Thiết kế chi tiết máy, cụm chi tiết máy và toàn máy cơ khí là một nhiệm vụ không thể thiếu đối với người kỹ sư Cơ khí. Công việc này cần phải “đồng hành” với các môn học, kỹ năng khác có liên quan như Vẽ kỹ thuật, Dung sai - Lắp ghép, tra cứu bảng biểu… Tập sách THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY CÔNG DỤNG CHUNG ra đời nhằm giúp cho các kỹ sư Cơ khí, sinh viên Cơ khí thuận lợi hơn trong công tác thiết kế máy.
MỤC LỤC
Lời nói đầu Phần 1 Thiết kế các chi tiết máy công dụng chung Chương 1 Mở đầu Chương 2 Tính toán động học và chọn động cơ điện Chương 3 Truyền động bánh răng Chương 4 Truyền động trục vít Chương 5 Truyền động đai Chương 6 Truyền động xích Chương 7 Thiết kế trục và then Chương 8 Thiết kế ổ trục Chương 9 Khớp nối Chương 10 Thiết kế kết cấu chi tiết máy và bôi trơn hộp giảm tốc Chương 11 Các chi tiết phụ Chương 12 Sống lăn Chương 13 Dung sai và lắp ghép Phần 2 Các bảng tra cứu thông số Chương 14 Phụ lục - Các bảng tra dung sai lắp ghép bề mặt trơn Chương 15 Phụ lục - Các bảng tra dung sai hình dạng, vị trí và nhám bề mặt Chương 16 Phụ lục - Các bảng tra dung sai truyền động bánh răng Chương 17 Phụ lục - Các bảng tra dung sai lắp ghép ổ lăn Chương 18 Phụ lục - Các bảng tra dung sai lắp ghép then và then hoa Chương 19 Phụ lục - Các bảng tra tiêu chuẩn động cơ và ổ lăn - sống lăn Tài liệu tham khảo
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Trần Thiên Phúc THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY CÔNG DỤNG CHUNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - 2011 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 7 Phần 1 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY CÔNG DỤNG CHUNG 9 Chương 1 MỞ ĐẦU 11 Chương 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 12 2.1 Phân loại và chọn sơ đồ hộp giảm tốc 12 2.2 Chọn động cơ điện 15 2.3 Phân phối tỉ số truyền 20 2.4 Bảng thơng số kỹ thuật 21 2.5 Ví dụ 23 Chương 3 TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG 35 3.1 Các quan hệ hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng 35 3.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng 39 3.3 Bơi trơn bánh răng 62 3.4 Ví dụ 62 Chương 4 TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT 101 4.1 Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền trục vít 101 4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít 104 4.3 Ví dụ 115 Chương 5 TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 121 5.1 Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền đai 121 5.2 Vận tốc và tỉ số truyền 121 5.3 Lực và ứng suất bộ truyền đai 122 5.4 Hiện tượng trượt 124 5.5 Thiết kế truyền động đai dẹt 124 5.6 Thiết kế truyền động đai hình thang 131 5.7 Thiết kế bộ truyền đai có bánh căng 136 5.8 Ví dụ 137 Chương 6 TRUYỀN ĐỘNG XÍCH 142 6.1 Tổng quan về bộ truyền xích 142 6.2 Thiết kế bộ truyền xích 142 6.3 Kiểm nghiệm bộ truyền xích 150 4 6.4 Thơng số bộ truyền xích và lực tác dụng lên trục 153 6.5 Ví dụ 153 Chương 7 THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 158 7.1 Khái niệm chung 158 7.2 Thiết kế trục 159 7.3 Tính mối ghép then và then hoa 169 7.4 Ví dụ 175 Chương 8 THIẾT KẾ Ổ TRỤC 185 8.1 Thiết kế gối đỡ trục dùng ổ lăn 185 8.2 Thiết kế gối đỡ trục dùng ổ trượt 211 Chương 9 KHỚP NỐI 229 9.1 Nối trục chặt 229 9.2 Nối trục bù 233 9.3 Nối trục đàn hồi 238 9.4 Ví dụ 243 Chương 10 THIẾT KẾ KẾT CẤU CHI TIẾT MÁY VÀ BÔI TRƠN HỘP GIẢM TỐC 244 10.1 Cấu tạo bánh răng, trục vít, bánh vít 244 10.2 Cấu tạo bánh đai 253 10.3 Cấu tạo đĩa xích 254 10.4 Hộp giảm tốc 256 10.5 Kết cấu hộp giảm tốc hàn 276 10.6 Bơi trơn hộp giảm tốc 276 Chương 11 CÁC CHI TIẾT PHỤ 286 11.1 Định vị ổ trên trục và trong vỏ hộp 286 11.2 Ống lót và nắp ổ 294 11.3 Vú tra mỡ trên ổ lăn 297 11.4 Lót kín bộ phận ổ 298 