Thiết kế máy chi tiết máy và cơ sở thiết kế máy: Phần 2

Chia sẻ: Lê Văn Uyển | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:136

Thêm vào BST

Báo xấu

183
lượt xem 65
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 Thiết kế chi tiết máy thuộc Tài liệu Cơ sở thiết kế máy và thiết kế máy trình bày về phương pháp chọn sơ đồ hệ dẫn động và thiết kế các chi tiết cũng như kết cấu các chi tiết và bộ phận của hệ dẫn động. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung Tài liệu để có thêm Tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế máy chi tiết máy và cơ sở thiết kế máy: Phần 2

LÊ VĂN UYỂN PHẦN THỨ HAI THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY Hà nội tháng 9-2015
MỤC LỤC PHẦN II THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY Chương 13 SƠ ĐỒ HỆ DẪN ĐỘNG MÁY VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 13.1 Khái niệm chung về máy công tác và sơ đồ bố trí hệ dẫn động máy....1 13.2 Chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền trong sơ đồ dẫn động ...8 Chương 14 THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY VÀ BỘ PHẬN MÁY 14.1 Dữ liệu và các yêu cầu khi thiết kế các chi tiết máy............................23 14.2 Thứ tự tính toán thiết kế các chi tiết trong hệ dẫn động......................23 14.3 Tự động hóa thiết kế các chi tiết truyền động.....................................52 Chương 15 THIẾT KẾ KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT VÀ BỘ PHẬN MÁY 15.1 Kết cấu các chi tiết truyền động..........................................................54 15.2 Kết cấu trục và các phương pháp cố định chi tiết trên trục.................70 15.3 Kết cấu bộ phận ổ, bôi trơn và che kín................................................79 15.4 Kết cấu các chi tiết khác......................................................................90 15.5 Bôi trơn các chi tiết trong hộp giảm tốc........................................... 102 15.6 Lắp ráp, kiểm tra và điều chỉnh ăn khớp............................................105 15.7 Bản vẽ lắp Hộp giảm tốc ...................................................................128 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................131
Chƣơng 13 SƠ ĐỒ HỆ DẪN ĐỘNG MÁY và TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 13.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY CÔNG TÁC VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ DẪN ĐỘNG MÁY Thực tế các máy công tác rất đa dạng về chủng loại và tính năng sử dụng. Tải trọng và vận tốc có thể không đổi hay thay đổi trong quá trình vận hành. Có thể đưa ra một số nhóm máy công tác sau đây làm ví dụ minh họa: Nhóm I bao gồm các máy có công suất công tác không đổi hay thay đổi không đáng kể còn vận tốc của cơ cấu chấp hành (CCCH) là không thay đổi trong quá trình vận hành: Các loại băng tải; xích tải; lò quay… Nhóm II bao gồm các máy có công suất làm việc với tải trọng thay đổi nhưng vận tốc không thay đổi, bao gồm các cơ cấu trong máy nâng hạ như cầu trục, cầu lăn, thang máy... Nhóm III bao gồm các máy công tác có công suất và vận tốc công tác thay đổi như các máy gia công kim loại (Các máy cắt gọt vạn năng: máy tiện, máy phay; máy mài… hoặc các máy CNC), các loại ô tô; máy kéo… Hình 13.1 là một sơ đồ hệ dẫn động (HDĐ) của máy vận chuyển liên tục, ở đây dùng động cơ điện nối với HGT trục vít bằng khớp nối; Đầu ra HGT được lắp đĩa xích dẫn còn đĩa bị dẫn lắp trên trục