ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ KỸ THUẬT

LỜI NÓI ĐẦUHệ thống thùng trộn được sử dụng khá rộng rãi với nhiều ứng dụng trong công nghiệp,nông nghiệp, xây dựng và sinh hoạt hằng ngày.. Môn học Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật là cơ hội cho

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện MSSV

Thành phố HỒ CHÍ MINHTháng 12 năm 2006

: TS Vũ Công Hòa : Lê Phi Hổ

: K0304100

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện MSSV

Lớp

Thành phố HỒ CHÍ MINHTháng 12 năm 2006

: : : :

TS Vũ Công Hòa

Lê Phi Hổ K0304100 KU03BCKT

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống thùng trộn được sử dụng khá rộng rãi với nhiều ứng dụng trong công nghiệp,nông nghiệp, xây dựng và sinh hoạt hằng ngày Môn học Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật là

cơ hội cho em tiếp xúc, tìm hiểu và đi vào thiết kế một hệ thống dẫn động thực tiễn,cũng là cơ hội giúp em nắm rõ những kiến thức đã học và học thêm được rất nhiều vềphương pháp làm việc khi thực hiện công việc thiết kế, đồng thời cũng từng bước sửdụng những kiến thức đã học vào thực tế

Tập thuyết minh này chỉ dừng lại ở giai đoạn thiết kế, chưa thực sự tối ưu trong việctính toán các chi tiết máy, chưa mang tính kinh tế và công nghệ cao vì giới hạn về kiếnthức của người thực hiện

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Cơ Kỹ Thuật đã cho em cơhội được học môn học này

Xin chân thành cảm ơn các bạn trong nhóm đã cùng thảo luận và trao đổi những thôngtin hết sức quí giá

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ts.VŨ CÔNG HÒA đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ em hoàn thành công việc thiết kế này

Sinh viên

Lê Phi Hổ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬTPhòng 106 B4, 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, Tp HCMTel: (84-8-) 8 660 586 Fax: (84-8-)8 651 211

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ KỸ THUẬT

Ngành đào tạo

Giáo viên hướng dẫn

Thời gian thực hiện

:::

Tuần Nội dung thực hiện

1 Nhận đề bài, nội dung ĐAMH

2 Tìm hiểu hệ thống dẫn động thùng trộn

Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động3–6 Tính toán thiết kế các chi tiết máy

7–8 Vẽ phác thảo và hoàn thành kết cấu trên bản vẽ

9 – 12 Vẽ hoàn thiện bản vẽ lắp hộp giảm tốc

13 – 14 Vẽ 01 bản vẽ chi tiết, hoàn thành tài liệu thiết kế (thuyết minh và bản vẽ)

Giáo viên hướng dẫn duyệt và ký tên

Hệ thống dẫn động thùng trộn (Hình 1) bao gồm:

1: Động cơ điện 3 pha không đồng bộ

2: Bộ truyền đai thang

3: Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp phân đôi cấp nhanh

-Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc

Vẽ sơ đồ lực tác động lên các bộ truyền và tính các lực

Tính toán thiết kế trục và then

Chọn ổ lăn và nối trục

Chọn thân máy bulông và các chi tiết phụ khác

4 Chọn dầu bôi trơn và bảng dung sai lắp ghép

Ngày nay, hệ thống thùng trộn được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực, đặt biệt làtrong các ngành công nghiệp xây dựng, hóa thực phẩm …

2 Kết cấu hệ thống thùng trộn:

Hệ thống thùng có rất nhiều loại và đa dạng tuỳ theo mục đích sử dụng sẽ có hệthống tương ứng, thích hợp Nhìn chung, hệ thống được hình thành từ 3 thànhphần cơ bản sau:

- Động cơ: là nguồn phát động cho hệ thống

-Hộp giảm tốc: chuyển công suất từ động cơ sang thùng trộn theo các chỉtiêu kỹ thuật và yêu cầu thiết bị

Thùng trộn: chứa và trộn các nguyên vật liệu cần trộn

Trong những ngành sử dụng thùng trộn với qui mô và công suất lớn, người tathường kết hợp với băng tải và các thiết bị vận chuyển khác nhằm nâng caonăng suất làm việc, mang lại hiệu quả kinh tế cao

