- Chọn loại xích
- Chọn số răng đĩa xích, xác định bước xích theo chỉ tiêu về độ bền mòn và xác định các thông số khác của đĩa xích và bộ truyền.
- Kiểm tra xích về độ bền (đối với xích bị quá tải).
- Thiết kế kết cấu đĩa xích và xác định lực tác dụng lên trục.
1. Chọn loại xích
Có 3 loại xích: xích ống, xích con lăn và xích răng. Trong đó:
- Xích ống: đơn giản, giá thành hạ và khối lượng giảm vì không dùng con lăn, nhưng cũng vì thế mà bản lề mòn nhanh, mà mòn bản lề là dạng hỏng nguy hiểm và thường là nguyên nhân chủ yếu làm mất khả năng làm việc của bộ truyền xích. Vì vậy chỉ dùng xích ống với các bộ truyền không quan trọng mặt khác yêu cầu khối lượng nhỏ.
- Xích con lăn: Về kết cấu giống như xích ống, chỉ khác phía ngoài ống lắp thêm con lăn, nhờ đó có thể thay thế ma sát trượt giữa ống và răng đĩa bằng ma sát lăn giữa con lăn và răng đĩa. Kết quả là độ bền mòn của xích con lăn cao hơn xích ống, chế tạo nó không phức tạp bằng xích răng, do đó xích con lăn được dùng khá rộng rãi.
Nó dùng thích hợp khi vận tốc làm việc dưới 10 đến 15 m/s. Nên ưu tiên dùng xích một dãy, nhưng ở các bộ truyền quay nhanh, tải trọng lớn nên dùng xích 2, 3 hoặc 4 dãy vì sé làm giảm được bước xích, giảm tải trọng động và kích thước khuôn khổ của bộ truyền.
- Xích răng: Có ưu điểm khả năng tải lớn, làm việc êm, nhưng chế tạo phức tạp và giá thành đắt hơn xích con lăn, do vậy chỉ nên dùng xích răng khi vận tốc xích trên 10 đến 15 m/s.
Với bộ truyền xích ta đang thiết kế có:
- Vận tốc đĩa xích dẫn là không cao: n3 = 124,204 v/ph.
Nên dựa theo những phân tích trên ta chọn loại xích con lăn.
2. Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích a. Chọn số răng đĩa xích
Vì bộ truyền xích có ux = 1,5, loại xích là xích con lăn nên theo bảng 5.4, [I] ta chọn số răng đĩa nhỏ là: Z1 = 27 răng.
Do đó số răng đĩa lớn: Z2 = ux.Z1 = 1,5.27 = 40,5 Lấy Z2 = 41 < Zmax = 120
= Tỉ số truyền thực tế của bộ truyền: 2
1
41 1,52
x 27 u Z
= Z = = b. Xác định bước xích p
Bước xích p được xác định từ chỉ tiêu về độ bền mòn của bản lề. Điều kiện đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích được viết dưới dạng:
[ ]
. . .
t z n
P =P k k k ≤ P (2.1)
Trong đó:
Pt - công suất tính toán P - công suất cần truyền
P = PIII = 3,3896 KW [P] - công suất cho phép
kz - hệ số số răng 01
1
25 0,926
z 27 k Z
= Z = =
kn - hệ số số vòng quay 03
3
200 1, 61 124, 204
n
k n
= n = =
k - hệ số sử dụng
k = k0kakđckbtkđkc (2.2) với:
k0 – hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền ka - hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích
kđc - hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích kbt - hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn
kđ - hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của tải trọng kc - hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền
Trị số các hệ số trên được tra trong bảng 5.6, [I].
- Đường nối tâm 2 đĩa xích so với đường nằm ngang là 00 < 600 nên: k0 = 1
- Chọn khoảng cách trục a = 30p nên: ka = 1
- Vị trí trục không điều chỉnh được nên: Kđc = 1,25
- Môi trường làm việc có bụi, chất lượng bôi trơn II (đạt yêu cầu theo bảng 5.7, [I]) nên: kbt = 1,3
- Tải trọng là tải trọng tinh, làm việc êm nên : kđ = 1
- Tỷ lệ số giờ làm việc/ngày là 1/3 tức là làm việc 1 ca nên: kc = 1 Vậy hệ số sử dụng: k = 1.1.1,25.1,3.1.1 = 1,625
Từ (2.1) ta có: Pt = P k k k. . .z n =3,3896.1,625.0,926.1,61 8, 21= (KW)
Theo bảng 5.5, [I] với số vòng quay của đĩa nhỏ n03 = 200 v/ph, chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích p = 25,4 mm thỏa mãn điều kiện bền mòn (2.1)
Pt = 8,21 KW < [P] = 11 KW
Đồng thời theo bảng 5.8, [I] thì bước xích p < pmax
c. Khoảng cách trục và số mắt xích
Theo trên ta đã chọn sơ bộ khoảng cách trục là:
a = 30p = 30.25,4 = 762 (mm) Từ đó ta xác định được số mắt xích x:
( 2 1)2 ( )2
1 2
2 2
41 27 .25, 4
2 2.762 27 41
94,17
2 4 25, 4 2 4. .762
Z Z p Z Z
x a
p π a π
− −
+ +
= + + = + + =
Vì số mắt xích nên lấy là số chẵn, nên ta chọn x = 94
Với x = 94 ta tính lại khoảng cách trục a theo số mắt xích chẵn xc = 94
( 2 1) ( 2 1) 2 2 1 2
0, 25 c 0,5 c 0,5 2. Z Z
a p x Z Z x Z Z
π
−
= − + + − + −
( ) ( ) 2 41 27 2
0, 25.25, 4 94 0,5 41 27 94 0,5 41 27 2
a π
−
⇒ = − + + − + − Vậy a = 760 mm
Để xích không chịu lực căng quá lớn, khoảng cách trục a tính được cần giảm bớt một lượng ma = 0,003a = 0,003.760 a 2 mm
Do đó a = 758 mm.
Số lần va đập i của bản lề xích trong 1 giây:
1 3 27.124, 204 2,38
15 15.94
i Z n
= x = = (1/s)
Theo bảng 5.9, [I] với p = 25,4 mm thì số lần va đập cho phép [i] = 30 (1/s). Vậy i < [i].
3. Kiểm nghiệm xích về độ bền
Với các bộ truyền xích bị quá tải lớn khi mở máy hoặc thường xuyên chịu tải trọng va đập trong quá trình làm việc cần tiến hành kiểm nghiệm về quá tải theo hệ số an toàn:
[ ]
d t o v
s Q s
k F F F
= ≥
+ + (3.1)
Trong đó:
Q – tải trọng phá hỏng
Theo bảng 5.2, [I], với xích con lăn 1 dãy cóp = 25,4 mm thì:
Q = 56,7 KN = 56700 N
q = 2,6 Kg (khối lượng 1 mét xích) kđ – hệ số tải trọng động
Chọn kđ = 1,2 (ứng với chế độ làm việc trung bình, tải trọng mở máy bằng 1,5 tải trọng danh nghĩa)
Ft – lực vòng t 1000 III
F P
= v
Với v là vận tốc trung bình của xích:
1 3
3 3
27.25, 4.124, 204 1, 42
60.10 60.10
v= Z pn = = (m/s)
Vậy: 1000 1000.3,3896 2387,04
1, 42
III t
F P
= v = = (N)
Fv – lực căng do lực li tâm sinh ra
2 2, 6.1, 422 5, 24
Fv =qv = = (N)
Fo – lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra
o 9,81 f
F = k qa
Với: a – khoảng cách trục a = 758 mm = 0,758 m
Kf – hệ số phụ thuộc độ vừng f của xớch và vị trớ bộ truyền.
Do bộ truyền xích nằm ngang nên kf = 6 Vậy: Fo =9,81.6.2,6.0, 758 116= (N) Nên theo (3.1) ta có:
56700
1, 2.2387, 04 116 5, 24 19
đ t o v
s Q
k F F F
= = =
+ + + +
[s] – hệ số an toàn cho phép.
Theo bảng 5.10, [I], ứng với p = 25,4 mm và n3 = 124,204 v/ph thì xích con lăn có [s] = 8,2.
Vậy s > [s] (thỏa mãn 3.1) nên bộ truyền xích đã đảm bảo đủ bền.
4. Xác đinh các thông số của đĩa xích và lực tác dụng lên trục a) Xác đinh các thông số của đĩa xích
- Đường kính vòng chia:
1
1
25, 4
218,79 sin sin27
d p
Z π π
= = =
(mm)
2
2
25, 4
331,81 sin sin41
d p
Z π π
= = =
(mm)
Theo bảng 14 – 4b: Các thông số về biên dạng của xích ống con lăn, [II] ta có:
- Đường kính vòng đỉnh răng:
1
1
0,5 cot 25, 4 0,5 cot 229,87
a 27
d p g g
Z
π π
= + = + = (mm)
2
2
0,5 cot 25, 4 0,5 cot 343,66
a 41
d p g g
Z
π π
= + = + = (mm) Bán kinh đáy: r = 0,5025dl + 0,05
Với: dl – đường kính con lăn xích, tra bảng 5.2, [I], ứng với p = 25,4 ta có:
dl = 15,88 mm
Vậy r = 0,5025.15,88 + 0,05 = 8,03 mm - Đường kính vòng đáy răng:
df1 = d1 – 2r = 218,79 – 2.8,03 = 202,73 (mm) df2 = d2 – 2r = 331,81 – 2.8,03 = 315,75 (mm) b) Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích
Ứng suất tiếp xúc ỨH trên mặt răng đĩa xích phải thỏa điều kiện:
( ) [ ]
1
1 0, 47 r tđ vđ
H H
d
k F k F E
σ = Ak+ ≤ σ (4.1)
[ ]
2
2 1
1 r
H H H
r
k
σ =σ k ≤ σ (4.2)
Trong đó:
- Fvđ: lực va đập trên trên m dãy xích
Fvđ = 13.10-7n3p3m = 13.10-7.124,204.24,53.1 = 2,37 (N) - Ft: lực vòng
Ft = 2387,04 N
- kd: hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy Với xích 1 dãy thì kd = 1.
- kđ: hệ số tải trọng động
Tra bảng 5.6, [I] ta được kđ = 1.
- kr: hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích, nó phụ thuộc vào Z1. Với Z1 = 27 thì ta có kr1 = 0,4
Với Z2 = 41 thì ta có kr2 = 0,28 - E: Môđun đàn hồi
1 2 5
1 2
2E E 2,1.10 E= E E =
+ (MPa)
- A: diện tích chiếu của bản lề
Tra bảng 5.12, [I] ứng với p = 25,4 mm và xích con lăn 1 dãy ta được:
A = 180 mm2
Từ các số liệu trên, theo (4.1) ta có:
( ) 5
0, 4 2387,04.1 2,37 2,1.10
0, 47 496,3
180.1
σH = + = (MPa)
Như vậy dùng thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB210 sé đạt được ứng suất cho phép [pH] = 600 MPa, đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa 1 vì (4.1) được thỏa mãn.
Theo (4.2) ta có: 2 1 2 1
0, 28
496,3 415, 23 0, 4
r
H H
r
k
σ =σ k = = (MPa)
[ ]
2
H H
σ σ
⇒ < (với cùng vật liệu và nhiệt luyện).
Vậy đĩa xích đảm bảo độ bền tiếp xúc.
c) Xác đinh lực tác dụng lên trục Lực tác dụng lên trục: Fr = kxFt
Trong đó:
- kx: hệ số kể đến trọng lượng xích
Vì bộ truyền nằm ngang nên kx = 1,15 - Ft: lực vòng
Ft = 2387,04 N
Vậy Fr = 1,15.2387,04 = 2745,1 (N)