Thiết kế trạm dẫn động vít tải nằm ngang vận chuyển cát khô

ĩa trên trục động cơ - Công suất danh nghĩa trên trục I - Công suất danh nghĩa trên trục II - Công suất danh nghĩa trên trục III - Công suất danh nghĩa trên trục IV 4.3.2. Tính số vòng quay trên các trục - Số vòng quay trên trục động cơ: - Số vòng quay trên trục I: - Số vòng quay trên trục II: - Số vòng quay trên trục III: - Số vòng quay trên trục IV: 4.3.3. Tính mômen xoắn trên các trục - Mômen xoắn trên trục động cơ - Mômen xoắn trên trục I - Mômen xoắn trên trục II - Mômen xoắn trên trục III - Mômen xoắn trên trục IV Bảng 4.3. Các thông số của bộ truyền Động cơ Trục I Trục II Trục III Trục IV u 1,96 2,03 6,384 1 P (kW) 1,36 1,285 1,24 1,196 1,19 n(v/ph) 1400 714,286 351,865 55,11 55,11 T (Nmm) Ñ. Kết luận: Ta thấy sau khi căn cứ vào momen xoắn trên trục công tác, ta tính chọn được hộp giảm tốc tiêu chuẩn theo yêu cầu và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống thỏa mãn điều kiện giữa hộp và bộ truyền ngoài. Để đảm bảo tỉ số truyền ngoài hộp ta thiết kế bộ truyền đai theo tỉ số truyền đã chọn. Vấn đề này được giải quyết trong mục 4.4 4.4. Thiết kế bộ truyền ngoài hộp Với bộ truyền ngoài hộp ta có thể sử dụng bộ truyền đai hoặc bộ truyền xích a. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền đai * Ưu điểm - Có thể truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục ở xa nhau(amax=15m) - Làm việc êm và không ồn - Giữ được an toàn cho các chi tiết máy và động cơ khi bị quá tải nhờ hiện tượng trượt trơn - Có thể truyền chuyển động cho nhiều trục - Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, giá thành hạ * Nhược điểm - Khuôn khổ và kích thước lớn - Tỉ số truyền không ổn định, hiệu suất thấp vì có trượt đàn hồi - Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai - Tuổi thọ thấp * Phạm vi sử dụng - Do thích hợp làm việc với vận tốc cao nên thường lắp ở đầu vào hộp giảm tốc - Thường dùng khi cần truyền chuyển động trên khoảng cách trục lớn, công suất truyền dẫn không vượt quá 40 ¸ 50 kw, vận tốc vòng V= 5 ¸ 30 m/s b. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền xích * Ưu điểm -Có thể truyền chuyển động giữa các trục cách nhau tương đối lớn(amax= 8m) - Khuôn khổ kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai - Không có hiện tượng trượt như truyền động đai - Có thể cùng một lúc truyền chuyển động cho nhiều trục - Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn truyền động đai vì không cần căng xích với lực căng ban đầu * Nhược điểm - Do có sự va đập khi vào khớp nên có nhiều tiếng ồn khi làm việc, ví vậy không thích hợp với vận tốc cao - Đòi hỏi chế tạo, lắp ráp chính xác hơn so với truyền động đai. Yêu cầu chăm sóc và bảo quản thường xuyên(bôi trơn, điều chỉnh làm căng xích) - Vận tốc và tỉ số truyền tức thời không ổn định - Chóng mòn khớp bản lề, nhất là khi bôi trơn không và làm việc nơi bụi bẩn * Phạm vi sử dụng - Truyền động với khoảng cách trục trung bình và yêu cầu khích thước nhỏ gọn, làm việc không có trượt - Thích hợp với vận tốc thấp, thường lắp ở đầu ra của hộp giảm tốc - Công suất truyền dẫn P £ 120 kw; khoảng cách trục lớn nhất amax= 8m - Vận tốc thông thường: V £ 15m/s, đôi khi có thể tới 35 m/s. Þ Từ những ưu, nhược điểm, phạm vi sử dụng của bộ truyền đai và bộ truyền xích ta chọn bộ truyền ngoài là bộ truyền đai. c. Chọn đai Khi thiết kế bộ truyền đai ta có thể thiết kế bộ truyền đai dẹt hoặc đai thang. * Đai dẹt: so với đai thang thì đai dẹt dễ cuốn quanh bánh đai, lực quán tính ly tâm nhỏ, hiệu suất cao hơn đai thang. * Đai thang: lực ma sát giữa dây đai và bánh đai lớn do đó có thể truyền được momen xoắn lớn. Tuy nhiên đai thang có sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai. Vì vậy căn cứ vào công suất và momen xoắn trên trục động cơ, căn cứ vào ưu nhược điểm của đai dẹt và đai thang ta chọn bộ truyền ngoài là bộ truyền đai thang. Ñ. Thiết kế bộ truyền ngoài bằng bánh đai thang 4.4.1. Chọn loại đai phù hợp với khả năng làm việc Do chế độ làm việc yêu cầu đối với bộ truyền đai là làm việc ổn định trong hai ca tương đương với 16 h. Cho nên đai phải có độ bền cao thêm vào đó vẫn phải bảo đảm yêu cầu về kinh tế là là giá thành phải tối thiểu nhất. Cho nên ta lựa chọn loại đai thang thường A được làm bằng vải cao su, vì có sức bền và tính đàn hồi cao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm. 4.4.2. Xác định đường kính đai nhỏ Đường kính đai nhỏ được xác định bởi công thức thực nghiệm (4.3) T1 là mômen xoắn trên trục chủ động nên ta có: T1 = Tdc =9277,142(N.mm). Thay số vào (4.3) ta có xác định sơ bộ đường kính bánh đai như sau: . Theo dãy tiêu chuẩn [3] ta sẽ chọn được d1 = 112 (mm). Khi đó vận tốc đai được xác định bởi công thức như sau: (m/s). Do v = 8,2 (m/s) < vmax = (25¸30) (m/s). Cho nên đường kính d1 là phù hợp với điều kiện làm việc của bộ truyền. 4.4.3. Xác định đường kính đai lớn Đường kính đai lớn được xác định bởi công thức: (4.4) Trong đó: - u là tỉ số chuyền của bộ chuyền đai Þ u = ung = 1,96 - e là hệ số trượt đối với đai vải cao su thì e = 0,01 - d1 là đường kính của bánh đai nhỏ sau khi chuẩn hoá. Thay vào (4.4) ta được: Theo dãy tiêu chuẩn ta sẽ chọn d2 = 224 (mm). Bảng 4.26 [3] * Kiểm nghiệm lại số vòng quay thực của bánh bị dẫn. Ta có số vòng quay thực của bánh bị dẫn được xác định bởi công thức như sau: Với sai số vòng quay Þ Dn < 4% đây là giá trị vẫn đáp ứng được điều kiện bộ truyền đai làm việc bình thường tức là bảo được tỉ số chuyền cần thiết. Cho nên đường kính d2 đã tính toán trên đây đạt yêu cầu. 4.4.4. Xác định khoảng cách giữa hai trục bánh đai a và chiều dài của đai Ta biết rằng chiều dài đai tối thiều Lmin sơ bộ được xác định bởi công thức như sau: (m). Vậy Lmin = 1,64 (m) = 1640 (mm). Khi đó khoảng cách giữa hai trục a được xác định theo Lmin như sau: . (4.5) Thay số vào (4.5) ta xác định được khoảng cách hai trục bánh đai: Nhận thấy ngay thấy rằng a < 2.(d1 + d2) = 2.(112+224) = 672 (mm) không thỏa mãn điều kiện Vậy ta phải xác định chiều dài đai L theo khoảng cách giữa hai trục bánh đai a. Chọn a = 2.