tang và trên trục tang được lắp tang đường kính D(mm) và băng tải chuyển động với vận tốc v(m/s). Nhìn chung HDĐ của một máy công tác bao gồm các bộ phận chính sau đây: - Nguồn động lực: Động cơ điện có tốc độ không đổi hay thay đổi; Động cơ đốt trong hoặc turbin khí… - TĐCS bao gồm các bộ truyền ngoài: bộ truyền đai; bộ truyền xích hoặc truyền động bánh răng để hở hay truyền động bánh ma sát; một HGT một hay nhiều cấp hoặc hộp số. - Khớp nối dùng để nối giữa các đầu trục lại với nhau. Ngoài ra có thể bố trí thêm một số bộ phận khác tùy yêu cầu sử dụng như phanh, cơ cấu an toàn…. 1
4 v 3 D T1 Tm T1  2 T2 1 H T3 t tm t1 t2 t3 tck 5 F B v 1. §éng c¬ ®iÖn D 2. Khíp nèi 3. HGT (HGT trôc vÝt) 4. Bé truyÒn ngoµi (XÝch) 5. Bang t¶i: D ®-êng kÝnh tang F lùc kÐo v vËn tèc b¨ng t¶i Hình 13.1 Sơ đồ dẫn động máy công tác (băng tải) Tùy thuộc vào loại máy công tác mà hệ thống dẫn động máy (HDĐ) cần có những yêu cầu khác nhau. Việc lựa chọn sơ đồ bố trí HDĐ là một trong những yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế máy. Tùy thuộc vào yêu cầu của CCCH; không gian bố trí…mà người thiết kế đưa ra sơ đồ HDĐ hợp lý. Việc thiết kế máy công tác chính là thiết kế HDĐ, bao gồm chọn nguồn động lực (chọn động cơ) và thiết kế hoăc chọn (mua) truyền động công suất (TĐCS) hoặc HGT. Phần II cuốn tài liệu sẽ trình bày phương pháp tính toán thiết kế HDĐ máy, bao gồm lựa chọn sơ đồ HDĐ; chọn động cơ điện; thiết kế các chi tiết và bộ phận khác; tính toán thiết kế kết cấu các chi tiết trong HGT. Do khuôn khổ có hạn nên cuốn tài liệu này chỉ trình bày tính toán thiết kế HDĐ các máy công tác có vận tốc không thay đổi và có công suất (lực kéo) ở bộ phận công tác là không đổi hoặc thay đổi theo chế độ ổn định. Thiết kế các chi tiết truyền động được trình bày dưới hai dạng cơ bản: - Thiết kế các chi tiết truyền động theo phương pháp thông thường. 2
- Thiết các chi tiết truyền động bằng cách sử dụng phần mềm thiết kế trong Autodest Inventor. 13.1.1 Động cơ điện Động cơ điện được sử dụng rất rộng rãi để tạo ra cơ năng cho các máy công tác. Động cơ có rất nhiều loại: Động cơ một chiều; Động cơ xoay chiều (động cơ không đồng bộ; Động cơ đồng bộ); Động cơ bước (động cơ giảm tốc; động cơ rung và động cơ Servo). Với dãy động cơ không đồng bộ 3K- 4K có chung ưu điểm là hiệu suất cao, mô men mở máy khỏe và độ rung thấp. Kích thước và dãy công suất phù hợp với dãy tiêu chuẩn IEC. Động cơ dùng để dẫn động cho các thiết bị như máy cắt gọt kim loại, máy nghiền, máy trộn, băng tải… Hiện nay trên thị trường có nhiều loại động cơ do nhiều công ty chế tạo. Bảng PL 13.1&2 giới thiệu thông số kỹ thuật động cơ điện Việt Hung để bạn đọc tham khảo khi chọn động cơ điện cho HDĐ. 13.1.2 Hộp giảm tốc HGT là một tổ hợp hình thành từ các bộ truyền bánh răng hay trục vít được bố trí theo một sơ đồ, có tỷ số truyền không đổi (u > 1), dùng để giảm tốc độ đồng thời tăng mô men xoắn của trục ra. Một loại cơ cấu tương tự nhưng dùng để tăng tốc (u < 1) gọi là Hộp tăng tốc. Tùy thuộc vào số cấp, loại bộ truyền bố trí và sơ đồ bố trí mà HGT được chia thành các loại sau đây: - HGT một cấp: HGT bánh răng trụ (hình 13.2a); HGT bánh răng côn (hình 13.3a,b&c); HGT trục vít (hình 13.4a,b&c). - HGT hai cấp: HGT bánh răng trụ khai triển (hình 13.2b); Khai triển phân đôi (hình 13.2c); hay HGT đồng trục (hình 13.d); HGT côn – trụ (hình 13.3d&e); HGT Bánh răng - trục vít (hình 13.4d) hay Trục vít - bánh răng (hình 13.4e) và trục