Bài tập lớn Thiết kế kĩ thuật Máy rang cà phê

Vì lý do đó, nhóm quyết định thực hiện dự án thiết kế Máy rang cà phê với mục đích cải tiến công đoạn rang cà phê nhằm đạt năng suất, chất lượng cao hơn, góp phần thúc đẩy việc sản xuấ

Giới thiệu chung:

Cà phê là một đồ uống hết sức quen thuộc trong cuộc sống hiện đại Nước ta nằm trong diện một trong những nước xuất khẩu cà phê nhiều nhất trên thế giới Sản lượng xuất khẩu cà phê mỗi năm rất cao Tuy nhiên, năng suất và chất lượng cà phê sản xuất ra còn thấp do quy trình chế biến cà phê chủ yếu vẫn ở dạng thô Đặc biệt là công đoạn rang cà phê không đều, đa số công đoạn này mang tính chất thủ công Người rang cà phê thường phải rang bằng tay, và với một số lượng nhỏ trong mỗi lần rang, nhiệt độ rang ở mỗi phần của chảo rang thường không

đồng đều Vì lý do đó, nhóm quyết định thực hiện dự án thiết kế Máy

rang cà phê với mục đích cải tiến công đoạn rang cà phê nhằm đạt năng

suất, chất lượng cao hơn, góp phần thúc đẩy việc sản xuất và xuất khẩu

cà phê ở nước ta.

Mô tả nhóm thiết kế:

Nhóm thiết kế bao gồm các thành viên sau:

1 Lâm Hữu Bảo (MSSV: 20500143)

Đặc điểm: Có khả năng lãnh đạo, có tài tổ chức sắp xếp công việc, năng động, nhạy bén, có cái nhìn tinh tế, có khả năng đánh giá công việc, được sự tin cậy và có quan hệ tốt với các thành viên trong nhóm Vai trò: Trưởng nhóm, và cũng là người điều phối, người chăm sóc nhóm; ngoài ra còn là người lập kế hoạch, người giám sát-đánh giá Nhiệm vụ: Phân chia công việc cho các thành viên trong nhóm, tổ chức, sắp xếp các buổi gặp mặt, lên kế hoạch thực hiện các nhiệm vụ,

giám sát việc thực hiện các nhiệm vụ đó, đảm bảo nhóm hoạt động hòa đồng, có nguyên tắc, cơ sở

2 Lê Văn Dũng (MSSV: 20500490)

Đặc điểm: Thông minh, lanh lợi, có óc sáng tạo, hòa đồng, có quan

hệ ngoại giao tốt

Vai trò: Người sáng tạo, người khám phá

Nhiệm vụ: Tìm kiếm, thu thập dữ liệu, tham khảo các thiết kế tương tự bên ngoài thị trường, từ cơ sở các dữ liệu đưa ra các ý tưởng thiết kế

toán Máy rang cà phê.

Phát biểu bài toán thiết kế:

Máy rang cà phê được sử dụng bởi các cơ sở chế biến cà phê Máy giúp cho công việc rang cà phê được nhanh chóng, nâng số lượng cà phê được rang trong mối lần rang, đồng thời giúp việc rang cà phê đồng đều hơn, do vậy, tăng năng suất cũng như chất lượng hạt cà phê sau khi rang.

Các bước tiến hành thiết kế:

Nhóm sẽ tiến hành thiết kế sản phẩm theo trình tự các nhiệm vụ sau:

 Nhiệm vụ 1: Thành lập nhóm thiết kế

Mục đích: Tìm nguồn nhân lực cho dự án thiết kế

Công việc: Vận động, tìm kiếm các thành viên có những phẩm chất và năng lực cần thiết để thành lập nhóm thiết kế

Người thực hiện: Bảo

Thời gian: 1 tuần

 Nhiệm vụ 2: Phân tích nhiệm vụ thiết kế

Mục đích: Xác định mục tiêu, nhiệm vụ cụ thể của bài toán thiết kế

Công việc: Đặt vấn đề thực hiện bài toán Máy rang cà phê, phát

biểu bài toán thiết kế

Người thực hiện: Bảo và Dũng

Thời gian: 2 tuần

 Nhiệm vụ 3: Lập kế hoạch thực hiện

Mục đích: Lập kế hoạch, thời gian biểu cho các công việc cần được giải quyết

Công việc: Sắp xếp, lên kế hoạch các công việc, nhiệm vụ phải thực hiện theo trình tự để giải quyết bài toán thiết kế, sử dụng biểu đồ thanh lập lịch trình thiết kế

