TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ──────── * ─────── ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Ⅱ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM HƯỚNG TRỤC Cột áp H = 7 mH2O; lưu lượng H = 4000
TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ──────── * ─────── ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH Ⅱ TÍNH TỐN THIẾT KẾ BƠM HƯỚNG TRỤC Cột áp H = mH2O; lưu lượng H = 4000 𝑚3 /ℎ; số vòng quay n = 735 v/ph Sinh viện thực Nguyễn Gia Vũ MSSV 20186025 Lớp: Kĩ thuật khí động lực – 01 Chun ngành: Máy Tự động hóa thủy khí Khóa: 63 Giảng viên hướng dẫn: TS Ngơ Ích Long HÀ NỘI 3/2023 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Ⅱ Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: Nguyễn Gia Vũ MSSV: 20186025 Số điện thoại: 0838681891 Lớp: Kĩ thuật khí động lực – 01 Khóa: 63 Mục đích, nội dung đồ án Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý làm việc ứng dụng bơm hướng trục Vận dụng lý thuyết, phương pháp tính tốn, thiết kế bơm hướng trục Nắm yêu cầu công nghệ số chi tiết bơm Các nhiệm vụ cụ thể đồ án • Thơng số đầu vào: - Cột áp: 𝐻 = (𝑚𝐻2 𝑂) - Lưu lượng: 𝑄 = 4000 (𝑚3 ⁄ℎ) - Số vòng quay: 𝑛 = 735 (𝑣⁄𝑝ℎ) • Nội dung thuyết minh tính tốn: - Tìm hiểu tổng quan bơm hướng trục - Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế bơm hướng trục theo thơng số đầu vào - Tính tốn thiết kế bánh công tác cánh hướng - Lựa chọn phương án kết cấu kiểm bền số chi tiết - Xây dựng vẽ: vẽ lắp bơm hướng trục, vẽ thiết kế bánh công tác, vẽ thiết kế cánh hướng MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Ⅱ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BƠM HƯỚNG TRỤC 1.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc 1.1.1 Cấu tạo bơm hướng trục 1.1.2 Nguyên lý làm việc 1.2 Đường đặc tính bơm hướng trục 10 1.2.1 Đường đặc tính làm việc bơm hướng trục 10 1.2.2 Đường đặc tính tổng hợp bơm hướng trục 12 1.3 Hiện tượng xâm thực chiều cao hút bơm hướng trục 13 1.3.1 Hiện tượng xâm thực bơm hướng trục 13 1.3.2 Chiều cao hút bơm hướng trục: 15 1.4 Các phương pháp tính tốn, thiết kế bơm hướng trục 17 1.4.1 Phương pháp tương tự hình học 18 1.4.2 Phương pháp tọa độ 18 1.4.3 Phương pháp lực nâng 18 1.4.4 Phương pháp XT𝛤Z 19 1.4.5 Phương pháp điểm kì dị Lêxôkhin 19 1.4.6 Phương pháp phương trình tích phân Vơzơnhexenkin – Pêkin 19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHƯƠNG TRÌNH TÍCH PHÂN CỦA VƠZƠNHEXENSKI – PÊKIN 21 2.1 Cơ sở lí thuyết phương pháp phương trình tích phân Vơzơnhexenski – Pêkin 21 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁNH BÁNH CƠNG TÁC VÀ CÁNH HƯỚNG DỊNG BƠM HƯỚNG TRỤC 28 3.1 Tính tốn kích thước bơm 28 3.1.1 Tính chọn động điện 28 3.1.2 Tính đường kính bánh cơng tác đường kính bầu 30 3.1.3 Tính tốn hệ số cột áp động, hệ số lưu lượng, xác định số cánh bánh công tác bán kính mặt dòng 32 3.2 Tính tốn thiết kế