Hướng dẫn bài tập tín chỉ 01 - Hệ thống truyền động cơ khí

HƯỚNG DẪN BÀI TẬP TÍN CHỈ 01 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ 1. Chọn động cơ điện: - Chọn kiểu, loại động cơ; - Chọn công suất động cơ; - Chọn tốc độ đồng bộ động cơ; - Chọn động cơ thực tế; - Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ. Nội dung cụ thể của các bước như sau: 1. 1. Chọn kiểu, loại động cơ: a. Động cơ điện một chiều: b. Động cơ điện xoay chiều: Gồm hai loại: Động cơ ba pha đồng bộ và động cơ ba pha không đồng bộ. Động cơ ba pha không đồng bộ lại chia ra kiểu rôto dây cuốn và kiểu rôto lồng sóc. Với hệ dẫn động cơ khí (hệ dẫn động băng tải, xích tải, vít tải... dùng với các hộp giảm tốc) nên sử dụng loại động cơ điện xoay chiều ba pha rôto lồng sóc. 1.2. Chọn công suất động cơ: Công suất của động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ nhằm đảm bảo cho nhiệt độ của động cơ khi làm việc không lớn hơn trị số cho phép. Để đảm bảo điều kiện đó cần thoả mãn yêu cầu sau: (kW) (1.1) Trong đó: - công suất định mức của động cơ; - công suất đẳng trị trên trục động cơ, được xác định như sau: Với bài tập phần này chỉ yờu cầu làm với hệ thống tải khụng đổi, dạng bài tập với tải thay đổi tham khảo sỏch [1] Trường hợp tải không đổi: (1.2) (kW) (1.3) Trong đó: - công suất làm việc trên trục công tác. hồ - hiệu suất chung của toàn hệ thống; Khi xác định cần chú ý như sau: +) Với các sơ đồ gồm các bộ truyền mắc nối tiếp: hồ = h1.h2.h3... (1.4) h1, h2, h3... là hiệu suất các bộ truyền và các cặp ổ lăn trong hệ truyền dẫn. Giá trị của chúng cho trong bảng 2.3[1]. +) Với các sơ đồ gồm các bộ truyền mắc song song (các sơ đồ tách đôi), hiệu suất của cụm các bộ truyền xác định theo: hồ = hi (1.5) Công suất làm việc danh nghĩa trên trục công tác được xác định theo công thức sau: (kW) (1.6) Với, Ft là lực vòng trên trục công tác (N); v là vận tốc vòng của băng tải (xích tải) (m/s). 1.3. Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ Trên thực tế, số vòng quay đồng bộ có các giá trị là 3000, 1500, 1000, 750, 600 và 500 v/ph. Số vòng quay đồng bộ càng thấp thì kích thước khuôn khổ và giá thành của động cơ càng tăng (vì số đôi cực từ lớn). Tuy nhiên dùng động cơ có số vòng cao lại yêu cầu giảm tốc nhiều hơn, tức tỉ số truyền của toàn hệ thống tăng, dẫn tới kích thước và giá thành của các bộ truyền tăng lên. Do vậy, trong các hệ dẫn động cơ khí nói chung, nếu không có yêu cầu gì đặc biệt, hầu như các động cơ có số vòng quay đồng bộ là 1500 hoặc 1000 v/ph (tương ứng số vòng quay có kể đến sự trượt 3% là 1450 và 970 v/ph). Cách xác định số vòng quay đồng bộ như sau: +) Tính số vòng quay của trục công tác: - Với hệ dẫn động băng tải: (1.7) Trong đó: D - đường kính tang dẫn của băng tải (mm); v - vận tốc vòng của băng tải (m/s); - Với hệ dẫn động xích tải: (1.8) Với, z là số răng đĩa xích tải; v là vận tốc vòng của xích tải (m/s); p là bước xích tải (mm). +) Xác định số vòng quay đồng bộ nên dùng cho động cơ: Chọn sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ nđb = 1500 v/ph (kể đến sự trượt nđb = 1450 v/ph); Khi này tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống usb được xác định: (1.9) Sau khi có giá trị usb ta so sánh nó với các giá trị nên dùng và giá trị giới hạn của hệ thống (bảng 2.4[1]): - Nếu usb nằm trong khoảng u nên dùng thì nđb=1500 v/ph; - Nếu usb > u nên dùng và nằm trong khoảng u giới hạn thì nđb= 1000 v/ph; - Nếu usb < u nên dùng và nằm trong khoảng u giới hạn thì nđb = 3000 v/ph; Hoặc có thể xác định nđb theo cách sau. Với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp: tỉ số truyền nên dùng umin = 8 ≤ u ≤ umax = 40 Khi có thêm một bộ truyền ngoài hộp với tỉ số truyền ung = 2 – 5 Hệ thống sẽ có TST nên dùng trong khoảng umin = 16 ≤ ut ≤ umax = 200 ndb = nct. ut nên ndbmin = 16.nct ≤ ndb ≤ ndbmax= nct .200. (1.10) Ta sẽ chọn ndb với các giá trị thường dùng: 1500; 1000, 3000 vg/ph Tương tự với hệ thống gồm 1 bộ truyền ngoài và hộp giảm tốc côn trụ. ndbmin = 20.nct ≤ ndb ≤ ndbmax= nct .125 (1.11) - Nếu usb nằm ngoài khoảng tỉ số truyền giới hạn thì dạng hộp giảm tốc định thiết kế không phù hợp với số liệu đã cho. Khi này cần chọn lại hộp giảm tốc loại khác cho phù hợp. 1.4. Chọn động cơ thực tế Căn cứ vào công suất đẳng trị đã tính tiến hành tra bảng chọn động cơ có công suất định mức thoả mãn điều kiện (1.1) và có số vòng quay đồng bộ của động cơ là giá trị đã xác định được. Tra bảng phụ lục P1.1 – P1.9 [1] để lựa chọn động cơ thực tế. 1.5. Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ a. Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ: Khi khởi động, động cơ cần sinh ra một công suất đủ lớn để thắng sức ỳ của hệ thống. Vì vậy cần kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ. Điều kiện mở máy của động cơ thoả mãn nếu công thức sau đảm bảo: (1.12) Trong đó: - công suất mở máy của động cơ (Kw): với Tk và Tdn và mô men khởi động và mô men danh nghĩa của động cơ (tra bảng động cơ). - công suất cản ban đầu trên trục động cơ (kW): Nếu động cơ đã chọn không thoã mãn điều kiện (1.12) thì cần chọn lại động cơ có công suất định mức lớn hơn rồi kiểm nghiệm lại. b. Kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ: Với sơ đồ tải khụng đổi, khụng cần kiểm tra điều kiện quỏ tải. Với sơ đồ tải thay đổi, để tránh cho động cơ bị quá tải cần kiểm tra quá tải cho động cơ theo điều kiện sau: (1.13) với : - công suất lớn nhất cho phép của động cơ (kW); - công suất định mức của động cơ (kW); Giá trị tra bảng thông số động cơ; - công suất đặt lên trục động cơ khi quá tải, chính là công suất trên trục động cơ của giá trị tải lớn nhất trong sơ đồ tải. Nếu điều kiện (1.13) không thoả mãn, cần chọn lại động cơ điện rồi kiểm tra lại. 2. Phân phối tỉ số truyền Tỉ số truyền (TST) chung của toàn hệ thống uồ xác định theo: (1.14) Trong đó: nđc - số vòng quay của động cơ đã chọn (v/ph); nct - số vòng quay của trục công tác (v/ph). Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp có: uồ = u1. u2. u3... (1.15) Với: u1, u2, u3... tỉ số truyền của các bộ truyền trong hệ thống. Sau đây trình bày cách phân phối TST của một số trường hợp cụ thể: 2.1. Tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc Ký hiệu uh là TST của hộp giảm tốc (HGT); ung là TST của bộ truyền ngoài hộp. TST của bộ truyền ngoài thường được xác định theo kinh nghiệm như sau: +) Với hệ dẫn động gồm HGT 2 cấp bánh răng nối với 1 bộ truyền ngoài hộp thì: ung = ( 0,15 á 0,1 ) uh Hay (1.18) (trị số nhỏ dùng khi uh lớn). +) Với hệ dẫn động gồm HGT trục vít 2 cấp; trục vít - bánh răng hoặc bánh răng - trục vít nối với 1 bộ truyền ngoài hộp thì: ung = ( 0,125 á 0,025 ) uh Hay (1.19) (trị số nhỏ dùng khi uh lớn). 2.2 Tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc a. Với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển - Tỉ số truyền của hộp có thể phân theo chỉ tiêu tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất (cũng chính là để bôi trơn HGT hợp lý nhất). Khi này TST của bộ truyền cấp chậm được xác định theo công thức sau [2]: (1.20) Trong đó: yba1; yba2 - hệ số chiều rộng bánh răng cấp nhanh và cấp chậm. Trong thực tế, thường ; nếu chọn thì ta có công thức sau [2]: (1.21) Chú ý: Vì TST của bộ truyền bánh răng trụ không nên quá 8 nên không nên dùng công thức 1.21 cho các HGT có TST lớn hơn 26. - Tỉ số truyền của hộp cũng có thể phân theo hàm đa mục tiêu với thứ tự ưu tiên các hàm đơn mục tiêu sau: khối lượng các bộ truyền, mô men quán tính thu gọn và thể tích các bánh lớn nhúng dầu nhỏ nhất; khi này tỉ số truyền các cấp có thể tra bảng 3.1 [1] hoặc tính theo công thức: (1.22) Chú ý: Vì TST của bộ truyền bánh răng trụ không nên quá 8 nên không nên dùng công thức 1.22 cho các HGT có TST lớn hơn 30. b. Với hộp giảm tốc bánh răng đồng trục - Với HGT bánh răng đồng trục có thể tính TST bộ truyền cấp nhanh u1 theo công thức sau: (1.23) Tra bảng: Chú ý: Vì TST của bộ truyền bánh răng trụ không nên