BTL chi tiết máy đề 6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY

BÀI TẬP LỚN
CHI TIẾT MÁY
Sinh viên thực hiện:

MSSV:

ĐỀ TÀI
Đề số 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN
Phương án số: 1

Hệ thống dẫn động thùng trộn gồm:
1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc
trục vis-bánh vis một cấp; 4- Nối trục đàn hồi; 5- thùng trộn.
Số liệu thiết kế:
Cơng suất trên trục thùng trộn.

Plv = 3

Số vịng quay trên trục thùng trộn.

(KW) :

nlv = 22

(v/p) :

Thời gian phục vụ. 7(năm) :
Quay một chiều. làm việc hai ca. tải va đập nhẹ.
(1 năm làm việc 300 ngày. 1 ca làm việc 8 giờ)
Yêu cầu:
1. Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền động.
2. Tính tốn thiết kế các chi tiết máy:
a. Tính tốn các bộ truyền hở (đai hoặc xích).
b. Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng. trục vít).
c. Tính tốn thiết kế trục và then.
d. Chọn ổ lăn và nối trục.


Phần I:
Xác định công suất động cơ và phân bố tỷ số truyền cho hệ thống truyền động
I.Chọn động cơ
- Hiệu suất toàn bộ hệ thống:

η = ηol 3 .η k .ηtv .η d
Trong đó hiệu suất các bộ truyền ta chọn từ bảng 3.3 tài liệu [1]

ηol = 0.99

: Hiệu suất ổ lăn

η k = 0, 99
ηd = 0.95

ηtv = 0.75

: Hiệu suất khớp nối

: Hiệu suất bộ truyền đai
: HIệu suất bộ truyền trục vít một cấp

⇒ η = 0.994.0, 95.0, 75 = 0, 684
-Công suất mất mát:

1
1
Pmm = ( − 1).Plv = (
− 1).3 = 1,39( kW )
η
0.684
-Công suất cần thiết:

Pct = Plv + Pmm = 3 + 1,39 = 4,39( kW )
-Tỷ số truyền hệ thống:

u = udt .utv


Chọn tỉ số truyền các bộ truyền theo bảng 3.2 trong tài liệu [1]:

udt = 2
utv = 30

: Tỷ số truyền bộ truyền đai thang
: Tỷ số truyền trục vít hộp giảm tốc 1 cấp

⇒ u = 2.30 = 60

-Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

nsb = nlv .u = 22.60 = 1320

(vịng/phút)

Dựa vào các thơng số đã tính được bao gồm

Pct

=4,39 kW và

nsb

=1320 vòng/

phút và tài liệu [2], ta có thể chọn được động cơ điện khơng đồng bộ 3 pha loại
3k132S4 có

Pdc = 5.5

kW,

ndc = 1445

vịng/phút do nhà máy chế tạo động cơ

điện Việt Nam- Hungary chế tạo.
II. Phân phối tỉ số truyền

uc =
Tính lại tỷ số truyền chung:

ndc 1445
=
= 65, 67
nlv
22

Phân phối lại tỉ số truyền cho bộ truyền trong:

udt = 2 ⇒ utv =
Chọn

uc 65, 67
=
= 32,84
ud
2

Số vòng quay trên các trục:
n1 =

ndc 1445
=
= 722,5
udt
2

( vòng/phút)

n1 722,5
=
= 22
utv 32,84

n2 =

(vịng/phút)

Cơng suất trên các trục:
PII =

PI =

Plv
3
=
= 3, 06
ηol .ηk 0,99.0,99

(kW)

PII
3, 06
=
= 4,12
ηol .ηtv 0,99.0, 75

Pdc =

(kW)

PI
4,12
=
= 4,38
ηol .η d 0,99.0,95

(kW)

Momen xoắn trên các trục:
Tdc = 9,55.106.
TI = 9,55.106.

Pdc
4,38
= 9,55.106.
= 28947, 4( Nmm)
ndc
1445

PI
4,12
= 9,55.106.
= 54458,13( Nmm)
nI
722, 5

TII = 9,55.106.

PII
3, 06
= 9,55.106.
= 1328318( Nmm)
nII
22

Tlv = 9,55.106.

Plv
3
= 9,55.106. = 1302272( Nmm)
nlv
22

Trục
Thơng số
Tỷ số truyền u
Vận tốc quay
n(vịng/phút)
Cơng suất p(kW)
Momen xoắn
T(N.mm)

Trục động cơ

udt = 3
1445

4,38
28947,4

Trục I

utv = 32,84
722,5
4,12
54458,13

Trục II

Trục làm
việc

uk = 0,99
22

22

3,06
1328318

3
1302272,73



Phần II
Tính tốn thiết kế bộ truyền đai thang

I.Các thơng số đã biết:
- Cơng suất: 4,38kW
- TỈ số truyền :

µ=2

- Số vòng quay: n=1445 vòng/phút
- Momen xoắn: T= 28947,4 Nmm
II. Tính tốn thiết kế:
1.

