3.1.3. Tính toán thiết kế bộ truyền vitme [3]
Yêu cầu thiết kế
+ Tốc độ quay trục chính: 250 vòng/phút.
+ Trọng lượng trục Z = 10kg => Tải trọng dọc trục: Fa = 100 N. + 1 đầu được nối vào motor một đầu bị ngàm.
+ Vật liệu: Thép – đồng thanh.
Tính toán trục chuyển động của vitme
Đường kính trung bình của ren:
𝑑2
≥ 𝐹 𝑎
𝜋.𝑊ℎ.𝑊𝐻.[𝑞] (3.1)
Trong đó:
𝐹𝑎: Lực dọc trục.
𝑇ℎ: Hệ số chiều cao đai ốc = 0,5 với ren vuông. 𝑇𝐻: Hệ số chiều cao ren.
√
Vật liệu vít và đai ốc là thép – đồng thanh nên chọn [𝑞]= 8(Mpa) , 𝑇𝐻=1,2 Thay vào công thức (3.1) ta có:
𝑑2 ≥ 100
= 2,58 (lấy 𝑑
𝜋.1,2.0,5.[8] =8mm)
Kiểm nghiệm độ bền theo thuyết bền 4 ta có:
𝜎 = √𝜎2 + 3𝑟2=√(4𝐹𝑎)2 + 3( 𝑇 )2 ≤ ⌊𝜎⌋ (3.2)
𝑡𝑑 𝜋𝑑 0.2𝑑13
Trong đó:
T : Momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vật. 𝐹𝑎 : Lực dọc trục.
⌊𝜎⌋ : Ứng suất cho phép (kéo hoặc nén).
⌊𝜎⌋ :𝜎𝑐ℎ với 𝜎 là giới hạn cháy của vật liệu vít.
3 𝑐ℎ
𝑑1 : Đường kính trong của renvit.
Tiết diện nguy hiểm là tiết diện nhận toàn bộ lực dọc trục 𝐹𝑎 và momen là giá trị lớn hơn trong 2 giá trị 𝑇𝑟 (momen ren) 𝑇𝑔 (momen gối tỉ) ta có:
𝑇 =𝐹 tan(𝛾 + 𝜑) 𝑑2 (3.3)
𝑟 𝑎 2
Trong đó:
𝛾 : Góc vít.
𝜑 = arctgf : góc ma sát.
𝑑2: Đường kính trung bình của ren vít. Các thông số của ren:
Chiều cao profin ren h=1 (mm). Bước vít :
1 3 1 3 Trong đó: Góc vít: 𝑃ℎ : Bước vít. 𝑧ℎ : Số mối ren. 𝜌 :Bước ren. 𝛾 = 𝑡𝑎𝑛−1 ( 𝑃ℎ ) = 𝑡𝑎𝑛−1 ( 4 ) = 10,3𝑜 (3.4) 𝜋.𝑑2 7𝜋
Với hệ số ma sát f=0,1 ( thép – đồng thanh) ta tính ra được góc ma sát 𝜑=arctg(0.1)=5.71𝑜 thay vào công thức (3.3) ta có:
𝑇 =100.tan(10.3 + 5.71) 8=114,8 (N.m)
𝑟 2
Chọn mặt tì :𝐷0=22mm, trị số momen gối tỉ:
𝑇𝑔 = . 𝑓. 𝐹𝑎. 𝐷𝑜 (3.5) Ta có hệ số ma sát f=0,1 (thép- đồng thanh) khi đó theo công thức (3.5) thì: 𝑇𝑔 = . 0,1.100.22=73,3 (N.mm) ≤ 𝑇𝑟
Lấy lực T=𝑇𝑟=114,8 (N.mm) Thay số vào công thức (3.2) ta có:
𝜎 =√(4.100)2 + 3(144,8)2=6,8 (MPa)
𝑡𝑑 𝜋62 0,2.63
Với thép 45 𝜎𝑐ℎ=360(MPa)=> ⌊𝜎⌋=𝜎𝑐ℎ/3=120 (MPa)
Do 𝝈𝒕𝒅<⌊𝝈⌋ nên điều kiện được đảm bảo.
Momen quán tính của tiết diện vít J:
𝑗 = 𝜋𝑑12
4 (0,4 + 0,6𝑑𝑑
1) (3.6)
𝜋
Bán kính quán tính của tiết diện vít me:
𝑖 = 𝐽 √𝜋𝑑12
4
(3.7)
Thay số vào (3.7) ta được:
𝑖 = √33,9 =1,1 4 Độ mềm 𝜆 của vitme là: 𝜆 = 𝜇𝑙 = 0,7.600 = 381,82 (3.8) 𝑖 1.1 Trong đó
𝜇 : hệ số chiều dài tương đương, xác định như sau: 𝜇=1 khi cả 2 đầu được vít cố định bằng bản lề.
𝜇 = 0.7 khi một đầu được vít, đầu kia bị ngàm (đai ốc tựa được coi như ngàm).
𝜇=0.5 khi cả 2 đầu bị vít ngàm.
𝜇 = 2 khi một đầu bị vít ngàm một đầu tự do. l: chiều dài của vít (600 mm).
Vì 𝜆>100 dùng công thức owle đi tính tải trọng giới hạn ta có: 𝐹𝑡ℎ = 𝜋2. 𝐸. 𝐽
(𝜇.𝑙)2 (3.9)
Thay số vào công thức (3.9) ta được : 𝐹𝑡ℎ = 𝜋2. 2,1. 105. 33,9
(0,7.600)2 = 398,31 (N) (Với E=2,1. 105 MPa moodun đàn hồi). Kiểm nghiệm độ bền cho vitme:
(3 .1 0)
Trong đó :
𝑆𝑜: Hệ số an toàn về ổn định.
[𝑆𝑜]=2,5…..4: hệ số an toàn ổn định cho phép. Thay số vào công thức (3.10) ta được:
𝑆 = 398,31 = 6,64
>[𝑆 ]=[2,5…4]
𝑜 60 𝑜
Điều kiện ổn định được đảm bảo.
Hình 3.6 Vitme T8 đai ốc [15]
Thông số kĩ thuật
+ Đường kính vitme: 8mm. + Chiều dài: 600mm. + Bước ren: 4mm.
+ Chất liệu trục vitme: thép không rỉ. + Chất liệu đai ốc: đồng.
Bộ chuyển đổi nguồn AC-DC
Bộ điều khiển
Công tắc hành trình
Động cơ Nguồn điện Thiết bị đóng cắt nguồn điện
Driver Cảm biến
3.2. Tính toán thiết kế hệ thống điện và điều khiển