cánh bánh công tác 33 3.2.1 Tính tốn độ dày lưới profile cánh bánh cơng tác 33 3.2.2 Tính tốn lưới profile cung mỏng cánh bánh công tác 34 3.2.3 Tính tốn lưới profile cung tương đương bánh công tác xét đến ảnh hưởng độ dày profile cánh 37 3.2.4 Đắp độ dày profile 38 3.2.5 Xâu profile cánh 39 3.3 Tính tốn thiết kế cánh hướng dịng 41 3.3.1 Tính số cánh hướng dòng 41 3.3.2 Tính tốn độ dày lưới profile cánh hướng dịng 41 3.3.3 Tính tốn lưới cung mỏng cánh hướng dòng 41 3.3.4 Tính tốn profile cung tương đương cánh hướng dòng xét đến ảnh hưởng độ dày profile lưới cánh 42 3.3.5 Xây dựng profile cánh hướng dòng có độ dày hữu hạn 45 3.3.6 Xâu profile cánh hướng dòng 46 CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN KẾT CẤU VÀ THIẾT KẾ MỘT SỐ CHI TIẾT CHÍNH, KIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN, DUNG SAI LẮP GHÉP 48 4.1 Tính lực dọc trục bơm 48 4.2 Tính tốn kiểm bền bánh cơng tác 49 4.2.1 Xác định ứng suất cực đại tác dụng lên cánh 49 4.2.2 Ứng suất lực ly tâm 51 4.3 Tính tốn kiểm tra bền trục, then, bánh cơng tác 52 4.3.1 Tính tốn đường kính, lựa chọn vật liệu trục bơm 52 4.3.2 Tính tốn kiểm nghiệm độ bền then cho trục bơm 55 4.3.3 Kiểm bền cho trục bơm theo hệ số an toàn s 57 4.4 Tính chọn ổ lăn, nắp ổ vòng phớt 62 4.4.1 Tính chọn ổ lăn: 62 4.4.2 Chọn nắp ổ 64 4.5 Tính chọn kiểm nghiệm khớp nối 64 4.5.1 Lựa chọn khớp nối 64 4.5.2 Kiểm nghiệm độ bền khớp nối 66 4.6 Tính tốn, lựa chọn kết cấu số phận khác 66 4.7 Dung sai lắp ghép 67 4.7.1 Dung sai lắp ghép chi tiết chung 67 4.7.2 Dung sai mối lắp ghép then 67 4.7.3 Dung sai lắp ghép ổ lăn 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 KẾT LUẬN 71 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Kết cấu bơm hướng trục Hình 2: Chuyển động dịng chất lỏng Hình 3: Đường đặc tính làm việc bơm hướng trục 10 Hình 4: Sơ đồ cấu điều chỉnh cánh 11 Hình 5: Đường đặc tính làm việc góc quay cánh khác 12 Hình 6: Đường đặc tính tổng hợp bơm hướng trục 12 Hình 7: Dịng chất lỏng chảy bao profile đặt bề mặt thống dịng chất lỏng 13 Hình 8: Sự phân bố vận tốc theo profile đặt góc tới 𝛼 khác 14 Hình 9: Độ cao đặt bơm chiều cao hút 15 Hình 10: Phân loại xoáy theo mặt thoáng 17 Hình 1: Lưới profile mỏng cung trịn ……………………………………22 Hình 2: Sơ đồ tính tốn lưới profile cánh theo phương pháp Voznhexenski – Pekin 23 Hình 3: Đồ thị ∆𝛼 = 𝑓(𝑇0; 𝛽0) 25 Hình 4: Đồ thị biểu diễn quan hệ 𝐿 ∗= 𝑓(𝑇0, 𝛽) 26 Hình 5: Đồ thị xác định bổ sung độ cong tính tới ảnh hưởng chiều dày profile 26 Hình 1: Hình biểu diễn thơng số hình học động 30 Hình 2: Đồ thị quan hệ tỉ số bầu 𝑑𝑏 𝑛𝑠 31 Hình 3: Đồ thị quan hệ 𝑘𝐻 𝑡ố𝑖 ư𝑢 với 𝑛𝑠 𝑡ố𝑖 ư𝑢 32 Hình 4: Đồ thị số cánh Z quan hệ 𝑓(𝑙𝑡, 𝑛𝑠, 𝑧, 𝑑𝑏) 32 Hình 1: Hình biểu diễn lực thủy động tác dụng lên cánh ……………………50 Hình 3: Các thông số then theo TCVN 2261-77 55 Hình 4: Kết cấu nối trục đĩa 65 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Tính