Chương 12 SỐNG LĂN 313 12.1 Cơ sở lý thuyết 313 12.2 Thiết kế sống lăn 320 12.3 Ghép nối sống lăn 323 12.4 Ví dụ 325 5 Chương 13 DUNG SAI VÀ LẮP GHÉP 327 13.1 Dung sai, lắp ghép các mặt trơn 327 13.2 Độ nhám bề mặt 332 13.3 Độ chính xác bề mặt 333 13.4 Dung sai, lắp ghép các chi tiết máy ăn khớp 335 13.5 Dung sai, lắp ghép các chi tiết máy ghép 339 13.6 Dung sai, lắp ghép các chi tiết đỡ 341 13.7 Các quy định về việc trình bày dung sai, lắp ghép trên thuyết minh và bản vẽ 343 Phần 2 CÁC BẢNG TRA CỨU THÔNG SỐ 351 Chương 14 Phụ lục - các bảng tra dung sai lắp ghép bề mặt trơn 353 Chương 15 Phụ lục - các bảng tra dung sai hình dạng, vị trí và nhám bề mặt 410 Chương 16 Phụ lục - các bảng tra dung sai truyền động bánh răng 439 Chương 17 Phụ lục - các bảng tra dung sai lắp ghép ổ lăn 469 Chương 18 Phụ lục - các bảng tra dung sai lắp ghép then và then hoa 476 Chương 19 Phụ lục - các bảng tra tiêu chuẩn động cơ và ổ lăn - sống lăn 492 TÀI LIỆU THAM KHẢO 539 7 LễỉI NOI ẹAU Thit k chi tit mỏy, cm chi tit mỏy v ton mỏy c khớ l mt nhim v khụng th thiu i vi ngi k s C khớ. Cụng vic ny cn phi ng hnh vi cỏc mụn hc, k nng khỏc cú liờn quan nh V k thut, Dung sai - Lp ghộp, tra cu bng biu Tp sỏch THIT K CHI TIT MY CễNG DNG CHUNG ra i nhm giỳp cho cỏc k s C khớ, sinh viờn C khớ thun li hn trong cụng tỏc thit k mỏy. Tp sỏch bao gm hai phn chớnh nh sau: Phn 1: THIT K CC CHI TIT MY CễNG DNG CHUNG, trỡnh by cỏc bc thit k mt h thng truyn v bin i chuyn ng, t chn ng c in phự hp, thit k cỏc b truyn trong, b truyn ngoi cho n tớnh toỏn cỏc chi tit mỏy , chi tit mỏy ghộp thụng dng cng nh la chn dung sai, lp ghộp thớch hp cho chỳng. Phn 2: LIT Kấ CC BNG TRA CU THễNG S, trỡnh by h thng cỏc bng tra cỏc giỏ tr tiờu chun, quy nh phc v cho cụng vic tớnh túan thit k chi tit mỏy núi trờn. Tp sỏch ny hon thnh vi s úng gúp cụng sc cho vic trỡnh by hỡnh thc, tớnh toỏn cỏc vớ d v su tm cỏc bng tra cu t cỏc ngun, k c t nh sn xut ca rt nhiu cỏc sinh viờn thuc Khoa C khớ, Trng i hc Bỏch khoa - i hc Quc gia TPHCM. Tỏc gi xin chõn thnh cỏm n v ghi nhn s úng gúp ca cỏc sinh viờn Lờ Thanh Quang, Vừ Minh Thnh, Nguyn Vừ Trung Chỏnh, Nguyn Hng c, Trng Tn Lc v Cao ỡnh in. Tp sỏch c thc hin vi s nghiờm tỳc v c gng ht mc ca tỏc gi, tuy nhiờn cng khú trỏnh khi nhng s sút. Chỳng tụi rt mong nhn c nhng ý kin úng gúp xõy dng t quý v hon thin hn tp sỏch ny. Mi ý kin úng gúp, trao i v ni dung tp sỏch xin uc gi v Khoa C khớ, Trng i hc Bỏch khoa - i hc Quc gia TPHCM S 268 Lý Thng Kit, Phng 14, Qun 10, TP H Chớ Minh. in thoi: 08.38654535 Email: . Tỏc gi Trn Thiờn Phỳc 9 Phần 1 THIEÁT KEÁ CAÙC CHI TIEÁT MAÙY COÂNG DUÏNG CHUNG MỞ ĐẦU 11 Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1 BA THÀNH PHẦN CỦA MỘT MÁY CƠ KHÍ Các máy móc cơ khí thơng thường được chia thành ba thành phần: - Thành phần sinh cơ năng như động cơ điện, động cơ đốt trong, động cơ thủy lực hoặc khí nén… Đây là thành phần có nhiệm vụ biến các loại năng lượng thành cơ năng làm nguồn năng lượng chính cho họat động của cả hệ thống máy. - Thành phần chấp hành [hay còn gọi là cơ cấu chấp hành] như trục chính của máy cơng cụ, gầu ngoạm của máy đào hay tay gắp của cánh tay robot… Đây là thành phần có nhiệm vụ biến cơ năng thành các chuyển động có ích thực hiện nhiệm vụ cụ thể của hệ thống máy. - Thành phần truyền và biến đổi chuyển động [hay còn gọi là hệ thống dẫn động cơ khí]. Đây là thành phần kết nối hai thành phần nói trên, làm nhiệm vụ chuyển cơ năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ cũng như biến đổi dạng thức chuyển động thành các dạng chuyển động cần thiết. Thơng thường các động cơ của thành phần sinh cơ năng có chuyển động quay tròn cơ bản [ngoại trừ động cơ tịnh tiến linear motor với đặc điểm là rất đắt tiền], trong khi đó cơ cấu chấp hành có thể có các dạng thức chuyển động rất phong phú như tịnh tiến, quay, lắc, quay gián đoạn…Vì lý do này thành phần truyền và biến đổi chuyển động đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống máy móc. 1.