vít hai cấp (hình 13.4g). - HGT ba cấp: HGT côn – Trụ 3 cấp; HGT bánh răng trụ 3 cấp… Ngoài cách phân loại trên, tùy thuộc vào yêu cầu mà vị trí đầu vào và đầu ra các trục có thể được bố trí khác nhau. Có loại HGT có hai đầu vào (một đầu để nối với động cơ qua khớp nối, đầu kia để dự phòng hay để nối với một thiết bị an toàn) hoặc hai đầu ra (một dẫn động kéo hai bộ phận công tác) (hình 13.3c); hoặc tâm trục vào và ra nằm trên mặt phẳng song song với đáy hộp hay nghiêng góc hoặc ví trí đường tâm trục vào có thể nằm ngang phía dưới, phía trên hay thẳng đứng (hình 13.4a,b&c). 3
Tùy thuộc vào yêu cầu kích thước, làm việc…mà các bộ truyền có thể là răng thẳng hay răng nghiêng. Việc lựa chọn phương án loại HGT và bố trí vị trí các bộ truyền trong và ngoài, cũng như loại bộ truyền tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể. Ngoài các HGT trên còn có HGT bánh răng sóng hay HGT hành tinh. HGT bánh răng chốt và Động cơ HGT (động cơ gắn liền HGT). Bảng 13.1 cho phạm vi tỷ số truyền nên dùng của bộ truyền đai, xích và HGT bánh răng. Bảng 13.1 Tỷ số truyền nên dùng cho bộ truyền và HGT Loại truyền động Tỷ số truyền Truyền động đai - Đai dẹt 2…4 - Đai thang 3…5 - Đai răng 4…10 Truyền động xích 2…5 Hộp giảm tốc một cấp - HGT bánh răng trụ 4…6 (8) - HGT bánh răng côn răng thảng 3…4,5 - HGT trục vít 14…30 Hộp giảm tốc hai cấp - HGT Côn - trụ 10…25 - HGT bánh răng trụ (khai triển; phân đôi và đồng trục) 10…40 - HGT Bánh răng - trục vít và Trục vít bánh răng 50…100 - HGT 2 cấp trục vít 200…800 13.1.2.1 Hộp giảm tốc bánh răng trụ HGT bánh răng trụ gồm các loại sau đây: HGT bánh răng trụ một cấp (hình 13.2a) dùng khi tỷ số truyền không lớn, thường uh < 7 nếu là bánh trụ răng nghiêng, còn nếu sử dụng bánh trụ răng thẳng thì uh  5. Do các bánh răng bố trí đối xứng so với gối đỡ trục nên khi thiết kế nên chọn a lớn (a  0,4…0,5 ). HGT bánh răng trụ 2 cấp thường dùng khi tỷ số truyền u h = 10…40, có thể bố trí theo các sơ đồ khác nhau: - HGT khai triển (hình 13.2b). Loại này có kết cấu đơn giản nhưng do bánh răng phân bố không đối xứng so với gối đỡ trục nên làm cho sự phân bố không đều của tải trọng tăng lên. Để khắc phục cần tăng độ cứng trục, tăng độ chính xác chế tạo và giảm chiều rộng vành răng (chọn a nhỏ). 4
x n2 x n1 x n1 n1 x x x x x x x n1 n1 x x x x x x a) b) c) d) e) MÆt ph©n c¸ch MÆt ph©n c¸ch x x x x x x x x h) g) Hình 13.2 HGT bánh răng trụ một và 2 cấp - HGT khai triển phân đôi (hình 13.2c). Có thể phân đôi ở cấp nhanh hay ở cấp chậm. Do sử dụng cặp bánh răng phân đôi nên dòng công suất được chia đôi vì vậy kích thước trục có lắp bánh răng phân đôi sẽ nhỏ hơn. Mặt khác có thể sử dụng cặp bánh răng chữ V (hai bánh răng nghiêng có hướng răng ngược nh au với góc nghiêng  lớn (thường  = 30o…40o)). Vì vậy khi thiết kế loại HGT này cần lưu ý: + Có thể sử dụng bánh răng có chiều rộng vành răng lớn (chọn a lớn). + Một trên các trục có lắp bánh răng phân đôi cần lắp ổ tùy động. - HGT đồng trục (hình 13.2e), loại HGT này có đặc điểm là đường tâm trục vào và ra nằm trên một đường thẳng và vì vậy kích thước hộp giảm theo chiều dài và tăng theo chiều rộng. Do có một ổ trục nằm bên trong hộp 5
