Nghiên cứu thiết kế tính toán thiết bị chế biến nhờ phần mềm inventor

Luận văn, thạc sĩ, tiến sĩ, khóa luận, cao học, đề tài

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut i Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp hà nội -------------***------------- đầu văn thâu Nghiên cứu thiết kế tính toán Thiết bị chế biến nhờ phần mềm inventor Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, nông nghiệp Mã số : 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. đinh bá trụ hà nội 2010 đầu văn thâu * Luận văn thạc sĩ kỹ thuật * Hà Nội - 2010 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đ đợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Đầu Văn Thâu Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut ii Lời cám ơn Trớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn khoa học PGS,TS. Đinh Bá Trụ đ tận tình hớng dẫn, nghiêm khắc chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn, đ định hớng giải quyết các vấn đề khoa học cho luận văn. Đồng thời chỉnh sửa cấu trúc luận văn, để luận văn hoàn thành đúng thời hạn Tôi xin cản ơn trờng ĐH Nông nghiệp Hà Nội, Viện sau Đại học, Khoa Cơ Điện, đ tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn, tôi xin bày tỏ lòng cám ơn thầy Chủ nhiệm bộ môn, cùng các thầy trong bộ môn cơ khí chế tạo, đ đóng góp chỉnh sửa trong quá trình báo cáo tiến độ để cho luận văn đi đúng hớng và đảm bảo tiến độ. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn các đồng nghiệp, đ góp ý kiến xây dựng để luận văn có chất lợng cao. Tác giả luận văn Đầu Văn Thâu Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut iii Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn.ii Mục lục iii lời nói đầu i 1. Tính cấp thiết của đề tài .1 2. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2 3. Mục tiêu của đề tài .2 4. Phơng pháp nghiên cứu 2 5. Nội dung nghiên cứu .2 Chơng 1 Tổng quan thiết kế cơ khí CAD/CAE và thiết bị chế biến 4 1.1. Thiết kế cơ khí CAD/CAE 4 1.1.1. Thiết kế .4 1.1.2. Chi tiết và cơ cấu máy .5 1.1.3. Kỹ thuật thiết kế cơ khí .7 1.1.4. Thiết kế nhờ trợ giúp của máy tính CAD/CAE 10 1.2. Tổng quan về thiết bị chế biến - Máy thái cắt 18 1.2.1. Phân loại .18 1.2.2. Nguyên lý làm việc và nguyên lý cấu tạo máy thái cắt 19 1.2.3. Các dạng đĩa cắt 23 1.3. Một số dạng máy thái cắt 24 1.4. Tình hình sử dụng các máy chế biến ở Việt Nam và Thái Bình .26 kết luận chơng 128 Chơng 2 Tính toán thiết kế sơ bộ máy thái cắt 29 2.1. Thiết kế sơ bộ động học và động lực học .29 2.1.1. Chọn phơng án thiết kế .29 2.1.2. Chọn kiểu máy 31 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut iv 2.1.3. Chọn các thông số của máy 36 2.2. Thiết kế sơ bộ máy thái cắt dạng đĩa cắt .38 2.2.1.Tính toán sơ bộ theo sơ đồ nguyên lý 38 2.2.2. Tính toán bộ truyền đai .39 2.2.3. Tính toán thiết kế trục dẫn 43 2.2.4. Tính toán, thiết kế dao thái 49 kết luận chơng 251 CHƯƠNG 3 TíNH TOáN thiết kế bằng inventor- designaccelerator .52 3.1. Tính toán trục truyền động 53 3.1.1.Phơng pháp tính: 53 3.2. tính toán kiểm nghiệm then .57 3.2.1. Khởi dựng .57 3.2.2.Tính toán và thiết kế then : Hình 3.4 .57 3.3. Tính toán bộ truyền Đai- Puli .59 3.3.1.Khởi dựng 59 3.3.2.Tính toán và thiết kế bộ truyền đai 59 3.4. Tính toán ổ bi 67 3.4.1. Động học tơng đơng tải trọng đối xứng xuyên tâm 67 3.4.2. Động học tơng đơng tải trọng hớng tâm trục .68 3.4.3. Tĩnh học tơng đơng tải trọng đối xứng xuyên tâm .68 3.4.4. Tĩnh học tơng đơng tải trọng đối xứng trục 68 3.4.5. Tải trọng tổng hợp tơng đơng .68 3.4.6. Cơ sở đánh giá thời gian sử dụng 69 3.4.7. Điều chỉnh định mức đánh giá sử dụng 69 3.4.8. Điều chỉnh hiệu suất sử dụng 70 3.4.9. Nhân tố điều chỉnh hiệu quả sử dụng hợp lí, 70 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut v 3.4.10. Nhân tố điều chỉnh hiệu quả sử dụng hợp lí cho ổ lăn có đặc tính riêng a 2 70 3.4.11. Nhân tố hiệu quả sử dụng hợp lí quyết định bởi điều kiện 71 3.4.12. Sự cải biến nhân tố sử dụng SKF , 71 3.5. Tính toán kiểm nghiệm thiết kế ổ lăn .73 3.5.1.Yêu cầu kĩ thuật .73 3.5.2.Tính toán thông số ổ lăn 73 kết luận chơng 375 Chơng 4 mô hình 3d bằng inventorvà Mô phỏng kiểm nghiệm bền bằng inventor STRESS ANALYSIS 76 4.1. Xây dựng mô hình 3D máy và các chi tiết 76 4.1.1. Thit k mô hình 3D trc 76 4.1.2. Thit k mô hình 3D dao ct .77 4.1.3. Thit k mô hình 3D cm dao ct .78 4.1.4. Thit k lp ráp cm Trc - ln .79 4.2. Mô phỏng kiểm nghiệm dao thái cắt 80 4.3. Mô phỏng trờng ứng suất, biến dạng, chuyển vị của cánh gạt vật liệu .83 4.3.1. Trờng ứng suất 83 4.3.2. Trờng biến dạng 84 4.3.3. Vùng nguy hiểm 84 4.4. Mô phỏng trờng ứng suất biến, biến dạng, chuyển vị và vùng nguy hiểm của trục 85 4.4.1.Trờng ứng suất .85 4.4.2.Trờng chuyển dịch .86 4.4.3. Trờng biến dạng 87 Kết luận và kiến nghị .89 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut 1 lời nói đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài Máy chế biến đợc dùng rất rộng ri trong nhiều lĩnh vực của đời sống x hội. Trong các nhà ăn, cần cơ giới hóa khâu chế biến, rất cần các thiết bị nhỏ gọn đa năng để chế biến rau củ quả. Trong xử lý môi trờng, giải quyết xử lý rơm rạ sau vụ thu hoạch để tránh ô nhiễm, do bà con phải đốt, chúng cần đợc chế biến để thành các sản phẩm hữu ích nh làm các tấm ngăn, làm củi đun. Các rác hữu cơ sau khi thu gom cần đợc băn nhỏ, bèo tây bao phủ sông ngòi và ao hồ cần đợc xử lý làm thức ăn gia súc và làm phân bón. Trong chăn nuôi lớn, các trang trại chăn nuôi trâu bò hoặc lợn cần chế biến các rau cỏ làm thức ăn, .Thiết bị sử dụng thuộc dòng máy thái lát chế biến. Chính vì vậy, việc tính toán thiết kế và chế tạo các máy chế biến phục vụ các lĩnh vực nêu trên là một việc rất cần thiết và nặng nề. Việc chế biến nông sản sau thu hoạch đang đặt ra các nhiệm vụ thuộc các lĩnh vực trên, mấu chốt cơ bản là cần phải cơ giới hóa toàn bộ các hoạt động nói trên. Từ đó đặt ra nhiệm vụ thiết kế và chế tạo các thiết bị chế biến, với yêu cầu phù hợp điều kiện thiết kế và chế tạo tại các cơ sở sản xuất cơ khí. Nhng, với phơng pháp thiết kế cũ, chậm và lạc hậu, luôn làm cho các cơ sở cơ khí vừa và nhỏ bị thua thiệt về giá thành và thời gian. Một công nghệ mới Công nghệ thiết kế CAD/CAE và mô phỏng 3D, một công nghệ hiện đại, có thể giúp nhanh chóng đa ra thiết kế với các tính toán độ bền chi tiết, mô phỏng hoạt động của thiết bị, từ đó khẳng định sự làm việc và tính linh hoạt của thiết bị trong thời gian ngắn gấp chục lần so với phơng pháp cũ đồng thời có thể bỏ qua giai đoạn chế thử. Vì vậy việc nghiên cứu đa ra áp dụng một phơng pháp thiết kế hiện đại và thuận tiện đang rất cần cho các cán bộ kỹ thuật cơ khí . Thiết kế tính toán bằng phần mềm cho phép tính đúng tính đủ và tối u đợc kết cầu. Từ đó tạo điều kiện cho chế tạo các thiết bị nhanh chóng và tin cậy, không qua chế thử. Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut 2 Đề tài "Nghiên cứu thiết kế tính toán thiết bị chế biến nhờ phần mềm INVENTOR", mong muốn đa một công nghệ thiết kế mới vào sản xuất, Giải quyết tốt vấn đề chế biến nông sản sau thu hoạch 2. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài - Cơ sở khoa học: Đề tài nghiên cứu áp dụng nguyên lý thiết kế hiện đại thông qua tính toán thiết kế một thiết bị thái lát dùng trong chế biến thức ăn gia súc. Tính toán độ bền của các chi tiết nh; trục, dao thái, cần gạt, .sử dụng công cụ phần mềm INVENTOR , bảo đảm tốc độ tính toán nhanh, độ chính xác tính toán cao, tính công nghệ tốt và có khả năng tối u một số kết cấu điển hình, mà các phơng pháp tính toán kinh điển khó khăn lắm mới đạt đợc. - Tính thực tiễn: Từ một thiết bị đơn giản phơng pháp thiết kế mới, hữu hiệu và nhanh chóng đợc đa vào sản xuất sẽ góp phần nâng cao năng lực thiết kế cho vùng sản xuất nông nghiệp, đồng thời, nắm đợc công nghệ này có ích cho việc đa công nghệ cao vào đào tạo tại trờng Cao đẳng và Đại học. 3. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu ứng dụng một phơng pháp tiên tiến vào thiết kế một thiết bị, thông qua tính toán thiết kế một máy thái lát đơn giản. Nhờ sử dụng phần mềm INVENTOR , sử dụng phơng pháp thiết kế 3D và tối u một số chi tiết điền hình. 4. Phơng pháp nghiên cứu - Về lý thuyết: Nghiên cứu kết cấu máy, tính toán động học và động lực học, tính toán độ bền theo 3 bớc: Thiết kế sơ bộ, thiết kết tính toán kỹ thuật và kiểm nghiệm. - Về thực nghiệm: Thực hiện chế tạo một mô hình thiết bị. 5. Nội dung nghiên cứu Mở đầu Chơng 1.Tổng quan thiết kế cơ khí CAD/CAE và thiết bị chế biến Tổng quan về công nghệ thiết kế CAD/CAE, các dạng máy chế biến, Máy thái cắt, ý nghĩa, công dụng. Tình hình sử dụng máy chế biến ở Việt Nam và Thái Bình. Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut 3 Chơng 2. Tính toán thiết kế sơ bộ máy thái lát. Thiết kế sơ bộ động học và động lực học, thiết kế sơ bộ kết cấu một số chi tiết theo nguyên lý chi tiết máy. Chơng 3. Tính toán thiết kế bằng Inventor-Design Accelerator: Sử dụng phần mềm tính toán và xây dựng kết cấu các chi tiết chính, so sánh kết quả với tính truyền thống. Chơng 4. Mô hình 3D bằng Inventor và mô phỏng kiểm nghiệm bền bằng INVENTOR- STRESS ANALYSIS. Xây dựng mô hình 3D bằng Inventor và mô phỏng chuyển động, kiểm tra độ bền bằng Stress Analysis. Kết luận và kiến nghị Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut 4 Chơng 1 Tổng quan thiết kế cơ khí CAD/CAE và thiết bị chế biến Thiết kế thiết bị là một công việc phức tạp, đòi hỏi ngời thiết kế phải có trình độ kiến thức chung và kiến thức chuyên ngành, phải có kỹ năng thiết kế, nắm đợc các công cụ thiết kế, nhất là các công cụ hiện đại CAD/CAE. Với bất kỳ một thiết bị dù đơn giản, ngời thiết kế cũng cẫn phải đảm bảo đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật để khi sản phẩm đợc chế tạo, luôn đáp ứng đợc các yêu cầu sử dụng. 1.1. Thiết kế cơ khí CAD/CAE 1.1.1. Thiết kế Thiết kế là hoạt động thiết lập, tính toán, vẽ ra nguyên lý, các kết cấu, các chi tiết của các cơ cấu, cụm cơ cấu, các máy móc, các công trình hay phần mềm thể hiện qua tài liệu thiết kế (bao gồm các bản vẽ, sơ đồ, bảng biểu, lu đồ) làm cơ sở cho kỹ s công nghệ lập ra quy trình công nghệ chế tạo ra các sản phẩm phục vụ cho một ngành nào đó. Để thiết kế, ngời thiết kế không những nắm chắc các quá trình và hiện tợng diễn ra trong hệ thống kỹ thuật chuyên ngành mà còn phải vận dụng các kiến thức tổng hợp về toán ứng dụng, vật lý kỹ thuật, về kiến thức thuộc lĩnh vực kỹ thuật cơ khí (vẽ kỹ thuật, cơ lý thuyết, nguyên lý chi tiết máy, sức bền vật liệu .). Trong thời đại công nghệ thông tin, ngời thiết kế cần nắm đợc kỹ thuât lập trình và sử dụng phần mềm thiết kế thành thạo. Các bản vẽ kỹ thuật để chế tạo là sản phẩm cuối cùng của khâu thiết kế. Chúng phải thỏa mn hai mục đích: Bao gồm đầy đủ tất cả các thông tin cần thiết để chế tạo và là một tiêu chí kiểm soát tuổi bền sản phẩm. Trớc, cuối thế kỷ 20, rất nhiều bản vẽ kỹ thuật đợc thực hiện bằng tay với sự trợ giúp của bảng vẽ cơ khí. Sự ra đời của máy tính với giao diện ngời dùng đồ họa đ có thể giúp thực hiện đợc việc tạo ra các mô hình và các bản . văn thâu Nghiên cứu thiết kế tính toán Thiết bị chế biến nhờ phần mềm inventor Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới. .................... 2 Đề tài " ;Nghiên cứu thiết kế tính toán thiết bị chế biến nhờ phần mềm INVENTOR& quot;, mong muốn đa một công nghệ thiết kế mới vào sản xuất,