Bài giảng Tính toán thiết kế băng tải

Chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BĂNG TẢI Yêu cầu kĩ thuật Vận tốc trên băng tải là 5-6m/phút. Chiều rộng băng tải là 42mm. Khả năng tải là có thể tải vật nặng 15kg. Băng tải làm việc êm, không có tiếng ồn. Băng tải có bộ phận căng băng. Thiết kế phải có tính thẩm mĩ, tháo lắp , di chuyển dễ dàng. Các phương án thiết kế Phương án 1 * Ưu điểm: - Số lượng pulley ở hai đầu ít. - Thiết kế dơn giản. - Chi phí thấp. * Nhược điểm: - Vì số lượng pulley ở hai đầu là ít nên đường kíng pulley phải lớn, kích thước băng tải cồng kềnh. - Băng tải dễ bị trượt ra ngoài ở hai đầu. - Băng tải có thể bị trượt sang một bên ở vị trí truyền động và bộ căng đai. Phương án 2 * Ưu điểm: - Bộ căng đai chỉ dùng hai pulley nên thiết kế đơn giản. - Đường kính pulley ở hai đầu có thể thiết kế nhỏ. - Vì ở mỗi đầu băng tải có hai pulley nên băng tải không bị trượt sang một bên khi chạy. * Nhược điểm: - phải gia công nhiều pulley. - Đai dễ bị trượt về một bên ở vị trí giữa. - Kết cấu cồng kềnh, không có tính thẩm mĩ. Phương án 3 * Ưu điểm: - Đường kính pulley ở hai đầu có thể thiết kế nhỏ. - Vì ở mỗi đầu băng tải có hai pulley nên băng tải không bị trượt sang một bên khi chạy. - Bộ căng đai có 3 pulley nên hạn chế được đai trượt sang một bên. * Nhược điểm: - Phải gia công khá nhiều pulley cho mỗi băng tải ( 7 pulley). - Gia công cơ đòi hỏi phải có độ chính xác cao để đảm bảo cho các trục song song nhau. Phương án 4 * Ưu điểm: - Góc ôm đai tăng làm tăng ma sát giữa đai và pulley nên hạn chế sự trượt tương đối giữa đai và pulley. -Kết cấu này chạy khá ổn định. * Nhược điểm: - Đường kính pulley ở hai đầu phải lớn. - Thiết kế , lắp ráp phức tạp. - Gia công các chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao. Các phương án truyền động Truyền động đai * Ưu điểm: - Có thể truyền động giữa các trục xa nhau (>15m). - Làm việc êm, không ồn nhờ vào độ dẻo dai của đai; do đó có thể truyền chuyển động với vận tốc lớn. - Tránh cho các cơ cấu không có sự dao động lớn sinh ra do tải trọng thay đổi nhờ vào tính chất đàn hồi của đai. - Đề phòng sự quá tải của động cơ nhờ sự trượt trơn của đai khi quá tải. - Kết cấu vận hành đơn giản (do không cần bôi trơn), giá thành hạ. * Nhược điểm: - Kích thước bộ truyền lớn (kích thước lớn hơn khoảng 5 lần so với bộ truyền bánh răng nếu truyền cùng công suất). - Tỉ số truyền khi làm việc thay đổi do hiện tượng trượt đàn hồi của đai và bánh đai. - Tải trọng tác dụng lên trục và ổ trục lớn (lớn hơn khoảng 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng) do ta phải căng đai với lực căng ban đầu F0. Truyền động bánh răng * Ưu điểm: - Kích thước nhỏ,khả năng tải lớn. - Tỉ số truyền không thay đổi do không có hiện tương trượt trơn. - Hiệu suất cao, có thể đạt tới 0,97-0,99. - Làm việc với vận tốc lớn ( đến 150 m/s), công suất đến chục ngàn Kw, tỉ số truyền một cấp từ 2-7, bộ truyền nhiều cấp đến vài trăm hoặc vài ngàn. - Tuổi thọ cao, làm việc với độ tin cậy cao (Lh=30000 giờ) * Nhược điểm: - Chế tạo tương đối phức tạp. - Đòi hỏi độ chính xác cao. - Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn. Truyền động xích * Ưu điểm: So với bộ truyền đai, bộ truyền xích có các ưu điểm sau: - Không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao hơn, có thể làm việc khi quá tải đột ngột. - Không đòi hỏi phải căng xích. - Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn. - Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu thiết kế cùng công suất. - Bộ truyền xích truyền công suất nhờ vào sự ăn khớp giữa xích và bánh xích, do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai cho nên có thể truyền công suất và chuyển động co nhiều bánh xích bị dẫn. * Nhược điểm Nhược điểm của bộ truyền xích là do sự phân bố của các nhánh xích trên đĩa xích không theo đường tròn mà theo hình đa giác, do đó bản lề xích bị mòn, gây nên tải trọng phụ, ồn khi làm việc, có tỉ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay đổi, cần phải bôi trơn thường xuyên và phải có bộ điều chỉnh xích. Chọn phương án thiết kế Căn cứ vào những phân tích ưu nhược điểm trên, điều kiện gia công và lắp ráp , em quyết định chọn phương án thứ 3 và chọn bộ truyền đai răng để thiết kế và thi công. Đai răng tương tự đai dẹt nhưng bề mặt trong có các gờ hình thang hoặc hình tròn, trên các bánh đai có các rãnh tương ứng. Bộ truyền đai răng làm việc nhờ vào sự ăn khớp giữa các gờ trên đai với các rãnh của bánh đai. Ưu điểm của bộ truyền đai răng: Kích thước bộ truyền nhỏ. Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai. Tỉ số truyền lớn, thông thường <12 (có thể đến 20). Hiệu suất cao 0,92-0,98. Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ. Công suất truyền đến 200Kw (có thể đạt tới 750Kw) Sơ đồ động học được vẽ lại như sau: Tính chiều dài dây băng tải Yêu cầu thiết kế 4 băng tải với chiều dài như sau: 2 băng ngắn mỗi băng dài 0,6m 2 băng dài , mỗi băng dài 2,2m. * Tính đường kính pulley truyền động ở giữa: - Vận tốc băng tải 6m/phút. V= Trong đó: V: vận tốc băng tải(m/phút). d: đường kính pulley (m). : vận tốc pulley (vòng/phút) cũng chính là vận tốc động cơ. Suy ra: Do băng tải lớn chịu tải lớn hơn nên việc tính toán công suất động cơ sẽ tính theo băng tải này. * Chiều dài dây băng tải lớn được tính toán như sau: Trong đó: AB=2200 mm. BC=PA= CD=OP=36mm. DE=ON=. EF=MN=1071,92 mm. FG=ML=. HK=. GH=LK=29,10 mm. Do đó: l1=2200+23,55+36+28,783+1071,92+25,076+29,10+58,944+29,10+25,076+1071,92+28,783+36+23,55 l1=4599 mm. * Chiều dài dây băng tải nhỏ được tính toán như sau: Trong đó: AB=600 mm. BC=PA= CD=OP=36mm. DE=ON=. EF=MN=296,25 mm. FG=ML=. HK=. GH=LK=29,10 mm. Do đó: l2=600+23,55+36+31,4+296,55+28,347+29,10+58,944+29,10+28,347+296,25+31,4+36+23,55 l2=1548 mm. Tính công suất động cơ Công suất luôn là yếu tố cần phải xác định trước tiên khi tính toán chọn động cơ cho băng tải. Công suất này là tổng hợp của 4 thành phần cơ bản sau: Công suất cần thiết để chạy không tải. Công suất cần thiết để di chuyển vật cần tải. Công suất cần thiết để thắng lực ma sát. Công suất cần thiết để tăng tốc băng tải. Tổng hợp của 3 thành phần đầu là công suất cần thiết để chạy băng tải. Thành phần tăng tốc chỉ cần thiết trong lúc khởi động. Cách thường dùng để tính toán công suất toàn phần cần thiết là nhân tổng của 4 thành phần công suất trên với 1,1 và chọn công suất tiêu chuẩn nhỏ nhất lớn hơn nó. Kết quả của việc tính toán thành phần công suất tăng tốc, hệ số nhân 1,1 và việc làm tròn đến công suất tiêu chuẩn gần với nó là băng tải thường chỉ sử dụng 70% công suất động cơ khi hoạt động ở tải