Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Băng Tải Thùng Hàng

5/5 - (3 bình chọn)

Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải thùng hàng như hình vẽ:

Số liệu ban đầu

Số vòng quay làm việc trên trục động cơ n_đc = 960 vg/ph.
Công suất làm việc của tang dẫn động và vận tốc vận chuyển trên băng tải lần lượt là P_III = 4,5 kW và v = 1,05 m/s.
Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ u_brt = 3,0.
Tỉ số truyền của bộ truyền đai u_đ = 2,0.
Đường kính tang dẫn băng tải D = 400 mm.

Hiệu suất

Cho hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn η_brc = 0,95;
Bộ truyền đai η_đ = 0,95;
Bộ truyền bánh răng trụ để hở η_brt = 0,95;
Một cặp ổ lăn η_ol = 0,99.

Thời gian phục vụ

Thời gian phục vụ của hệ thống là 5 năm, mỗi năm làm việc 0,7 số ngày, làm việc 2 ca/ngày, 1 ca làm việc 8 giờ. Hệ thống quay 1 chiều, tải trọng tĩnh.

Yêu cầu

a. Tính toán xác định các thông số kỹ thuật của các bộ truyền trong hệ thống. Lập bảng thông số kỹ thuật cho hệ thống

b. Sử dụng Autodesk phần mềm Inventor thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng trong hộp số

Yêu cầu: Tính theo tiêu chuẩn ISO 6336:1996;

Chọn vật liệu theo tiêu chuẩn ISO thép 36Mn5 (Heat Treated) với giới hạn mỏi tiếp xúc s_Hlim = 560 MPa, giới hạn mỏi uốn s_Flim = 384 MPa.
Cấp chính xác bánh răng côn 8.
Hệ số an toàn về tiếp xúc 1,4 ≤ S_H ≤ 1,2. Hệ số an toàn về uốn S_F ≥ 2.
Hệ số chiều rộng vành răng K_be =b_r = b/Re = [0,25 – 0,3], chọn trước b = 50 mm.
Lựa chọn các hệ số thiết kế: K_A = 1,2; K_Hv = 1,1; K_Hβ = 1,3; K_Hα = 1.

Xác định:

Thời gian làm việc L_h;
Mô đun răng trên mặt mút lớn m_te;
Số răng, đường kính vòng chia ngoài, trung bình, chiều rộng vành răng b; vận tốc vòng của bánh răng, lực hướng tâm, lực vòng, lực dọc trục,…
Xây dựng mô hình 3D cho cặp bánh răng côn.

Các kết quả tính toán đưa vào thuyết minh.

c. Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor thiết kế bộ truyền đai với các trục nằm trong mặt phẳng ngang

Chọn trước đường kính bánh đai d₁ = 160 mm,
Sơ bộ khoảng cách trục a = 1,2d₂.
Chọn các hệ số P_RB = 5,8 kW;
Tension factor k₁ = 1,2.
Chọn ký hiệu đai theo tiêu chuẩn DIN 2215, nhập thông số d1, d2, L.
Xác định số dây đai z và các thông số bộ truyền: vận tốc, lực căng ban đầu, lực căng trên các nhánh đai dẫn và bị dẫn, lực tác dụng lên trục, góc ôm đai, chiều rộng bánh đai, khoảng cách trục,… Mô hình 3D của bộ truyền đai.

d. Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor thiết kế kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Yêu cầu: Tính thiết kế theo tiêu chuẩn ISO 6336:1996.

