Bài thí nghiệm Chi tiết máy số 5 - Ứng dụng tin học trong tính toán chi tiết máy
BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 05
ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG TÍNH TOÁN CHI TIẾT MÁY
Người soạn: Nguyễn Hữu Lộc, Thân Trọng Khánh Đạt.
I. Mục tiêu thí nghiệm
Giúp sinh viên nắm được phương pháp, cách sử dụng các phần mềm thiết kế để tính chọn, kiểm tra các
chi tiết máy công dụng chung.
II. Yêu cầu
Phần mềm yêu cầu:
Autodesk Inventor 2012 trờ về sau
Autodesk Autocad Mechanical
Cấu hình:
•
•
HĐH: Windows® 7 (32-bit minimum, 64-bit) trở về sau
CPU: Intel® Pentium® 4, AMD Athlon™ 64 với công nghệ SSE2, 3 GHz hoặc hơn, hoặc AMD 2
nhân với công nghệ SSE2, 2 GHz hoặc hơn, hoặc Intel® Xeon® E3 hoặc Core i7 hoặc tương đương
với công nghệ SSE2, 3.0 GHz hoặc cao hơn
•
•
RAM: 4 GB RAM tối thiểu với số chi tiết nhỏ hơn 500 (khuyến nghị ram 8 GB)
Đĩa cứng: trống 15 GB hoặc hơn
III. Cơ sở lý thuyết
Sinh viên tham khảo tài liệu hướng dẫn đính kèm
IV. Mô tả thí nghiệm
Cho mô hình truyền động như hình 1, với các thông số kỹ thuật được cho trong bảng. 1 [1].
1
2
5
1.
Động cơ
2.
3.
4.
5.
Bộ truyền đai thang
Hộp giảm tốc
Bộ truyền xích
Thùng trộn
II
3
III
I
4
Hình. 1 Mô hình bài toán
1
Bảng. 1 Thông số kỹ thuật của hệ thống
Trục
Động cơ
I
II
III
Thông số
Công suất P, kW
Tỉ số truyền u
4,16
4,9
3,2
4,654
4,423
2,5
2,5
Số vòng quay n, vg/ph
Mômen xoắn T, Nm
960
300
120
48
48,745
148,153
351,997
827,667
Số liệu ban đầu:
-
-
-
-
-
Công suất của thùng trộn: P = 4,16 (kW)
Số vòng quay của thùng trộn: n = 48 (vòng/phút)
Thời gian phục vụ: a = 6 (năm)
Quay 1 chiều, làm việc 2 ca, tải trọng tĩnh (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)
Hiệu suất:
+ Hiệu suất bộ truyền đai thang ηđ = 0,95.
+ Hiệu suất cặp bánh răng trụ răng thẳng ηbr = 0,96.
+ Hiệu suất cặp ổ lăn ηol = 0,99.
+ Hiệu suất bộ truyền xích ηx = 0,95.
1. Thiết kế bộ truyền bánh răng
Cho trước: Tỷ số truyền u, công suất P, số vòng quay n.
Yêu cầu: Tính theo tiêu chuẩn ISO, chọn vật liệu (theo tiêu chuẩn ISO giới hạn mỏi tiếp xúc sHlim
≈
570MPa), tính khoảng cách trục, môđun m, số răng, đường kính vòng chia, chiều rộng vành răng, vận tốc vòng
của bánh răng, lực hướng tâm, lực tiếp tuyến. Mô hình 3D cặp bánh răng.
Lưu ý: Các hệ số KA = 1; KHv = 1; KHβ = 1,2; KHα = 1 khi nhập trong Autodesk Inventor.
2. Thiết kế trục và chọn then
+ Tính bằng tay: Xác định đường kính sơ bộ, phác thảo sơ bộ kết cấu trục .
+ Tính bằng Autodesk Inventor: Định kích thước các đoạn trục, chọn vật liệu với Sy = 400MPa, nhập
giá trị các lực tác dụng lên trục, các biểu đồ mômen uốn, ứng suất…. Đưa các kết quả vào thuyết minh. Mô
hình 3D các đoạn trục.
+ Chọn then theo phần mềm.
3. Chọn ổ lăn
+ Chọn ổ lăn trong Autodesk Inventor theo tiêu chuẩn.
4. Thiết kế bộ truyền đai
Chọn trước: Chọn ký hiệu đai, đường kính các bánh đai (chọn d1 =180mm), khoảng cách trục (a =d2),
chiều dài đai.
Yêu cầu:
Chọn ký hiệu đai theo tiêu chuẩn DIN 2215, nhập các thông số d1, d2, L.
2
Tính bằng Autodesk Inventor: Số dây đai z và các thông số bộ truyền: vận tốc, lực căng đai ban đầu,
lực vòng có ích, lực căng trên nhánh đai chủ động và bị động, lực tác dụng lên trục, góc ôm đai, bề rộng bánh
đai, khoảng cách trục... bằng Autodesk Inventor. Mô hình 3D bộ truyền đai.
