Thiết kế thuyền vận hành bằng gió dùng cho đồng bằng sông cửu long

MỤC LỤC :
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU – PHƯƠNG ÁN ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu về đề tài
1.2 Phương án thực hiện
1.3 Yêu cầu đề tài
1.4 Nhiệm vụ
CHƯƠNG 2 : XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CHỌN ĐỘNG CƠ NỔ
2.1 Mô tả
2.2 Công suất cần thiết để thuyền bay di chuyển
2.2.1 Công suất cực đại
2.2.2 Công suất tối thiểu
2.3 Chọn động cơ nổ
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ QUẠT
3.1 Lý thuyết thiết kế quạt
3.1.1 Lý thuyết động lượng cơ bản
3.1.2 Lý thuyết xoáy
3.1.3 Lý thuyết phân tử cánh
3.2 Các thông số cơ bản của quạt
3.2.1 Số vòng quay của quạt
3.2.2 Lưu lượng quạt
3.2.3 Các thông số khác
3.2.4 Tính sức bền cánh quạt
3.2.5 Khối lượng quạt
3.3 Độ ồn của quạt
3.3.1 Ồn khí động
3.3.2 Ồn cơ học
CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ ĐAI
4.1 Giới thiệu – Mục đích
4.1.1 Phân loại ưu nhược điểm
4.1.2 Chọn loại đai
4.2 Xác đònh các thông số bộ truyền đai

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN TRỤC – Ổ LĂN
5.1 Yêu cầu – Mục đích
5.2 Xác đònh các lực tác dụng lên trục
5.2.1 Tính sơ bộ trục
5.2.2 Xác đònh các lực tác dụng lên trục – Biểu đồ momen
5.2.3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi
5.3 Xác đònh ổ lăn
5.3.1 Lựa chọn
5.3.2 Tính toán ổ lăn


CHƯƠNG 6 : THIẾT KẾ KHUNG THUYỀN
6.1 Mô tả
6.2 Diện tích đáy thuyền bay
6.3 Khảo sát sự nổi của thuyền bay
CHƯƠNG 7 : THIẾT KẾ CÁNH LÁI
7.1 Mô tả
7.2 Phương án
7.3 Thiết kế cánh lái
7.4 Thiết kế hệ thống xích
7.4.1 Chọn loại xích
7.4.2 Xác đònh thông số của xích và bộ truyền
7.4.3 Kiểm nghiệm xích về độ bền
7.4.4 Đường kính đóa xích


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU – PHƯƠNG ÁN ĐỀ TÀI.
1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI:


Chúng ta đã biết , hầu như các phương tiện di chuyển ở vùng đồng bằng sông
Cửu Long là loại không có động cơ như : bè , ghe , xuồng ….Tất cả chuyển động
được là do con người dùng tay điều khiển cây sào hoặc dầm tạo lực đẩy , đẩy
chúng đi. Các phương tiện trên cho hiệu suất không cao . Hình dáng và cấu tạo
của chúng không hạn chế được nhiều lực cản của nước tác động lên, công suất
tạo ra từ tay truyền qua dầm tạo lực đẩy không cao , phụ thuộc nhiều vào con
người . Bên cạnh đó , ở những nơi là vùng đầm lầy thì việc di chuyển càng khó
khăn . Như vậy , cần có 1 phương tiện nào đó đa năng mà có thể giảm sức người
và có thể thích nghi mọi đòa hình. Mô hình “ Thuyền dùng quạt gió “ ra đời từ
đó , gọi tắt là thuyền bay ( tiếng Anh là Airboat )



Thuyền bay là 1 loại thuyền sử dụng cánh gắn trên không nhằm tạo lực nâng
khi chuyển động . Do vậy thuyền bay có thể đi trên mọi đòa hình : trên nước,
đầm lầy, tuyết, v.v…



Hiện nay , phần lớn thuyền bay sử dụng động cơ điều khiển tự động và được sử
dụng rộng rãi trên thế giới .

