Báo cáo khoa học: "Thiết kế đai đồng thời thoả mãn hai chỉ tiêu Khả năng kéo và độ bền lâu" pps

Thiết kế đai đồng thời thoả mãn hai chỉ tiêu
Khả năng kéo v độ bền lâu


TS. Trơng tất đích
Bộ môn Thiết kế máy
Khoa Cơ khí - Trờng ĐH GTVT

Tóm tắt: Bi báo ny trình by phơng pháp thiết kế đai đồng thời thỏa mãn cả hai chỉ
tiêu khả năng kéo v độ bền lâu áp dụng cho đai theo tiêu chuẩn SAE, TCVN, GOST.
Summary: This paper describes method design of the belt in common of the adaptation
about tension and service lìfe, his aplication for belt of their standards SAE, TCVN, GOST.

1. đặt vấn đề
Ngời ta đã thiết kế đai theo khả năng
kéo va độ bền lâu một cách độc lập áp dụng
đối với đai theo TCVN và GOST. Nhợc điểm
của phơng pháp này là số liệu dùng cho tính
toán tuổi thọ quá ít vì vậy không tính đợc tuổi
thọ mà chỉ hạn chế số vòng quay trong một
giây. Mặt khác trớc đây các số liệu thực
nghiệm về đai cũng chỉ có đối với đai theo các
tiêu chuẩn GOST và TCVN. Hiện nay trong
tiến trình hội nhập quốc tế đòi hỏi phải thiết kế
tính toán đai không chỉ theo TCVN mà còn đối
với tiêu chuẩn SAE về đai của Mỹ, úc Bài
báo này muốn đóng góp một số ý kiến để giải
quyết vấn đề đó trên cơ sở của phơng pháp
thiết kế đai đồng thời thoả mãn cả hai chỉ tiêu
khả năng kéo và độ bần lâu.
ii. Phơng pháp tính đai độc lập với

hai chỉ tiêu khả năng kéo v độ bền
lâu
Để thấy rõ sự khác nhau cơ bản giữa hai
phơng pháp kể trên, ta nêu lại sơ lợc
phơng pháp thiết kế đai theo từng chỉ tiêu
độc lập.
1. Tính đai theo khả năng kéo
Phơng pháp này dựa trên cơ sở đờng
cong trợt và đờng cong hiệu suất để xác
định khả năng tải của bộ truyền đai.
Ví dụ: Tính toán đai dẹt.
ứng suất có ích cho phép thực tế đợc
tính theo công thức:
[
]
[
]
bvt0pp
C.C.C.C.


=

(1)
Diện tích tiết diện của đai đủ khả năng
kéo không bị trợt trơn là:
[]
p
t
F

.bA

=
(2)
trong đó:
b: chiều rộng; : chiều dày đai.
[
]
0p

: Trị số ứng suất có ích cho phép
của đai dẹt.
C
t
: Hệ số xét đến ảnh hởng của chế độ
tải trọng.
C

: Hệ số xét đến ảnh hởng của góc
ôm.
C
v
: Hệ số xét đến ảnh hởng của vận tốc
đai.
C
b
: Hệ số xét đến ảnh hởng của việc bố
trí bộ truyền.

Các trị số của

[
]
0p

và các hệ số tra ở [4].
2. Tính đai theo độ bền lâu
Khi đai làm việc ứng suất sinh ra trong
mỗi tiết diện thay đổi tuỳ theo vị trí của nó đối
với bánh đai, ứng suất lớn nhất khi vào bánh
nhỏ có trị số lớn nhất ( ). Sự thay đổi ứng
suất và số chu kỳ làm việc làm cho đai
bị hỏng do mỏi.
max

max

Phơng trình tuổi thọ của đai với tỷ số
truyền i = 1, tải trọng ổn định có dạng nh
sau:
0
m
0N
1
m
N.T.x.U.3600. = (3)
trong đó:
: là ứng suất lớn nhất trong đai.
U = V/L: số vòng chạy của đai trong một
giây.
x: số bánh đai.

