Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải | Môn Đồ án thiết kế máy - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58707906 S
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI SVTH : Lê Nguyên Anh MSSV : 20138021 MÃ LỚP : STT : 21
GVHD: Nguyễn Văn Đoàn lOMoAR cPSD| 58707906 lOMoAR cPSD| 58707906
NỘI DUNG THUYẾT MINH
Phần I: Tính công suất và tốc độ của trục công tác……………………………………1
Phần II: Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền……………………………………….1
Phần III: Tính toán bộ truyền ngoài hộp giảm tốc …….………….…………………...4
Phần IV: Tính toán bộ truyền trong hộp giảm tốc……………………..………………..7
Phần V: Khớp nối trục……...…………………………………………………………..15
Phần VI: Tính toán trục, chọn then, ổ lăn………………………………………………16
1. Tính toán trục…...…..………………………………………………………….16
2. Kiểm nghiệm then .…………………………………………..………………...23
3. Kiểm nghiệm trục về bền mỏi………………………………………………….24
4. Tính toán và chọn ổ lăn ……………………………………………………..…26
Phần VII: Tính toán vỏ hộp, xác định kết cấu các chi tiết máy và các chi tiết phụ.…....30
Phần VIII: Lập bảng dung sai lắp ghép….…………………………………………...…33
Tài liệu tham khảo …………………………………………………………………...…33 lOMoAR cPSD| 58707906
I. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ CỦA TRỤC CÔNG TÁC: 1. Thông số đầu vào
- Loại vật liệu vận chuyển: Cát
- Năng suất, Q = 120 tấn/h
- Chiều dài băng tải , L = 45 m
- Chiều rộng băng tải, B = 650 mm
- Đường kính tang dẫn động, D=320 mm
- Vận tốc băng tải, v= 2.5 m/s
2. Công suất trên trục công tácCông suất trên trục vít tải, [2]
Plv=K (c. L.v+0,00015.Q. L)=1,05 (0,023.45.2,5+0,00015.120.45 ) ¿3,567 (KW)
K=1,05- Hệ số phụ thuộc chiều dài băng tải L c=0,023-
Hệ số phụ thuộc chiều rộng băng tải (m) Q=120- Năng suất (tấn/h)
L=45- Chiều dài bang tải (m)
v=2,5- Vận tốc băng tải
3. Tốc độ quay tang dẫn động: 6.104 .v n= =149,283 v/ph π . D
v=2,5 m/s- Vận tốc băng tải
D=320mm- Đường kính tang dẫn động
II. CHỌN ĐỘNG CƠ, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1. Thông số đầu vào
- Công suất trục vít tải, Plv=3,567 kW
- Số vòng quay trục vít, nlv=149,283 v/p
2. Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền- Công
suất trên trục động cơ [1] lOMoAR cPSD| 58707906 Plv Pdc= η =3,989kW η=η 3
k .ηbr .ηol .ηđ=1.0,97.0,993.0,95 – hiệu suất bộ truyền toàn hệ thống.
ηđ=0,95; hiệu suất bộ truyền đai ( hở ) ηbr=0,97; hiệu suất bộ
truyền bánh răng trụ răng thẳng ( kín ) ηol=0,99; hiệu suất
truyền động 1 cặp ổ lăn ηkn=1; hiệu suất khớp nối
- Phân phối tỉ số truyềnusb=uđ .ubr=2.3,15=6,3 - tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống.
- Số vòng quay sơ bộ cần thiết nsb=usb .nlv=6,3.149,283=940,483 v/ph - Chọn động cơ điện
Chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha, rotor lòng sóc Brand name Output power Speed Voltage Product code ABB 5,5kW 940 rpm 380V/50Hz M2QA- 132S4A
- Tính sai lệch tỉ số truyền sơ bộ. Motor |nmotor −nsb| ∆u= .100%=0,05% nsb
3. Bảng thông số kỹ thuật hệ thống truyền
động- Tính số vòng quay trên các trục: nđc = 940 v/ph nđc 940 Trục 1:nI=
uđ = 2 =470 v/ph nI 470
Trục 2:nII= uℎ=3,15=149,206v/ph Trục
công tác: nct=nII=149,206 v/ph lOMoAR cPSD| 58707906
- Tính công suất trên các trục:
Pct 3,567 Trục 2: PII=
ƞol ×ƞkn =0,99×1=3,603 kW PII 3,603 Trục 1: PI= ƞol×ƞbr
=0,99×0,97=3,752kW PI 3,752
Trục động cơ: Pdc=
ƞol×ƞd =0,99×0,95=3,989kW Trục Động cơ I II Làm việc Thông số Công suất P (kW) 3,989 3,752 3,603 3,567 Tỉ số truyền u 2 3,15 1
Số vòng quay n (vòng/phút) 940 470 149,2 06 149,206 Moment xoắn T (Nmm) 40527 76237 2306 12 228308
III. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP GIẢM TỐC 1. Thông số đầu vào:
P1 = 3,989 kW – công suất cần thiết trên trục động
cơ n1 = nđc = 940 v/ph – số vòng quay động cơ u = uđ
= 2 – tỉ số truyền bộ truyền đai
2. Chọn loại đai và tiết diện đai:
- Chọn đai thang thường. - Ta có: { = 3,989 kW nP 1 1 = 940 v/
pℎ => chọn tiết diện đai B. (hình 2.1)
3. Chọn đường kính bánh đai:
- Theo bảng 4.13 [1] ta có dmin = 140 mm, h = 10,5,
- Đường kính đai nhỏ: d1=1,2.dmin=168mm => Chọn d1 = 180 mm. lOMoAR cPSD| 58707906 - Vận tốc đai: π .d1.n1 π .180.940 v= = =8.859<25m/s 60000 60000
- Theo công thức 4.2 [1] với ε=0.01, đường kính bánh đai lớn:
d2=ud1 (1−ε)=2.180.(1−0,02)=356,4mm => Chọn d2 = 355mm.
4. Tỉ số truyền thực tế: d2 355 ut=
d1.(1−δ)=180.(1−0,01)=1,992
5. Sai lệch tỉ số truyền so với tỉ số truyền sơ bộ | | ut −u Δu=
.100%=0,4% u
6. Xác định khoảng cách trục a
- Tính sơ bộ khoảng cách trục [1]d2=1,2=¿a=1,2.355=426mm
amin≤a≤amax ↔0,55 (d1+d2)+ℎ≤a≤2.(d1+d2)
¿>304 ,75≤426≤1070 (Thỏa mãn) - Theo công thức 4.4 [1] L=2a+
π(d1+d2)+(d2 −d1)2=2.426+π(180+355)+(355−180)2 =1710,348mm 2 4 a 2 4.426
- Theo bảng 4.13 [1] chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn l=1800mm.
7. Tính chính xác khoảng cách trục lOMoAR cPSD| 58707906 - Theo công thức 4.6 [1] a mm
- Theo 4.7( [1], trang 54), góc ôm: ) (355−180) (d2−d1 o
α1=180°−57°. a =180−57. 519 =158,853 8. Tính số đai
- Theo công thức 4.16( [1], trang 60) P ⋅Kđ z Cl Cu Cz
3,38.0,95.0,95.1,125.0,95 Chọn z=2;
+ P1=3,989kW ;K đ=1,1;Cα=0,95; Cl=¿0,95; Cu=1,125;
+ Theo nội suy bảng 4.19( [1], trang 62) [ P0]=3,38 kW P
+ [Po] =1,18→Cz=0,95.
- Chiều rộng bánh đai, theo công thức 4.17 và bảng 4.21 ta có t = 19, e =12,5
B=( z−1) t+2ⅇ=(2−1).19+2.12,5=44 mm
9. Phân tích lực tác dụng lên trục: 780P1 Kđ - Theo 4.19 [1] : F0= vCα z +Fv lOMoAR cPSD| 58707906
Trong đó Fv=qm v2, với qm=0,178 ( bảng 4.22, [1], trang 64)
→Fv =0,178.8,8592=13,97 N, do đó: 780.3,989.1,1
Fo= 8,859.0,95.2 +13,97=217,305N
- Theo 4.21( [1], trang 64) lực tác dụng lên trục α1 F )
r=2 F0 zsin( 2 =2.217,305.2.sin( )=854,401mm
g) Tổng hợp các thông số bộ truyền đai: Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Công suất trên trục dẫn P1 3,989 kW
Tốc độ quay trục dẫn n 1 940 vòng/phút Tỉ số truyền u 2
Loại đai và tiết diện dai Đai thang thường; B
Đường kính bánh đai nhỏ d1 180 mm
