CHƯƠNG 1: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.1 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN: ❖ Tính công suất cần thiết: ➢ Công suất làm việc trên trục làm việc: 𝑃𝑙𝑣 = 5,3 (kW) ➢ Tính hiệu suất truyền động (bảng 3.3 trang 89 [1]) 3 𝜂 = 𝜂𝑑 × 𝜂ℎ × 𝜂𝑏𝑟𝑐 × 𝜂𝑜𝑙 = 0,96 × 0,98 × 0,94 × 0,993 = 0,86 • Hiệu suất của bộ truyền đai thang: 𝜂𝑑 = 0,96 • Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ trong hộp giảm tốc một cấp: 𝜂ℎ = 0,98. • Hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn: 𝜂𝑏𝑟𝑐 = 0,94 • Hiệu suất của 3 cặp ổ lăn: 𝜂𝑜𝑙 = 0,99 ➢ Công suất cần thiết của động cơ: 𝑃𝑙𝑣 5,3 𝑃𝑐𝑡 = = = 6,16 (kW) 𝜂 0,86 ❖ Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ: ➢ Số vòng quay của trục làm việc: 𝑛𝑙𝑣 = 20 (vòng/phút). ➢ Chọn tỷ số truyền sơ bộ của các bộ truyền (bảng 3.2 trang 88 [1]): • Tỷ số truyền động của đai thang: 𝑢𝑑 = 3 • Tỷ số truyền động bánh răng trụ của hộp giảm tốc 1 cấp: 𝑢ℎ = 4 • Tỷ số truyền truyền động bánh răng côn để hở: 𝑢𝑏𝑟𝑐 = 3 ➢ Tính số vòng quay sơ bộ 𝑛𝑠𝑏 = 𝑛𝑙𝑣 × 𝑢𝑑 × 𝑢ℎ × 𝑢𝑏𝑟𝑐 = 20 × 4 × 4 × 3 = 720 (vòng/phút) ❖ Chọn động cơ điện: Tra bảng phụ lục 1.2 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN: ❖ Tính tỷ số truyền động chung: 𝑛𝑑𝑐 730 𝑢𝑐ℎ = = = 36,5 𝑛𝑙𝑣 20 ❖ Phân phối tỷ số truyền theo 𝑖𝑐ℎ (Bảng 3.2 trang 88 [1]): ➢ Chọn tỷ số truyền đai thang: 𝑢𝑑 = 3,15 ➢ Chọn tỷ số động bánh răng trụ của hộp giảm tốc: 𝑢ℎ = 4 _________________________________________________________________________________ 3 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG GVHD: THÂN TRỌNG KHÁNH ĐẠT _________________________________________________________________________________ ➢ Tính tỷ số truyền động bánh răng côn để hở: 𝑢𝑐ℎ 36,5 𝑢𝑏𝑟𝑐 = = = 2,90 𝑢𝑑 × 𝑢ℎ 3,15 × 4 ❖ Kiểm tra về sai số tỷ số truyền: 𝑢𝑑 × 𝑢ℎ × 𝑢𝑏𝑟𝑐 − 𝑢𝑐ℎ ∆𝑢 = × 100% 𝑢𝑐ℎ (3,15 × 4 × 2,9 − 36,5) ∆𝑢 = × 100% 36,5 ∆𝑢 = 0,109% < 4% Vậy thỏa điệu kiện về sai số cho phép.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ TRÊN TRỤC: ❖ Tính công suất trên các trục: ➢ Công suất trên trục làm việc: 𝑃𝐼𝑉 = 𝑃𝑙𝑣 = 5,3 (kW) ➢ Công suất trên trục III: 𝑃𝐼𝑉 5,3 𝑃𝐼𝐼𝐼 = = = 5,70 (kW) 𝜂𝑜𝑙 × 𝜂𝑏𝑟𝑐 0,99 × 0,94 ➢ Công suất trên trục II: 𝑃𝐼𝐼𝐼 5,70 𝑃𝐼𝐼 = = = 5,88 (kW) 𝜂𝑜𝑙 × 𝜂ℎ 0,99 × 0,98 ➢ Công suất trên trục I (trục động cơ): 𝑃𝐼𝐼 5,88 𝑃𝑑𝑐 = 𝑃𝐼 = = = 6,19 (kW) 𝜂𝑜𝑙 × 𝜂𝑑 0,99 × 0,96 ❖ Tính toán vận tốc quay trên các trục: ➢ Vận tốc quay trên trục động cơ: 𝑛𝑑𝑐 = 𝑛𝐼 = 730 (vòng/phút) ➢ Vận tốc quay trên trục II: 𝑛𝐼 730 𝑛𝐼𝐼 = = = 231,75 (vòng/phút) 𝑢𝑑 3,15 ➢ Vận tốc quay trên trục III: 𝑛𝐼𝐼 231,75 𝑛𝐼𝐼𝐼 = = = 57,93 (vòng/phút) 𝑢ℎ 4 ➢ Vận tốc quay trên trục làm việc: 𝑛𝐼𝐼𝐼 57,93 𝑛𝑙𝑣 = 𝑛𝐼𝑉 = = = 20 (vòng/phút) 𝑢𝑏𝑟𝑐 2,9 ❖ Tính moment xoắn trên các trục: ➢ Moment xoắn trên trục động cơ: 𝑃𝑑𝑐 6,19 𝑇𝑑𝑐 = 𝑇𝐼 = 9,55 × 106 × = 9,55 × 106 × = 80978,77 (Nmm) 𝑛𝑑𝑐 730 _________________________________________________________________________________ 4 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG GVHD: THÂN TRỌNG KHÁNH ĐẠT _________________________________________________________________________________ ➢ Moment xoắn trên trục II: 𝑃𝐼𝐼 5,88 𝑇𝐼𝐼 = 9,55 × 106 × = 9,55 × 106 × = 242304,21 (Nmm) 𝑛𝐼𝐼 231,75 ➢ Moment xoắn trên trục III: 𝑃𝐼𝐼𝐼 5,70 𝑇𝐼𝐼𝐼 = 9,55 × 106 × = 9,55 × 106 × = 939668,57 (Nmm) 𝑛𝐼𝐼𝐼 57,93 ➢ Moment xoắn trên trục làm việc: 𝑃𝑙𝑣 5,3 𝑇𝑙𝑣 = 𝑇𝐼𝑉 = 9,55 × 106 × = 9,55 × 106 × = 2530750 (Nmm) 𝑛𝑙𝑣 20 1.4 BẢNG TÍNH TOÁN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN: Trục Trục làm việc Động cơ (I) II III Thông số (IV) Công suất (KW) 6,19 5,88 5,70 5,3 Tỷ số truyền 𝑢𝑑 = 3,15 𝑢ℎ = 4 𝑢𝑏𝑟𝑐 = 2,9 Số vòng quay (vg/ph) 730 231,75 57,93 20 Moment xoắn (Nmm) 80978,77 242304,21 939668,57 2530750 _________________________________________________________________________________ 5 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG GVHD: THÂN TRỌNG KHÁNH ĐẠT _________________________________________________________________________________ CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC BỘ TRUYỀN 2.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI: ❖ Thông số tính toán ban đầu ➢ Tỉ số truyền: 𝑢đ = 3,15 ➢ Công suất truyền đến: 𝑃𝐼 = 6,19 (kW) ➢ Vận tốc quay: 𝑛𝐼 = 730 (vòng/ phút) 2.1 Chọn dạng đai theo công suất 𝑷𝑰 và 𝒏𝑰 : ❖ Theo hình 4.2 Tính toán các thông số của bộ truyền đai: ❖ Tính toán đường kính bánh đai nhỏ: 𝑑1 = 1,2𝑑𝑚𝑖𝑛 = 1,2 × 125 = 150 (mm) Theo tiêu chuẩn chọn 𝑑1 = 160 (mm) ❖ Tính toán vận tốc đai theo công thức: 𝜋𝑑1 𝑛𝐼 𝜋 × 160 × 730 𝑣1 = = = 6,12 (m/s) ≤ [𝑣] = 25 (m/s) 60000 60000 ❖ Tính toán đường kính bánh đai lớn: 𝑑2 = 𝑢𝑑 𝑑1 (1 − 𝜉) = 3,15 × 160 × (1 − 0,01) = 498,96 (mm) ➢ Theo tiêu chuẩn chọn 𝑑2 = 500 (mm) ➢ Tính lại tỉ số truyền: 𝑑2 500 𝑢𝑑 = = = 3,156 𝑑1 (1 − 𝜉) 160 × (1 − 0,01) ➢ Sai lệch so với giá trị chọn trước: 3,156 − 3,15 × 100% = 0,208 % < 3% 3,15 ❖ Tính toán khoảng cách trục nhỏ nhất: 2(𝑑1 + 𝑑2 ) ≥ 𝑎 ≥ 0,55(𝑑1 + 𝑑2 ) + ℎ 2 × (160 + 500) ≥ 𝑎 ≥ 0,55 × (160 + 500) + 10,5 1320 ≥ 𝑎 ≥ 373,5 (∗) Theo tiêu chuẩn, chọn sơ bộ 𝑎 = 𝑑2 = 500 (mm) khi 𝑢𝑑 = 3,15 ❖ Tính toán chiều dài đai: 𝜋(𝑑1 + 𝑑2 ) (𝑑2 − 𝑑1 )2 𝐿 = 2𝑎 + + 2 4𝑎 𝜋 × ( 160 + 500) (500 − 160)2 𝐿 = 2 × 500 + + = 2094,52 (mm) 2 4 × 500 Theo tiêu chuẩn, chọn 𝐿 = 2000 (mm) ❖ Tính toán lại trục 𝑎 theo 𝐿 = 2000 (mm) _________________________________________________________________________________ 6 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG GVHD: THÂN TRỌNG KHÁNH ĐẠT _________________________________________________________________________________ 𝑘 + √𝑘 2 − 8∆2 963,27 + √963,272 − 8 × 1702 𝑎= = = 449,49 (mm) 4 4 (Thỏa mãn (*)) ➢ Trong đó: 𝜋 × (𝑑1 + 𝑑2 ) 𝜋 × (160 + 500) 𝑘=𝐿− = 2000 − = 963,27 2 2 𝑑2 − 𝑑1 500 − 160 ∆= = = 170 2 2 ❖ Kiểm nghiệm số vòng quay 𝑖 của đai trong 1 giây: 𝑣1 6,12 𝑖= = = 3,06 < [𝑖] = 10 𝑠 −1 𝐿 2 Do đó điều kiện được thỏa ❖ Tính góc ôm đai: 𝑑2 − 𝑑1 500 − 160 𝛼1 = 180 − 57 × = 180 − 57 × = 136,88° ≈ 2,39 (rad) 𝑎 449,49 ❖ Tính toán các hệ số 𝐶𝑖 : ➢ Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc: 𝐶𝑣 = 1 − 0,05 × (0,01𝑣 2 − 1) = 1 − 0,05 × (0,01 × 6,12 2 − 1) 𝐶𝑣 = 1,0313 ➢ Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai: 𝛼1 136,88 𝐶𝛼 = 1,24 × (1 − 𝑒 − 110 ) = 1,24 × (1 − 𝑒 − 110 ) = 0,8827 ➢ Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỷ số truyền u: 𝐶𝑢 = 1,14, với 𝑢𝑑 = 3,15 ➢ Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài L: 6 𝐿 6 2000 𝐶𝐿 = √ =√ = 0,9812 𝐿0 2240 Trong đó: • 𝐿 = 2000 (mm) là chiều dài thật của đai. ➢ Hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai: • Chọn sơ bộ, 𝐶𝑧 = 1 ➢ Hệ số xét đến sự ảnh hưởng của chế độ tải trọng: • Chọn sơ bộ, 𝐶𝑟 = 1 ❖ Số dây đai được xác định theo công thức: _________________________________________________________________________________ 7 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG GVHD: THÂN TRỌNG KHÁNH ĐẠT _________________________________________________________________________________ 𝑃𝐼 6,19 𝑧≥ = [𝑃0 ]𝐶𝛼 𝐶𝑣 𝐶𝑢 𝐶𝐿 𝐶𝑧 𝐶𝑟 2,2 × 0,8827 × 1,0313 × 1,14 × 0,9812 × 1 × 1 𝑧 ≥ 2,76 Ta chọn 𝑧 = 3 (đai).
❖ Tính lại số đai với 𝐶𝑧 = 0,95: 𝑃𝐼 𝑧≥ [𝑃0 ]𝐶𝛼 𝐶𝑣 𝐶𝑢 𝐶𝐿 𝐶𝑧 𝐶𝑟 6,19 𝑧≥ 2,2 × 0,8827 × 1,0313 × 1,14 × 0,9812 × 0,95 × 1 𝑧 ≥ 2,91 Vậy 𝑧 = 3 là thỏa mãn. ❖ Chiều rộng bánh đai: 𝐵 = (𝑧 − 1) × 𝑡 + 2𝑒 = (3 − 1) × 19 + 2 × 12,5 = 63 (mm) ➢ Đường kính bánh đai ngoài: 𝑑𝛼 = 𝑑1 + 2ℎ0 = 160 + 2 × 4,2 = 168,4 (mm) Trong đó: 𝑡, 𝑒 và ℎ0 được chọn trong bảng 4.3 Tính các lực của bộ truyền đai: ❖ Lực căng đai ban đầu: 𝐹0 = 𝑧𝐴[𝜎0 ] = 𝑧𝐴1 [𝜎0 ] = 3 × 138 × 1,5 = 621 (N) Trong đó: 𝐴1 = 138 (mm2 ); [𝜎0 ] = 1,5 (bảng 4.4 Bảng tóm tắt thông số kỹ thuật: Thông số Giá trị Đường kính bánh đai nhỏ 𝑑1 = 160 (mm) Đường kính bánh đai lớn 𝑑2 = 500 (mm) Số đai 𝑧 = 3 (đai) Chiều dài đai 𝐿 = 2000 (mm) Khoảng cách trục 𝑎 = 449,49 (mm) Góc ôm đai 𝛼1 = 136,88 (°) Chiều rộng bánh đai 𝐵 = 63 (mm) Đường kính bánh đai ngoài 𝑑𝛼 = 168,4 (mm) Lực tác dụng lên trục 𝐹𝑟 = 1155,1 (N) _________________________________________________________________________________ 8 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG GVHD: THÂN TRỌNG KHÁNH ĐẠT _________________________________________________________________________________ 2.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG TRONG HỘP: ❖ Thông số cơ bản: ➢ 𝑖ℎ = 4 ➢ 𝑃𝐼𝐼 = 5,88 (kW) ➢ 𝑇𝐼𝐼 = 242304,21 (N.1 Chọn vật liệu: ❖ Dựa vào phụ lục 5.2 Xác định sơ bộ ứng suất cho phép: ❖ Ứng suất tiếp xúc cho phép: ➢ Giới hạn tiếp xúc tương ứng với chu kỳ cơ sở 𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚 = 2𝐻𝐵 + 70 (MPa) (phụ lục 5.1 [1]) 𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚1 = 2𝐻𝐵1 + 70 = 2 × 280 + 70 = 630 (MPa) 𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚2 = 2𝐻𝐵2 + 70 = 2 × 260 + 70 = 590 (MPa) ➢ Số chu kỳ làm việc cơ sở: 𝑁𝐻𝑂 = 30𝐻𝐵 2,4 (công thức 6.33 [1]) 𝑁𝐻𝑂1 = 30𝐻𝐵1 2,4 = 30 × 2802,4 = 2,24 × 107 𝑁𝐻𝑂2 = 30𝐻𝐵2 2,4 = 30 × 2602,4 = 1,88 × 107 ➢ Số chu kỳ làm việc tương đương: 𝑁𝐻𝐸 = 60𝑐 × 𝑛 × 𝑡 (công thức 6.38 [1]) 𝑁𝐻𝐸1 = 60 × 𝑐 × 𝑛𝑑 × 𝑡 = 60 × 1 × 231,75 × 24000 = 3,33 × 108 𝑁𝐻𝐸2 = 60 × 𝑐 × 𝑛𝑏𝑑 × 𝑡 = 60 × 1 × 57,93 × 24000 = 0,83 × 108 𝑚𝐻 𝑁𝐻𝑂 ➢ Hệ số tuổi thọ: 𝐾𝐻𝐿 = √𝑁 (công thức 6.34 [1]) 𝐻𝐸 Trong đó 𝑚𝐻 = 6 là bậc của đường cong mỏi Vì 𝑁𝐻𝐸1 > 𝑁𝐻𝑂1 , 𝑁𝐻𝐸2 > 𝑁𝐻𝑂2 nên 𝐾𝐻𝐿1 = 𝐾𝐻𝐿2 = 1 ➢ Tính sơ bộ ứng suất cho phép theo công thức 6.33 [1]: 0,9𝐾𝐻𝐿 [𝜎𝐻 ] = 𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚 𝑆𝐻 0,9𝐾𝐻𝐿1 0,9 × 1 [𝜎𝐻1 ] = 𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚1 = 630 × = 515,45 (MPa) 𝑆𝐻 1,1 0,9𝐾𝐻𝐿2 0,9 × 1 [𝜎𝐻2 ] = 𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚2 = 590 × = 482,73 (MPa) 𝑆𝐻 1,1 Trong đó 𝑆𝐻 = 1,1 chọn theo bảng 6.