quá 8 nên không nên dùng công thức 1.23 cho các HGT có TST lớn hơn 16. Ngoài ra có thể phân phối TST theo công thức: (Tham khảo công thức 3.14[1]) c. Với hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ 2 cấp: Với HGT bánh răng côn - trụ 2 cấp, để nhận được chiều cao của HGT nhỏ nhất có thể tính tỉ số truyền bộ truyền bánh răng cấp chậm u2 công thức sau [4]: (1.24) Trong đó: Kbe - hệ số chiều rộng vành răng bánh răng côn; Kbe = 0,25 á 0,3; yba2 - hệ số chiều rộng bánh răng trụ; yba2=0,3á0,4. Khi Kbe = 0,3 và yba2 = 0,4 (các giá trị tối ưu) ta có [4]: (1.25) Chú ý: Vì TST của bộ truyền bánh răng côn không nên quá 6 nên không nên dùng công thức 1.25 cho các HGT có TST lớn hơn 23. d. Với hộp giảm tốc bánh răng cấp nhanh tách đôi Với HGT cấp nhanh tách đôi, để nhận được kích thước tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất (cũng chính là để bôi trơn HGT hợp lý nhất), TST của bộ truyền bánh răng cấp chậm xác định theo công thức [5]: (1.26) Với . Chú ý: Vì TST của bộ truyền bánh răng trụ không nên quá 8 nên không nên dùng công thức 1.26 cho các HGT có TST lớn hơn 20. e. Với hộp giảm tốc bánh răng cấp chậm tách đôi Với HGT cấp chậm tách đôi, để nhận được kích thước tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất (cũng chính là để bôi trơn HGT hợp lý nhất), TST của bộ truyền bánh răng cấp chậm xác định theo công thức [6]: (1.27) Với . Chú ý: Vì TST của bộ truyền bánh răng trụ không nên quá 8 nên không nên dùng công thức 1.27 cho các HGT có TST lớn hơn 40. 3. Tính toán các thông số trên các trục Ký hiệu các chỉ số tính toán như sau: chỉ số "đc" ký hiệu trục động cơ; các chỉ số "I", "II", "III". chỉ trục số I, II và III. 3.1. Tính công suất trên các trục Với sơ đồ tải thay đổi, chọn công suất danh nghĩa là công suất lớn nhất. - Công suất danh nghĩa trên trục động cơ tính theo công thức (1.4): - Công suất danh nghĩa trên các trục I, II và III xác định theo các công thức sau: 3.2. Tính số vòng quay của các trục - Tốc độ quay của trục I: Với udc-I - tỉ số truyền của bộ truyền ( hoặc khớp nối ) nối giữa động cơ với trục I. - Tương tự ta có: nII = nI /uI-II ; nIII = nII /uII-III ... 3.3 Tính mô men xoắn trên các trục Mô men xoắn trên trục thứ k được xác định theo công thức sau: 3.4. Lập bảng kết quả Các kết quả tính ở trên là số liệu đầu vào cho các phần tính toán sau, do vậy cần lập bảng thống kê theo mấu sau: Bảng kết quả tính toán: Trục Đ/cơ I II III Công tác Công suất (kw) Tỷ số truyền (-) Số vòng quay(v/ph) Mô men (Nmm) Tài liệu tham khảo [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán hệ dẫn động cơ khí, tập I, NXB Giáo dục, 1999. [2] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế chi tiết máy, [3] Vu Ngoc Pi, Nguyen Dang Binh, Vu Quy Dac, Phan Quang The, Effective method for Optimal splitting of Total transmission ratio of Coaxial helical gearboxes, School on Computational Sciences and Engineering: Theory and Application, March 3-5, 2005, Ho Chi Minh City, pp. 96-99. [4] Vu Ngoc Pi, A new and effective method for optimal calculation of total transmission ratio of two step bevel - helical gearboxes, International colloquium in mechanics of solids, fluids, structures and interactions, Nha Trang, Vietnam (2000), pp. 716- 719. [5] Vu Ngoc Pi, Optimal Calculation of Partial Transmission Ratios of Helical Gearboxes with First-Step Double Gear-Sets, Int. Workshop on Advanced Computing and Applications (ACOMP 2008), Ho Chi Minh city, Vietnam, 2008, pp. 287-294. [6] Vu Ngoc Pi, A study on optimal determination of partial transmission ratios of helical gearboxes with second-step double gear-sets, International Journal of Mathematical, Physical and Engineering Sciences (IJMPES), Vol.2, No.2, 2008, ISSN 1307-7465, pp. 99-102. [7] Vũ Ngọc Pi, Vũ Quý Đạc, Phõn phối tỉ số truyền cho hộp giảm tốc trục vớt hai cấp theo chỉ tiờu kết cấu của hộp hợp lý nhất, Tạp chớ Khoa học và Cụng nghệ, Đại học Thỏi nguyờn, Số 1 (41) 2007, Trang 65-69.