt phẳng nằm ngang Oxz, ta có
Momen xoắn T = 1376792 Nmm
Theo các biểu đồ momen thì ta thấy tiết diện nguy hiểm nhất là tại C.
- Momen uốn tại C:
- Momen xoắn tại C: T = 1376792 Nmm
- Vì tại C không có lực dọc trục nên ứng suất pháp tại tiết diện này thay đổi theo chu kì đối xứng với biên độ:
Momen chống uốn: Momen cản xoắn: Ứng suất xoắn:
Khi ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động thì
Tại tiết diện C có sự tập trung ứng suất là trục có lỗ xuyên với tỉ số d0/d=30/110=0,27 và giới hạn bền 1079 MPa, theo bảng 10.7[1] ta chọn Theo bảng 10.3[1], ta chọn
Theo hình 2.9[1] ta chọn
Xác định hệ số an toàn tại C theo công thức: Hệ số an toàn
Vậy điều kiện bền mỏi tại vị trí C đảm bảo. Ta tính toán chọn then tại vị trí A.
Momen uốn tại A
Trục có 3 then, đường kính d=110mm, ta chọn then có chiều rộng b=32mm; chiều cao h = 12mm, chiều sâu rãnh then trên trục t = 7,5mm; chiều sâu rãnh then trên mayơ t1 = 4,8mm.
4.6 Mâm xoắn 12 lỗ dây cho khung quay 1
Mâm xoắn có nhiệm vụ xuyên 12 dây ra khỏi khung để xoắn lại với nhau. Kết cấu của mâm xoắn như hình vẽ:
Hình 4.6 Mâm xoắn 12 lỗ
Mâm này được hàn lên trên trục đỡ khung có đường kính 200mm.
Hình 4.7 Kết cấu hàn mâm 12 lỗ
4.7 Chọn ổ cho trục khung quay 1:
Số vòng quay ổ trục n = 120 vòng/phút; d = 300 mm; Lh = 8000 giờ
- Lực hướng tâm tương đối lớn nên ta chọn ổ đũa lòng cầu 2 dãy.
- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ tại A: Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ tại B:
Ta thấy nên ta tính toán để chọn ổ tại A.
- Các hệ số chọn theo bảng 11.2[1].
- Do không có lực dọc trục nên chọn hệ số X = 1, Y = 0.
- Tải trọng quy ước:
- Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:
- Khả năng tải động tính toán
- Theo phần mềm Inventor ta chọn ổ DIN 5412 SKF với các số liệu sau
4.8 Tính toán thiết kế bộ truyền khung quay thứ 2
Việc tính toán thiết kế hộp giảm tốc và bộ truyền xích khung quay thứ 2 tương tự như bộ truyền khung 1.
Tính toán tương tự ta có một số kết quả sau đây:
- Phân phối tỉ số truyền như bảng 3.5 trình bày ở trên
- Lực do bộ truyền xích tác dụng lên trục khung quay thứ 2: Fy = 10005 N
- Sau khi tính toán ta được bảng bánh răng thay thế của khung quay 2 như
sau:
Bảng 4.3 Bánh răng thay thế khung quay thứ hai
Tỉ số truyền z1 z2
SP1 3 24 72
SP2 3,43 22 74
SP3 4 20 76
SP4 4,8 17 79
Trong đó module của bánh răng ta tính được là mn = 4mm; khoảng cách
trục a=200mm.
- Vì khung quay thứ hai quay ngược chiều với khung quay thứ nhất nên ở
hộp giảm tốc của khung thứ hai ta thêm một cặp bánh răng trung gian. Kết cấu hộp giảm tốc như sau:
Hình 4.8 Kết cấu hộp giảm tốc khung quay thứ hai
- Sau đây ta tính toán và kiểm tra bền trục của khung quay 2. Chọn vật liệu của trục chính là thép 30 xгTi có ; ; ; ; .
Chọn chiều dài trục, đường kính trục như sau L = 3920mm; D = 140mm; d = 30mm
Hình 4.9 Kích thước trục chính khung 2 Sơ đồ lực tác dụng lên trục khung 2:
Hình 4.10 Lực tác dụng lên trục khung 2 Ta có Fy = 10005 N là lực do bộ truyền xích tác dụng lên trục. Ax , Ay, Bx, By là phản lực tại các gối đỡ.
Hình 4.11 Biểu đồ lực và momen trên trục khung 2
Ta thấy lực tác dụng lên trục của bộ truyền xích hợp với mặt Oyz một góc nên ta phân ra làm 2 thành phần
Xét trong mặt phẳng Oyz: Cân bằng lực
Trong mặt phẳng nằm ngang Oxz, ta có
Momen xoắn T = 2530750 Nmm
Theo các biểu đồ momen thì ta thấy tiết diện nguy hiểm nhất là tại C.
- Momen uốn tại C:
- Momen xoắn tại C: T = 2530750 Nmm
- Vì tại C không có lực dọc trục nên ứng suất pháp tại tiết diện này thay đổi