trọng như đã tính toán. Đây là điểm hoạt động tốt nhất bởi vì motor hoạt động ở hiệu suất lớn nhất và nó dự phòng cho quá tải và sự mất cân bằng khi tải hàng. Để cho pulley truyền công suất cho băng tải thì phải tăng sự căng đai để cho phần đai đi vào pulley nhiều hơn phần ra khỏi pulley. Để căng đai thì vận tốc của pulley truyền động phải bằng hoặc lớn hơn vận tốc của đai tại vị trí tiếp xúc. Trường hợp lí tưởng là vận tốc của đai khi vào pulley bằng với vận tốc của bề mặt pulley tại chỗ tiếp xúc và vận tốc của dây đai khi rời khỏi pulley thấp hơn một lượng bằng với lượng căng đai. Việc tăng sự căng băng tải và hệ số ma sát giữa đai và pulley đủ để duy trì vận tốc của băng tải bằng với vận tốc của pulley. Vận tốc của phần băng tải bị động sẽ nhỏ hơn vận tốc của phần băng tải chủ động do có sự trượt tương đối giữa băng tải và pulley. Khối lượng của băng tải là 0,3 kg. Khối lượng tải yêu cầu trên băng tải là 20kg. Đường kính pulley truyền động là 31mm. Vận tốc yêu cầu là 5-6m/phút. Hệ số ma sát giữa băng tải và bề mặt nhôm là 0,3. Vận tốc đầu ra của hộp giảm tốc motor được tính như sau: Chọn động cơ có vận tốc đầu ra hộp giảm tốc là 60 vòng/phút. Hộp giảm tốc có tỉ số truyền là 50 và hiệu suất là 60%. Vận tốc thực của động cơ là 50.60=3000 vòng/phút. Lực ma sát giữa băng tải và nhôm : Trong đó: m: là khối lượng của băng tải và vật nặng yêu cầu trên băng tải. m=20+0,3=20,3kg. g :gia tốc trọng trường, lấy g=9,81 m/s m: hệ số ma sát giữa băng tải và nhôm, m=0,3. Suy ra: F=20,03.9,81.0,3 =58,95 N. Moment cần truyền cho pulley truyền động để kéo băng tải được tính như sau: Đây chính là môment đầu ra của hộp giảm tốc. Môment thực tế cần thiết ở đầu ra motor là: Trong đó: Tm: môment đầu ra của motor. T: là môment đầu ra của hộp giảm tốc. i : tỉ số truyền hộp giảm tốc, i=50. h: hiệu suất hộp giảm tốc, h=0,6. Suy ra Công suất động cơ được tính như sau: Chọn loại động cơ có công suất 15w Tính toán bộ truyền đai Công suất truyền: 9,4w Số vòng quay bánh dẫn: 60 vòng phút. _ Môđun của đai được tính theo công thức thực nghiệm sau: Trong đó : P : công suất truyền, kw; n1: số vòng quay bánh dẫn, vòng/phút. Suy ra: Chọn môđun tiêu chuẩn m=2. chiều cao răng h: h =(0,6… 0,9)m =(0,6…0,9)2 =1,2…1,8 mm Chọn h tiêu chuẩn =1,5 Chiều rộng nhỏ nhất của đai: S =(1…12,2)m =2…24,4 mm Chọn chiều rộng theo chuẩn S=8 mm Đường kính vòng chia: Do tỉ số truyền =1 nên d1=d2=m.z= 2.20=40 mm. Chọn đai có số răng tiêu chuẩn là 63 răng. - Chiều dài đai được tính như sau: L= Trong đó zp là số răng của dây đai. Suy ra: L=3,14.2.63=395,64 mm Khoảng cách trục được tính như sau: Ta có L= Suy ra : Ta có bảng kích thước bộ truyền đai răng sau: m p S h b Sd hd H zp 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 8,0 10,0 3,14 4,71 6,28 9,42 12,57 15,71 21,99 31,12 1,0 1,5 1,8 3,0 4,4 5,0 8,0 12,0 0,8 1,2 1,5 2,0 2,5 3,5 6,0 9,0 0,4 0,4 0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 0,8 50 50 50 40 40 40 40 40 3…12,5 3…20 5…20 12,5…5 14…30 20…100 25…100 40…125 1,0 1,5 1,8 3,2 4,0 4,8 7,5 11,5 1,3 1,8 2,2 3,0 4,0 5,0 8,5 12,5 1,6 2,2 3,0 4,0 5,0 6,5 11,0 15 40…160 40…160 40…160 40…160 48…250 48…200 56…140 56…140 Căn cứ vào bảng trên, ta chọn đai răng có các thông số sau: Môđun m=2. Bước đai p= 6,28 mm Chiều rộng đai b= 8 mm Chiều cao răng h=1,5 mm