1.2 PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN


Để thiết kế thuyền bay , ta có các phương án sau :

a) Khung thuyền được thiết kế theo nguyên lý bánh tiếp xúc nên thích hợp đi
trên mặt phẳng , tuyết ; Không thích hợp di chuyển trên nước , đầm lầy .
b) Khung thuyền được thiết kế theo kiểu khung thuyền cano  bề mặt tiếp xúc
lớn , thích hợp đi trên mọi đòa hình , nhưng sự ma sát lớn
c) Khung thuyền được thiết kế theo kiểu nguyên lý phao thổi (khó chế tạo ) ,
xe trượt tuyết hay cộ đập lúa nên thích nghi đòa hình đầm lầy , diện tích tiếp
xúc nhỏ .
Căn cứ vào ưu khuyết điểm , em chọn phương án C

-1-


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

1.3 YÊU CẦU ĐỀ TÀI:


Thuyền bay được thiết kế cho 1 người ngồi, vận hành với vận tốc Vmax = 40
km/h, Thuyền bay sử dụng động cơ diezel( dầu hoặc xăng), sử dụng cánh quạt
được gắn trên không, nhằm tạo lực nâng khi thuyền chuyển động. Quạt quay
được nhờ hệ thống truyền động nối với động cơ nổ.



Chọn các thông số của thuyền bay như sau:



Đường kính cánh quạt 1,2m



Đường kính bầu cánh quạt 0,15m



Chiều rộng thuyền bay: 1,3m



Chiều dài thuyền bay: 1,6m



Hệ số ma sát giữa thuyền và bề mặt tiếp xúc: k =1



Khối lượng thuyền bay ( kể cả người):200kg



Các bộ phận của thuyền bay



Khung thuyền



Động cơ ( xăng hoặc dầu)



Hệ thống truyền động đai



Quạt



Hệ thống dẫn hướng



Các thiết bò khác: ghế , khung che

1.4 NHIỆM VỤ


Tính toán và chọn động cơ



Tính toán và thiết kế hệ thống đai



Tính toán và thiết kế quạt



Thiết kế hệ thống dẫn hướng

Thiết

kế khung thuyền

-2-


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT

CHỌN ĐỘNG CƠ NỔ
2.1 MÔ TẢ


Thuyền bay chuyển động bằng 2 giai đoạn.

 Giai đoạn chuyển động đều, V=40 Km/h
 Giai đoạn tăng tốc từ 0 km/h-40 km/h trong khoảng thời gian 60s.
v(km/h)

40

o

60

t(s)

2.2 CÔNG SUẤT CẦN THIẾT ĐỂ THUYỀN BAY DI CHUYỂN
2.2.1 Công suất cực đại (Nmax)


Diện tích cánh quạt tạo lực đẩy: (S1)

S1 

xd1 2
4

d1: đường kính cánh quạt, d1=1,2m
 S1=1,1304m2


Diện tích bầu quạt (S2)

S2 

xd 2 2
4

d2: đường kính bầu quạt, d2=0,15m
 S2=0, 0176m2


Diện tích cánh quạt thực sự tạo lực đẩy(S)
-3-


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

S=S1-S2=1,1128m2
Gọi

là tổng lực tác dụng lên quạt

P

1

a là gia tốc thuyền bay ; a 

V2  V1
=0,185(m/s2)
60

với V1=0km/h ; V2=40km/h=11,11m/s


Tổng lực tác dụng

F  P  F
1

1

ms

 m.a

Fms=K . N=2000 N (K=1)
m= 200kg
  P1  2037( N )


Công suất cực đại

Nmax=  P1 xV2
V2=11,11(m/s)
 Nmax=22631,07W
N max  22,7 K W

2.2.2 Công suất tối thiểu.(Nmin)
Gọi


P

2

là tổng lực tác dụng lên quạt

Tổng lực tác dụng

 F =  P -Fms=0 (a=0)
  P  2000 N
(Fms=2000 N)
2

2

2

+ Công suất tối thiểu min:
Nmin=  P2 xV2
V2=11,11m/s
 Nmin=22220 W

* Nhận xét:
Như vậy, cần có 1 công suất tối thiểu là 22,7 KW thì thuyền bay mới di chuyển
được nên quạt cần có công suất tối thiểu là 22,7 KW (Nq=22,7KW)