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN VÀ BIẾN ĐỔI CHUYỂN ĐỘNG Hệ thống truyền và biến đổi chuyển động của máy móc cơ khí được cấu tạo từ những chi tiết máy. Do đó, việc tính tốn thiết kế một máy cơ khí nào đó cũng đồng nghĩa với việc tính tốn thiết kế các loại chi tiết máy. Dĩ nhiên, để cơng việc tính tốn mang tính bao qt và chính xác hơn, ta khơng chỉ tính tốn các chi tiết máy độc lập đơn lẻ mà còn lưu ý đến sự ảnh hưởng lên nhau của các chi tiết máy trong cụm chi tiết máy và tồn máy. Số chủng loại các chi tiết máy là khá nhiều, tuy nhiên số các chủng loại chi tiết máy thường được sử dụng thì khơng nhiều và nhóm này thường được gọi là các chi tiết máy cơng dụng chung. Một đặc điểm cần lưu ý nữa là các chi tiết máy cơng dụng chung hầu hết đều được tiêu chuẩn hóa hoặc một phần trong chúng được tiêu chuẩn hóa. Chính vì thế ngồi việc tính tốn thiết kế, việc tính tốn để lựa chọn theo tiêu chuẩn cũng là một cơng việc thường thấy khi thiết kế các chi tiết máy cơng dụng chung. Trong khn khổ giới hạn của tập tài liệu này, chúng ta chỉ đề cập đến tính tốn thiết kế và lựa chọn các chi tiết máy cơng dụng chung mà thơi. 12 CHƯƠNG 2 Chương 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 2.1 PHÂN LOẠI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ HỘP GIẢM TỐC Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ truyền bánh răng hay trục vít, tạo thành một tổ hợp biệt lập để giảm số vòng quay và truyền cơng suất từ động cơ đến máy cơng tác. Ưu điểm của hộp giảm tốc là hiệu suất cao, có khả năng truyền những cơng suất khác nhau, tuổi thọ lớn, làm việc chắc chắn và sử dụng đơn giản. Hộp giảm tốc được phân loại theo các đặc điểm: - Loại truyền động [bánh răng trụ, bánh răng cơn, trục vít, bánh răng - trục vít] - Số cấp [một cấp, hai cấp…] - Vị trí tương đối giữa các trục trong khơng gian [nằm ngang, thẳng đứng…] - Đặc điểm của sơ đồ động [khai triển, đồng trục, có cấp tách đơi…] 2.1.1 Hộp giảm tốc bánh răng đồng trục Ưu điểm Cho phép giảm kích thước chiều dài, trọng lượng của hộp giảm tốc so với các loại hộp giảm tốc khác. Nhược điểm - Nhược điểm chính của hộp giảm tốc đồng trục chính là khả năng tải trọng của cấp nhanh chưa dùng hết vì lực sinh ra trong q trình ăn khớp của các bánh răng cấp TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 13 chậm lớn hơn nhiều so với cấp nhanh, trong khi đó khoảng cách trục của 2 cấp lại bằng nhau. - Hạn chế khả năng chọn phương án bố trí kết cấu chung cuả thiết bị dẫn động vì chỉ có một đầu trục vào và một đầu trục ra. - Khó bơi trơn bộ phận ổ trục ở giữa hộp. - Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn, do đó muốn bảo đảm trục đủ bền và cứng cần phải tăng đường kính trục. - Do đó, hộp giảm tốc đồng trục rất ít dùng. 2.1.2 Hộp giảm tốc phân đơi [cấp nhanh và cấp chậm] Ưu điểm - Tải trọng phân bố đều trên các ổ trục. - Sử dụng hết khả năng của vật liệu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấp nhanh. - Bánh răng phân bố đối xứng so với ổ, sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng ít hơn so với sơ đồ khai triển thơng thường. Nhược điểm - Chiều rộng của hộp giảm tốc tăng lên. - Cấu tạo của bộ phận ổ phức tạp hơn - Số lượng chi tiết và gia cơng tăng. Lưu ý: Khi chọn ổ cho hộp giảm tốc phân đơi thì nên chọn loại ổ sao cho trục còn lại có khả năng điều chỉnh vị trí theo chiều trục để bù lại sai số góc nghiêng của banh răng [ổ tự lựa]. 