So mô-men danh nghĩa và mô-men đỉnh (khởi động, va đập) sau khi nhân các hệ số nhiệt độ, tần suất khởi động với khả năng của khớp nối trong catalogue.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
- Căn cứ và tài liệu tham khảo
Bài toán dùng để làm gì
Khớp nối đàn hồi (cao su, PU – kiểu vấu, kiểu hoa mai) nối trục động cơ với trục hộp số, bơm, quạt; vừa truyền mô-men vừa bù lệch trục và giảm va đập. Bài toán so mô-men danh nghĩa và mô-men đỉnh (sau khi nhân hệ số làm việc, nhiệt độ, số lần khởi động) với khả năng của khớp trong catalogue, đồng thời kiểm tra tốc độ và đường kính lỗ.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Khớp nối đàn hồi giống miếng đệm cao su giữa hai bàn tay khi bắt tay: truyền lực được mà vẫn êm, hai tay hơi lệch nhau cũng không sao. Nhưng cao su nóng thì mềm yếu, và bị giật mạnh liên tục thì nhanh rách, nên phải nhân thêm các hệ số này.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.4 mô-men · 0.11 quay · 0.12 công suất · 0.7 hệ số an toàn · 0.14 mỏi · 0.17 dung sai (lỗ, trục)
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| P, n | Công suất và tốc độ động cơ | kW, v/ph | Nhãn động cơ |
| KA | Hệ số làm việc theo loại máy | – | Bơm ly tâm, quạt 1,0–1,25; băng tải 1,25–1,5; máy nén piston, máy nghiền 1,75–2,5 (giá trị điển hình trong bảng hệ số làm việc của catalogue khớp nối; DIN 740-2 không dùng KA mà dùng hệ số va đập SA, xem Bảng 3) |
| Tỉ số mô-men đỉnh | Mô-men lúc khởi động so với định mức | – | Khởi động trực tiếp ≈ 2–2,5; có biến tần ≈ 1,5; lấy Tkđ/Tđm ở TB26 |
| t, Z | Nhiệt độ môi trường quanh khớp, số lần khởi động mỗi giờ | °C, lần | Thực tế lắp đặt; gần lò hay động cơ nóng thì nhập cao |
| TKN, TKmax | Mô-men định mức và cực đại của khớp | Nm | Catalogue KTR (ROTEX), Flender (N-EUPEX), Lovejoy, Miki Pulley |
| nmax, dmax | Tốc độ cho phép và lỗ lớn nhất của khớp | v/ph, mm | Catalogue theo cỡ khớp |
| d | Đường kính trục cần lắp (lấy trục lớn hơn trong hai trục) | mm | Catalogue động cơ (ví dụ 7,5 kW 4 cực khung 132 trục Ø38) |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Mô-men danh nghĩa
Đổi công suất và tốc độ ra mô-men:
TLN = 9550·P / n
Bước 2. Hệ số nhiệt độ và khởi động
Cao su/PU nóng thì yếu đi; khởi động nhiều lần mỗi giờ làm phần tử đàn hồi mỏi nhanh:
St theo Bảng 1 ; SZ theo Bảng 2
Bảng 1 – Hệ số nhiệt độ St (phần tử đàn hồi PUR 92 Sh-A, 95/98 Sh-A)
| Nhiệt độ quanh khớp | St |
|---|---|
| −30 đến +30 °C | 1,0 |
| ≤ +40 °C | 1,2 |
| ≤ +50 °C | 1,3 |
| ≤ +60 °C | 1,4 |
| ≤ +70 °C | 1,55 |
| ≤ +80 °C | 1,8 |
| ≤ +90 °C | 2,2 |
Bảng 2 – Hệ số khởi động SZ
| Số lần khởi động Z mỗi giờ | SZ |
|---|---|
| ≤ 100 | 1,0 |
| ≤ 200 | 1,2 |
| ≤ 400 | 1,4 |
| ≤ 800 | 1,6 |
Bước 3. Kiểm tra mô-men định mức
Khớp phải chịu được mô-men làm việc lâu dài đã nhân hệ số:
TKN ≥ TLN·KA·St
Bước 4. Kiểm tra mô-men đỉnh
Lúc khởi động hoặc va đập, mô-men vọt lên; khớp phải chịu được đỉnh này:
TKmax ≥ TLN·(Tđỉnh/Tđm)·SZ·St
Ở đây TS = TLN·(Tđỉnh/Tđm) là mô-men đỉnh (trên công cụ là pk·TLN). DIN 740-2 tính kỹ hơn: va đập từ phía động cơ TS = TAS·MA·SA với MA = JL/(JA + JL); va đập từ phía tải TS = TLS·ML·SL với ML = JA/(JA + JL). JA, JL là mô-men quán tính phía động cơ và phía tải, SA, SL là hệ số va đập (Bảng 3). Công cụ lấy MA = 1, tức toàn bộ mô-men đỉnh của động cơ đi qua khớp – nghiêng về an toàn.
Bảng 3 – Hệ số va đập SA, SL
| Mức va đập | SA, SL |
|---|---|
| Nhẹ | 1,5 |
| Trung bình | 1,8 |
| Nặng | 2,5 |
Bước 5. Kiểm tra tốc độ và lỗ
Khớp quay quá nhanh sẽ mất cân bằng; lỗ khớp phải khoét được vừa trục:
n ≤ nmax ; d ≤ dmax
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Công suất động cơ | P | 7,5 | kW | |
| 2 | Tốc độ | n | 1 450 | v/ph | |
| 3 | Hệ số làm việc | KA | 1,5 | Bơm ly tâm, quạt 1,0–1,25 · băng tải 1,25–1,5 · máy nén piston, máy nghiền 1,75–2,5 | |
| 4 | Tỉ số mô-men đỉnh / định mức | pk | 2,5 | Khởi động trực tiếp động cơ ≈ 2–2,5; có biến tần ≈ 1,5 | |
| 5 | Nhiệt độ môi trường | tC | 30 | °C | |
| 6 | Số lần khởi động / giờ | Z | 60 | ||
| 7 | Mô-men định mức khớp TKN | TKN | 100 | Nm | Catalogue |
| 8 | Mô-men cực đại khớp TKmax | TKm | 200 | Nm | |
| 9 | Tốc độ cho phép của khớp | nmax | 5 000 | v/ph | |
| 10 | Lỗ lớn nhất của khớp | dmax | 42 | mm | |
| 11 | Đường kính trục | d | 38 | mm |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 12 | Mô-men danh nghĩa | TLN | 49,4 | Nm | T = 9550·P/n |
| 13 | Hệ số nhiệt độ St | St | 1 | Phần tử cao su/PU: ≤30 °C 1,0 · ≤40 1,2 · ≤60 1,4 · ≤80 1,8 (giá trị điển hình, tra catalogue) | |
| 14 | Hệ số khởi động SZ | SZ | 1 | ≤ 120/h: 1,0 · ≤ 240/h: 1,3 · > 240/h: hỏi hãng | |
| 15 | Mô-men định mức yêu cầu | TNr | 74,09 | Nm | TKN ≥ TLN·KA·St |
| 16 | TKN ≥ yêu cầu | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 17 | Mô-men đỉnh yêu cầu | TSr | 123,5 | Nm | TKmax ≥ TS·SZ·St |
| 18 | TKmax ≥ yêu cầu | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 19 | n ≤ n cho phép | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 20 | d trục ≤ lỗ lớn nhất | Kiểm tra | ĐẠT |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: Mô-men định mức yêu cầu = 74,09 Nm; Mô-men đỉnh yêu cầu = 123,5 Nm.
Kiểm tra: TKN ≥ yêu cầu: ĐẠT; TKmax ≥ yêu cầu: ĐẠT; n ≤ n cho phép: ĐẠT; d trục ≤ lỗ lớn nhất: ĐẠT.
Kết luận: TLN = 9550·7,5/1 450 = 49,4 Nm. Khớp mẫu có TKN = 100 Nm ≥ 74,1 Nm (= 49,4·1,5·1,0), TKmax = 200 Nm ≥ 123,5 Nm (= 49,4·2,5·1,0·1,0), nmax = 5 000 ≥ 1 450 v/ph, dmax = 42 ≥ 38 mm → khớp ĐẠT cả 4 điều kiện. St = 1,0 vì 30 °C (Bảng 1); SZ = 1,0 vì 60 lần/h ≤ 100 (Bảng 2). Trục Ø38 là trục động cơ 7,5 kW 4 cực khung 132 theo IEC 60072-1.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Cách chọn: tính TKN cần, tra catalogue KTR ROTEX lấy cỡ nhỏ nhất có TKN ≥ yêu cầu, rồi kiểm tra TKmax, nmax và đặc biệt dmax – nhiều khi lỗ trục mới là yếu tố quyết định cỡ khớp.
- Phần tử đàn hồi có nhiều độ cứng (ví dụ ROTEX 92 Sh-A, 98 Sh-A): cứng hơn thì chịu mô-men lớn hơn nhưng giảm chấn kém hơn.
- Nếu KHÔNG ĐẠT về mô-men: lên cỡ khớp hoặc chọn phần tử cứng hơn; nếu không đạt về lỗ: lên cỡ khớp.
- Khi lắp phải căn đồng tâm hai trục bằng thước thẳng hoặc đồng hồ so; lệch quá giới hạn catalogue sẽ làm phần tử cao su nóng và vỡ nhanh.
- Lỗi hay gặp: chọn khớp chỉ theo công suất, quên KA và mô-men khởi động trực tiếp.
Căn cứ và tài liệu tham khảo
- DIN 740-2 (khớp nối trục đàn hồi – thuật ngữ và cơ sở tính toán) – điều kiện TKN ≥ TN·St, TKmax ≥ TS·SZ·St và cách tính mô-men va đập TS qua MA, ML, SA, SL (Bước 3, Bước 4).
- KTR – Coupling selection according to DIN 740 part 2 (tài liệu chọn khớp của hãng) – bảng St cho ROTEX PUR, bảng SZ, bảng SA/SL – dùng cho Bảng 1, Bảng 2, Bảng 3.
- Catalogue KTR ROTEX, Flender N-EUPEX, Lovejoy – TKN, TKmax, nmax, dmax theo cỡ khớp; bảng hệ số làm việc KA theo loại máy.
- IEC 60072-1 – kích thước lắp động cơ điện (khung 132 có trục Ø38) – dùng cho đường kính trục ở lời giải mẫu.
- Công thức T = 9550·P/n: quan hệ công suất – mô-men – tốc độ quay (Chương 0, mục 0.12 của sổ tay).