-4-


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

2.3 CHỌN ĐỘNG CƠ NỔ


Do quạt được truyền qua động cơ nổ bằng đai nên

Nđc=

Nq



; KW

 :hiệu suất bộ truyền đai,   0,95
 Nđc=23,89 KW

Chọn Nđc=24 KW


Động cơ nổ có số vòng quay khoảng (n=1500 – 6000 vòng / p )

Chọn nđc=3000 vòng/p

-5-


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUẠT
3.1 LÝ THUYẾT THIẾT KẾ QUẠT
3.1.1 Lý thuyết động lượng đơn bản :
Trong lưu chất không nén được và không ma sát, chong chóng được xem như một
đóa tròn có diện tích A = R2 và lực đẩy T (hình 3.1). Xét một thể tích kiểm soát
được bao quanh bởi một đường tròn, diện tích ở phía xa trước và sau đóa lần lượt là
A0 và A3 như hình vẽ. Gọi V, p0 lần lượt là vận tốc không khí tại phía xa trước
chong chóng (mặt cắt 0). Khi chuyển động đến gần chong chóng (mặt cắt 1) vận
tốc dòng khí được gia tốc đến vận tốc V1 và áp suất là p1. Áp suất khí tăng tới p2
ngay sau khi dòng khí đi qua chong chóng trong khi vận tốc lại không thay đổi
(nghóa là V2 = V1 = V + v). Ở xa phía sau chong chóng (mặt cắt 3) dòng lưu chất
tiếp tục tăng tốc cho tới khi dòng là dòng đều, lúc này áp suất trở lại giá trò p0 và
vận tốc dòng khí là V3 = V + v3.
mặt cắt o
dòng xa phía trước

V

đường dòng
mặt cắt 1
mặt cắt 2
lực đẩy T

mặt cắt 3
dòng xa phía sau
V +v3

V +v

diện tích A3
đóa quay
diện tích A3

diện tích A0

Hình 3.1: Mô hình dòng chảy của lý thuyết động lượng đơn giản

-6-


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

Áp dụng phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng cho dòng lưu
chất tại mặt cắt A0 và A3 ta có:
Bảo toàn khối lượng:

VA0    (V  v) dA    (V  v3 ) dA3
Bảo toàn động lượng:

1
T   p.dA    (V  v3 )v3 dA3
2
Bảo toàn năng lượng:

1

P   p (V  v)dA    (V  v3 )(2V  v3 )v3 dA3
2
trong đó p là độ thay đổi áp suất ngang qua chong chóng. Gọi a là hệ số ảnh
hưởng dọc trục v = aV khi đó từ phương trình động lượng ta suy ra:
v3 = 2v = 2.aV
Độ thay đổi áp suất khi qua chong chóng:

p  2  (V  v )v  2 V 2 a (1  a)

3.1.2 Lý thuyết xoáy
Trong lý thuyết này chúng ta có xét thêm ảnh hưởng của các xoáy ở ngang bề mặt
và phía xa sau chong chóng như hình 3.2.
Gọi  là vận tốc quay của chong chóng. Dòng khí vào ở xa phía trước chong
chóng không xoáy nhưng dòng khí xa sau chong chóng xoay, có vận tốc góc là  .
Vận tốc góc tương đối của dòng khí đối với chong chóng là (   ) . Đặt
1
b   , ta có: u  br .
2
Gọi J là tỉ số tiến:

J  V / nD  V / R   / TSR
trong đó n là số vòng quay và TSR là tỉ số vận tốc mũi.
Cũng tương tự xét thể tích kiểm soát bao quanh bởi hai đường dòng có bán kính lần
lượt là r và r + dr tại mặt phẳng đóa quay và các diện tích hình vành khuyên tương
ứng với mặt cắt 0 và 3. Áp dụng đònh luật bảo toàn momen động lượng góc cho
ngoại lực tác dụng lên các phần tử ta có:

dQ  4r 3  .Vb.(1  a)dr

-7-

luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

mặt cắt o

đường dòng

dòng xa phía trước

mặt cắt 1

mặt cắt 2

lực đẩy T

V

V +v

mặt cắt 3
dòng xa phía sau
V +v3
diện tích A3

đóa quay
diện tích A3

diện tích A0

Hình 3.2: Mô hình dòng chảy khi áp dụng lý thuyết.
Đònh luật bảo toàn momen động lượng cho ngoại lực tác dụng lên phần tử khí:

dT  4r.V 2 a.(1  a )dr
Hiệu suất cục bộ:
2

1  b  a  V   a  J 

  
    
1  a  b  r   b  x 

2

với x = r/R là bán kính vô thứ nguyên.
Các hệ số ảnh hưởng a, b có thể được biểu diễn theo x,  và tỉ số tiến như sau:

(x) 2 (1   )
a 2
J  (x ) 2 2
b

J 2 (1   )
J 2  (x) 2 2

Điều kiện phân bố lực đẩy tối ưu trên chong chóng:

(x) 2 (1   )
J 2  (x) 2 
= constant

J 2  (x) 2 ( 2   ) (2  1) J 2  (x) 2 2

-8-


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

3.1.3 Lý thuyết phần tử cánh
Xét một phần tử cánh có cung cánh c và có độ dài dr tại vò trí bán kính r (hình 3.3).
Vận tốc quay tương đối của phần tử cánh so với dòng khí là r(1  b) . Vận tốc dọc
trục của dòng lưu chất khi qua chong chóng là V(1 + a). Vận tốc tổng hợp là VR tạo
ra với mặt phẳng quay một góc  . Lực nâng và lực cản tác động lên phần tử cánh
theo phương vuông góc và song song với VR lần lượt là:
dFL = ½ VR2CL.c.dr
dFD = ½ VR2CD.c.dr
Nếu chong chóng có m cánh thì lực đẩy và momen xoắn dó chóng tạo ra là:

dT 

1
cos(   )
V 2 m.c.C L .(1  a ) 2 cos ec 2
dr
2

cos 

dQ 

1
sin(   )
V .r 2 m.c.C L .(1  a )(1  b) sec  cos ec
dr
2
cos 

Tương ứng với công suất là dP = .dQ hay:

1
sin(   )
V . 2 .r 2 m.c.C L .(1  a)(1  b) sec  cos ec
dr
2
cos 
dFL
với  = arctan(CD/CL) dF
dFa
dP 



C’






dFq

dFD

r (1  b )

Hình 3.3: Mô hình phần tử cánh

-9-

VR
V(1+a)


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

3.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA QUẠT
3.2.1 Số vòng quay của quạt (nq)
Gọi P1, P2 lần lượt là áp suất tại cửa hút và cửa đẩy của quạt. Xét theo áp suất dư.

cửa
đẩy

cửa
hút



Độ chênh áp suất

 P= P2 - P1=P2

 P 

(P1=0)

P

1

S

S: Diện tích cánh quạt tạo lực đẩy, S=1,1128m2

 P : tổng lực tác dụng lên quạt  P
1

 2037 N

P = 1830,5 N/m2




1

Vận tốc vòng trên đỉnh cánh (Ue)

Ue=2,8 . H (m/s)
H: áp suất do quạt tạo ra, mm ; H=186,59 mm H2O
( 0,981.105N/m2 = 10 mH2O)
 : hệ số phụ thuộc vào dạng cách ;  =2,8


Ue=107,09 (m/s)

Vậy: nq=

U e x 2 x30
d 1 x

d1: đường kính cánh quạt, d1=1,2m
 nq=1705,25 (vòng/p)

Chọn

nq=1706 vòng/p

3.2.2 Lưu lượng quạt (Q)
Nq 

 .g .Q.H
1000 x

 :Khối lượng riêng không khí,  =1,2kg/m3

- 10 -


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

g: gia tốc trọng trường, g=9,8 m/s2
Q: lưu lượng của quạt, m3/s
H: áp suất do quạt tạo ra, H=0,18659 mH2O
Nq: công suất của quạt, Nq=22,7 KW
 : hiệu suất của quạt ;  =70%
 Q=