2.1.3 Hộp giảm tốc khai triển Thường được dùng với phạm vi tỉ số truyền u = 8 ÷ 30, giới hạn trên là umax = 50 [tiêu chuẩn GOST 2188 – 55 14 CHÖÔNG 2 Nhược điểm - Bánh răng phân bố không đối xứng đối với gối tựa. Vì thế tải trọng phân bố không đều trên các ổ trục. - Các ổ trục được chọn theo phản lực lớn nhất nên trọng lượng hộp giảm tốc có tăng hơn so với các loại sơ đồ khác 2.1.4 Hộp giảm tốc côn - trụ Ưu điểm Truyền momen xoắn và chuyển động quay giữa các trục giao nhau. Nhược điểm - Giá thành đắt, khó chế tạo do đòi hỏi khắt khe về dung sai. - Khó lắp ráp - Khối lượng và kích thước lớn hơn so với hộp giảm tốc bánh răng trụ. 2.1.5 Hộp giảm tốc trục vít Tùy theo vị trí tương đối giữ trục vít và bánh vít, sơ đồ hộp giảm tốc trụv vít được chia thành ba loại chính: trục vít đặt bên, đặt dưới và đặt cạnh. Đối với hộp giảm tốc trục vít đặt dưới, xác suất rơi của bột kim loại, sản phẩm của mài mòn vào chỗ ăn khớp ít hơn so với loại có trục vít đặt trên. Hộp giảm tốc có trục vít đặt cạnh được dùng để dẫn động các cơ cấu xoay như cần trục. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 15 Tuy nhiên nhìn chung thì việc sử dụng sơ đồ này hoặc sơ đồ khác là do sự thuận tiện về bố trí các thiết bị của hệ thống dẫn động quyết định. Tỷ số truyền của hộp giảm tốc trục vít thường vào khoảng u = 10 ÷ 70. 2.1.6 Hộp giảm tốc bánh răng - trục vít Tỷ số truyền của hộp giảm tốc dạng này lên đến 150, cá biệt còn có thể cao hơn. Trung bình u = 50 ÷ 130 đối với 1 cấp và u = 70 ÷ 2500. 2.2 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN Chọn động cơ bao gồm chọn loại động cơ, kiểu động cơ, chọn cơng suất điện áp và số vòng quay của động cơ. Chọn loại, kiểu động cơ đúng thì động cơ sẽ có tính năng làm việc phù hợp với u cầu truyền động của máy, phù hợp với mơi trường bên ngồi, vận hành an tồn và ổn định. Chọn đúng cơng suất động cơ thì mang lại hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật. - Nếu chọn động cơ có cơng suất bé hơn cơng suất tải thì động cơ sẽ ln q tải, khi làm việc nhiệt độ sẽ tăng q nhiệt độ cho phép, động cơ mau hỏng. - Nếu chọn động cơ có cơng suất q lớn thì tăng vốn đầu tư, khn khổ cồng kềnh, động cơ lại ln hoạt động non tải, hiệu suất thấp. Chọn động cơ có điện áp khơng phù hợp sẽ ảnh hưởng đến vốn đầu tư, phí tổn vận hành và bảo quản mạng điện cung cấp. Một thơng số quan trọng nữa là số vòng quay của động cơ. Động cơ có số vòng quay lớn thì kích thước, trọng lượng và giá thành giảm. Tuy nhiên tỷ số truyền sẽ lớn và tăng khn khổ trọng lượng và giá thành các bộ truyền, thiết bị. Vì vậy muốn hợp lý thì nên tính tốn vài ba phương án khác nhau. Nếu có kinh nghiệm thực tiễn thì người thiết kế có thể chọn ngay số vòng quay hợp lý. Các loại động cơ thường sử dụng - Động cơ một chiều: Khởi động êm, hãm và đổi chiều dễ dàng tuy nhiên giá thành đắt, khối lượng sửa chữa lớn và mau hỏng. - Động cơ xoay chiều ba pha: Động cơ khơng đồng bộ: Phù hợp sử dụng khi u cầu cơng suất < 100kW, khơng điều chỉnh vận tốc. Động cơ đồng bộ: Giá thành đắt, mở máy phức tạp nhưng hệ số cơng suất cos cao hơn động cơ khơng đồng bộ. Phù hợp sử dụng khi u cầu cơng suất > 100kW và khơng cần điều chỉnh vận tốc. - Động cơ xoay chiều một pha khơng đồng bộ: Thường dùng khi cơng suất u cầu khơng lớn lắm. Tùy vào điều kiện bố trí máy mà chọn động cơ kiểu đứng hoặc nằm. 16 CHÖÔNG 2 Chọn công suất động cơ điện Động cơ điện được chọn sao cho thỏa ba điều kiện sau: - Động cơ không phát nóng quá nhiệt độ cho phép. - Có khả năng qua tải trong thời gian ngắn. - Momen mở máy đủ lớn để thắng momen phụ tải ban đầu a- Động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng không đổi Động cơ phải có công suất định mức lớn hơn hoặc bằng công suất cần thiết: dc ctPP [2.1] với ctchPP [2.2] ch - hiệu suất cả hệ thống Pct - công suất cần thiết Pdc - công suất của động cơ P - công suất trên trục công tác b- Động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng thay đổi Động cơ phải có công suất định mức lớn hơn hoặc bằng công suất cần thiết: dc ctPP [2.3] với .tdctchPKP [2.4] ch - hiệu suất cả hệ thống Pct - công suất cần thiết Pdc - công suất của động cơ P - công suất trên trục công tác Ktd - hệ số tương đương đổi công suất làm việc sang công suất đẳng trị Công suất trên trục công tác, với các hệ thống dẫn động băng tải hay xích tải thường không được cho trước mà được tính dựa trên lực vòng và vận tốc làm việc của xích tải/băng tải: .1000FP [2.5] TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 17 Trong trường hợp hệ dẫn động cơ khí làm việc với tải trọng thay đổi, cơng suất dùng để chọn động cơ là cơng suất đẳng trị. Bởi vì lúc này động cơ được sử dụng có thời gian chạy q tải và non tải thích hợp để nhiệt độ động cơ đạt đến trị số ổn định. Do đó ta xem động cơ làm việc với phụ tải đẳng trị khơng đổi, mà mất mát năng lượng do nó gây nên trong động cơ bằng với mất mát năng lượng do phụ tải thay đổi gây nên trong cùng một thời gian. .dt tdPPK [2.6] Gọi là cơng suất đẳng trị, dùng để tính tốn và chọn cơng suất động cơ. Nhưng khi tính tốn cơng suất trên trục và momen xoắn trên trục thì vẫn dùng cơng suất trên trục cơng tác P. Hệ số tương đương quy đổi từ cơng suất cơng tác và cơng suất tương đương: 2max11.niiitdniiTtTKt [2.7] Hiệu suất chung của hệ thống được tính bằng cơng thức: 312ch br br ol n [2.8] Ứng với trường hợp đã cho sẵn cơng suất P 412ch br br ol n [2.9] Ứng với trường hợp khơng cho sẵn cơng suất P mà cho gián tiếp bằng tốc độ băng tải hay xích tải. Ta phải tính cơng suất. br1 - hiệu suất của bộ truyền bánh răng cấp nhanh br2 - hiệu suất của bộ truyền bánh răng cấp chậm. ol - hiệu suất của các ổ lăn [3 ổ lăn] n - hiệu suất của bộ truyền ngồi [đai hoặc xích] Ta bỏ qua hiệu suất của nối trục vì nó xấp xỉ là 1. Hoặc cũng có thể chọn hiệu suất của nối trục là 0.99 Hiệu suất của các bộ truyền được trình bày trong bảng sau: 18 CHÖÔNG 2 Bảng 2.1 Hiệu suất các bộ truyền Sau khi tính được công suất động cơ, ta tính số vòng quay sơ bộ của động cơ để chọn động cơ thích hợp Tỉ số truyền sơ bộ được chọn theo công thức: .sb hgt nuuu [2.10] Số vòng quay sơ bộ của động cơ được tính: .sbsblvnun [2.11] trong đó: usb - tỉ số truyền sơ bộ của hệ uhgt - tỉ số truyền của hộp giảm tốc, thường chọn theo tiêu chuẩn un - tỉ số truyền của bộ truyền ngoài [đai hoặc xích] nlv - số vòng quay trên trục công tác nsb - số vòng quay tính toán sơ bộ Từ thông số này, kết hợp với công suất động cơ ta sẽ chọn được động cơ cần thiết Tỉ số truyền của các bộ truyền được chọn sơ bộ theo bảng: Tên gọi Bộ truyền kín Bộ truyền hở Bộ truyền bánh răng trụ 0,96 – 0,98 0,93 – 0,95 Bộ truyền bánh răng nón răng thẳng 0,95 – 0,97 0,92 – 0,94 Bộ truyền trục vít - Tự hãm - Không tự hãm với Z1 = 1 Z2 = 2 Z2 = 3 Z2 = 4 0,40 0,65 – 0,70 0,70 – 0,75 0,80 – 0,85 0,85 – 0,93 0,30 0,50 – 0,60 0,60 – 0,70 _ _ Bộ truyền xích 0,96 – 0,97 0,90 – 0,93 Bộ truyền bánh ma sát 0,90 – 0,96 0,70 – 0,88 Bộ truyền đai _ 0,95 – 0,96 Một cặp ổ lăn 0,99 – 0,995 Một cặp ổ trượt 0,98 – 0,99 Puli trong cơ cấu tời quay, cần trục, máy nâng: - Puli cố định - Puli di động 0,94 – 0,96 0,97 – 0,95 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 19 Bảng 2.2 Tỉ số truyền các bộ truyền Loại truyền động Tỉ số truyền nên dùng Truyền động đai dẹt: - Thường - Có bánh căng 2 – 4 4 – 6 Truyền động đai thang 3 – 5 Truyền động xích 2 – 6 Truyền động bánh ma sát 2 – 5 Truyền động bánh răng trụ: - Để hở - Hộp giảm tốc 1 cấp - Hộp giảm tốc 2 cấp 3 – 5 3 – 7 8 – 40 Truyền động bánh răng cơn: - Để hở - Hộp giảm tốc 1 cấp - Hộp giảm tốc cơn trụ 2 cấp 2 – 3 2 – 4 10 – 25 Truyền động trục vít: - Hộp giảm tốc 1 cấp - Hộp giảm tốc 2 cấp - Hộp giảm tốc trục vít - bánh răng - Hộp giảm tốc bánh răng - trục vít 