T
1
: tuổi thọ của đai tính theo giờ.
N
0
= 10
7
: số chu kỳ cơ sở
Từ đó tính ra tuổi thọ của đai theo
phơng trình (3).
Tuy vậy, do không đủ hoặc quá ít số liệu
thực nghiệm ngời ta cha tính đợc T
1
mà chỉ
bạn chế số vòng quay trong một giây.
max
U
L
V
U =
(4)
Với U
max
= 3 ữ 5 với đai dẹt có vận tốc
sm30V
.
L: chiều dài đai
iii. Thiết kế đai đồng thời thoả mãn
cả hai chỉ tiêu khả năng kéo v độ
bền lâu áp dụng cho các tiêu

chuẩn SAE, TCVN, GOST về đai
1. Thiết kế đai với hai chỉ tiêu khả
năng kéo và độ bền lâu
Theo chỉ tiêu về khả năng kéo ta có điều
kiện:
00t
2



(5)
trong đó:
0

: hệ số kéo.

:
0

ứng suất căng ban đầu.
Theo chỉ tiêu về độ bền lâu để cho đai
không bị hỏng do mỏi ta có điều kiện:
m/1
C
max
N
C

(6)
trong đó:

m: số mũ lấy tuỳ thuộc vào loại đai.
C: hệ số lấy nh sau: đai thang C = 60 70 Mpa;
đai dẹt C = 90 100 Mpa.
:
max

ứng suất lớn nhất trên bánh dẫn
khi đai vào bánh nhỏ, đợc xác định theo
công thức:
uVtmax
1
++


=
(7)
trong đó:

=
f
e
với e là cơ số loga tự nhiên; f,
là hệ số ma sát và góc ôm.
V

: ứng suất do lực ly tâm gây ra đợc
tính theo:

2
mV

V.=
với
m

là khối lợng riêng của đai; V là
vận tốc đai.
:
1u

ứng suất uốn khi vào bánh đai nhỏ.
:
t

ứng suất có ích với F
t
là lực vòng, A
là diện tích tiết diện đai.
Kết hợp các hệ thức (6) và (7) ta có điều
kiện:

1uV
m/1
C
t
N
C1
(8)

trong đó:
:N
C
số chu kỳ làm việc đến hỏng.
(
)
hbC
t
L
V
.3600N =
(9)
:t
h
số giờ làm việc đến hỏng.
:
b

số bánh đai có cùng đờng kính.
Bằng thực nghiệm xác định ứng xuất có
ích cho phép

[
]
t

sao cho thảo mãn đồng thời
các điều kiện (5) và (8) ta sẽ đạt đợc cách
tính đai đồng thời thoả mãn cả hai chỉ tiêu khả
năng kéo và độ bền lâu. Điều kiện đó đợc
viết dới dạng:
[]
t
t
t
A
F
=
(10)
Với
[
]
t

đợc xác định nh sau, đối với
đai dẹt:
[]
[]
d
Vb0t
t
K

C.C.C.


=
(11)
trong đó:
[
]
Vb0t
C;C;C;


đã trình bày ở (1).
K
đ
: hệ số tải trọng động tra theo bảng P.1

2. áp dụng phơng pháp tính đai đồng
thời thoả mn hai chỉ tiêu khả năng kéo và
độ bền lâu đối với các loại đai theo tiêu
chuẩn GOST, TCVN và SAE
Đối với đai theo tiêu chuẩn GOST va
TCVN - đợc tính theo (10).
Đối với đai theo tiêu chuẩn SAE của Mỹ,
úc cần chú ý mấy điểm sau đây:
a. Về cấu tạo của đai theo tiêu chuẩn
SAE
Ta lấy đai thang để xét, thì đai thang có 4
loại: loại nặng, loại hẹp, loại nhẹ, và loại đai
dùng cho thiết bị tự động. Mỗi đai đều đợc