(d1 + d2) = 672 (mm). Khi đó L xác định theo công thức sau: Thay số vào công thức trên ta thu được giá trị của L như sau: (mm). Theo bảng 4.13[3] chọn chiều dài đai l theo tiêu chuẩn l =2000(mm) Do yêu cầu về tuổi thọ nên với vận tốc dây đai: : Số vòng quay của đai: => thỏa mãn điều kiện do đó ta chọn l = 2000(mm) Tính lại khoảng cách trục a: Theo công thức Tuy nhiên tuỳ thuộc vào cách thức nối đai ta có thể tăng thêm chiều dài dây đai từ 100¸400 (mm) để bộ truyền làm việc tốt. 4.4.5. Tính góc ôm đai a1 Góc ôm a1 trên bánh nhỏ được xác định bởi công thức sau: a1 = 1800 - g = . (4.6) Thay các giá trị của d1 và d2 vào (4.6) ta có: Nhận thấy rằng a1 = 170,5° > 1200 thỏa mãn yêu cầu về góc ôm đai. 4.4.6. Xác định số đai z Số đai z được xác định theo công thưc 4.16[3] Trong đó: : Công suất trên trục bánh đai chủ động, =1,5 (kW) : Hệ số tải trọng động, tra bảng 4.7[3]: ”Trị số của hệ số tải trọng động” ta được giá trị =1,0. : Công suất cho phép, kW xác định bằng thực nghiệm ứng với bộ truyền có số đai z=1, chiều dài đai tiêu chuẩn lo, tỉ số truyền u=1 và tải trọng tĩnh, trị số của đối với đai thang thường cho trong bảng 4.19[3], =2,25kW. : Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm trên bánh đai nhỏ đến khả năng kéo của đai, tra bảng 4.15[3]: ”Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm” ta được giá trị =0,98. : Hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai, tra bảng 4.16[3]: “Trị số của hệ số ” ta được giá trị . : Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền, tra bảng 4.17[3]: “Trị số của hệ số ” ta được giá trị =1,12. : Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng không đều đến tải trọng các dây đai, tra bảng 4.18[3], với ta có . Thay vào ta có: Lấy z=1 đai 4.4.7. Tính chiều rộng của bánh đai (B) - Kết cấu bánh đai Bánh đai được làm từ gang xám GX15-32 bằng phương pháp đúc. Theo bảng 4.17[3] và bảng 4.21[3] ta có Chiều rộng bánh đai: B = (z – 1 )t + 2e =(1 – 1)15 + 2.10 = 20 (mm) Đường kính ngoài của bánh đai da=d + 2h0 = 112 +2.3,3 = 118,6 (mm) 4.4.8. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục - Lực căng ban đầu: Theo công thức 4.19[3] ta có: Trong đó: (định kỳ điều chỉnh lực căng), Tra bảng 4.22[3] có Thay vào ta có: - Lực tác dụng lên trục Theo công thức 4.21[3] ta có: Bảng 4.4. Các thông số bộ truyền đai Các thông số của bộ truyền đai thang Giá trị Đường kính bánh đai nhỏ (mm) 112 Đường kính bánh đai lớn (mm) 224 Chiều rộng bánh đai B (mm) 20 Chiều dài đai l (mm) 2000 Khoảng cách trục a (mm) 1734,1 Lực căng ban đầu (N) 120 Lực tác dụng lên trục (N) 475,2 4.5. Tính chọn khớp nối Khớp nối trục là một bộ phận cơ khí để nối và truyền momen xoắn giữa hai thành phần chuyển động, thông thường là nối giữa 2 trục, nối các trục ngắn thành một trục dài, khớp nối còn có tác dụng đóng mở các cơ cấu (ly hợp), ngăn ngừa quá tải, giảm tải trọng động, bù sai lệch của các trục. Tỷ số truyền qua khớp nối bằng 1. Có rất nhiều ứng dụng của khớp nối, ví dụ dễ thấy nhất là trong ô tô chúng ta có khớp nối các đăng nối truyền từ động cơ tới cầu trục phía sau. Ngoài ra, khớp nối còn có tác dụng như điều chỉnh tốc độ, ngăn ngừa quá tải hay đóng mở các cơ cấu cơ khí, v.v… Nếu phân loại theo ứng dụng thì có rất nhiều loại khớp nối, nhưng nói chung chúng phân ra 3 loại chính sau: 1. Khớp nối cứng (Rigid coupling) 2. Khớp nối linh động (đàn hồi) hay khớp nối bù (Flexible or  Compensating  Couplings) 3. Khớp nối ly hợp (cho phép nối hoặc tách các trục máy) Chọn loại khớp nối: Dựa vào tải trọng, số vòng quay, tính chất làm việc của máy để chọn kiểu khớp nối. Dựa vào đường kính d (trục chủ động) của đoạn cần lắp khớp nối và moomen xoắn T trên trục, tra bảng tìm khớp nối thích hợp Ta chọn khớp nối loại nối trục vòng đàn hồi vì một số ưu điểm sau: * Nhờ có bộ phận đàn hồi cho nên nối trục vòng đàn hồi có khả năng: +) Giảm va đập và trấn động. +) Đề phòng cộng hưởng do dao động xoắn gây nên. +) Bù lại độ lệch trục (làm việc như nối trục bù). +) Mặt khác, nối trục vòng đàn hồi có cấu tạo đơn giản, rễ chế tạo, dễ thay thế, làm việc tin cậy, và giá thành hợp lý. Khớp nối đàn hồi có cấu tạo như hình 4.1 Hình 4.1 . Cấu tạo khớp nối đàn hồi 4.5.1. Tính toán sơ bộ đường kính trục tại các vị trí lắp khớp nối Theo sơ đồ hệ thống thiết kế thì ta cần phải thiết kế 1 khớp nối là: Khớp nối tại vị trí nối giữa trục III đầu ra của hộp giảm tốc và trục công tác vít tải IV. Đường kính trục được tính theo công thức sau: (4.8) - Đường kính trục tại vị trí nối giữa trục III và trục IV là: Chọn theo theo tiêu chuẩn dđc= 35mm 4.5.2. Chọn khớp nối tiêu chuẩn Tra bảng (16-10a)[4] tại vị trí nối trục III và trục IV với các thông số T=209210,52.mm và d= 35mm ta chọn loại khớp nối sau: Bảng 4.5. Các kích thước của khớp nối T d D dm L l d1 Do Z nmax B B1 l1 D3 l2 250 35 140 80 175 110 71 105 6 3800 5 42 30 28 32 Ñ.Tra bảng (16.10b)[4]: ta có kích thước cơ bản của vòng đàn hồi là Bảng 4.6. Các kích thước vòng đàn hồi T dc d1 D2 l l1 l2 l3 h 250 14 M10 20 62 34 15 28 1,5 +) Sau khi chọn kích thước nối trục theo trị số mômen xoắn tính toán (Tt) và đường kính trục (d), cần kiểm nghiệm điều kiện bền của vòng đàn hồi và chốt. 4.5.3. Kiểm nghiệm điều kiện bền * Kiểm nghiệm điều kiện bền dập của vòng đàn hồi khớp nối trục III và trục IV +) Điều kiện bền dập của vòng đàn hồi được tính theo công thức tr69-[2]: sd = (4.9) Trong đó: +) Z: là số chốt, Z=6. +) D0: là đường kính vòng tròn qua tâm các chốt, D0=105 mm. +) dc: đường kính chốt, dc = 14 mm. +) l3: là chiều dài của vòng đàn hồi, l3= 28mm. +) [sd]: ứng suất dập cho phép của vòng cao su, [sd] = (2 ¸ 4) (MPa). Thay các trị số vào (4.10) ta được: Þ Vậy sd < [sd] = (2 ¸ 4) (MPa) Kết luận: Khớp nối giữa trục đầu ra và trục đĩa xích đảm bảo điều kiện bền dập. * Kiểm nghiệm điều kiện bền của chốt. +) Điều kiện bền của chốt được tính theo công thức tr69-[4]: (4.10) Trong đó: +) Z: là số chốt, Z=6. +) D0: là đường kính vòng tròn qua tâm các chốt, D0=105 mm. +) l0: là chiều dài chốt, xác định kích thước l0 qua bảng (16.10b)[4]: l0 =l1+ l2/2 = 34 + 15/2 = 41,5 (mm) +) dc: đường kính chốt, dc = 14 mm. +) [su]: là ứng suất uốn cho phép, [su] = (60 ¸ 80) (MPa). Thay các giá trị vào (4.11) ta được: Vậy su < [su] = (60 ¸ 80) (MPa) Kết luận: Khớp nối đã chọn giữa trục đầu ra của hộp giảm tốc với trục vít tải đã thỏa mãn điều kiện làm việc. Ñ. Kết luận: Để hệ thống hoạt động tốt, tránh tổn thất công suất, bù lại tỉ số truyền giữa bộ truyền trong hộp và ngoài hộp ta phải tính chon hộp giảm tốc, chọn động cơ, thiết kế bộ truyền ngoài, khớp nối hợp lý, thỏa mãn các điều kiện. Và ta đã làm được điều đó. Trong chương V ta tiến hành kiểm nghiệm bộ truyền trong hộp để có những đề xuất vật thiệu hợp lý. CHƯƠNG V TÍNH VÀ KIỂM NGHIỆM CÁC CHI TIẾT TRONG HỘP Tiến hành kiểm nghiệm các chi tiết trong hộp nhằm kiểm nghiệm xem các chi tiết có đủ điều kiện làm việc hay không, vật liệu chế tạo đã hợp lý hay chưa. Nếu vật liệu thiếu bền hay thừa bền nhiều ta thay bằng vật liệu mới giảm chi phí mà vẫn đảm bảo điều kiện bền. 5.1. Kiểm nghiệm cho các bộ truyền bánh răng 5.1.1. Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng cấp nhanh Bảng 5.1. Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng cấp nhanh Thông số Ký hiệu Công thức tính Kết quả Đơn vị Khoảng cách trục aw a = 0,5.m.(Z1 + Z2)/cos b 80 mm ĐK vòng chia D1 D1 = m.Z1/cosb 52,800 mm D2 D2= m.Z2/cosb 107,200 mm ĐK vòng đỉnh Da1 Da1 = D1 + 2m 55,8 mm Da2 Da2 = D2 + 2m 110,2 mm ĐK vòng chân Df1 Df1 = D1 – 2,5m 49,05 mm Df2 Df2 = D2 – 2,5m 103,45 mm ĐK vòng cơ sở Db1 Db1 = D1.cosa 49,62 mm Db2 Db2 = D2.cosa 100,7 mm ĐK vòng lăn Dw Dw = 2a/(u1+1) 52,805 mm Modun pháp mn (0,01.....0,02) aW 1,5 Chiều rộng vành răng bw bW1 = yba. aW2 20 mm Tỷ số truyền u1 4 Số răng Z1 33 Z2 67 Hệ số dịch chỉnh X1 +0,75 X2 +0,597 Góc nghiêng b 20,364 Độ Hệ số trùng khớp dọc eb 1,47 Hệ số trùng khớp ngang ea 1,76 5.1.1.1. Ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc cho phép [sH], ứng suất uốn cho phép [sF] được xác định theo công thức. [sH] = soHlim.KHL. ZR .ZV .KXH / SH (5.1) [sF] = soFlim. KFC. KFL.YR/ SF (5.2) Với: soHlim, soFlim:ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở. Theo bảng 6.2 [3] với thép 25XGM tôi cải thiện đạt độ rắn HRC 57 … 63 có: s0Hlim1 =23.HRCm = 23.57 =1311(MPa) soFlim1 =1000 (MPa) s0Hlim2 = 23.HRCm = 23.57 =1311(MPa) soFlim2 =1000 (MPa) KFC: Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải. Chọn: KFC = 1 do bộ truyền quay 1 chiều; KHL,KFL: Hệ số tuổi thọ. KHL = KFL = : Bậc đường cong mỏi. : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn. Đối với thép 25XGM: = 4.106 : Số chu kì thay đổi về ứng suất tương đương. Với: c, n, tS: Lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng quay trong một phút,và tổng số giờ làm việc của cặp bánh răng đang xét. Ta thấy: Ta lấy ÞKHL1=1; KHL2=1; KFL=1. Với: SH,SF: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn. Theo bảng 6.2 [1]. SH = 1,1; SF = 1,55 ; ZR = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám mặt răng. ZV = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng. KXH = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng. YR = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng. Thay các tham số vào (5.1), (5.2) ta có: [sH1] = [sH2] = [sH] = 1311/1,2 = 1092,5 (MPa) [sF1] = [sF2] = 1000/1,5 = 666,67 (MPa) Với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng, ứng suất tiếp xúc cho phép [sH] lấy bằng giá trị trung bình của [sH1] và [sH2] nhưng không vượt quá 1,25[sH]min tức là: Nghĩa là ở đây ta lấy: (MPa) Với: (MPa) * Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: [sH1]Max =[sH2]Max =40.HRCm = 40.57 = 2280 (MPa) * Ứng suất uốn cho phép khi quá tải: [sF1]Max =[sF2]Max =0,6.sch2= 0,6.950 = 570 (MPa)) 5.1.1.2 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc Ứng suất xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện sau: (5.3) Trong đó: ZM: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp. Tra bảng 6.5 [3] ta có: ZM = 274 (MPa1/3) ZH: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. Tra bảng 6.12[3]: Với góc nghiêng b = 20,3640 và : (X1 + X2) / (Z1 + Z2) = (0.75 + 0.597) / (33 + 67) = 0,013 Ta có ZH = 2,60. Ze :Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, được xác định thông qua eb , ea. ea :Hệ số trùng khớp ngang. ea = [1,88 – 3,2.(1/ Z1 + 1/ Z2)]. cosb ea = [1,88 – 3,2.(1/ 33 + 1/ 67)]. Cos20,3640= 1,63 eB: Hệ số trùng khớp dọc eb = bW.sin b /(m.p) eb = 20.sin 20,3640 / ( 1,5. 3,14 ) = 1,47 > 1 Þ KH: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc. KH = KHb.KHa.KHV (5.4) KHb : Hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng răng Tra bảng 6.7 [1] ta có: KHb = 1,07. KHa: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp. - Tính đường kính vòng lăn bánh nhỏ: Vận tốc vòng: Tra bảng 6.13[3], bộ truyền dùng cấp chính xác 9. Tra bảng 6.14[3] ta có KHa = 1,16; KFa = 1,4. KHV : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp (5.5) (5.6) dH: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp. Tra bảng 6.15[3] ta có: dH = 0,002 g0 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng 1 và 2. Tra bảng 6.16 [3] ta có: g0 = 73. Thay vào (5.5) ta có : Thay vào (5.4) ta có : Thay số vào công thức (5.3) ta có: * Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép Do v = 3,87(m/s) nên Zv=0,9.v0,05=0,9.3,870,05=0,96 Đường kính vòng đỉnh da1=55,8 < 700 (mm) Þ lấy KxH = 1 Với cấp chính xác động học là 8 , chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 7 khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra = 1,25 ¸ 0,63 (mm) Þ lấy ZR = 0, 97 Þ = 0,96.1.0,97.1092,5=1017,336(MPa) Như vậy sH < [sH]CX do đó thoả mãn độ bền tiếp xúc Chênh lệch DsH = = 5.1.1.3. Kiểm nghiệm về độ bền uốn Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất sinh ra tại chân răng không được vượt quá một giá trị cho phép. (5.6) (5.7) Trong đó: T1: Mô men xoắn trên trục chủ động. T1 = Nmm mn: Mô đun pháp. mn = 1,5 bW: Chiều rộng vành răng. bw = 20mm dW1: Đường kính vòng lăn bánh chủ động. dw1 =52,805 mm Ye: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng. Yb: Hệ số kể đến độ nghiêng của răng. YF1 , YF2: Hệ số dạng răng của bánh 1 và 2. Tính ZV1 ,ZV2: .Chọn ZV1 = 40 . Chọn ZV2 = 80 Tra bảng 6.18 [3] ta có: YF1 = 3,33, YF2 = 3,45 KF: Hệ số tải trọng khi tính độ bền uốn. KF = KFa.KFb.KFV Tra bảng 6.7 [3] ta có KFb =1,03 Tra bảng 6.14 [3] ta có KFa = 1,13 (5.8) (5.9) Tra bảng 6.15; 6.16 [3] ta có: dF = 0,006; g0 = 56 Thay vào (5.9) ta có: Thay vào (5.8) ta có: Thay vào công thức (5.6), (5.7) ta có: Ta thấy sF1 < [sF1]; sF2 < [sF2] Vậy bộ truyền được thiết kế thỏa mãn điều kiện bền uốn. 5.1.1.4. Kiểm nghiệm răng về quá tải Khi làm việc bánh răng có thể bị quá tải khi mở máy. Vì vậy, cần kiểm tra quá tải dựa vào ứng suất tiếp xúc cực đại, ứng suất uốn cực đại. Ta có hệ số quá tải (6.48)[1]: Trong đó: T: là mômen xoắn danh nghĩa Tqt: là mômen xoắn quá tải, với hệ số Kbd =1,7. + Để tránh biến dạng dư hoặc gẫy răng bánh răng, ứng suất tiếp xúc cực đại sHMax không vượt quá một giá trị cho phép. Nghĩa là: sH Max = sH . £ [sH]Max (5.10) Thay vào (5.10) ta có: + Đồng thời để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng thì: < Kết luận: Vậy bộ truyền được thiết kế thỏa mãn điều kiện quá tải. 5.1.2. Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng cấp chậm Bảng5.2. Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng cấp chậm Thông số Ký hiệu Công thức tính Kết quả Đơn vị Khoảng cách trục aw2 a = 0,5.m.(Z3 + Z4)/cos b 100 mm ĐK vòng chia D3 D3 = m.Z3/cosb 27,083 mm D4 D4= m.Z4/cosb 172,916 mm ĐK vòng đỉnh Da3 Da3 = D3 + 2m 31,083 mm Da4 Da4 = D4 + 2m 176,916 mm ĐK vòng chân Df3 Df3 = D3 – 2,5m 22,083 mm Df4 Df4 = D4 – 2,5m 167,916 mm ĐK vòng cơ sở Db3 Db3 = D3.cosa 25,449 mm Db4 Db4 = D4.cosa 162,487 mm ĐK vòng lăn Dw Dw = 2a/(u2+1) 27,085 mm Modun pháp mn (0,01.....0,02) aW 2 Chiều rộng vành răng bw bW2 = yba. aW2 25 mm Tỷ số truyền u2 6,384 Số răng Z3 13 Z4 83 Hệ số dịch chỉnh X3 +0,48 X4 -0,48 Góc nghiêng b 16,26 Độ Hệ số trùng khớp dọc eb 1,115 Hệ số trùng khớp ngang ea 1,67 5.1.2.1 Ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc cho phép [sH], ứng suất uốn cho phép [sF] được xác định theo công thức. [sH] = soHlim.KHL. ZR .ZV .KXH / SH (5.11) [sF] = soFlim. KFC. KFL.YR/ SF (5.12) Với: soHlim, soFlim:ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở. Theo bảng 6.2 [1] với thép 25XGM tôi cải thiện đạt độ rắn HRC 57 … 63 có: s0Hlim3 =23.HRCm = 23.63 =1449(MPa) soFlim3 =1000 (MPa) s0Hlim4 = 23.HRCm = 23.63 =1449(MPa) soFlim4 =1000 (MPa) KFC: Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải. Chọn: KFC = 1 do bộ truyền quay 1 chiều; KHL,KFL: Hệ số tuổi thọ. KHL = KFL = : Bậc đường cong mỏi. : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn. Đối với thép 25XGM: = 4.106 : Số chu kì thay đổi về ứng suất tương đương. Với: c, n, tS: Lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng quay trong một phút,và tổng số giờ làm việc của cặp bánh răng đang xét. Ta thấy: Ta lấy ÞKHL3=1; KHL4=1; KFL=1. Với: SH,SF: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn. Theo bảng 6.2 [3]. SH = 1,2; SF = 1,55 ; ZR = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám mặt răng. ZV = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng. KXH = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng. YR = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng. Thay các tham số vào (5.11), (5.12) ta có: [sH3] = [sH4] = [sH] = 1449/1,2 = 1207,5 (MPa) [sF3] = [sF4] = 1000/1,5 = 666,67 (MPa) * Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: [sH3]Max =[sH4]Max =40.HRCm = 40.63 = 2520 (MPa) * Ứng suất uốn cho phép khi quá tải: [sF3]Max =[sF4]Max =0,6.sch4= 0,6.950 = 570 (MPa)) 5.1.2.2.Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc Ứng suất xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện sau: (5.13) Trong đó: ZM: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp. Tra bảng 6.5 [3] ta có: ZM = 274 (MPa1/3) ZH: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. bb: Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở. tg bb = cos at.tg b Đối với cặp bánh răng nghiêng dịch chỉnh đều: at = aW = Chọn a =200 ; at = tg bb = cos 20,760.tg 16,260 = 0,273 Þ bb = 15,2550 Þ Ze :Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, được xác định thông qua eb , ea. ea :Hệ số trùng khớp ngang. ea = [1,88 – 3,2.(1/ Z3 + 1/ Z4)]. cosb ea = [1,88 – 3,2.(1/ 13 + 1/ 83)]. Cos16,260= 1,53. eB: Hệ số trùng khớp dọc eb = bW.sin b /(m.p) eb = 25.sin 16,260 / ( 2. 3,14 ) = 1,115 > 1 Þ KH: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc. KH = KHb.KHa.KHV KHb : Hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng răng Tra bảng 6.7 [3] ta có: KHb = 1,07. KHa: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp. - Tính đường kính vòng lăn bánh nhỏ: Vận tốc vòng: Tra bảng 6.13[3], bộ truyền dùng cấp chính xác 9. Tra bảng 6.14[3] ta có KHa = 1,03; KFa = 1,13. KHV : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp dH: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp. Tra bảng 6.15[3] ta có: dH = 0,014 g0 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng 1 và 2. Tra bảng 6.16 [3] ta có: g0 = 73. Thay số vào công thức (5.13) ta có: * Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép Do v = 1,01(m/s) nên Zv=0,9.v0,05=0,9.1,010,05=0,9 Đường kính vòng đỉnh da3=31,083 < 700 (mm) Þ lấy KxH = 1 Với cấp chính xác động học là 8 , chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 7 khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra = 1,25 ¸ 0,63 (mm) Þ lấy ZR = 0, 97 Þ = 0,9.1.0,97.1207,5=1054,16(MPa) Như vậy sH < [sH]CX do đó thoả mãn độ bền tiếp xúc Chênh lệch DsH = = 5.1.2.3. Kiểm nghiệm về độ bền uốn Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất sinh ra tại chân răng không được vượt quá một giá trị cho phép. (5.14) (5.15) Trong đó: : Mô men xoắn trên trục chủ động. = Nmm mn: Mô đun pháp. mn = 2 bW: Chiều rộng vành răng. bw2 = 25mm dW1: Đường kính vòng lăn bánh chủ động. dw2 =27,086mm Ye: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng. Yb: Hệ số kể đến độ nghiêng của răng. YF3 , YF4: Hệ số dạng răng của bánh 1 và 2. Tính ZV3 ,ZV4: .Chọn ZV3 = 16 . Chọn ZV4 = 100 Tra bảng 6.18 [3] ta có: YF3 = 3,4, YF4 = 3,5 KF: Hệ số tải trọng khi tính độ bền uốn. KF = KFa.KFb.KFV Tra bảng 6.7 [3] ta có KFb =1,03 Tra bảng 6.14 [3] ta có KFa = 1,13 Tra bảng 6.15; 6.16 [3] ta có: dF = 0,006; g0 = 56 Thay vào công thức (5.14), (5.15) ta có: Ta thấy sF3 < [sF3]; sF4 < [sF4] Vậy bộ truyền được thiết kế thỏa mãn điều kiện bền uốn. 5.1.2.4 Kiểm nghiệm răng về quá tải Khi làm việc bánh răng có thể bị quá tải khi mở máy. Vì vậy, cần kiểm tra quá tải dựa vào ứng suất tiếp xúc cực đại, ứng suất uốn cực đại. Ta có hệ số quá tải (6.48)[1]: Trong đó: T: là mômen xoắn danh nghĩa Tqt: là mômen xoắn quá tải, với hệ số Kbd =1,7. + Để tránh biến dạng dư hoặc gẫy răng bánh răng, ứng suất tiếp xúc cực đại sHMax không vượt quá một giá trị cho phép. Nghĩa là: sH Max = sH . £ [sH]Max + Đồng thời để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng thì: < Kết luận: Vậy bộ truyền được thiết kế thỏa mãn điều kiện quá tải. Ñ. Kết luận: Như vậy sau khi tiến hành kiểm nghiệm cho bộ truyền bánh răng cấp nhanh và bộ truyền bánh răng cấp chậm ta thấy các bộ truyền đảm bảo điều kiện bền làm việc. Đặc biệt bộ truyền cấp nhanh thừa bền nhiều, do đó ta có đề xuất vật liệu (mục 5.2) 5.2. Đề xuất vật liệu bộ truyền bánh răng cấp nhanh Qua kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng cấp nhanh ta thấy bộ truyền này thừa bền quá nhiều. Vì vậy để tránh lãng phí vật liệu gây tốn kém ta chọn vật liệu bộ truyền bánh răng cấp nhanh là thép 40X tôi thể tích có: - Độ rắn HRC 35…45 - s0Hlim1 =18.HRC+150 = 18.40 + 150=870(MPa) soFlim1 =550 (MPa) s0Hlim1 =18.HRC+150 = 18.40 + 150=870(MPa) soFlim1 =550 (MPa) KFC: Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải. Chọn: KFC = 1 do bộ truyền quay 1 chiều; KHL,KFL: Hệ số tuổi thọ. KHL = KFL = : Bậc đường cong mỏi. : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn. Đối với thép 40X: = 4.106 : Số chu kì thay đổi về ứng suất tương đương. Với: c, n, tS: Lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng quay trong một phút,và tổng số giờ làm việc của cặp bánh răng đang xét. Ta thấy: Ta lấy ÞKHL3=1; KHL4=1; KFL=1. Với: SH,SF: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn. Theo bảng 6.2 [3]. SH = 1,2; SF = 1,55 ; ZR = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám mặt răng. ZV = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng. KXH = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng. YR = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng. Thay các tham số vào (5.11), (5.12) ta có: [sH1] = [sH2] = [sH] = 870/1,2 = 725 (MPa) [sF1] = [sF2] = 550/1,5 = 366,68 (MPa) * Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: [sH1]Max =[sH2]Max = * Ứng suất uốn cho phép khi quá tải: [sF1]Max =[sF2]Max =0,8.sch1= 0,8.550 = 440 (MPa) 5.2.1. Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc Ứng suất xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện sau: (5.3) Trong đó: ZM: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp. Tra bảng 6.5 [3] ta có: ZM = 274 (MPa1/3) ZH: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. Tra bảng 6.12[3]: Với góc nghiêng b = 20,3640 và : (X1 + X2) / (Z1 + Z2) = (0.75 + 0.597) / (33 + 67) = 0,013 Ta có ZH = 2,60. Ze :Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, được xác định thông qua eb , ea. ea :Hệ số trùng khớp ngang. ea = [1,88 – 3,2.(1/ Z1 + 1/ Z2)]. cosb ea = [1,88 – 3,2.(1/ 33 + 1/ 67)]. Cos20,3640= 1,63 eB: Hệ số trùng khớp dọc eb = bW.sin b /(m.p) eb = 20.sin 20,3640 / ( 1,5. 3,14 ) = 1,47 > 1 Þ KH: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc. KH = KHb.KHa.KHV (5.4) KHb : Hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng răng Tra bảng 6.7 [1] ta có: KHb = 1,07. KHa: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp. - Tính đường kính vòng lăn bánh nhỏ: Vận tốc vòng: Tra bảng 6.13[3], bộ truyền dùng cấp chính xác 9. Tra bảng 6.14[3] ta có KHa = 1,16; KFa = 1,4. KHV : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp (5.5) (5.6) dH: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp. Tra bảng 6.15[3] ta có: dH = 0,002 g0 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng 1 và 2. Tra bảng 6.16 [3] ta có: g0 = 73. Thay vào (5.5) ta có : Thay vào (5.4) ta có : Thay số vào công thức (5.3) ta có: * Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép Do v = 3,87(m/s) nên Zv=0,9.v0,05=0,9.3,870,05=0,96 Đường kính vòng đỉnh da1=55,8 < 700 (mm) Þ lấy KxH = 1 Với cấp chính xác động học là 8 , chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 7 khi đó cần gia công đạt độ nhám Ra = 1,25 ¸ 0,63 (mm) Þ lấy ZR = 0, 97 Þ = 0,96.1.0,97.881,67=675,12(MPa) Như vậy sH < [sH]CX do đó thoả mãn độ bền tiếp xúc Chênh lệch 5.1.2. Kiểm nghiệm về độ bền uốn Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất sinh ra tại chân răng không được vượt quá một giá trị cho phép. (5.6) (5.7) Trong đó: T1: Mô men xoắn trên trục chủ động. T1 = Nmm mn: Mô đun pháp. mn = 1,5 bW: Chiều rộng vành răng. bw = 20mm dW1: Đường kính vòng lăn bánh chủ động. dw1 =52,805 mm Ye: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng. Yb: Hệ số kể đến độ nghiêng của răng. YF1 , YF2: Hệ số dạng răng của bánh 1 và 2. Tính ZV1 ,ZV2: .Chọn ZV1 = 40 . Chọn ZV2 = 80 Tra bảng 6.18 [3] ta có: YF1 = 3,33, YF2 = 3,45 KF: Hệ số tải trọng khi tính độ bền uốn. KF = KFa.KFb.KFV Tra bảng 6.7 [3] ta có KFb =1,03 Tra bảng 6.14 [3] ta có KFa = 1,13 (5.8) (5.9) Tra bảng 6.15; 6.16 [3] ta có: dF = 0,006; g0 = 56 Thay vào (5.9) ta có: Thay vào (5.8) ta có: Thay vào công thức (5.6), (5.7) ta có: Ta thấy sF1 < [sF1]; sF2 < [sF2] Vậy bộ truyền được thiết kế thỏa mãn điều kiện bền uốn. 5.1.3. Kiểm nghiệm răng về quá tải Khi làm việc bánh răng có thể bị quá tải khi mở máy. Vì vậy, cần kiểm tra quá tải dựa vào ứng suất tiếp xúc cực đại, ứng suất uốn cực đại. Ta có hệ số quá tải (6.48)[3]: Trong đó: T: là mômen xoắn danh nghĩa Tqt: là mômen xoắn quá tải, với hệ số Kbd =1,7. + Để tránh biến dạng dư hoặc gẫy răng bánh răng, ứng suất tiếp xúc cực đại sHMax không vượt quá một giá trị cho phép. Nghĩa là: sH Max = sH . £ [sH]Max (5.10) Thay vào (5.10) ta có: + Đồng thời để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng thì: < Kết luận: Vậy bộ truyền được thiết kế thỏa mãn điều kiện quá tải. 5.3. TÍNH VÀ KIỂM NGHIỆM TRỤC Ñ. Mục đích: Tính và kiểm nghiệm trục nhằm xác định được các kích thước của trục rồi kiểm nghiệm xem trục có đảm bảo điều kiện bền làm việc không. 5.3.1. Xác định các kích thước cơ bản của trục * Vật liệu chế tạo trục Với chế độ chịu tải trọng trung bình, trục trong hộp giảm tốc được làm bằng vật liệu thép 45 thường hóa hoặc tôi cải thiện, hoặc thép 40X tôi cải thiện. Ở đây ta chọn vật liệu để chế tạo trục là thép 45 tôi cải thiện có: + Độ rắn: HB 192…240 + Giới hạn bền: + Giới hạn chảy: Theo hộp giảm tốc tiêu chuẩn ta có bản vẽ kích thước lắp ghép sau: Hình 5.1. Sơ đồ bố trí hộp giảm tốc 5.3.2. Định kết cấu cho các trục và tính toán kiểm nghiệm trục 5.3.2.1. Cơ sở định kết cấu cho trục Lý lịch hộp giảm tốc tiêu chuẩn đã cho kích thước đường kính trục I tại vị trí lắp ổ là F20, trục II là F21, trục III là F35,dựa trên thông số kích thước chiều rộng hộp giảm tốc đã cho,kích thước đường kính trục được xác định như sau; Kết cấu trục được xác định theo dạng trục bậc, các đường kính nhỏ dần về hai đầu , khởi đầu từ đường kính tại vị trí lắp ổ bi, và các đường kính tiếp theo được lấy tăng lên (về phía trong ) hoặc giảm (nếu về phía ngoài ), các giá trị đường kính được lấy theo các giá trị tiêu chuẩn. Chiều dài các đoạn trục được xác định căn cứ vào khoảng cách giữa hai gối đỡ, chiều rộng bánh răng, chiều rộng ổ, khoảng cách giữa các chi tiết quay với nhau, khoảng cách giữa các chi tiết quay với chi tiết cố định… 5.3.2.2. Tính và kiểm tra trục a. Tính và kiểm nghiệm trục I Ñ. Tính sơ bộ đường kính trục * Các lực tác dụng lên bộ truyền cấp nhanh Trên trục III gồm 2 chi tiết quay là bánh răng Z1 + Lực tác dụng lên trục bao gồm : - Lực hướng kính bộ truyền đai Tính sơ bộ đường kính trục III. - Momen xoắn trên trục II : - Momen xoắn trên trục I : - Đường kính trục được xác định chỉ bằng momen xoắn theo công thức: (mm) Trong đó: T- Momen xoắn Trên trục công tác của hộp giảm tốc tiêu chuẩn : T1 = 19290,83(N.mm) - Ứng suất xoắn cho phép, với thép 45 = 12-20 (Mpa) Chọn: =20 Mpa Ta nên chọn: - Lực vòng: - Lực hướng tâm: - Lực dọc trục: Ñ. Khoảng cách giữa các gối đỡ Hình 5.2.Kết cấu trục I *. Tính phản lực trên các gối, tính và vẽ biểu đồ mô men + Trong mặt phẳng yoz: Thử lại: - Vậy chiều giả sử của FyA và FyB là đúng. + Trong mặt phẳng xoz: Thử lại: Vậy chiều giả sử của FxA và FxB là đúng. * Tính mômen tại các tiết diện nguy hiểm - Mômen Mx: Ta có: - Mômen My. Ta có: - Mômen Mz. Hình 5.3.Biểu đồ mômen trục I Ñ. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi Tại chỗ lắp bánh răng 1, trục có đường kính dC = 24 mm Tra bảng 10.6[3] ta có: (mm3) (mm3) + Mômen uốn tại tiết diện đang xét: Theo (5.17.3) và (5.17.4) ta có Þ sa1 = Þ ta1 = Tra bảng 10.7 ta có : Tra bảng 10.8 ;10.9 trang [197] [3] với: ta mài ra được Ta có: Kx =1; Ky =1,25 với phương pháp tăng bền bề mặt bằng phun bi. Kx : hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt KY : hệ số tăng bền bề mặt trục. Tra bảng 10.10[3] trang 198 ta được trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi. es = 0,87; et = 0,81 Đối với trục rãnh then dùng dao phay ngón để cắt. Tra bảng 10.12[3] đối với trục có rãnh then,hệ số tập trung ứng suất ứng với vật liệu có sb = 750Mpa. Ta có: Ks =1,948; Kt = 1,8 Ks, ,Kt: Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn. - Trị số của đối với bề mặt trục lắp có độ dôi tra bảng (10.11) [3]. Chọn: ; Vậy: Theo công thức (5.17.1) và (5.17.2) ta có: Þ; Thay số vào (5.17) ta được: > Trục thoả mãn điều kiện bền mỏi. Ñ. Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh  Để đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng do quá tải đột ngột (chẳng hạn khi mở máy) cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh Công thức kiểm nghiệm có dạng: Trong đó: Với Mmax và Tmax mômen uốn lớn nhất và mômen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải. sch giới hạn chảy của vật liệu trục. Tra bảng 6.1[3], sch = 450 (Mpa) => Trục thoả mãn điều kiện bền tĩnh. b. Kiểm tra trục II Ñ. Tính sơ bộ đường kính trục Tính sơ bộ đường kính trục III. - Momen xoắn trên trục II : - Momen xoắn trên trục I : - Đường kính trục được xác định chỉ bằng momen xoắn theo công thức: (mm) Trong đó: T- Momen xoắn Trên trục công tác của hộp giảm tốc tiêu chuẩn : T2 = 39160,401(N.mm) - Ứng suất xoắn cho phép, với thép 45 = 12-20 (Mpa) Chọn: =20 Mpa Ta nên chọn: Ñ. Khoảng cách giữa các gối đỡ - Từ sơ đồ ta có. Hình 5.4. Kết cấu trục II Ñ. Xác định phản lực tại các gối, tính và vẽ biểu đồ momen * Các lực tác dụng lên các bánh răng Trên trục III gồm 2 chi tiết quay là bánh răng Z2 và Z3 + Lực tác dụng lên trục bao gồm : - Lực vòng: - Lực hướng tâm: - Lực dọc trục: * Tính phản lực trên các gối Trong mặt phẳng yoz = Thử lại: Ta có: -FyA-Fr2+Fr3+FyB=0 Vậy chiều của FyA và FyB là hợp lý. - Trong mặt phẳng xoz Thử lại: -FxA-FxB+Ft2+Ft3=0 (Thỏa mãn) Vậy chiều giả sử của FxA và FxB là đúng. *Tính mômen tại các tiết diện nguy hiểm - Mômen uốn Mx Ta có MxA=MxB=0 - Mômen uốn My. Ta có: MyA=MyB=0 MyC=35.FxA= 35.2098,732= 73455,62(Nmm) MyD=31.FxB= 30.1523,508=47228,748(Nmm) - Mômen xoắn Mz. Hình 5.5. Biểu đồ mômen trục II Ñ. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi Tại chỗ lắp bánh răng 1, trục có đường kính dC = 30 mm Tra bảng 9.1a[3] ta có: b = 10; h = 8; t1 = 5 mm3) (mm3) + Mômen uốn tại tiết diện đang xét: Theo (5.17.3) và (5.17.4) ta có : Þ sa2 = Þ ta2 = Tra bảng 10.7[1] ta có : Tra bảng 10.8 ;10.9 trang [197] [3] với: ta mài ra được Ta có: Kx =1; Ky =1,25 với phương pháp tăng bền bề mặt bằng phun bi. Kx : hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt KY : hệ số tăng bền bề mặt trục. Tra bảng 10.10, ta được trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi. es = 0,87; et = 0,81 Đối với trục rãnh then dùng dao phay ngón để cắt. Tra bảng 10.12[3] đối với trục có rãnh then,hệ số tập trung ứng suất ứng với vật liệu có sb = 600Mpa. Ta có: Ks =2,9; Kt = 2,39 Ks, ,Kt: Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn - Trị số của đối với bề mặt trục lắp có độ dôi tra bảng (10.11) [3]. Chọn: ; Vậy: Theo công thức (5.17.1) và (5.17.2) ta có: Þ; Thay số vào (5.17) ta được: Trục II thoả mãn điều kiện bền mỏi. Ñ. Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh  Để đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng do quá tải đột ngột (chẳng hạn khi mở máy) cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh Công thức kiểm nghiệm có dạng: Trong đó: Với Mmax và Tmax mômen uốn lớn nhất và mômen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải. sch giới hạn chảy của vật liệu trục. Tra bảng 6.1[3], sch = 450 (Mpa) => Trục thoả mãn điều kiện bền tĩnh. c. Trục III Ñ. Tính sơ bộ đường kính trục Tính sơ bộ đường kính trục III - Đường kính trục được xác định chỉ bằng momen xoắn theo công thức: (mm) Trong đó: T- Momen xoắn Trên trục công tác của hộp giảm tốc tiêu chuẩn : T = 250(N.m) = 250000(N.mm) - Ứng suất xoắn cho phép, với thép 45 = 12-20 (Mpa) Chọn: =20 Mpa Ta nên chọn: Ñ. Khoảng cách giữa các gối đỡ - Từ sơ đồ ta có. Hình 5.6. Kết cấu trục III Ñ. Xác định phản lực tại các gối, tính và vẽ biểu đồ momen Trên trục III gồm 2 chi tiết quay là bánh răng Z4 và khớp nối + Lực tác dụng lên trục bao gồm : + Lực tác dụng từ khớp nối Chọn FrKN =750 (N) * Tính phản lực trên các gối + Trong mặt phẳng yoz: Thử lại: Vậy chiều giả sử của FyA và FyB là đúng. + Trong mặt phẳng xoz: Thử lại: Vậy chiều giả sử của FxA và FxB là đúng. * Tính mômen tại các tiết diện nguy hiểm - Mômen Mx Ta có: - Mômen My Ta có: - Mômen Mz Hình 5.7.Biểu đồ mômen trục III Ñ. Nghiệm trục về độ bền mỏi Khi tính toán ở trên ta mới xét trục ở độ bền tĩnh. Để đảm bảo độ bền trục trong quá trình làm việc, độ bền mỏi của trục cần phải thoả mãn điều kiện. Sj = (5.17) [S]:Hệ số an toàn cho phép. : Hệ số an toàn xét riêng xét riêng về ứng suất pháp, tiếp xét tại tiết diện j. (5.17.1) (5.17.2) s-1,t-1:Giới hạn mỏi uốn và mỏi xoắn ứng với chu kỳ đối xứng. s-1 = 0,436.sb = 0,436.750 = 327 (MPa) t-1 = 0,58.s-1 = 0,58.327 = 189,66 (MPa) saj ,taj ,smj , tmj :Biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j. Khi trục quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng do đo. saj = smaxj = Mj /Wj (5.17.3) smj = 0 tmj = taj = tmaxj/2 = T/(2.W0j) (5.17.4) Wj:Mô men chống uốn tại tiêt diện j. W0j:: Mô men cản xoắn tại tiết diện j. Tại chỗ lắp bánh răng 4, trục có đường kính d = 40 mm Tra bảng 9.1b[1] ta có: b = 12; h = 8; t1 = 5 (mm3)(mm3) + Mômen uốn tại tiết diện đang xét: Theo (5.17.3) và (5.17.4) ta có : Þ Þ Tra bảng 10.7 [3] ta có: Tra bảng 10.8 ;10.9 trang [197] [1] với ta mài ra được ta có: Kx =1 ; Ky =1,25 với phương pháp tăng bền bề mặt bằng phun bi. Kx : hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt KY : hệ số tăng bền bề mặt trục. Tra bảng 10.10[3] ta được trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi. es = 0,80; et = 0,75 Đối với trục rãnh then dùng dao phay ngón để cắt. Tra bảng 10.12[1] đối với trục có rãnh then,hệ số tập trung ứng suất ứng với vật liệu có sb = 750Mpa, ta có: Ks =1,95; Kτ = 1,80 Ks, ,Kt: Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn. ; - Trị số của đối với bề mặt trục lắp có độ dôi tra bảng 10.11 [3]. ; Vậy: Theo công thức (5.17.1) và (5.17.2) ta có: Thay số vào (5.17) ta được: > Trục III thoả mãn điều kiện bền mỏi. Ñ.Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh  Để đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng do quá tải đột ngột (chẳng hạn khi mở máy) cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh Công thức kiểm nghiệm có dạng: Trong đó: Với Mmax và Tmax mômen uốn lớn nhất và mômen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải. sch giới hạn chảy của vật liệu trục. Tra bảng 6.1[3], sch = 450 (Mpa) => Trục thoả mãn điều kiện bền tĩnh. Ñ. Kết luận: Sau khi tính toán và kiểm nghiệm trục ta thấy trục I, II, III thỏa mãn điều kiện bền, đảm bảo quá trình làm việc tốt. 5.4. Tính toán thiết kế các phần tử của thiết bị vận chuyển /máy công tác 5.4.1. Tính toán thiết kế bu lông nền động cơ Khi động cơ làm việc trên đai sẽ xuất hiện lực vòng và làm cho các bu lông chịu tác dụng một lực vòng Fr = 475,2(N). Để tránh cho bu lông không bị cắt trong quá trình làm việc ta phải tính toán đường kính cho bu lông. Chọn vất liệu làm bu lông là thép 45 có Tra bảng P1.7[3] trang 242 với kiểu động cơ 4A80B ta có các kích thước lắp đặt động cơ như sau: l10 =100(mm), b10 = 125(mm), l31= 50(mm), l1= 50(mm) Sơ đồ tính toán Hình 5.8. Sơ đồ tính toán bu lông Trong quá trình làm việc bộ truyền đai tác dụng lên trục động cơ một lực Fr và lực này tác dụng lên bu lông như hình vẽ. Di chuyển lực về trọng tâm của mối ghép ta được một lực Fr’=Fr và một mô men M. Mô men tác dụng lên trục có giá trị: Dưới tác dụng của lực F’r mỗi bu lông chịu lực Fz có giá trị Dưới tác dụng của mô men M các bu lông chịu các lực tương ứng có chiều như hình vẽ và có giá trị: - Xác định các bán kính ri - Tính hợp lực tác dụng lên bu lông Nhận xét: Từ hình vẽ ta thấy Fmax chỉ có thể là F2=F3 Với Từ điều kiện bền kéo: Trong đó: i- Bề mặt tiếp xúc, i=1 f- Hệ số ma sát, f=0,2 s- Hệ số an toàn, s=1,3¸1,5, chọn s=1,5 Chọn = 6 (mm) 5.5. Tính toán trục vít Để đảm bào công suất cũng như số vòng quay của vít tải ta phải tính toán trục vít tải có tỉ lệ phù hợp với đường kính cánh vít. 5.5.1. Công suất cần thiết của vít xoắn Công suất trên vít tải : P = 1,1 (KW) 5.5.2. Momen xoắn trên trục vít Momen xoắn trên trục vít: 5.5.3 Lực dọc trục vít Lực dọc trục vít : 5.5.4. Tải trọng ngang tác dụng lên trục vít đặt giữa 2 gối đỡ Tải trọng ngang tác dụng lên trục vít đặt giữa 2 gối đỡ được xác đinh như sau: Trong đó: L: Chiều dài băng vít, L =10(m). l: Khoảng cách giữa các gối đỡ, l = 2,5 (m). Tv : Momen xoăn trên trục vít , k : Hệ số tính đến bán kính chịu lực, k = (0,7 – 0,8) chọn k = 0,7 D: Đường kính vít, D = 0,3 (m). => * Tải trọng dọc phân bố đều trên trục vít * Tải trọng ngang phân bố đều trên trục vít * Momen xoắn phân bố đều trên trục vít 5.5.5. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên trục vít Trục vít được xem như la một dầm liên tục có các ổ treo trung gian được xem như các gối đỡ. Dầm liên tục được chia làm 4 đoạn, mỗi đoạn dài 2,5 m. Vậy trục vít được đưa về thành một dầm siêu tĩnh bậc 1, tách riêng từng tải trọng tác dụng lên trục vít và xác định momen lớn nhất tác dụng lên trục vít và các đoạn đường kính trục vít. Trục vít dung để vận chuyển cát khô nên chủ yếu chịu ảnh hưởng của momen xoắn và tải trọng ngang phân bố đều trên trục vít, còn tải trọng dọc phân bố đều trên trục vít gây uốn trục nên khi tính sưc bền cần xét đến cả tải trọng dọc phân bố đều trên trục vít Sau khi tính toán được kích thước trục vít thì kiểm tra trục vít theo biên dạng, độ võng trục (độ võng bé hơn 40% so với khe hở giữa vít và máng) theo điều kiện bền. a.Sơ đồ tải trọng phân bố lên trục vít do Tv gây ra Hình 5.9.Biểu đồ momen xoắn b. Sơ đồ tải trọng dọc phân bố trên trục vít do Pd gây ra Hình 5.10. Sơ đồ tải trọng dọc c. Sơ đồ tải trọng ngang phân bố len trục vít do Pn gây ra Hình 5.11. Sơ đồ tải trọng ngang Trục vít là dầm liên tục đặt trên nhiều gối tựa, khoảng cách giữa các gối tự gọi là các nhịp. Hệ được xem như hệ siêu tĩnh xác định theo công thức: n = G – 2 Với: n: Bậc siêu tĩnh G = 5 : Tổng số gối tựa của dầm => n = 5 – 2 = 3 Đánh số thứ tự các gối tự từ trái qua phải: 0,1,….n Các nhip trong dầm là: L1 = L2 = …….