Chương 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1. Tính toán chọn động cơ: Xác định công suất và chọn động cơ điện cho hệ thống dẫn động là giai đoạn đầu tiên rất quan trọng cho quá trình thiết kế các bộ phận khác. Chúng ta cần chọn loại động cơ có công suất phù hợp với hệ thống không quá thừa công suất (đảm bảo tính kinh tế và tiết kiệm năng lượng), không thiếu (đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống). 0,993 = 0,8312 Trong đó: Ƞ𝑥 = 0,92 − hiệu suất bộ truyền xích Ƞ𝑏𝑟𝑐 = 0,96 − hiệu suất bộ truyền bánh răng côn Ƞ𝑏𝑟𝑡 = 0,97 − hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng Ƞ𝑘𝑛 = 1 − hiệu suất nối trục đàn hồi Ƞ𝑜𝑙 = 0,99 − hiệu suất ổ lăn (có 3 cặp) - Do tải trọng thay đổi nên ta tính công suât tương đương của động cơ: 2 𝑛 𝑇𝑖 1 2 0,4 2 𝑛 2 ∑ 𝑃.
= 4,24 𝑘𝑊 ∑1 𝑡𝑖 ∑𝑛1 𝑡𝑖 28 + 14 - Công suất lớn nhất cần thiết trên trục động cơ 𝑃𝑡đ 4,24 𝑃𝑙𝑣 = = = 5,1 𝑘𝑊 ƞ 𝑐ℎ 0,8312 - Xác định số vòng quay sơ bộ: Số vòng quay trên trục thùng trộn: 𝑛𝑙𝑣 = 35 (𝑣/𝑝) Chọn sơ bộ tỷ số truyền chung: 𝑢𝑐 = 𝑢ℎ.2,5 = 40 Trong đó: 𝑢ℎ = 16: tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng côn – trụ 2 cấp (8 ÷ 30) 𝑢x = 2,5: tỷ số truyền của bộ truyền xích (2 ÷ 5) SVTH: Trần Vũ Duy Đạo 9 Mssv:1913012 GVHD: PGS. Bùi Trọng Hiếu Số vòng quay sơ bộ của động cơ được tính theo công thức: 𝑛𝑠𝑏 = 𝑛𝑙𝑣. 40 = 1400 (v/p) - Chọn động cơ điện, bảng thông số động cơ điện: 𝑃đ𝑐 ≥ 𝑃𝑙𝑣 = 5,1(𝑘𝑊 ) Theo quy cách chọn động cơ phải thỏa mãn 2 điều kiện {𝑛 ≈ 𝑛 = 1400 (𝑣 ) đ𝑏 𝑠𝑏 𝑝 Tra tài liệu [1], ta chọn: 𝑃đ𝑐 = 7,5 (𝑘𝑊 ) Động cơ 3K132S4 { 𝑛 = 1460 (𝑣 ) đ𝑐 𝑝 Kiểu động Công suất Vận tốc 𝐜𝐨𝐬 𝝋 𝜼 (%) 𝑻𝒎𝒂𝒙 𝑻𝑲 cơ (kW) quay (v/p) 𝐓đ𝐧 𝐓đ𝐧 3K132M4 7,5 1460 0,86 87,5 2,2 2,0 Bảng 1 Thông số động cơ điện 3K132S4 1.2 Phân phối tỷ số truyền: Tính toán lại tỉ số truyền chung của hệ: nđc 1460 uc = = = 41,287 nlv 35 Tra bảng 2.4 trang 21 tài liệu [2], ta chọn: Tỷ số truyền của cặp bánh răng trong hộp giảm tốc theo tiêu chuẩn 𝑢ℎ = 16 (trong đó 𝑢𝑏𝑟𝑐 = 4,25 ; 𝑢𝑏𝑟𝑡 = 3,76) tỷ số truyền của bộ truyền xích 𝑢𝑥 được tính toán lại 𝑢𝑐 41,287 𝑢𝑥 = = = 2,58 𝑢ℎ 16 1.1 Tính toán công suất trên các trục: + Trục công tác: Plv= 5 kW Plv 5 + Trục III: P3 = = = 5,49 kW hol .0,92 P3 5,49 + Trục II: P2 = = = 5,72 kW hol .0,97 P2 5,72 + Trục I: P1 = = = 6,02 kW hol .0,96 SVTH: Trần Vũ Duy Đạo 10 Mssv:1913012 GVHD: PGS. Bùi Trọng Hiếu P1 6,02 + Trục động cơ: Pđc = = = 6,08 kW hol .2 Tính toán vòng quay của các trục: 𝑛đ𝑐 1460 + Trục I: n1 = = = 1460 (v/p) 𝑢𝑘𝑛 1 𝑛1 1460 + Trục II: n2 = = = 343,53 (v/p) 𝑢1 4,25 𝑛đ𝑐 343,53 + Trục III: n3 = = = 91,36 (v/p) 𝑢2 3,76 + Trục công tác: nlv = 35 (v/p) 1.3 Tính toán moment xoắn trên các trục: 𝑃đ𝑐 6,08 + Trục động cơ: 𝑇đ𝑐 = 9,55.
𝑚𝑚) 𝑛𝑙𝑣 35 Trục Động cơ 1 2 3 Công tác Thông số Công suất (kW) 6,08 6,02 5,72 5,49 5 Tỷ số truyền 1 4,25 3,76 2,58 Momen xoắn (N.m) 39769,86 39377,39 159013,76 573878,06 1364285,71 Số vòng quay n (v/p) 1460 1460 343,53 91,36 35 Bảng 2 Thông số động cơ SVTH: Trần Vũ Duy Đạo 11 Mssv:1913012 GVHD: PGS. Bùi Trọng Hiếu Chương 2 :TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH Thông số ban đầu P3 = 5,49 kW ; n3 = 91,36 (v/p) ; ux =2,58 2.1 Chọn loại xích: Chọn loại xích ống con lăn 2.2 Xác định các thông số của xích và bộ truyền: - Chọn số răng của đĩa xích dẫn: z1 = 29 - 2ux = 29 - 2.2,58 = 23,84 Chọn z1 = 24 ( răng) - Tính toán số răng của đĩa xích bị dẫn: z2 = z1.2,58 = 61,92 (răng) Chọn z2= 61 ( răng) - Xác định chính xác tỉ số truyền của bộ truyền xích: 𝑢2 61 ux = = = 2,54 𝑢1 24 2,58 − 2,54 Sai lệch tỉ số truyền Dux =. 100% = 0,015 2,58 Sai số nhỏ nên có thể chấp nhận được - Xác định hệ số điều kiện sử dụng xích: 𝐾 = 𝐾𝑟 𝐾𝑎 𝐾0 𝐾𝑑𝑐 𝐾𝑏 𝐾𝑙𝑣 Trong đó: 𝐾𝑟 = 1,2: Hệ số tải trọng động (tải trọng va đập nhẹ) 𝐾𝑎 = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục hay chiều dài xích (chọn sơ bộ a=(30÷50)pc) 𝐾0 = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền (bộ truyền nằm ngang) 𝐾𝑑𝑐 = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điểu chỉnh lực căng xích (trục điều chỉnh được) 𝐾𝑏 = 0,8: Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn (bôi trơn liên tục) 𝐾𝑙𝑣 = 1,45: Hệ số xét đến chế độ làm việc (làm việc 3 ca) K = 1,2.1,45 = 1,392 - Tính công suất tính toán: 𝐾. 𝑃1 𝑃𝑡 = ≤ [𝑃] 𝐾𝑥 SVTH: Trần Vũ Duy Đạo 12 Mssv:1913012 GVHD: PGS.
Bùi Trọng Hiếu Trong đó: 𝑃𝑡 - công suất tính toán [𝑃] - công suất tính toán của bộ truyền một dãy có bước xích pc (tra bảng 5.5 tài liệu [2]) 𝑧01 25 𝐾𝑧 = = = 1,04– hệ số răng đĩa xích 𝑧1 24 𝑛01 200 Kn = = = 2,18 – hệ số vòng quay, giá trị n01 cho (tra bảng 5.5,49 𝑃𝑡 = = 17,33 kW ≤ [P] = 19,3 kW 1 - Tra bảng 5.5[2] ta chọn bước xích của bộ truyền xích ống con lăn 1 dãy là pc=31,75mm - Theo bảng 5.8[2] số vòng quay tới hạn ứng với bước xích pc=31,75mm là nth=630vg/ph nên điều kiện n≤nth được thỏa - Tính toán kiểm nghiệm bước xích pc với áp suất cho phép [p0] được chọn trong bảng 5.1 Do pc = 31,75mm nên bước xích đã chọn thỏa mãn điều kiện trên - Chọn khoảng cách trục sơ bộ a = (30÷50) .31,75 = 1270 mm - Tính số mắt xích: 2𝑎 𝑧1 + 𝑧2 𝑧2 + 𝑧1 2 𝑝𝑐 𝒳= + +( ) .1270 24 + 61 24 + 61 2 31,75 = + +( ) = 127,08 31,75 2 2𝜋 1270 SVTH: Trần Vũ Duy Đạo 13 Mssv:1913012 GVHD: PGS. Bùi Trọng Hiếu Chọn X = 128 mắt xích - Chiều dài xích: L= 𝒳.31,75 = 4064 mm - Tính toán chính xác khoảng cách trục 𝑧1 + 𝑧2 𝑧1 + 𝑧2 2 𝑧2 − 𝑧1 2 𝑎 = 0,25𝑝𝑐 [𝒳 − √ + (𝒳 − ) − 8( ) ] 2 2 2𝜋 24 + 61 24 + 61 2 61 − 24 2 = 0,25.31,75 [128 − √ + (128 − ) − 8( ) ] 2 2 2𝜋 = 1344,3 𝑚𝑚 Để bộ truyền làm việc bình thường, không chịu lực căng quá lớn nên giảm a một đoạn (0,002÷0,004)a Vậy ta chọn khoảng cách trục a = 1340 mm - Kiểm tra số lần va đập của xích trong một giây: 𝑧1 .3 Tính toán kiểm nghiệm xích về độ bền Kiểm tra xích theo hệ số an toàn 𝑄 𝑠= ≥ [𝑠] 𝑘đ 𝐹𝑡 + 𝐹𝑣 + 𝐹𝑜 Trong đó: Q = 88,5 kN – tải trọng phá hủy cho phép của xích tra theo bảng 5.2[2] kđ = 1,2 – Chế độ làm việc trung bình. [s] – hệ số an toàn cho phép, phụ thuộc vào số vòng quay và bước xích chọn trong bảng 5.10[2] Xác định vận tốc trung bình của xích: 𝑛1 .31,75 𝑣= = = 1,2(m/s) 60000 60000 Lực vòng có ích: 1000.5,49 𝐹𝑡 = = = 4575 (𝑁) 𝑣 1,2 Lực căng do lực li tâm gây ra, q- khối lượng 1m xích, tra bảng 5.2[2] SVTH: Trần Vũ Duy Đạo 14 Mssv:1913012 GVHD: PGS. Bùi Trọng Hiếu 𝐹𝑣 = 𝑞.1,340 = 299,72𝑁 – Lực căng ban đầu của xích (𝐾𝑓 = 6 là hệ số phụ thuộc độ võng của xích nằm ngang) 𝑄 88500 𝑠= = = 15,27 ≥ [𝑠] = 8,2 𝑘đ 𝐹𝑡 + 𝐹𝑣 + 𝐹𝑜 1,2.10[2] Đảm bảo kiểm nghiệm về độ bền 2.4 Tính đường kính đĩa xích - Đường kính vòng chia: 𝑝𝑐 31,75 𝑑1 = 𝜋 = 𝜋 = 243𝑚𝑚 sin ( ) sin ( ) 𝑧1 24 𝑝𝑐 31,75 𝑑2 = 𝜋 = 𝜋 = 616𝑚𝑚 sin ( ) sin ( ) 𝑧2 61 - Đường kính vòng đáy: 𝑑𝑎1 = 𝑑1 + 0,7𝑝𝑐 = 242,55 + 0,7.31,75 = 638𝑚𝑚 - Xác định tác dụng lực lên trục: Fr = k x.
4575 = 5261,25N SVTH: Trần Vũ Duy Đạo 15 Mssv:1913012 GVHD: PGS. Bùi Trọng Hiếu Tính toán thiết kế Thông số Giá trị Dạng xích Xích ống con lăn 1 dãy Bước xích pc, mm 31,75 Khoảng cách trục a, mm 1340 Chiều dài xích L, mm 4064 Số mắt xích X 128 Số răng đĩa xích Xích dẫn z1 24 Xích bị dẫn z2 61 Lực tác dụng lên trục Fr, N 5261,25 Đường kính vòng chia Bánh dẫn d1 243 Bánh bị dẫn d2 616 Đường kính vòng đáy Bánh dẫn d1 265 Bánh bị dẫn d2 638 Bảng 3 Thông số bộ truyền xích SVTH: Trần Vũ Duy Đạo 16 Mssv:1913012 GVHD: PGS. Bùi Trọng Hiếu Chương 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 3.1 Chọn vật liệu, phương pháp nhiệt luyện, cơ tính: Do không có yêu cầu đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ở đây chọn vật liệu hai cấp của bánh răng như sau.1[2] ta chọn: Bánh nhỏ: Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241.285 có 𝜎𝑏1 = 850 MPa, 𝜎𝑐ℎ1 = 580 MPa Bánh lớn: Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192.2 Xác định ứng suất cho phép - Theo bảng 6.2[2] với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180.350 𝑜 𝑜 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚 = 2𝐻𝐵 + 70 ; 𝜎𝐹𝑙𝑖𝑚 = 1,8𝐻𝐵;𝑠𝐹 = 1,75;𝑠𝐻 = 1,1 Chọn độ rắn bánh răng nhỏ HB1=245; độ rắn bánh răng lớn HB2=230, khi đó: 𝑂 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚1 = 2𝐻𝐵1 + 70 = 2.230 = 414 𝑀𝑃𝑎 𝑜 𝑜 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚 ; 𝜎𝐹𝑙𝑖𝑚 lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở. - Số chu kì ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc: NHo1 = 30.107 Tính số chu kì làm việc tương đương: Do bộ truyền làm việc tải trọng thay đổi nhiều bậc nên: 𝑚𝐻 𝑇𝑖 2 𝑁𝐻𝐸 = 60𝑐 ∑ ( ) 𝑛𝑖.
𝑡2 ] 𝑇 𝑇 0,1𝑡𝑐𝑘 Trong đó: 𝑡1 = 𝐿 = 0,1𝐿ℎ ; 𝑡𝑐𝑘 ℎ 0,4𝑡𝑐𝑘 𝑡2 = 𝐿ℎ = 0,4𝐿ℎ 𝑡𝑐𝑘 SVTH: Trần Vũ Duy Đạo 17 Mssv:1913012 GVHD: PGS. Bùi Trọng Hiếu Với: 𝐿ℎ = 𝐿𝑎 365𝐾𝑛 24𝐾𝑛𝑔 = 4.8 = 23520 𝑔𝑖ờ Từ đó suy ra: 28 14 𝑁𝐻𝐸1 = 60.