Lưu ý: Chọn các hệ số PRB = 3.8 kW, k1 = 1.2.
5. Thiết kế bộ truyền xích
Chọn trước: Số dãy xích k, số răng z1 và z2.
Yêu cầu: Chọn xích theo tiêu chuẩn ISO 606:2004 (EU), số răng z1, z2, công suất P, số vòng quay n.
Tính bằng Autodesk Inventor: Bước xích, số mắt xích, chiều dài xích, khoảng cách trục, đường kính
các đĩa xích, vận tốc trung bình, lực trên nhánh căng (chùng) F1 (F2), lực tác dụng lên trục. Mô hình 3D bộ
truyền xích.
V. Trình tự thực hiện
1. Thiết kế bộ truyền bánh răng
+ Công suất P = 4,654kW;
+ Tỷ số truyền ubr = 2,5.
+ Số vòng quay n = 300 vòng/phút.
+
Lh LKnamKn 6.300.16 28800giờ.
Hình. 2 Các thông số trong tab Calculation
3
Hình. 3 Các hệ số nhập theo yêu cầu của đề
Hình. 4 Các thông số trong tab Design
Hình. 5 Mô hình 3D bộ truyền bánh răng
+ Kết quả tính trong Autodesk Inventor:
4
Bảng. 2 Các thông số bộ truyền bánh răng
THÔNG SỐ Kết quả
Chọn vật liệu
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
EN C60
Tính khoảng cách trục
Module m
160mm
4
Số răng z1
23
57
Số răng z2
Đường kính vòng chia d1
Đường kính vòng chia d2
Chiều rộng vành răng b1
Chiều rộng vành răng b2
92
228
64
60
10 Lực hướng tâm Fr
1172,154 N
3220,466N
1,445 m/s
11 Lực tiếp tuyến Ft
12 Vận tốc vòng của bánh răng
2. Thiết kế trục và chọn then
a. Trục I và then
+ Công suất P 4,654kW
.
1
+ Mômen xoắn: T1 148,141Nm
+ Số vòng quay: n 300vg / ph.
+ Lực tác dụng lên trục từ kết quả tính bộ truyền đai:F 849,96N
r
+ Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng (số liệu bảng 2):F 3220,466N
;
F 1172,154N
t1
r1
16.T
16.148,141
3
+ Đường kính trục vị trí lắp bánh đai:
chọn d = 35mm
d 103
33,3mm
0
.20
+ Chọn sơ bộ kích thước dọc trục:
lm12 = 50; lm13 = 70; k2 = 5; k3 = 15; k1 = 10; hn = 20; bo = 25;l13 = 0,5(lm13 + bo)+ k1 + k2 = 62,5
l11 = 2l13 = 2x62,5 = 125; l12 = lc2 = 0,5(lm12 + bo)+ k3 + hn = 72,5
5
Hình. 6 Phác thảo kết cấu trục 1
Hình. 7 Tab Design cho trục 1
Hình. 8 Tab Calculation các thông số cho trục 1
6
Hình. 9 Biểu đồ moment uốn
7
Hình. 10 Biểu đồ ứng suất uốn
Chọn then:
Hình. 11 Thông số trong tab Design
8
Hình. 12 Thông số trong tab Calculation
Hình. 13 Mô hình 3D trục 1
Trục II và then:
+ Công suất P 4,423kW
.
1
+ Mômen xoắn: T1 351,997Nm
+ Số vòng quay: n 120vg / ph.
+ Lực tác dung lên trục từ bộ truyền xích: F 3633,236N
r
+ Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng:F 3220,466N và F 1172,154N
t2
r2
16T
16351,997
30
3
+ Đường kính trục vị trí lắp bánh đĩa xích:
chọn
d 103
38,8mm
d0 = 40mm.
(lưu ý ta chọn
= 20 MPa – trục đầu vào;
= 30 MPa – trục đầu ra)
9
+ Các trị số khoảng cách được chọn như sau:
lm12 = 60; lm13 = 66; k2 = 5; k3 = 17,5; k1 = 10; hn = 20; bo = 25; l13 = 0,5(lm13 + bo)+ k1 + k2 = 62,5; l11 =
2l13 = 2x62,5 = 125; l12 = lc2 = 0,5(lm12 + bo)+ k3 + hn = 80
Hình. 14 Phác thảo kết cấu của trục 2
Hình. 15 Kích thước trục trong tab Design
10
Hình. 16 Thông số tính toán trục trong tab Calculation
Hình. 17 Moment uốn trục 2
11
Hình. 18 Ứng suất uốn trục 2
12
•
Thiết kế then cho trục 2:
Hình. 19 Thông số then trong tab Design
Hình. 20 Tính toán và chọn then trong tab Calculation
Hình. 21 Mô hình 3D trục với rãnh then
13
3. Chọn ổ lăn
Tính toán ổ lăn cho trục I
Theo hình 10, ta có kết quả các lực tác dụng lên ổ
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A:
2
FRA RA2X RAY 1055,5072 1571,5872 1893,14N
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B:
2
FRB RB2X RBY 753,2392 1648,8792 1812,78N
Vì FRA FRB , nên ta tính toán theo ổ A: FR FRA 1893,14N
Số vòng quay n = 300 vg/ph; L = 28800 giờ, Ổ bi đỡ (Deep Groove Ball Bearing)
Hình. 22 Tab Design cho ổ trục 1
Hình. 23 Tab Calculation cho ổ trục 1
14
Hình. 24 Mô hình 3D ổ lăn cho trục 1
Tính toán ổ lăn cho trục II:
Theo hình 17, ta có kết quả các lực tác dụng lên ổ.
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A:
2
FRA RA2X RAY 6726,8042 1497,7282 6891,52N
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B:
2
FRB RB2X RBY 1897,1982 1722,7382 2562,65N
Vì FRA FRB , nên ta tính toán theo ổ A: FR FRA 6891,5N
Số vòng quay n = 120 vg/ph. L = 14400 giờ, Ổ bi đỡ (Deep Groove Ball Bearing)
Hình. 25 Tab Design cho ổ trục II
15
Hình. 26 Tab Calculation cho ổ trục 2
Hình. 27 Mô hỉnh 3D ổ lăn cho trục 2
4. Thiết kế bộ truyền đai
+ Công suất P = 4,9 kW.
+ Số vòng quay n = 960 vòng/phút.
Chọn:
+ Chọn đai thang loại B dựa trên công suất P và số vòng quay n.
+ Đường kính bánh đai nhỏ d1 = 180 mm.
+ Đường kính bánh đai lớn: d2 =
tiêu chuẩn.
d1(1 -
) = 3,2.180.(1-0,01) = 570,24 mm ta chọn d2 =560 mm theo
+ Khoảng cách trục nhỏ nhất a = d2 = 560mm.
+ Chiều dài tính toán của đai:
(560 180) (560 180)2
L 2.560
2346,9 (mm)chọn tiêu chuẩn
= 2500 mm
16
Hình. 28 Các thông số trong tab Design
Hình. 29 Các thông số trong tab Calculation
+ Kết quả tính trong Autodesk Inventor:
Bảng. 3 Các thông số tính từ Autodesk Inventor
STT
THÔNG SỐ
Loại đai
Kết quả
1
2
V-Belt DIN 2215 17x2457
2
Số dây đai z
17
3
4
Vận tốc
9,048 m/s
414 N
Lực căng đai ban đầu
Lực căng trên mỗi nhánh đai
Lực căng trên nhánh căng
Lực căng trên nhánh chùng
Lực vòng có ích
5
218,5 N
6
707,778 N
166,21 N
7
8
541,569 N
849,96 N
9
Lực tác dụng lên trục Fr
Góc ôm đai
10
11
12
13
145,48 độ & 214,52 độ
2500
Chiều dài dây đai
Bề rộng bánh đai
44 mm
Khoảng cách trục
640,408 mm
Hình. 30 Mô hình 3D bộ truyền đai
5. Thiết kế bộ truyền xích
+ Công suất truyền P P 4,423kW
II
+ Số vòng quay đĩa nhỏ n nII 120vg/ph; Tỷ số truyền u ux 2, 5
+ Chọn xích con lăn 2 dãy
+ Chọn số răng của đĩa xích: z1 29 2ux 29 2.2,5 24 răng
z2 ux .z1 2,5.24 60 răng
+ Chọn bước xích:
Chọn bước xích pc 25, 4mm
.
18
Hình. 31 Chọn xích con lăn 2 dãy trên tab Design
Hình. 32 Các thông số trong tab Design
19
Hình. 33 Các thông số trong tab Calculation
+ Kết quả tính trong Autodesk Inventor:
Bảng. 4 Thông số bộ truyền xích
THÔNG SỐ
STT
1
Kết quả
Loại xích
Số dãy xích
Roller chain 16B-2-124
2
2
124
3
Số mắt xích
4
Lực vòng có ích
3617,437 N
3625,5 N
5
Lực căng trên nhánh chủ động
Lực căng trên nhánh bị động
Lực tác dụng lên trục Fr
Góc ôm
6
8,1N
7
3633,236 N
163,79 độ & 196,21 độ
1031 mm
8
9
Khoảng cách trục
10
Đường kính đĩa xích d1, d2
194,597mm & 485,326
Hình. 34 Bộ truyền xích được thiết kế
Tài liệu tham khảo
[1]. Nguyễn Hữu Lộc, Lê Văn Uyển, Chi tiết máy và ứng dụng tin học trong chi tiết máy, NXB Đại học
Quốc gia TP Hồ Chí Minh, ISBN 2016978-604-73-2421-7, 2014
20
Tải về để xem bản đầy đủ
25 trang
24140
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài thí nghiệm Chi tiết máy số 5 - Ứng dụng tin học trong tính toán chi tiết máy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_thi_nghiem_chi_tiet_may_so_5_ung_dung_tin_hoc_trong_tinh.pdf
