Thiết kế truyền động đai thang

Phần 1
Chọn động cơ dẫn động hệ thống . Tính toán động học.
Thiết kế truyền động đai thang
I. Chọn động cơ điện:
1. Cơ sở tính toán chọn động cơ điện :
Động cơ điện gồm
- Động cơ điện 1 chiều : giá thành đắt nên ít dùng.
- Động cơ điện xoay chiều, gồm :
+ 1 pha: Hiệu suất thấp, trong công nghiệp ít dùng.
+ 3 pha: Trong công nghiệp hay dùng, gồm 2 loại :
Động cơ 3 pha không đồng bộ: gồm 2 kiểu :
+ Roto dây quấn: kích thớc lớn, vận hành phức tạp
+ Động cơ điện không đồng bộ 3 pha rô to ngắn mạch có u điểm kết cấu đơn giản dễ
bảo quản , giá thành thấp làm việc tin cậy có thể mắc trực tiếp vào dòng 3 pha không cần
biến đổi dòng điện
Ta chọn động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rô to ngắn mạch.
2.Xác định công suất cần thiết của động cơ :
P
ct
=
t
td
P


Trong đó: P
tđ
: Công suất tơng đơng
P
ct
: công suất cần thiết

t
: Hiệu suất tổng của hệ dẫn
Với T
mm
=1.4T
T
1
= T t
1
= 0.4t
T
2
= 0.8T t
2
= 0.3t
T
3
= 0.5T t
3
= 0.3t
Ta có

=
3
1
2
3
1
i
ii
lvtd
t
t
T
T
PP
= 5.4
tttt /).3,0.5,0.5,0.3,0.8,0.8,04,0.1(
++

= 4.41 KW
P
td
= 4.41 KW
Xác định hiệu suất hệ thống :

t
=
đ
.
h

Trong đó:
đ
: Hiệu suất đai

h
: Hiệu suất của hộp
Ta chọn

:
đ
= 0.95
Từ công thức :
t
=
2
o l
.
brt
.
đ
Trong đó :
o l
: Hiệu suất của ổ lăn

brt
: Hiệu suất của bánh răng
Chọn :
ol
= 0,99

brt
= 0,97

t
= 0,99
2
. 0,97 . 0,95 =0,903
P
ct
=P
td
/
t
= 4.41/0.903 = 4.88 (KW)
3. Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ :
Theo CT 2.18 :
n
sb
= n
lv
. u
t

Trong đó : n
sb
: Số vòng quay sơ bộ
n
lv
: Số vòng quay trục ra
u

t
: Tỉ số truyền toàn bộ hệ thống
mà u
t
= u
đ
. u
h

(u
đ
: Tỉ số truyền của đai )
(u
h
: Tỉ số truyền của hộp)
Tra bảng 2-4 trang 21 ta chọn : U
đ
= 1.5
U
h
= U
brt
= 2.75
U
t
= 1.5 . 2.75 = 4.125
n
sb
= n
lv

. u
t

= 350 . 4.125 = 1444 (v/ph)
Ta có : P
ct
= 4.88 (kw)
n
sb
= 1444 (v/ph)

4.1
=
T
T
mm
4.Chọn nhãn hiệu, quy cách động cơ :
- Khi chọn động cơ phải thoả mãn các điều kiện sau:
p
đc
p
ct

n
đc
n
sb

dn
kmm

T
T
T
T

Trong đó : P
đc
: công suất động cơ
P
ct
: công suất cần thiết
N
đc
: Số vòng quay động cơ
N
sb
: Số vòng quay sơ bộ
T
mm
: Mômen mở máy
T: Mômen định mức
T
k
: Mômen khởi động
T
dn
: Mômen danh nghĩa
Tra bảng P
1-1
ta chọn loại động cơ :

Kiểu
động cơ
Công suất
(KW)
Vòng quay
(v/ph)

0
0
cos
dn
k
T
T
Khối lợng
K132M4
5.5 1445 86 0,86 2 72
II .Tính toán động học :
1. Xác định tỉ số truyền tổng u
t
của toàn hệ thống
u
t
= n
đc
/n
lv
= 1445 / 350 = 4.13

Trong đó :

n
lv
: Số vòng quay làm việc của trục máy công tác.
n
dc
: Số vòng quay của động cơ đã chọn.
2. Phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền
Từ CT: u
t
= u
h
ì u
đ
u
h
= u
t
/u
đ
= 4.13 / 1.5 = 2.75
Tra dãy tiêu chuẩn (trang 99 ) Chọn u
h
= 2.8
Tính chính xác lại u
đ
U
đ
= u
t
/u

sb
= 4.13 / 2.8 = 1.475
3. Tính công suất vòng quay mômen trên các trục
a. Công suất trục I
*P
I
= P .
đ
.
ôl

= 4.88 . 0,95 . 0,99 = 4.59 (kw)
*n
I
= n
đc
/ u
đ

=1445 / 1.475 = 980 (v/ph)
*T
I
= 9,55 .10
6
. P
I
/n
I

= 9,55 . 10

6
.4.59 / 980 = 0.0447.10
6
(Nmm)
b. Công suất trục II
*P
II
= P
I
.
brt

= 4.59 . 0,97 = 4.45 (kw)
*n
II
= n
I
/u
h

= 980 / 2.8 = 350 (v/ph)
*T
II
= 9,55 . 10
6
. P
II
/n
II

= 9.55 . 10
6
. 4.45 / 350 = 0.1214.10
6
(Nmm)
Lập bảng thông số
Thông số Trục I Trục II
Công suất (P) 4.59 (kw) 4.45 (kw)
Vòng quay (n) 980 (v/ph) 350 (v/ph)
Mômen (T) 0.0447.10
6
(Nmm) 0.1214.10
6
(Nmm)
Tỷ số truyền (u) U
đ
= 1.475 U
h
= 2.8
iii - Thiết kế bộ truyền động đai hình thang
1/ Chọn đai :
Có Pct = 4.88 kw , n
I
= 980 v/ph
Theo bảng 4.1 trang 59 xét giả thiết vận tốc <25 m/s chọn loại đai loại b , đai thang thờng


Kí hiệu
bt
(mm)

b
(mm)
h
(mm)
yo
(mm)
Diện tích tiết diện
A (mm2 )
b 14 17 10.5 4.0 138
2. Xác định thông số bộ truyền
2.1. Đờng kính bánh đai nhỏ :
*Tra bảng 4 -13 ta chọn đờng kính bánh đai nhỏ d
1
= 180 (mm)
v = 3.14.d
1
.n
đc
/ (60.10
3
) = 13.612 (m/s) < 25m/s
Vậy loại tiết diện đai ta chọn thoả mãn
Đờng kính bánh đai lớn d
2
= u
đ
(1-

)d
1

=1.475.(1-0.01).180 = 262.845 (mm)
Trong đó :

hệ số trợt,

= 0.01 ữ 0.02


Chọn tiêu chuẩn theo bảng 4.21 d
2
= 280 mm
*Tính lại tỉ số truyền thực tế
u
đm
= d
2
/(1-).d
1
= 280/(1-0.01).180 = 1.571
*Sai lệch tỉ số truyền
u= (1.571-1.475)/1.475=3.5 %<4%
Thoả mãn
2.2. Xác định khoảng cách 2 trục
Tra bảng 4 -14 chọn tỉ số a/d
2
= 1.2
a = 1,2 d
2
= 1,2 . 280= 336 (mm)
Phải thoả mãn điều kiện:

0,55(d
1
+ d
2
)+ h a 2(d
1
+ d
2
)
0,55(180+280)+10.5 336 2 (180+280)
263.5 < 336 < 920
thoả mãn
2.3. Chiều dài đai L
Từ khoảng cách trục ta tính đợc chiều dài đai L
L = 2a +(d
1
+ d
2
/ 2)+(d
2
-d
1
)
2
/4a
= 2 . 336+3,14 . (180+280)/2+(280-180)
2
/4.336 = 1401 (mm)
Chọn L = 1400 (mm)
Kiểm tra tuổi thọ đai

i = v/L10
-3
= 13.621/ 1,4 = 9.73 < 10
thoả mãn
Tính khoảng cách trục a theo L = 1400(mm)
4
8
22
+
=

a
Với = L -
( )
2
21
dd
+
= 1400 - 3,14 . (180+280)/2 = 677.8
= (d
2
- d
1
)/ 2 = (280-180)/2 = 50
a = 335,17 (mm) Lấy a = 336 mm
Xác định góc ôm
1
Theo CT 4.7:

