nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp

Bộ Công Thương Tập Đoàn Công Nghiệp Than Khoáng Sản Việt Nam - TKV VIỆN CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP GIẢM TỐC HÀNH TINH TRONG CÁC THIẾT BỊ BĂNG TẢI CÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm đề tài: Phạm Văn Quế 7279 03/4/2009 Hà Nội 12/2008 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 2 BIỂU THÔNG TIN ĐỀ TÀI 1. Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cứu Cơ khí Địa chỉ: Số 4 đường Phạm Văn Đồng, Quận Cầu giấy, Hà Nội Điện thoại: 7 643292 2. Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương Địa chỉ: 54 Hai Bà Trưng, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội Điện thoại: 8 258311 3. Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” 4. Mã số: 5. Số đăng ký: Chỉ số phân loại: 7. Chủ nhiện đề tài: KS. Phạm Văn Quế - Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Công Thương 8. Tóm tắt nội dung: - Nghiên cứu về hộp giảm tốc hành tinh được sử dụng trong một số loại băng tải công nghiệp - Thiết kế, tính toán hộp giảm tốc hành tinh dùng cho một loại băng tải công nghiệp xác định - Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hộp giảm tốc hành tinh cho loại băng tải công nghiệp được chọn để nghiên cứu. - Chế tạo sản phẩm thử nghiệm hộp giảm tốc hành tinh cho loại băng tải trên - Vận hành khảo nghiệm sản phẩm chế tạo thử nghiệm và báo cáo tổng kết đề tài 9. Từ khóa: 10. ISSN: 11. ISBN: 12. Phân loại bảo mật: 13. Số trang: 14. Số bản: 15. Ngày xuất bản: 16. Nhận xét của người nhận: Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI CẤP BỘ 2008 ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” 1. Nghiên cứu tổng quan về hộp giảm tốc hành tinh được sử dụng trong một số loại băng tải công nghiệp. 2. Thiết kế, tính toán hộp giảm tốc hành tinh dùng cho một loại băng tải công nghiệp xác định. 3. Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hộp giảm tốc hành tinh cho con lăn băng tải chủ động Φ244xL704 4. Chế tạo sản phẩm thử nghiệm hộp giảm tốc hành tinh cho loại băng tải trên. 5. Vận hành khảo nghiệm sản phẩm chế tạo thử nghiệm tại Công ty CP xi măng Bỉm Sơn và báo cáo tổng kết đề tài. PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ THỰC HIỆN 1. KS. Phạm Vă n Quế, KS. Ngô Đăng Hoàng: Tóm tắt kết quả, Lời mở đầu, Chương 1, Chương 2. 2. KS. Nguyễn Đức Thành, KS. Ngô Đăng Hoàng: Chương 3 3. KS. Phạm Văn Quế, ThS. Đào Hữu Mạnh, KS. Cao Đức Thắng, KS. Ngô Hữu Hùng, KS. Vũ Thiện, KS. Nguyễn Văn Đức: Thực hiện chế tạo sản phẩm thử nghiệm, bàn giao và vận hành khảo nghiệm tại Công ty CP xi măng Bỉm Sơn. 4. KS. Phạm Văn Quế, KS. Ngô Đă ng Hoàng: Kết luận, Kiến nghị, Tài liệu sử dụng, Phụ lục. Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 4 MỤC LỤC Trang Biểu thong tin đề tai 2 Nội dung nghiên cứu đề tài cấp bộ 2008 3 Mục lục 4 Danh sách các thành viên thực hiện đề tài 6 Lời mở đầu 7 Chương I Tổng quan về các loại hộp giảm tốc hành tinh 8 I.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 8 I.1.1 Ngoài nước 8 I.1.2 Trong nước 8 I.2 Tổng quan về các loại hộp giảm tốc hành tinh 8 I.2.1 Phân loại các dạng hộp giảm tốc 9 I.2.2 Hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp 12 Chương II Tính toán - thiết kế hộp giảm tốc bánh răng hành tinh 16 II.1 Tính toán, kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của cặp bánh răng 1và 2 . 16 II.2 Tính toán, kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của cặp bánh răng 3 và 4 . 23 II.3 Tính toán, kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của cặp bánh răng 5 và 6 . 30 II.4 Tính toán kiểm nghiệm công suất động cơ điện 36 Chương III Quy trình công nghệ chế tạo 41 III.1 Quy trình công nghệ chế tạo trục răng 41 III.2 Quy trình công nghệ chế tạo vành răng ăn khớp trong 58 Kết luận 63 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 5 Đề xuất 65 Lời cảm ơn 67 • Các văn bản kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm của đề tài 68 • Một số hình ảnh quá trình thực hiện đề tài và sản phẩm nghiên cứu chế tạo tại Viện nghiên cứu cơ khí 69 • Tài liệu tham khảo 75 • Phụ lục tập bản vẽ thiết kế hộp giảm tốc hành tinh trong con lăn băng tải xuất bao xi măng 76 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 6 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI TT Họ và tên Học hàm, học vị Đơn vị 1. Phạm Văn Quế Kỹ sư Gia công áp lực Viện Nghiên cứu Cơ khí 2. Ngô Đăng Hoàng Kỹ sư Công nghệ chế tạo máy Viện Nghiên cứu Cơ khí 3. Nguyễn Đức Thành Kỹ sư Công nghệ chế tạo máy Viện Nghiên cứu Cơ khí 4. Đào Hữu Mạnh Kỹ sư Gia công áp lực Viện Nghiên cứu Cơ khí 5. Cao Đức Thắng Kỹ sư Tự động hóa Viện Nghiên cứu Cơ khí 6. Ngô Hữu Hùng Kỹ sư Công nghệ hàn Viện Nghiên cứu Cơ khí 7. Nguyễn Văn Đức Kỹ sư Công nghệ chế tạo máy Công ty CP xi măng Bỉm Sơn 8. Vũ Thiện Kỹ sư Chế tạo máy Công ty CP xi măng Bỉm Sơn Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 7 MỞ ĐẦU Với tốc độ phát triển của nền kinh tế như hiện nay, các ngành công nghiệp như xi măng, hoá chất, than, đều đang được đầu tư, phát triển mạnh. Việc xây dựng nhiều nhà máy đòi hỏi các thiết bị được cung cấp kịp thời đáp ứng tiến độ và giá thành giảm để nâng cao hiệu quả kinh tế. Xuất phát từ yêu cầu thực tế và góp phần phát triển năng l ực ngành cơ khí trong nước, nhóm đề tài Trung tâm Gia công áp lực - Viện Nghiên cứu Cơ khí đề xuất và đăng ký thực hiện kế hoạch công nghệ năm 2008 với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” nhằm mục đích tạo tiền đề cho một hướng phát triển công nghệ chế tạo một trong những loại h ộp giảm tốc hành tinh được dùng rộng rãi trong thiết bị băng tải công nghiệp, loại hộp giảm tốc được sử dụng trong những trường hợp tang chủ động của băng tải không có không gian lắp đặt, yêu cầu thiết kế gọn nhẹ, tính cơ động cao, Góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí Việt Nam cũng như góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nhờ việ c giảm được nhập khẩu các thiết bị từ nước ngoài với giá thành cao. Các loại hộp giảm tốc hành tinh dùng trong thiết bị băng tải công nghiệp như các loại băng tải dùng trong công nghiệp xi măng, hoá chất, nhiệt điện, than, khai thác mỏ, từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi tại các nước công nghiệp phát triển và hiện nay đang được sử dụng ngày càng rộng phổ biến trong các thiế t bị công nghiệp trong nước với xuất xứ từ nước ngoài. Xu hướng phát triển của các hãng chế tạo hiện nay là ngày càng hướng đến sự tiện dụng, tối ưu hoá kết cấu và nâng cao độ bền, tuổi thọ của hộp giảm tốc hành tinh dùng trong thiết bị băng tải công nghiệp. Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 8 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI HỘP GIẢM TỐC HÀNH TINH I.1.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. I.1.1. Ngoài nước. Hộp giảm tốc (Gear Box) là bộ phận quan trọng có mặt trong hầu hết các loại thiết bị, máy móc làm nhiệm vụ truyền công suất và đảm bảo tốc độ ra theo yêu cầu. Sản phẩm hộp giảm tốc rất đa dạng về chủng loại kết cấu, công suất và tỉ số truyền . Hi ện nay trên thế giới có rất nhiều hãng chế tạo hộp giảm tốc như: ASEA (Thuỵ Điển), NORD (Phần Lan), General Motor (Mỹ), Falcone (Mỹ), Wattz (Đức), MORIS (Anh), SUMITOMO (Nhật Bản)… Để tạo ra sản phẩm hộp giảm tốc có kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, làm việc êm, ổn định và tuổi thọ cao, bên cạnh việc nghiên cứu tối ưu hoá thiết kế, cải tiến công nghệ và thiết b ị chế tạo hộp giảm tốc truyền thống sử dụng răng thân khai, các hãng nước ngoài còn nghiên cứu chế tạo các hộp giảm tốc với kết cấu nhỏ gọn có tỉ số truyền cao, các hộp giảm tốc này được lắp trong các không gian hạn chế. I.1.2. Trong nước. Hiện tại, ở trong nước thị trường hộp giảm tốc chưa được các đơn vị nghiên cứ u , thiết kế và sản xuất quan tâm thích đáng. Các đơn vị sản xuất hộp giảm tốc gồm có : Công ty cơ khí Hà Nội, Công ty cơ khí Duyên Hải, Công ty Diezen Sông công, Công ty cơ khí Trần Hưng Đạo, Công ty máy kéo và nông cụ Hà Tây…Các công ty này chủ yếu chế tạo các loại hộp số thông dụng có kích thước lớn, các hộp giảm tốc có kích thước nhỏ đặc chủng trong các thiết bị đặc biệt ở trong nước vẫn nhập ngoạ i với giá thành cao. Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 9 I.2. Tổng quan về các loại hộp giảm tốc hành tinh: I.2.1. Phân loại các dạng hộp giảm tốc: Khác với các loại hộp giảm tốc khác có các bánh răng lắp các trục có vị trí cố định, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh có bánh răng lắp trên trục di động, được gọi là bánh răng vệ tinh. Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh có thể được thiết kế theo các sơ đồ như hình vẽ sau: (hình I.1) 1 0 2 5 f) 3 4 h) 1 2 2 2 3 2 2 1 0 1 3 1 1 1 0 2 i) 3 1 0 1 2 1 1 1 0 2 1 2 2 2 3 2 a) 1 2 0 3 0 1 2 3 b) 0 1 2 3 c) d) 1 2 0 3 4 1 0 2 5 e) 3 hình I.1 – Các loại sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng hành tinh Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp” CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2008 10 Theo hình I.1 a, b, c là cơ cấu hành tinh có hai bánh trung tâm 1 và 3 và cần 0 mang trục của bánh vệ tinh có một vành răng 2. Nhờ các ưu điểm: kết cấu đơn giản, khuôn khổ gọn, hiệu suất cao và quán tính nhỏ, các phương án kết cấu này được dùng rộng rãi hơn cả. Hộp giảm tốc hành tinh với bánh răng có răng trong 3 cố định (hình I.1a) có thể thực hiện tỷ số truyền 9 3 3 01 =u và hiệu suất 99,0 97,0= η . Thế nhưng sơ đồ này lại không thích hợp với số vòng quay cao của cần, vì khi đó lực ly tâm lớn hạn chế khả năng tải của các ổ bánh vệ tinh. Trường hợp này thường dùng hộp giảm tốc với cần 0 cố định để ghép các trục của hai tổ máy quay theo hai chiều ngược nhau (hình I.1c). Truyền động hành tinh với bánh răng trung tâm 1 cố định (hình I.1b) được dùng khi tỷ số truyền nhỏ ( 5,1 13,1 1 03 =u ) hiệu suất lớn ( 996,0 99,0 = η ) chẳng hạn để dẫn động chong chóng của động cơ máy bay. Sơ đồ của cơ cấu hành tinh cũng gồm hai bánh trung tâm và cần nhưng bánh vệ tinh có hai vành răng như hình I.1d, tuy phức tạp về kết cấu và lắp ráp nhưng cho phép tăng trị số tuyệt đối của tỷ số truyền đến 15 (khi o ω =0) và 16 ( 3 ω =0). Sơ đồ cơ cấu hành tinh với ba bánh răng trung tâm 1, 3, 5 được thể hiện trên I.1e với bánh vệ tinh có một vành răng và trên hình I.1g với bánh vệ tinh có hai vành răng. Cần 0 trong các cơ cấu này không tiếp nhận tải trọng ngoài và chỉ dùng để đỡ các bánh vệ tinh. Với các kết cấu này, truyền động hành tinh có thể thực hiện được tỷ số truyền từ 20 200 và hiệu suất η =0,7 0,9. So với các loại hộp giảm tốc khác, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh có kích thước gọn hơn, khối lượng nhỏ hơn nhờ công suất được truyền theo một số dòng (tương ứng với số bánh vệ tinh) và sử dụng bánh răng ăn khớp trong có độ bền tiếp xúc cao hơn so với bánh răng ăn khớp ngoài. [...]... thiết kế - Nghiên cứu công nghệ chế tạo từng chi tiết của hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp - Chế tạo, chạy thử sau đó đưa vào sử dụng và đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chí chất lượng đã đề ra + Kết cấu hộp giảm tốc hành tinh của các thiết bị băng tải công nghiệp (hình I.4): CNĐT - KS Phạm Văn Quế - TT GCAL-NARIME/2008 14 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp. .. 15- Hộp giảm tốc hành tinh; 16- Vành răng; 17- Trục tang CNĐT - KS Phạm Văn Quế - TT GCAL-NARIME/2008 13 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp Yêu cầu đặt ra là cụm hộp giảm tốc hành tinh thiết kế phải đảm bảo được tỉ số truyền để tang chủ động quay đạt vận tốc, đảm bảo công suất tải và làm việc ổn định trong hệ thống băng tải Đề tài ” Nghiên. .. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” do Trung tâm Gia công áp lực – Viện nghiên cứu cơ khí thực hiện nhằm mục tiêu: - Thiết kế hộp giảm tốc đảm bảo được tỉ số truyền - Đảm bảo độ bền của các bánh răng khi làm việc có tải - Đảm bảo kích thước để có thể lắp được cả hộp giảm tốc trong vỏ tang - Tính toán chọn công suất động cơ để hệ thống băng tải. ..Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp Muốn thiết kế hộp giảm tốc hành tinh với tỷ số truyền lớn có thể dùng sơ đồ I.1d hoặc I.1e, g nhưng khi đó hiệu suất truyền động giảm Vì vậy hợp lý hơn cả đối với trường hợp tỷ số truyền lớn và hiệu suất cao là phối hợp các cấp truyền động hành tinh với nhau (sơ đồ I.1h, i) hoặc... điểm cần thiết trong thiết kế Hệ thống vận chuyển vật liệu bằng băng tải có sơ đồ như (hình I.2) CNĐT - KS Phạm Văn Quế - TT GCAL-NARIME/2008 12 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình I.2:1- Cửa tháo liệu; 2- Tang chủ động; 3- Con lăn; 4- Tang căng băng; 5 - Băng cao su vận chuyển; 6- Phễu tiếp liệu; 7- Tang bị động;... có nhược điểm: yêu cầu cao về độ chính xác chế tạo và lắp ghép I.2.2 Hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp: + Đặt vấn đề : Hiện nay việc vận chuyển vật liệu bằng hệ thống băng tải rất phổ biến ở các nhà máy công nghiệp Với năng suất vận chuyển cao và làm việc ổn định thì hệ thống vận chuyển vật liệu bằng băng tải là tối ưu trong công nghiệp Song song với việc làm việc đạt năng... Quế - TT GCAL-NARIME/2008 15 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp CHƯƠNG II TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG HÀNH TINH II.1 Tính toán, kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của cặp bánh răng 1và 2 II.1.1 Xác dịnh ứng suất cho phép: Theo mẫu thiết kế vật liệu chế tạo bánh răng là thép 40X tôi cải thiện đạt độ rắn HB260÷280... tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp Ta có: υ H = δHg0v aw 3 / u3 = 0,01.73.0,95 63,75 / 4 = 2,77 δH là hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp g0 là hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bưởc răng bánh 1 và bánh 2 Trong đó: theo bảng 6.15 [1], δH= 0,01 theo bảng 6.16 [1], g0 = 73 KHβ : Hệ số kế đến sự phân bố không đều của tải trọng... giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp A A-A 1 2 3 4 5 6 7 A 8 9 10 11 12 Hình I.4:1- Vỏ hộp giảm tốc; 2- Bánh răng số 1; 3- Đầu trục động cơ; 4Vòng phanh;5- Bánh răng số 2; 6- Bánh răng số 3; 7- Trục răng số 4; 8- Vòng bi; 9- Bánh răng số 5; 10- Trục ra hộp giảm tốc; 11- Vành răng số 6; 12- Vòng phanh CNĐT - KS Phạm Văn Quế - TT GCAL-NARIME/2008 15 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế,. .. GCAL-NARIME/2008 11 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp A – bộ truyền có hai bánh trung tâm, bánh vệ tinh cã một vành răng, trong đó A1 ký hiệu trường hợp cố định bánh 3 (hình I.1a), A2 ký hiệu trường hợp cố định bánh 1 (hình I.1b), A3 ký hiệu trường hợp cố định cần O (hình I.1c) B – bộ truyền có hai bánh trung tâm, bánh vệ tinh có hai vành răng . Kết cấu hộp giảm tốc hành tinh của các thiết b ị băng tải công nghiệp (hình I.4): Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp . TÀI: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp 1. Nghiên cứu tổng quan về hộp giảm tốc hành tinh được sử dụng trong một số loại băng tải. 1 0 2 5 f) 3 4 h) 1 2 2 2 3 2 2 1 0 1 3 1 1 1 0 2 i) 3 1 0 1 2 1 1 1 0 2 1 2 2 2 3 2 a) 1 2 0 3 0 1 2 3 b) 0 1 2 3 c) d) 1 2 0 3 4 1 0 2 5 e) 3 hình I.1 – Các loại sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng hành tinh Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp CNĐT - KS. Phạm