Người thực hiện: Bảo và Bình

Thời gian: 1 tuần

 Nhiệm vụ 4: Xác định các yêu cầu kỹ thuật của bài toán thiết kế

Mục đích: Xác định các yêu cầu khách hàng và các yêu cầu kỹ thuật

Công việc: Tiến hành thăm dò ý kiến khách hàng để xác định các yêu cầu của họ về sản phẩm, sau đó sử dụng phương pháp QFD

để xác định các yêu cầu kỹ thuật

Người thực hiện: Dũng

Thời gian: 1 tuần

 Nhiệm vụ 5: Đưa ra ý tưởng cho bài toán thiết kế

Mục đích: Đưa ra các ý tưởng thiết kế

Công việc: Đóng góp ý tưởng cho bài toán sau khi đã tham khảo các thiết kế có liên quan

Người thực hiện: Dũng và Bình

Thời gian: 2 tuần

 Nhiệm vụ 6: Đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế

Mục đích: Chọn phương án thiết kế

Công việc: Từ các ý tưởng được đưa ra, các thành viên tiến hành đánh giá và lựa chọn thiết kế theo ý tưởng khả thi và hiệu quả nhất

Người thực hiện: Cả nhóm

Thời gian: 2 tuần

 Nhiệm vụ 7: Tính toán thiết kế sản phẩm

Mục đích: Tiến hành thiết kế sản phẩm

Công việc: Tính toán thiết kế chi tiết sản phẩm, hình dáng, kết cấu các chi tiết, thực hiện các bản vẽ chung, bản vẽ lắp, bản kê, bản vẽ chi tiết…

Người thực hiện: Cả nhóm

Thời gian: 2 tuần

 Nhiệm vụ 8: Đánh giá sản phẩm

Mục đích: Đánh giá các chỉ tiêu liên quan đến sản phẩm

Công việc: Sử dụng các chỉ tiêu đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu khách hàng của sản phẩm về các mặt như: khả năng làm việc, giá thành, độ bền, độ tin cậy…

Người thực hiện: Cả nhóm

Thời gian: 1 tuần

 Nhiệm vụ 9: Viết thuyết minh và báo cáo

Mục đích: Giới thiệu bài toán thiết kế

Công việc: Trình bày các bài thuyết trình, báo cáo, giới thiệu bài toán thiết kế

Người thực hiện: Cả nhóm

Thời gian: 1 tuần

 Nhiệm vụ 10: Nộp bài

Thời gian: 1 tuần

Biểu đồ thanh biễu diễn lịch trình thiết kế:

Nhiệm vụ Người

thực hiện

T 1

T 2

T 3

T 4

T 5

T 6

T 7

T 8

T 9

T1 0

T1 1

T1 2

T1 3

Xác định yêu cầu khách hang:

Với đề tài thiết kế lại Máy rang cà phê, đối tượng khách hàng nhóm

hướng tới là nông dân, xí nghiệp chế biến, hợp tác xã, nông trường sản xuất cà phê… Do thời gian có hạn, nhóm quyết định lựa chọn phương pháp thăm dò (đặt câu hỏi) để thu thập thông tin từ phía khách hàng Bảng câu hỏi:

Bạn vui lòng trả lời các câu hỏi sau:

1 Bạn đã từng mua Máy rang cà phê chưa?

4 Hiệu quả kinh tế của máy như thế nào? (Tính tiết kiệm điện, đầu tư thấp, hoàn vốn nhanh)

Thao tác máy phải đơn giản, không quá cồng kềnh, số lượng cà phê mỗi lần rang lớn, nhiệt độ rang đồng đều, thời gian nhanh, không gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt giá thành của máy phải phù hợp với khách hàng.

Sử dụng phương pháp QFD xác định yêu cầu kỹ thuật của sản

phẩm:

Sau khi tham khảo các yêu cầu của khách hàng về sản phẩm, nhóm tiến hành biên dịch các yêu cầu đó thành các yêu cầu kỹ thuật và đạt được kết quả như sau:

1 Máy có kiểu dáng đẹp => thiết kế mẫu mã

2 Máy không quá cồng kềnh, nặng nề => mức độ đơn giản, kích thước của các chi tiết

3 Máy dễ sử dụng => các công đoạn, thao tác đơn giản

4 Máy tiết kiệm điện => hiệu suất máy cao

5 Máy có độ tin cậy cao => độ bền của các chi tiết, hiệu quả rang cà phê

6 Chất lượng hạt cà phê sau khi rang tốt => bộ phận cung cấp nhiệt đều đặn, vận tốc quay của thùng rang ổn định

7 Máy không gây ô nhiễm môi trường => nhiệt độ rang không quá cao làm cháy cà phê, hệ thống bôi trơn tốt, giảm thiểu tiếng ồn

8 Máy không tỏa nhiệt ra môi trường bên ngoài => sử dụng vật liệu cách nhiệt

9 Giá thành máy thấp => mức độ đơn giản trong công tác chế tạo máy

Tham khảo thiết kế liên quan :

Máy rang hiện đang được sử dụng bày bán phổ biến ngoài thị trường:

- Xuất xứ: Việt Nam

- Lĩnh vực áp dụng: Nông nghiệp, Công nghệ thực phẩm

- Mô tả tóm tắt công nghệ thiết bị: Thiết bị dùng để rang cà phê hoặc các nông sản khác đã được phơi khô

Thiết bị bao gồm:

+ Thùng rang đường kính khoảng 1000 mm

+ Bếp ga cung cấp nhiệt cho thùng rang

+ Bộ điều khiển nhiệt độ và cơ cấu van tiết lưu khí tự động cung cấp ga cho bếp ga

+ Động cơ và hệ thống điện điều khiển toàn bộ quá trình rang như tốc độ quay, thời gian rang, nhiệt độ

- Công suất: 70-100 kg/h

- Tiêu chuẩn đạt được: Tiêu chuẩn Việt Nam

- Ưu điểm: Tăng năng suất lao động, giảm thiểu thời gian rang, giảm giá thành sản xuất, thao tác đơn giản, giảm được thời gian làm việc trong môi trường nóng, một số khâu vận hành phức tạp được tự động hóa, do

đó sẽ sản phẩm sau khi rang đạt được độ ổn định, không tỏa nhiệt ra môi trường bên ngoài trong quá trình rang nhờ có lớp cách nhiệt, tiết kiệm nhiên liệu (chỉ 2 kg gas/mẻ/100 kg sản phẩm)

Đưa ra các phương án thiết kế:

Ý tưởng 1: Hệ thống sẽ gồm một bộ truyền xích, hộp giảm tốc, bộ

phận công tác là thùng rang Dùng bộ truyền xích nối giữa bàn đạp với hộp giảm tốc bánh răng côn, sau đó đi đến thùng rang

Người ngồi trên xe sẽ đạp bàn đạp tạo mô men truyền đến xích, qua hộp giảm tốc làm quay thùng rang

Ý tưởng 2: Hệ thống cũng bao gồm bộ truyền xích nối giữa tay quay

với hộp giảm tốc bánh răng côn, sau đó đi đến thùng rang

Người dùng tay quay tay quay tạo mô men truyền đến xích, qua hộp giảm tốc làm quay thùng rang

Ý tưởng 3: Dùng động cơ điện thay cho sức người, động cơ được nối

với hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng thông qua bộ truyền đai

Sử dụng ma trận quyết định đánh giá các ý tưởng:

Lực cần thiết để quấn thùng trộn là F = 600 N ( do lượng cà phê không nặng lắm ; vật liệu làm thùng trộn nhẹ và gọn)

Đường kính cần thiết cho thùng trộn là D = 1000 mm

Để cà phê được rang đều thì thùng trộn nên quay cỡ nửa vòng trong một giây tức vận tốc quay trên trục thùng trộn là n = 0.5555 vòng/s ( nhóm chọn vận tốc lẻ vì để thuận lợi cho quá trình tính toán thiết kế)

Từ đó tính toán được vận tốc vòng trên thùng trộn :v = 1.745 m/s

Phần một : Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

1-CHỌN ĐỘNG CƠ

Xác định công suất động cơ:

Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức

ct Pt

P





Trong đó: Pct là công suất tính toán

là hiệu suất truyền động của cả hệ thống

ol là hiệu suất một cặp ổ lăn ol= 0.99

br là hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng br= 0.97

x là hiệu suất một bộ truyền xích x= 0.96

Tất cả các giá trị này đều tra theo bảng 2.3 tài liệu [1]

Vậy   1.0,99 0,97.0,964 2  0,8587

Vậy

1,047

1, 21 0,8587

 Trong đó: u là tỷ số truyền tổng của hệ thốngt

nlv là số vòng quay của trục quay thùng rang

n là số vòng quay của động cơ dc n = 698 vg/phdc

Để cà phê được rang đều thì vận tốc quay của trục quay thùng rang ta nên chọn với vận tốc là 0.5555 vòng/s= 33.33 vòng/phút

Từ đó suy ra tỷ số truyền của cả hệ thống :  698

20,9 33,33

t

2.2-Phân phối tỷ số truyền của hệ dẫn động ut

Chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc là u h 5

Vậy tỷ số truyền của bộ truyền xích là 20,94

4,188 5

t x h

u u u

2.3 Xác định công suất,mômen,và số vòng quay trên các trục:

Ta có 3

1 1 1

lv T ol

P P

T T

ol x

P P

T T

ol br

P P

T T h

n n u

3 2

139,6

33,333 4,188

T T x

n n u

1-TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH

Số liệu ban đầu :

Công suất P1 PT3  1 KW

Mômen xoắn T T  3  286502,865 Nmm

Tỷ số truyền u x 4,188

Số vòng quay bánh dẫn n1 nT2  139,6 vg/ph

1.1-Chọn loại xích ống con lăn

1.2-Chọn số răng của đĩa xích dẫn theo công thức

n K n

   chọn n 01 200 vg/ph theo bảng 5.5 tài liệu [1]

Hệ số răng đĩa xích

1

25 25

1,19 21

z

K z

Vậy

1, 68.1,19.1, 433.1

2,865 1

t

Theo bảng 5.5 tài liệu [1] cột n 01 200 vg/ph ta chọn bước xích p c 19,05 mm

Ứng với bước xích này ta có   P  4,8 KW nên thỏa mãn điều kiện Pt    P

1.6-Theo bảng 5.2 tài liệu [2] số vòng quay tới hạn tương ứng bước xích 19,05 mm là n th 900

vg/ph nên điều kiện n1 nthđược thỏa

1.7-Xác định vận tốc trung bình v của xích theo công thức

Lực vòng có ích là 1000 1 1000.1

1049,3 0,953

t

P F

z n p K



Với  po  30 MPalà áp suất cho phép trong bản lề xích khi số vòng quay của bánh xích nhỏn1

vg/ph,tra theo bảng 5.3 tài liệu [2]

Fv là lực căng do lực ly tâm gây nên xác định theo công thức

2-TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT CẶP BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC

Số liệu ban đầu :

Mômen xoắn trên trục bánh dẫn: T 1 14694, 412 Nmm

Tỷ số truyền : u u  h  5

Số vòng quay trên bánh dẫn : n1 nT1  698 vg/ph

Số vòng quay trên bánh bị dẫn : n2  nT2  139,6 vg/ph

Thời gian phục vụ : L 5 năm (1 năm làm việc 300 ngày,1 ca làm việc 8 giờ)

Do bộ truyền kín (hộp giảm tốc) chọn chế độ bội trơn tốt thì dạng hỏng chủ yếu là tróc rỗ bề mặtrăng và ta tiến hành tính toán theo ứng suất tiếp xúc và kiểm nghiệm theo độ bền uốn

2.1-Mômen xoắn trên trục bánh dẫn T 1 14694, 412 Nmm,tỷ số truyền u 5,số vòng quay

698

2.2-Chọn vật liệu cho bánh dẫn và bánh bị dẫn.Theo bảng 6.13 tài liệu [2] chọn loai thép C45

được tôi cải thiện Theo bảng 6.13 tài liệu [2] đối với bánh dẫn,ta chọn độ rắn trung bình HB1

270, đối với bánh bị dẫn ta chọn độ rắn trung bình HB2 250

2.3-Số chu kỳ làm việc cơ sở:

2.4-Số chu kì làm việc tương đương,xác định theo sơ đồ tải trọng:

Do làm việc với chế độ tải trọng không đổi nên

NHE1 NFE1  60 cn L1 h

NHE2  NFE2  60 cn L2 h

Trong đó:

c là số lần ăn khớp của răng trong mỗi vòng quay của bánh răng c 1

Lh là tổng thời gian làm việc tính bằng giờ,được xác định theo công thức:



Khi tôi cải thiện thì S H 1,1

Khi tính toán thiết kế chọn sơ bộ:  OHlimi0,9

Nên điều kiện:  Hmin   H  1, 25  Hmin không được thỏa

Như vậy đối với bộ truyền bánh răng trụ ta chọn:

F

 2

450 1 257,14 1,75

u



Theo bảng 6.4 tài liệu [2] ta chọn KH  1 và KF  1,01

Theo tiêu chuẩn ta chọn a w 80 mm

2.10-Môđun răng tính theo công thức:

2.12-Các thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng:

Đường kính vòng chia:

1 1

1, 25.21

26,68 cos cos10, 26

n

o

m z d

n

o

m z d

 

 

1 1

n

b m

1 2

1 1 1,88 3, 2 cos

H w w Hv

H H

v b d K

Chọn a w 100 mm theo tiêu chuẩn

Tiến hành tính toán lại từ bước 2.10 ta có:

Môđun răng m  2n 1: mm Theo tiêu chuẩn ta chọn: m n 1,5mm

Tính toán lại và chọn 1

2

21 105

z z

Cuối cùng ta được: H  351,1 MPa

Ứng suất tiếp xúc cho phép tính theo công thức:

 H 0 limH HL R V l xH

H

K Z Z K K S

Cuối cùng ta được:  H  435,3 MPa

Như vậy H   H do đó điều kiện bền tiếp xúc được thỏa

2.17-Số răng tương đương:

1 13 321

25 cos cos 19,09

z z



2 23 3105

124 cos cos 19,09

z z



2.18-Hệ số dạng răng YF

F F

F F

Y



Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn:

2.19-Công thức kiểm nghiệm độ bền uốn của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng là:





Y là hệ số xét đến ảnh hưởng của góc nghiêng răng đến độ bền uốn,tính theo công thức:

Với sin 40.sin19,09

2,78 1,5

o w

n

b m

t w

T F d

PHẦN 3 : TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THEN CHO

TRỤC

1-TÍNH TOÁN TRỤC VÀ CHỌN THEN CHO TRỤC 1

Số liệu ban đầu:

Mômen xoắn cần truyền: T 1 14694,412 Nmm

t

T F d

Lực dọc trục Fa1 F tgt1   881,8 19,09 tg 0  305, 2 N

Lực hướng tâm

0 1

881,8 20

339,6 cos cos19,09

t r

2 1

t t

T F D



Theo tiêu chuẩn ta chọn d 17mm

1.4-Chọn kích thước dọc trục theo công thức:

l l  1 2 x w 

Trong đó:

l1 b145 mm

x 10 là khe hở giữa bánh răng và thành trong hộp giảm tốc

w tra theo bảng 10.2 tài liệu [2] với mômen xoắn T 1 14694,412Nmm thuộc khoảng

T 10000:20000Nmm nên w 20:40 chọn w 30

Suy ra l 45 2.10 30 95   mm

Khoảng cách f chọn trong bảng 10.2 tài liệu [2], f không nhỏ hơn 40 :55 chọn f  55mm

1.5-Vẽ biểu đồ mômen uốn và mômen xoắn.

Chọn chiều dương cho các momen theo chiều kim đồng hồ

1.6-Tính momen tương đương tại các tiết diện:

30353,3

16,89 0,1 0,1.63

tdB B

M d



Với    =63 Mpa chọn theo bảng 10.5 tài liệu [1]

Theo tiêu chuẩn ta chọn d 1B 17 mm

Trục 1 có một then tại B với đường kính d 1B 17mm ta chọn then theo bảng 9.1a tài liệu [1] có chiều rộng b 5mm,chiều cao h 5mm,chiều sâu rãnh then trên trục t 3mm

Theo tiêu chuẩn ta chọn d1A  d1C  12 mm

1.7-Kiểm nghiệm trục 1 theo hệ số an toàn tại B theo công thức:

s K

 ,m,a,m là biên độ và giá trị trung bình của ứng suất

Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng:

395,86

B B

 

Trong đó:

878, 2

B B

Theo bảng 10.10 tài liệu [1] ta chọn   0,94 và   0,91

Hệ số   0,05 và   0,024 tra theo hình 2.9 tài liệu [2]

0,05.0 0,94.1,7

0,024.8,365 0,91.1,7

Do đó điều kiện bền mỏi của trục 1 tại tiết diện B được thỏa

2-TÍNH TOÁN TRỤC VÀ CHỌN THEN CHO TRỤC 2

Số liệu ban đầu: