Tài liệu Kỹ thuật: Thiết kế truyền động cơ khí dề số v thiết kế hệ dẫn

Tìm hiểu chi tiết về thiết kế truyền động cơ khí và hệ dẫn động băng tải. Hướng dẫn các bước tính toán, lựa chọn thông số kỹ thuật phù hợp.

• Tác giả: Huỳnh Tấn Huy
• Người hướng dẫn: Cô Vũ Thị Hạnh
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Cơ Khí Giao Thông
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Dẫn Động Băng Tải
• Loại tài liệu: Bài tập lớn PBL1
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tính Toán và Chọn Động Cơ Điện

Thiết kế truyền động cơ khí dề số V đòi hỏi tính toán chính xác công suất động cơ điện dựa trên yêu cầu thực tế của hệ thống. Công suất cần thiết được xác định từ lực kéo và vận tốc băng tải, sau đó chia cho hiệu suất truyền động chung. Hệ thống dẫn động băng tải này hoạt động với tải trọng 9000N và vận tốc 0,78 m/s. Hiệu suất truyền động bao gồm: nối trục (1.0), ổ lăn (0.995), bánh răng (0.97) và xích (0.96), cho tổng hiệu suất khoảng 0.88. Công suất tính toán là 7.02 kW, nên chọn động cơ điện 3 pha không đồng bộ công suất 8.7 kW, số vòng quay 1340 vòng/phút để đảm bảo an toàn và độ tin cậy cao cho hoạt động 1 ca 8 giờ hàng ngày.

1.1. Tính Công Suất Cần Thiết

Công suất cần thiết trên trục động cơ được tính theo công thức N_ct = (P × v) / (1000 × η). Với lực kéo băng tải 9000N và vận tốc 0.78 m/s, công suất thiết kế là 7.02 kW. Hiệu suất chung của hệ thống bao gồm các thành phần truyền động như nối trục đàn hồi, hộp giảm tốc bánh răng và bộ truyền xích. Sau khi cộng các thành phần hiệu suất, công suất cần thiết cuối cùng là 7.93 kW, làm cơ sở cho việc chọn động cơ tiêu chuẩn phù hợp.

1.2. Chọn Động Cơ Điện 3 Pha

Động cơ điện A0C2-51-4 được chọn với công suất 8.7 kW và số vòng quay 1340 vòng/phút. Lựa chọn này đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, không quá tải trong điều kiện làm việc liên tục 1 ca 8 giờ. Động cơ không đồng bộ 3 pha phù hợp với chế độ tải trọng thay đổi nhẹ, quay một chiều của hệ thống dẫn động băng tải. Công suất dự phòng 10% giúp kéo dài tuổi thọ của động cơ đến 5 năm phục vụ.

II. Phân Phối Tỷ Số Truyền

Phân phối tỷ số truyền là bước quan trọng trong thiết kế hệ thống dẫn động, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của bộ truyền. Tỷ số truyền chung được tính từ tỷ lệ số vòng quay động cơ và số vòng quay của băng tải. Với số vòng quay động cơ 1340 vòng/phút và được quy đổi thành 1445 vòng/phút tương ứng, số vòng quay ban công cộc 43 vòng/phút, tỷ số truyền chung là 31. Để tối ưu hóa, tỷ số này được chia cho hai bộ truyền: bộ truyền ngoài (xích) với tỷ số 2.25 và bộ truyền trong (bánh răng) với tỷ số khoảng 14. Sự phân phối cân bằng này giúp giảm tải cho từng bộ phận và đảm bảo tuổi thọ dài hạn.

2.1. Tính Tỷ Số Truyền Chung

Tỷ số truyền chung I_chung = n_động cơ / n_băng tải được tính bằng 1340 / 43 = 31 (vòng/phút). Số vòng quay của băng tải được xác định từ công thức n = 60 × v / π × D, với vận tốc 0.78 m/s và đường kính tang dẫn 350 mm. Tỷ số truyền chung 31 là một giá trị đủ lớn, yêu cầu chia thành hai cấp: bộ truyền ngoài xích (i=2.25) và bộ truyền trong bánh răng (i≈14).

2.2. Chia Tỷ Số Cho Bộ Truyền

Bộ truyền ngoài (xích) có tỷ số i_ngoài = 2.25, tỷ số truyền trong i_trong = i_chung / i_ngoài ≈ 14. Tỷ số bánh răng được chia đều: i_nhanh = i_chậm ≈ 3.74 cho cấp nhanh và cấp chậm. Phân phối này tối ưu hóa thiết kế, giảm kích thước bánh răng và xích, đồng thời giảm momen xoắn trên từng trục.

