Tính toán băng vít

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Tính toán băng vít

TÍNH TOÁN BĂNG VÍT

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ BĂNG VÍT 1.1 Giới thiệu

Băng vít là loại máy vận chuyển liên tục, không có bộ phận kéo Bộ phân công tác của băng vít là vít cánh xoắn chuyển động quay trong vỏ kín có tiết diện phía dưới hình bán nguyệt Khi vít chuyển động cánh xoắn đẩy vật liệu di chuyển trong vỏ, băng vít thường được dùng vận chuyển hàng rời, hàng vật liệu cục nhỏ, vật liệu dính ướt, phôi thép trong nhà máy ximăng, xí nghiệp chế tạo vật liệu xây dựng

Băng vít có những ưu điểm khi sử dụng:

- Vật liệu vận chuyển trong băng kín nên có thể vào tải và dỡ tải

ở các tải trung gian, không gây ô nhiễm môi trường khi vận chuyển

- Không tổn thất và rơi rải khi vận chuyển vật liệu

- An toàn khi sử dụng và thuận lơi khi vận chuyển các loại vật liệu nóng, sắt cạnh

Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm trên khi sử dụng băng vít cũng tồn tại những nhược điểm như băng vít sẽ nghiền nát một phần vật liệu khi vận chuyển khi vận chuyển hàng nóng và sắt cạnh thì cánh xoắn và máng vít nhanh chóng mòn, tiêu hao năng lượng lớn

v 1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

 Cấu tạo:

1 Ổ đỡ cuối trục vít

2 nắp kiểm tra

3 Cửa vào tải

4 Ổ đỡ đầu trục

5 Khớp nối răng

6 Khớp nối vòng đàn hồi

7 Động cơ điện.A02-62-6

8 Hộp giảm tốc

9 Nối trục trung gian

15.Hệ thống trục đỡ

 Nguyên lý làm việc:

Khi băng vít vận chuyển vật liệu di chuyển trong máng hình bán nguyệt, vật liệu được dẫn động nhờ động cơ điện (1) truyền mô men xoắn qua khớp nối (2) qua hộp giảm tốc (3) và truyền mô men xoắn qua khớp nối (4) làm quay trục vít (10) đẩy vật liệu từ cửa vào tải (6) chuyển động trong máng (7) vật liệu chuyển động trong máng không bám vào cánh xoắn (8) mà chuyển động nhờ trọng lượng của nó và lực ma sát giữa vật liệu và thành máng Đồng thời với tác dụng của lực li tâm, khi vật liệu quay theo trục vít thì lực ma sát làm ngăn cản vật liệu lọt vào bề mặt trục vít và di chuyển theo bề mặt trục vít Ở 2 đầu trục vít bố trí 2 ổ đỡ (5 ) và (11), nếu chiều dài vận lớn thì thông thường cứ 3 mét có bố trí ổ trung gian (9)

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN BĂNG VÍT 2.1 Thông số cơ bản của Băng Vít cần thiết kế.

Băng vít nghiêng vận chuyển vật liệu xây dựng vụn

- Năng suất : 35 T/ h

- Chiều dài vận chuyển : 27 m

- Gốc nghiêng β = 10 °

β 2.2 Đường kính cần thiết của vít tải

Aùp dụng công thức (9.3), trang 152, tài liệu TTMNC

(2.1)Trong đó :

- Q : Năng suất tính toán : Q = 35 T/ h

3

β E.n

Q 0,275

D

γψκ

=

Vì băng vít thiết kế vận chuyển vật liệu xây dựng vụnâ nên chọn E đối với vật liệu chiu mài mòn.

- n :Tốc độ quay băng vít

Sơ bộ chọn n theo bảng (9.2), trang 150, tài liệu tính toán máy nâng chuyển.[ TTMNC ]

n = 30 vòng/ ph

Sau đó kiểm tra theo công thức (9.2), trang 152, tài liệu [TTMNC] phù hợp với ΓOCT2037 −65 về vận chuyển hàng rời nhỏ

- γ : Khối lượng riêng của vật liệu xây dựng vụn

Tra bảng 4.1 , trang 88, tài liệu [TTMNC] chọn γ = 1,4T/h

- K : Hệ số giảm năng suất do độ nghiêng của băng với phương βngang

Vì băng vít nằm nghiêng tra bảng 9.5, trang 151, tài liệu [TTMNC] chọn Kβ = 0,8

8 125.1,4.0, 0.,8.35.0,

35 0,275

- Chiều rộng máng : 650 mm

- Chiều sâu máng : 700 mm

- Chiều dài tấm : 4 ÷ 6mm.

÷ 2.3 Kiểm tra tốc độ quay của vít tải

Tốc độ quay lớn nhất cho phép của vít tải :

Theo công thức (9.2), trang 152, tài liệu [TTMNC].ta có :

Trabảng (9.3) , trang 151, tài liệu [TTMNC] với vật liệu xây xựng vụn :

Thoả mãn điều kiện làm việc : ⇒nmax ≥nchon

 Năng suất thực của băng

chấp nhận được

c 2.4 Năng suất trên trục vít để băng làm việc

Theo công thức ( 9.4), trang 152, tài liệu [TTMNC]

- Q : Năng suất vận chuyển : Q = 35 T/ h

- Ln : Chiềi dài vận chuyển theo phương ngang của băng Ln= 27m

- ϖ : Hệ số cản chuyển động cua3 hàng trong băng vít

Tra bảng 9.3 , trang 151, tài liệu [TTMNC ] ϖ = 4,0

- H : Chiều cao vận chuyển

⇒

- Tốc độ vận chuyển dọc trục vít của hàng:

Theo công thức (9.5), trang 153, tài liệu [TTMNC]

0,25(m/s) 60

0,5.30 60

8.27.0,25.

0,02.0,2.4 )

27.tg10 (27.4

367

35

⇒

⇒ 2.5 Tính toán chọn động cơ điện:

Công suất động cơ để truyền động băng

Theo công thức (6.15), trang 119, tài liệu [1]

η

kN

Ndc = 0 ×

(2.6)

Trong đó:

No : Công suất trên trục vít để băng vít làm việc No= 10,7 kw

K : Hệ số dự công suất: k = 1 , 1 ÷ 1 , 35 chọn K=1,15

η : Hiệu suất của bộ truyền hộp giảm tốchai cấp ổ lăn

Theo bảng 5.1, trang 104, tài liệu [TTMNC] với giả thuyết η = 0 , 96

KW 3 0,96

- Công suất định mức trên trục: Nđc= 13 KW

- Tốc độ quay của trục: n = 965 v/ ph

- Hiệu suất : 88%

- Khối lượng động cơ điện : 155 kg

 Thông số kích thước của động cơ điện:

1 2.7 Chọn hộp giảm tốc:

Dựa vào tỉ số truyền giữa trục động cơ và trục vít ta chọn hộp giảm tốc

Theo công thức (6.17), trang 120 , tài liệu [TTMNC] :

30

965 n

n

i = dc = = (2.7)Trong đó :

- Tốc độ quay của trục động cơ: n đc = 965 vòng/ phút

- Tốc độ quay của trục vít: n = 30 vòng/ phút

- Căn cứ vào tỉ số truyền và công suất động cơ

13kw N

v/ph 965 n

32,2 i dc

Thông số kích thước :

2.8.1 Các tải trọng tác dụng lên trục vít:

2.8.1.1 Mômen xoắn trên trục vít:

Theo công thức (9.8), trang 154, tài liệu [TTMNC]:

Mô men xoắn trên trục vít:

n

N975

M0 = 0 ( KG.m) (2.8)Trong đó :

- No : Công suất trên trục vít để băng làm việc N0 = 13 kw

- n : Tốc độ quay của trục vít: n = 30 vòng/ phút

423 30

13 975

- Mômen xoắn trên trục vít: Mo= 423kG.m

- K : Hệ số tính đến bán kính chịu tác dụng của lực k = 0,7

56 14 α

0,267 π 0,60

0,5 tgα

/ o

- Từ biểu thức 4.8 trang 88tài liệu TTMNC

- β : Góc ma sát giữa hàng vận chuyển với vít β=acrtg(fd)

- Từ bảng 4.1 trang 87 lấy hệ số ma sát của vật liệu xây dựng

vụn(trạng thái tĩnh)

- Theo công thưc 4.7 trang 88

Với fđ : Hệ số ma sát ở trạng thái động fđ= 0,8 fo.

fo : Hệ số ma sát ở trạng thái tĩnh fo = 0,84

β arctg( )f 33 54

0,672 0,84.0,6

f

/ 0 d

2.8.1.3 Tải trọng ngang

Tải trọng ngang tác dụng lên đoạn vít đặt giữa 2 gối trục :

Theo công thức (9.10), trang 154, tài liệu [TTMNC]:

k.D.L

.l2M

Pn = 0 (KG) (2.10)Trong đó :

- L : Chiều dài băng vít L = 27 m

- Khoảng cách giữa các gối đỡ l =3 m

- Mo : Mômen xoắn trên trục vít Mo= 423 KG.m

- K : Hệ số tính đến bán kính chịu tác dụng của lực k = 0,7

- D : Đường kính vít D = 0,6 m

KG

27 6 , 0 7 , 0

3 423

cos L

2.8.2 Sơ đồ các tải trọng tác dụng lên trục vít:

Trục vít được xem như là một dầm liên tục có các ổ treo trung gian được xem như các gối đỡ Dầm được chia thành 9 đoạn

Vậy trục vít được đưa về thành 1 dầm siêu tĩnh bậc 8 ,dùng sap 2000để tìm biểu đồ nội lực trong

2.8.2.1 Sơ đồ tải trọng phân bố lên trục vít do M o gây ra:

Mô men uốn Mu:

2.8.3 Tính toán và chọn đường kính trục vít theo điều kiện bền:

- Chọn vật liệu chế tạo trục vít : Thép C45 có σb= 600 N/mm2

Chọn tỷ số giữa đường kính trong và đường kính ngoài là : 0,8

Từ biểu đồ nội lực xác định ở mục [2.8.2] ở trên ta có nội lực lớn nhất xuất hiện ở gối thứ 2 cách đầu trục vít 3 mét có giá trị

Do ảnh hưởng của Nz đến sức bền trục là nhỏ so với ảnh hưởng của Mx

và Mz Vì vậy tạm thời ta bỏ qua ảnh hưởng của Nz mà chỉ tính ảnh hưởng của Mx và Mz Sau đó tính đến ảnh hưởng của Nz

Theo lý thuyết bền thứ tư (lý thuyết bền thế năng biến đổi hình dang lớn nhất) :

[ ]σ

W

Mσ

u

max td

Trong đó :

- [σ] : Ứng suất cho phép của vật liệu: [σ ]= 63 N/mm2 (bảng 7.2 TKCTM)

- Mmaxtd : Mômen tương đương lớn nhất

Theo công thức (7.3), trang117, tài liệu [TKCTM]

4

3)(M

Mmaxtd = maxu 2 + maxx 2 (2.13)Trong công thức trên :

• Mmaxx :Mômen xoắn tại vị trí có nội lực lớn nhất Mmaxx = 2117 Nm

• Mmaxu : Mômen uốn tại vị trí có nội lực lớn nhất Mmaxu = 715 Nm

Trong công thức trên:

• D : Đường kính ngoài trục vít

• Tỉ số giữa đường kính trong và ngoài trục vít : η = 0,8

8 , 0 1 0,1.D

1 ,

Mtd

⇒ D ≥ 80mm

♦ Chọn đường kính ngoài trục vít: D = 85 mm

♦ Đường kính trong trục vít: d= 0,8.D = 68m

2.8.4 Kiểm tra trục vít có xét đến sự ảnh hưởng của N z :

Theo lý thuyết bền 3 công thức 8-25 trang 236 tài liệu BTSBVL(

NW

Mσ

x x

2 z u

- [σ] : Ứng suất cho phép của vật liệu: [σ ]= 50 N/mm2

- Mu: Mômen uốn tại vị trí có nội lực lớn nhất Mu= 715 Nm

- Mx: Mômen xoắn tại vị trí có nội lực lớn nhất Mx=2117 Nm

- Nz: Lực dọc trục tại vị trí có nội lực lớn nhất Nz = 15278

- Wu: Mômen cản uốn tại vị trí có nội lực lớn nhất

D 4

2042

15278.

36258

715.10 σ

2 3 2

Vậy kích thước trục vít được chọn thoả mãn về điều kiện bền

2.8.5 Kiểm tra trục vít theo hệ số an toàn cho phép :

Theo công thức (7.5), trang 120, tài liệu [9]

Hệ số an toàn được tính theo công thức sau:

[ ]nn

n

.nnn

τ σ

- Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp : nσ

m σ a

σ σ

1 σ

σψσβεk

σn

×+

σ τ

1 τ

τψ

τβτk

τn

×+

×

(2.17)

Trong các công thức trên :

• σ-1: Giới hạn mỏi uốn σ-1≈ ( 0,4 ÷ 0,5 ) σb

Chọn σ-1= 0,45σb= 0,45.600 = 270 N/mm2

• τ-1: Giới hạn mỏi xoắn τ-1≈ ( 0,2 ÷ 0,3 ) σb

Chọn τ-1= 0,25σb= 0,25.600 = 150 N/mm2

• σm,: Trị số trung bình của ứng suất pháp

• τm : Trị số trung bình của ứng suất tiếp

• σa, : Biên độ của ứng suất pháp sinh ra trong tiết diện của trục

• τa : Biên độ của ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện của trục

2 4

3 4 o

x m a

2 4

3

3 u

m a

N/mm 19 , 9 ) 0,8 (1 0,2.85

211710 W

M τ τ

N/mm 72 , 9 ) 0,8 (1 0,1.85

715.10 W

M σ σ

• W : Mômen cản uốn của tiết diện trục

• Wo :Mômen cản xoắn của tiết diện trục

• kσ : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn

• kτ : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi xoắn

Tra bảng (7.6), trang 125, tài liệu [TKCT

chọn kσ = 2,5

kτ = 1,52

• εσ, ετ : Hệ số kích thước

Tra bảng (7.4), trang 123, tài liệu (TKCTM):

σ = 0,72

ετ= 0,

03 , 6 0,1 72 , 9 72 , 9 6 , 1 72 , 0 2,5

270

× +

×

=

15 , 3 0,05 19

, 9 19 , 9 1,6 6 , 0 1,52

150

× +

×

=

[ ]n 38 , 3 3,15 6,03

6,03.3,15 n

n

.n n n

τ σ

τ

+

= +

=

⇒

Vậy kích thước trục vít được chọn thoả mãn điều kiện về hệ số an toàn

V 2.9 Tính toán chọn khớp nối :

Khớp nối để nối cố định các trục, chỉ khi nào dừng máy tháo nối các trục thì các trục mới rời nhau

Chọn khớp nối căn cứ vào mômen mà khớp phải truyền và đường kính trục mà khớp cần phải nối

Theo công thức (9.1), trang 221, tài liệu (TKCTM)

Trong đó :

- K:làhệ số tải trọng động tra bảng 9.1 trang 222

- Chọn K=1,5

- Mđm: Mômen định mức của khớp

2.9.1 Chọn khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc.

- Mômen xoắn danh nghĩa(mô men truyền qua nối trục) :

965

13 97510 n

N 97510

Trong công thức trên :

• N : Công suất động cơ N = 13 kw

• Số vòng của trục động cơ n = 965 vòng/phút

Vật liệu làm nối trục thường là thép rèn 35

 Các thông số kích thước của khớp nối trục vòng đàn hồi:

42 35 36 3000 8

2.9.2 Chọn khớp nối giữa hộp giảm tốc và trục vít

- k1: Hệ số tính đến mức độ quan trọng của kết cấu k1=1,2

- k2: Hệ số tính đến độ làm việc của khớp nối k1=1,3

- Mômen định mức :

980

3031,5.975n

Ni.975

Trong công thức trên :

• N : Công suất động cơ: N = 30 kw

• Số vòng của trục động cơ: n = 980 v/ph

• Tỉ số truyền của hộp giảm tốc: T = 31,5

- Mômen truyền qua khớp :

⇒ Mx= k1.k2.Mđm= 1,2.1,3.940,18 = 1466,68 KG.m

Theo bảng 9-4 trang 225 TKCTM

Căn cứ vào mômen truyền và đường kính trục của hộp giảm tốc ở trên ta chọn khớp nối trục giữa hộp giảm tốc và ổ đỡ đầu trục vít là

d

Khớp nối trục răng là loại khớp dùng để nối các trục bị nghiêng hoặc bị lệch đối với nhau một khoảng nhỏ do chế tạo, lắp ghép thiếu chính xác hoặc do trục bị biến dạng đàn hồi Nối trục răng được sử dụng khá rộng rải ,nhất là trong ngành chế tạo máy Vì so với khớp nối trục vòng đàn hồi thì khớp răng có khả năng truyền mômen xoắn lớn hơn so với khớp vòng đàn hồi có cùng kích thước

Khớp nối trục răng cấu tạo gồm có 2 ống ngoài có răng ở phía trong và 2 ống trong có răng ở phía ngoài lồng vào nhau Mỗi ống trong lắp chặt với mội trục và 2 ống ngoài thì ghép chặt với nhau bằng

bulông, răng của nối trục có dạng thân khai.Vật liệu chế tạo ống trong và ống ngoài là thép 40 trở lên hoặc thép đúc c45 trở lên, răng thì thì được nhiệt luyện có độ rắn không dưới 40 HRC

Các thông số kích thước của khớp nối răng M∋ theo Γ OCT 5006 - 55:

b

1 D

2.10 Kiểm tra khớp nối.

2.10.1 Kiểm tra khớp vòng đàn hối ( khớp nối giữa động cơ- hộp giảm tốc).

Sau khi chọn kích thước nối trục theo trị số mômen xoắn và

đường kính trục cần kiểm nghiệm theo ứng suất dập sinh ra giữa chốt và vòng cao su , ứng suất uốn trong chốt

2.10.1.1 Kiểm tra theo ứng suất dập sinh ra giữa chốt và vòng đàn hồi.

Theo công thức (9.22) , trang 234, tài liệu [TKCTM]

Điều kiện bền về ứng suất dập

c v 0

x

d.lZ.D

D0 ≈ D- d0 – (10 ÷ 20 ) mm

190 – 36 – 20 = 134 mm

- Đường kính chốt : dc =18 mm

- Chiều dài toàn bộ vòng đàn hồi: lv= 36 mm

- Hệ số tải trọng động : K = 1,5 ÷ 2.chọn K=1,5

- Mômen xoắn danh nghĩa truyền qua khớp: Mx= 129 N.m

- Ứng suất dập cho phép của vòng cao su, có thể lấy [σ]d = (2 ÷ 3) N/

Vậy khớp nối thoả mãn điều kiện về sức bền dập của vòng đàn hồi

2.10.1.2 Kiểm tra theo ứng suất uốn trong chốt.

Điều kiện về sức bền uốn của chốt Theo công thức (9.23), trang

234, tài liệu [ TKCTM]

0

3 c

c x

D0,1.Z.d

.lK.M

- Chiều dài chốt: lc=42 mm

- Hệ số tải trọng động : K = 1,5

- Mômen xoắn danh nghĩa truyền qua khớp: Mx= 129 N.m

- Ứng suất uốn cho phép của chốt, có thể lấy [σ]u = (60 ÷ 80) N/ mm2

3

.134 0,1.8.18

.42 1,5.129.10

⇒

Vậy khớp nối thoả mãn điều kiện về sức bền uốn của chốt

2.10.2 Kiểm tra khớp nối trục răng ( khớp nối giữa hộp giảm tốc- ổ đỡ).

Đối với nối trục răng sau khi chọn kích thước nối trục theo trị số mômen xoắn và đường kính trục cần kiểm nghiệm theo điều kiện sau:

Mt= K.Mx≤ M bảng. (2.20)

Trong đó :

- Hệ số tải trọng động : K = 1,5 ÷ 2

- Mômen xoắn danh nghĩa truyền qua khớp: Mx= 4182 N.m

- Trị số mômen lớn nhất mà khớp có thể truyền qua : M bảng.=8000 N.m

⇒ Mt= 1,5.4182 = 6273 ≤ M bảng.

Vậy khớp nối giữa hộp giảm tốc và ổ đỡ đầu trục vít là thoả mãn điều kiện

đ 2.11 Tính toán chọn ổ đỡ :

Tuỳ theo điều kiện làm việc cụ thể để ta chọn ổ sau cho phù hợp với các yếu tố như : trị số, phương chiều và đặt tính thay đổi của tải trọng tác dụng lên ổ là tải trọng tĩnh, tải trọng va đập hay tải trọng thay đổi , vận tốc và thời gian phục vụ của ổ ,các chỉ tiêu về kinh tế

Để chọn ổ ta tiến hành theo trình tự sau :

- Tuỳ điều kiện sử dụng chọn loại ổ

- Xác định hệ số khả năng làm việc để chọn kích thước ổ

2.11.1.Tính toán chọn ổ đỡ đầu trục vít ( khớp nối – trục vít ):

Chọn ổ đũa côn một dãy ở đầu trục vít và khớp nối vì loại ổ này chịu đồng thời được các lực hướng tâm và dọc trục tác dụng về cùng 1 phía ổ này có thể tháo được ( tháo rời vòng ngoài ) Thường lắp 2 ổ đặt đối nhau, nhờ vậy mà có thể cố định trục theo 2 chiều Nhưng ổ đũa côn một dãy không cho phép vòng quay ổ bị lệch, vì vậy trục phải đủ cứng và lắp phải cẩn thận

Ổ đũa côn một dãy được dùng rộng rải trong ngành chế tạo máy (sau ổ

bi đỡ)

Giá thành không đắt hơn nhiều so với ổ bi đỡ, nhưng có độ cứng vững lớn Dùng ổ này có thể giảm độ võng và độ nghiêng của trục, và rất thuận