máy trộn thức ăn gia súc

Đ Đồ án môn học thiết kế hệ thống truyền động cơ khí là một môn học giúpcho sinh viên nghành cơ khí có những kiến thức cơ bản về việc thiết kế các hệthống truyền động cơ khí đồng thời là

Phần I : Phân tích và chọn phương án thiết kế 3

I.1 Thành lập nhóm thiết kế 3

I.2 Phân tích nhiệm vụ 3

I.3 Lập kế hoạch thực hiện 3

I.4 Xác định các yêu cầu kỹ thuật 6

I.5 Lập bảng QFD 7

I.6 Tham khảo các thiết kế liên quan 8

I.7 Đưa ra các phương án thiết kế 12

I.8 Phân tích chọn phương án thiết kế 16

I.9 Các phương án truyền động 17

I.10 Ma trận quyết định 20

I.11 Tính toán công suất cánh trộn 21

Phần II : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 23

II.1 Chọn động cơ 23

II.2 Phân phối tỉ số truyền 24

Phần III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY 25

III.1 Thiết kế bộ truyền xích 25

III.2 Thiết kế bánh răng 27

III.3 Tính toán trục 35

III.4 Tính toán chọn ổ lăn 43

III.5 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc 46

III.6 Các chi tiết phụ 47

III.7 Bảng dung sai lắp ghép 48

Phần IV : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 51

IV.1 Chọn động cơ 51

IV.2 Phân phối tỉ số truyền 51

Phần V : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY 53

V.1 Thiết kế truyền xích 53

V.2 Thiết kế bánh răng 55

V.3 Tính toán trục 62

V.4 Tính toán chọn ổ lăn 70

V.5 Thiết kế vỏ hộp 75

V.6 Các chi tiết phụ 76

V.7 Bảng dung sai lắp ghép 77

Lời nói đầu

ất nước ta đang trên đà phát triển do đó khoa học kĩ thuật đóng một vai tròhết sức quan trọng đối với đời sống con người Việc áp dụng khoa học kĩthuật chính là làm tăng năng suất lao động đồng thời nó cũng góp phầnkhông nhỏ trong việc thay thế sức lao động của người nông nhân và công nhân mộtcách có hiệu quả nhất, bảo đảm an toàn cho người họ trong quá trình làm việc

Đ

Đồ án môn học thiết kế hệ thống truyền động cơ khí là một môn học giúpcho sinh viên nghành cơ khí có những kiến thức cơ bản về việc thiết kế các hệthống truyền động cơ khí đồng thời làm quen với phương thức hoạt động theonhóm Trong phạm vi bài tập lớn của môn học này chúng em tập trung đề tài “Thiết

Kế Máy trộn thức ăn gia súc“ nhằm giúp cho các nông trại vừa và nhỏ có thể nângnăng suất và hiệu quả trong việc chăn nuôi Máy trôn thức ăn gia súc là loại máy cóthể trộn đều các loại thức ăn chứa thành phần dinh dưỡng cần thiết cho gia súc

Trong suốt quá trình thực hiện bài tập nhóm nhận được sự hướng dẫn nhiệttình của các thầy cô trong khoa cơ khí

Nhóm xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Nguyễn Thanh Nam đã tận tâm giúp

đỡ nhóm hoàn thành bài tập lớn này

Trong quá quá trình thực hiện đồ án với sự thiếu sót về kinh nghiệm cộng với kiến thức có hạn nên không tránh được những thiếu sót Rất mong được sự chỉ dẫn thêm của thầy cô

Nhóm sinh viên :Dương Cẩm VinhDiệp Bảo Duy

Phần I : Phân tích và chọn phương án thiết kế

I.1 Thành lập nhóm thiết kế

Nhóm thiết kế bao gồm : Dương Cẩm Vinh, Diệp Bảo Duy

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS.Nguyễn Thanh Nam

I.2 Phân tích nhiệm vụ

Do đặc thù của mình , các trang trại chăn nuôi thường nằm độc lập hay cách

xa các khu thương mại Chính vì vậy việc sử dụng thức ăn gia súc chế biến sẵn gặp

ít nhiều khó khăn và tốn kém trong khâu vận chuyển Trong khi đó, trang trại luôn dồi dào các nguồn thực phẩm như : rau , cám , cỏ khô, cá ….Thêm nữa,Việc sử dụng thức ăn tự chế giúp trang trại tiết kiệm phí và kiểm soát được chế độ dinh dưỡng của gia súc Do các nguyên nhân trên ,những người chủ trang trại mong muốn có một chiếc máy trộn để chế biến thức ăn gia súc Họ có nhu cầu về máy có năng suất cao ,khả năng trộn đều,dễ dàng trong việc đưa hỗn hợp vào cũng như lấy ra.Ngoài ra máy còn phải dễ sử dụng ,bảo trì,sữa chữa để khi hỏng hóc có thể khắc phục nhanh chóng

I.3 Lập kế hoạch thực hiệ n

• Tham khảo thiết kế liên quan

• Đưa ra các phương án thiết kế

Công việc :

• Tính toán chọn động cơ

• Phân phối tỉ số truyền

Nhân lực : nhóm

Thời gian : 1 tuần

Công việc : tính toán thiết kế chi tiết các bộ truyền

Nhân lực : nhóm

Thời gian : 2 tuần

Công việc :

• Thiết kế kết cấu

• Vẽ phác thảoNhân lực: nhóm

Thời gian: 3 tuần

Công việc :

• Bản vẽ lắp cụm chi tiết (A0)

• Bản vẽ chi tiết(A3 hoặc A4)

• Thuyết minhNhân lực : nhóm

Thời gian : 4 tuần

I.4 Xác định các yêu cầu kỹ thuật

a) Xác định các yêu cầu khách hàng

Tiến hành quá trình thăm dò yêu cầu khách hàng, sau khi tổng hợp lại

ta thu được các yêu cầu sau :

• Năng suất cao

b) Yêu cầu kỹ thuật

Từ các yêu cầu trên ta dịch thành các yêu cầu kỹ thuật

 Công suất cánh trộn

 Số vòng quay cánh

 Độ bền vật liệu

 Chi tiết tiêu chuẩn

 Kích thước cửa vào và cửa ra

I.5 Lập bảng QFD

Cấu tạo cánh trộn : tra sổ tay kỹ thuật

I.6 Tham khảo các thiết kế liên quan

• Thành phần không đồng đều nếu trộn vật liệu rời

• Chỉ trộn được khối lượng nhỏ (thùng trộn quá lớn sẽ gâymất cân bằng)

b) Thiết kế 2 :

Mô tả :

Động cơ thông qua hộp giảm tốc ,bộ truyền xích,làm quay dao trộn -> trộn thực phẩm

Ưu điểm :

• Trộn đều ,khối lượng trộn lớn

• Kết cấu đơn giảnNhược điểm :

d) Thiết kế 4 :

Mô tả :

Đây là loại máy trộn thức ăn di động có động cơ đặt phía trong

xe Môtơ truyền động cho hộp giảm tốc qua bộ truyền đai làm quay dao trộn Phù hợp với các trại chăn nuôi lớn

e) Thiết kế 5 :

Mô tả :

Đây là loại máy trộn thức ăn di động có động cơ đặt phía dưới

ở trong xe Môtơ truyền động cho hộp giảm tốc qua bộ truyền đai làm quay 2 dao trộn thẳng đứng Phù hợp với các trại chăn nuôi lớn

I.7 Đưa ra các phương án thiết kế

Ưu điểm :

• Di động

• Cửa đưa vật liệu vào lớn

• Tiết kiệm được thời gian và nhân lực

Nhược điểm :

• Giá thành cao

• Chi phí đầu tư cao

• Máy hoạt động không êm

• Cửa lấy hỗn hợp nhỏ

e) Phương án 5 :

Mô tả :

Máy có công suất trung bình, phù hợp với trại chăn nuôi nhỏ

và trung bình Động cơ đặt phía dưới thùng truyền động cho hộp giảmtốc qua bộ truyền đai làm quay dao trộn nằm ngang Cửa cấp liệu ở phía trên và cửa lấy hỗn hợp nằm phía dưới

I.8 Phân tích chọn phương án thiết kế

a) Lập ma trận quyết định

CHUẨN

I.9 Các phương án truyền động

và bộ truyền xích

Ưu điểm :

• Kết cấu đơn giản

• Dễ chế tạoNhược điểm :

• Do các bánh răng bố trí không đối xứng với các ổ ,nên làm tăng sự phân bố không đều tải trọng trên chiều dài răng

• Khả năng tải của cấp nhanh không dùng hết.

• Kết cấu gối đỡ phức tạp,khó khăn trong việc bôi trơn

• Đường kính trục lớn

c) Phương án 3 :

• Truyền momen xoắn và chuyển động quay giữa các trụcgiao nhau.

Ưu điểm :

• Tải trọng phân bố đều trên các trục

• Sử dụng hết khả năng tải của cả cặp bánh răng cấp nhanh lẫn cấp chậm

• Không có sự tập trung ứng suất

Nhược điểm :

• Hộp giảm tốc loại này có có bề rộng lớn

• Cấu tạo phức tạp hơn nên số lượng chi tiết và khối lượng gia công tăng lên

I.10 Ma trận quyết định

Tiêu chuẩn Tỉ trọng 1 2 3 4

CHUẨN

Dựa vào ma trận quyết định ta chọn :

• PA 1 cho sv Diệp Bảo Duy

• PA 3 cho sv Dương Cẩm Vinh

I.11 Tính toán công suất cánh trộn

(các công thức trong phần này sử dụng trong tài tiệu [3])

 Khối lượng riêng của vật liệu ρ =1600kg/m3

 Khối lượng mỗi mẻ trộn m= 800 kg

D

π

D D

h

D

768,096,0.8,0

L=2.D

=> 0,268 .2 0,5

4

Phần II : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ

TRUYỀN

(SV DƯƠNG CẨM VINH)

Phương án 3

II.1.Chọn động cơ

Xác định công suất động cơ

Hiệu suất của các bộ truyềnBánh răng trụ : ηbrt = 0,96Bánh răng côn : ηbrc = 0,95Khớp nối : ηk = 0,99

Bộ truyền xích : ηx = 0,96

Ổ lăn : ηol = 0,99Công suất trên trục động cơ điện

II.2.Phân phối tỉ số truyền

Tỉ số truyền của bộ truyền xích

ux = 3

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc 2 cấp côn – trụ

dc h

2, 25 [K ] 2, 25 0,8

8,8333(1 K ) K [K ] (1 0, 285) 0, 285

lv 3

n

n 311,74 vg / phu

2 3 2

n

n 90 vg / phu

6 1 1

Phần III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

(SV DƯƠNG CẨM VINH)

III.1 Thiết kế bộ truyền xích

Chọn loại xích

Chọn loại xích ống con lăn

Xác định các thông số của xích và bộ truyền

Chọn số răng của đĩa xích dẫn theo công thức:

z1 = 29 – 2 × u = 29 – 2 × 3 = 23 răng Tính số răng đĩa xích lớn theo công thức:

z2 = u × z1 = 3 × 23 = 69 răngXác định các hệ số điều kiện sử dụng xích K theo công thức :

K = Kr × Ka × Ko × Kdc × Kb × Klv = 1,2 × 1 × 1 × 1 × 1,5 × 1,12 = 2,016

Công suất tính toán :

Theo bảng 5.2[2] số vòng quay tới hạn tương ứng bước xích 25,4

mm là nth = 800 vg/ph, nên điều kiện n < nth được thỏa

1000 P 1000 1,473

Tính toán kiểm nghiệm bước xích pc theo công thức 5.26[2] với [po] chọn theo bảng 5.3[2] là 30MPa :

3 c

Số mắt xích X

2 c

Theo bảng 5.6[2] với bước xích pc = 25,4mm, ta chọn [i] = 20

Kiểm tra xích theo hệ số an toàn

Qs

F F F

=+ +

Tải trọng phá hủy Q tra theo bảng 5.1[2] với bước xích pc = 25,4

mm thì Q = 50000 N ; qm = 2,6 kg/m

Lực trên nhánh căng F1 ≈ Ft = 1680,9312 NLực căng do lực ly tâm gây nên

Fv = qm × v2 = 1,9965 N Lực căng ban đầu của xích Fo

c 2 2

Fr = Km × Ft = 1 × 1680,9312 = 1680,9312 N

III.2 Thiết kế bánh răng

a) Tính toán bộ truyền cấp nhanh bánh răng côn răng thẳng

Công suất P = 1,6481 (kW)

Số vòng quay n1 = 1420 (vg/ph)Mômen xoắn T1 = 11084,0528 (Nmm)

Tỷ số truyền u = 4,5551Thời gian làm việc Lh = 10000 giờChọn vật liệu

Bánh dẫn : thép 45 Cr được tôi cải thiện HB1 200Bánh bị dẫn : thép 45 Cr được tôi cải thiện HB2 190

Số chu kỳ làm việc cơ sở

NHO1 = 30 × HB12,4 = 30 × 2002,4 = 9,99.106 chu kỳ

NHO2 = 30 × HB22,4 = 30 × 1902,4 = 8,83.106 chu kỳ

NFO1 = NFO2 = 5.106 chu kỳ

Số chu kỳ làm việc tương đương

H

m 2 i

NFE1 = 85,2.107 chu kỳ

NFE2 = 20,82.107 chu kỳ

Vì NHE1 > NHO1 ; NHE2 > NHO2 ; NFE1 > NFO1 ; NFE2 > NFO2

Nên KHL1 = KHL2 = KFL1 = KFL2 = 1Giới hạn tiếp xúc và uốn các bánh răng :

σ0Hlim1 = 2 × 200 + 70 = 470 MPa

σ0Hlim2 = 2 × 190 + 70 = 450 MPa

σ0Flim1 = 1,75 × 200 = 350 MPa

σ = 1,75 × 190 = 332,5 Mpa

Ứng suất tiếp xúc cho phép :

1 Hβ 2

Re = 112,0451 mmXác định thông số ăn khớp

Số răng bánh nhỏ :

Ta có e e2

2×R

d = = 48,0512 mm1+ u

Do đó tra bảng 6.22[1] ta được z1p = 16

Môđun vòng ngoài :

mte = mtm / (1 - 0,5 × Kbe) = 1,8770 mmTheo bàng (6.8)[1] ta chọn mte = 2 mm , do đó

dm1 = z1 × mtm = 42,875 mmChiều dài côn ngoài :

2 2

R = 0,5×m × z + z = 105,019mmKIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN TIẾP XÚC

v = = 3,1878 m/s60000

Theo bảng 6.13[1], dùng cấp chính xác 8

KIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN UỐN

⇒ vF = 20,8691

⇒ KFv = 1,9625

Do đó KF = 2,5513Răng thẳng nên Yβ = 1

ε α

Y = = = 0,5812

ε 1,7206

1 v1

1

z

z = = 25,7400cosδ

[ ] [ ]

Số răng : z1 = 25 răng ; z2 = 102 răng

Hệ số dịch chỉnh : x1 = 0,38 ; x2 = -0,38Đường kính vòng chia ngoài : de1 = 50 mm ; de2 = 204 mmGóc côn chia : δ1 = 13o46’18” ; δ2 = 76o13’42”

Chiều cao răng : he = 4,4Chiều cao đầu răng ngoài : hae1 = 2,76 mm ; hae2 = 1,24 mmChiều cao chân răng ngoài : hfe1 = 1,64 mm ; hfe2 = 3,16 mmĐường kính đỉnh răng ngoài : dae1 = 55,3613 mm; dae2 = 204,5904 mmb) Tính toán bộ truyền cấp nhanh bánh răng côn răng thẳng

Công suất P = 1,55 (kW)

Số vòng quay n1 = 311,74 (vg/ph)Mômen xoắn T1 = 47483,4798 (Nmm)

Tỷ số truyền u = 3,4638Thời gian làm việc Lh = 10000 giờChọn vật liệu

Bánh dẫn : thép 45 Cr được tôi cải thiện HB1 200Bánh bị dẫn : thép 45 Cr được tôi cải thiện HB2 180

Số chu kỳ làm việc cơ sở

NHO1 = 30 × HB12,4 = 30 × 2002,4 = 9,99.106 chu kỳ

NHO2 = 30 × HB22,4 = 30 × 1802,4 = 7,76.106 chu kỳ

NFO1 = NFO2 = 5.106 chu kỳ

Số chu kỳ làm việc tương đương

H

m 2 i

NHE2 = 20,82.107 chu kỳTương tự

NFE1 = 85,2.107 chu kỳ

NFE2 = 20,82.107 chu kỳ

Vì NHE1 > NHO1 ; NHE2 > NHO2 ; NFE1 > NFO1 ; NFE2 > NFO2

Nên KHL1 = KHL2 = KFL1 = KFL2 = 1Giới hạn tiếp xúc và uốn các bánh răng :

σ0Hlim1 = 2 × 200 + 70 = 470 MPa

σ0Hlim2 = 2 × 180 + 70 = 430 MPa

σ0Flim1 = 1,75 × 200 = 350 MPa

σ0Flim2 = 1,75 × 180 = 315 MpaỨng suất tiếp xúc cho phép :

Do bánh răng lắp không đối xứng các ổ trục nên ψ = 0,3÷ 0,5ba , chọn

[ ]

1 Hβ 3

Tỉ số truyền : 2

1

z

u = =3,4643z

Do đó : ε

α

1

Z = 0,7688ε

m z

d = = 71,68 mmcosβ

×

w1 1

π d n

v = = 1,17 m/s60000

theo bảng 6.13[1] dùng cấp chính xác 9Theo bảng 6.14[1] với cấp chính xác 9 và v < 2,5 m/s ta có

KH α = 1,13Theo bảng 6.15[1] và 6.16[1] ta có : δH = 0,002; go = 73

KF α = 1,37Theo bảng 6.15[1] và 6.16[1] ta có : δF = 0,006 go = 73

[ ] [ ]

Vậy điều kiện bền uốn được đảm bảoCác thông số và kích thước bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Khoảng cách trục : aw = 160 mmMôđun pháp : m = 2,5 mmChiều rộng vành răng : bw1 = 69 mm ; bw2 = 64 mm

Tỉ số truyền : u = 3,4643Góc nghiêng của răng : β = 12o25’45”

Số răng : z1 = 28 răng ; z2 = 97 răng

Hệ số dịch chỉnh : x1 = x2 = 0Đường kính vòng chia : d1 = 71,68 mm ; d2 = 248,32 mmĐường kính đỉnh răng : da1 = 76,68 mm ; da2 = 253,32 mmĐường kính đáy răng : df1 = 65,43 mm ; df2 = 242,07 mm

c) KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN NGÂM DẦU

R = 42,22

3×

H = (242,07 – 204,5904) / 2 = 18,7398Vậy thỏa điều kiện bôi trơn ngâm dầu

1 3 1

2 3 2

e) Lực tác dụng lên các trục

Bộ truyền bánh răng côn cấp nhanh

1 t11 t21

1 x14

Trục III

Sơ đồ trục

Tính toán các thành phần lực

t31 x32

g) Xác định đường kính trục

Trục I

[σ1] = 63 Mpa

td10 3

[σ3] = 50 Mpa

td30 3

h) Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục

Với thép 45, σb = 600 Mpa ta có : σ-1 = 0,436 × σb = 261,6 Mpa ;

τ-1 =0,58 × σ-1 = 151,7 Mpa ; ψσ = 0,05 ; ψτ = 0Các trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng

III.4 Tính toán chọn ổ lăn

a) Trục I :

Lực dọc trục Fa = 44,7984 N ; Lh = 10000 giờ

Chọn sơ bộ ỗ đũa cỡ nhẹ ký hiệu 7203 với d = 17 mm ; D = 40 mm ;

B = 12 mm ; α = 11,83o ; C = 13,8 kN ; Co = 9,3 kN Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

h 6

Với ổ đũa côn : Xo = 0,5 ; Yo = 0,22 × cotgα =1,0503

Qt = Xo × Fy12 + Yo × Fa2 = 202,3988 N < Fy12

Nên Qt = Fy12 = 261,5297 N < Co = 9300 NVậy ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải tĩnh

b) Trục II

Lực dọc trục Fa = Fa22 - Fa21 = 109,2253 N ; Lh = 10000 giờ

Chọn sơ bộ ỗ đũa cỡ nhẹ ký hiệu 7205 với d = 25 mm ; D = 52 mm ;

B = 15 mm ; α = 13,50o ; C = 23,9 kN ; Co = 17,9 kN Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

h 6

Với ổ đũa côn : Xo = 0,5 ; Yo = 0,22 × cotgα =0,9164

Qt = Xo × Fy24 + Yo × Fa2 = 355,2458 N < Fy24

c) Trục III

Lực dọc trục Fa = 292,0027 N ; Lh = 10000 giờ

Chọn sơ bộ ỗ đũa cỡ nhẹ ký hiệu 7207 với d = 35 mm ; D = 72 mm ;

B = 17 mm ; α = 13,83o ; C = 35,2 kN ; Co = 26,3 kN Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

h 6

Với ổ đũa côn : Xo = 0,5 ; Yo = 0,22 × cotgα =0,8937

Qt = Xo × Fy32 + Yo × Fa1 = 2574,3125 N > Fy32

Nên Qt = 2574,3125 N < Co = 26300 NVậy ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải tĩnh

III.5 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc

Kết cấu vỏ hộp giảm tốc phải đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết

và các bộ phận của máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết trên vỏ truyền đến,chứa dầu bôi trơn, bảo vệ các chi tiết tránh bụi bặm

Hộp giảm tốc bao gồm : thành hộp, nẹp hoặc gân, mặt bích, gối đỡ, …Vật liệu : gang xám GX 15–32

a) Chọn bề mặt nắp và thân

Bề mặt ghép của vỏ hộp thường được chọn song song với mặt

đế, đi qua đường tâm các trục để việc lắp ghép các chi tiết thuận lợi

b) Xác định kích thước cơ bản của vỏ hộp

Chiều dày

Thân hộp : δ = 8 mmNắp hộp : δ1 = 8 mmGân tăng cứng

Chiều dày e : e = 8 mmCác bulông và vít

Bulông nền M16Bulông cạnh ổ M12Bulông ghép bích nắp và thân M10Vít ghép nắp cửa thăm M8

Mặt bích ghép nắp và thân

Chiều dày bích thân hộp S3 = 14 mmChiều dày bích nắp hộp S4 = 13 mm

Bề rông bích nắp và thân K3 = 36 mmMặt đế hộp

Chiều dày đế hộp khi không có phần lồi S1 = 24 mmKhe hở giữa các chi tiết

Giữa bánh răng với thành trong hộp ∆ ≥ 10 mm

Dùng để tháo dầu cũ không còn đảm bảo chất lượng.

h) Que thăm dầu :

Dùng kiểm tra mức dầu trong hộp giảm tốc

i) Bôi trơn hộp giảm tốc

Ta thiết kế hộp giảm tốc được bôi trơn theo phương pháp ngâm dầu