Chọn vật liệu theo tiêu chuẩn ISO thép EN C45 (Heat Treated) với giới hạn mỏi tiếp xúc s_Hlim = 520 MPa, giới hạn mỏi uốn s_Flim = 410 MPa.
Cấp chính xác bánh răng trụ là 8.
Chọn trước b = 65 mm.
Lựa chọn các hệ số thiết kế: K_A = 1,1; K_Fv = 1,2; K_Fβ = 2; K_Fα = 1; K_Hv = 1; K_Hβ = 1; K_Hα = 1.
Xác định mô đun m, số răng Z41; Z42 theo ISO với hệ số an toàn về uốn 5 ≥ S_F ≥ 3; S_H ≥ 1 và hệ số chiều rộng vành răng Yba = b/a = [0,28 – 0,35]. (*Yba là xi b a nhưng do mình chưa ký hiệu được ký tự xi nên mình ký hiệu tạm thời là Y)

Các kết quả tính toán đưa vào thuyết minh.

Xây dựng mô hình 3D cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng. Hiệu chỉnh kết cấu moay ơ của bánh răng lớn, biết bề rộng moay ơ bánh răng 125mm.

Hướng dẫn Tính toán

a. Tính toán xác định các thông số kỹ thuật của các bộ truyền trong hệ thống

Lập bảng thông số kỹ thuật cho hệ thống. Sử dụng phần mềm Excel để hỗ trợ tính toán:

n_tang = n_III = v.60000/(pi.D) = 50,1 (v/ph)

Tỉ số truyền:

u_chung = n_dc/n_III = 960/50,1 = 19,15
u_brc = u_ch / (u_brt. u_đ) = 19,15 / (3*2) = 3,2

Tốc độ quay các trục:

n_I = n_dc/u_d = 960/2 = 480 (v/ph)
n_II = 150,4
n_III = n_ct = 50,1

Công suất trên các trục (lấy 1 số sau dấu phẩy)

P_II = P_III/(η_ol . η_brt) = 4,5 / (0,99.0,95) = 4,8
P_I = P_II/(η_ol . η_brc) = 5,1
P_dc = P_I/η_đ = 5,4

Momen xoắn trên các trục

T_dc = 9,55.10³ .P_dc/n_dc = 9,55.10³ . 5,4/960 = 53,3
T_I = 101,2
T_II = 303,8
T_III = 857,2

**Bảng 1: Thông số kỹ thuật cơ bản hệ thống dẫn động**

b. Thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng thẳng

Chú ý các thông số đầu vào và dữ kiện ràng buộc thiết kế theo đầu bài.

Bước 1. Mở môi trường lắp ráp

Đặt tên file thiết kế là Bevel Gear.iam. Vào tab Design, kích chọn biểu tượng thiết kế bộ truyền bánh răng côn, nó hiển thị hộp thoại yêu cầu Lưu, chúng ta sẽ lưu nó vào một thư mục nào đó trên máy tính.

Mở phần mềm và tạo file mới trong môi trường lắp ráp

Nó hiện thị hộp thoại Bevel Gear Component Generator, tại đây chúng ta click vào cá mũi tên để mở rộng hết cửa sổ hộp thoại để thuận tiện
theo dõi và thiết lập các thông số tính toán và xây dựng mô hình.

Click vào mũi tên để hiện thị rộng nhất như hình trên

Bước 2: Nhập các thông số thiết kế đầu vào trong Tab Calculation

Khi vào Tab Calculation, bạn cần Chọn chế độ Geomety design để hệ thống tính toán sơ bộ cho bộ truyền.

Hệ số làm việc Factors

Cấp chính xác là cấp 8

Hệ số an toàn về tiếp xúc S_H = 1,2. Hệ số an toàn về uốn S_F = 2.

Sau đó chúng ta nhấn nút Calculate, hệ thống sẽ tính toán sơ bộ Modun, bề rộng bánh răng. Tiếp theo chúng ta chuyển chế độ Geomety design sang Check Calculation để có thể chỉnh thông số modun và bề rộng bánh răng.

Tại đây, chúng ta sẽ điều chỉnh 2 thông số đó sao cho thỏa mãn:

Hệ số an toàn về tiếp xúc 1,4 ≤ S_H ≤ 1,2. Hệ số an toàn về uốn S_F ≥ 2.
Hệ số chiều rộng vành răng K_be =b_r = b/Re = [0,25 – 0,3]

Mình có thử thí nghiệm tăng giảm 2 thông số đó thì được kết quả như vậy, nó chỉ mang tính chất tương đối để có thể tham khảo các bạn nhé.

Sau một hồi điều chỉnh thì mình nhận được kết quả như sau:

Modun m = 4
Số răng bánh 1 Z₁ = 25
b_r = 0,2983 ∈ [0,25 ÷ 0,3]
S_H1 = 1,306, S_H2= 1,390 ∈ [1,2 ÷ 1,4] (thỏa mãn)
S_F1 = 6,804, S_F2 = 7,7370 > 2 (thỏa mãn)

Kết quả tính toán thiết kế hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu ràng buộc của bài toán. Các thông số bộ truyền minh họa

STT	Lực	Bánh 1	Bánh 2
1	Lực hướng tâm F_ri (N)	828,521	258,913
2	Lực tiếp tuyến F_ti (N)	2384,904	2384,904
3	Lực dọc trục F_ai (N)	258,913	828,521

Mô hình 3D bánh răng côn

c. Thiết kế bộ truyền đai thang

Chọn trước đường kính bánh đai d₁ = 160 mm,
Sơ bộ khoảng cách trục a = 1,2d₂.
Chọn các hệ số P_RB = 5,8 kW;
Tension factor k₁ = 1,2.
Chọn ký hiệu đai theo tiêu chuẩn DIN 2215, nhập thông số d1, d2, L.

Tính toán lý thuyết sơ bộ: Xác định chiều dài dây đai tính toán:

Khi cho trước đường kính bánh đai nhỏ d₁ = 160 mm; tỷ số truyền u_đ = 2 ta sẽ tính được đường kính bánh đai lớn d₂ = u.d₁ = 320 mm.

Khoảng cách trục sơ bộ cho bộ truyền bằng cách tra tỉ số a/d2 theo u dựa vào bảng kinh nghiệm:

Tính được: a = 1,2.d2 = 1,2.320 = 384 mm

Tính sơ bộ chiều dài tính toán của bộ truyền đai:

Có thể sử dụng phần mềm Excel để tính toán dễ dàng chiều dài đai sơ bộ

Bước 1. Vào tab Design trong môi trường thiết kế, chọn biểu tượng thiết kế bộ truyền đai. Đặt tên file thiết kế V-Belt.iam

Xuât hiện hộp thoại V-Belt Component Generator. Sau đó tiếp tục click vào mũi tên để mở rộng phần kết quả tính toán.

Nhập các thông số vào tab Calculation

Sau đó mình nhấn Calculate, tiếp đến mình sẽ chuyển sang tab Design và Chọn mặt phẳng đai

Dựa vào Công suất và tốc độ động cơ, bạn có thể dễ dàng chọn được đai bản B

Tại tab Calculation, Chuyển từ chế độ Deign Number of Belts sang chế độ Stregth Check để chọn bản đai và hiệu chỉnh số dây đai và chiều dài dây đai cho phù hợp.

Nhập thông số đường kính các bánh đai (Pulleys):

Chọn cách thiết kế Design guide: Diameter hoặc Transmission Ratio
- Nếu chọn tiêu chuẩn nhập Diameter sẽ cho phép truy nhập ô đường kính bánh đai.
- Nếu chọn tiêu chuẩn nhập Transmission Ratio sẽ cho phép truy nhập tỉ số truyền.
Chọn tích vào Custom size: có thể tùy nhập được giá trị đường kính bánh đai
Chọn tích vào Custom number of Grooves: có thể tùy nhập được số nhánh dây
đai hoặc số rãnh đai trên puly đai

Thông số bánh đai

Mô hình 3D bộ truyền đai

d. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Yêu cầu: Tính thiết kế theo tiêu chuẩn ISO 6336:1996.

Công suất cần truyền P = 4,8 kW;
Tốc độ quay bánh dẫn: n = 150,3 v/ph;
Tuổi thọ làm việc yêu cầu: 20440 giờ.
Hiệu suất bộ truyền η_brt = 0,95.
Tỷ số truyền u_brt = 3
Chọn vật liệu theo tiêu chuẩn ISO thép EN C45 (Heat Treated) với giới hạn mỏi tiếp xúc s_Hlim = 520 MPa, giới hạn mỏi uốn s_Flim = 410 MPa.
Cấp chính xác bánh răng trụ là 8.
Chọn trước b = 65 mm.
Lựa chọn các hệ số thiết kế: K_A = 1,1; K_Fv = 1,2; K_Fβ = 2; K_Fα = 1; K_Hv = 1; K_Hβ = 1; K_Hα = 1.
Xác định mô đun m, số răng Z41; Z42 theo ISO với hệ số an toàn về uốn 5 ≥ S_F ≥ 3; S_H ≥ 1 và hệ số chiều rộng vành răng Yba = b/a = [0,28 – 0,35]. (*Yba là xi b a nhưng do mình chưa ký hiệu được ký tự xi nên mình ký hiệu tạm thời là Y)

Bước 1. Trong môi trường lắp ráp

Tại tab Design, chọn biểu tượng thiết kế bánh răng trụ. Đặt tên file thiết kế là Spur Gear.iam

Bước 2. Nhập thông số thiết kế ban đầu trong tab Calculation

Chọn chế độ Geometry Design để hệ thống tính sơ bộ Modun, khoảng cách trục và số răng.

Nhập các thông số trục theo đầu bài:

Sau khi nhập xong các thông số, các bạn nhấn nút Calculate để hệ thống tính toán sơ bộ. Tiếp đo thì chuyển sang tab Design

Bước 3. Thiết lập thông số trong tab Design

Tại tab Design, lựa chọn mục tiêu tính thiết kế (Design guide), bạn chọn option Module and Number of Teeth (để Tìm ra số răng và mô đun cho cặp bánh răng).

Nhập tỷ sô truyền thiết kế Desired Gear Ratio là u = 3.

Từ điều kiện hệ số bề rộng vành răng so với khoảng cách trục: Y_ba = b/a = [0,28 – 0,32] và b = 65 mm. Tính ra khoảng cách trục nằm trong khoảng [b/0,32 ≤ a ≤ b/0,28] hay [203,13 ≤ a ≤ 232,1]

Chọn trước a = 220 mm, nhập vào ô khoảng cách trục.
Nhập bề rộng vành răng (Facewith) cả bánh chủ động và bị động bằng b = 65 mm.
Góc áp lực (Pressure Angle) để mặc định 20 độ.
Góc nghiêng răng (Helix Angle) để 0 độ vì bộ truyền thiết kế là bánh răng trụ răng thẳng.

Chú ý nếu bánh răng nghiêng cần lựa chọn hướng nghiêng răng là trái hay phải, góc nghiêng cần đổi về độ lấy sau dấu phẩy ít nhất 3 chữ số thập phân.

Để xây dựng mô hình cho cả 2 bánh răng của bôi truyền để lựa chọn Component. Nếu không xây dựng mô hình cho bánh răng nào thì chọn No model. Nếu muốn thiết kế bánh răng trên một mặt trụ xác định (trực tiếp trên phần thân trục) thì chọn Features. Khi đó lựa chọn mặt trụ để thiết kế bánh răng tại đó (Cylindrical Face) và mặt phẳng giới hạn bề rộng tỳ mặt đầu của bánh răng (Start plane).

Khi thiết kế sử dụng bánh răng tiêu chuẩn, để lựa chọn hệ số dịch chỉnh Unit correction là 0 cho cả 2 bánh.

Sau khi thiết lập các thông số tab Design ấn Calculate. Kết quả tính toán đưa ra thông số mô đun bánh răng m = 5.5 mm và số răng các bánh răng lần lượt là 20 và 60 răng.