Chọn loại đai

Từ các thơng số đã biết gồm P=4,38 kW và n=1445 vịng/phút, theo hình 4.22 tài
liệu [1], ta chọn đai A với các thông số tra được từ bảng 4.3 tài liệu [1]

bp = 11mm, b0 = 13mm, h = 8mm, y0 = 2,8mm,
A = 81mm 2 , L = 560 ÷ 4000mm, T1 = 11 ÷ 70, d min = 100 ÷ 200mm
2.

Đường kính bánh dẫn

d1 = 1, 2d min = 1, 2.100 = 120mm

Theo tiêu chuẩn ta chọn
3.

v1 =

d1 = 125mm

Vận tốc vòng bánh dẫn:

π d1.n1 π .125.1445
=
= 9, 458m / s < [v] = 25m / s
60000
60000

Ta chấp nhận
4.

d1 = 125mm

Đường kính bánh bị dẫn


Tải va đập nhẹ nên ta chọn hệ số trượt tương đối
ξ = 0, 01
d 2 = u.d1.(1 − ξ ) = 2.125.(1 − 0, 01) = 247,5mm

Theo tiêu chuẩn, ta chọn
u=

Tính chính xác lại u:
5.

d 2 = 250mm
d2
250

=
= 2, 02
d1.(1 − ξ ) 125(1 − 0, 01)

Chọn khoảng cách trục a sơ bộ theo điều kiện:

2( d1 + d 2 ) ≥ a ≥ 0,55( d1 + d 2 ) + h
2(125 + 250) ≥ a ≥ 0,55.(125 + 250) + 8
750 ≥ a ≥ 214, 25

Chọn sơ bộ mm
6.

Chiều dài tính tốn của đai
π ( d1 + d 2 ) ( d 2 − d1 )
π ( 250 + 125 ) ( 250 − 125 )
+
= 2.300 +
+
= 1215, 09
2
4a
2
4.300
2

L = 2a +

2

Theo tiêu chuẩn ta chọn L=1400mm
7.

Tính chính xác lại khoảng cách trục a

π ( d1 + d 2 )
π ( 250 + 125 )
K + K 2 − 8∆ 2
,K = L−
= 1400 −
= 811
4
2
2
d − d 250 − 125
∆= 2 1 =
= 62.5
2
2
a=

a=

Vậy

811 + 8112 − 8.62,52
= 400mm
4

Giá trị a vẫn nằm trong khoảng cho phép

8.

Góc ơm đai

α1 = 180 − 57

( d 2 − d1 )
a

= 180 − 57

( 250 − 125)
400

= 162.188°

>

α min = 120°


i=



a,d1,d2 thỏa điều kiện cho phép

9.

Số vòng chạy của đai trong một giây

V 9.458
=
= 6.756 s −1
L
1.4
10.

Z=

<

[ i ] = 10 s −1

thỏa điều kiện

Số dây đai

P1
[ P0 ] .Cα .Cu .CL .C z .Cr .Cv

Trong đó: P1=4.38kW,

[ P0 ] = 3, 2kW

đồ thị hình 4.21 tài liệu

[ I]

Hệ số ảnh hưởng của góc ơm đai:

, từ Lo=1700mm, V=9.458m/s, d1=125mm tra

Cα = 1, 24. ( 1 − e −α1 110 ) = 1, 24. ( 1 − e −162.188 110 ) = 0,956

Hệ số xét ảnh hưởng của tỷ số truyền u theo bảng 4.8 tài liệu
CL =

Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài L:

6

[ I]

Cu=1,125

L 6 1400
=
= 0.9682
L0
1700

Hệ số xét ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trong giữa các dây đai:
Chọn sơ bộ Cz=0.9 do chưa biết số dây đai
Tải va đập nhẹ, chọn Cr=0.8
Hệ số xét ảnh hưởng của vận tốc:
Z≥

=>

CV = 1 − 0.05(0.01v 2 − 1) = 1 − 0.05(0.01*9.46 2 − 1) = 1.005

4,38
= 1,82
3, 2.0,956.1,125.0,9682.0,9.0,8.1, 005

Chọn Z=2 đai
11.

Chiều rộng các bánh đai và đường kính ngồi các bánh đai:

-Chiều rộng bánh đai:


B = ( z − 1)t + 2s

Với : số đai z=2
Theo bảng 4.4 tài liệu [1] ta có t=16, s=10
B=( 2-1).16+2.10=36mm
-Đường kính ngồi bánh đai: (

h0 = 3,3mm

)

d a = d1 + 2h0 = 125 + 2.3,3 = 131, 6mm
12.

Lực tác dụng lên các trục

Lực căng đai ban đầu:
F0 = σ 0 .z. A = 1,5.2.81 = 243 N

( đai thang nên

σ 0 = 1,5MPa

)

Lực tác dụng lên trục:
Fr = 2 F0 sin(

α1
162,188
) = 2.243.sin(
) = 480,14 N
2
2

13.

Ứng suất lớn nhất trong dây đai và tuổi thọ đai:

-

Lực căng mỗi dây đai:

F0 243
=
= 121,5 N

z
2

Lực vịng có ích:

-

Ft =

1000 P1 1000.4,38
=
= 463 N
v1
9, 458

Lực vòng trên mỗi đai:

Ft 463
=
= 231,5 N
z
2

Ứng suất lớn nhất trong dây đai:
α max =

F0 Ft
2y
243 231,5
2.2,8

+
+ ρ v 2 .10−6 0 E =
+
+ 1200.9, 4582.10−6 +
.100 = 4,91MPa
A 2A
d1
81
2.81
125


Tuổi thọ của đai:

-

m

8
 σr 
9 

7
7

÷ .10
 4,91 ÷ .10
σ

Lh =  max 

= 
= 26197,9
2.3600.i
2.3600.6, 756

14.

giờ

Thông số bộ truyền đai thang

4,38
Z
2

1445

243

480,14

162,118

2,02

125

250

400

1400

36

Phần 3: Tính tốn bộ truyền trục vít
I.Các thông số đã biết
- Tỷ số truyền:

u = 32,84

- Số vịng quay trục vít:

n1 = 722,5

- Số vịng quay bánh vít:
- Momen xoắn:

n2 = 22

T2 = 1328318

- Thời gian làm việc:

vòng /phút

vòng/ phút

Nmm

Lh = 7.300.2.8 = 33600

giờ

- Quay 1 chiều, làm 2 ca, tải va đập nhẹ
II. Tính tốn thiết kế
Dự đốn vận tốc trượt theo cơng thức 7.8

1.

vs ≈

Với

(3, 7 ÷ 4, 6).n1 3
(3, 7 ÷ 4, 6).722,5 3
. T2 =
. 1328318 = (2,94 ÷ 3, 65) ≈ 3
5
10
105

vs = 3

m/s, ta chọn cấp chính xác 8 ( theo bảng 7.4)

m/s


Với

vs ≤ 5

m/s ta chọn đồng thanh thiếc BCuAl10Fe4Ni4, được đúc trong khuôn
σ ch = 400

σ ch = 600

kim loại với
Mpa,
Mpa ( bảng 7.8). Chọn vật liệu cho trục vít là
thép 38CrMnNi, được tôi với độ rắn HRC >45, sau đó được mài và đánh bóng ren
vít.
2.

Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh vít

[σ H ] = (276 ÷ 300) − 25vs = 276 ÷ 300) − 25.3 = (201 ÷ 225) ≈ 220
3.

Ứng suất uốn cho phép

[σ F ] = (0, 25.σ Ch + 0, 08.σ b ). 9

Trong đó:

N FE

N FE = 60.∑ (

4.

106
106
= (0, 25.400 + 0, 08.600). 9
= 97,112
N FE
44352000

MPa

là số chu kỳ làm việc tương đương, xác định theo công thức (7.29)

T2i 9
) .ni .ti = 60.22.33600 = 44352000
T2

chu kỳ

Với tỉ số truyền u=32,84, ta chọn mối ren
z2 = 32,84.1 = 32,84

. Chọn

z2 = 32

Tính chính xác tỷ số truyền
Chọn hệ số đường kính
5.

MPa

Chọn sơ bộ

η

z1 = 1

(mục 7.3).Số răng bánh vít

răng

32
u=
= 32
1

q ≈ 0, 26 z2 = 0, 26.32 = 8,32

, chọn q=8.

theo công thức(7.11)

u
32
η = 0,9.(1 −
) = 0,9.(1 −
) = 0, 756
200
200

6.

Tính khoảng cách trục theo độ bền tiếp xúc theo công thức (7.42a)
aw = (1 +

q
170 2 T2 .K H
8
170 2 1328318.1, 4
). 3 (
).
= (1 + ). 3 (
).
= 205, 47 mm
z2
[σ H ] (q / z2 )
32
220
(8 / 32)

Trong đó hệ số tải trọng tính

K H = K v .K β

với

Kβ = 1

và

K v = 1, 4

mm

( bảng 7.6)


Tính mơ đun:
m=
7.

2aw
2.205, 47
=
= 10, 274
z2 + q
32 + 8

, theo tiêu chuẩn ta chọn m=10
Xác định các kích thước của bộ truyền
Thơng số hình học

Cơng thức
Trục vít

Đường kính vịng chia

d1 = m.q = 10.8 = 80mm

Đường kính vịng đỉnh

d a1 = d1 + 2m = 80 + 2.10 = 100mm

Đường kính vịng đáy

d f 1 = d1 − 2, 4m = 80 − 2, 4.10 = 56mm

Góc xoắn ốc vít

γ = arctan

Chiều dài phần cắt ren trục
vít

b1 ≥ (c1 + c2 .z2 ).m = (11 + 0, 06.32).10 = 129, 2mm

z1
= 7,13o
q

Bánh vít

8.

Đường kính vịng chia

d 2 = m.z2 = 10.32 = 320mm

Đường kính vịng đỉnh

d a 2 = m.( z2 + 2) = 10(32 + 2) = 340mm

Đường kính vịng đáy

d f 2 = m.( z2 − 2, 4) = 296mm

Khoảng cách trục

aw = 0,5m( q + z2 ) = 0,5.10.(8 + 32) = 200mm

Đường kính lớn nhất bánh
vít

d aM 2 ≤ d a 2 +

Chiều rộng bánh vít

b2 ≤ 0, 75d a1 = 0, 75.100 = 75mm

6m
6.10
= 340 +
= 360mm
z1 + 2
1+ 2

Vận tốc trượt xác định theo công thức (7.7)
vs =

m.n1

10.722,5 2 2
. z12 + q 2 =
. 1 + 8 = 3, 045m / s
19100
19100

Hệ số tải trọng tính theo bảng 7.6,

K v = 1, 4, K β = 1

η

Hiệu suất theo công thức ( 7.9)
η = 0,95

tan γ
tan 7.13
= 0,95.
= 0, 753
tan(γ + p ')
tan(7,13 + 1,84)


p ' = arctan f ' = arctan(

0, 048
0, 048
) = arctan(
) = 1,84o
0,36

36
vs
3, 045

9.

Góc ma sát thay thế
Tính lại ứng suất tiếp xúc cho phép:

10.

Xác định số răng tương đương bánh vít

[σ H ] = (276 ÷ 300) − 25.3, 045 ≈ (199,88 ÷ 223,88)

zv 2 =

z2
32
=
= 32,75
3
3
cos γ cos (7,13)
YF 2 = 1, 71

Chọn hệ số
theo bảng (7.10)
Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít theo cơng thức (7.43)
σF =

11.

1, 2T2 .103.YF .K F .K v 1, 2.1328,318.103.1, 71.1.1, 4
=
= 15,89 < [σ F ] = 97,112 MPa
d 2 .b2 .m
320.75.10

Tính tốn nhiệt theo cơng thức (7.47)
tl = t 0 +

12.

1000 P1 (1 − η )
1000.3, 06.(1 − 0, 753)
= 30 +
= 58, 03o < [t1 ] = 95o
1,7
KT . A(1 +ψ )
16.20.0, 2 (1 + 0, 3)

Nhiệt độ này nằm trong phạm vi cho phép.
Giá trị các lực theo công thức (7.13-7.17).
Ft 2 = Fα 1 =

2T2 .103 2.1328,318.103
=
= 8301,99 N
d2
320

Ft1 = Fα 2 =

2T1.103 5445813
=
= 8301.99 N
d1
80

Fr1 = Fr 2 = Ft 2 .tan α = 8301,99.tan 20 = 3021, 68 N

Kiểm tra độ bền uốn của trục, theo bảng 7.11, chọn
σF =

Với

32 M td .103 32. 441,392 + 0, 75.(54458,13.10 −3 ) 2 .103
=
= 25, 75MPa ≤ [σ F ] = 80 MPa
π .d 3f 1
π .563

M td = M F2 + 0, 75.T12 = 441,392 + 0, 75.(54458,13.10 −3 ) 2

M F = 10−3. (

Ft1.l 2 Fr1.l Fα 1.d1 2
680, 73.320 2 3021, 68.320 8301,99.80 2
) +(
+

) = 10−3. (
) +(
+
)
4
4
4
4
4
4

= 441,39 N
13.

[σ F ] = 80 MPa

Kiểm tra độ cứng của trục vít


L3 . Fr21 + Ft12 3203 3021, 682 + 680, 732
f =
=
= 0, 023 < [ f ] = (0,1 ÷ 0, 005) mm
48.E.I e
48.1, 27.105.719814, 28
(0,375 +
Ie =

0, 625.dα 1
).π .d 4f 1

d f1
64

Phần 4: Tính tốn

=

(0,375 +

0, 625.100
).π .56 4
5664
= 719814, 28mm
64