Nqx1000 x
=7241,5 m3/s
xgxH

3.2.3 Các thông số khác


Số cánh Z của quạt

Z

d1  d 2
x
d1  d 2

d1: đường kính cánh ; d1=1,2m

d2: đường kính bầu quạt , d2=0,15m
Z  4,037 ;



chọn Z=4
Bước cánh của quạt (t)



t=

 ( d 2  d1 )
2Z

Z=4
d1= 1,2m
d2=0,15m
 t =0,529m


Góc nghiêng cánh ở tiết diện bầu. ( 1 )

tang 1 =

t
d 2

d2=0,15m
t=0,529m




1 =48,310

Góc nghiêng cánh ở tiết diện đỉnh (  2 )

- 11 -


luận văn tốt nghiệp

tang  2 =

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

t
 .d1

t=0,529m
d1=1,2m
  2  7,99  8 0


Bề rộng cánh(B) (xem như cánh là tiết diện 1 hình chữ nhật )

B= xt
t: bước cánh, t=0,529m
 : mật độ cánh :  =0,5
 B  0,2645 m

3.2.4 Tính sức bền cánh quạt
Xét điển hình 1 cánh quạt có bề rộng B, chiều dài cánh R ( R=d1-d2) .Áp suất tác
dụng lên 1 phần tử cánh là p (p=1830.5N/m2), chiều dày cánh h.Giả sử như áp suất
phân bố đều lên toàn bộ cánh
p=1830.5N/m2

R

0
B
M



momen uốn : M=(B.p.R2)/2

B
h

Xét 1 tiết diện cắt ngang cánh :
h 3 .B
12



Momen chống uốn : J 



Ứng suất sinh ra ở cánh :  

M B. p.R 2 12

. 3
J
2
h .B

Ứng suất này phải nhỏ hơn ứng suất cho phép  b   850 MPa ( vật liệu là thép C45)

- 12 -


luận văn tốt nghiệp



GVHD: ths Lê KhánhĐiền

B. p.R 2 12
. 3  850.10 6
2
h .B

-6
 h > 5,88.10 m . Chọn h= 4mm

3.2.5 Khối lượng quạt (mq)


Khối lượng cánh quạt

Tổng diện tích 4 lá cánh quạt S3 ( tính từ chân cánh đến đỉnh cánh )
S3= S .
 : mật độ cánh quạt ;  =0.5

S : diện tích quạt tạo ra lực đẩy , S=1.1128 m2
2
 S3= 0.5564 m



Khối lượng 4 lá cánh quạt (m1p):

m1q  V .  S 3 .h.

h: chiều dày 1 cánh quạt , h=4.10-3m
 : khối lượng riêng vật liệu , thép C45 có  =7800kg/m3

S3: tổng diện tích 4 lá cánh quạt , S3=0.5564m2
V: thể tích 4 lá cánh quạt
 m1q=17.359 kg


Khối lượng bầu quạt :

Diện tích bầu quạt : S2=0.0176 m2
Khối lượng bầu quạt : m2 q  S 2 .h2 .
h2 : chiều cao bầu quạt ; h2=80.10-3 m

 : khối lượng riêng vật liệu , thép C45 có  =7800kg/m3
 m2q=10.98 kg  11 kg


Khối lượng quạt : mq=m2q+m1q=28.359 kg  29 kg

- 13 -


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

3.3 ĐỘ ỒN CỦA QUẠT


Thuyền bay có thể gây ra độ ồn nguy hiểm, ảnh hưởng đến con người .Trong
quá trình hoạt động , động cơ và cánh quạt là nguyên nhân gây ồn chủ yếu
.Tiếng ồn tăng khi động cơ tăng tốc độ nên quạt quay nhanh hơn .Tiếng ồn của
quạt có 2 dạng

3.3.1 Ồn khí động


Ồn khí động sinh ra do các chi tiết khác nhau của quạt tác động lên sự chuyển
động của dòng khí .Yếu tố chính gây ồn khí động là vận tốc vòng lớn , vì cường
độ ồn tỷ lệ bậc sáu đối với vận tốc , bậc 2 với số đo tuyến tính của cánh và bậc
2 với sức cản đỉnh cánh .Yếu tố thứ 2 là dạng cánh , dạng thân ( vỏ ) quạt , số
cánh chế độ làm việc của quạt và cấu trúc buồng đặt quạt .Tiếng ồn sinh ra do
chuyển động xoáy của không khí với guồng động tạo nên các sóng không khí

và rung động các bộ phận .Không khí đi qua cửa hút , cánh hướng dòng ( nếu có
), đi qua cửa ra của vỏ cũng tạo xoáy và gây ồn

3.3.2 Ồn cơ học


Độ vững chắc của cánh quạt ồn ít hơn .



