Chương 1: Thiết kế động học 1. Phân tích phương án. Vận tốc kéo cáp : V = 1,15 m/s 3. Đường kính tang : D = 300 mm 4.
Đặc tính tải trọng : Tải trọng thay đổi, rung động nhẹ. Thời gian phục vụ : 4,5 năm Một năm làm việc 310 ngày, một ngày làm việc 21 giờ. Làm việc 2 chiều. Hình 1: Ghi chú 1.
Bộ truyền đai dẹt 3. Hộp giảm tốc 4. Tang Từ số liệu trên ta thấy hệ dẫn đông cơ khí từ động cơ điện thông qua bộ truyền ngoài đai dẹt qua hộp giảm tốc hai cấp côn – trụ và cuối cùng nối qua trục đàn hồi với tang kéo. Thời gian làm việc của hộp liên tục, dài hạn.
8 PBL1: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: Trần Ngọc Hải, Võ Trần Anh 1. Tính công suất và chọn động cơ điện. Xác định công suất động cơ.11) 1000 1000 Hiệu suất của hệ dẫn động 4 𝜂𝐻𝑇 = 𝜂đ .9) Dựa vào bảng 2-3 trong tài liệu “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động” Tên gọi Hiệu suất 𝜂 của bộ truyền hoặc ổ Được che kín Để hở Bộ truyền bánh răng trụ 0,96 – 0,96 0,93 – 0,95 Bộ truyền bánh răng côn 0,95 – 0,97 0,92 – 0,94 Bộ truyền trục vít • Tự hãm 0,30 – 0,40 0,2 – 0,3 • Không tự hãm với 𝑧1 = 1 0,70 – 0,75 𝑧2 = 2 0,75 – 0,82 𝑧3 = 4 0,87 – 0,92 Bộ truyền xích 0,95 – 0,97 0,90 – 0,93 Bộ truyền bánh ma sát 0,90 – 0,96 0,70 – 0,88 Bộ truyền đai 0,95 – 0,96 Một cặp ổ lăn 0,99 – 0,995 Một cặp ổ trượt 0,98 – 0,99 Chú thích : Trị số hiệu suất của các bộ truyền bánh răng trong bảng ứng với cấp chính xát 8 và 9. Khi Dùng bộ truyền kín với cấp chính xát 6 hoặc 7 thì tăng hệ số trong bảng lên 1 – 1,5%.
- Công suất cần thiết của động cơ khi hoạt động đúng công suất: 𝑝𝑙𝑣 1,9895 𝑝ⅆ𝑐 = = = 2,397 𝐾𝑤 (2.8) 𝜂𝐻𝑇 0,83 - Tỉ số thời gian làm việc: 𝑡𝑙𝑣 15 + 10 𝑡𝑠% = ⋅ 100% = ⋅ 100% = 83,33% > 60% 𝑡𝐶𝑘 30 => Động cơ được xem như làm việc chế độ dài hạn với tải trọng thay đổi. Hình 1b: 9 PBL1: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: Trần Ngọc Hải, Võ Trần Anh 𝑝2 𝑡 +𝑝22 𝑡2 15⋅𝑀2 +10⋅(0,3𝑀)2 𝑝𝑡ⅆ = √ 1 1 = √ = 0,7975𝑀 (2. Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ. Số vòng quày trục puli trang tải 60000𝑣 60000.16) 𝛱𝐷 𝛱⋅300 Loại truyền động Tỉ số truyền nên dùng Truyền động bánh răng trụ: • Để hở 4…6 • Hộp giảm tốc 1 cấp 3…5 • Hộp giảm tốc 2 cấp 8 … 40 Truyền động bánh răng côn: • Để hở 2…3 • Hộp giảm tốc 1 cấp 2…4 • Hộp giảm tốc côn – trụ 2 cấp 10 … 25 Truyền động trục vít: 15 … 60 • Để hở 10 … 40 • Hộp giảm tốc 1 cấp 300 … 800 • Hộp giảm tốc 2 cấp trục vít • Hộp giảm tốc 2 cấp trục vít – bánh 60 … 90 răng hoặc bánh răng – trục vít Truyền động đai dẹt: • Thường 2…4 • Có bánh căng 4…6 Truyền động đai thang 3…5 Truyền động xích 2…5 Truyền động bánh ma sát 2…4 Bảng 2.
Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ ( Trang 21 – Tính toán thiết kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí – Tập 1 tái bản lần thứ sáu – PGS. Trịnh Chất – TS. 10 PBL1: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: Trần Ngọc Hải, Võ Trần Anh 1. Quy cách chọn động cơ - Từ các dữ kiện của đề bài, hệ thống dẫn động gồm có một bộ truyền đai và một hộp giảm tốc côn - trụ 2 cấp.4 ta dự đoán số vòng động cơ nên chọn từ 1465 (73,21 ⋅ 20 ) vòng/phút trở lên.
𝑛𝑙𝑣 ≥ 1465 𝑉ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 𝑝ⅆ𝑐 ≥ 1,912 𝐾𝑤 Từ danh sách các động cơ ta chọn ra Hình 2: Thông số động cơ. - Để đáp ứng về hiệu suất động cơ và làm việc hai chiều nên ta chọn động cơ 3K112S4 3,0 Kw 1425 vòng/phút. Vì số vòng quay động cơ bằng 1425 < 1465 nên ta chọn tỉ số truyền của hệ thống nhỏ hơn 20 không đảm bảo được tỉ số truyền hệ thống nên ta chọn 𝜂ℎ𝑡 = 20. 𝑛ⅆ𝑐 1425 𝑉𝑔 => Số vòng quay của tang: 𝑛𝑡𝑎𝑛𝑔 = = = 71,25 ( ) 𝑢ℎ𝑡 20 𝑝ℎ * Trong quá trình hoạt động đường kính tang sẽ thay đổi ( > 300mm do dây kéo quấn quanh tang) làm tăng vận tốc kéo nên ta chấp nhận số vòng tang là 71,25 Vg/ph ( nhỏ hơn so với dự kiến là 73,21).
* Ta chọn động cơ 3Kw lớn hơn gần 1,5 lần so với công suất cần thiết của động cơ để hệ thống làm việc được trơn tru là không xảy ra hiện tượng không đủ tải, tải yếu. Phân phối tỉ số truyền cho hệ thống dẫn động. - Ta có tỉ số truyền côn – trụ 2 cấp từ 10 đến 25 - Truyền đai tiêu chuẩn: 2; 2,24; 2,5; 2,8; 3,15;… => Ta chọn 𝑢𝐷 = 2 𝑣à 𝑢𝐻𝐺𝑇 = 10 11 PBL1: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: Trần Ngọc Hải, Võ Trần Anh 1. Hộp giảm tốc côn trụ hai cấp.
Khác nhiều với nhưng hộp giảm tốc khác, hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp phân chia tỉ số truyền để đảm bảo về bôi trơn đồng thời để cớ kích thước và khối lượng nhỏ nhất. Vì vậy việc chia tỉ số truyền sao cho hợp lí là rất quan trọng. Các giá trị hợp lý với thông số 𝑘𝑏𝑒 = 𝑏 ∕ 𝑅𝑒 và 𝜓𝑏ⅆ = 𝑏 ∕ ⅆ𝑤1 , tải trọng tác dụng trên hai bánh răng tương ứng với độ bền tiếp xúc cho phép của mặt răng làm việc.21 ta chia tỉ số truyền Tỉ sô truyền cấp nhanh: 3,6 Tỉ số truyền cấp chậm : 25/9 1. Tính toán động học cho hệ thống dẫn động.
Công suất trên các trục. Số vòng quay của các trục. • nⅆc = 1425 Vg/ph nⅆc 1425 • nI = = = 721,5 Vg/ph nⅆ 2 nII 721,5 • nII = = = 197,2 Vg/ph nn 3,6 nII 197,2 • nIII = = = 71,25 Vg/ph nc 25/9 • ntang = nIII = 71,25 Vg/ph 1. Momen xoắn trên các trục.
= 334656,3 Nmm 𝑛𝑡𝑎𝑛𝑔 71,25 12 PBL1: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: Trần Ngọc Hải, Võ Trần Anh 1. Nhận xét Tuy phần động cơ rất tính toán rất ít nhưng là nguồn động lực của hệ thống. Động cơ có định hệ thống có hoạt động ổn định, đủ khỏe hay không, nó cũng là nhân tố quyết định để tính toán chọn và thiết kế các bộ phận khác một cách phù hợp. Lập bảng thông số động học.
Hình 3: Đặc tính động cơ Chương 2: Tính toán thiết kế các bộ truyền 2. Thiết kế các bộ truyền ngoài. Truyền động đai. ❖ Nguyên lý hoạt động • Truyền động 2 trục song song quay cùng chiều hoặc ngược chiều (đai chéo ), 2 trục chéo nhau hoặc truyền động góc.
• Truyền tải trọng nhờ lực ma sát. • Cần một lực căng đai 𝐹0 ban đầu (tránh chùng đai gây trượt). ❖ Phân loại • Theo tiết diện ngang: đai dẹt, đai hình thang, đai hình lượt, đai tròn, đai răng. • Truyền 2 trục song song cùng chiều, ngược chiều, trục chéo nhau: đai dẹt, đai tròn.
❖ Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng Ưu: • Truyền chuyển động trục xa, làm việc êm, vận tốc lớn. • Tránh hệ thống dao động/ giật do tính đàn hồi của đai. • An toàn khi quá tải (trượt trơn hơn đai), truyền động nhiều trục. • Kết cấu và vận hành đơn giản, giá thành thấp.
Nhược: • Kích thướt bộ truyền lớn( gấp 5 lần bộ truyền BR cùng công suất). 13 PBL1: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: Trần Ngọc Hải, Võ Trần Anh • Tỷ số truyền không ổn định, hiệu suất thấp do trượt đàn hồi. • Lực tác dụng lên trục và ổ lớn (gấp 2 đến 3 lần so với truyền động BR). • Tuổi thọ đai thấp (1000 đến 5000h).
Phạm vi sử dụng: • Kích thược trục lớn. • Cồn suất truyền dẫn P < 40÷50 kW. • Vận tốc cao V = 5÷40 m/s → Lắp trục có số vòng cao. Loại đai Tỉ số truyền Vận tốc đạt được (m/s) Đai dẹt <5 80÷ 100 Đai thang <10 40 Đai lược <15 50 Đai răng <20÷ 30 80 ➢ Các phương pháp căng đai • Hiệu chỉnh định kì.
• Tự động hiệu chỉnh. • Dùng bánh căng. • Hiệu chỉnh tự động theo trọng tải. ➢ Vật liệu và kết cấu đai.
Vật liệu đai • Đủ độ bền mỏi và độ bền mòn. • Hệ số ma sát đủ lớn. • Có tính đàn hồi cao. Vật liệu đai dẹt.
Đai da • Tải cao, tuổi thọ cao, chịu va đập tốt • Giá thành cao, tránh nơi ẩm ướt, có axit 1100𝑘𝑔 • Chiều rộng b=10÷ 300𝑚𝑚; 𝑝 = 1000 ÷ 3 𝑚 Đai vải cao su • Nhiều lớp vải liên kết trên nền cao su, 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 30 𝑚/𝑠. 14 PBL1: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: Trần Ngọc Hải, Võ Trần Anh • Độ bền cao, đàn hồi tốt, ít chịu ảnh huỏng bỏi nhiệt độ, độ ẩm • Tránh dầu và không chịu va đập mạnh. Đai sợi bông • Dệt dày, nhiều lớp. • Giá thành rẻ, tuổi thộ thấp, nhanh ẩm ướt và nhiệt độ cao.
• Thích hợp truyền công suất nhỏ, v < 20m/s. Đai sợi lên • Dệt dày, sợi ngang là vải tấm oxit chì và đàu gai. • Tính đàn hồi cao, chịu va đập và làm việc cả khi tải không ổn định. • Tải kém, giá thành đắt.
Đai tổng hợp • Các lớp sợi capron kiên kết trên nền nhựa poliamid. • Bền tĩnh và mỏi rất cao. • Tải cao đến 15kW; v = 80 ÷ 100 𝑚/𝑠. Phương pháp nối đai dẹt • Móc xương cá.
• Miếng kẹp và vít. • Mối ghép Bulông. Vật liệu đai thang • Vật liệu: đai sợi xếp, đai sợi bền. 2 𝑠 • Chịu tải lớn.
• Loại đai: đai thường (𝑏𝑝 ∕ ℎ ≈ 1,4); đ𝑎𝑖 ℎẹ𝑝 (𝑏𝑝 ∕ ℎ = 1,05 ÷ 1,1); đai rộng (𝑏𝑝 ∕ ℎ = 2 ÷ 4,5). Kết cấu đai • d < 100 mm => chế tạo dập hoặc đúc ( sau đó gia công cắt gọt) • d lớn => khoét lõm, tạo lỗ, nan hoa. 15 PBL1: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: Trần Ngọc Hải, Võ Trần Anh • Dai thang: chọn góc biên dạng 𝛾 giảm khi tải tăng.2 Thiết kế truyền động đai dẹt. Từ Phần 1 ta có thông sô đầu vào: 𝑉ò𝑛𝑔 𝑝1 = 3 (𝑘𝑊 ); 𝑛1 = 1425 ; 𝑢 = 2; 𝑇1 = 20105,3𝑁𝑚𝑚 𝑃ℎú𝑡 Trình tự tính: (Các công thức và số liệu lấy từ “ Tính toán thiết kế HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ – Tập một – Trịnh Chất).