tốn độ dày lưới profile cánh bánh cơng tác 35 Bảng 2: Tính tốn lưới profile cung mỏng cánh bánh công tác 36 Bảng 3: Tính tốn lưới profile cung tương đương cánh bánh công tác xét đến ảnh hưởng độ dày profile cánh 37 Bảng 4: Quy luật phân bố độ dày profile VIGM – 420 39 Bảng 5: Các thông số xâu profile cánh bánh công tác 39 Bảng 6: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅰ 40 Bảng 7: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅱ 40 Bảng 8: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅲ 40 Bảng 9: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅳ 40 Bảng 10: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅴ 40 Bảng 11: Tính tốn độ dày lưới cánh bánh hướng dòng 43 Bảng 12: Tính tốn lưới profile cung mỏng cánh hướng dòng 44 Bảng 13: Tính tốn lưới profile cung tương đương bánh hướng dòng xét đến ảnh hưởng độ dày profile cánh 45 Bảng 14: Quy luật phân bố độ dày profile VIGM 420 45 Bảng 15: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅰ 46 Bảng 16: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅱ 46 Bảng 17: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅲ 46 Bảng 18: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅳ 47 Bảng 19: Đắp độ dày profile tiết diện Ⅴ 47 Bảng 20: Các thông số xâu profile cánh bánh hướng dòng 47 Bảng 1: Bảng tra độ lệch tâm bánh công tác theo đường kính………………49 Bảng 2: Bán kính góc lượn chiều dài phần vát phần trục lắp chi tiết 55 Bảng 3: Bán kính góc lượn phần trục không mang chi tiết 55 Bảng 4: Các thông số nắp ổ 64 Bảng 5: Bảng thông số nối trục đĩa tiêu chuẩn 65 Bảng 6: Bảng thông số kiểu lắp dung sai lắp ghép 68 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án chuyên ngành Ⅱ đồ án quan trọng sinh viên chuyên ngành Máy Tự động hóa thủy khí Việc tính tốn, thiết kế, chọn lựa thiết bị bơm nội dung thiếu chương trình đào tạo nhằm cung cấp kiến thức chuyên ngành quan trọng cho sinh viên Như ta biết bơm hướng trục thuộc loại bơm cánh dẫn, dùng nhiều nông nghiệp công nghiệp nhẹ như: hệ thống kênh chính, hệ thống tưới tiêu, dùng để cung cấp nước làm mát nhà máy nhiệt điện lớn cần bơm chất lỏng với lưu lượng lớn cột áp tương đối bé Mà trường hợp dùng loại bơm khác bơm ly tâm hay bơm piston thì hiệu đem lại khơng cao bơm hướng trục Ngồi bơm hướng trục nghiên cứu cách có hệ thống dùng rộng rãi khoảng 50 năm gần Qua ta thấy tầm quan trọng bơm hướng trục sản xuất sinh hoạt Trong đồ án chuyên ngành này, em TS Ngô Ích Long giao nhiệm vụ tính tốn thiết kế bơm hướng trục, làm tiền đề để phát triển bơm lưu lượng lớn, cột áp thấp phục vụ cho nhu cầu thực tế Dù cố gắng hoàn thành nhiệm vụ giao khó tránh khỏi sai sót q trình tính tốn thiết kế, em mong nhận đóng góp từ thầy mơn để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BƠM HƯỚNG TRỤC Bơm hướng trục bơm có dòng chất lỏng chuyển động song song với trục bơm Bơm hướng trục thường có lưu lượng lớn cột áp nhỏ Lưu lượng bơm có giá trị khoảng 0,1 𝑚3 /𝑠 đến 25 𝑚3 /𝑠 cột áp đạt khoảng đến 10 m cột nước Số vòng quay đặc trưng bơm thường lớn 𝑛𝑠 = 600 ÷ 1800 (𝑣⁄𝑝ℎ) Bơm hướng trục loại bơm sử dụng phổ biến nông nghiệp, hệ thống cấp thoát nước thành phố, chủ yếu cần bơm với cột áp thấp lưu lượng lớn 1.