nên việc chế tạo, lắp ghép và bôi trơn ổ giữa sẽ khó khăn. Mặt khác trục trung gian tương đối dài nên cần chọn đường kính trục lớn. HGT bánh răng trụ 3 cấp có tỷ số truyền u h = 40…250, thường bố trí theo sơ đồ khai triển hay phân đôi ở cấp trung gian. Bề mặt phân cách trong HGT bánh răng trụ có thể song song với mặt đáy (hình 13.2g) hoặc tạo với mặt đáy một góc (hình 13.2h). II MÆt MÆt ph©n c¸ch ph©n c¸ch x n1 x x n1 n1 x II II a) b) c) II III z1 z3 z4 I MÆt ph©n z2 c¸ch II n3 z1 z3 z4 I I z2 III d) e) Hình 13.3 HGT bánh răng côn một cấp và HGT côn trụ 2 cấp HGT bánh răng trụ được sử dụng nhiều hơn so với các loại HGT khác do có nhiều ưu điểm như chế tạo lắp ghép đơn giản; hiệu suất truyền động cao. 13.1.2.2 Hộp giảm tốc bánh răng côn và HGT côn trụ hai cấp HGT bánh răng côn được dùng khi cần truyền chuyển động và mô men giữa các trục giao nhau và thường là 90o (hình 13.3). - Khi tỷ số truyền u h  6 nên dùng HGT bánh răng côn 1 cấp và phổ biến nhất là bánh côn răng thẳng (khi uh  4,5) hoặc răng cong khi u h  6. Tùy 6
theo yêu cầu đầu trục ra mà các trục có thể bố trí trong mặt phẳng nằm ngang (hình 13.3a) hoặc trục ra có phương thẳng đứng (hình 13.3b). - HGT côn trụ hai cấp chỉ sử dụng khi tỷ số truyền lớn uh = 10…40. Trường hợp này có thể bố trí theo sơ đồ hình 13.3d hoặc trục vào nằm ngang còn trục ra III thẳng đứng (hình 13.3e). - HGT côn trụ 3 cấp chỉ dùng khi uh = 25…75. Trong các HGT có bánh răng côn thì bánh răng côn thường bố trí ở cấp nhanh còn cấp chậm sử dụng bánh trụ răng răng thẳng hay răng nghiêng. Hướng răng cần chọn sao cho có lợi nhất về lực tác dụng lên ổ. Với HGT bánh răng côn trụ ba cấp có thể bố trị cấp chậm theo sơ đồ dạng khai triển hay khai triển phân đôi. MÆt ph©n c¸ch MÆt ph©n MÆt ph©n c¸ch c¸ch n1 a) b) c) d) MÆt ph©n MÆt ph©n c¸ch n3 c¸ch n1 e) g) h) Hình 13.4 HGT trục vít một cấp và HGT trục vít bánh răng HGT bánh răng côn thường có giá thành cao hơn do chế tạo bánh răng côn phức tạp hơn so với bánh răng trụ; Mặt khác, do lắp ráp và điều chỉnh phức tạp hơn ( yêu cao về sự trùng đỉnh của các mặt côn lăn vì vậy yêu cầu độ chính xác chế tạo và lắp ghép cao hơn ). Trong truyền động bánh răng côn, để tăng độ cứng và tải phân bố đều hơn trên đường tiếp xúc, trục bánh răng côn nhỏ nên trí theo các sơ đồ như hình 13.3c. 13.1.2.3 Hộp giảm tốc trục vít và trục vít bánh răng HGT trục vít được dùng khi cần truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau với góc chéo nhau 90o. Bao gồm các loại sau đây: 7
- HGT trục vít một cấp thường dùng khi tỷ số truyền uh = 14…30. Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng mà vị trí của trục vít có thể bố trí theo các sơ đồ khác nhau (hình 13.4a,b&c). - HGT bánh răng- trục vít hoặc trục vít - trục vít khi cần tỷ số truyền uh = 50…100 (hình 13.4d&e). - Nếu tỷ số truyền lớn hơn (uh = 200…800) thì sử dụng HGT trục vít hai cấp (hình 13.4g). Vì HGT được dùng rất phổ biến trong các máy công tác nên được chế tạo sẵn và được bán rộng rãi trên thị trường. Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng mà chọn loại HGT cho phù hợp (theo T và tỷ số truyền u h). Tuy nhiên trong một số trường hợp, người thiết kế có thể thiết kế HGT theo các thông số kỹ thuật yêu cầu. Nội dung của thiết kế các chi tiết và HGT của máy công tác được trình bày cụ thể ở chương 14. 