7. Kết cấu của đồ án
4.1 Thiết kế cơ khí
4.1.3.5 Tính tốn chọn vít me cho khn ngồi
Một số đặc điểm của bộ truyền
Hình 4. 25: Bộ truyền vít me đai ốc
- Ưu điểm:
36 + 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.
Chọn vật liệu trục vít và đai ốc
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: Thép 50
Tính tốn, thiết kế cho chuyền động của hệ thống Ta có khối lượng chi tiết là:
+ Khối lượng khn kéo : 2000 kg
+ Có 4 vít me → lực kéo trên vít me Fk =500kg
Ta có lực dọc trục 𝐹𝑎 tác dụng lên bộ truyền trục vít là khối lượng khn vitme cần kéo :
𝐹𝑎 = Fk = m.g = 500.10 = 5000 N - Đường kính trung bình ren trục vít
d2 ≥ √ 𝐹𝑎
𝜋.𝜓𝐻.𝜓ℎ.[𝑞] (8.1) Trong đó:
+ Fa : lực dọc (N)
+ 𝜓H : hệ số chiều cáo đai ốc với 𝐻 - chiều cao đai ốc. + Đai ốc nguyên, chọn 𝜓H = 2
+ 𝜓h : hệ số chiều cao ren, với h- chiều cao làm việc của ren, p- bước ren; ren hình thang, chọn 𝜓ℎ = 0,5.
37
+ [q]: áp suất cho phép, phụ thuộc vật liệu vít và đai ốc. Ta có vật liệu vít-đai ốc là thép - thép, chọn [q] = 6 Mpa
d2 ≥ √ 5000
𝜋.2.0,5.6 = 16,29 mm
Chọn đường kính trung bình d2 = 31 mm, đường kính ngồi d = 36 mm, đường kính trong d1= 26 mm, bước vít p= 10 mm.
- Chọn 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 yêu cầu vít thực hiện hành trình lớn hơn sau một vịng quay thì chọn ren nhiều đầu mối (𝑧ℎ > 1). Chọn 𝑧ℎ = 1 Ta có bước vít: 𝑝ℎ = 𝑧ℎ. 𝑝 = 10.1 = 10 (𝑚𝑚). và góc vít 𝛾 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 [ 𝑝ℎ (𝜋𝑑2)] = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 [ 10 (𝜋.26)] = 6,9 0
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 –thép, f= 0,12.
𝜌 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 ( 0,12
𝑐𝑜𝑠150) = 7,080
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 = 2.26 = 52 (𝑚𝑚)
38 Số vòng ren của đai ốc:
𝑧 = 𝐻 𝑝 =
52
10= 5,2 ≤ 𝑧𝑚𝑎𝑥 = 10 … 12
Tính kiểm nghiệm về độ bền
Kiểm tra độ bền theo ứng suất tương đương 𝜎𝑡đ = √𝜎2+ 𝜏2 = √(𝜋𝑑4𝐹𝑎
12
)2+ ( 𝑇
0,2𝑑13)2 ≤ [𝜎] 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 : 𝑇 = 9550.𝑃.ƞ
𝑛 . 𝑢
P- công suất của động cơ, P = 2,2 Kw
n- số vòng quay của động cơ, n = 1455 vòng/phút
u- tỉ số truyền của hộp giảm tốc, u = 25
ƞ- hiệu suất truyền động
𝑇 = 9550.2,2.0,95
1455 . 25 = 342,94 (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 = √(4.20000
𝜋.262 )2+ (342,94
0,2.263)2 = 37,6 ≤ [𝜎] Kết luận: Trục vít đủ bền.
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:
39 𝑆0 = 𝑡ℎ 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 gối đỡ do vậy 𝜇 = 1.
+ L- chiều dài tính tốn của vít, L = 1000 mm + 𝑖- bán kính quán tính của tiết diện trục vít.
𝑖 = √4.𝐽
𝜋𝑑12 = √4.40,8
𝜋.262 = 0,28 Trong đó:
Momen qn tính của tiết diện vít là: 𝐽 =𝜋𝑑12 64 (0,4 + 0,6 𝑑 𝑑1) = 𝜋.262 64 . (0,4 + 0,6.36 26) = 40,8 (𝑚𝑚4) Suy ra : 𝜆 = 1.10 0,28= 35,71 ≤ 60
Do vậy không cần kiểm tra về độ ổn định.
40
Gối đỡ vít me FK-FF: Gối đỡ trục FK-FF là sản phẩm gối đỡ thanh vít me thường được sử dụng trong chế tạo máy cnc và các loại máy công nghiệp khác. Đây là sản phẩm được chế tạo bằng kim loại cứng cáp, có độ chính xác cao, dùng để cố định hai đầu trục vít me, 2 đầu trục trượt trịn.
Hình 4. 27: Bảng thơng số chọn gối đỡ FK (Nguồn Internet)