( )

a
dd
0
12
0
1
57
180

=

phải thoả mãn đk
0
1
120



( )
12017,163
336
57180280
180
0
0
1
>=

=

thoả mãn đk
3. Xác định số đai z
Theo công thức 4.16:
[ ]
( )
zul
d
ccccp
kp

0
1
=
Trong đó : P
1
= 4.59 (kw) ; K
đ
= 1,25 ; [P
0
] = 4.61
C

= 0,95 ; C
l
= 0.89 ; C
u
= 1,11
C
Z
= P

ct
/[P
0
] = 4.59/4.61 = 1.2 C
Z
= 1
ở đây : Kđ : hệ số tải trọng theo bảng 4-7 với động cơ nhóm 2 , tải trọng có dao động nhẹ
[P
o
] công suất cho phép tra bảng 4-19
C

hệ số ảnh hởng góc ôm tra bảng 4-15 với góc ôm = 163,17
0
C
l
hệ số ảnh hởng chiều dài đai tra bảng 4-16
C
u
hệ số ảnh hởng tỉ số truyền tra bảng 4-17
C
z
hệ số ảnh hởng số đai tra bảng 4-18
Z = 4.59.1,25/4.61 . 0,95 . 0.89 . 1,11 . 1 =1.28
Z = 1
4. Xác định kích thớc bánh đai
Chiều rộng bánh đai
Theo CT 4.17 : B = (Z-1)t+2 e
Tra bảng 4 -21 chọn : e = 12.5 B = 2 .12.5 = 25 (mm)
Đờng kính ngoài bánh đai, theo bảng 4 -21 có : h

0
= 4.2
da
1
= d
1
+2h
0

= 180+ 2 . 4,2= 188.4 (mm)
da
2
= d
2
+2h
0

= 280+2 . 4,2 = 288.4 (mm)

Kí hiệu tiết
diện đai
H (mm) ho (mm) t (mm) e (mm) b1 (mm)
b 16 4.2 19 12.5 17.6
5. Xác định lực tác dụng
Lực căng ban đầu trên 1 đai
Từ CT 4.19 :
v
dct
F
zvc

KP
F
+=

780
0
Mà : F
v
= q
m
v
2
Tra bảng 4 -22 có: q
m
-khối lợng 1 m chiều dài đai là 0,178
F
v
= 0,178 . (13,621)
2
= 33.024 (N)
F
o
= 383.681N
Lực tác dụng lên trục
Theo CT 4.21 : Lực tác dụng lên trục bánh đai là
F
r
= 2 F
0
z sin(

1
/2)
= 2 . 383.681 . 1sin(163.17 / 2) = 758.918 (N)
Lập bảng thông số
STT Thông số Kí hiệu Trị số Đơn vị
1 Đờng kính bánh đai nhỏ d
1
180 mm
2 Đờng kính bánh đai lớn d
2
280 mm
3 Khoảng cách trục a 336 mm
4 Góc ôm trên bánh dẫn

1
163.17
0

0
5 Chiều dài đai L 1400 mm
6 Số đai Z 1 Cái
7 Chiều rộng bánh đai B 25 mm
8 Đờng kính ngoài bánh đai nhỏ da
1
188,4 mm
9 Đờng kính ngoài bánh đai lớn da
2
288.4 mm
10 Lực hớng tâm tác dụng lên trục F
r

758.918 N
Phần 2
Tính toán thiết kế hộp giảm tốc
1 cấp bánh răng trụ
I ,Các bớc thiết kế:
1./Chon vật liệu
Vật liệu chế tạo bánh răng có 2 nhóm Nhóm 1có HB 350
Nhóm 2 có HB > 350
Vì hộp giảm tốc cần thiết kế có công suất nhỏ nên ta chon vật liệu thép nhóm 1 và độ rắn
của bánh đai lớn cao hơn độ rắn của bánh đai nhỏ 10ữ15 đơn vị
H
1
=H
2
+(10ữ15)HB
Vật liệu bánh răng chọn theo bảng 6 -1
Thông số Bánh nhỏ Bánh lớn
Nhãn hiệu Thép 45 Thép 45
Nhiệt luyện Tôi cải thiện TôI cảI thiện
Độ rắn HB 210 200
Giới hạn bền
b
(Mpa)
750 750
Giới hạn chảy
c
(Mpa)
450 450
2./Xác định ứng suất cho phép
a./ ứng suất tiếp xúc cho phép xác định theo CT 6.1a

[
h
]=
0
h
lim K
HL
/SH
theo bảng 6 -2 với thép tôi cải thiện

H
0
lim = 2HB+70 và SH= 1.1

H
0
lim
1
=2 .210+70=490 (Mpa)

H
0
lim
2
=2 . 200+70=470 (Mpa)
Hệ số tuổi thọ K
Hl
=
MH
e

NH
NH
0
Với NH
0
= 30H
HB
2.4
số chu kì ứng suất thay đổi khi thử về tiếp xúc
NH
01
= 30 . 210
2,4
= 11.23 . 10
6
NH
02
= 30 . 200
2,4
= 9.99 . 10
6
Từ CT : NH
E1
= 60 C (T
i
/T
nax
)
3
n

i
t
i
Trong đó: C -Số lần ăn khớp trong 1 vòng quay (C = 1)
n
i
- Số vòng quay trong 1 phút của bánh răng
t
i
- Tổng số giờ làm việc của bánh răng : 16000 h
NH
E 2
=
i
i
i
t
t
T
t
t
u
n

1
3
max1
1
....1.60
=60.1.16000.(1
3
.0,4+0,8
3
.0,3+0.5
3
.0,3)*980/2.8=17,5.10
7
> NH
02

do đó : KH
L2
= 1
NH
E1
>NH
E2
>NH
01

do đó : KH

L1
=1
Theo CT6.1a sơ bộ đợc tính nh sau
[
h
]=
0
h
lim . K
HL
/SH
[
h1
]=490.1/1,1=445,455 (Mpa)
[
h2
]=470 .1/1,1=427.273 (Mpa)
Vì đây là răng nghiêng 1 cấp nên theo CT 6-12
[
h
]= ([
h1
]+ [
h2
])/2
=( 445,455+ 427,273)/2 = 436.364(Mpa)
b./ ứng suất uốn cho phép
[
F
] = [

F
0
lim/SH]Y
R
Y
S
K
FC
K
FL
K
XF
Chọn sơ bộ: Y
R
Y
S
K
XF
= 1
Y
R
: Hệ số xét đến độ nhám bề mặt lợn chân răng
Y
S
: Hệ số xét đến độ nhậy của vâtl liệu đối với tập chung ứng suất
K
XF
: Hệ số xét đến kích thớc bánh răng ảnh hởng đến độ bền uốn
S
F

: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc

F
lim: ứng suất uốn cho phép ứng với chu kì cơ sở
[
R
] =
F
0
limK
FC
K
FL
/SF
Với bộ truyền quay 1 chiều K
FC
:hệ số giảm giới hạn bền mỏi uốn =1 theo bảng 6-2 thép tôi
cải thiện
Giới hạn bền mỏi uốn của răng ứng với số chu kì cơ sở

F
0
lim = 1,8HB (Mpa) ;

F
0
lim
1
= 1,8.210 = 378(Mpa)

F
0
lim
2
= 1,8.200 = 360(Mpa)
Hệ số tuổi thọ :
K
FL
=
èm
m
FE
FO
N
N

Với N
FO
= 4.10
6

Do vật liệu nhóm 1 nên m
h
= 6
Số chu kì thay đổi tơng đơng về uốn theo CT 6-7 có :
N
FE
= 60 C (T
i
/T

xax
)
6
n
i
t
i
N
FE2
= 60.1.16000. (1
6
.0,4 + 0,8
6
.0,3+ 0,5
6
.0,3).924 /2.8= 14,3.10
7
N
FE1
>N
FE2
>N
F0
K
EL
= 1
ứng suất uốn cho phép theo CT 6-2a với bộ truyền quay 1 chiều K
FC
= 1 ta đợc với S
F

= 1,75
[
F
] = [
F
0
limK
FC
K
FL
/SF]
[
F1
] = 378.1.1/1,75 = 216(Mpa)
[
F2
] = 360.1.1/1,75 = 205.714 (Mpa)
c./ ứng suất uốn cho phép khi quá tải
Theo CT 6.13 và 6.14:
ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải
[
H
]
max
= 2.8
ch
= 2,8.450 = 1260 (Mpa)
ứng suất uốn cho phép khi quá tải
[
F1