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc 1.1.1 Cấu tạo bơm hướng trục Hình 1: Kết cấu bơm hướng trục Cánh hướng vào; Moay ơ; Bánh công tác; Cánh hướng; Bạc trục bơm; Vỏ bơm; Trục bơm; Bệ đỡ động 1.1.2 Nguyên lý làm việc Bơm hướng trục thuộc loại máy thủy lực cánh dẫn nên nguyên lý tác dụng chúng nguyên lý tác dụng máy thủy lực cánh dẫn nói chung tức dựa sở tác dụng tương hỗ cánh dẫn với dịng chất lỏng chuyển động qua máy Khi bánh cơng tác quay, dòng chất lỏng chảy bao cánh cánh dẫn truyền cho lượng Nhờ dòng chất lỏng có lượng dự trữ chuyển động đường ống Bánh công tác bơm hướng trục đặt ngập nước nên hoạt động không cần phải mồi bơm Khi bánh công tác quay tạo chân không lối vào bơm nên dòng chất lỏng liên tục bị hút vào bơm Dòng chất lỏng qua bơm dòng liên tục Mỗi phần tử chất lỏng chuyển động qua bánh công tác tham gia đồng thời chuyển động sau: - Chuyển động tịnh tiến song song với trục - Chuyển động quay xung quanh trục bánh cơng tác Hình 2: Chuyển động dòng chất lỏng Quỹ đạo chuyển động phần tử chất lỏng chuyển động qua bánh công tác đường xoắn ốc dọc theo trục Cơ cấu dẫn hướng sau bánh cơng tác có tác dụng khử thành phần chuyển động xốy dịng chất lỏng để làm giảm tổn thất dòng vận chuyển theo đường ống Then vị trí khớp nối sử dụng phương án đặt then cách 180 độ, then chịu lực 0,75𝑀𝑡𝑑 4.3.3 Kiểm bền cho trục bơm theo hệ số an toàn s a, Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi Độ bền trục đảm bảo hệ số an toàn s tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện: 𝑠𝜎𝑗 − 𝑠𝜏𝑗 𝑠𝑗 = ≥ [𝑠] 2+𝑠 𝑠 √ 𝜎𝑗 𝜏𝑗 Trong đó: [s] hệ số an toàn cho phép 𝑠𝜎𝑗 ; 𝑠𝜏𝑗 hệ số an toàn xét đến ứng suất pháp ứng suất tiếp tiết diện j 𝑠𝜎𝑗 = 𝜎−1 𝐾𝜎𝑑𝑗 𝜎𝑎𝑗 + Ψ𝜎 𝜎𝑚𝑗 𝑠𝜏𝑗 = 𝜏−1 𝐾𝜏𝑑𝑗 𝜏𝑎𝑗 + Ψ𝜏 𝜏𝑚𝑗 Trong đó: 𝜎−1 ; 𝜏−1 giới hạn mỏi uốn xoắn với chu kì đối xứng 𝜎𝑎𝑗 ; 𝜎𝑚𝑗 ; 𝜏𝑎𝑗 ; 𝜏𝑚𝑗 biên độ trị số trung bình ứng suất pháp ứng suất tiếp tiết diện j Có thể lấy gần đúng: 𝜎−1 = 0,43𝜎𝑏 = 0,43.610 = 262,3 (𝑀𝑃𝑎) 𝜏−1 = 0,58 𝜎−1 = 0,58.262,3 = 152,13 (𝑀𝑃𝑎) Do quay trục chiều: 𝜎𝑎𝑗 = 𝜏𝑎𝑗 = 𝑀𝑗 ; 𝜎 =0 𝑊𝑗 𝑚𝑗 𝑇𝑗 ; 𝜏 =0 2𝑊0𝑗 𝑚𝑗 Trong đó: 𝑊𝑗 ; 𝑊0𝑗 mô men cản uốn mô men cản xoắn tiết diện j trục Ψ𝜎 ; Ψ𝜏 hệ số kể đến ảnh hưởng trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra Bảng 10.7Tr197[3] với 𝜎𝑏 = 610 𝑀𝑃𝑎, ta có: 57 Ψ𝜎 = 0,05 Ψ𝜏 = Hệ số 𝐾𝜎𝑑𝑗 ; 𝐾𝜏𝑑𝑗 xác định theo công thức: 𝐾𝜎𝑑𝑗 𝐾𝜏𝑑𝑗 𝐾𝜎 + 𝐾𝑥 − 𝜀𝜎 = 𝐾𝑦 𝐾𝜏 + 𝐾𝑥 − 𝜀𝜏 = 𝐾𝑦 Trong đó: 𝐾𝑥 hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công độ nhẵn bề mặt cho Bảng 10.8Tr197[3], lấy 𝐾𝑥 = 1,06 𝐾𝑦 hệ số tăng bề mặt trục, cho Bảng 