= Ln = 2,5 (m) Hệ số độ cứng của dầm là giống nhau. Hệ cơ bản gồm 4 dầm với các khớp bản lề đặt trên gối tựa trung gian, chia dầm liên tục thành 4 dầm đơn. Phản lực liên kết là các mô men Mi. Hệ dầm cơ bản như hình vẽ: Hình 5.12. Sơ đồ hệ dầm cơ bản Vì trục vít được coi là dâm siêu tĩnh nên ta có: Với: : Diện tích biểu đồ momen do tai trọng ban dầu gây ra trên hệ cơ bản. ai: khoảng cách từ gối tựa thứ i đến trọng tâm của diện tích biểu đồ momen trên Li, Li+1: độ dài nhịp thứ I, thứ i+1,… EiJi; Ei+1Ji+1: Độ cứng dầm thứ i, i+1,... Áp dụng nguyên tắc quan hệ giữa 3 mô men ở phương trình trên ta có: Gối 1: Hình 5.13. Sơ đồ tính momen Gối 2: Gối 3: Vì . Độ cứng trục là như nhau Chia hệ 3 phương trình cho ta có: Từ các phương trình (1’)……(3’) ta có kết quả Hình 5.14. Biểu đồ momen hệ cơ bản Biểu đồ mômen uốn do pn gây ra. 5.5.6. Tính toán và chọn đường kính vít theo điều kiện bền Chọn vật liệu chế tạo trục vít là: thép C45 có N/mm2 Chọn tỉ số giữa đường kính trong và đường kính ngoài là Để tính toán chọn đường kính trục vít trước tiên ta phải xác định nội lực lớn nhất xuất hiện ở một vị trí trên trục vít, sau đó kiểm tra cho toàn bộ trục vít. Xác định diện tích chịu lực lơn nhất: + Tại gối 0: . + Tại gối 1: Ta tiến hành kiểm tra cho 2 trường hợp trên, chọn trường hợp lớn nhất: Do ảnh hưởng của Nz đến sức bền trục là nhỏ so với ảnh hưởng của Mx và Mz vì vậy mà tạm thời bỏ qua ảnh hưởng của Nz mà chỉ tính ảnh hưởng của Mx và Mz. Sau đó tính đến ảnh hưởng của Nz. Theo lý thuyết bền 4: Với: Wx = Wy = Mu => Wp = 0,2: mo men chống xoắn.( : hệ số rỗng trục). Tại gối 0: Chỉ có momen xoắn: Tại gối 1: Tại gối 1: => => Trong đó: : Ứng suất cho phép của vật liệu: N/mm2 : Momen tương đương lớn nhất Dn: Đường kính ngoài trục vít : Tỉ số giữa đường kính trong và đường kính ngoài trục vít. So sánh 2 trường hợp trên chọn đường kính ngoài trục vít là Dn = 40(mm) Đường kính trong trục vít sẽ là: d = 0,8.Dn = 0,8.40 = 32(mm) 5.5.7. Kiểm tra trục vít có xét đến sự ảnh hưởng của Nz Theo công thức 8.15 trang 176 [5]: Tại vị trí 0: Ứng suất cho phép của vật liệu: (N/mm2) Mu: Momen uốn tại vị trí có nội lực lớn nhất, Mu = 0 Nm Mx: momen xoắn tại vị trí có nội lực lớn nhất, Mx = 191 (Nm) Nz: Lực dọc trục tại ví trí có nội lực lớn nhất, Nz = 1122,832(N) Wu: Momen cản uốn tại vị trí có nội lực lớn nhất: Wu = 0,1. Wx: Momen cản xoắn tại vị trí có nội lực lớn nhất: Wx = 0,2. F: Tiết diện trục vít: F = => Tại vị trí 1: => Vậy kích thước trục vít được chọn thỏa mãn điều kiện bền. 5.5.8. Kiểm tra trục vít theo hệ số an toàn cho phép Theo công thức 7.5 trang 120 [5]: Hệ số an toàn được tính theo công thức sau: Trong đó: Hệ số an toàn cho phép: Khi tính toán nếu n nhỏ hơn hệ số an toàn cho phép thì phải tăng đường kính của trục hoặc chọn lại vật liệu của trục có sức bền cao hơn so với vật liệu đã chọn. Nếu ngược lại n quá lớn thì giảm bớt đường kính trục hoặc chọn lại vật liệu có sức bền thấp hơn để đảm bảo yêu cầu kết cấu nhỏ gọn và kinh tế. Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp: Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp: Trong các công thức trên : + : Giới hạn mỏi uốn, Chọn + : Giới hạn mỏi xoắn, Chọn + : Trị số trung bình của ứng suất pháp + : Trị số trung bình của ứng suất tiếp + : Biên độ ứng suất pháp sinh ra trong tiết diện của trục + : Biên độ ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện của trục + Wu: Momen can uốn của tiết diện trục. + Wx: Momen cản xoắn của tiết diện trục. + : hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn + : hệ số tập trung ứng suất thực tế khi xoắn Tra bảng 7.6 trang 125 [8]: Chọn + : Hệ số kích thước Tra bảng 7.6 trang 125 [8]: => Vậy vật liệu và đường kính trục vít để đảm bảo yêu cầu. Ñ. Kết luận: Sau khi tính toán thiết kế được trục vít tải tiến hành kiểm nghiệm ta thấy trục vít tải thỏa mãn điều kiện làm việc. 5.5.9. Khai triển hình gò của cánh xoắn vít tải Sử dụng phần mềm Plate ‘n’ Sheet Version 4 để khai triển hình gò của cánh xoắn vít tải. - Đường kính vít tải: D= 300 (mm) - Bước vít: P= 240 (mm) - Bề rộng cánh vít: B= 130 (mm) - Chiều dài cánh xoắn: l= 240 (mm) Từ những thông số trên ta nhập vào phần mềm Plate ‘n’ Sheet Version 4 cho ta kết quả thể hiện trên hình 5.15 PHẦN VI KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1. Kết luận Vít tải được ứng dụng trong vận chuyển cát khô đã làm giảm rất nhiều sức lao động trong việc vận chuyển cũng như định lượng cát khô. Máy vừa làm chức năng vận chuyển vừa là thiết bị định lượng liên tục phù hợp với yêu cầu công nghệ khai thác và sản xuất cát. Vít tải có cấu tạo đơn giản, lắp đặt dễ dàng, các bộ phận hợp thành có khối lượng không lớn, kết cấu gọn nhẹ nên vận chuyển nhẹ nhàng thuận tiện. Việc định lượng cấp liệu của vít tải được thực hiện nhờ vào cửa nạp liệu và cửa xả liệu trên máng vít. Với những kết quả thực tế hoạt động cho thấy sự phù hợp của những thông số tính toán và thông số làm việc thực tế. Vậy vít tải nằm ngang được thiết kế ứng dụng trong vận chuyển cát khô đã đạt kết quả rất tốt, đáp ứng được nhu cầu thay thế sưc lao động chân tay của doanh nghiệp. 6.2. Đề nghị Với những kết quả đạt được ban đầu của đề tài là đưa vít tải vào ứng dụng trong dây truyền vận chuyển cát khô. Đề nghị tiếp tục theo dõi để bổ sung hoàn chỉnh từ thiết kế, chế tạo đến vận hành. Trong quá trình vận hành khai thác sử dụng hệ thống cần lưu ý một số điểm quan trọng sau: - Vận hành hệ thống đúng quy định, tránh để hệ thống bị quá tải. - Quá trình bảo dưỡng phải được tiến hành đúng thời gian quy định và thay thế nếu cần. - Quá trình sửa chữa hộp giảm tốc nếu cần phải thay thế các bánh răng mà không có vật liệu đúng như thiết kế của nhà sản xuất thì có thể thay thế bằng vật liệu khác thỏa mãn điều kiện bền làm việc, do hệ số an toàn khi kiểm tra là rất lớn.