13.2 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN TRONG SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG MÁY Một hệ dẫn động máy thường bao gồm các bộ phận như Động cơ điện; Khớp nối hoặc Khớp nối kết hợp phanh; Bộ truyền ngoài (bộ truyền xích; bộ truyền đai hay bộ truyền bánh răng để hở) và Hộp giảm tốc được bố trí theo một trình tự sao cho có lợi nhất về kích thước khuôn khổ, giá thành, an toàn và thuận tiện trong quá trình vận hành cũng như sửa chữa nhằm thỏa mãn các yêu cầu của thiết kế. Máy công tác được coi là hợp lý khi và chỉ khi sơ đồ dẫn động máy là hợp lý. Thực tế có thể gặp một trong hai trường hợp sau đây khi thiết kế các máy công tác: - Thiết kế máy công tác khi đã biết trước sơ đồ hệ dẫn động. - Thiết kế máy công tác xuất phát từ việc chọn sơ đồ dẫn động máy. Trong cả hai trường hợp trên đều phải chọn được động cơ điện và tiến hành xác định được tỷ số truyền của các bộ truyền trong HDĐ. Trên cơ sở đó xác định được các thông số kỹ thuật cần thiết để thiết kế các chi tiết cũng như bộ phận máy (ví dụ muốn thiêt kế bánh răng, ngoài các yêu cầu như kích thước, tiếng ồn, thời gian sử dụng...thì người thiết kế cần phải biết trước: công suất truyền P; tốc độ quay n (hoặc mô men T); hiệu suất  và tỷ số truyền u của bộ truyền. 13.2.1 Khi biết trƣớc sơ đồ dẫn động máy công tác Vì sơ đồ dẫn động máy đã được xác định trước (bao gồm loại bộ truyền ngoài; loại HGT và số cấp, cũng như vị trí bố trí) nên có thể tiến hành chọn động cơ điện như sau: 8
13.2.1.1 Chọn tốc độ đồng bộ của động cơ a) Xác định tốc độ quay của trục công tác (trục tang) 60.1000 .v n ct  (13.1) .D b) Xác định tỷ số truyền chung u c n đb uc  (13.2a) n ct Trong đó nđb là tốc độ đồng bộ của động cơ điện. Hiện nay các động cơ được chế tạo với 4 loại tốc độ đồng bộ sau: 750; 1000; 1500 và 3000vg/ph c) Sơ bộ chọn trước tỷ số truyền bộ truyền ngoài: u ng và xác định tỷ số truyền hộp giảm tốc tương ứng với tốc độ đồng bộ động cơ uc uh  (13.3) u ng e) Lập bảng thống kê. Để tiện so sánh bảng thống kê cần thể hiện được: - Tốc độ đồng bộ của động cơ: nđb = 750; 1000; 1500 và 3000vg/ph. - Bộ truyền ngoài và tỷ số truyền u ng. - Loại hộp giảm tốc và tỷ số truyền hộp uh. Ghi chú: vì cho trước sơ đồ dẫn động nên loại bộ truyền ngoài và HGT đã được xác định nên bảng có dạng sau. Tốc độ đồng bộ động cơ,vg/ph 750 1000 1500 3000 Tỷ số truyền chung uc = uc = uc = uc = uc = nđb/nct Loại bộ truyền ngoài - - - - Tỷ số truyền ung ung = ung = ung = ung = Loại, số cấp HGT - - - - Tỷ số truyền uh uh= uc /ung uh= uc /ung uh= uc /ung uh= uc /ung Theo kết quả tính ở bảng trên và dựa vào bảng 13.1 (tỷ số truyền nên dùng của các bộ truyền ngoài và các loại HGT), có thể chọn được tốc độ đồng bộ động cơ hợp lý. 9
13.2.2.2 Xác định công suất yêu cầu của động cơ a) Khi cơ cấu chịu tải trọng ổn định hoặc thay đổi không đáng kể thì công suất yêu cầu đặt trên trục động cơ xác định theo công thức sau: Pct Pyc  (13.4a)  b) Khi cơ cấu chấp hành chịu tải trọng thay đổi theo qui luật như hình 13.5, thì công suất yêu cầu được tính theo công thức sau: Ptđ Pyc  (13.4b  - Pct là công suất trên trục công tác trên cơ cấu chấp hành xác định như sau: Pct = F.v/1000,KW (13.5a) - Ptđ là công suất tương đương được xác đinh như sau:  t  2 k P  k Ptđ   P .t i  P1   i  2 . i  (13.5b) i i 1  P1   t  i 1  i  Trong các công thức trên: T1 Tm v(m/s) là vận tốc của cơ cấu chấp hành. T1 F(N) là lực kéo tác dụng trên cơ cấu. T2 Pi là công suất tác dụng trong thời gian T3 tương ứng ti P1 là công suất lớn nhất tác dụng lâu dài nhất trong các công suất Pi. t tm t1 t3  là hiệu suất của HDĐ, bao gồm tổn t2 hao từ động cơ đến trục công tác xác định tck nhờ công thức sau: Hình 13.5 Sơ đồ tải trọng thay đổi k     ij với i là hiệu suất của bộ i 1 phận (hiệu suất bánh răng, hiệu suất ổ lăn…); j số bộ phận xuất hiện trong hệ dẫn động (trong vi dụ trên thì 10
 = k. h. x. ol (k là hiệu suất của khớp; h là hiệu suất của HGT: h  br ol2 ; x là hiệu suất của bộ truyền xích và ol hiệu suất của gối đỡ trục tang); Hiệu suất của bộ phận máy có thể tra ở bảng 13.2. Bảng 13.2 Hiệu suất của bộ truyền và ô Hiệu suất,  Tên gọi Được che kín Để hở Bộ truyền bánh răng trụ 0,96…0,98 0,93…0,95 Bộ truyền bánh răng côn 0,95…0,97 0,92…0,94 Bộ truyền trục vít: - Tự hãm 0,4…0,5 0,2…0,3 - Không tự hãm khi z1 = 1 0,7…0,75 z1 = 2 0,75…0,82 z1 = 3 0,85…0,92 Bộ truyền bánh ma sat 0,90…0,96 0,70…0,88 Bộ truyền đai - 0,95…0,96 Bộ truyền xích 0,95…0,97 0,90…0,93 Một cặp ổ lăn 0,99…0.995 Một cặp ổ trượt 0,98…0,99 13.2.2.3 Chọn động cơ điện Dựa vào công suất yêu cầu và tốc độ đồng bộ sơ bộ đã xác định ở trên, tra bảng PL 13.1&2 để chọn qui cách động cơ thỏa mãn điều kiện sau: Động cơ điện được chọn có công suất động cơ P đc và tốc độ đồng bộ nđb theo điều kiện sau: Pđc  Pyc (13.6) nđb  nsb Ngoài ra động cơ được chọn cần đủ mô men để khởi động theo điều kiện: Tmax Tk (13.7)  Tđm Tđm Tra bảng PL 13.1&2 xác định thông số và kích thước cơ bản của động cơ điện như sau: - Loại động cơ: (ký hiệu động cơ điện) - Pđc = …KW; nđc = …vg/ph. - Tmax/ Tđm = … > Tmax/ Tđm = … - Đƣờng kính trục động cơ dđc = …mm 11
13.2.2.4 Phân phối tỷ số truyền trong HDĐ a) Xác định chính xác tỷ số truyền chung theo công thức sau: n đc uc   u ng .u h (13.7) n ct b) Dựa vào bảng (13.1) và kết quả tính uc để chọn lại tỷ số truyền của bộ truyền ngoài và tính chính xác tỷ số truyền của hộp hoặc ngược lại và lập lại bảng : Tốc độ động cơ,vg/ph nđc = Tỷ số truyền chung u c = nđc/nct uc = Loại bộ truyền ngoài - Tỷ số truyền ung ung = Loại, số cấp HGT - Tỷ số truyền uh uh = uc /ung Ghi chú: - Tỷ số truyền của các bộ phận nên nằm trong giới hạn (bảng 13.1) - Nếu là HGT nhiều cấp thì tiến hành phân phối tỷ số truyền giữa các cấp trong hộp với nhau. - Với sơ đồ có HGT trục vít thì utv được chọn sao cho z2 = utv.z1> 28; thường chọn z1 = 2 (ví dụ hình 13.1). 13.2.2.5 Xác định thông s ố kỹ thuật trên các trục hộp giảm tốc Để có dữ liệu thiết kế các chi tiết trong HDĐ và trong HGT, cần xác định các thông số kỹ thuật (P; n và T) trên các trục của HGT. Trong bảng 13.3, lần lượt ký hiệu các trục như sau: - Trục động cơ điện - Trục I là trục vào HGT. - Trục II (với HGT một cấp thì trục II chính là trục ra) - Trục công tác (trục tang) Tiến hành xác định P i; ni và Ti với i lần lượt là các trục và lập bảng các thông số kỹ thuật như sau (trong trường hợp đang xét ở hình 13.7 do trục 12
động cơ nối với trục vào bằng khớp nối nên uđc/I = uk; còn bộ truyền ngoài là bộ truyền xích nên u ng = ux). Bảng 13.3 Thông số kỹ thuật trên các trục HGT Trục Động cơ I II Công tác Thông số uk= 1 uh = ux = Công suất P(KW) Pyc = Pct/ ← ← F.v/1000 Tốc độ quay n(vg/ph) nđc → → nct = nđc/uh.ux Mô men T(N.mm) - - - - Chú ý: - Khi xác định công suất trên các trục cần xuất phát từ công suất trục công tác tính ngược về trục động cơ theo công thức sau: Pct PII  (13.8) ct II với ct-II là hiệu suất từ trục công tác về trục II Tương tự tính được PI và Pyc (công suất yêu cầu trên trục động cơ) - Khi xác định tốc độ quay của các trục lại xuất phát từ trục động cơ và tiến hành tính tốc độ các trục theo công thức sau: n đc nI  (13.9) u đc  I với uđc-I là tỷ số truyền từ trục động cơ đên trục I. Nếu trục động cơ nối với trục vào HGT bằng khớp thì uđc-I = uk = 1; ngược lại nếu dùng bộ truyền đai thì uđc-I = uđ. - Khi đã biết được P và n ta có thể tính được mô men trên các truc theo công thức sau: P T  9,55.10 6 , Nmm (13.10) n 13
