TIỂU LUẬN NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY ĐỀ 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI (Đề 5)SỐ LIỆU CHO TRƯỚC:1.Lực kéo trên băng tải F (N): 49002.Vận tốc vòng của băng tải V(ms): 0,853.Đường kính tang D (mm): 3804.Số năm làm việc a(năm): 65.Số ca làm việc: 2 (ca), thời gian: 6hca, số ngày làm việc:300 ngàynăm6.Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài : 150 (độ)7.Sơ đồ tải trọng như hình 2Khối lượng sinh viên thực hiện: 01 bản thuyết minh tính toán gồm:1.Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền2.Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài của HGT3.Tính toán thiết kế bộ truyển của HGT4.Tính toán thiết kế 1 trục của HGT
ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
Chọn động cơ điện
2 Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài của HGT
3 Tính toán thiết kế bộ truyển của HGT
4 Tính toán thiết kế 1 trục của HGT
PHẦN 1:CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
Gọi P ct : Công suất cần thiết trên trục động cơ
P t : Công suất trên trục công tác η : hiệu suất chung
Công suất trên trục công tác:
Công suất tính: P t = P ( tải trọng tĩnh)
Công suất cần thiết trên trục động cơ η = η nt η tv η d η 3 = 1 0,82 0,96 0,99 3 = 0,764 Trong đó theo bảng 2.1 trị số hiệu suất các loại bộ truyền và ổ:
+ η nt = 1 (hiệu suất nối trục )
+ η tv = 0,82 (hiệu suất bộ truyền trục vít)
+ η d = 0,96 (hiệu suất bộ truyền đai thang)
+ η ô = 0,99 (hiệu suất của 1 cặp ổ lăn)
Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ:
Tốc độ quay của trục công tác:
Hệ số truyền động cơ khí có bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc 1 cấp trục vít
Tỉ số truyền chung sơ bộ :
2 u sb = u đ u h = 3.10 = 30 Trong đó theo bảng 2.4 ta chọn :
+ u đ = 3 ( tỉ số bộ truyền đai)
+ u h = 10 (tỉ số truyền của hộp giảm tốc cấp 1 trục vít)
Số vòng quay sơ bộ của động cơ: n sb = n u sb = 42,72 30 = 1282 (vg/ph)
Chọn động cơ điện phải thỏa mãn điều kiện (2.1) và (2.2):
P đc ≥ P ct và n đc ≈ n sb = 1282(vg/ph)
- Tra phụ lục P1.2, chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc 50
+ Có công suất: P đc = 5.5 (kW)
+ Có số vòng quay:n đc = 1445(vg/ph)
Phân phối tỉ số truyền
Tỉ số truyền chung: u= n đc n = 1445
- Tính tỉ số truyền bộ truyền trục vít của hộp giảm tốc
Kiểm tra sai số cho phép về tỉ số truyền u t = u đ u h = 2,6.13 = 33,8
∆u = |u t − u| = |33,8 −33,82 | = 0,02 < 0,09 thỏa điều kiện về sai số cho phép
Bảng hệ thống số liệu:
Trục Thông số Động cơ I II III
- Momen xoắn: T i = 9,55.10 6 P i n i (N mm ) , trong đó P i : P 1 , P 2 , P 3 , P m
KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
Thông số đầu vào
Công suất trên bánh đai dẫn P m = 5,46(kW) Tốc độ quay của bánh đai dẫn n đc = 1445 (vg/ph)
Chế độ làm việc ngày 2 ca
Theo hình 3.2 chọn loại đai tiết diện đai hình thang thường ký hiệu Ƃ với các thong số sau:
Kích thước tiết diện: b t = 14. b = 17 d1 (140 ÷ 280) mm. h = 10,5 l (800 ÷ 6300) mm y 0 = 4.
Chọn ε = 0,02 là hệ số trượt
Tra bảng 4.26/trang 67, chọn d 2 = 450 (mm)
Tỷ số truyền thực tế
U (Thỏa mãn điều kiện giới hạn cho phép)
Khoảng cách 2 trục a
Theo tỉ số truyền u = 2,55 và bảng 4.14(trang 60) ta tính được: a = 1,09 d 2 = 1,09.450 = 491 (mm)
Trị số a cần thỏa điều kiện:
357 ≤ a ≤ 1260Với aI1 (mm) => thỏa điều kiện
Chiều dài đai theo công thức (4)
Chiều dài đai l được tính theo công thức (3.5): l = 2a
Quy tròn l theo trị số tiêu chuẩn (bảng 3.13):
Chọn chiều dài tiêu chuẩn: l 00 (mm)
Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ
Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ theo số vòng chạy của đai trong 1 giây i= v l ≤ i max (lần/s)
Với:i : Số lần cuốn của đai v : Vận tốc đai. l= 2000 mm=2 m là chiều dài đai.
Tính chính xác khoảng cách a:
Tính góc ôm α 1
Góc ôm α 1 trên bánh đai dẫn được tính theo công thức (3.8): α 1 0 °− ( d¿¿ 2−d 1 ) 57 ° a 0 ° − ( 450−180 ).57 °
487 8 °> 120 ° ¿(Thỏa mãnđiều kiện góc ôm)
Tính số đai Z
Số đai z được tính theo công thức (3.19): z ≥ P 1 K đ
P 1 =5,46 kW công suất trên bánh dẫn.
P0 = 4,27 kW (với vđ = 13,62 m/s, đai Ƃ, d10mm) là công suất cho phép (tra bảng 4.19/trang 62)
* kđ : hệ số tải trọng tĩnh (tra bảng 4.7/trang 55) Vì chế độ làm việc ngày 2 ca nên lấy trị số trong bảng tăng thêm 0,1 vậy. kđ = 1+ 0,1=1,1
*C α = 0,904 với α1= 148° và C α là hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm (tra bảng 4.10) l = 2000 (mm) l 0 = 2240 (mm)
*C l = 0,975 : hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài đai
*C u = 1,136 (với u=2,55) là hệ số kể đến ảnh hưởng tỷ số truyền (tra bảng 4.17)
*C z = 0,95 ( ứng với z sơ bộ bằng 2 ) : hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai.
Chiều rộng bánh đai
Chiều rộng bánh đai được tính theo công thức (4.17):
Trong đó: t = 19 và e = 12,5 với t và e tra Bảng 4.21 với tiết diện đai thang là Ƃ.
Lực tác dụng lên trục
Với F v = q m v 2 : Lực căng do lực li tâm sinh ra.
Tiết diện đai loại A, tra bảng 4.22 ta được q m = 0,178 kg/m
=> F v = 0,178.13,62 2 = 33,02 (N) Lực tác dụng lên trục:
Bảng thông số bộ truyền đai thang tính được:
Thông số Kí hiệu Trị số
Vận tốc đai v 1 13,62 m/s Đường kính bánh đai dẫn d 1 180 mm Đường kính bánh đai bị dẫn d 2 450 mm
Tỉ số truyền thực tế u t 2,55
Công suất cho phép [P 0 ] 4,27 kW
Góc ôm trên đai dẫn α 1 148°
Chiều rộng bánh đai B 44 mm
Lực căng tác dụng lên trục F r 858,45 N
KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT
Xác định các ứng suất cho phép
Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ H ]:
Với bánh vít làm bằng đồng thau như trên, [σH] tra trong bảng 7.2,H] tra trong bảng 7.2, dùng phương pháp nội suy với vs = 2,45 m/s
Bộ truyền làm việc một chiều (6.7):
[σH] tra trong bảng 7.2,FO] = 0,25σH] tra trong bảng 7.2,b + 0.08σH] tra trong bảng 7.2,ch = 0,25.400 + 0,08.200 = 116 (MPa)
Theo công thức 7.9/148: KFL = √ 9 N 10 FE 6 = √ 9 55,4 10 10 6 6 = 0,64
* c =1 số lần ăn khớp trong 1 lần quay.
* t = 6x 2x 300x 6 = 21600(h) tổng thời gian làm việc.
Ứng suất uốn cho phép được xác định theo công thức (7.6):
[σH] tra trong bảng 7.2,F] = [σH] tra trong bảng 7.2,FO].KFL = 74,24 Mpa
Với bánh vít làm bằng đồng thanh nhôm sắt áp dụng công thức (7.15)/149:
Tính thiết kế
Xác định khoảng cách trục a w :
Chọn sơ bộ KH = 1,2 Với u = 13, chọn z1 = 4, do đó z2 = u z1 = 13 4 = 52 Chọn z 2 = 52
Tính sơ bộ q theo công thức thực nghiệm: q = 0,3 z 2 = 0,3.52 = 15,6 Theo công thức bảng 7.3 chọn q = 16 T20480 (N.mm)
Theo bảng 7.3 chọn modun theo tiêu chuẩn m = 6,3 (mm)
Do đó tính lại khoảng cách trục: a w = m
Kinh nghiệm độ bền tiếp xúc
Vì là tải trọng tĩnh nên do đó: k Hβ = 1
Theo công thức(7.21); γ w = arctan ( q+ z 2 1 x ) =arctan ( 16 4 ) ,04 °
Với hệ số hiệu chỉnh: x=(aw/m)-0,5(q+z2)!4,2/6,3-0,5.(16+52)=0 Trong đó dw1được xác định theo (7.21a) d w1 = (q + 2x)m = (16 + 2.0) 6,3 = 100,8 (mm) (Vì x = 0)
Với v s = 3 (m/s), tra bảng 7.6 chọn cấp chính xác 8, với cấp chính xác 8 và v s = 3 (m/s), tra bảng 7.7 ta được K HV = 1,2
Theo công thức (7.19) ứng suất tiếp xúc được tính như sau: σ H = 170 z 2 √ ¿ ¿6,5
Trong đó ta có v s = 3 m/s , tra bảng 7.2, [σH] tra trong bảng 7.2, H ] 0 MPa
Kiểm nghiệm độ bền uốn
Chiều rộng bánh vít tra bảng (7.9), khi z 1 = 4; b 2 ≥ 0,67.d a1 d a1 = m (q + 2) = 6,3 (16 + 2) = 113,4 mm da2=m.(z2+2+2x)=6,3.(52+2)40,2 mm df1=m.(q-2,4)=6,3.(16-2,4),68mm df2=m.(z2-2,4+2x)=6,3.(52-2,4)12,48 mm d1=qm.6,30,8 mm d 2 = mz 2 = 6,3.52 = 327,6 mm
Do đó, b 2 ≥ 0,67.d a1 = 0,67.113,4 = 75,98 , chọn b 2 = 80 mm z =z 2 v cos 3 γ
Với m n = m cos (γ ) = 6,3 cos (14,04) =6,5 Điều kiện bền uốn thỏa mãn: b 1 ≥ (11 +
Vì z1=4 nên daM2 ≤ da2+m46,5=> Chọn daM2= 345 mm
Các thông số cơ bản của bộ truyền
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Hệ số đường kính q 16 mm
Số mối ren trên trục vít z 1 4 Mối ren
Số răng trên bánh vít z 2 52 Răng độ
Chiều dài phần cắt ren trên trục vít b 1 90 mm
Bánh vít có bề rộng 280 mm và đường kính ngoài đạt 345 mm Đường kính vòng đỉnh của bánh vít lần lượt là 113,4 mm và 340,2 mm Đường kính vòng chia của bánh vít là 100,8 mm và 327,6 mm Cuối cùng, đường kính vòng chân của bánh vít có kích thước 85,68 mm và 312,48 mm.
Tính nhiệt truyền động trục vít
Từ (7.32) diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc ( với A q ≈
Chọn Kt(W/m 2 o C), ψ= 0,25, Ktq (Với nqU5,77 vg/ph)
Thừa nhận [tđ] với trục vít đặt dưới bánh vít, t 0 = 20
Với v s =3 m/s theo bảng 7.4 tra được góc ma sát φ = 2,58 o
Do đó theo (7.22): η = 0,95 tg(γ w ) tg(γ w + φ) tg(14,04)
THIẾT KẾ MỘT TRỤC CỦA HỘP GIẢM TỐC
Chọn vật liệu
- Chọn vật liệu chế tạo trục I là thép C45 tôi cải thiện:
+ Giới hạn bền là: б b = 850 MPa
+ Giới hạn chảy là: б ch = 340 MPa
- Ứng suất xoắn cho phép: [τ] = 15 ÷ 30 MPa
- Xác định sơ bộ đường kính trục, đường kính trục thứ k ứng với k = 1; 2 Đường kính trục I được xác định theo công thức (10.9) : d 1 ≥ √ 3 0,2.[ T 1 τ ] = √ 3 89182 0,2.15 0,98(mm)
Xác định tải trọng tác dụng lên trục
- Lực tác dụng từ bộ truyền trục vít – bánh vít
+ Lực dọc trục, Fa1 : F a l = F t 2 = 2 T 2 d 2 = 2.940480 327,6 W41,64 N + Lực vòng, Ft1 :
F r l = F a l cosφ cos( γ ± φ) tgα cosγ = 5741,64.cos ( 2,58 ° ) cos ( 14,04 °+ 2,58° ) tg ( 20 ° ) cos ( 14,04 ° )!13,6( N )
Trong đó: + α= 20° : góc prôfin trong mặt cắt dọc của trục vít+ d 2 = 327,6 (mm) : là đường kính vòng chia bánh vít
+ T 2 0480 là momen xoắn trên trục bánh vít
+ Dấu (+) do trục vít là chủ động
- Lực tác dụng từ bộ truyền đai thang : F đ = F r = 858,45 N
Góc nghiêng giữa bộ truyền đai và phương nằm ngang là 150°, do đó đường nối tâm tạo với phương thẳng đứng Oy một góc α 0° Vì vậy, lực F r sẽ được phân thành hai thành phần.
- Lực tác dụng từ khớp nối trục đàn hồi: F k =0,25 2 T 2
Với Do là đường kính vòng tròn qua tâm các chốt của nối trục đàn hồi, tra bảng 16.10a ta được Do = 160 mm
Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
Chiều rộng ổ lăn b 0theo bảng 10.2 ta có:
Chiều dài mayo bánh đai: l m12 =(1,2÷ 1,5) d 1 =(1,2 ÷1,5 ).30=(36 ÷ 45)(mm)
Chiều rộng mayo bánh vít: l m22 =( 1,2 ÷ 1,8 ) d 2 =( 1,2 ÷1,8 ).60=( 72÷ 108)(mm)
Chiều rộng may ơ nửa khối nối của vòng đàn hồi l m23 =( 1,4 ÷ 2,5 ) d 2 =(84 ÷ 150)(mm)
- Khoảng cách từ mặt nút của bánh vít đến thành trong hộp: k 1
- Khoảng cách từ mặt nút ổ đến thành trong hộp: k 2
- Khoảng cách từ mặt nút của bánh vít đến lắp ổ: k 3
- Chiều cao lắp ổ và đầu bu lông h n
Kết quả tính được khoảng cách lki trên trục thứ k từ gối đỡ 0 đến chi tiết quay thứ nhất như sau:
Xét trục I : l 12 =−l c12 =−¿ l11=(0,9 ÷ 1) d aM 2 =(310,5 ÷ 345) ,lấy l1130 mm l13 = l 11
Chiều dài đoạn trục l 12 =−59,5(mm) l1130 l13 ¿ 165(mm)
(Bảng tóm tắt lực tác dụng lên trục và kích thước các đoạn trục)
Sơ đồ xác định khoảng cách:
Xác định đường kính của các tiết diện thành phần của trục
4.1.Tính toán phản lực, momen uốn và đường kính trục tại các tiết diện trên trục I
Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ:
- Momen uốn trên trục vít: Ma1= F a 1 d 1
- Chuyển mô hình tính toán từ chi tiết máy về mô hình sức bền vật liệu.
- Phương trình cân bằng momen tại B:
Phương trình cân bằng lực:
∑ F ix =0 ⟺−¿Fđx –XB+Ft1-XD=0 −858,45 cos ( 180 °−148 ° )-XB+1713,84-988=0
∑ F iy =0-Fđy-YB+Fr1-YD=0 -858,45.sin(32 ° ¿-YB+2113,6+427=0
Tính momen uốn tương đương:
2 + M 2 yj , T:Momen xoắn trên trục, T1182 N.mm
Từ công thức và biểu đồ momen, lần lượt ta tính được momen uốn tại các vị trí A, B, C, D :
- Tính đường kính trục tại các tiết diện j theo công thức : dj=√ 3 0,1 M [σ tđj 1 ] , trong đó [σH] tra trong bảng 7.2,1] – ứng suất cho phép của thép chế tạo trục I,
Tra bảng 10.5 và với d1 = 30 mm, σ b 0 MPa ta được : [σH] tra trong bảng 7.2,1] = 67 MPa
Từ đó, ta lần lượt tính được các đường kính trục qua các tiết diện tại A, B, C : d (1 A ) =√ 3 0,1.[σ M tđ (A) 1 ] = √ 3 77234 0,1.67 = 22,59mm d (1) B =√ 3 0,1.[ M tđ (B) σ 1 ] = √ 3 92596 0,1.67 $ mm d C (1)=√ 3 0,1.[ M tđ (C) σ 1 ] = √ 3 481368 0,1.67 A,57 mm
Với M tđ ( D ) =0, để phù hợp với kết cấu cũng như lắp đặt, nên chọn đường kính tại B bằng đường kính tại D, nên d (1 B ) = d (1 D ) $ mm
- Trị số dj tại các tiết diện lắp ổ lăn, bánh lăn, bánh đai và khớp nối phải lấy theo tiêu chuẩn nên ta có được : d (1) = d (1) = 24 mm
Hình vẽ các biểu đồ Qy, Mx, Qx, My, T1 như hình vẽ bên dưới:
Tính toán về độ bền mỏi
- Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện:
[s] là hệ số an toàn cho phép [s]=1,5 ÷ 2,5 chọn [s]=1,7
Hệ số an toàn s σj và s τj được xác định dựa trên ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j Cụ thể, hệ số an toàn chỉ xét ứng suất pháp được tính theo công thức s σj = σ −1 k σdj σ aj +Ψ σ σ mj, trong khi hệ số an toàn chỉ xét ứng suất tiếp được tính bằng công thức s τj = k τ −1 τdj τ aj +Ψ τ τ mj.
+ Với thép 45 có σ b = 850 MPa, σ −1 = 0,436 σ b = 0,436.850 = 371 MPa, τ −1 = 0,58 σ −1 = 0,58.370,6 = 214,948 MPa; theo bảng 10.7, ψ σ = 0,1, ψ τ = 0,05
+ Đối với trục quay, ứng suất pháp (uốn) thay đổi theo chu kì đối xứng, do đó: σ mj =0 ; σ aj =σ maxj = M j w j = 481368 6253,78 v,97 MPa( với M j = M 0 )
Trục quay 1 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì : τ mj =τ aj = τ max
Với Wj và Woj là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục, được xác định theo bảng 10.6.
- K σdj , K τdj : là hệ số xác định công thức :
( với ε σ =0,84 trabảng 10.10với d C (1) B mm ,theo bảng( 10.11) K σ ε σ =2,5)
( với ε τ =0,77 tra bảng 10.10 với d C (1) B mm , theobảng ( 10.11) K τ ε τ =1,92)
K x làhệ số tập trungứng suất do trạng thái bề mặt tra bảng B 10 8
K y =1 là hệ số tăng bề mặt (tra bảng 10.9) ε σ , ε τ : hệ số kíchthước (trabảng 10.10)
Dựa vào kết cấu trục và biểu đồ momen, tiết diện nguy hiểm đối với trục I được xác định tại ba vị trí quan trọng: vị trí lắp bánh đai A, vị trí lắp ổ lăn B và vị trí lắp trục vít C.
- Chọn lắp ghép: Các ổ lăn lắp trên trục theo k6, bánh răng, bánh đai, nối trục theo k6 kết hợp với lắp then.
Tính kiểm nghiệm độ bền của then
Theo bảng 9.1a ta có bảng thông số của then bằng Đường kính
Kích thước tiết diện then Chiều sâu rãnh then Bán kính góc lượn của rãnh b h t1 t2 Nhỏ nhất Lớn nhất
Kiểm nghiệm then Điều kiện bền dập σ d = 2 T 1 d l 1 (h−t 1 ) ≤ [σ d ]
Trong đó: l1 là chiều dài then l1=(0,8 ÷ 0,9 ¿ lm12=(0,8 ÷ 0,9¿ 40=(32÷ 36)
Theo bảng 9.5:vật liệu làm bằng thép,mối ghép cố định,tĩnh thì [ σ d ]=¿ 150 (Mpa) σ d = 40,45 ≤[ σ d ]
Vậy điều kiện bền dập của then thỏa mãn Điền kiện bền cắt τ c = 2.T 1 d l 1 b ≤ [ τ c ]
[ τ c ] : ứng suất cắt cho phép , [ τ c ] = 60…90 Mpa
Vậy điều kiện bền cắt thỏa mãn
Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh
Theo (10.27/trang 200), công thức kiểm nghiệm có dạng : σ t đ =√ σ 2 +3 τ 2
Xét tại tiết diện nguy hiểm 3:
M max = M tđ (C ) = 481368(Nmm) ; T max = T 1 =89182 ( Nmm)
Từ (10.28/trang 200) : σH] tra trong bảng 7.2, ¿ M max
Mà [σH] tra trong bảng 7.2,] g (Mpa)(Với d10 mm; σ b 0 MPa ,tra bảng 10.5) Vậy σ t đ < [σH] tra trong bảng 7.2,]
Kết luận: Trục đạt yêu cầu về độ bền tĩnh
