TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY
Sơ đồ động học máy định lƣợng
Hình 4.1: Sơ đồ động học máy định lượng
Bộ phận chính của máy bao gồm vít tải, được truyền momen quay từ động cơ servo qua bộ truyền đai Khi động cơ servo hoạt động, nó sẽ truyền chuyển động cho trục quay thông qua khớp nối và được hỗ trợ bởi hai ổ lăn Trục này sau đó truyền động cho puli đai, làm quay vít tải Đồng thời, động cơ cũng truyền chuyển động cho tay gạt, giúp gạt giò và chả sống bám trên thành phễu.
Cơ cấu bao gồm hệ thống mâm xoay tự động, hoạt động khi động cơ quay, được điều khiển bằng xi lanh khí nén Bên cạnh đó, cơ cấu còn có tay gạt phôi, lấy chuyển động từ động cơ và cũng được điều khiển bằng xi lanh khí nén.
Tính toán và thiết kế các cơ cấu
Hình 4.2 Tất cả các cơ cấu của Máy định lượng.
Năng suất vít tải nằm ngang:
Ta có thể tính nhƣ sau:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ts PHẠM HUY TUÂN
(4.3) với A " -45 đối với vật liệu nghiền nhỏ
ɤ : là khối lƣợng riêng của vật liệu (1,07 T/m3)
φ: là hệ số điền đầy (φ=0,5)
suy ra năng suất của vít tải là:
g= 9,8 m/s2 là gia tốc trọng trường
L= 0,195m là chiều dài phần làm việc của vít tải
W: là hệ số cản: (W=1.3 hệ số cản dạng bột)
1,1 là hệ số trợ lực
+ Hiệu suất của hệ thống: = ol ol d kn = 0,94
Momen xoắn trên vít tải :
R: là bán kính đặt lực P có thể lấy: r =(0,35_0,4).D
: là góc nâng của đường kính xoắn
: Góc ma sát giữa vật liệu và góc xoắn lấy f= tg = 0,4 suy ra = 22 0
Chọn động cơ DC 100W và có số vòng quay 300 vòng/phút ( có hộp giảm tốc) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ts PHẠM HUY TUÂN
4.2.2 Phân phối tỉ số truyền
4.2.2.1 Tỉ số truyền của hệ thống
- nđc : vận tốc quay của đông cơ.
- nlv : số vòng quay của trục công tác
Ta có: nđc =nI= 300 (vòng/phút).
Bảng 4.1:Bảng số liệu thông số động cơ, vít tải.
Thông sốU n(vòng/phút)P(kW) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ts PHẠM HUY TUÂN
Thiết kế bộ truyền đai
- Công suất trên trục dẫn : P1 = 8 kW
- Số vòng quay trên trục dẫn : n1 = 300 vòng/ phút
- Tỷ số truyền của bộ truyền đai : uđ = 2
4.3.1 Ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền đai
- Có thể truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục cách xa nhau (
- Làm việc êm và không ồn.
- Giữ đƣợc an toàn cho các chi tiết máy và động cơ khi bị quá tải nhờ hiện tƣợng trƣợt trơn.
- Có thể truyền chuyển động cho nhiều trục.
- Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, giá thành hạ.
- Khuôn khổ và kích thước lớn.
- Tỉ số truyền không ổn định, hiệu suất thấp vì có trƣợt đàn hồi.
- Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai.
- Do thích hợp làm việc với vận tốc cao nên thường lắp ở đầu vào hộp giảm tốc.
- Thường dùng khi cần truyền chuyển động trên khoảng cách trục lớn, công ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ts PHẠM HUY TUÂN
4.3.2 Ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền xích
- Có thể truyền chuyển động giữa các trục cách nhau tương đối lớn (
- Khuôn khổ kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai.
- Không có hiện tƣợng trƣợt nhƣ truyền động đai.