3 Ứng dụng:

Trong một số lĩnh vực điển hình như:

- Hệ thống thùng trộn nghiền xi măng đất, đá trong công nghiệp khai

khoáng

- Hệ thống thùng trộn xi măng, cát, đá tạo vữa trong ngành xây dựng

Hệ thống trộn bột, chất lỏng , chất dẻo, các nguyên phụ liệu tạo các hỗnhợp hoá chất

- Hệ thống thùng trộn sử dụng trong dây chuyền sản xuất thực phẩm vàthức ăn gia súc

Sử dụng thùng trộn sẽ có được nhiều ưu điểm:

- Tiết kiệm thời gian và chi phí nhân công

- Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và thành phần của sản phẩm

- Đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm

1

MỘT SỐ HÌNH ẢNH MINH HOẠ VÀ THÔNG SỐ CỦA MỘT SỐ

LOẠI THÙNG TRỘN

Phần II

XÁC ĐỊNH CÔNG XUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN

PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN

ĐỘNG

1 Xác định tải trọng tương đương:

Là trường hợp tải trọng thay đổi theo bậc nên ta có:

2 Xác định công suất cần thiết của động cơ:

 Hiệu suất chung của hệ thống: d k o l br2

⎛ T⎞

n n

d 0,96 : hiệu suất bộ truyền đai

k 0,98 : hiệu suất khớp nối đàn hồi

ol 0,99 : hiệu suất một cặp ổ lăn

br 0,98 : hiệu suất bộ truyền bánh răng

Vận tốc sơ bộ của động cơ là: V sb u sb n 33 45 1485 (v / p)

 Chọn động cơ:

Ta có: P ct 3, 06 (kW ) & Vsb 1485 (v / p) nên chọn động cơ không đồng bộ

3 pha mang số hiệu A02-41-4 (bảng 2P[1]), có các thông số kỹ thuật sau:

5 Tính số vòng quay của mỗi trục:

 Trục I:

 TrụcII:

495 3,88

127, 6

2, 77

6 Tính moment xoắn trên trục và động cơ:

Theo công thức sau:

 Moment xoắn trên trục I:

T1 9,55106 P1

n1

9,55106 3,8495

 Moment xoắn trên trục II:

T2 9,55106 P2

n2

9,55106 3, 69128

Bảng tổng hợp kết quả các thông số cho hộp giảm tốc và bộ truyền đai

Trục I

Thông số Động cơ Trục I Trục II Trục III

5

Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật

Phần III

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG

Số liệu đầu vào:

d1 (1− ) 125(1− 0, 01)

d 2 360

 v

v1 max với vmax (30 m 35 ) nên thỏa điều kiện

Khoảng cách từ mặt trung hòa đến thớ ngoài y o 2,8 (mm)

2 Đường kính bánh đai nhỏ sơ bộ: d 1sb 1, 2d min 1, 2100 120(mm)

Theo tiêu chuẩn bảng 5-15[1] ta chọn đường kính bánh đai nhỏ là: d1 125(mm)

Theo tiêu chuẩn tra bảng 5-15[1] ta chọn: d 2 360 (mm)

Xác định lại tỉ số truyền u: u  2,91

Chỉ sai lệch 3% so với giá trị chọn trước

5 Giới hạn khoảng cách trục được tính:

2(d1 d 2 )≥ a≥ 0,55(d1 d 2 ) h

2(125 360)≥ a≥ 0,55(125 360) 8 970(mm)≥ a≥ 274, 75(mm)

Chọn sơ bộ a d 2 360 (mm) khi u 2, 91

Theo bảng 4-3[2] ta chọn đai có chiều dài L = 1600 (mm) = 1,6 (m)

7 Số vòng chạy của đai trong một giây:

Hệ số xét đến ảnh hưởng của dây đai, chọn: C z 1

Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng: C r 0,85

 1,84

Chọn số dây đai: z = 2

7

Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật

12 Xác định lực căng ban đầu:

Chọn ứng suất căng đai: o 1,5 ( N / mm 2 )

Lực căng ban đầu: F o 2 A o 2 811,5 243 ( N )

Lực căng trên mỗi dây đai: F 121,5 ( N )

2

1000P 1000 4

v1 9, 7

Lực vòng trên mỗi dây đai: F=206 (N)

13 Hệ số ma sát (tài liệu 1 trang 159):

D n 2 D2 2ho 125 2 3,5 132 (mm)Các kích thước phụ khác liên quan theo tiêu chuẩn, tra bảng 10-3[1].