Đường kính bánh đai lớn d 2 355 mm Số đai z 2 Khoảng cách trục a 471,696 mm
Góc ôm bánh đai nhỏ α 1 158,853 độ Lực căng ban đầu F0 217,305 N
Lực tác dụng lên trục F r 854,401 N
IV. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC 1. Thông số đầu vào:
- Công suất trên trục bánh răng dẫn: P1=3,752kW;
- Tốc độ quay trục bánh răng dẫn: n1=470v/ pℎ;
- Tốc độ quay trục bánh răng bị dẫn: n2=149,206v/pℎ;
- Tỉ số truyền: u=3,15;
- Moment xoắn trên trục bánh răng dẫn: T 1=76237 Nmm; lOMoAR cPSD| 58707906
- Thời gian làm việc: Lℎ=18000ℎ;
2. Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
a) Chọn vật liệu bánh răng:
- Do không yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết
kế,chọn vật liệu như sau:
Vật Liệu Nhiệt luyện Giới hạn bền Giới hạn chảy Độ cứng σ b σ ch BR dẫn Thép 45 Tôi cải 850 MPa 580 MPa HB241..285 thiện BR bị dẫn Thép 45 Tôi cải 750 MPa 450 MPa HB142..240 thiện
b) Xác định ứng suất cho phép:
σ 0Hlim=2HB+70;S H=1,1;σ0Flim=1,8 HB;SF=1,75
- Chọn độ rắn bánh dẫn HB1=250; bánh bị dẫn HB2=235, khi đó:
σ oHlim1=2HB1+70=2.250+70=570 MPa; σ
oHlim2=2HB2+70=2.235+70=540 MPa; σ
oFlim1=1,8. HB1=1,8.250=450 MPa; σ
oFlim2=1,8. HB2=1,8.235=423 MPa.
- Theo 6.5( [1], trang 93), chù kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc:
N Ho=30 H2HB,4, do đó:
N Ho1=30H 2HB,4 1=30.2502,4=1,7.107;
N Ho2=30 H2HB,4 2=30.2352,4=1,47.107.
- Theo 6.6( [1], trang 93), chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn: N HE=60cntΣ; lOMoAR cPSD| 58707906 n1 470 7 7
→N HE2=60c u tΣ=60.1. 3,15 .18000=16,11.10 >N Ho2=1,39.10 do đó K HL2=1; Suy ra N do đó HE1>N Ho1 K HL1=1.
- Theo 6.1a( [1], trang 93), sơ bộ xác định được ứng suất tiếp xúc cho phép
[σ H ]=σH lim ¿ ; 0. KHL ¿ S H [ MPa; [ MPa; → [σ H ]= =504,546 MPa.
- Theo 6.6( [1], trang 93) và với N FO=4.106 :
N FE=N HE=60cntΣ
N FE2=NHE 2=1,611.108>N FO, do đó K FL2=1; Suy ra N
FE1>N FO1, do đó K FL1=1.
- Bộ truyền quay 1 chiều K FC=1
- Theo 6.2a( [1], trang 93) sơ bộ xác định được ứng suất uốn cho phép: 0 K FL .K FC
[σ F ]=σ Flim . SF ; 0 K FL1 .K FC 1.1
[σ F ]1=σ Flim1.
SF =450. 1,75=257,143 MPa; 0 KFL2 . KFC 1.1
[σ F ]2=σ Flim2.
SF=4 23. 1,75=241,714 MPa. lOMoAR cPSD| 58707906
- Ứng suất quá tải cho phép: (6.13, [1], tramg 95), (6.14, [1], trang 96)
[σ H ]max=2,8σcℎ2=2,8.450=1260 MPa;
[σ F1]max=0,8σ cℎ1=0,.580=464 MPa;
[σ F2 ]max=0,8σ cℎ2=0,8.450=360 MPa.
c) Xác định sơ bộ khoảng cách trục:
- Theo công thức 6.15a( [1], trang 96) aw mm Chọn aw=125mm Trong đó:
+ Theo bảng 6.5( [1], trang 96), Ka = 43;
+ Theo bảng 6.6( [1], trang 97), ψba=0,315;
+ Theo 6.16( [1], trang 97), ψbd=0,53ψ
ba(u+1)=0,53.0,315. (3,15+1)=0,693
+ Theo bảng 6.7( [1], trang 98), sơ đồ 6 → KHβ=1,03 + T1 = 76237 Nmm
d) Xác định thông số ăn khớp:
- Theo 6.17( [1], trang 97) m=(0,01÷0,02)
aw=(0,01÷0,02) .125=1,25÷2,5
Theo bảng 6.8( [1], trang 99), chọn m = 2 mm
- Theo 6.31( [1], trang 99), số răng bánh răng nhỏ 2aw .cosβ 2.125.cos(15) z1= = =29,094
m(u+1 ) 2.(3,15+1) lOMoAR cPSD| 58707906 Lấy z1 = 29
- Theo 6.20( [1], trang 99), số răng bánh răng
lớnz2=u. z1=3,15.29=91,35 Lấy z2 = 91
zt=z1+z2=91+29=120 -Tính lại cos β: m.zt 2.120 cos β= = =0,96 2.aw 2.125 =>β= 16,26o - Tỉ số truyền thực: 91 ut=29=3,138
- Sai lệch tỉ số truyền bọ truyền bánh răng:
|ut −u| |3,318−3,15| ∆u= = =0,381%<4% u 3,15
- Tính lại khoảng cách trục mzt 120 aw=
2.cos β =2. 2.0,96=125mm Lấy aw = 125 mm.
- Theo 6.27( [1], trang 101) góc ăn khớp zt mcosα cosαtw= 2aw = 2.125 =0,902 →αtw=20°.
Tới đây______________________________________________________________
e) Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc σ H
- Theo công thức 6.33( [1], trang 105) lOMoAR cPSD| 58707906 σ H=Zm ZH Z Trong đó:
+ Theo bảng 6.5( [1], trang 96), Zm=274;
+ Theo 6.34( [1], trang 105), ZH ;
+ Theo 6.36a( [1], trang 105), Z Với ;
+ Đường kính vòng lăn bánh dẫn: dw mm;
+ Chiều rộng vành răng: bw=ψba aw=0,315.125=39,375mm; π dw1 n1
+ Theo 6.40( [1], trang 106), v= 60000 π .60,241.470 m ¿ =1,482 60000 s m
Với v=1,482 s , theo bảng 6.14( [1], trang 106) dùng cấp chính xác 9, m → KHα=1; với
cấp chính xác 9 và v≤2,5 s + Theo 6.42( [1], trang 107) vH ;
Trong đó: • Theo bảng 6.15( [1], trang 107), δH =0,002; lOMoAR cPSD| 58707906
• Theo bảng 6.16( [1], trang 107), g0=73 + Theo 6.41( [1], trang 107), v H bw dw1 K Hv=1+
2T 1 K Hβ K Hα =1+2.76237.1,03.1 =1,018
→ KH=K Hβ K Hα K Hv=1,03.1,13.1=1,185 (6.39, [1], trang 106) - Thay
các giá trị vào 6.33, ta được: MPa
Vì σ H <[σ H ] kiểm tra điều kiêṇ [σ H ]−σ H .100%=7,3%<10% [σ H ]
f) Kiểm nghiệm độ bền uốn: - Theo 6.43( [1], trang 108)
2T1 K F Y ε Y β Y F1 = σ F1 bwdw1 m Trong đó:
+ K Fβ=1,07;KFα=1,37 m/s
Với δF=0,006;g0=73 ( bảng 6.15, [1], trang 107)
+ Theo 6.46( [1], trang 109) vF bw dw1 K Fv=1+
2T1 KFβ K Fα =1+ 2.76237.1,07.1,37 =1,043 lOMoAR cPSD| 58707906
→ KF=K Fβ K Fα K Fv=1,07.1,37.1,043=1,529
+ Với εα=1,665→Y ε=εα =1,665=0,601
+ Y β=1− βo =0,884 140
+ Theo bảng 6.18( [1], 109) Y F1=3,8;Y F2=3,6
- Thay các giá trị vừa tính vào 6.43 2. σ
F1==99,213 MPa<[ σF 1]=257,143MPa σF 1.Y F 2 99,213.3,6 σ F2= Y F1 = 3,8
=93,991 MPa<[σ F2 ]=241,714 MPa
h) Lực tác dụng khi ăn khớp 2ⅆT = 1
260,241.76237=¿ 2531,067(N) - Lực vòng: Ft1 = Ft2 = w1
Ft1 tanα = 2531,067.tan200 =999,628 (N)
- Lực hướng tâm: Fr1 = Fr2 =
-Lực dọc trục: Fa1=Ft 1tgβ=Fa2=738,218(N)
3. Tổng kết các thông số bộ truyền bánh răng: Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Công suất trục bánh răng dẫn P1 3,752 kW
Tốc độ quay của trục dẫn n1 470 vòng/ phút
Moment xoắn trên trục dẫn T1 76237 Nmm Tỉ số truyền u 3,15 Thời gian làm việc Lh 18000 giờ Khoảng cách trục aw 125 mm Mô đun m 2 mm lOMoAR cPSD| 58707906 Chiều rộng vành răng b 39,375 mm Góc ăn khớp αtw 20 độ Số răng bánh lớn z1 29 răng Số răng bánh nhỏ z2 91 răng
Đường kính vòng lăn bánh nhỏ dw1 60,241 mm
Đường kính vòng lăn bánh lớn dw2 189,759 mm
Đường kính vòng đỉnh bánh nhỏ da1 64,417 mm
Đường kính vòng đỉnh bánh lớn da2 193,583 mm
Đường kính vòng đáy nhỏ df1 55,417 mm
Đường kính vòng đáy lớn df2 183,583 mm
Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng σ H 467,579 MPa Lực dọc trục Fa 738,218 N Lực vòng Ft 2755,744 N Lực hướng tâm Fr 1003,009 N V. KHỚP NỐI TRỤC 1. Chọn khớp nối
Mômen cần truyền: T=T 2=230612(N .mm)
Tính đường kính sơ bộ dsb
+ Chọn [τ ¿= 20 MPa → dsb = 38,631 (mm) + Chọn dt=dsb= 40(mm)
T t=k .T=1,5.230612 ( N .mm )=345,918(N .m)
Trong đó : T t –Mômen xoắn tính toán T t=k .T k -Hệ số chế độ làm
việc tra bảng 9.1Tr229 [8] lấy k = 1,5 T- Momen xoắn danh nghĩa
trên trục Tra bảng 9.10a [8] tr 239 với điều kiện: Tcfkn=1000 N .m Tt=345,918 N { .mcf≤T cfkn =>
dcfkn=50mm dt=40mm≤d knZ=8 lOMoAR cPSD| 58707906 Do=160mm l1=40mm
Tra bảng 9.10bTr69 [8] ta được = 40 mm ll2 { 3 = 36 mm dc=18mm
2. Kiểm nghiệm khớp nối.
a) Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi. 2k .T σ d= Z. Do dc l3 ≤[σ d]
σ -Ứng suất dập cho phép của vòng cao su d
[σ d]=2÷4 MPa
Do vậy ứng suất dập sinh ra trên vòng đàn hồi: 2kT 2.1,5.230612 σ d=
Z D0 dcl3 = 8.160.18.36 =0,834<[σ d]=2 MPa → Thỏa điều kiện bền.
b) Điều kiện bền của chốt k .T .l0 σ u= 3 ≤[σu] 0,1.dc . D0. Z l2
Trong đó: l0=l1+2 =40+=60(mm)
[σ ]- Ứng suất uốn cho phép của chốt. Ta lấy [ ]= u
σ u 60÷80 MPa; Do
vậy, ứng suất sinh ra trên chốt: k .T .l0 1,5.230612.60 σ u= = 3
=27,803<[σu]=60MPa
. Z 0,1.18 .160.8 → Thỏa điều kiện bền.
3.Tính toán lực tác dụng lên khớp nối: 2.T t 2.345918 Ftkn= Dt = 160 =4323,975(N) F ngược chiều Ft2
rkn=0,2.Ft=0,2.4323,975=864,795(N). Frkn lOMoAR cPSD| 58707906
VI. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 1.
Chọn vật liệu chế tạo trục
Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 tôi cải thiện có
- Ứng suất bền σb = 850 Mpa,
- Ứng suất xoắn cho phép . 2.
Xác định sơ bộ đường kính trục
Theo công thức 10.9Tr188 [1], ta có: d
Với [τ] ứng suất cho phép [τ]=15÷30(MPa); ta chọn [τ]= 15 MPa d
Với [τ] ứng suất cho phép [τ]=15÷30(MPa); ta chọn [τ]= 20 MPa
⇒Chọn{dd12==3045((mmmm))
Chiều rộng ổ lăn trên trục: Tra bảng 10.2Tr189 [1]:
với {dd12==3045((mmmm))⇒{bb0102==1925((mmmm)) 3.
Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lựcTrục I:
Chiều dài mayơ bánh đai: lm12=(1,2÷1,5)
d1=(1,2÷1,5).30=36÷45(mm)
Chọn lm12 = 40 (mm) 10.10/trang189 Chiều dài
mayơ bánh răng trụ nhỏ: lm13=(1,2÷1,5
)d1=(1,2÷1,5).30=36÷45(mm)
Chọn lm13 = 40 (mm) Trục II:
Chiều dài mayơ bánh răng trụ lớn:
lm22=(1,2÷1,5 )d2=(1,2÷1,5).45=48÷67,5(mm) Chọn lm22 = 65 (mm)
Chiều dài mayo nửa khớp nối (nối trục đàn hồi):