7 – 40 300 – 800 60 – 90 60 – 80 Bảng 2.3 Một số tỉ số truyền tiêu chuẩn của hộp giảm tốc TST 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Trường hợp đề bài khơng cho biết trực tiếp số vòng quay làm việc thì ta phải tính gián tiếp: 60000lvvnD [2.12] hoặc: 60000.lvvnzp [2.13] v - vận tốc băng tải / xích tải D - đường kính tang quay z - số răng đĩa xích tải p - bước xích của xích tải 20 CHệễNG 2 Lu ý: - Khi tớnh toỏn h thng dn ng, cn phõn bit xớch ti [thuc c cu chp hnh] v xớch truyn ng [thuc h thng dn ng] - Vỡ lý do kinh t, loi ng c cú s vũng quay xp x 1500 vũng/phỳt cú giỏ thnh r, d ch to hn cỏc loi ng c khỏc nờn trong quỏ trỡnh thit k ngi ta thng s dng loi ng c ny. Do vy, khi chn t s truyn s b v tớnh toỏn chn ng c, ngi ta c gng lm cho kt qu gn vi giỏ tr 1500 vũng/phỳt ng b. Cn c v cụng sut cn thit v s vũng quay s b ca ng c, ta s tin hnh chn ng c phự hp vi hai thụng s trờn. Da vo bng ph lc 1, ta tin hnh tun t theo hai bc: - Chn tc quay ng b da theo s vũng quay s b. - Chn ng c cú cụng sut nh mc ln hn cụng sut cn thit tớnh toỏn c, trong dóy ng cú cú cựng tc ng b nh trờn 2.3 PHAN PHOI Tặ SO TRUYEN Vic phõn phi t s truyn cú nh hng rt ln n kớch thc v khi lng ca hp gim tc. Cú nhiu phng phỏp phõn phi t s truyn xut phỏt t yờu cu v cụng ngh kớch thc, iu kin bụi trn cỏc bỏnh rng n khp song tt c u da vo iu kin sc bn u: cỏc cp bỏnh rng trong hp cn phi bo m thi gian lm vic l nh nhau. Th t phõn phi t s truyn nh sau: a. Sau khi chn c ng c, tớnh li t s truyn chung cho ton h thng. .dcch hgt nlvnuuun [2.14] b. Chn t s truyn hp gim tc theo tiờu chun, tựy vo loi hp gim tc c. Xỏc nh t s truyn b truyn ngoi chnhgtuuu [2.15] d. Phõn phi t s truyn cho hp gim tc [theo ch tiờu bụi trn ngõm du t nhiờn] õy l phn quan trng nht khi phõn phi t s truyn, nu phõn phi khụng hp lý thỡ s dn n tỡnh trng khụng th bụi trn ngõm du, hoc hp gim tc cú kớch thc quỏ ln, cỏc phn ca hp gim tc s cú kớch thc bt hp lý. Thụng thng ngi ta s tin hnh nhiu phng ỏn, sau ú s chn kt qu ti u. C th nh sau: i vi hp gim tc bỏnh rng tr 2 cp khai trin bỏnh rng b dn ca cp nhanh v cp chm c bụi trn ngõm du nh nhau, ng kớnh cỏc bỏnh rng phi xp x nhau, do ú ngi ta s phõn phi nh sau: [1,21,3]nh chuu [2.16] TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 21 unh - tỉ số truyền cắp bánh răng cấp nhanh uch - tỉ số truyền cắp bánh răng cấp chậm. Tuy nhiên, đối với các hộp giảm tốc cỡ nặng thì tổng trọng lượng các cặp bánh răng được quan tâm hơn nên ta sẽ lấy unh < uch. Lúc này, ta có thể bơi trơn hộp giảm tốc bằng phương pháp tưới dầu hoặc lắp thêm bánh răng phụ bằng nhựa té dầu. Nếu bánh răng cấp nhanh là nghiêng, cấp chậm là thẳng thì tỉ số truyền có thể chọn chênh lệch lớn hơn, cụ thể: [1,31,5]nh chuu [2.17] Đối với hộp giảm tốc bánh răng đồng trục Để bánh răng bị dẫn cấp nhanh và cấp chậm được ngâm trong dầu như nhau, ta thường lấy: nh ch hgtuu u [2.18] Đối với hộp giảm tốc bánh răng cơn - trụ 2 cấp Thường chọn tỉ số truyền cặp bánh răng cơn lớn hơn 3. Sơ bộ có thể chọn ucơn = [0,22 0,28]uhgt. Số nhỏ dùng cho hộp giảm tốc lớn. Mặt khác để đảm bảo 2 bánh răng bị dẫn ở 2 cấp được bơi trơn trong dầu như nhau [bánh răng nón có điều kiện bơi trơn khác bánh răng trụ], ta có thể chọn tỉ số truyền cho 2 cấp là [1,21,4]cơnuutrụï [2.19] Đối với hộp giảm tốc bánh răng - trục vít Để tiện bố trí các chi tiết máy trong hộp, thường chọn tỉ số truyền cặp bánh răng trụ khơng q 2 2,5 Đối với hộp giảm tốc trục vít - bánh răng [0,03 0,06]br huu [2.20] e. Kiểm tra sai số tỉ số truyền của hộp giảm tốc 2.4 BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT Sau khi đã chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền, ta sẽ tiến hành tổng hợp các thơng số trên vào một bảng, gọi là bảng thơng số kỹ thuật của hộp giảm tốc. Bảng này cũng sẽ được trình bày trên bảng vẽ lắp sau này. Trường hợp bộ truyền ngồi nằm trước hộp giảm tốc 22 CHÖÔNG 2 Bảng 2.4 Bảng thông số kỹ thuật của hệ có bộ truyền ngoài nằm trước hộp giảm tốc Trục Thông số Động cơ I II III Công tác Tỉ số truyền 1 un unh uch Số vòng quay, vg/ph ndc nlv Công suất, kW Pdc P Momen xoắn, Nmm Tdc T1 T2 T3 Tct Trường hợp bộ truyền ngoài nằm sau hộp giảm tốc Bảng 2.5 Bảng thông số kỹ thuật của hệ có bộ truyền ngoài nằm sau hộp giảm tốc Trục Thông số Động cơ I II III Công tác Tỉ số truyền 1 unh uch un Số vòng quay, vg/ph ndc nlv Công suất, kW Pdc P Mo men xoắn, Nmm Tdc T1 T2 T3 Tct Thông thường số thứ tự trục được đánh số từ ngoài động cơ vào bộ phận công tác. Trục I là trục đầu vào hộp giảm tốc. Trục II là trục trung gian của hộp giảm tốc. Trục III là trục đầu ra hộp giảm tốc. Lưu ý: - P ở đây là công suất trên trục công tác, là công suất làm việc lớn nhất của hệ. Nếu hệ có sơ đồ tải trọng thay đổi theo bậc thang, ta sử dụng công suất lớn nhất để tính toán. Công suất đẳng trị chỉ sử dụng để chọn động cơ. Vì vậy, một số trường hợp khi tính lại công suất động cơ trong bảng này, có thể lớn hơn công suất động cơ đã chọn. Khi đó ta phải chọn lại động cơ có công suất cao hơn. - Pdc ở đây có thể điền công suất tính được từ công suất làm việc, hoặc cũng có thể điền công suất của động cơ đã chọn. - Momen xoắn trên từng trục được tính theo công thức: 69,55.10iiiPTn [2.21] Momen xoắn này sẽ được dùng để tính toán các bộ truyền bánh răng và tính toán kết cấu trục, then… TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 23 2.5 VÍ DỤ 2.5.1 Hộp giảm tốc cơn trụ hai cấp Hệ thống dẫn động thùng trộn gồm 1- Động cơ điện 3 pha khơng đồng bộ; 2- Nối trục đàn hồi 3- Hộp giảm tốc; 4- Bộ truyền xích ống con lăn; 5- Thùng trộn Số liệu thiết kế Cơng suất trên trục thùng trộn : P = 3 kW Số vòng quay trên trục thùng trộn : n = 51 vòng/phút Thời gian phục vụ : L = 6 năm Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ. [1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ] a. Chọn động cơ Xác định cơng suất động cơ Cơng suất động cơ phải lớn hơn cơng suất cần thiết dc ctPP Với ctchPP Hiệu suất chung của hệ thống 24 CHÖÔNG 2 312ch br br ol x br1 - hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn răng thẳng br2 - hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ol - hiệu suất của các ổ lăn [3 cặp ổ lăn] x - hiệu suất của bộ truyền xích. Chọn hiệu suất của nối trục là 1 Tra giá trị các hiệu suất trên trong bảng 2.1 ta thu được kết quả sau 1230,96; 0,97; 0,99; 0,920,96.0,97.0,99 .0,92 0,831 br br ol xch Công suất cần thiết: 33,6090,831ctPkW Do hệ thống có sơ đồ tải trọng không đổi theo thời gian, ta sử dụng luôn công suất này để chọn động cơ Từ đây, cần phải chọn động cơ có công suất lớn hơn 3,609 kW [1] Xác định số vòng quay sơ bộ Chọn tỉ số truyền. Tỉ số truyền chung của hệ: ch hgt xuuu Theo bảng 2.2: Đối với bộ truyền xích, tỉ số truyền được chọn trong khoảng 2 ÷ 6. Đối với hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp, tỉ số truyền được chọn trong khoảng 10 ÷ 25 Ta chọn sơ bộ tỉ số truyền như sau: uch = 3.11 = 33 Số vòng quay sơ bộ của động cơ: ndc = nct.uch = 51.33 = 1683 vòng/phút [2] Từ [1] và [2], theo bảng Phụ lục I ta chọn được động cơ có thông số sau: Kiểu động cơ Công suất, [kW] Vận tốc quay, [vg/ph] cos % Tmax/Tdn Tk/Tdn 4A100L4Y3 4,0 1420 0,84 84 2,2 2,0 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 25 Tỉ số truyền thực sự lúc này là: 142027,8451 dcchlvnun b. Phân phối tỉ số truyền - Hộp giảm tốc Tỉ số truyền chọn sơ bộ là uhgt = 12 - Bộ truyền xích Tỉ số truyền còn lại 27,842,3212 chxhgtuuu - Phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc Chọn tỉ số truyền của cặp bánh răng cơn so với bánh răng trụ ucơn = 1,3 utrụ Tỉ số truyền của cặp bánh răng trụ do đó sẽ 123, 041, 3 1, 3hgtuutrụ Tỉ số truyền của cặp bánh răng cơn 123,953, 03hgtuuucôntrụ Tỉ số truyền cuối cùng của hộp giảm tốc uhgt = ucơn utrụ = 3,95.3.04 = 12,008 Sai số tỉ số truyền: |12 12,008 |0,06%12 Bảng thơng số kỹ thuật: Trục Thơng số Động cơ I II III Cơng tác Tỉ số truyền 1 3,95 3,04 2,32 Số vòng quay, vg/ph 1420 1420 359,49 118,25 51 Cơng suất, kW 4,0 3,609 3,43 3,294 3 Mo men xoắn, Nmm 24271,8 91119,8 266027,1 561764,7 26 CHÖÔNG 2 Mômen xoắn và công suất trên mỗi trục được xác định lần lượt như sau: 123,03, 2940,92.0,993,2943,430,97.0,993,433,6090,96.0,99ctIIIxolIIIIIbr olctIbr olPPkWPPkWPPkW 66116611661166113,6099,55.10 9,55.10 24271,814203, 439,55.10 9,55.10 91119,8359,493, 2949,55.10 9,55.10 266027,1118,2539,55.10 9,55.10 561764,751IIIIIIctPTNmmnPTNmmnPTNmmnPTNmmn 2.5.2 Hộp giảm tốc đồng trục Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục; 4- Nối trục đàn hồi; 5- Xích tải TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 27 Số liệu thiết kế: Lực vòng trên xích tải : F = 6500 N Vận tốc xích tải : v = 1,1 m/s Số răng đĩa xích tải dẫn : z = 9 răng Bước xích tải : p = 110 mm Thời gian phục vụ : L = 6 năm Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ. [1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ] Chế độ tải: T1 = T; T2 = 0,7T; T3 = 0,95T t1= 30 giây; t2 = 36 giây; t3 = 12 giây a. Chọn động cơ Xác định cơng suất động cơ Vì động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng thay đổi nên ta chọn động cơ dựa trên cơng suất đẳng trị Cơng suất động cơ phải lớn hơn cơng suất cần thiết dc ctPP Với .tdctchPKP 2max11.niiitdniiTtTKt Ta tính được 2222312123max11 11123122 2. 1 .30.0,7 .36 0,95 .120,86630 36 12 niiitdniiTTTTttttTTT TKtt tt Cơng suất trên trục cơng tác: . 6500.1,17,151000 1000FvPkW 28 CHÖÔNG 2 Hiệu suất chung của hệ: 412ch br br olñ br1 - hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh. br2 - hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm. ol - hiệu suất của các ổ lăn [4 cặp ổ lăn] đ - hiệu suất của bộ truyền đai. Chọn hiệu suất của nối trục là 1 Tra gíá trị các hiệu suất trên trong bảng 2.1 ta thu được kết quả sau br1 = br2 = 0,97; ol = 0,99; đ = 0,95 ch = 0,97.0,97.0,994.0,95 = 0,859 Công suất tương đương: 7,15.0,8667,210,859dtPkW Do đó cần phải chọn động cơ có công suất lớn hơn 7,21 kW [1] Xác định số vòng quay sơ bộ Chọn tỉ số truyền. Tỉ số truyền chung của hệ: ñch hgtuuu Theo bảng 2.2: Đối với bộ truyền đai, tỉ số truyền uđ được chọn trong khoảng 3 ÷ 5. Đối với hộp giảm tốc hai cấp, tỉ số truyền được chọn trong khoảng 8 ÷ 40 Ta chọn sơ bộ tỉ số truyền như sau: uch = 3.8 = 24 Số vòng quay làm việc của xích tải: 1,160000. 60000. 66,679.110 lvpvnz vòng/phút Số vòng quay sơ bộ của động cơ: . 66,66.24 1600dc ct chnnu vòng/phút [2] TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 29 Từ [1] và [2], theo bảng Phụ lục I ta chọn được động cơ có thơng số sau: Kiểu động cơ Cơng suất, [kW] Vận tốc quay, [vg/ph] cos % Tmax/Tdn Tk/Tdn 4A112M4Y3 7,5 1455 0,86 87,5 2,2 2,0 Tỉ số truyền thực sự lúc này là: 145521,82566,66dcchlvnun b. Phân phối tỉ số truyền - Hộp giảm tốc Tỉ số truyền chọn sơ bộ là uhgt = 8 - Phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc: Đối với hộp giảm tốc bánh răng đồng trục, tỉ số truyền của cấp nhanh được lấy bằng cấp chậm 82,83nh ch hgtuu u Tỉ số truyền cuối cùng của hộp giảm tốc: 22,83 8,009ghtu Sai số tỉ số truyền hộp giảm tốc: | 8 8,009 |0,11%8 - Bộ truyền đai Tỉ số truyền còn lại là 21,8252,728,009chhgtuuu đ Mặc dù ta chọn động cơ bằng cơng suất đẳng trị nhưng khi tính tốn cho bảng thơng số kỹ thuật, ta lại dùng động cơ làm việc tối đa, ở đây là 7,15 kW 22127,157,5210,97.0,997,5217,8320,97.0,997,8328,3270,95.0,99đctIIIbr olIIIIIbr olctIolPPkWPPkWPPkW