Do không có yêu cầu nào đặt biệt nên ta chọn vật liệu cho các cặp bánh răng

là giống nhau Dựa vào bảng 3-6[1] và 3-8[1] ta có bảng sau:

I Tính toán cấp nhanh: bánh răng trụ răng nghiêng phân đôi.

1 Thông số đầu vào:

Công suất : P1 3,8 (kW )

Tỉ số truyền

Số vòng quayTuổi thọ

: u1 3,88: n1 485 (vòng/phút): 19200 (giờ)

Thông số Bánh răng nhỏ Bánh răng lớnTên thép Thép 45 (thường hóa) Thép 35 (thường hóa)

2 Xác định ứng suất tiếp và ứng suất uốn cho phép:

Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn: (3.4[1])

Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn: (3.8[1])

hai bánh răng

Giới hạn mỏi uốn của thép 45:−1  0, 43 600 258 ( N / mm 2 )

Giới hạn mỏi uốn của thép 35:−1  0, 43 500 215 ( N / mm 2 )

Chọn hệ số an toàn: n 1, 5

Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: K 1,8

Vì ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động nên ta có:

(3.5[1])

nK nK

1,5  258  1 1,51,81,5

 215  1 1,51,8

3 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng: K K tt K d 1,3 (3.19[1])

b A

Với:

b :chiều rộng bánh răng

A : khoảng cách trục

5 Tính sơ bộ khoảng cách trục (3.10[1]), chọn hệ số phản ánh sự tăng khảnăng tải của bánh răng nghiêng so với bánh răng thẳng: ' 1, 25

1)

 1,5 (m / s) (3.17[1])

- Với vận tốc này ta chọn cấp chính xác bánh răng là: 9 (bảng 3-11[1])

 125 (v / p)

u≈

Bánh nhỏ:u1 143,3 ( N / mm2 )Bánh lớn:u 2 119, 4 ( N / mm2 )

Tổng số răng của hai bánh răng: Z t Z1 2 

Chọn sơ bộ góc nghiêng: 10 , cos 0,985

Chiều rộng bánh răng b A A 0, 4144 57, 6 (mm) chọn b 60 (mm)

Đường kính vòng lăn của bánh răng nhỏ: d1 2 A 2144

i 1 3,88 1

Do đó: d b

d1

60 59

Chiều rộng bánh răng b thỏa mãn điều kiện:

2,5m n 2,5 2sin 0,167

9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

Số răng tương đương (3.37[1]):

19,1  10 6 KN

ym n2 Znb ''

19,11061,321,9

0, 451 22 29 485 601, 25điều kiện u1u1 143,3 ( N / mm2 )

11

Thông số Bánh răng nhỏ

(Bánh dẫn)

Bánh răng lớn(Bánh bị dẫn)

Đường kính vòng đỉnh D e1 63 (mm) D e 2 232 (mm)Đường kính vòng chân D i1 54 (mm) D i 2 224 (mm)

Bánh lớn: u 2 u1 21,53 ( N / mm 2 ) Thỏa mãn điều kiện

10 Kiểm tra độ bền khi quá tải đột ngột:

Ứng suất tiếp xúc cho phép (3.34[1]):

Kiểm tra độ bền uốn: (3.38 và 3.42[1]):

Bánh nhỏ: uqt1 251,8 45 ( N / mm2 )Bánh lớn: uqt 2 21,521,8 38,8 ( N / mm2 )Đều thỏa mãn điều kiện bền uốn

11 Bảng tổng hợp thông số bánh răng cấp nhanh phân đôi:

12 Tính lực tác dụng lên trục (3.50[1]):

Lực vòng: P 2  9,55  10 6 

3,859 485

 2523 ( N )

12

II Tính toán cấp chậm: bánh răng trụ răng thẳng.