III. Xác Định Công Suất Trên Các Trục

Xác định công suất và số vòng quay trên các trục I, II, III của hệ dẫn động là cơ sở để thiết kế các chi tiết truyền động như bánh răng, xích, trục và ổ lăn. Công suất được truyền qua các trục với những mất mát khác nhau tùy theo từng bộ truyền. Trục I nhận công suất từ động cơ 8.7 kW, sau khi qua nối trục đàn hồi vẫn giữ 8.7 kW. Trục II nhận công suất qua ổ lăn giảm xuống 8.4 kW. Trục III (trục máy công tác) nhận 8.1 kW sau khi truyền qua bánh răng. Số vòng quay giảm dần: từ 1445 vòng/phút trên trục I xuống 96 vòng/phút trên trục III, phù hợp với yêu cầu tốc độ cao tải thấp lên tốc độ thấp tải cao.

3.1. Công Suất Trên Trục I

Trục I nhận công suất trực tiếp từ động cơ điện: N_I = N × η_nối_trục = 8.7 × 1.0 = 8.7 kW. Số vòng quay n_I = 1445 vòng/phút. Momen xoắn T_I = 9.55 × N / n = 57.4 Nm. Trục này kết nối động cơ với hộp giảm tốc qua nối trục đàn hồi, chịu tải trọng xoắn từ bánh răng cấp nhanh.

3.2. Công Suất Trên Trục II và III

Trục II: N_II = N_I × η_ổ_lăn = 8.7 × 0.995 = 8.4 kW, n_II = 387 vòng/phút. Trục III: N_III = N_II × η_bánh_răng = 8.4 × 0.97 = 8.1 kW, n_III = 96 vòng/phút. Momen xoắn tăng từ 28.7 Nm trên II lên 808 Nm trên III, phục vụ bộ truyền xích và băng tải cuối cùng.

IV. Thiết Kế Bộ Truyền Ngoài Xích

Thiết kế bộ truyền xích ống con lăn là phần quan trọng của hệ thống dẫn động. Bộ truyền này nhận công suất 8.1 kW từ trục III với số vòng quay 96 vòng/phút, tỷ số truyền 2.25 để cung cấp tốc độ 43 vòng/phút cho băng tải. Chọn số răng dĩa xích nhỏ Z₁ = 25 và dĩa xích lớn Z₂ = 57, tỷ số truyền thực tế là 2.28 với sai lệch 0.013%. Xích ống con lăn được chọn vì tính năng chịu tải cao, độ bền tốt, phù hợp với chế độ làm việc liên tục. Bôi trơn được yêu cầu để giảm mài mòn, kéo dài tuổi thọ bộ truyền đến 5 năm phục vụ với 300 ngày làm việc hàng năm.

4.1. Chọn Loại và Thông Số Xích

Xích ống con lăn được chọn do khả năng chịu tải tốt, độ chính xác cao. Số răng: Z₁ = 25 (dĩa nhỏ), Z₂ = 57 (dĩa lớn). Tỷ số truyền u_t = 2.28 ≈ 2.25 với sai số 0.013%. Công suất trên trục N = 8.1 kW, momen xoắn T = 808 Nm. Bước xích được xác định từ hệ số ảnh hưởng k = k₀ × k_a × k_đc × k_bt × k_đ × k_c, với các thông số bôi trơn, tải trọng và chế độ làm việc.

