Thiết kế hệ dẫn động xích tải

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... ……………………………………………………………………………………...................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM ĐỒ ÁN. …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………….................................................................................................................................................................... ……………………………………………………………………………………......................... MỤC LỤC PHẦN I : TÌM HIỂU VỀ HỆ DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI 6 PHẦN II : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 7 1. Chọn động cơ 7 2. Phân phối tỉ số truyền 8 PHẦN III : TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 1. Chọn dạng đai 10 2. Tính đường kính bánh đai nhỏ 10 3. Tính đường kính bánh đai lớn 10 4. Xác định khoảng cách trục a và chiều dài đai l 11 5. Tính góc ôm đai nhỏ 12 6. Tính số đai z 12 7. Kích thước chủ yếu của bánh đai 13 8. Lực tác dụng lên trục Fr và lực căng ban đầu Fo 13 9. Xác định các thông số của bộ truyền đai bằng Inventor………………………14 PHẦN IV : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 19 1. Tính toán cấp chậm 19 2. tính toán cấp nhanh 34 PHẦN V : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ CHỌN THEN 44 1. Thiết kế trục 44 2. tính then 86 PHẦN VI : CHỌN Ổ LĂN VÀ KHỚP NỐI TRỤC 105 1. Chọn ổ lăn 105 2. Khớp nối trục 116 PHẦN VII : THIẾT KẾ VỎ HỘP…………………………………………………..118 1.Thiết kế vỏ hộp giảm tốc 118 PHẦN VIII : BÔI TRƠN BÁNH RĂNG 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………….120 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án chi tiết máy là một trong những đồ án quan trọng nhất của sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy. Đồ án thể hiện những kiến thức cơ bản của sinh viên về vẽ kĩ thuật, dung sai lắp ghép và cơ sở thiểt kế máy, giúp sinh viên làm quen với cách thực hiện đồ án một cách khoa học và tạo cơ sở cho các đồ án tiếp theo. Xích tải là một trong các phương pháp nâng chuyển được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí nói riêng và công nghiệp nói chung Trong môi trường công nghiệp hiện đại ngày nay, việc thiết kế hệ thống dẫn động xích tải sao cho tiết kiệm mà vẫn đáp ứng độ bền là hết sức quan trọng. Được sự phân công của Thầy Nguyễn Mạnh Tiến , nhóm chúng em thực hiện đồ án Thiết kế hệ dẫn động xích tải để ôn lại kiến thức và để tổng hợp lý thuyết đã học vào một hệ thống cơ khí hoàn chỉnh. Do yếu tố thời gian, kiến thức và các yếu tố khác nên chắc chắn có nhiều sai sót, rất mong nhận được những nhận xét quý báu của các thầy. Xin cám ơn các thầy hứơng dẫn và các thầy trong Khoa Cơ khí đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này! SVTH: Phan Văn Thắng THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án: 15 Động cơ điện Bộ truyền đai thang Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục Nối trục đàn hồi Xích tải Số liệu thiết kế: Lực vòng trên xích tải: F = 9000N Vận tốc xích tải: v = 0.9 m/s Số răng đĩa xích tải dẫn: z = 11 Bước xích tải: p = 110 mm Thời gian phục vụ: L = 6 năm Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1ca làm việc 8 giờ) Chế độ tải: T1 = T; T2 = 0,9T; t1= 36s ; t2 = 15s PHẦN I: TÌM HIỂU VỀ HỆ DẪN ĐỘNG XÍCH` TẢI Xích tải là một loại của bộ truyền xích nó được sử dụng rất rộng rãi trong cuộc sống và trong sản xuất với hiệu suất cao, không sảy ra hiện tượng trượt, khả năng tải cao, có thể chịu được quá tải khi làm việc chính vì thế nó rất được ưa chuộn trong các băng chuyền trong sản xuất. Dưới đây là hình ảnh về ứng dụng xích tải trong sản xuất: Phần II: Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền. Chọn động cơ 1.1. Xác định tải trọng tương đương Công suất ứng với tải lớn nhất: P = = = 8,1 (kw) 3.4 Công suất tương đương: Ptđ Với: Thay số vào ta được: Ptđ = 7,87 (kw) 1.2. Xác định công suất cần thiết Hiệu suất bộ truyền theo bảng 3.3 Chọn: - Hiệu suất của bộ truyền đai (để hở): - Hiệu suất của cặp bánh răng trụ (được che kín): - Hiệu suất của cặp ổ lăn: - Hiệu suất của khớp nối trục: - Hiệu suất của toàn bộ hệ thống : η = ηd.ηbr2.ηol6.ηkn = 0,84 = 84%. Công suất cần thiết: (kW) 3.11 Số vòng quay của xích tải khi làm việc: vòng/phút 5.10 Chọn tỉ số truyền sơ bộ hệ thống utsb = uhsb.uđsb 2.15 Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ nsb = utsb.nlv = 65.45 = 2925 (vòng/phút) 2.18[2] Chọn động cơ có số vòng quay đồng bộ nđb = 3000 (vòng/phút) (2p = 2 ) Động cơ loại K chế tạo trong nước, dễ tìm, giá thành không cao. Dựa vào bảng p1.1[2]: các thông số kĩ thuật của động cơ loại K. Ta chọn được động cơ với các thông số sau: Kiểu động cơ Công suất Vận tốc quay % cos Khối lượng (Kg) K160M2 11 2935 0,87 6,3 2,1 0,9 110 2. Phân phối tỷ số truyền Tỷ số truyền chung: Mà ut = ud.uh Với ud là tỉ số truyền của đai; uh là tỉ số truyền của hộp giảm tốc Chọn uh = u1.u2 ( u1,u2 là tỉ số truyền cấp nhanh và cấp chậm) Với lược đồ dẫn động như đề cho và dựa vào (Bảng 3.1 trang 43-sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí), ta chọn: => Unh= 5,23; Uch= 3,06 Công suất trên các trục: Số vòng quay trên các trục: Mômen xoắn trên các trục:  Bảng thông số Trục Thông số Động cơ I II III Tỉ số truyền 4 5,23 3,06 1 Công suất (kW) 11 8,782 8,364 7,949 Số vòng quay (vg/ph) 2935 734 140 46 Mômen T (Nmm) 35792 114262 570544 1650282 Phần III: Tính toán, thiết kế bộ truyền đai thang. 1. Chọn dạng đai: Các thông số của động cơ và tỷ số của bộ truyền đai: Theo sơ đồ hình 4.2 ta chọn loại đai là đai hình thang thường loại Ƃ, ta chọn như sau: (L = 800-6300, d1 = 140-280, =360) Thông số cơ bản của bánh đai Loại đai Kích thước mặt cắt, (mm) Diện tích A1 (mm2) bt b H y0 Thang, Ƃ 14 17 10,5 4,0 138 2. tính đường kính bánh đai nhỏ trang 152[1] Với dmin = 140 mm cho trong bảng 4.3[1] Theo tiêu chuẩn chọn Vận tốc dài của đai: Vận tốc đai nhỏ hơn vận tốc cho phép: vmax = 25m/s 3. đường kính bánh đai lớn Do sự trượt đàn hồi giữa đai và bánh đai nên và giữa chúng có liên hệ 4.9[1] Trong đó là hệ số trượt tương đối, thường = 0,01 0,02 ta chọn Đường kính bánh đai lớn Theo tiêu chuẩn trong bảng 4.21[1] của bánh đai hình thang ta chọn -Tỷ số truyền thực tế của bộ truyền đai là: = ud Không có sai số của bộ truyền vậy các thông số bánh đai được thỏa mãn 4. Xác định khoảng cách trục và chiều dài đai 4.1 Chiều dài đai L Theo bảng 4.14 chọn sơ bộ khoảng cách trục a = d2 = 630mm, theo công thức (4.4) chiều dài đai = 2589mm Theo bảng 4.13 chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn l = 2700 Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây theo 4.15 i = v/l = 24,59/2,7 = 9,1/s < 10/s 4.2 Khoảng cách trục a Xác định lại khoảng cách trục Với 5. Tính góc ôm đai nhỏ Vì góc ôm bánh đai nhỏ trong trường hợp này luôn nhỏ hơn góc ôm bánh đai lớn nên nếu góc ôm bánh đai nhỏ thõa thì góc ôm bánh đai lớn cũng được thõa Vì thỏa mãn điều kiện không trượt trơn. 6. Tính số đai z Ta có: Với: : công suất trên trục bánh dẫn trường hợp này cũng chính là công suất động cơ, kW(=11kW) Kđ : Hệ số tải trọng động Theo bảng 4.7 kđ = 1,25 : công suất cho phép Theo bảng 4.19 [po] = 4kw : Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm Với ∝ = 134°, = 0,87(Bảng 4.15) C1 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai Theo bảng 4.16 chọn C1 = 1 Cu : hệ số xét đến ảnh hưởng của tỷ số truyền Theo bảng 4.17 với u = 4, Cu = 1,14 Cz : Hệ số xét đến ảnh hưởng tải trọng Pđc/[P0] = 11/4 = 2,75 do đó Cz = 0,95 Thay các thông số vào ta có: chọn 7. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai 7.1 Chiều rộng bánh đai Chiều rộng bánh đai: 4.17[2] Với t và e tra bảng 4.21 ta có t = 19mm e = 12,5mm mm thay số vào ta được: B = (4 – 1 ).19 + 2.12,5 = 82mm 7.2 Đường kính ngoài hai bánh đai: 8. Lực tác dụng lên trục Fr, và lực căng ban đầu Fo. Lực căng trên 1 đai: Với Kd : hệ số tải trọng động Theo bảng 4.7 chọn Kd = 1,25, = 0,87 (đã tính ở trên) Fv : lực căng do lực li tâm sinh ra. qm : khối lượng trên 1m chiều dài đai tra bảng 4.22 ta được qm = 0,178 kg/m Fv = 0,178.24,592 = 107,63 kgm/s2 Lực tác dụng lên trục: trục được tính như sau: 9. Xác định các thông số của bộ truyền đai bằng inventor: Sau khi khởi động Modul Design Acclerator chọn Design V-Belts Component Generator Chuyển sang tab Calculation để tính toán các thông số của bộ truyền đai. Chọn Design number of belts để tính số đai. Nhập các thông số P = 11kw và v = 2935 vg/ph cho kết quả tính toán số đai là z =8. Sau khi tính được số đai ta quay lại Tab Design để thiết kế pully. Nhập đường kính pully D = 160mm, số đai. Các thông số khác của pully được cập nhật từ thư viện khi ta chọn loại đai. Pully số 2 thiết kế dựa vào tỉ số truyền. Nhập tỉ số truyền u=4 các thông số của pully số 2 được cập nhật. Sau khi tính toán sơ bộ xong ta kiểm bền bộ truyền đai. Chuyển Tab Calculation ta chọn Strength Check. Máy tính thông báo bộ truyền đai đạt yêu cầu. Ta thu được các kết quả như sau: Bảng 2.1: các thông số bộ truyền đai thangSummaryProject Project Info Summary Project Status Belt Properties Display name V-Belt ANSI/RMA IP-20 Size A128 Number of belts z 8.000 ul Wedge angle α 40.00 deg Width b 12.700 mm Height h 7.938 mm Datum width bw 10.617 mm Datum length Ld 3284.220 mm External length Le 3301.073 mm Internal length Li 3251.200 mm Length correction factor c3 1.150 ul External line offset Hw 2.682 mm Pitch line offset a 3.175 mm Minimum recommended pulley datum diameter Dwmin 76.200 mm Maximum flex frequency fmax 60.000 Hz Maximum belt speed vmax 30.480 mps Specific mass m 0.104 kg/m Base power rating PRB 6.456 kW Grooved Pulley 1 Properties Display name Grooved Pulley Size Custom Type of pulley DriveR Datum diameter Dd 160.000 mm Pitch Diameter Dp 166.350 mm Datum width bw 10.617 mm Groove angle α 34.00 deg Height c 4.200 mm Groove depth h 16.000 mm Radius External R1 0.000 mm Radius Internal R2 0.000 mm X coordinate x -100.000 mm Y coordinate y 0.000 mm Span length Lf 933.666 mm Number of grooves ng 8.000 ul Distance from edge Se 12.500 mm Distance between grooves Sg 19.000 mm Power ratio Px 1.000 ul Power P 11.000 kW Torque T 35.790 N m Speed n 2935.000 rpm Arc of contact β 150.07 deg Force on input F1 1278.497 N Force on output F2 848.206 N Resultant axle load Fr 2057.596 N Static tensioning force Fv 2054.595 N Friction factor fg 0.350 ul Grooved Pulley 2 Properties Display name Grooved Pulley Size Custom Type of pulley DriveN Datum diameter Dd 659.050 mm Pitch Diameter Dp 665.400 mm Datum width bw 10.617 mm Groove angle α 34.00 deg Height c 4.200 mm Groove depth h 16.000 mm Radius External R1 0.000 mm Radius Internal R2 0.000 mm X coordinate x 866.434 mm Y coordinate y 0.000 mm Center distance C 966.434 mm Span length Lf 933.666 mm Number of grooves ng 8.000 ul Distance from edge Se 12.500 mm Distance between grooves Sg 19.000 mm Power ratio Px 1.000 ul Power P 10.753 kW Torque T 140.295 N m Speed n 731.894 rpm Theoretical transmission ratio iT 4.000 ul Transmission ratio i 4.010 ul Arc of contact β 209.93 deg Force on input F1 848.206 N Force on output F2 1278.497 N Resultant axle load Fr 2057.596 N Static tensioning force Fv 2054.595 N Friction factor fg 0.350 ul Strength check Power P 11.000 kW Torque T 35.790 N m Speed n 2935.000 rpm Efficiency torque factor ηt 0.980 ul Efficiency η 0.978 ul Belt slip s 0.003 ul Arc of contact correction factor c1 0.923 ul Service factor c2 1.400 ul Resultant service factor cPR 4.486 ul Length correction factor c3 1.150 ul Number of belts correction factor c4 0.900 ul Number of pulleys correction factor c5 1.000 ul Modify friction with speed factor fmod 0.012 s/m Tension factor k1 1.300 ul Belt Speed v 25.564 mps Belt flex frequency fb 15.568 Hz Number of belts required zer 2.496 ul Effective pull Fp 430.292 N Centrifugal force Fc 544.625 N Belt installation tension Ft 132.919 N Maximum tension in belt span Ftmax 159.812 N Status Phần IV :Thiết kế bộ truyền bánh răng. 1. Tính toán cấp nhanh (bánh răng nghiêng) 1.1 Chọn vật liệu: Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ, hai cấp, chịu công suất tương đối lớn (),nên cần chọn vật liệu nhóm II.Bánh răng được tôi thể tích, tôi bề mặt, thấm cacbon,thấm nitơ.Do độ rắn cao nên phải cắt răng trước khi nhiệt luyện, sau khi nhiệt luyện phải dùng các nguyên công tu sửa đắt tiền như mài, mài nghiền v.v..Răng chạy mòn rất kém nên phải nâng cao độ chính xác chế tạo, nâng cao độ của trục và ổ.Chọn vật liệu 2 cấp bánh răng như sau Bánh nhỏ : Thép 40X thấm cacbon đạt độ rắn Bánh lớn: Thép 40X thấm cacbon đạt độ rắn 1.2 Xác định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép: 1.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép: Sơ bộ chọn 6.33[1] Trong đó: -ứng suất tiếp xúc cho phép, . - ứng suất tiếp xúc cho phép tương ứng số chu kì cơ sở Theo bảng 6.2 với thép 40X thấm nitơ đat đọ rắn bề mặt HRC 55…67 ứng tiếp xúc cho phép tương ứng số chu kì cơ sở bánh nhỏ = 23.HRC = 23.55 = 1265(Mpa) ứng tiếp xúc cho phép tương ứng số chu kì cơ sở bánh lớn = 23.HRC = 23.55 = 1265 (MPa) SH - Hệ số an toàn tra bảng 6.2 SH = 1,2 KHL – hệ số tuổi thọ phụ thuộc vào NHE, NHO, NFO, NFE NHE – số chu kì làm việc tương đương của đường mỏi tiếp xúc. NHE = 6.36[1] c – số lần ăn khớp ở trường hợp này c = 1 T – Mô men xoắn lớn nhất trong các mô men Ti Ti – Mô men xoán ở chế độ làm việc thứ i t - thời gian làm việc tính bằng giờ ni – số vòng quay t= giờ t= giờ Số chu kì làm việc tương đương bánh nhỏ NHE1=chu kì Số chu kì làm việc tương đương bánh lớn NHE2=chu kì NFE – số chu kì làm việc tương đương của đường cong mỏi uốn NHE = Số chu kì làm việc tương đương bánh nhỏ NFE1 = chu kì Số chu kì làm việc tương đương bánh lớn NFE2 = chu kì NHO - số chu kì làm việc cơ sở của đường mỏi tiếp xúc. NHO = 30HB2,4 T220[1] số chu kì làm việc cơ sở của đường mỏi tiếp xúc của bánh nhỏ: NHO1 = 30.5502,4 =11,3.10 chu kì số chu kì làm việc cơ sở của đường mỏi tiếp xúc của bánh lớn: NHO2 = 30.5502,4 =11,3.10 chu kì NFO - số chu kì làm việc cơ sở của đường mỏi uốn. Đối với tất cả các loại thép thì : NFO = NFO1 = NFO2 = 4.10 chu kì . Vì NHE1 > NHO1 NFE1 > NFO1 NHE2 NFO2 Nên KHL1 = KFL1 = KFL2 = 1, KHL2 = 1,02 Với : KFL, KHL – Hệ số tuổi thọ Vậy: ứng suất tiếp xúc cho phép bánh nhỏ: N/mm ứng suất tiếp xúc cho phép bánh lớn : N/mm Do bánh lớn có ứng suất tiếp xúc cho phép bé hơn nên ta chọn bánh lớn để tính toán điều kiện tiếp xúc. 1.2.2 Ứng suất uốn cho phép. Răng làm việc một mặt (răng chịu ứng suất thay đổi mạch động) nên ứng suất uốn được tính theo công thức sau: 6.47[1] : Hệ số xét đến ảnh hưởng khi quay hai chiều đến độ bền mỏi. Ở đây quay một chiều nên = 1. - Hệ số an toàn tra bảng 6.2 ta được: = 1,55 - giới hạn mỏi uốn tra bảng 6.13 ta được: = 750 (MPa) = 750 (