]
max
= 2.8
ch
= 0,8.210 = 462 (Mpa)
[
F2
]
max
= 2.8
ch
= 0.8ì200 = 440 (Mpa)
3./Xác định sơ bộ khoảng cách trục
Theo CT 6.15a có :
a
w
= K
a
(u+1)
[ ]
baH
HBi
u
KT

2

theo bảng 6 -6 chọn :
ba
= 0,3

Tra bảng 6 -5 với bánh răng nghiêng K
a
= 43 theo CT 6.10 :

bd
= 0,5
ba
(u+1)
= 0,5.0,3. (2.8+1) = 0,57 do đó tra bảng 6-7 k
HB
= 1,02
T
1
= 0.046.10
6
(Nmm)
a
w
= 43. (2.8+1)
3,0.8,2.36.436/02.1.10.046,0
25
3
=108,571mm
lấy a
w
= 125 (mm)
4./ Xác định các thông số ăn khớp
Theo CT 6.17: m(0.01ữ 0.02)a
w
=(1.25ữ2.5)a

w

m = 1.2ữ 2.4 theo bảng 6 -8 chọn mô đun pháp m =1.25
chọn sơ bộ = 10
0
do đó : cos = 0,985 theo (6-31)
Số răng nhỏ Z
1
= 2a
w
cos/m(u+1)
= 2.125.0,985/1,25(2.8+1) = 51,842
chọn : Z
1
= 51
Số răng bánh lớn Z
2
= uz
1
= 142
Tính lại góc nghiêng
cos = m(z
1
+z
2
)/2a
w
= 1.25(51+142)/2.125 = 0,965
= arc cos0,965 = 15,2 = 15
0

2

5./Kiểm nghiêm độ bền tiếp xúc
Theo bảng 6 -33 ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc

( )
2
1
1
12
ww
H
HMH
udb
ukT
zzz
+
=


Theo bảng 6 -5 : Z
M
= 274 Mpa
Theo bảng 6 -35: tg
b
= cos
t
tg

tw

=
t
= arc tg(tg20/0.965)=20,665
tg
b
= cos20,665 tg15,2=0,254

b
= 14,263
0
theo CT 6.34
Z
H
=
)665,20.2sin(/969,0.2
=1.713
Theo CT 6.37 : = bw . sin/m
Trong đó:
bw - là chiều rộng vành răng bw =
ba
a
w
bw = 0,3.125 = 37,5 (mm)
= 37,5sin(15,2/3,14.1.25) = 2,504
Theo CT 6.36c Z =


1
Theo CT 6.38b

= [1,88 -3,2. (1/Z
1
+1/Z
2
)]cos
= [1,88 -3,2. (1/51+1/142)]0,965 = 1,797
Z =
797.1/1
=0,746
Đờng kính vòng lăn bánh nhỏ
dw
1
= 2a
w
/(u
m
+1)
= 2.125/4 = 65,789
Theo CT 6.40 : v=3,14.d
w1
.n
1
/60000=3,18 < 5(m/s)
Với V = 3,18 (m/s) theo bảng 6 -13 ta dùng cấp chính xác 9.
Theo bảng 6-14 ta dùng cấp chính xác 9 và V< 5 m/s k
H

= 1,16 theo CT 6-42
V
H

=
H
g
0
v
ua
w
/
=0,002.73.3,18.
8.2/125
=3,1(m/s)
Trong đó theo bảng 6-15 :
H
= 0,002
Trong đó theo bảng 6-16 : g
0
= 73
Do đó theo 6-41 : K
HV
= 1 +V
H
.b
w
.d
w1
/2.T
1
.K
H
.K

Hb
= 1,07
Theo CT 6.39 : k
H
= k
H

k
H

k
HV
= 1,02.1,16.1,7 = 1,27
Thay các trị số trên vào CT 6.33 có :

( )
2
1
1
12
bwudw
ukT
H
+
=




=351,6

*Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép
Theo CT 6.1 ta có:
V<5 m /s nên Z
V
=1 ; Z
R
= 0.95 ; k

H
= 1
[
H
*
]=[
H
]Z
V
Z
R
k

H

= 436,36.1.0,95.1= 414,542 (Mpa)
Vậy đủ sức bền tiếp xúc
6./Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn
Theo CT 6.34 :
F1
=
mbwdw

T
FF
1
11
2