Đồ án máy ép nước mía đồ án thiết kế máy

Bởi vậy việc lựa chọn động cơ cho máy ép nước mía cũng phải đảm bảo các điều kiện sau: - Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết của cả hệ thống - Tốc độ động cơ phải phù hợp

Lời nói đầu

Trên thị trường việt nam hiện nay có rất nhiều loại nước để đáp ứng nhu cầu giải khát của con người như các sản phẩm của Pepsi, Coca, Tribeco… nhưng những thành phần hóa học trong cácloại nước này ít nhiều gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe của mọi người Bới vậy, người sử dụng hiện nay đang hướng đến nhữngloại nước có nguồn gốc xuất xứ từ thiên nhiên Nước mía chính là loại nước ép được nhiều người Việt Nam sử dụng bởi chất lượng và hương vị của chúng

Chính vì vậy, em đã chọn đề tài “Thiết kế hộp giảm tốc trong máy ép nước mía” để làm đề tài đồ án môn học Thiết kế máy Thông qua đồ án môn học Thiết kế máy, em cùng những sinh viên khác được hệ thống lại những kiến thức đã học nhằm tính toán thiết kế hệ thống máy theo chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc; thiết kế kết cấu máy, các hệ thống dẫn động và phương pháp tính

và các số liệu tra cứu khác… Nhờ việc tra cứu, tham khảo lại kiến thức các môn đã học như: Truyền động cơ khí, Kỹ thuật chế tạo máy, Vẽ kỹ thuật cơ khí… từng bước giúp sinh viên làm quen và định hướng được việc mình phải làm trong tương lại

Bởi vì đây là lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế, phải tổng hợp lại kiến thức đã học, tham khảo các quá trình thực

tế, đồng thời phải thu thập kiến thức từ nhiều nguồn khác nhau song khó tránh khỏi việc thiết sót trong khi thực hiện Em mong được sự góp ý và giúp đỡ của GVHD

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đặc biệt là thầy Trần Đình Sơn đã hướng dẫn tận tình và cho em nhiều ý kiến quý báo cho việt hoàn thành đồ án môn học này

Đà Nẵng, ngày 11/11/2016

Sinh viên thực hiện

Mục lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG VỀ MÁY ÉP NƯỚC MÍA1.1 Giới thiệu máy ép nước mía

1.1.1 Sơ lược về máy ép nước mía

Máy ép nước mía là thiết bị được dùng để ép cây mía đường lấy nước

Máy ép nước mía siêu sạch

1.1.2 Phân loại máy ép nước mía

Máy ép nước mía hiện nay được thế kế và chế tạo đa dạng vàphong phú với nhiều kiểu dáng và chủng loại khác nhau phù hợp với mục đích của người sử dụng

- Phân loại theo công suất :

+ Máy ép nước mía công nghiệp được sử dụng trong các nhà máy mía đường để ép và tinh luyện đường từ mía

+ Máy ép nước mía dân dụng : để ép mía thành nước giải khát sử dụng hằng ngày ( Đây là loại máy ép nước mía được thiết kế trong đồ án này)

- Máy ép nước mía dân dụng có nhiều loại với nhiều mẫu mã kiểu dáng khác nhau nhưng chủ yếu có hai loại chính là:

+ Máy ép nước mía kiểu cũ có tay quay ở bên ngoài có thể sử dụng động cơ hoặc quay bằng tay để ép nước mía Loại này chỉ có 2 trục ép – hay còn gọi là rulo to để ép mía đồng thời

khoảng cách giữa 2 trục ép lớn nên không thể ép kiệt mía trong một lần ép

+ Máy ép nước mía kiểu mới sử dụng động cơ với 3, 4 hay 5 rulo… đồng thời khoảng cách của 2 rulo nhỏ nên có thể ép kiệt mía trong một lần ép.Chính vì vậy em chọn thiết kế máy ép mía kiểu mới trong đề tài này

1.2 Các bộ phân chính của máy ép nước mía

1.2.1 Nguồn động lực

Nguồn động lực có vai trò quan trọng trong tất cả các hệ thống truyền động Nó cung cấp toàn bộ năng lượng cho cả hệ thống hoạt động Bởi vậy việc lựa chọn động cơ cho máy ép nước mía cũng phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết của cả

hệ thống

- Tốc độ động cơ phải phù hợp để đơn giản trong việc thiết kếhộp giảm tốc, đảm bảo về khối lượn và về mặt kinh tế

- Động cơ ổn định khi làm việc trong thời gian dài

- Momen làm việc đủ lớn để thắng được momen cản ban đầu

1.2.2 Hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc là một bộ phận phổ biến và quan trọng trong hầu hết các máy móc cơ khí Trong hệ thống băng tải vận chuyển người hộp giảm tốc được sử dụng nhằm mục đích giảm tốc độ từ trục động cơ đến trục rulo Thông thường để dễ chế tạo thì thiết kếhộp giảm tốc sử dụng bộ truyền bánh răng nghiên kết hợp với bộ truyền xích hoặc bánh răng Vì thế hộp giảm tốc cần phải được tiến hành tính toán cẩn thận Thông thường phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Thỏa mãn những chỉ tiêu làm việc chủ yếu như độ bền mòn, độ cứng ,…

- Giá thành , dễ chế tạo, nhỏ gọn và thẫm mĩ

- Kiểm tra, tháo lắp và sửa chữa thuận lợi

- Đảm bảo dung sai lắp ghép các chi tiết

- Đảm bảo tính an toàn lao động

Hộp giảm tốc có nhiều phương án khác nhau để đạt được yêucầu thiết kế Vì vậy người thiết kế cần vận dụng những hiểu biết về

lý thuyết và kinh nghiệm thực tế để lựa chọn phương áp hợp lý và cao hơn là phương án tối ưu nhất

1.2.3 Rulo

Là thành phần quan trọng

của máy ép nước mía được làm

bằng inox để tránh rỉ sét Rulo

được xẻ nhiều rãnh nhỏ trên bề

mặt để tăng độ ma sát giúp mía

tự “ăn” vào đồng thời để giúp mía

được ép kiệt nước chỉ trong một

lần ép

Máy ép nước mía càng nhiều rulo thì mía ép càng kiệt nước nhưng giá thành cùng công suất động cơ sẽ tăng lên, hiện nay trênthị trường đa số sản xuất loại máy ép mía có 3 rulo

thêm các máy ép bao bì để trang trí cho ly nước mía thêm sinh động, tiện lợi

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ2.1 Nhiệm vụ thiết kế

- Nhiệm vụ : Thiết kế hộp giảm tốc của máy ép nước mía dân dụng

- Các thông số sau khi khảo sát thực tế và lựa chọn :

+ Vận tốc trục ép: tối đa 25 vòng/phút+ Nguồn cung cấp 380V, 50HZ

+ Thời gian làm việc 5 năm, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 6 tiếng ( tương đương 18000 giờ)

2.2 Nguyên lý làm việc và yêu cầu thiết kế

2.2.1 Nguyên lý làm việc

Máy ép nước mía làm việc theo nguyên lý cán

Về cơ bản quá trình ép nước mía là làm cho cây mía bị biến dạng giữa 2 trục cán quay ngược chiều nhau có khe hở nhỏ hơn đường kính của cây mía, kết quả làm cho đường kính theo chiều dọc của mía giảm, chiều dài và đường kính theo chiều rộng tăng lên để ép lượng nước trong mía ra ngoài

Để tăng năng suất ép mía, người ta thường làm trục cán hay rulo được khứa nhiều rãnh để tăng diện tích tiếp xúc , tăng ma sát

để cây mía tự ăn vào rulo đồng thời cũng giúp cho nước mía được

ép ra dễ dàng chảy ra ngoài theo rãnh

Trục cán của nước mía thường có vận tốc chậm để giảm côngsuất của động cơ đồng thời tránh nguy hiểm cho người sử dụng

- Đảm bảo an toàn, thân thiện, đảm bảo vệ sinh

- Phải có kích thước hợp lý, gọn gàng dễ di chuyển

- Sửa chữa bảo trì dễ dàng, thuận lợi

- Thiết kế phải có tính kinh tế, nguyên liệu dễ kiếm trên thị trường

- Đảm bảo được các chỉ tiêu về đánh giá thiết kế

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế

Hệ thống máy ép nước mía dân dụng có nhiều kiểu thiết kế bao gồm động cơ điện, hộp giảm tốc, bộ truyền răng, bộ truyền xích, bộ truyền đai…

Các phương án thiết kế :

- Hộp giảm tốc hai cấp côn trụ, sử dụng bộ truyền ngoàixích

- Hộp giảm tốc hai cấp khai triển, sử dụng bộ truyền ngoài xích.

- Hộp giảm tốc hai cấp khai triển, sử dụng bộ truyền bánh răng

2.3.1 Phương án 1: Hộp giảm tốc hai cấp côn trụ, sử dụng

+ Lắp ghép khó khắn+ Khối lượng và kích thước lớn hơn so với việc dùng bánh răng trụ.+ Sử dụng truyền xích nên dễ bị mòn, ồn ào khi làm việc.

2.3.2 Phương án 2: Hộp giảm tốc hai cấp khai triển, sử dụng bộ truyền ngoài xích

Hình 2.4: Hộp giảm tốc hai cấp khai triển, sử dụng bộ truyền ngoài xích

Ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản+ Sử dụng truyền xích thì không có hiện tượng trượt khi truyền động,hiệu suất cao hơn so với truyền đai, không đòi hỏi căng xích, có thểlàm việc khi có tải đột ngột

+ Tỷ số truyền hộp giảm tốc giảm từ 8-40

 Có nhiều ưu điểm nên ngày nay vẫn được sử dụng rộng rãi

+ Mắc xích dễ bị mòn, gây tải trọng động phụ, ồn khi làm việc.

+ Do truyền tải trọng lớn với vận tốc nhỏ nên khoảng cách hai trục của bộ truyền xích tương đối lớn không phù hợp với tính cơ động của máy ép nước mía dân dụng

2.3.2 Phương án 3: Hộp giảm tốc hai cấp khai triển, sử dụng bộ truyền bánh răng

Ưu

điểm:

+ Kết cấu đơn giản+ Sử dụng bộ truyền bánh răng giúp giảm khoảng cách giữa trục hộpgiảm tốc và rulo tăng tính cơ động của máy

+ Tỷ số truyền hộp giảm tốc giảm từ 8-40+ Thiết kế và chế tạo đơn giản hơn

+ Chi phí thấp

 Có nhiều ưu điểm nên ngày nay vẫn được sử dụng rộng rãi.

=> Như vậy, qua phân tích ưu nhược điểm của các phương án, ta chọn cách

thiết kế theo phương án thứ 3: Hộp giảm tốc hai cấp khai triển, sử dụng bộ truyền bánh răng.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC

3.1 Chọn động cơ điện :

3.1.1 Xác định công suất đặt trên trục động cơ

Công suất ép mía tính theo momen cán:

– hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ kín

– hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ hở

_ hiệu suất của một cặp ổ lăn

– hiệu suất khớp nối

3.2 Phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền động chung:

nt : tốc độ vòng quay của rulo

Mà

Trong đó: : tỷ số truyền chung của hộp giảm tốc

: tỷ số truyền của cặp bánh răng ngoài

: tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp nhanh : tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp chậm

br ol

P P

34,5

2

ol br

P P

48,5

1 = =

=

k dc

P P

48,5.10.55,

48,5.10.55,

,307

34,5.10.55,

,86

21,5.10.55,

21,5

2

ol br

P P

ηη

+ Trên trục rulo:

6

9, 55.10 4920, 43

1879604, 26 25

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN

4.1 Thiết kế bộ truyền ngoài (bộ truyền bánh răng thẳng) :

[ σH] = σH KHL / SH

Trong đó

0 lim

H

σ

: là ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì

cơ sở tra ở bảng 6.2/94[I] Lấy độ rắn bánh răng nhỏ HB1=245, bánh lớn HB2=230 khi đó ta có:

N

=

Với NHO : số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

(MPa) Vậy ta tính được

Trong đó

0 lim

F

σ

: là ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở

0 lim1 1,8 1 1,8.245 441

(MPa)

0 lim 2 1,8 2 1,8.230 414

FE

N K

N

=

Với NF0: Số chu kì cơ sở khi uốn NF0 = 4.106

MF : Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc, với vật liệu

Ta thấy NFE1 > NFO , NFE2 > NFO , ta lấy NFL1 = NFL2 = 1

Bộ truyền quay một chiều, lấy giới hạn bền uốn KFC = 1

Vậy ứng suất uốn cho phép:

⇒

ψbd =(u br +1)ψba / 2 (3,44 1).0,3 / 2 0.666= + =

27,02( 1) 5.(3,44 1)

w

a z

1cosαtw =z m t cos / (2α a w ) (27 92).5.cos 20 / (2.300) 0,93= + =

Suy ra υH = δHg v a0 w1/ um = 0,004.82.0,61 300 / 3,44 1,87 =

Ta có

1 1 1

1,87.136.90

H w w HV

b d K

H

(MPa)

Ta có hệ số ảnh hưởng của vận tốc vòng : với v < 5m/s, Z v =1

nên bánh răng thoả mãn đk bền tiếp xúc

4.1.3.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

có K Fα =1,37

F w w FV

b d K

[σF] [= σF]Y Y Y R S xF

4.2 Thiết kế bộ truyền trong hộp

4.2.1 Bộ truyền cấp nhanh (Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng)

4.2.1.2 Xác định ứng suất cho phép

* Ứng suất tiếp xúc cho phép

Sơ bộ ta có

0 lim

[ σH] = σH KHL / SH

Trong đó

0 lim

(MPa) Vậy ta tính được

[σH1] 560.1 / 1,1 509,10= =

(MPa)

[σH2] 530.1 / 1,1 481,82= =

(MPa)Với bánh răng trụ răng thăng ta có:

[ σF] = σF K KFC FL / SF

Trong đó

0 lim

FE

N K

N

=

Với NF0: Số chu kì cơ sở khi uốn NF0=4.106

MF : Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc, với vật liệu HB<350 ta có mF = 6

NFE : Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương

Ta thấy NFE1>NFO , NFE2>NFO , ta lấy NFL1=NFL2=1

Bộ truyền quay một chiều, lấy giới hạn bền uốn KFC=1

Vậy ứng suất uốn cho phép:

Chọn a w1 =140(mm)

b Xác định các thông số ăn khớp

- Chọn môđun pháp theo công thức

1(0,01 0,02) (1,40 2,80)( )

1

19,8( 1) 2,5(4,64 1)

w

a z

2cos / sin 2 2.1 / sin(2.20) 1,76

4,61.42.50

H w w HV

b d K

H

(MPa)

Ta có hệ số ảnh hưởng củavận tỗc vòng: với v < 5m/s, Z v =1

nên bánh răng thoả mãn đk bền tiếp xúc

d Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

18,43.39,5.50

F w w FV

b d K

[ σH] = σH KHL / SH

Trong đó

0 lim

(MPa)

0 lim 4 4 70 2.245 70 560

(MPa)

- SH : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc

(MPa) Vậy ta tính được

[σH3] 590.1 / 1,1 536,36= =

(MPa)

[σH4] 560.1 / 1,1 509,10= =

(MPa)Với bánh răng trụ răng nghiêng ta có:

[ σF] = σF K KFC FL / SF

Trong đó

0 lim

Với NF0: Số chu kì cơ sở khi uốn NF0 = 4.106

MF : Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc, với vật liệu

HB < 350 ta có mF=6

NFE : Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương

Ta thấy NFE1 > NFO , NFE2 > NFO , ta lấy NFL3 = NFL4 = 1

Bộ truyền quay một chiều, lấy giới hạn bền uốn KFC = 1

Vậy ứng suất uốn cho phép:

Theo bảng 6.6/97 [I] chọn ψba =0,3

;Theo bảng 6.5/96 [I] ta chọn Ka=43( răng nghiêng)

β =

, cosβ = 0,9848

Số bánh răng nhỏ 1:

2 3

2

2 cos 2.165.0,9848 28,4( 1) 2,5(3,57 1)

w

a z

Tỉ số truyền thực

100

3,57 28

m

u = =

0 0

3 4 2

274Pa

Ta có tgβb =cosα βt tg =cos 20,57 14,14 0,2359tg = ⇒βb =13,27

Với α αt = tw =arctg tg( α /tgβ)=arctg tg( 20 / 14,14) 20,57tg =

Do đó ZH = 2cos βb / sin 2 αtw = 2.cos13,27 / sin(2.20,57) 1,72 =

H w w HV

b d K

d Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Trong đó tra bảng 6.15,6.16[I] ta có δF =0,006;g0 =73

Hệ số xét đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính

về uốn :

2 2 2

3,45.49,5.72,21

F w w FV

b d K

Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Yε =1 /εα =1 / 1,74 0,57=

Với bánh răng nghiêng ta có

1 / 140 1 14,14 / 140 0,899

Yβ = − β = − =

Vậy σF3 =2.166054,51.1,54.0,57.0,899.3,80 / (49,5.72,21.2,5) 111,45=(MPa)

σF4 =σF1Y F3/Y F4 =111,45.3,80 / 3,60 117,64=

(MPa)Tính chính xác ứng suất uốn cho phép:

Với trục vào lấy[ ] τ =1 15

MPa, trục trung gian [ ] τ 2

1 1 / 0,2[ ]1 36725,61 / (0,2.15) 23,05( )

d = T τ = = mm

3 3

2 2 / 0,2[ ]2 166054,51 / (0,2.20) 34,63( )

d = T τ = = mm

3 3

3 3 / 0,2[ ]3 576417,81/ (0,2.30) 45,85( )

d = T τ = = mm

Tra bảng P.1.7/242 [I] ta có đường kính động cơ là: d dc =32(mm)Chọn d1=25 mm, d2=35 mm, d3=45 mm

4.3.5 Tính trục vào I

4.3.5.1 Chọn khớp nối cho trục I.

Từ kích thước trục dI và mômen xoắn trên trục I , theo bảng

[ Sách Thiết kế Hệ DĐCK-T2] chọn nối trục vòng đàn hồi

có các thông số cơ bản sau :

+Tt : là mômen xoắn tính toán

+k : là hệ số an toàn phụ thuộc vào tính chất nguy hiểm của bộ

truyền khi nối trục Theo bảng 16 1/ 58− [ Sách Thiết kế Hệ DĐCK-T2]với bộ truyền băng tải ta lấy : k = 1.4

Vậy Tt = 1.4× 11.334 = 15.868 (Nm) < [T ] ( [T] là mômen xoắn lớn nhất mà khớp nối có thể truyền được

+ Lực trên khớp nối : Ftk = 0

146950

T D

Thay số ta có:

0 1 1

1

1

1469 258,6 1210, 4534,7

1469.122,5 258,6.(183 80,5)

611, 0183

534,7.122,5

357,9183

x x

oy y x y

F F

4.3.5.4 Biểu đồ mômen uốn

M1x và M1y trong cỏc mặt phẳng xOz và yOz và biểu đồ

mômen xoắn T1 (hình bên).Trên biểu đồ ghi giá trị tuyệt đối của các mômen ứng với từng đoạn trục

4.3.5.5 Tính mômen tương đương tại các tiết diện trên chiều dài trục

3 3

4.3.5.7 Tính toán mối ghép then

Với đoạn trục lắp khớp nối d13=28 (mm), ta chọn nối ghép then bằng

Tra bảng 9.1a/173 [I] ta có:

l=50(mm); b=8 mm; h=7(mm); t1=5(mm); t2=3,3(mm);

rmin=0,25(mm); rmax=0,4(mm)

Kiểm nghiệm độ bền của then:

+ Điều kiện bền dập: σd =2 / [T1 d l h t13 ( − 1)] [≤ σd]

Thay số σd =2.36725,61 / [28.50(7 5)] 26,23(− = MPa)

Với dạng lắp ghép cố định, vật liệu mayơ bằng thép ,tảI trọng

va đập nhẹ ta có: ứng suất cho phép [σd] 100(= MPa)

, thoả mãn đk bền dập

+ Điều kiện bền cắt: τc =2 / (T1 dlb) 2.36725,61 / (28.50.8) 6,56(= = MPa)

Với thép C455 chịu tải trọng tĩnh: [ ] 60(τc = MPa)

(thoả mãn điều kiện)

Thay số ta có:

0 1 1 1 1

4599,2 1469 6068,2

1726 534,7 1191,3 4599,2.61,5 1469.122,5

2529,0 183

1726.61,5 1158,7.72 / 2 534,7.122,5

450,1 183

4.3.6.3 Biểu đồ mômen uốn

M1x và M1y trong cỏc mặt phẳng xOz và yOz và biểu đồ mômen xoắn T1 (hình bên).Trên biểu đồ ghi giá trị tuyệt đối của các

mômen ứng với từng đoạn trục

4.2.6.4 Tính mômen tương đương tại các tiết diện trên chiều dài trục

3 3

4.2.6.6 Tính toán mối ghép then

với đoạn trục lắp bánh răng d21 =d22=38 (mm), ta chọn nối ghép then bằng

Tra bảng 9.1a/173 [I] ta có:

Với bánh răng lớn và bánh răng nhỏ:

Với dạng lắp ghép cố định, vật liệu mayơ bằng thép ,tải trọng va

đập nhẹ ta có: ứng suất cho phép [σd]=100(MPa)

, thoả mãn đk bền dập

+ Điều kiện bền cắt: τc =2T2/(dlb)=2.166054,51/(38.49.12)=18,20(MPa)

Với thép C455 chịu tải trọng tĩnh: [τc]=60(MPa)

(thoả mãn điều kiện)