ghi hai ký hiệu: một theo hệ Anh, một theo hệ
mét. Mỗi loại lại có các kiểu khác nhau, ví dụ
đai thang loại nặng có 5 kiểu đợc ghi theo
hai hệ:
Hệ Anh: A B C D E
Hệ mét: 13C 16C 12C 32C
Hình H.1 trình bày các loại đai thang: loại
nặng H.1a, đai thang loại hẹp H.1b.
Bảng P.1
Hệ số tải trọng động K
đ
Đặc tính tải trọng Loại máy K
đ
Tải trọng tĩnh. Tải trọng mở máy
đến 120% so với tải trọng danh
nghĩa.
Máy phát điện, quạt, máy nén và máy bơm ly
tâm; máy cắt gọt liên tục; băng tải.
1,0
Tải trọng làm việc có dao động
nhỏ. Tải trọng mở máy đến 150%
so với tải trọng danh nghĩa.
Máy bơm và máy nén khí kiểu píttông có ba xy
lanh trở lên; xích tải, máy phay, máy tiên
rơvônve.
1,1
Tải trọng làm việc có dao động lớn.
Tải trọng mở máy đến 220% so với
tải trọng danh nghĩa.
Thiết bị dẫn động quay hai chiều; máy bơm và

máy nén khí kiểu một hoặc hai píttông; máy bào
và máy xọc; vít vận chuyển và máng cào; máng
ép vít và máy ép lệch tâm có vô lăng nặng.
1,25
Tải trọng có va đập và thay đổi
nhiều. Tải trọng mở máy đến 300%
so với tải trọng danh nghĩa.
Máy cắt tấm, búa máy, máy nghiền; thang máy;
máy xúc, máy ép kiểu vít và máy ép lệch tâm có
vô lăng nhẹ.
1,5 ữ 1,6
Chú thích: 1. Đối với độn
g
cơ có mômen mở má
y
lớn, đốn
g
mở nhiều lần, các tr
ị
số tron
g
bản
g

đợc tăng thêm 0,15.
2. Các trị số trong bảng dùng cho chế độ làm việc 1 ca; nếu làm việc 2 ca cần tăng
thêm 0,15 và nếu làm việc 3 ca cần tăng thêm 0,35.


21/32"

7/16"
11/4"
3/4"
11/4"
11/2"
1"
1/2"
11/32"
3/4"
A
13C 16C
B
22C
C
32C
D
E
Hình 1a
3/8 in
5/16 in
5/8 in
17/32 in
1 in
7/8 in
9N
3V
15N
5V
25N
8V

Hình 1b
b. Tính đai theo tiêu chuẩn SAE
Ngời ta cũng kết hợp hai chỉ tiêu trên để
tính đai theo tiêu chuẩn SAE. Công suất cần
truyền tính theo công thức:
(
)
000.33
V.FF
H
21

=
(13)
Công suất cho phép đợc xác định theo
công thức:
16500
V.F.C.C
H
Vp
= (14)
trong đó:
F
1
, F
2
: lực kéo trên nhánh dẫn và nhánh
bị dẫn.
p

C
: hệ số hiệu chỉnh bằng puli.
V
C : hệ số điều chỉnh tốc độ.

F
: sức căng đai cho phép.
V : vận tốc của đai.
s
K
: hệ số điều kiện phục vụ.
Các số liệu đi theo công thức (12) và (13)
tra trong tài liệu [1].
iv. Kết luận
Thiết kế đai đồng thời thoả mãn cả hai
chỉ tiêu khả năng kéo và độ bền lâu hợp lý
hơn thiết kế đai theo khả năng kéo và hạn chế
số vòng quay trong một giây. Do đó thiết hế
đai đồng thời thoả mãn hai chỉ tiêu phải đợc
thay thế cho cách tính độc lập với hai chỉ tiêu
khẳ năng kéo và độ bền lâu.
Do kết quả thực nghiệm về đai theo tiêu
chuẩn GOST và TCVN khác với đai theo tiêu
chuẩn SAE nên thiết kế đai theo GOST và
TCCN theo điều kiện (10); đai theo tiêu chuẩn
SAE phải tính theo công thức (13).

Tài liệu tham khảo
[1]. Joseph Edward Shigley, Charles R. Mischke.
Mechanical Engineering Design, Megran Hill book

Company ,1989.
[2]. Robert matt PE. Machine Elemenis in
mechanical design, 1992.
[3]. Trơng Tất Đích. Chi tiết máy. NXB Giao thông
Vận tải, 1999.
[4]. Nguyễn Trọng Hiệp. Chi tiết máy. NXB Giáo
dục, 1999.
[5]. Trơng Tất Đích. Xác định tuổi thọ của một số
chi tiết xe vận tải trong xây dựng ở Việt Nam. Tạp
chí Khoa học và Công nghệ, 1992Ă