10.9Tr197[3] phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt, tính vật liệu Ở trục tập trung ứng suất ít, chọn 𝐾𝑦 = 1,7 𝜀𝜎 ; 𝜀𝜏 hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi Kσ Kτ- hệ số tập trung ứng suất thực tế uốn xoắn, trị số chúng phụ thuộc vào loại yếu tố gây tập trung ứng suất • Kiểm nghiệm vị trí lắp bánh cơng tác: Tra bảng 10.6Tr196[3] ta có: 𝑊𝐵𝐶𝑇 → 𝑊𝐵𝐶𝑇 ⟹ 𝜎𝑎_𝐵𝐶𝑇 𝜋𝑑𝑡𝑟_𝐵𝐶𝑇 𝑏 𝑡1 (𝑑𝑡𝑟𝐵𝐶𝑇 − 𝑡1 )2 = − 32 𝑑𝑡𝑟_𝐵𝐶𝑇 𝜋 603 18.7 (60 − 7)2 = − = 18256,3 (𝑚𝑚3 ) 32 2.60 1234,39 103 = = 67,61 18256,3 𝑊0_𝐵𝐶𝑇 𝜋 𝑑𝑡𝑟_𝐵𝐶𝑇 𝑏 𝑡1 (𝑑𝑡𝑟𝐵𝐶𝑇 − 𝑡1 )2 = − 16 𝑑𝑡𝑟_𝐵𝐶𝑇 58 𝜋 603 18.7 (60 − 7)2 = − = 39462,05 (𝑚𝑚3 ) 16 2.60 → 𝑊0_𝐵𝐶𝑇 ⟹ 𝜏𝑎_𝐵𝐶𝑇 = 𝜏𝑚_𝐵𝐶𝑇 𝑇 1234,39 103 = = = 15,64 2𝑊0_𝐵𝐶𝑇 2.39462,05 Ta thấy tập trung ứng suất trục vị trí lắp bánh công tác rãnh then - Ảnh hưởng rãnh then: Tra bảng 10.10Tr198[3], ta có: 𝜀𝜎 = 0,81; 𝜀𝜏 = 0,76 - Ảnh hưởng kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi: Tra bảng 10.12Tr199[3] với trục 𝜎𝑏 = 610 𝑀𝑃𝑎, ta có: 𝐾𝜎 = 1,76; 𝐾𝜏 = 1,54 ⟹ 𝐾𝜎 𝐾𝜏 = 2,17; = 2,03 𝜀𝜎 𝜀𝜏 Khi đó: 𝐾𝜎𝑑_𝐵𝐶𝑇 𝐾𝜏𝑑_𝐵𝐶𝑇 𝐾𝜎 + 𝐾𝑥 − 2,17 + 1,06 − 𝜀𝜎 = = = 1,31 𝐾𝑦 1,7 𝐾𝜏 + 𝐾𝑥 − 2,03 + 1,06 − 𝜀𝜏 = = = 1,23 𝐾𝑦 1,7 ⟹ 𝑠𝜎𝑑𝐵𝐶𝑇 = 𝜎−1 262,3 = = 2,96 𝐾𝜎𝑑𝐵𝐶𝑇 𝜎𝑎𝐵𝐶𝑇 + Ψ𝜎 𝜎𝑚𝐵𝐶𝑇 1,31.67,61 + 0,05.0 ⟹ 𝑠𝜏𝑑𝐵𝐶𝑇 = 𝜏−1 152,13 = = 7,91 𝐾𝜏𝑑𝐵𝐶𝑇 𝜏𝑎𝐵𝐶𝑇 + Ψ𝜏 𝜏𝑚𝐵𝐶𝑇 1,23.15,64 + 0.15,64 - Vậy: 𝑠𝐵𝐶𝑇 = 𝑠𝜎𝑑𝐵𝐶𝑇 𝑠𝜏𝑑𝐵𝐶𝑇 √𝑠𝜎𝑑𝐵𝐶𝑇 + 𝑠𝜏𝑑𝐵𝐶𝑇 = 2,96.7,91 √2,962 + 7,912 = 2,77 > 2,5 Với hệ số an tồn cho phép thơng thường [𝑠] = 1,5 ÷ 2,5, cần tăng độ cứng [𝑠] = 2,5 ÷ ⟹ Thỏa mãn điều kiện bền mỏi trục vị trí lắp bánh cơng tác 59 • Kiểm nghiệm vị trí lắp khớp nối 𝑊𝑘𝑛 → 𝑊𝑘𝑛 ⟹ 𝜎𝑎_𝑘𝑛 𝜋𝑑𝑡𝑟_𝑘𝑛 𝑏 𝑡1 (𝑑𝑡𝑟𝑘𝑛 − 𝑡1 )2 = − 32 𝑑𝑡𝑟_𝑘𝑛 𝜋 603 18.7 (60 − 7)2 = − = 18256,3 (𝑚𝑚3 ) 32 2.60 1234,39 103 = = 67,61 18256,3 𝑊0_𝑘𝑛 → 𝑊0_𝑘𝑛 ⟹ 𝜏𝑎_𝑘𝑛 = 𝜏𝑚_𝑘𝑛 𝜋 𝑑𝑡𝑟_𝑘𝑛 𝑏 𝑡1 (𝑑𝑡𝑟𝑘𝑛 − 𝑡1 )2 = − 16 𝑑𝑡𝑟_𝑘𝑛 𝜋 603 18.7 (60 − 7)2 = − = 39462,05 (𝑚𝑚3 ) 16 2.60 𝑇 1234,39 103 = = = 15,64 2𝑊0_𝑘𝑛 2.39462,05 Ta thấy tập trung ứng suất trục vị trí lắp khớp nối rãnh then - Ảnh hưởng rãnh then: Tra bảng 10.10Tr198[3], ta có: 𝜀𝜎 = 0,81; 𝜀𝜏 = 0,76 - Ảnh hưởng kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi: Tra bảng 10.12Tr199[3] với trục 𝜎𝑏 = 610 𝑀𝑃𝑎, ta có: 𝐾𝜎 = 1,76; 𝐾𝜏 = 1,54 ⟹ 𝐾𝜎 𝐾𝜏 = 2,17; = 2,03 𝜀𝜎 𝜀𝜏 Khi đó: 𝐾𝜎𝑑_𝑘𝑛 𝐾𝜏𝑑_𝑘𝑛 ⟹ 𝑠𝜎𝑑𝑘𝑛 = 𝐾𝜎 + 𝐾𝑥 − 2,17 + 1,06 − 𝜀𝜎 = = = 1,31 𝐾𝑦 1,7 𝐾𝜏 + 𝐾𝑥 − 2,03 + 1,06 − 𝜀𝜏 = = = 1,23 𝐾𝑦 1,7 𝜎−1 262,3 = = 2,96 𝐾𝜎𝑑𝑘𝑛 𝜎𝑎𝑘𝑛 + Ψ𝜎 𝜎𝑚𝑘𝑛 1,31.67,61 + 0,05.0 60 ⟹ 𝑠𝜏𝑑𝑘𝑛 = 𝜏−1 152,13 = = 7,91 𝐾𝜏𝑑_𝑘𝑛 𝜏𝑎𝑘𝑛 + Ψ𝜏 𝜏𝑚𝑘𝑛 1,23.15,64 + 0.15,64 - Vậy: 𝑠𝑘𝑛 = 𝑠𝜎𝑑𝑘𝑛 𝑠𝜏𝑑𝑘𝑛 = √𝑠𝜎𝑑𝑘𝑛 + 𝑠𝜏𝑑_𝑘𝑛 2,96.7,91 √2,962 + 7,912 = 2,77 > 2,5 Với hệ số an tồn cho phép thơng thường [𝑠] = 1,5 ÷ 2,5, cần tăng độ cứng [𝑠] = 2,5 ÷ ⟹ Thỏa mãn điều kiện bền mỏi trục vị trí lắp khớp nối ⟹ Trục thỏa mãn điều kiện bền mỏi b, Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh Để đề phòng khả bị biến dạng dẻo lớn phá hỏng tải đột ngột cần tiến hành kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh Ta có cơng thức kiểm nghiệm: 𝜎𝑡𝑑 = √𝜎 + 3𝜏 ≤ [𝜎] 𝜎= 𝑀𝑚𝑎𝑥 0,1𝑑 𝜏= 𝑇𝑚𝑎𝑥 0,2𝑑3 [𝜎] = 0,8 𝜎𝑐ℎ Giới hạn chảy vật liệu: 𝜎𝑐ℎ = 240 𝑀𝑃𝑎 Trong đó: 𝑀𝑚𝑎𝑥 ; 𝑇𝑚𝑎𝑥 mơ men uốn lớn mô men xoắn lớn tiết diện nguy hiểm lúc tải Giới hạn chảy vật liệu thép C45 tra bảng 6.1Tr92[3]: 𝜎𝑐ℎ = 340 𝑀𝑃𝑎 • Kiểm nghiệm độ bền tĩnh trục vị trí lắp khớp nối 𝑀𝑚𝑎𝑥 𝑇𝑚𝑎𝑥 𝜎𝑡𝑑 = √( ) + 3( ) 0,1𝑑𝑡𝑟𝑘𝑛 0,2𝑑𝑡𝑟𝑘𝑛 61 ⟹ 𝜎𝑡𝑑 1234,39 1425,35 = √( ) + 3( ) = 80,82 𝑀𝑃𝑎 < [𝜎] = 272 0,1 0,0603 0,2 0,0603 Trục đảm bảo độ bền tĩnh vị trí lắp khớp nối • Kiểm nghiệm độ bền tĩnh trục vị trí lắp bánh công tác 𝑀𝑚𝑎𝑥 𝑇𝑚𝑎𝑥 𝜎𝑡𝑑 = √( ) + 3( ) 0,1𝑑𝑡𝑟𝐵𝐶𝑇 0,2𝑑𝑡𝑟𝐵𝐶𝑇 ⟹ 𝜎𝑡𝑑 = √( 1234,39 1425,35 ) + 3( ) = 80,82 𝑀𝑃𝑎 < [𝜎] = 272 0,1 0,0603 0,2 0,0603 Trục đảm bảo độ bền tĩnh vị trí lắp bánh cơng tác 4.4 Tính chọn ổ lăn, nắp ổ vịng phớt 4.4.1 Tính chọn ổ lăn: Các lực tác dụng lên ổ lăn bơm hướng trục trục ngang gồm lực dọc trục (gồm áp lực thủy động, trọng lượng bánh công tác trọng lượng trục) phản lực ngang Do phản lực ngang nhỏ so với lực dọc trục nên tính chọn ổ lăn ta coi ổ lăn chịu toàn lực dọc trục bơm trình làm việc Dựa vào đường kính lắp ổ lăn, tốc độ làm việc ổ lăn lực dọc trục ta chọn loại ổ đỡ chặn dạng theo tài liệu hãng SKF với loại 31315 cho vị trí gần cút cong Các thơng số ổ bi 31315 sau: • • • • Tải danh định động: 𝐶 = 255 𝑘𝑁 Tải danh định tĩnh: 𝐶0 = 245 𝑘𝑁 Giới hạn tải trọng mỏi: 𝑃𝑢 = 329 𝑘𝑁 𝑑 = 75 𝑚𝑚; 𝐷 = 160 𝑚𝑚; 𝑇 = 40 𝑚𝑚 a, Kiểm nghiệm khả tải động ổ lăn - Khả tải động ổ lăn tính theo cơng thức: 𝑚 𝐶 = 𝑄 √𝐿 < 𝐶 62 Với: m bậc đường cong mỏi: 𝑚 = 10/3 ổ đũa L tuổi thọ ổ lăn 𝐿ℎ : Thời gian chọn 40000 h - Tuổi thọ ổ lăn: 𝐿= 60 𝑛 𝐿ℎ 60.735.40000 = = 1764 (𝑡𝑟𝑖ệ𝑢 𝑣ò𝑛𝑔) 106 106 - Tải trọng quy ước tác dụng vào ổ bi đỡ chặn: 𝑄 = (0,5𝑋 𝑉 𝐹𝑟 + 𝑌 𝐹𝑎 ) 𝑘𝑡 𝑘đ Trong đó: 𝐹𝑟 tải trọng hướng tâm (kN) 𝐹𝑎 tải trọng hướng trục (kN) V hệ số kể đến vòng quay: V = 𝑘𝑡 hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ: 𝑘𝑡 = nhiệt độ 105℃ 𝑘đ hệ số kể đến đặc tính tải trọng: 𝑘đ = Trong tính tốn ổ bi ta giả sử phản lực ngang lực hướng tâm nhỏ so với lực dọc trục nên bỏ qua phản lực ngang lực hướng tâm Do tải trọng tác dụng lên ổ đũa theo công thức sau: 𝑄 = 𝑌 𝐹𝑎 𝑘𝑡 𝑘đ ⟹ 𝑄 = 1.11082,91.1.1 = 11082,91 (𝑘𝑁) 10 ⟹ 𝐶 = 11082,91 √1764 = 104,38 (𝑘𝑁) < 𝐶 = 255 𝑘𝑁 → Thỏa mãn khả tải động b, Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả tải tĩnh - Điều kiện đảm bảo khả tải tĩnh ổ lăn: 𝑄𝑡 ≤ 𝐶0 Trong đó: 𝑄𝑡 = max (𝑄; 𝐹𝑟 ) 𝑄 = 𝑋0 𝐹𝑟 + 𝑌0 𝐹𝑎 - Sau bỏ qua thành phần lực hướng tâm, phản lực ngang ta có: 𝑄 = 𝑌0 𝐹𝑎 - Tra catalog hãng SKF ta 𝑌0 = 1,31 𝑄 = 𝑌0 𝐹𝑎 = 1,31.11082,91 = 14,52 (𝑘𝑁) < 𝐶0 = 245 𝑘𝑁 63 4.4.2 Chọn nắp ổ Ống lót dùng để đỡ ổ lăn, tạo thuận lợi cho việc lắp ghép điều chỉnh phận ổ, thông thường dùng để điều chỉnh ổ cho hộp bánh côn Trong đồ án em lựa chọn thông số cho nắp ổ Bảng 4: Các thông số nắp ổ D (mm) 210 D2 250 D3 298 D4 M20 x 50 Số bulông Bề dày 12 mm - Sử dụng loại bulong đường kính 𝑑𝑏𝑢𝑙𝑜𝑛𝑔 = 20 𝑚𝑚 - Đường kính tâm lỗ vít: 𝐷2 = 𝐷 + (1,6 ÷ 2)𝑑𝑏𝑢𝑙𝑜𝑛𝑔 = 210 + (1,6 ÷ 2) 20 = (242 ÷ 250) (𝑚𝑚) - Đường kính ngồi bích: 𝐷3 = 𝐷 + 4,4𝑑𝑏𝑢𝑙𝑜𝑛𝑔 = 210 + 4,4.20 = 298 (𝑚𝑚) 4.5 Tính chọn kiểm nghiệm khớp nối 4.5.1 Lựa chọn khớp nối Sử dụng loại khớp nối trục đĩa Nối trục đĩa bao gồm hai đĩa có moay ơ, đĩa lắp đoạn cuối trục mối ghép then Hai nửa đĩa nối ghép với mối ghép bulong Bulong lắp có khe hở (nửa hình 3.7), khơng có khe hở (nửa hình 3.7) Ở trường hợp 1, mơmen truyền từ đĩa sang đĩa khác nhờ lực ma sát đĩa lực xiết bulong gây Ở trường hợp sau mômen truyền trực tiếp qua thân bulong Dùng bulong lắp khơng khe hở, kích thước nối trục nhỏ gọn nên ta sử dụng loại 64 Hình 3: Kết cấu nối trục đĩa - Bảng tra số nối trục đĩa tiêu chuẩn Bảng 16.4Tr61[4]: Bảng 5: Bảng thông số nối trục đĩa tiêu chuẩn Với mô men xoắn cần truyền 𝑇 = 1425,35 𝑁𝑚 ta lựa chọn đĩa thép với nối trục đĩa tiêu chuẩn [𝑇] = 1600 𝑁𝑚, với đường kính trục 𝑑𝑡𝑟_𝑘𝑛 = 60 𝑚𝑚 65 4.5.2 Kiểm nghiệm độ bền khớp nối - Lực cần xiết bulong theo công thức tham khảo Tr60[4]: 𝑉≥ 𝑘 𝑇 𝑍 𝑓 𝐷0 Trong đó: 𝐷0 đường kính vịng trịn qua bulong Z số bulong k hệ số chế độ làm việc, lấy k = 1,5 f hệ số ma sát, lấy khoảng 0,15 ÷ 0,2 - Ta có: 𝑉≥ 2.1,5.1425,35 = 31,67 (𝑁) 6.0,15.150 - Bulong kiểm nghiệm theo công thức tham khảo Tr60[4]: 𝜎= 1,3𝑉 ≤ [𝜎𝑘 ] 𝜋(𝑑4 ′ )2 /4 Trong đó: 𝑑4 ′ đường kính bulong [𝜎𝑘 ] ứng suất kéo cho phép lấy bảng sau Bảng 16.3Tr60[4] - Ta có: 𝜎= 1,3 𝜋()2 /4 4.6 Tính tốn, lựa chọn kết cấu số phận khác Một số công thức sử dụng tính tốn thiết kế kết cấu: - Chiều dày bích mặt chi tiết: 𝛿𝑏𝑑 = (1,4 ÷ 1,6)𝑑𝑏𝑢𝑙𝑜𝑛𝑔 - Chiều dày bích mặt chi tiết: 𝛿𝑏𝑡 = (0,9 ÷ 1)𝛿𝑏𝑑 - Bề rộng bích tối thiểu: 𝐾 = 1,9𝑑𝑏𝑢𝑙𝑜𝑛𝑔 - Gân tăng cứng: Chiều dày 𝑒 = (0,8 ÷ 1)𝛿𝑡𝑐 66 Chiều cao ℎ < 𝛿𝑡𝑐 - Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ: 𝑘 = (10 ÷ 20) 𝑚𝑚 4.7 Dung sai lắp ghép 4.7.1 Dung sai lắp ghép chi tiết chung Với yêu cầu lắp cố định chi tiết có độ xác khơng cao điều chỉnh lắp ráp chúng cách dễ dàng ta sử dụng loại lắp ghép lỏng H9/d10 4.7.2 Dung sai mối lắp ghép then Theo Bảng 20.5Tr124[4] “Sai lệnh giới hạn kích thước then chiều rộng rãnh then”, ta sử dụng sai lệnh giới hạn kích thước then theo chiều rộng b h9 sai lệnh giới hạn kích thước then trục N9 (kiểu lắp ghép trung gian) 4.7.3 Dung sai lắp ghép ổ lăn Những yêu cầu lắp ghép ổ lăn: - Lắp vòng ổ lăn lên trục theo hệ thống lỗ lắp vịng ngồi vào cốc lót theo hệ thống trục - Để vịng ổ khơng trơn trượt theo bề mặt trục cốc lót làm việc ta sử dụng kiểu lắp trung gian có độ dơi cho vịng quay - Theo bảng 20.12Tr132[4] “Các kiểu lắp ổ bi đỡ chặn lên trục” với chế độ làm việc bình thường, trục quay, vịng ổ chịu tải tuần hồn, đường kính vòng d=60mm, ta chọn miền dung sai trục k6 - Theo bảng 20.13Tr133[4] “Các kiểu lắp ổ bi đỡ chặn với vỏ hộp” với chế độ làm việc bình thường, trục quay, vịng ngồi chịu tải tuần