1 Thông số đầu vào:

Công suất

Tỉ số truyền

: P1 = 3,67 (kW): u2 2, 77

Số vòng quay : n2 125 (vòng/phút)

2 Xác định ứng suất tiếp và ứng suất uốn cho phép:

Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn: (3.4[1])

Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn: (3.8[1])

hai bánh răng

Giới hạn mỏi uốn của thép 45:−1  0, 43 600 258 ( N / mm 2 )

Giới hạn mỏi uốn của thép 35:−1  0, 43 500 215 ( N / mm 2 )

Chọn hệ số an toàn: n 1, 5

Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: K 1,8

Vì ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ mạch động nên ta có:

 143,3 ( N / mm2 )

Bánh lớn:u 2

1,5  215  1 1,51,8

b

-

Chiều rộng bánh răng b: b A A 0, 4 226 90, 4 (mm) Chọn: b 90 (mm)

Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ: d1 2 A 2 226

i 1 2, 77 1

Do đó: d b

d1

90 120

Thông số Bánh răng dẫn Bánh răng bị dẫn

Thỏa mãn điều kiện: u 2u 2 119, 4 ( N / mm2 )

10 Bảng tổng hợp thông số hình học chủ yếu của bộ truyền cấp chậm:

 4920 ( N )

Lực hướng tâm: P r P tg 4920 tg 20o 1790 ( N )

15

Khe hở giữa bánh răng và thành trong của hộp : 10 ( mm )

Khe hở giữa thành trong của hộp và mặt bên của ổ lăn : 10 ( mm )

Chiều rộng bích (bảng 10.10a[1]), chọn bulông M12 : 23 ( mm )

- Trục II: d sb 2 3 M x

0, 2[ ]x

 3 274675

0, 2 35≈ 34 (mm)Với: moment xoắn: M x 274675 ( N / mm 2 )

- Trục III: d sb3 3 M x

0, 2[ ]x

 3 739087

0, 2 35≈ 47 (mm)Với: moment xoắn: M x 739087 ( N / mm 2 )

Ta chọn trị số d sb≈ 45 (mm) để xác định ổ đỡ Ở đây, ta chọn loại ổ bi đỡmột dãy cỡ trung bình, số hiệu 309 có bề rộng B = 25 (mm), (bảng 14P [1])Tính gần đúng chiều dài trục:

Để tính chiều dài của trục ta chọn các kích thước sau:

Theo mô hình bản vẽ phác hộp giảm tốc ở trang sau ta xác định sơ bộ chiềudài mỗi trục theo các kích thước: a, b, c, d, e, l

Ở đây, ta phải làm bạc chắn dầu để bảo vệ mỡ trong bộ phận ổ, chúng takhông thể dùng dầu bắn toé để bôi trơn bộ phận ổ vì vận tốc vòng của bánhrăng thấp hơn 3 (m/s)

16

o Tính sơ bộ đường kính trục:

: 3,8 ( kW ): 485 ( vòng/phút ): 72927 ( N/mm )

-l 70 (mm) e 55 (mm) c 75 (mm)

o Các lực tác dụng:

-

-Lực căng đai: R d 456 ( N )Lực vòng:

-2  9,55  10 6 3, 78 59 485

Sơ đồ phân tích lực của trục I

o Xác định moment tương đương theo thuyết bền IV và tính lại đường kính

trục tại các điểm A, B, C, D, E

Tại A: M td 0Tại B: M td 29218 2  76190 2  0, 75 36463,5 2  87497 ( Nmm)

: 3,69 (kW): 128 (vòng/phút): 274675 (N/mm)

Theo tiêu chuẩn (trang 133[1]) ta chọn d 40 (mm) , chọn ổ bi đỡ cỡ trung

bình mang số hiệu 308 (bảng 14P[1]), với bề rộng ổ: B 23(mm)

o Xác định chiều dài trục dùng tính toán:

 4920 ( N )

Lực hướng tâm: P r P tg 4920 tg 20o 1790 ( N )

o Tính moment tương đương theo thuyết bền IV và tính lại đường kính trục tại

các điểm A, B, C, D, E Theo sơ đồ phân tích lực ở trang sau:

Sơ đồ phân tích lực trục II

Dựa vào các số liệu trên và xuất phát từ những yêu cầu về lắp ghép và tính

công nghệ ta chọn các thông số trục II theo tiêu chuẩn (trang 133[1]), riêng

thông số tại A ta chọn đường kính theo moment tương đương tính tại mặt

cắt phía bên trái điểm B như trên sơ đồ phân tích lực trục II Ta có:

Công suất

Số vòng quay

Moment xoắn

Lực vòng: P   4920 ( N )

: 3,58 (kW): 46 (vòng/phút): 739087 (N/mm)

Theo tiêu chuẩn (trang 133[1]) ta chọn d 50 (mm) , chọn ổ bi đỡ cỡ trung

bình mang số hiệu 310 (bảng 14P[1]), với bề rộng ổ: B 27 (mm)

o Xác định chiều dài trục dùng cho tính toán (theo sơ đồ vẽ phác):

-a 130 (mm) b 130 (mm) d 90 (mm)

o Theo số liệu tính toán, tiêu chuẩn lắp ghép và tính công nghệ, theo tiêu

chuẩn (trang 133[1]) ta chọn các kích thước trục như sau:

−

2otrị số trung bình của ứngsuất pháp

II Thiết kế và chọn then:

Ở đây, chúng ta chọn then bằng theo TCVN cho tất cả các mối ghép then Chọntiết diện và rãnh then theo TCVN 149 – 64 (bảng 7-23[1]) Chọn chiều dài thentheo TCVN 150 – 64 (bảng 7-24[1])

Điều kiện bền dập trên mặt cạnh của then khi làm việc được tính theo côngthức:

Sơ đồ chọn ổ cho trục I

o Phản lực tại A: F A 465,52 1383, 72 1460 ( N )

o Phản lực tại D: F D 465,52 683, 72 827 ( N )Tính gối đỡ cho A vì A có lực lớn

Xác định hệ số làm việc của ổ lăn: C Q(nh)0,3

2 Trục II:

439 (N)

: 62 (mm): 17 (mm): 27000

439 (N)A

Xác định hệ số làm việc của ổ lăn: C Q(nh)0,3

3 Trục III:

Đường kính ngoài

Bề rộng ổC

877 (N)

: 80 (mm): 21 (mm): 40000

Sơ đồ chọn ổ cho trục III

o Phản lực tại A: F A 8772 24112 2566 ( N )

o Phản lực tại C: F C 8772 24112 2566 ( N )Tính gối đỡ cho A và C

Xác định hệ số làm việc của ổ lăn: C Q(nh)0,3

: 80 (mm): 15 (mm): 25000

27

II Nối trục đàn hồi:

Nối trục đàn hồi gồm hai nửa nối trục lắp cố định với hai trục và bộ phậnđàn hồi để ghép hai nửa nối trục với nhau Ngoài khả năng bù được các sailệch của trục nhờ biến dạng của các chi tiết đàn hồi, nối trục đàn hồi còn cóthể:

Giảm va đập và chấn động

Đề phòng được cộng hưởng do dao động xoắn gây nênTrong một số trường hợp sử dụng nối trục đàn hồi làm tăng tuổi thọ của

cơ cấu chịu tác động của tải trọng động nhiều lần

Trong bài này ta sử dụng nối trục vòng đàn hồi có cấu tạo tương tự như nốitrục đĩa nhưng được thay bằng chốt có bọc vòng đàn hồi bằng cao su

Vật liệu làm nối trục: thép rèn 35Vật liệu làm chốt: thép 45 thường hóa

Nối trục vòng đàn hồi đơn giản dễ chế tạo và giá rẻ nên được dùng rộng rãi

Tiến hành chọn thông số của bộ nối trục đàn hồi theo bảng 9.11[1] ta có:Đường kính trục (d)

Đường kính đĩa (D)Chiều dài bộ nối ( l )Đường kính chốt ( d c )Chiều dài chốt ( l c )Ren

Số lượng chốt (Z)Đường kính ngoài của vòng đàn hồiChiều dài toàn bộ vòng đàn hồi ( l v )

:::::::::

48(mm)190(mm)112(mm)18(mm)42(mm)

M 121035(mm)36(mm)Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng cao su (công thức 9.22[1])

 1,85 ( N / mm2 ) : thỏa điều kiện sức bền dập

Kiểm nghiệm sức bền uốn của chốt (công thức 9.23[1])

CHỌN THÂN MÁY, BULÔNG, CÁC CHI TIẾT

MÁY, BÔI TRƠN VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP