độ bình thường, quay với tốc độ chậm, dừng lại thường xuyên nên moment khởi động lớn, độ lệch tâm trong q trình hàn, gá vật…) Nên nhóm chúng em chọn khớp nối linh động.
Điều kiện chọn khớp nối: Tt ≤ 𝑇𝑘𝑛𝑐𝑝 dt ≤ 𝑑𝑘𝑛𝑐𝑝 Trong đó:
𝑇𝑘𝑛𝑐𝑝: Moment xoắn lớn nhất có thể truyền được (N.mm) 𝑑𝑘𝑛𝑐𝑝: Đường kính lớn nhất của nối trục (mm)
dt: đường kính trục cần nối (mm). Thiết bị Chỉ tiêu, đánh giá Giá thành Cao Thấp Độ lệch tâm Dùng được, có thể khử được độ lệch tâm Khơng dùng cho trục có độ lệch tâm, trục có sự duy chuyển tương đối
Khả năng chịu nhiệt Thấp, dưới 120oC Cao
Khả năng chịu lực Cao Cao
Rung lắc, chấn động Giảm Không giảm
Tỉ lệ truyền Cao Cao
Bảo trì Dễ Tùy loại
Lắp đặt Dễ Tùy loại
48 Đường kính trục cần nối được xác định sơ bộ bằng momen xoắn theo công thức (7.4) trang 192, sách Thiết kế Đồ án Chi tiết máy,TS Văn Hữu Thịnh – TS Nguyễn Minh Kỳ.
d ≥ 3√(0,2[τ]Tct = √102040,81 0,2.30
3
= 25,71 (mm)
Trong đó [τ] = 15…30 MPa ứng suất xoắn cho phép với vật liều là thép C45, lấy giá trị nhỏ với trục vào, lớn với trục ra, chọn [τ] = 30 MPa.
Moment xoắn tính tốn:
Tk = k.Tct = 1,2.102040,81 = 122448,97 (N.mm)
Trong đó K: hệ số chế độ làm việc, phụ thuộc vào loại máy, K = 1,2 (Bảng 16.1 trang 58, sách Thiết kế Hệ thống dẫn động cơ khí tập 2,Trịnh Chất).
Tra bảng 16.11 trang 58, sách Thiết kế Hệ thống dẫn động cơ khí tập 2,Trịnh Chất. Tk = 122448,97 (N.mm) ≤ 𝑇𝑘𝑛𝑐𝑝 = 125000 (N.mm)
dt = 25,71 (mm) ϵ 𝑑𝑘𝑛𝑐𝑝 = 25 ÷ 36 (mm) Ta chọn:
𝑇𝑘𝑛𝑐𝑝 = 250 (N.mm) dt = 30 (mm)
Dựa vào những số liệu đã tính tốn được, nhóm chúng em quyết định chọn khớp nối mềm SRJ-55C.
STT Thông số Số liệu
1 Loại khớp nối SRJ-55C
2 Vật liệu Nhôm, cao su
3 Chiều dài 78 (mm)
4 Kích thước lỗ số 1 18 (mm)
5 Kích thước lỗ số 2 25 (mm)
6 Bu lông M6
7 Momen xoắn, Momen xoắn tối đa Tkn = 60 (N.m), Tkn Max = 120 (N.m) Bảng 12. Thơng số khớp nối mềm SRJ-55C.
49 Do kích thước lỗ trục tiêu chuẩn chọn theo dãy 12,15,16,18,19,20,22,24,25 được qui định sẵn, phù hợp với trục ra của hộp giảm tốc (18mm) nhưng khơng đáp ứng đường kính trục cơng tác (30mm) nên khớp chọn khớp nối với kích thước lỗ lớn nhất (25mm) rồi dùng phương pháp tiện để tăng kích thước lên 30mm.
Khơng thể chọn khớp nối lớn hơn (SRJ-65C) vì kích thước lỗ trục nhỏ nhất là 20, lớn hơn so với kích thước trục ra của hộp giảm tốc.
3.4.1.2.Kiểm tra ứng suất dập
Kiểm tra ứng suất dập lớn nhất sinh ra trên đĩa, theo công thức trang 70, sách Thiết kế dẫn động cơ khí tập 2, Trịnh Chất. 𝜎𝑑 = 24.𝑘.𝑇𝑘𝑛 𝑀𝑎𝑥.𝐷 𝐻(𝐷3− 𝑑3) = 24.1,2.55 18.(553−303) = 6,31 (MPa) < [𝜎𝑑] Trong đó: do = 1,2d D: đường kính khớp nối (mm) H: độ dày lớp cao su (mm)
[𝜎𝑑] = 7 Mpa khi n = 100 vòng/phút, theo trang 71, sách Thiết kế dẫn động cơ khí tập 2, Trịnh Chất.
Thỏa điều kiện bền dập.
50 3.4.1.3.Lực tác dụng lên trục Ftải = 350 (N) Fcc = 25 (N) Fkn = 0,2.Ft = 0,2.816,32 = 163,26 (N) Ft = 2.Tct d = 2.102040,81 0250 = 816,32 (N) 3.4.2.Tính tốn sơ bộ trục 3.4.2.1.Chọn vật liệu chế tạo trục
Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 thường hóa
Theo Bảng 6.1 trang 92, sách Thiết kế dẫn động cơ khí tập 1, Trịnh Chất. - Độ rắn HB = ( 170...217)
- Giới hạn bền: σb = 600 (MPa). - Giới hạn chảy: σch = 340 (MPa).
3.4.2.2.Khoảng cách trục
Số liệu đầu vào
Dựa vào bảng 7.3/trang 193, sách Thiết kế Đồ án Chi tiết máy, ta có:
- Khoảng cách từ chi tiết quay (ê tô) đến thành đồ gá (khung sắt trục Z): k1 = 8…15 => Chọn k1 = 15mm.
- Khoảng cách từ ổ lăn đến khớp nối chọn k2 = 10…20 mm. =>Chọn k2 = 20 mm
Khung để vật hàn có các kích thước dài dk = 1500 mm, rộng dr = 500 mm. làm từ thép hộp vng, kích thước cạnh a = 50x50 mm.
Để bù trừ các sai số trong quá trình chế tạo khung sắt, ê tô, và thuận tiện cho quá trình cố định khung sắt với cơ cấu kẹp. Hai cơ cấu kẹp được bố trí cách nhau 1 khoảng l1 = 1510 mm tính từ mặt phẳng tiếp xúc với khung sắt, có phương vng góc với trục cơng tác, mặt phẳng đứng của mỗi cơ cấu kẹp sẽ cách khung sắt 1 khoảng l2 = 5 mm.
Cơ cấu kẹp khung sắt với các kích thước dài: ld = 120 mm, rộng: lr = 70 mm, cao: lc = 90 mm, dày lf = 10 mm.
Xác định các khoảng cách đặt lực Chiều dài của thân đồ gá:
51 Khoảng cách giữa hai trọng tâm gối đỡ:
lBF = D1 – a = 1610 mm
Khoảng cách từ trọng tâm khớp nối trục A đến trọng tâm gối đỡ trục cố định F: lAF = D1 + k2 + lkn/2= 1660 + 20 + 78/2 = 1719 (mm)
Khoảng cách từ gối đỡ trục B đến trọng tâm cơ cấu kẹp C:
lBC = a/2 + k1 + Xc = 50/2 +15 + 30,74 = 70,74 (mm) Khoảng cách trọng tâm giữa 2 cơ cấu kẹp C và E:
lCE = l1 + (lf – Xc).2 = 1510 + (10 – 30,74).2 = 1348,52 (mm) Khoảng cách trọng tâm của cơ cấu kẹp D đến trọng tâm gối đỡ E:
LEF = lBC = 70,74 (mm)
3.4.3.Thiết kế trục
Phản lực tại các gối đỡ:
Vì trục chỉ chịu tải theo phương Y, nên khi tính tốn nhóm chúng em chỉ đề cập đến những lực, phản lực và moment có liên quan theo phương Y.
∑𝑚𝐵(𝑥) = - Fkẹp.lBC - Ftải.D1 2 - Fkẹp.(lBF - lEF) + YC.lBF = - 25.70,74 – 350.1610 2 – 25.(1610 – 70,74) + YF.1610 = 0 => YF = 200 (N) ∑𝑌 = YB + YF – Ftải – 2.FCC = YB + 200 – 350 – 2.25 = 0 => YB = 200 (N)
52
Hình 3.10. Sơ đồ phân bố lực tác dụng và nội lực của khung sắt và 2 trục. Moment uốn tổng Mj và moment tương đương Mtđj tại các thiết diện j trên chiều
dài trục
Theo công thức 10.15 trang 194, sách Thiết kế dẫn động cơ khí tập 1, tác giả Trịnh Chất: Mj = √Mxj2 + Myj2 Mtdj = √Mj2+ 0.75. Tct2 y z x 𝐹𝑘𝑛 𝑌𝑩 𝑌𝑫 A B 𝑄𝒚 𝑀𝒙 𝐹𝑡ả𝑖 T 102,040.00 N.mm 102,040.00 𝑌𝑪 C 𝑋𝑪 𝑌𝑬 𝑋𝑬 D E F
53 Tại A, B và F: Vì MxA = MxB = MxF = 0 (N.mm) nên: MA = MB = ME = √MxA2 = 0 (N.mm) MtdA = MtdB = MtdF = √MxA2 + 0,75. Tct2 = √02+ 0,75. (102040,81)2 = 88369,93 (N.mm) Tại C và E: Vì MxC = MxE = 14140 (N.mm) nên: MC = ME = √MxC2 = √141402 = 14140 (N.mm) MtdC = MtdE = √MxE2 + 0,75. Tct2 = √141402+ 0,75. 102040,812 = 89494,04 (N.mm) Tại D: MD = √MxD2 = √142642,52 = 142642,5 (N.mm) MtdD = √MxD2 + 0,75. Tct2 = √142642,52+ 0,75. 102040,812 = 167797,87 (N.mm)
Theo công thức 10.17 trang 194: dj = √ Mtdj
0,1.[σ]
3
trong đó [𝜎] = 63 MPa ứng với thép C45 có 𝜎𝑏 > 600 MPa)đường kính trục d = 30 mm.
Tại A, B và F:
dA = dB = dF =3√0,1.[σ]MtdA = 3√88369,930,1.63 = 24,11 (mm)
54 dC = dE = 3√0,1.[σ]MtdC =√89494,04 0,1.63 3 = 24,21 (mm) Tại D: dD = 3√0,1.[σ]MtdD =√167797,87 0,1.63 3 = 29,86 (mm) Xuất phát từ yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn:
dA = dB = dF = 30 (mm)
3.4.4.Kiểm nghiệm đồ bền uốn của khung
Moment kháng uốn của mặt cắt hình vng: Wx = bh2 / 6
Trong đó: b là chiều dài vng góc với mơmen kháng uốn h là chiều cao của mặt cắt
Wx = 50.50 2
6 = 20833,33
Công thức kiểm tra khả năng kháng uốn: 𝜎𝑢 = 𝑁
𝐴+ 𝑀
𝑊𝑥 ≤ 𝑓. 𝑦𝑐 Với: 𝜎𝑢: ứng suất uốn (MPa)
f: cường độ tính tốn của thép, chọn f = 245 theo TCVN 5709.
𝑦𝑐: hệ số phụ thuộc vào điều khiện làm việc của kết cấu thép, tra bảng 4, TCVN 5575:2012 ta chọn 𝑦𝑐 = 1.
A: diện tích thiết diện cắt.
A = 502 – 48,52 = 147,75 (mm)
Tại B và F 𝜎𝑢𝐵 = 𝜎𝑢𝐹 = 𝑁𝐵
𝐴 + 𝑀
55
= 200
147,75+ 0
20833,33 =1,35 ≤ 245 Thỏa điều kiện bền uốn.
Tại D 𝜎𝑢𝐷 = 𝑁𝐷 𝐴 + 𝑀 𝑊𝑥 ≤ 𝑓. 𝑦𝑐 = 175 147,75+ 142642,5 20833,33 =8,03 ≤ 245 Thỏa điều kiện bền uốn.
3.4.5.Chọn và kiểm nghiệm then
Số liệu đầu vào: dHGT = 18 (mm) dct = 30 (mm)
Then chịu tải trọng va đạp nhẹ Chọn vật liệu làm then là thép 45
Theo TCVN 2261-77 bảng 9.1a, trang 173, sách Thiết kế Hệ thống dẫn động cơ khí tập 1, Trịnh Chất:
- Trục đường kính 18mm nên ta chọn then bằng với kích thước tiết diện ren b=6 (mm), h=6 (mm), chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 3,5 (mm), trên mayo t2 = 2,5 (mm). Chiều dài then chọn l1 = 30 (mm).
- Trục đường kính 30mm nên ta chọn then bằng với kích thước tiết diện ren b=8 (mm), h=7 (mm), chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 4 (mm), trên mayo t2 = 3,3 (mm). Chiều dài then chọn l2 = 25 (mm).
Điều kiện bền dập, theo công thức 9.1 trang 173 : 𝜎d = 2.T d.lt(h−t) 𝜎1 = 2.Tct d.l1(h1−t1) = 2.102040,81 18.30.(6−3,5) = 151,17 (MPa) ≈ [𝜎d] = 150 (MPa) 𝜎2 = 2.Tct d.l2(h2−t2) = 2.102040,81 30.25.(7−4) = 90,7 (MPa) < [𝜎d] = 150 (MPa)
Với [𝜎𝑑]-ứng suất dập cho phép, tra bảng 9.5 trang 178 sách Thiết kế dẫn động cơ khí tập 1, tác giả Trịnh Chất.
Then đã chọn thỏa mãn yêu cầu độ bền dập. Điều kiện bền cắt, theo công thức 9.2 trang 173:
56 τd = 2T d.ld.bd τ1 = 2.Tct d.l1.b1 = 2.102040,81 18.30.6 = 62,98 (MPa) ≈ [𝜎d] = 40÷60 (MPa) τ2 = 2.Tct d.l2.b2 = 2.102040,81 30.25.8 = 34,01 (MPa) < [𝜎d] = 40÷60 (MPa) Với [𝜏𝑐] = 40 ÷ 60 𝑀𝑃𝑎: ứng suất cắt cho phép.
Then đã chọn đạt yêu cầu về độ bền cắt. Kiểm nghiệm độ bền mỏi:
Các gối đỡ trục là những vị trí nguy hiểm nên cần được kiểm nghiệm độ bền mỏi. Theo công thức 10.19 trang 195, sách Thiết kế dẫn động cơ khí tập 1, tác giả Trịnh chất:
sj = sθj.sτj
√sθj2 + sτj2
≥ [s]
trong đó [s] = 1,5…2 là hệ số an toàn cho phép.
𝑠𝜎𝑗 = 𝜎−1
𝐾𝑡𝑑𝑗.𝜎𝑎𝑗 + 𝜓𝜎.𝜎𝑚𝑗 𝑠𝜏𝑗 = 𝜏−1
𝐾𝑡𝑑𝑗.𝜏𝑎𝑗 + 𝜓𝜏.𝜏𝑚𝑗
Với 𝜎−1 = 0,436. σb: giới hạn mỏi uốn của thép cacbon.
𝜏−1 ≈ 0,58. σ−1: giới hạn mỏi xoắn.
Vì trục làm từ thép C45 có 𝜎𝑏 = 600 MPa, nên ta có:
𝜎−1 = 0,436. 𝜎𝑏 = 0,436.600 = 261,60 (MPa)
𝜏−1 = 0,58. σ−1 = 0,58.261,6 = 151,72 (MPa)
𝜓𝜎 = 0,05; 𝜓𝜏 = 0 hệ số kể đến ảnh hưởng, tra bảnh 10.17, trang 196.
σaj; 𝜏aj; σmj; τmj: biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j.
Do trục quay, theo cơng thức 10.22/196 ta có
𝜎𝑚𝑗 = 0; 𝜎𝑎𝑗 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 𝑗 = 𝑀𝑗
57 với Mj = √𝑀2 𝑥𝑗2 + 𝑀𝑦𝑗2
MB = 2√𝑀𝑥𝐵2 + 𝑀𝑦𝐵2 = 0 (N.mm)
𝜎𝑎𝐵 = 𝑀𝐵
𝑊𝐵 = 0 (MPa)
Vì trục quay 2 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động do đó
𝜏mj = 0; 𝜏aj = 𝜏max j = Tj Woj với Woj = 𝜋.dj 3 16 vì trục hình trịn, đường kính 30 mm nên WoB = 𝜋.303 16 = 5301,43 𝜏aB = 𝜋.102040,81 5301,43 = 60,46 Hệ số tập trung ứng suất: 𝐾𝜎𝑑𝑗 = 𝐾𝜎 𝜀𝜎+ 𝐾𝑥−1 𝐾𝑦 𝐾𝜏𝑑𝑗 = 𝐾𝜏 𝜀𝜏+ 𝐾𝑥−1 𝐾𝑦
với Kx: Hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt, đối với trục tiện Ra 2,5 … 0,63 chọn Kx = 1,06.
Ky: Hệ số tăng bề mặt trục, do không dùng phương pháp tang bề mặt nên Ky = 1.
𝜀𝜎 và 𝜀𝜏 là hệ số kích thước, đối với trục đường kính φ = 30 mm tra bảng 10.19 trang 197, sách Thiết kế dẫn động cơ khí tập 1, chọn 𝜀𝜎 = 88; 𝜀𝜏 = 81.
Do ổ lăn 1 lắp dôi với trục nên trị số 𝐾𝜎𝐵/𝜀𝐵, 𝐾𝜏𝐵/𝜀𝐵 tra được trong bảng 10.11 trang 198 với lắp ghép dôi k6 lần lượt là 2,06 và 1,64.
𝐾𝜎𝑑𝐵 = 2,06 + 1,06 −1
1 = 2,12 𝐾𝜏𝑑𝐵 = 1,64 + 1,06 −1
1 = 1,7 Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp:
58
𝑠𝜎𝑗 = 261,6
2,12.0 +151,72.1 = 1,7 Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp:
=> 𝑠𝜏𝑗 = 151,72
1,7.60,64 + 0 = 1,47
Độ bền mỏi của gối đỡ:
SB = 1,7.1,47
√1,72 + 1,472 = 1,11 < [S] = [1,5…2,5] Trục tại vị trí gối đỡ thỏa độ bền mỏi.
3.4.6.Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn
Thông số đầu vào:
d = dB = dC = 30 (mm) F = FB = FC = 200 (N)
Ổ lăn chịu tải vịng trong cục bộ
Vì khơng u cầu độ chính xác cao nên chọn ổ lăn có cấp chính xác 0, miền dung sai k6 chọn theo bảng 2.61, trang 100, sách Sổ tay Thiết kế Cơ khí tập 2, PGS Hà Văn Vui – TS Nguyễn Văn Sáng.
3.4.6.1.Xác định tuổi thọ ổ lăn
Gọi Lh = 106.L/(60n) = 106.6.103/(60.10) = 10.106 giờ.
Trị số nên dùng của Ln trong bảng 8.2, trang 225 sách Thiết kế đồ án Chi tiết máy đối với các máy sử dụng trong những khoảng thời gian ngắn hoặc không liên tục Ln = (3…8)103 giờ. => Chọn Ln = 6.103 giờ.
3.4.6.2.Xác định tải trọng quy ước
Xác định lực hướng tâm Fa = 𝑚.𝑣 2 𝑑 = 40.32 0,25 = 144 (N)
Xác định tải trọng quy ước
Tải trọng quy ước Q được tính theo cơng thức 8.3, trang 225, sách Thiết kế Đồ án Chi tiết máy. Đối với ổ bi đỡ, bi đỡ - chặn và ổ đũa côn:
Q = (X.V.Fr + Y.Fa)kđ.kt Trong đó:
59 V: hệ số vịng quay, chọn V = 1 vì gối đỡ quay vịng trong.
kt: hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, chọn kt = 1 vì máy quay với tốc độ thấp, mơi trường làm việc nhệt độ t < 105oC.
kđ: hệ số kể đến tải trọng, tra bảng 8.3, trang 228 ta chọn kđ = 1 (Tải trọng tĩnh, không va đập, hộp giảm tốc công suất nhỏ).
X, Y là hệ số hướng tâm và hệ số dọc trục. Tra bảng 8.4, trang 229 ta chọn X = 1, Y = 0.
=> Q = (X.V.Fr + Y.Fa)kđ.kt = (1.1.144 + 0).1.1 = 144 (N)
3.4.6.3.Chọn ổ theo khả năng tải động
Chọn kích thước ổ theo tải động Cđ được tiến hành đối với các ổ có số vịng quay n ≥ 10 vòng/phút, khi n = 1…10 vòng/phút lấy n = 10 vòng/phút.
Khả năng tải động Cđ được tính theo cơng thức:
Cđ = Q.𝑚√𝐿 = 144.3√6. 103 = 2616,65 (N)
Với: m – bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m =3 đối với ổ bi.
3.4.6.4.Chọn ổ lăn theo khả năng tải tĩnh
Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ qua công thức 11.18 trang 221: 𝑄𝑡 ≤ 𝐶0
với 𝑄𝑡: tải trọng tĩnh quy ước. Là trị số lớn hơn trong 2 giá trị 𝑄𝑡 được tính bằng cơng thức
𝑄𝑡 = X0.Fr + Y0.Fa 𝑄𝑡 = Fr
trong đó X0 và Y0 là hệ số tải trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục chọn thep bảng 11.6 trang 221:
X0 = 0,6 Y0 = 0,5
Ta có:
0,6.0 + 0,5.144 = 72 < 144 Do đó ta lấy 𝑄𝑡 = 144 (N)
60
STT Thông số Số liệu
1 Đường kính trục 30
2 Khả năng tải động 2616,65 (N)
3 Khả năng tải tĩnh 144 (N)
4 Đơn vị vòng bi, loại Bi cầu 1 dãy bi
5 Cấp chính xác 0
Bảng 13. Thơng số kỹ thuật gối đỡ trục.
Dựa vào các số liệu vừa tính được, nhóm chúng em quyết định chọn gối đỡ trục UCP206 với thông số kỹ thuật như sau:
STT Thông số Số liệu
1 Đơn vị, loại Bộ phận mang
2 Shaft Bore Dia. d 30
3 Mang Dia bên trong. Hình dạng VÍt đặt lỗ hình trụ
4 Xử lý bề mặt Không
5 Khả năng tải tĩnh 11300 (N)
6 Đơn vị vòng bi, loại Loại gối
7 Vật liệu cơ thể đơn vị Gang
8 Loại khối gối Tiêu chuẩn
9 Chiều cao lắp H 42,9 (mm)
10 Khả năng tải động 19500 (N)
11 Loại Đầu Bịt Không
61
3.5. Lựa chọn thiết bị điều khiển
Thiết bị Tiêu chí
Kích thước Nhỏ Rất nhỏ
Tốc độ điều khiển Nhanh Rất nhanh
Chống nhiễu Tốt Kém
Mức độ thay đổi điều khiển Đơn giản Phức tạp
Lắp đặt Dễ Khó Bảo trì Dễ Khó Giá thành Cao Thấp Độ ổn định khi dùng trong công nghiệp Cao Thấp Bảng 15. So sánh PLC và vi điều khiển.
Vi điều khiển có khả năng chống nhiễu kém, độ ổn định thấp vì đồ gá khung sắt được sử dụng trong môi trường cơng nghiệp nên PLC là sự lựa chọn thích hợp.
Hình 3.11. Gối đỡ trục UCP 206
62 So với các dòng PLC khác, PLC Mitsubishi xuất xứ từ Nhật Bản, sử dụng bộ nhớ EEPROM cho phép dữ liệu được lưu trữ lại sau khi mất nguồn đột ngột. Có tích hợp sẵn bộ đếm tốc độ cao và các bộ tạo ngắt, cho phép xử lý tốt một số ứng dụng phức tạp, với rất nhiều dòng sản phẩm đa dạng. Ta chọn FX3G-24MT/ES-A. STT Thông số Số liệu