hoàn, ta chọn miền dung sai mặt cốc lót H8 - Dựa theo yêu cầu lắp ghép hệ lỗ hay hệ trục chi tiết mua trục đăng yêu cầu lắp vị trí gờ kiểu H7… 67 Bảng 6: Bảng thông số kiểu lắp dung sai lắp ghép STT Vị trí lắp Nắp chặn bầu bánh cơng tác Vành mòn ống hút Then bánh công tác Trục bánh công tác Vành mòn thân vỏ cánh hướng dòng Bạc dẫn hướng trục Bạc dẫn hướng ống lót dẫn hướng Ống lót dẫn hướng bầu cánh hướng dòng Thân vỏ cánh hướng dòng ống loe 𝜙641 𝐻9 𝑑10 10 Ống bọc trục bầu cánh hướng dòng 𝜙130 11 Ống loe cút cong 𝜙730 12 Ép túp cút cong 13 Trục vịng ổ 𝜙75𝑘6 Vịng cốc lót vịng ngồi ổ Vịng ngồi cốc lót cút cong 𝜙180𝐻7 14 15 16 Nắp ổ vịng cốc lót 17 Then khớp nối Kiểu lắp 𝐻9 𝑑10 𝐻9 𝜙641 𝑑10 𝑁9 𝜙18 ℎ9 𝐻7 𝜙60 𝑘6 𝐻9 𝜙641 𝑑10 𝜙316 𝜙75 𝐻8 𝑘7 𝐻8 ℎ7 𝐻9 𝜙170 𝑑10 𝜙105 Lỗ Trục 𝜙316+0,14 𝜙316−0,21 −0,44 𝜙180−0,043 𝜙180−0,043 𝜙60+0,03 𝜙600,021 0,002 𝜙75+0,046 𝜙750,032 0,002 𝜙1050−0,035 𝜙105+0,054 𝜙170+0,1 𝜙170−0,145 −0,305 𝐻9 𝑑10 𝜙130+0,1 𝜙130−0,145 −0,305 𝐻9 𝑑10 𝐻9 𝜙130 𝑑10 𝜙130+0,1 𝜙130−0,145 −0,305 𝐻9 𝑑10 𝐻9 𝜙210 𝑑10 𝑁9 𝜙18 ℎ9 𝜙420 𝜙750,021 0,002 𝜙180+0,04 𝜙420+0,156 𝜙420−0,23 −0,48 𝜙210−0,170 𝜙210+0,115 −0,355 𝜙180−0,043 𝜙180−0,043 68 18 Cút cong bệ đỡ động 𝜙580 𝐻9 𝑑10 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Thị Bích Ngọc, Máy thuỷ cánh dẫn Bơm ly tâm bơm hướng trục Lý thuyết- tính tốn- thiết kế, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2012 [2] Lê Danh Liên, Bơm quạt cánh dẫn, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2014 [3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 [4] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 [5] Bộ môn Máy bơm Trạm bơm, Trường Đại học Thuỷ lợi, Giáo trình Máy bơm Trạm bơm, Nhà xuất Từ điển Bách khoa, 2012 [6] Ninh Đức Tốn, Dung sai lắp ghép, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2013 70 KẾT LUẬN Sau thực Đồ án chuyên ngành với đề tài “Tính tốn, thiết kế bơm hướng trục” Em hiểu thêm nhiều quy trình tính tốn, thiết kế bơm hướng trục hồn thành nội dung sau: • Tìm hiểu tổng quan bơm hướng trục • Tìm hiểu phương pháp tính tốn, thiết kế bơm hướng trục Vonnhexenski Pekin • Tính tốn, thiết kế cánh bánh cơng tác • Tính tốn, thiết kế cánh bánh hướng dịng • Xây dựng vẽ lắp bơm hướng trục • Lựa chọn kết cấu kiểm bền số chi tiết Từ nội dung tìm hiểu tính tốn trên, em có thêm nhiều kinh nghiệm tính tốn có nhìn chi tiết chun ngành máy thủy lực cánh dẫn Đồng thời thực hành thiết kế, xây dựng vẽ phần mềm chuyên dụng AutoCAD, SolidWorks Qua có thêm nhiều kiến thức để chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa hệ thống bơm, đảm bảo an toàn lao động nâng cao hiệu suất công nghiệp Do thời gian kiến thức hạn chế cộng thêm nguồn tài liệu tham khảo chưa đầy đủ nên em chưa thể khảo sát hết phận Đồng thời tránh thiếu sót đồ án nên chúng em mong nhận lời góp ý chân thành từ q thầy để bổ sung, hồn thiện báo cáo Em xin chân thành cảm ơn! 71