Hầu hết quạt lắp côngxon với trục nên tiếng ồn lớn nếu cân bằng động không
tốt
tiếng ồn còn do các ổ bi gây ra

- 14 -


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ ĐAI
4.1 GIỚI THIỆU –MỤC ĐÍCH :


Do yêu cầu , điều kiện làm việc của bộ truyền , ta chọn truyền động đai hình
thang Loại đai này có tiết diện hình thang , mặt làm việc là 2 mặt bên tiếp xúc
với các rãnh hình thang tương ứng trên bánh đai .Nhờ đó , hệ số ma sát giữa đai
và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai dẹt, khả năng kéo cũng lớn hơn .

4.1.1 Phân loại –ưu nhược điểm
Gồm 3 loại :


Đai thang thường : có 7 loại tiết diện



Đai thang hẹp : có 4 loại tiết diện



Đai thang rộng ( thường dùng trong các hộp biến tốc )


Cấu tạo đai thang gồm

- Lớp sợi tẩm cao su, là lớp chòu tải,bố trí ở tâm thiết diện(có 2 loại: đai sợi xếp và
đai sợi bện )
- Lớp vải cao su nằm trên lớp sợi , chòu kéo
- Lớp cao su nằm dưới lớp sợi, chòu nén
- Lớp vải cao su bọc quanh đai, bảo vệ làm giảm mòn cho đai.


Đánh giá ưu nhược điểm
a) Ưu điểm:
- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau
- Làm việc êm, không ồn nhờ vật liệu dẻo của đai

- Giữ được an toàn cho các tiết máy khi quá tải nhờ khả năng trượt trơn của

đai khi quá tải.
- Kết cấu và vận hành đơn giản, giá thành hạ
b) Nhược điểm:
- Kích thước bộ truyền lớn
- Tỉ số truyền không ổn đònh do hiện tượng trượt đàn hồi của đai và bánh đai
- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn do căng đai
- Tuổi thọ thấp (từ 1000…5000giờ)

- 15 -


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

4.1.2 Chọn loại đai


Công suất cần truyền là 22.7KW , số vòng quay trục quạt 1706 vòng/ phút .Căn
cứ vào [h4.1,1,59 ] ta chọn đai thang hẹp có tiết diện YB

4.2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BỘ TRUYỀN ĐAI


Tỷ số truyền của hệ thống : ( uht )

u ht 

n dc
nq

nđc = 3000 vòng /p
nq = 1706 vòng / p
 uht=1.758


Đường kính bánh đai nhỏ (d1 )

Tra [ b 4.13 , 1,59 ] , chọn d1 = 200 mm


Đường kính bánh đai lớn ( d2 )
d2 

d 1 .u ht
1 

uht : tỷ số truyền ; uht = 1.758
d1 : đường kính đai nhỏ ; d1 = 200 mm
 : hệ số trượt ,  = 0.02
 d2 = 358.77 mm

Chọn d2 = 359 mm


Vận tốc đai ( vd)

vd 

( .d1 .n q )

60000

(m/s )

nq : số vòng quay trục quạt , nq = 1706 vòng / p
d1:đường kính bánh đai nhỏ , d1 = 200 mm
 vd = 17.856 m / s


Khoảng cách trục (a )

a
= 1.2
d2

tra [ b 4.14, 1,60 ]

d2 : đường kính bánh đai lớn , d2 = 359 mm
 a = 430.8 mm

- 16 -


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

a phải thỏa :
0.55.(d1 + d2 ) + h  a  2. ( d1 + d2 )
d1 : đường kính bánh đai nhỏ , d1 = 200 mm

d2 : đường kính bánh đai lớn , d2 = 359 mm
h = 13 mm :

tra [ b 4.13,1,59 ]

 320.45  a  1118

: thỏa

Chiều dài đai



l = 2a +

 .(d1  d 2 )
2

+

( d 2  d1 ) 2
4a

a : khoảng cách trục ; a= 430.8
d1 : đường kính bánh đai nhỏ ; d1 = 200 mm
d2 : đường kính bánh đai lớn ; d2 = 359 mm
 l =1753.9

chọn l = 1800 mm [ b 4.13,1,59 ]


Kiểm nghiệm

i=

vd
 imax = 10
l

vd = 17.856 m/s
l = 1800 mm
 i = 0.009 < 10


: thỏa

Khoảng cách trục thực sự ( a1 )

a1 =

(   2  82 )
4

=l=

 ( d1  d 2 )
2

( d 2  d1 )
2

d2 : đường kính bánh đai lớn , d2=359 mm
d1: đường kính bánh đai nhỏ , d1 =200mm
l : chiều dài đai , l = 1800 mm
a1 = 454.22 mm

- 17 -


luận văn tốt nghiệp



GVHD: ths Lê KhánhĐiền

Góc ôm 1 trên bánh đai nho

1 = 180o -

(d 2  d 1 ).57 o
a

d1 : đường kính bánh đai nhỏ , d1 = 200 mm
d2 : đường kính bánh đai lớn , d2 = 359 mm
a1 : khoảng cách trục thực sự , a1= 454.22 mm
  1 = 160o


> 120o

( thỏa )

Xác đònh số đai : ( z )

z = P1Kd / ( [P0].C  .Cl. Cu.Cz )
P1 : công suất trên trục bánh đai chủ động ; P1=24 KW

P0  : công suất cho phép P0  =7,93 KW , b4.20,1,62
Kđ : hệ số tải trọng động b 4.7,1,55 ; Kđ=1,25
C : hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm 1 ;[b4.15,1,61]
C =0,95

Cl : hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai
l 1800

 0,72
l 0 2500

Tra [b4.16,1,61] ; Cl =0,95
Cu : hệ số kể đến ảnh hưởng của tỷ số truyền
Tra [b4.16,1,61]

Cu=1,12

CZ :hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai
P1
24

 3,026
[ P0 ] 7,93

Tra [ b4.18,1,61]

; CZ =0,95

Suy ra : Z = 3,93
Chọn Z= 4


Chiều rộng bánh đai

B = ( Z – 1 ) t + 2e
Tra [b4.21,1,63] : t = 19 mm
Z : số đai

; e = 12,5

; Z=4
- 18 -


luận văn tốt nghiệp




GVHD: ths Lê KhánhĐiền

B = 82 mm

Đường kính ngoài của bánh đai

da1=d1 +2.h0
h0 =4 [b4.21,1,63]
 da1=208 mm ; da2=367 mm

- 19 -


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN TRỤC – Ổ LĂN
5.1 YÊU CẦU – MỤC ĐÍCH :


Vật liệu trục và phương pháp nhiệt luyện được lựa chọn theo những tiêu chuẩn
về khả năng làm việc của trục ; thường dùng thép cacbon và thép hợp kim vì
chúng có cơ tính cao , có khả năng tăng bền và dễ gia công .



Với yêu cầu đặt ra , trục quay nhanh thì ta chọn vật liệu làm trục là thép 45
thường hóa

5.2 XÁC ĐỊNH CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN TRỤC :


Lực căng trên một dây đai ( F0 )

F0 = 780 P1Kd / ( C . z.vd ) + Fv

vd : vận tốc đai , v = 17.856 m/s
z : số đai , z = 4
Kd : hệ số tải trọng động , Kd = 1.25 [ b 4.7,1,55 ]
C :hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm 1 [ b 4.15,1,61 ]

P1 : công suất trên trục bánh đai chủ động , P1 = 24 kw
Fv : lực căng do lực ly tâm sinh ra
Fv = qm.vd2
Ta xem như Fv ảnh hưởng không đáng kể
 Fv = 0