Ví dụ 13.1 Xác định các thông số kỹ thuật cho sơ đồ hệ dẫn động băng tải bố trí theo sơ đồ hình 13.6. Biết : Lực kéo trên một băng tải F = 2150N; Vận tốc di chuyển băng tải v = 1,1m/s; Đường kính tang D = 300mm và Tk / Tđm = 1,9. 4 v 3 2 D T1 1 Tk H  T1 5 t tm F tck B v D 1. §éng c¬ ®iÖn 2. Khíp nèi 3. Hép gi¶m tèc- HGT trôc vÝt 4. Bé truyÒn ngoµi- XÝch 5. B¨ng t¶i: D = ......( mm) F = .... (N) D v = ......(m/s) v Thêi gian sö dông t (giê) B F ChÕ ®é lµm viÖc: Hình 13.6 Sơ đồ HDĐ băng tải Bài giải Bƣớc 1. Chọn động cơ điện a) Tốc độ quay của trục công tác: 60.1000 .v 6.10 4 .1,1 n ct    70,06( vg / ph) .D .300 b) Xác định tỷ số truyền chung theo công thức (13.3a); Chọn sơ bộ tỷ số tuyền bộ truyền ngoài ; Tính tỷ số truyền của hộp và kết quả ở bảng dưới đây: Tốc độ đồng bộ động cơ,vg/ph 750 1000 1500 Tỷ số truyền chung 10,7 14,28 21,42 uc= nđb/nct Bộ truyền ngoài BT Xích BT Xích BT Xích Tỷ số truyền ung ux = 3 ux = 3 ux = 3 Loại, số cấp HGT HGT 1 cấp BR côn HGT 1 cấp BR côn HGT 1 cấp BR côn Tỷ số truyền uh uh= 3,56 uh= 4,76 uh= 7,1 14
Từ kết quả tính ở trên trên cho thấy không nên dùng động cơ có nđb = 1500vg/ph vì khi đó tỷ số truyền của xích và HGT bánh răng côn đều rất lớn. Như vậy chỉ còn hai phương án và chọn động cơ có tốc độ đồng bộ nđb = 1000vg/ph hợp lý hơn. c) Xác định công suất yêu cầu của động cơ Do chế độ tải trọng không đổi và một HDĐ kéo hai băng tải nên công suất yêu cầu của động cơ xác định theo công thức (13.4a) có dạng như sau: Pct P' Pct' là công suất trên một trục công tác (trục tang). Pyc   2. ct , với   Trong đó: P  2. F.v  2.(2150 ).(1,1)  4,730KW ct 1000 1000  là hiệu suất chung của hệ tính theo công thức sau:    k  br .3ol . x  (1).0,96.(0,99) 3 .0,96  0,885 Các hiệu suất thành phần: k = 1; br = 0,96; ol = 0,99; x = 0,96. Vậy công suất yêu cầu của động cơ sẽ là: P  Pct  4,73  5,34KW  0,885 yc Tra bảng PL13.1&2, với Pyc = 5,34KW và nđb = 1000vg/ph, tìm được động cơ sau: - Loại động cơ: 3K160S6 - Pđc = 5,5KW; nđc = 960vg/ph. - Tmax/ Tđm = 2,2 > Tmax/ Tđm = 2,0 - Đƣờng kính trục động cơ dđc = 38mm Bƣớc 2. Phân phối tỷ số truyền - Tỷ số truyền chung của hệ: u  n đc  960  13,702 c n lv 70,06 - Chọn ux = 3,2 do đó u  u c  13,702  4,28 h ux 3,2 (các tỷ số truyền xích và HGT đều nằm trong giới hạn nên dùng và ux < ubr). Bƣớc 3. Xác định các thông số kỹ thuật trên các trục HGT 3.1 Công suất trên các trục Pct 2,365 PII    2,488 η ct II 0,95 PII 2,488 PI  2.  2.  5,236 và Pyc  5,34 η III 0,95 3.2 Vận tốc quay các trục 15
n đc 960 nI    960 ; u đc I 1  224,29 và n CT  70,09 nI 960 n II   u BR 4,28 3.3 Mô men trên các trục Mô men trên các trục tính theo công thức (13.6) , thay số liệu vào và ta có kết quả sau: T1 = 52087Nmm; T2 = 105936Nmm; Tct = 322239Nmm. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật trên các trục HGT cho trong bảng dưới đây: Bảng 13.3a Thông số kỹ thuật trên các trục HGT Trục Động cơ I II Công tác Thông số Khớp UBR = 4,28 ux = 3,2 Công suất P(KW) Pđc = 5,5 2.2,618= 2,488 F.v/1000 = 2,365 (Pyc = 5,34) 5,236 Tốc độ quay 960 960 224,29 70,09 n(vg/ph) Mô men T(N.mm) 53128 52087 105936 322239 13.2.2 Chọn động cơ khi chƣa biết trƣớc sơ đồ dẫn động máy Vì có nhiêu chỉ tiêu và thông số ảnh hưởng khi lựa chọn sơ đồ dẫn động máy nên việc lựa chọn được một sơ đồ hợp lý là hết sức khó khăn vì vậy để minh họa cho ý tưởng trên chúng ta sẽ xem xét quá