4.2. Kiểm Toán và Bôi Trơn Bộ Truyền

Bộ truyền xích hoạt động 1 ca 8 giờ/ngày, tải trọng êm, quay một chiều. Hệ số bôi trơn k_bt = 1.3 đảm bảo giảm mài mòn. Khoảng cách trục được thiết lập để duy trì lực căng xích phù hợp. Kiểm toán độ bền xích dựa trên công suất và tuổi thọ 12000 giờ làm việc, đảm bảo an toàn cao cho hệ dẫn động băng tải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẲNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THỐNG PBL1:THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ DỀ SỐ : V THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Sinh viên thực hiện: HUỲNH TẤN HUY Giáo viên hướng dẫn: CÔ VŨ THỊ HẠNH Nghành : Ngày hoàn thành: Ngày bảo vệ: Lớp :20C4CLC3 MSSV:103200156 Hệ thống dẫn động băng tải bao gồm: 2 – Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 1 – Nối trục đàn hồi; 3 – Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục; 5 – Bộ truyền xích ống con lăn; 4 – Băng tải (Quay một chiều, êm , 1 ca làm việc 8 giờ). Bảng số liệu : Thông số Số liệu Lực vòng trên băng tải 𝐹 9000 𝑁 Vận tốc xích tải 𝑣 0,78𝑚/𝑠 Đường kính tang dẫn 𝐷 350 𝑚𝑚 Thời gian phục vụ 𝐿 5 𝑛ă𝑚 Số ngày làm/năm 𝐾𝑛𝑔 300 𝑛𝑔à𝑦 Quay một chiều, làm việc 1 ca, tải va đập nhẹ (1 Thông số thời gian và đặc tính làm việc năm làm việc 320 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ). Chế độ tải T1= T MỤC LỤC PHẦN I :TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 1.Tính chọn động cơ điện ……………………………………………………. Phân phối tỉ số truyền ……………………………………………………….

Xác định công suất và số vòng quay trên các trục …………………………. PHẦN II :TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN 1.Thiết kế bộ truyền ngoài (xích)……………………………………………… 2.Thiết kế bộ truyền trong …………………………………………………….1 Bộ truyền bánh răng chậm…………………………………………….2 Bộ truyền banh răng nhanh……………………………………………. PHẦN III:TÍNH THIẾT KẾ TRỤC 1.Chọn vật liệu và tính toán sơ bộ đường kính trục…………………………. Xác định khoảng cách giữa các chi tiết…………………………………….Phân tích lực, vẽ biểu đồ momen và tính toán đường kính trục…………….

PHẦN IV:THIẾT KẾ THEN 1.Kiểm nghiệm trục về độ bềnh mỏi………………………………………….Kiểm nghiệm then…………………………………………………………. PHẦN V:TÍNH CHỌN Ổ LĂN 1.Chọn ổ lăn cho trục I của HGT……………………………………………….Chọn ổ lăn cho trục II của HGT……………………………………………… 3.Chọn ổ lăn cho trục III của HGT……………………………………………. PHẦN VI:THIẾT KẾ VÕ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT TRONG HGT 1.Thiết kế vỏ HGT đúc………………………………………………………….Một số kết cấu khác liên quan dến võ hộp …………………………………… I.Tính chọn động cơ điện và Phân phối tỷ số truyền 1. Tính chọn động cơ điện a) Tính toán công suất cần thiết cho động cơ điện: Nct = N /  Nct – Công suất cần thiết trên trục động cơ.

N - Công suất tính toán trên trục máy công tác  - Hiệu suất truyền động chung của hệ thống N = Pv/1000= 7,02 (kW) P – Lực kéo băng tải, lực kéo cáp. v – Vận tốc băng tải, vận tốc kéo cáp. ƞ = ƞnoitruc*ƞ4ol*ƞ2br*ƞxich  0,88 ƞnoitruc= 1 – Hiệu suất nối trục ƞol = 0.995 – Hiệu suất ổ lăn ƞbr = 0.97 – Hiệu suất bánh răng ƞxich = 0.96 – Hiệu suất bộ truyền xích ƞ – Hiệu suất chung cả bộ truyền Suy ra : Nct = N /  = 7,93 (kW) b) Chọn công suất động cơ điện và số vòng quay động cơ điện: Theo bảng P1.2, ta chọn: Động cơ điện A0C2-51-4 có: -Công suất N = 8,7(kW) -Vận tốc quay n = 1340 (vòng/phút) 2. Phân phối tỷ số truyền: Tỷ số truyền chung của hệ thống: ichung = nđc / nlv Trong đó: ichung – Tỷ số truyền chung của hệ thống nđc – Số vòng quay của trục động cơ nlv – Số vòng quay của băng tải nlv = 60.D Trong đó: D – đường kính của tang hay tời kéo (mm) v – Vận tốc băng tải hay vận tốc kéo cáp (m/s) nlv = 43 (vòng/phút) tỷ số truyền chung: ichung = nđc / nlv = 31 Tỷ số truyền của bộ truyền bên trong HGT: ichung = ingoai.

ihop => ihop = ichung /2,25  14 Trong đó: ichung – Tỷ số truyền chung của hệ thống ingoai – Tỷ số truyền của bộ truyền ngoài HGT ( bộ truyền xích) ingoai = ixich = 2,25 ihop – Tỷ số truyền của bộ truyền bên trong HGT Ta có: ihop = inhanh. icham inhanh – Tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp nhanh inhanh = icham icham – Tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp chậm => ihop = inhanh. icham = icham2 = 3,74 => icham  3,74 => inhanh = icham  3,74 3. Xác định công suất, và số vòng quay trên các trục: Tính công suất, số vòng quay trên các trục ( I, II, III ) của hệ dẫn động.

Công suất: N = 8,7 (kW) n = 1445 (vòng/phút) Trục I: NI = N. noitruc  8,7 (kW) Trục II: NII = NI. ol  8,4 (kW) Trục III: NIII = NII .TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN: 1. Thiết kế bộ truyền ngoài: Bộ truyền xích Dữ liệu đầu vào: Tỉ số truyền uđ = 2,25 Tốc độ quay của trục chủ động nIII = 96 ( vòng/phút ) Công suất trên trục chủ động N1 = 8,1 ( kW ) Momen xoắn trên trục chủ động T1 = (9,55.8,1)/96  808168 Thời gian phục vụ Lh = 12000 ( h ) Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài = 0 ( độ ) Chế độ làm việc : tải trọng thay đổi, êm, quay 1 chiều.

a) Chọn loại xích; Xích ống con lăn b) Xác định các thông số của dĩa xích và bộ truyền xích: -Chọn số răng dĩa xích: Số răng dĩa xích nhỏ Z1: Z1 ≥ 29 - 2ux ≥ 24,5 Chọn Z1 = 25 Số răng dĩa xích lớn Z2: Z2 = u*Z1 = 56,25 Chọn Z2 = 57 Tỷ số truyền thực tế: ut = Z2/Z1 = 2,28 Sai lệch tỷ số truyền: ∆u=|ut - u|/ u = 0,013% => Sai số nhỏ hơn 4% -Xác định bước xích: Tra bảng 5.6 ta có: k = k0kakđckbtkđkc Trong đó: k- hệ số ảnh hưởng chung ka =1– hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích kđc =1– hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích kbt =1,3- hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn kđ =1– hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của tải ttọng kc =1– hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền k0 =1– hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền k=1,3 Nt = N.kn/kd k- hệ số ảnh hưởng chung kz=1- hệ số răng dĩa dẫn kn= n01/n1=2,083- hệ số vòng quay dĩa dẫn kd= 2-xích 2 dãy Nt = 10,97 (kW) Với n1= 96, chọn n01= 200v/p Với Nt = 10,97 kW và n01= 200v/p, tra bảng 5.a Chọn X = 102 mắt xích Khoảng cách trục: p a* = ⋅¿ = 446,62 4 Để xích không quá căng thì cần giảm a một lượng ∆a = (0.004)a=2,286 Khoảng cách trục a= a*-∆a =444,38 Kiểm tra số lần va đập i của xích trong 1 giây i= z1.9 ta có [i]=30 l/s => thoả c) Kiểm nghiệm xích về độ bền -Kiểm nghiệm xích về độ bền theo hệ số an toàn: Tra bảng 5.2 ta có: Hệ số tải trọng động kđ= 1 Tải trọng phá hỏng Q= 113400 N Công suất cần truyền P = PIII = 8,1 Vận tốc v= z1*p*PIII/60000=1,016 m/s Lực vòng Ft=1000.P/v= 7972,44 N Hệ số phụ thuộc độ võng của xích và vị trí bộ truyền kf=6 Khối lượng 1m xích q= 5 kg Lực căng do lượng bánh xích bị động gây ra F0 = 9,81.a= 130,77 N Lực căng do lực ly tâm sinh ra Fv = q*v^2= 5,16 N Hệ số an toàn cho phép [s]= 8,2 Hệ số an toàn: Q s = k đ * Ft + Fo + Fv s= 13,98 ≥ [s] => thoả -Kiểm nghiệm răng dĩa xích về độ bền tiếp xúc: Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích kr= 0,42 Hệ số tải trọng động kđ= 1 (Bảng 5.6 [1] (êm)) Hệ số phân bố không đề tải trọng cho các dãy kd= 2 (Bảng 5.5 [2] (2 dãy xích)) Số dãy xích m= 2 Lực va đập trên m dãy xích: Fvđ = 13.m= 4,09 Diện tích chiếu mặt tựa bản lề A = 180 (Bảng 5.12 [2]) Mô đun đàn hồi: E = 2E1.kd =503,92 Chọn vật liệu làm đĩa xích: Thép 45 tôi cái thiện có độ bền tiếp xúc cho phép [σH]= 550 Mpa Ta thấy: σH < [σH] => Đĩa xích 1 đảm bảo độ bền tiếp xúc d) Xác định các thông số của dĩa xích và lực tác dụng lên trục: -Xác định các thông số dĩa xích: Đường kính vòng chia: d1 = p/sin(π/Z1)= 202,66 d2 = p/sin(π/Z2)= 461,08 Đường kính vòng đỉnh: da1 = p[0.5 + cotg(π/Z2)]= 473,08 Đường kính vòng chân(vòng đáy) răng: df1 = d1 -2r=186,6 df2 = d2 -2r=445,02 Bán kính đáy: r = 0.05= 8,029 Đường kính con lăn (Tra bảng 5.2[1]) dl= 15,88 -Xác định lực tác dụng lên trục: Hệ số trọng lượng xích liên quan đến góc nghiêng β kx=1,15 Lực tác dụng lên trục: Fr = Kx. TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRONG 2.Bộ truyền bánh răng cấp chậm (bánh răng trụ răng nghiêng) Dữ liệu đầu vào: Tỷ số truyền u12= 3,74 Tốc độ quay trục chủ động n= 358 vòng/phút Công suất trục chủ động P1= 8,4 kW Momen xoắn trên trục chủ động T1= 22385,1 N.mm Thời gian phục vụ Lh= 120000 giờ 1.1) Chọn vật liệu Độ rắn HB σb (Mpa) σch (Mpa) Bánh nhỏ: Thép 45 Tôi cải thiện 241-285HB 285 750 450 (Bánh chủ động) Bánh lớn: Thép 45 Tôi cải thiện 241-285HB 260 700 420 (Bánh bị động) 1.2) Xác định ứng suất cho phép -Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] =(σoHlim/SH)ZR.KHL Tính toán sơ bộ ta chọn cho cả hai bánh răng: ZR.KxF= 1 Tra bảng 6.2 [1] ta có: σoHlim = 2HB + 70 σoHlim1 = 640 σoHlim2 = 590 SH1 = SH2 = 1,1 σoFlim = 1.8HB σoFlim1 = 513 σoFlim2 = 468 SF1 = SF2=1,75 KFC1= KFC2 = 1 NHO1 = 30H2,4HB = 23374854,54 NHO2 = 30H2,4HB = 18752418,64 NFO = 4.∑ t NHE1 = 184114285,4 NHE2 = 49228418,64 Vì NHO < NHE nên KHL = 1 => [H1] = 581,81 => [H2] = 536,38 -Ứng suất uốn cho phép: [σF] = (σoFlim/SF).∑ t NFE1 = 184114285,4 NFE2 = 49228418,64 Vì NFO < NFE Nên KFL = 1 => [F1] = 293,14 => [F2] = 267,4 Điều kiện chọn ứng suất tiếp xúc cho phép: [ H 1 ] +[ H 2] [H] = ≤ 1,25 [ H ] min 2 = 559,09 ≤ 670,47 Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: [H]max = 2,8.3) Tính thiết kế 1.1) Xác định thông số cơ bản của bộ truyền: Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền: Khoảng cách trục aw: aw = Ka. u Trong đó: Ka = 43 - Hế số phụ thuộc vật liệu cặp bánh răng u= 3,74 T1= 22385,1 Ψ ba = 0,4 KHβ = 1,11 aw= 165 Chọn khoảng cách trục sơ bộ awsb= 195 1.2) Xác định thông số ăn khớp 1.1) Xác định mô đun Mô đun m = (0.aw = 1,95÷3,9 Theo bảng 6.2) Xác định số răng và hệ số dịch chỉnh Bánh răng nghiêng trong hộp giảm tốc 16 phân đôi Chọn β(o) Số răng bánh nhỏ Z1 = 2awcosβ/(m(u+1)) 39,54 Chọn số răng bánh nhỏ Z1 40 Số răng bánh lớn Z2 = u.Z1 149,6 Chọn số răng bánh lớn Z2 150 Tỷ số truyền thực um 3.75 Sai lệch tỷ số truyền ∆u = |um – u| / u 0.