F0 =345 N
Lực tác dụng lên trục :
Fr = 2. F0.z.sin  1 / 2

1 : góc ôm trên bánh đai nhỏ 1 = 1600

z : số đai ; z=4 ; F0 = 402 N
 Fr = 2718 N


Momen xoắn trên trục ( T )
T

9.55.10 6.N q
nq

Nq : công suất quạt ; Nq = 22.7 kw

- 20 -

C = 0.95


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

nq : số vòng quay quạt , nq = 1706 vòng/ p
 T = 127072 Nmm

5.2.1 Tính sơ bộ trục :


Đường kính trục : d  3 T /(0.2.[ ])

T : momen xoắn , T = 127072 Nmm

 

=15 MPa

d  34.85 mm

5.2.2 Xác đònh các lực tác dụng lên trục-biểu đồ momen

1

3

2
Fy2

Fx1

4
Fx2
Fa

Fy1

Fr

Fq
137

82.5

91.5

Fy2 x 91.5=193980Nmm
Fr x 82.5=73260 Nmm

My

Các giá trò :

Fr=2718N

T

Fa=2037 N
Fq=29x10=290N


Trong mặt phẳng đứng :

M

0

= Fr x(-82.5) + Fy2.137 – Fq x 228.5=0

 Fy2 = 2120 N

- 21 -


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

  F0 = -Fr - Fy1 –Fq + Fy2 = 0

 Fy1 = 888 N


Trong mặt phẳng ngang

M

0

= Fx2x137 = 0

 Fx2 = 0

F

0

= Fx1 + Fx2 = 0

 Fx2 = 0



Momen uốn tại các vò trí:
2

M j  M yj  M xj

2

( j = 1,2,3,4)

 M4 = M1 = 0

 M2 = 73260 Nmm
 M3 = 193980 Nmm

T = 127072 Nmm


Momen tương đương tại các vò trí :
2

2

M tdj  M j  0,75T j ( j = 1,2,3,4)

Mtd1 = 0
Mtd4 = 110048 Nmm
Mtd2 = 132202 Nmm
Mtd3 = 223022 Nmm


Đường kính trục tại các tiết dòên :

dj  3 M tdj /(0.1[ ])

( j = 1,2,3,4)

[  ] = 55 , [ b 10.5,1,195 ]

 d3  34.35 mm
 d2  22.8 mm
 d1  0

 d1  27.14 mm

Như vậy , chọn

d2 = d4 = 40 mm
d3 = d1 = 36 mm

- 22 -


luận văn tốt nghiệp

GVHD: ths Lê KhánhĐiền

Dựa theo kết cấu , biểu đồ momen có thể thấy tiết diện sau đây là nguy hiểm
cần kiểm tra về độ bền mỏi : tiết diện 3 ( tiết diện lắp ổ )



5.2.3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi


Hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm thỏa :

S j  Sj .Sj . Sj  Sj  S 
2

2

[S] : hệ số an toàn cho phép , [S] = 1,5 …2,5

, Sj hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp , ứng suất tiếp

 Sj

S j 

Sj 

 1
k d j  aj    mj

 1
kd j  aj    mj

  1 ,  1

: giới hạn mỏi uốn và xoắn

 b  850MPa

 1  0.436 b  0.436 x850  370.6 MPa

 1  0.58 1  0.58 x370.6  215MPa


 aj ,  mj ,  mj  aj : biên độ , trò số trung bình của ứng suất pháp và ưng suất tiếp tại

tiết diện j
 aj 

 max j   min j
2

;  mj 

 max j   min j
2

Đối với trục quay , ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng
 mj = 0 ;  max j 

Mj
Wj

Tại j = 3 ; d3= 40 mm  M3=193980 Nmm ; W3 


d32
32

 max 3  30.88
 a3  15.44

Khi trục quay 1 chiều , ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động
 mj   aj   max j / 2   j / 2Woj


W03 

 m3

d 23

 12560
16
  a3   max 3 / 2  5.058

  ;  :

hệ số kể đến ảnh hưởng của trò số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi
- 23 -