- Có thể cùng một lúc truyền chuyển động cho nhiều trục.
- Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn truyền động đai vì không cần căng xích với lực căng ban đầu.
- Do có sự va đập khi vào khớp nên có nhiều tiếng ồn khi làm việc, vì vậy không thích hợp với vận tốc cao.
Hệ thống truyền động xích yêu cầu quá trình chế tạo và lắp ráp chính xác hơn so với truyền động đai Ngoài ra, việc bảo trì thường xuyên như bôi trơn và điều chỉnh độ căng của xích là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
- Vận tốc và tỉ số truyền tức thời không ổn định.
- Chóng mòn khớp bản lề, nhất là khi bôi trơn không và làm việc nơi bụi bẩn. Phạm vi sử dụng :
- Truyền động với khoảng cách trục trung bình và yêu cầu kích thước nhỏ gọn, làm việc không có trƣợt.
- Thích hợp với vận tốc thấp, thước lắp ở đầu ra của hộp giảm tốc.
- Công suất truyền dẫn P≤120 kw,khoảng cách trục lớn nhất
- Vận tốc thong thường:V≤15 m/s ,đôi khi có thể lên tới 35 m/s.
Dựa vào bảng 4.13 với P = 7,5 (kw), n = 300 (v/ph) ta chọn đai loại A
Ta có kích thước tiết diện: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ts PHẠM HUY TUÂN
4.3.4 Đường kính bánh đai nhỏ
Vì = 19,5 m/s < 25m/s nên ta chọn đai thang thường.
4.3.5 Đường kính bánh đai lớn đ
+ uđ= 2 : tỉ số truyền của đai
Dựa vào bảng 4.21 chọn d2 = 250 mm.
Tỷ số truyền thực tế:
Vậy đường kính bánh đai nhỏ d1 = 120 mm và đường kính bánh đai lớn d2 = 250 mm.
4.3.6 Xác định khoảng cách trục a sb và chiều dài đai L
Với uđ = 2,04 ; dựa vào bảng 4.14 ta có khoảng cách trục sơ bộ: asb = 1,2d2 = 300 mm Điều kiện kiểm tra: 0,55(d 1 d 2 ) h a sb 2(d 1 d 2 ) , thỏa điều kiện
Chiều dài đai L theo asb:
Dựa vào bảng 4.13 chọn L = 1250 mm
Khoảng cách trục a chính xác theo L tiêu chuẩn:
Kiểm nghiệm tuổi thọ của đai :2
i = l i : số lần cuốn của đai/giây.
(4.19) Điều kiện α 1 ≥ 120 0 thỏa. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
4.3.8 Xác định số đai cần thiết
+ P1 = Pct = 7,5 (kw) + Kđ = 1 bảng 4.7 + C = 0,95 bảng 4.15
4.3.9 Chiều rộng và đường kính ngoài bánh đai
Theo công thức (4.17) và bảng 4.21: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đường kính ngoài bánh đai:
4.3.10 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
=>Fo Lực tác dụng lên trục: sin( 2 )
Bảng 4.2 Bảng kết quả tính toán
+ Công suất trên trục dẫn: P + Số vòng quay trên trục dẫn: n + Tỷ số truyền của bộ truyền đai: u
Thông số Đường kính bánh đai dẫn Đường kính bánh đai bị dẫn Chiều rộng bánh đai
Số đaiTiết diện đaiLực tác dụng lên trục ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ts PHẠM HUY TUÂN
Tính toán thiết kế trục và chọn ổ lăn
Thông số đầu vào:Mô-men cần truyền T = T 3 = 254666,67
Nmm Chọn khớp nối đàn hồi nối trục hình sao.
Chọn theo chọn theo bảng 16-11 (trang 70/sách tính toán thiết kế hệ dẫn động phần 2)
Kiểm nghiệm độ bền dập:
k=1,5 tra bảng 16.1 (trang 58 sách tính toán thiết kế hệ dẫn động tập 2)
[ ] - Ứng suất cho phép Lấy [ ] , do vậy ứng suất dập sinh ra trên nối trục:
Vậy [ ] đảm bảo điều kiện.
4.4.3 Lực tác dụng lên trục
Bảng 4.3 Các thông số cơ bản của vòng đai đàn hồi
Tính sơ bộ trục
4.5.1 Chọn vật liệu chế tạo trục và tính sơ bộ đường kính trục
Chọn vật liệu chế tạo trục thép 45 có b = 600 MPa, ứng suất xoắn cho phép [ ] = 15-
30 MPa. Đường kính sơ bộ các trục:
Bảng 4.4 Bảng các số liệu trên trục
Trục Mô-men xoắn T (Nmm) Ứng suất[ ] (MPa) d sb (mm)
Chọn d sb ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ts PHẠM HUY TUÂN
4.5.2 Xác định lực từ các chi tiết, bộ truyền tác dụng lên trục
Hình 4.3 Các lực tác dụng lên trục
4.5.3 Tải trọng tác dụng lên trục
Lực tác dụng từ bộ truyền đai: F đ = 739,63 (N)
Lực tác dụng từ khớp nối: F kn = 226,37 (N)
4.5.4 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
- Xác định chiều rộng sơ bộ các ổ lăn:
Chiều rộng ổ lăn b0 theo bảng 10.2
+ trục 1: d1= 35 mm suy ra b0 = 21 mm
- Chiều dài may-ơ của khớp nối: Theo (10.13) lmkn = (1,4…2,5)d1 = 49…87,5(mm) Chọn lmkn = 50 mm
- Trị số các khoảng cách khác:
Khoảng cách từ các mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay: K1
Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ: K3
- Kết quả các khoảng cách lần lƣợt cho các trục: Bảng 10.4
Hình 4.4 Biểu đồ nội lực trên trục Đường kính các đoạn trục:
Dựa theo sơ đồ lực ta có:
Phương trình mô-men theo phương Y tại gối đỡ 10:
= (739,63.46 ) / 92 = 369,815 N ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ts PHẠM HUY TUÂN
Phương trình mô-men theo phương X tại gối đỡ 10:
- Mô-men uốn tổng Mj và mô-men tương đương Mtđj tại các tiết diện j trên chiều dài trục: Theo (10.15) và (10.16):
Ta tính ra đƣợc: Mtd10 = 220559,4 Nmm ; M td11 = 0
- Đường kính các đoạn trục theo Mô-men tương đương:
- Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và tính công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục nhƣ sau: d 10 = 35 mm; d 12 = 36 mm;
Chọn và kiểm nghiệm then:
Ta lựa chọn then bằng cho các lắp ghép bánh răng, bánh đai lên trục và lắp theo k6
Kích thước của then, trị số mô-men cản uốn, mô-men cản xoắn ứng với các tiết diện trục nhƣ sau: Tra bảng 9.1 và bảng 10.6
Bảng 4.5 Bảng số liệu then
12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ts PHẠM HUY TUÂN
Kiểm nghiệm then theo độ bền dập, độ bền cắt:
Nhƣ vậy các then đã chọn thỏa yêu cầu độ bền.
Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi :
- Với thép 45 có `0 MPa ; = 0,436 = 261,6 MPa ;
Các trục của hộp giảm tốc đều quay, dẫn đến ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, và do đó tính theo công thức (10.22) cho kết quả bằng 0 Trong khi đó, vì trục quay theo một chiều, ứng suất xoắn sẽ thay đổi theo chu kỳ mạch động, được tính theo công thức (10.23).
- Xác định các tiết diện nguy hiểm của trục : Các tiết diện nguy hiểm ở trục là tiết diện lắp bánh đai 12, tiết diện lắp ổ lăn 10.
- Xác định các hệ số và đối với các tiết diện nguy hiểm theo công thức (10.25) và (10.26) :
Trục được gia công trên máy tiện cần đạt độ nhám bề mặt R a = 2,5… 0,63 àm ở các tiết diện nguy hiểm Theo bảng 10.8, hệ số tập trung ứng suất do trạng thỏi bề mặt là Kx = 1,06.
Không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó hệ số tăng bền Ky = 1.
Theo bảng 10.12, khi sử dụng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then cho vật liệu có ứng suất 600 MPa là d 10 d 12 Bên cạnh đó, theo bảng 10.11, với kiểu lắp đã chọn, ta có thể tra cứu tỉ số ứng suất và các tiết diện nguy hiểm tương ứng.
Bảng 4.6 Bảng số liệu trục
Nhƣ vậy các tiết diện nguy hiểm trên trục đều đảm bảo an toàn về mỏi.
Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn :
- Ta chọn ổ đỡ một dãy cho các gối đỡ 10 và 11.
- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ 10:
- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ 1:
- Dựa vào đường kính ngõng trục d10 = 35 (mm) Tra bảng P2.12 chọn sơ bộ ổ cỡ đặc biệt nhẹ và vừa có ký hiệu 107, có đường kính trong d = 35 (mm), đường kính ngoài D
= 62 (mm), khả năng tải trọng động C = 12,5 (kN), khả năng tải trọng tĩnh Co = 8,66 (kN).
- Kiểm nghiệm khả năng tải động:
Theo (11.3), tải trọng động: Q = (XVFr + YFa)ktkđ
Vì vòng trong quay nên V=1 k=1 (nhiệt độ Với thành phần nhƣ thế này đã góp phần làm cho chi phí nguyên liệu thô của Inox
201 xuống rất thấp Đây là lợi thế đầu tiên của 201
5.1.2.1 Thành phần hóa học và các tính chất
Bảng 5.3: Thành phần hóa học của Inox 201
Iron, Fe Chromium, Cr Manganese, Mn Nickel, Ni Silicon, Si Nitrogen, N Carbon, C
Các tính chất vật lý của lớp Inox 201 thép không gỉ đƣợc đƣa ra trong bảng dưới đây
Bảng 5.4: Tính chất vật lý của Inox 201
Thuộc tính cơ khí: Các tính chất cơ học của ủ lớp 201 thép không gỉ đƣợc hiển thị trong bảng dưới đây.
Bảng 5.5: Thuộc tính cơ khí của Inox 201
Tensile strength (transverse at room temperature)
Tensile strength (longitudinal at room temperature)
Yield strength (transverse at room temperature)
Yield strength (longitudinal at room temperature)
Elongation at break (transverse at room temperature)
Hardness, Rockwell B (transverse at room temperature)
Hardness, Rockwell B (longitudinal at room temperature)
Thuộc tính nhiệt : Bảng sau vạch ra đƣợc tính chất nhiệt của lớp 201 thép không gỉ.
Bảng 5.6: Thuộc tính nhiệt của Inox 201
- Hàn: Lớp 201 thép không gỉ có thể đƣợc hàn sử dụng tất cả các kỹ thuật hàn thông thường.
- Độ bền và khả năng gia công: Khối lƣợng riêng của Inox 201 thấp hơn nhƣng độ bền của Inox 201 cao hơn 10% so với Inox 304
- Do cùng khả năng dãn dài so với Inox 304, nên Inox thể hiện được tính chất tương tự
- Nhiệt độ làm việc : Lớp 201 thép không gỉ đƣợc nóng làm việc tại 1.149-1.232 ° C (2100-2250 ° F).
- Luyện kim: inox 201 thép không gỉ đƣợc luyện ở 1010-1093 ° C (1850-2000 ° F).
Nhiệt độ không nên vƣợt quá trên 2000 ° F để tránh rộng Nó đƣợc làm mát nhanh chóng để ngăn chặn tinh cacbua.
