CHƯƠNG 4 : QUY TRÌNH THIẾT KẾ
4.2 Tính toán thiết kế
4.2.1.2 Tính tốn hệ dẫn động
4.2.1.2.1 Một số đặc điểm của bộ truyền
Ta thấy trong quá trình nâng vitme nằm ngang lực dọc trục Fa tác dụng lên bộ truyền này là tổng khối lượng của vitme nằm ngang. Tải trọng phải chịu nhỏ.
Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, chịu lực lớn, thực hiện được dịch chuyển chậm. - Kích thước nhỏ, gọn.
- Thực hiện được các dịch chuyển cần độ chính xác cao. - Điều khiển một cách dễ dàng.
Nhược điểm:
- Hiệu suất thấp do ma sát trên ren. - Chóng mịn.
36
4.2.1.2.2 Chọn vật liệu trục vít và đai ốc bi
Ngoài yêu cầu về độ bền, vật liệu làm vít cần có độ bền mịn cao và dễ gia cơng. Vật liệu vít: Thép 45.
Vật liệu đai ốc: Gang xám.
4.2.1.2.3 Tính tốn, thiết kế cho chuyền động của hệ thống
Ta có khối lượng các chi tiết là:
Khối lượng vitme nằm ngang : 200(g). Khối lượng trục vít và đai ốc dọc : 280(g). Khối lượng đai ốc ngang : 7,5(g).
Khối lượng tay đỡ vitme: 50(g).
𝑚 = 200 + 280 + 7,5 + 50 = 537,5(𝑔)
Lấy khối lượng trục vít và các chi tiết khác là 𝑚 = 600(𝑔).
Ta có lực dọc trục 𝐹𝑎 tác dụng lên bộ truyền trục vít là tổng khối lượng của vitme ngang, đai ốc ngang, tay đỡ vít me.
𝑚1 = 200 + 7,5 + 50 = 257,5(𝑔)
𝐹𝑎 = 𝑁 = 𝑚1. 𝑔 = 0,2575.9,81 = 2,526(𝑁)
Đường kính trung bình của ren trục vít. Theo điều kiện bền ta có:
𝑑2 ≥ √ 𝐹𝑎
37 Trong đó:
Fa - lực dọc trục , N.
𝜓𝐻 = 𝐻/𝑑2- hệ số chiều cao đai ốc với 𝐻 - chiều cao đai ốc.
Đai ốc nguyên, chọn 𝜓𝐻 = 2,0.
𝜓ℎ = ℎ/𝑝- hệ số chiều cao ren, với h- chiều cao làm việc của ren, p- bước ren; ren
hình thang, chọn 𝜓ℎ = 0,5.
[𝑞]- áp suất cho phép, phụ thuộc vật liệu vít và đai ốc. Ta có vật liệu vít-đai ốc là
thép-đồng thanh, chọn [𝑞] = 10(𝑀𝑃𝑎).
𝑑2 ≥ √ 2,526
𝜋. 2,0.0,5.10= 0,08
Chọn đường kính trung bình 𝑑2 = 7(𝑚𝑚)đường kính ngồi 𝑑 = 8(𝑚𝑚), đường
kính trong 𝑑1 = 6(𝑚𝑚), bước vít 𝑝 = 2(𝑚𝑚).
Chọn các thơng số của vít và đai ốc
Theo cơng dụng của bộ truyền và yêu cầu về tự hãm, chọn số đầu mối ren 𝑧ℎ: Trường hợp cần đảm bảo tính tự hãm, chọn số mối ren 𝑧ℎ = 1, trái lại nếu u cầu vít
thực hiện hành trình lớn hơn sau một vịng quay thì chọn ren nhiều đầu mối (𝑧ℎ > 1).
Chọn 𝑧ℎ = 4. Ta có bước vít: 𝑝ℎ = 𝑧ℎ. 𝑝 = 4.2 = 8(𝑚𝑚). Góc vít. 𝛾 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 [ 𝑝ℎ (𝜋𝑑2)] = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 [ 8 (𝜋. 7)] = 200
38
Sau khi xác định được góc vít ta kiểm tra điều kiện tự hãm:
𝜌 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔( 𝑓
𝑐𝑜𝑠𝛿)
Trong đó 𝛿- góc nghiêng của cạnh ren làm việc; ren hình thang, chọn 𝛿 = 150 .
𝑓- hệ số ma sát, phụ thuộc vào cặp vật liệu của vít và đai ốc, với thép – đồng thanh
không thiếc, f= 0,4.
𝜌 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 ( 0,4
𝑐𝑜𝑠150) = 22,50
𝛾 < 𝜌
Xác định chiều cao đai ốc và số vòng ren
Từ 𝑑2 và hệ số chiều cao 𝜓𝐻 tính được chiều cao đai ốc:
𝐻 = 𝜓𝐻. 𝑑2 = 2.7 = 14(𝑚𝑚)
Chọn 𝐻 = 15(𝑚𝑚). Số vòng ren của đai ốc:
𝑧 =𝐻
𝑝 =
15
2 = 7 ≤ 𝑧𝑚𝑎𝑥 = 10 … 12
để tránh làm tăng sự phân bố không đều tải trọng dọc trục cho các vịng ren. Tính kiểm nghiệm về độ bền.
Kiểm tra độ bền theo ứng suất tương đương
𝜎𝑡đ = √𝜎2+ 𝜏2 = √(4𝐹𝑎
𝜋𝑑12)
2+ ( 𝑇 0,2𝑑13)
39 Trong đó:
𝐹𝑎, 𝑇 – tương ứng là lực dọc trục, N và momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của
vít.
Ta có momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít bằng momen xoắn trên trục đầu ra của hộp giảm tốc.
𝑇 = 𝑀 = 9,55. 10
6. 𝑃
𝑛 . 𝑢
P- công suất của động cơ, 𝑃 = 0,43(𝑊).
n- số vòng quay của động cơ, 𝑛 = 200000(𝑣 𝑝ℎ)⁄ . u- tỉ số truyền của hộp giảm tốc, 𝑢 = 12,7.
𝑇 = 𝑀 = 9,55. 10
6. 0,43
20000 . 12,7 = 2608(𝑁. 𝑚)
[𝜎]- ứng suất cho phép (kéo hoặc nén), MPa; với 𝜎𝑐ℎ- giới hạn chảy của vật liệu vít;
𝜎𝑐ℎ = 120(𝑀𝑃𝑎).
[𝜎] = 𝜎𝑐ℎ
3 =
120
3 = 40(𝑀𝑃𝑎)
𝑑1- đường kính trong của ren vít, mm.
𝜎𝑡đ = √(4.2,526 𝜋. 62 ) 2+ ( 2608 0,2. 63) 2 = 34,8 ≤ [𝜎] Kết luận: Trục vít đủ bền.
40
Tính kiểm nghiệm về độ ổn định
Với các vít tương đối dài và chịu nén cần tiến hành kiểm nghiệm về uốn dọc đảm bảo điều kiện ổn định Ơ-le. Cơng thức kiểm nghiệm có dạng:
𝑆0 =𝐹𝑡ℎ
𝐹𝑎 ≥ [𝑆0]
Trong đó: 𝑆0- hệ số anh toàn về ổn định.
𝐹𝑡ℎ- tải trọng tới hạn, N.
𝐹𝑎- tải trọng dọc trục (lực nén), N.
[𝑆0] = 2,5 … 4- hệ số an toàn cho phép.
Để xác định tải trọng tới hạn cần dựa vào độ mềm của vít.
𝜆 = 𝜇𝑙/𝑖
Trong đó: 𝜇- hệ số chiều dài tương đương. Hai đầu trục vít được cố định bằng ổ lăn do vậy 𝜇 = 1.
𝑙- chiều dài tính tốn của vít, 𝑙 = 750(𝑚𝑚). 𝑖- bán kính quán tính của tiết diện trục vít.
𝑖 = √4. 𝐽
𝜋𝑑12
Trong đó
Momen qn tính của tiết diện vít là:
𝐽 =𝜋𝑑1 2 64 (0,4 + 0,6 𝑑 𝑑1) = 𝜋. 62 64 . (0,4 + 0,6. 8 6) = 2,12(𝑚𝑚 4)
41
𝑖 = √4.2,12
𝜋. 62 = 0,274
𝜆 = 1.7
0,274 = 25,547 ≤ 60
Độ ổn định tốt không cần kiểm tra.