trình chọn sơ đồ dẫn động máy thông qua một ví dụ sau đây: Một cơ sở sản xuất cần vận chuyển nguyên liệu từ điểm A về nhà máy bằng hệ thống vận chuyển băng tải. Năng suất vận chuyển Q(T/giờ), tương đương với lực kéo trên băng là F = 5200N; vận tốc di chuyển của băng tải là v=1,15m/s. Tang có đường kính D=400mm. Thời hạn sử dụng t=15000giờ. Yêu cấu của cơ sở: - Tận dụng một số trang thiết bị hiện có của nhà máy như động cơ điện. Cụ thể cơ sở còn một số động cơ điện như sau: động cơ chân đế tốc độ đồng bộ là 750vg/ph và 1000vg/ph và công suất Pđc = (5,5; 7,5; 11 và 15KW) (xem thêm PL 13.1&2). - Môi trường làm việc: độ ẩm bình thường; ít bụi và có hệ thống cấp tải ổn định. - Hệ thống phải nhỏ gọn, làm việc êm và giá thành hợp lý. 16
Bài giải 1) Chọn sơ đồ dẫn động máy. Chọn sơ đồ dẫn động máy là chọn các bộ phận và vị trí bố trí trong sơ đồ, bao gồm: - Động cơ điện. - Bộ truyền ngoài: loại bộ truyền và tỷ số truyền (bộ truyền đai; bộ truyền xích hay bánh răng để hở) - HGT: loại hộp và tỷ số truyền của hộp - Khớp nối: loại khớp. Trong một số máy công tác khớp kết hợp phanh Vì vậy để chọn được phương án dẫn động máy hợp lý, cần xác định một số thông số ban đầu sau đây: a) Tốc độ quay của trục công tác (trục tang) theo công thức (13.1): 60.1000 .v n ct  .D 60.1000 .v 60000 .1,15 Trong ví dụ đang xét thì: n ct    54,93vg / ph .D .400 b) Tính tỷ số truyền chung của hệ dẫn động Tỷ số truyền chung xác định bằng công thức (13.2a): n đb uc  n ct c) Xác định tỷ số truyền bộ truyền ngoài và hộp giảm tốc - Chọn sơ bộ loại và tỷ số truyền bộ truyền ngoài: ung - Xác định tỷ số truyền hộp nhờ công thức (13.3): uc uh  u ng Ghi chú: Ở một số máy công tác không bố trí bộ truyền ngoài thì uh = uc. d) Lập bảng thống kê. Để tiện so sánh, bảng thống kê cần thể hiện được: - Tốc độ đồng bộ của động cơ (trường hợp đang xét chỉ lấy nđb = 750vg/ph và nđb = 1000vg/ph). - Có hay không có bộ truyền ngoài. Trong trường hợp này nên dùng bộ truyền ngoài là Đai hoặc Xích. 17
- Tỷ số truyền và loại hộp giảm tốc. Kết quả tính toán cho ví dụ trên được cho trong bảng sau đây Tốc độ đồng bộ động cơ nđb = 750vg/ph nđb = 1000vg/ph Tỷ số truyền chung uc = nđb/nct 13,65 18,2 Có bộ Tỷ số truyền: ung ung = 3 ung = 3 truyền Loại bộ truyền Đai hoặc Xích Đai hoặc Xích ngoài (bt Đai hoặc Tỷ số truyền: uh uh = 4,55 uh = 6,06 bt Xích). Loại HGT có thể HGT 1 cấp bánh răng HGT bánh răng trụ dùng trụ hoặc côn một cấp Không có Tỷ số truyền: uh uh = 13,65 uh = 18,2 bộ truyền Loại HGT có thể HGT bánh răng hai HGT bánh răng hai ngoài. dùng được cấp cấp hoặc HGT trục vít một cấp Từ bảng kết quả tính toán và yêu cầu thiết kế ta có nhận xét sau: - Nếu công suất truyền không lớn thì nên bố trí bộ truyền ngoài là bộ truyền đai thang hoặc bộ truyền xích. Và trong ví dụ đang xét, do làm việc trong điều kiện độ ẩm bình thường; ít bụi và tải vào ổn định nên sử dụng bộ truyền đai thang sẽ cho giá thành và ít ồn so với dùng bộ truyền xích. - Nếu sử dụng bộ đai thang ở ngoài thì hợp lý nhất là dùng HGT bánh trụ răng nghiêng một cấp có góc nghiêng lớn (vì giá thành chế tạo và lắp đặt sẽ rẻ hơn so với dùng HGT bánh răng côn). - Nếu không dùng bộ truyền ngoài thì có thể dùng HGT bánh răng trụ hai cấp; HGT bánh răng côn - trụ hai cấp hoặc HGT trục vít một cấp. Tuy nhiên trong trường hợp này không nên sử dụng phương án này. - Có thể dùng động cơ điện có nđb = 750vg/ph hoặc nđb = 1000vg/ph. Vậy ta có sơ đồ bố trí HDĐ như sau (hình 13.7). 18