PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG TẤM NGANG21.1 Giới thiệu chung21.1.1 Cơ sở lý luận và thực tiễn21.2.2 Giới thiệu hệ thống cấp liệu xích tải21.3.3 Mục tiêu thiết kế21.2 Các phương án lựa chọn hệ thống21.2.1 Lựa chọn hệ thống xích tải băng tấm inox3PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ4CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG VÀ CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG XÍCH TẢI51.1 Chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền51.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng thẳng91.3 Thiết kế trục trên inventor151.4 Thiết kế các chi tiết phụ211.5 Bôi trơn hộp giảm tốc25CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XÍCH TẢI, CÁC CHI TIẾT PHỤ262.1 Bộ phận truyền động262.2 Tính toán bộ truyền xích272.3 Tính toán thiết kế trục tang dẫn động312.4 Chọn các chi tiết của băng tấm35CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUNG ĐẶT HỆ THỐNG XÍCH TẢI373.1 Lựa chọn vật liệu373.2 Hệ khung băng tải373.3 Thiết kế373.4 Mô phỏng kiểm nghiệm38PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ43TÀI LIỆU THAM KHẢO44
BỘ CƠNG THƯƠNG Trường đại học cơng nghiệp Hà Nội ***** ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải dây chuyền vận chuyển nước giải khát Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Hồng Tiến Sinh viên thực hiện: xxx Hà Nội, 2019 MỤC LỤC PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG TẤM NGANG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Cơ sở lý luận thực tiễn Sản xuất nước giải khát ngành công nghiệp mạnh khơng nước ngồi mà cịn phát triển nước Trong đó, việc sử dụng hệ thống cấp liệu xích tải áp dụng nhiều nước sở sản xuất lớn, nhiên sở sản xuất vừa nhỏ cịn hạn chế giá thành đắt kích thước lớn, chưa phù hợp với điều điều kiện sản xuất Vì vậy, dây truyền làm việc dây truyền vận chuyển từ lúc thành phẩm đến lúc đóng hộp cần nhiều cơng nhân Điều ảnh hưởng đến kinh tế suất 1.2.2 Giới thiệu hệ thống cấp liệu xích tải Máy cấp liệu xích tải thiết bị khơng thể thiếu hoạt động sản xuất khép kín tự động Máy thiết kế dùng để cấp liệu đầu vào phù hợp cho dây truyền sản xuất: khai thác khoáng sản, than đá, vật liệu xây dựng Sự đời máy giúp khâu cấp liệu đầu vào dây truyền sản xuất tự động hóa, thuận tiện, nhanh chóng Cơng máy phù hợp với dây truyền sản xuất vừa nhỏ 1.3.3 Mục tiêu thiết kế Thiết kế hệ thống cấp liệu xích tải với xuất 360 sản phẩm với yêu cầu về: • Kinh tế - Xã hội: Đảm bảo yếu tố giá thành rẻ, hợp lý điều kiện Việt Nam • Mục tiêu khoa học cơng nghệ: Đảm bảo chất lượng cấu chế tạo ra, đạt yêu cầu an toàn, độ ổn định, hệ thống dễ vận hành sử dụng, đạt suất theo yêu cầu 1.2 Các phương án lựa chọn hệ thống • Vận chuyển dây chuyền sử dụng hệ thống xích tải inox • Vận chuyển dây chuyền sử dụng hệ thống xích tải lưới • Vận chuyển dây chuyền sử dụng hệ thống băng tả Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng, nhiên chọn hệ thống xích tải hợp lý xích tải làm việc q tải đột ngột 1.2.1 Lựa chọn hệ thống xích tải băng inox Băng loại máy vận chuyển liên tục với phận kéo xích có gắn lát tạo thành bàn nâng tải Lực cản băng nhỏ Bộ phận kéo băng ngang xích nên có độ bền kéo lớn băng có chiều dài lớn, suất cao Băng chuyển động với vận tốc khơng lớn công việc đưa tải lên băng dễ dàng Băng sử dụng ngàng công nghiệp mỏ, khai thác vật liệu xây dựng, khai thác vận chuyển hàng rời khô dây chuyền công ty, xí nghiệp Tuy cịn tồn nhược điểm như: Trọng lượng băng nói chung trọng lượng truyền động lớn, kết cấu băng tương đối phức tạp, Trong băng có đĩa xích bánh địi hỏi phải chăm sóc, bảo dưỡng thường xun Nhưng khơng phải vấn đề lớn trình thiết kế, lắp đặt sử dụng Khi thiết kế băng tấm, có hai loại vật liệu chính: • Băng làm nhựa • Băng làm inox Ưu điểm: Cả hai loại có hệ số ma sát thấp chịu mài mòn tốt, tải trọng làm việc cao Khi bị cố thay nối đoạn cách dễ dàng Độ phẳng, bề mặt xích tải nhựa đạt độ phẳng đáp ứng tiêu chuẩn cao với tính trượt tối ưu Sử dụng vật liệu không đàn hồi, nhiệt độ thấp co khả tải tốt, ổn định hình học chống va đập Nhược điểm: • Băng làm nhựa: Dễ mài mịn, khơng đảm bảo độ bền, cần bảo dưỡng thay bị mòn phí sau sử dụng cao • Băng làm inox: Trọng lượng lớn Tuy băng làm inox có trọng lượng lớn, sau lắp đặt di chuyển nhiều nên hợp lý q trình thiết kế Bên cạnh cịn khắc phục nhược điểm băng làm nhựa PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ Bảng 1: Số liệu đầu vào băng tải Lực vịng xích tải Ft Nước giải khát 300mml 300 N Tốc độ xích tải 0.2 (m/s) Khối lượng riêng vật liệu 30 (kg/1sp) Chiều dài vận chuyển 2,75 (m) Chiều dài băng xích (m) Đường kính đĩa xích: Dr 160 mm Số ca làm việc: ca Năng suất: z = 360 (sp/1h) Vật liệu vận chuyển Hình 1: Sơ đồ động học: CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG VÀ CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG XÍCH TẢI 1.1 Chọn động điện phân phối tỷ số truyền 1.1.1 Chọn động a) Xác định công suất cần thiết đặt lên trục động Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ: Trong đó: Pct = 0.06 (kW) : Cơng suất trục công tác : Hiệu suất truyền động máy Bảng 1.1: Hệ số hiệu suất truyền Kí hiệu Tên gọi Hiệu suất truyền xích Hiệu suất cặp bánh côn Hiệu suất cặp bánh trụ Hiệu suất ổ lăn Hiệu suất khớp nối => ƞ = 1.0,994.0,97.0,98.0,95 = 0,867 => Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ: b) Xác định tốc độ quay đồng động Xác định tốc độ quay sơ bộ: Số v dịng quay trục cơng tác: Tỷ số truyền sơ bộ: Bộ truyền truyền xích nên ta chọn: ux = Chọn sơ tỷ số truyền hộp: uhgt = 14 => => Giá trị 0.95 0.97 0.98 0.99 Điều kiện chọn động cơ: Dựa vào bảng 1.3 [3]: Ta chọn động cơ: ndb = 750 (vg/ph) Pdc = 0.55 (kW) Bảng 1.2: Thông số động Kiểu động Công suất Vận tốc quay Cosφ 4A80B8Y3 0.55 (kW) 675 (vg/ph) 0,65 1.1.2 Phân phối tỉ số truyền Xác định tỉ số truyền chung: Mà: uch = uhgt.ux Với: ux = => Tỷ số truyền HGT côn trụ hai cấp: : Hệ số chiều rộng vành bánh : Hệ số chiều rộng bánh trụ Tính công suất trục: Trục công tác: Pct = 0,06 (kW) Trục III: Trục II: η Tk % 64 1.7 Tdn 1,6 Trục I: Trục động cơ: Số vòng quay trục: Trục động cơ: ndc = 675 (vg/ph) Trục I: Trục II: Trục III: Trục công tác: Moment xoắn trục: Trục động cơ: Trục I: Trục II: Trục III: Trục công tác: Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật trục Trục Thông số Công suất (kW) Số vòng quay (vg/ph) Moment xoắn (Nmm) Tỉ số truyền Trục động Trục I Trục II Trục III Trục công tác 0,067 0,067 0,065 0,063 0,06 675 675 144,5 44,46 22,23 948 948 4295,8 13532,3 25795,97 4,67 4,67 1.2 Thiết kế truyền bánh thẳng 1.2.1 Chỉ tiêu tính tốn Khi thiết kế cần tiến hành theo tiêu sau : + Độ bền tiếp xúc 1.2.2 Độ bền uốn 3.25 + Kiểm nghiệm độ tải 1.2.3 Chọn vật liệu chế tạo bánh Bánh nhỏ: Ta chọn thép 40X thường hố đường kính phơi (>>100) (mm) tra bảng 3-8 [4], ta biết tính loại thép này: σbk = 800 (N/mm2) ; σch = 560 (N/mm2) ; HB = 250 Bánh lớn: ta chọn thép 40X thường hố đường kính phơi (>>100) (mm) tra bảng 3-8 [4], ta biết tính loại thép này: σbk = 800 (N/mm2) ; σch = 560 (N/mm2) ; HB = 230 1.2.4 Định ứng suất cho phép Số chu kỳ làm việc bánh lớn: N2 = 60.u.n2.T Trong đó: u =1 : số lần ăn khớp bánh quay vòng n2 = 60 (vg/ph) số vòng quay phút bánh T = 15520 (h) tổng số thời gian làm việc N2 = 60.1.46.15520 = 4,14.107 Số chu kỳ làm việc bánh nhỏ: N1 = i.N2 = 4,57.4,14.107 = 18,92.107 Vì N1 N2 lớn hớn số chu kỳ sở (N o = 107) đường cong mỏi tiếp xúc đường cong mỏi uốn nên bánh nhỏ bánh lớn lấy = = * Ứng suất tiếp xúc cho phép tra bảng 3-9 [4]: + Bánh nhỏ : [σH]tx1 = 2,6.200 = 520 (N/mm2) + Bánh lớn : [σH]tx2 = 2,6.170 = 442 (N/mm2) Để định ứng suất uốn cho phép, lấy hệ số an toàn n = 1,5 hệ số tập trung ứng suất chân Kσ=1,8 (vì thép thường hố, phơi rèn), giới hạn mỏi của: + Thép 45 σ-1 = 0,43.σbk = 0,43.580 = 249,4 (N/mm2), + Thép 40 σ-1 = 0,43.σbk = 0,43.520 = 223,6 (N/mm2) * Ứng suất uốn cho phép theo cơng thức (3-5) [4], băng tải làm việc chiều: 10 Hình 2.3: Thơng số đĩa xích Kiểm nghiệm độ bền đĩa xích theo cơng thức (5.18) Trong đó: : hệ số kể đến ảnh hưởng đĩa xích, với z1 = 27=> = 0,44 : hệ số tải trọng động, tra bảng 5.6 = : hệ số phân bố không tải trọng cho dãy, tra bảng = (sử dụng dãy xích) E: Modul đàn hồi vật liệu làm xích, E = 2,1.105 (Mpa) A = 106 (mm2) Fvđ = 13.10-7.22,23.19,053.1 = 0.199 (N) Thay số, ta được: 33 = 246,67 < [] = 550 MPa Thõa mãn độ bền 2.2.4 Xác định lực tác dụng lên trục Hình 2.4: Lực tác dụng Số Đường kính d1 Đường kính đỉnh da1 Đường kính chân df1 Z1 = Z2 = 27 (răng) 164,093(mm) 174,413(mm) 151,902 (mm) Bảng 2.3: Thơng số đia xích 2.2.5 Chọn thơng số cụ thể xích tải 34 Bảng 2.4: Hình xích tai gá má ngang bên lỗ Mã p I R J K ISO 12B 19,05 35 19,05 38,10 52,40 2.3 Tính tốn thiết kế trục tang dẫn động L M O 1,85 13,46 6.4 2.3.1 Chọn vật liệu Chọn vật liệu chế tạo trục thép 45 Có giới hạn bền ứng suất xoắn cho phép τ=15÷30 (MPa) a Tính sơ trục Đường kính trục xác định momen xoắn theo cơng thức 10.9[3]: d (mm) Trong đó: T: Momen xoắn trục công tác, T = 25795.97 (Nmm) : Ứng suất xoắn cho phép , Ta có: d = 16.84 (mm) Chọn sơ đường kính trục là: d = 20 (mm) b Tính gần trục Hình 2.5: Kết cấu sơ trục lắp tang dẫn động Trên hình 3.10 kết cấu sơ trục lắp tang dẫn động, khoảng cách hai đầu trục tính sau: L = Lt + 2a + 2E + 2b2 Trong đó: L: Là khoảng cách hai đầu trục (mm) 35 a: Khe hở tang đĩa xích tải, a = 10 (mm) Lt: Chiều dài , Lt = 400 (mm) E: Chiều dài trục lắp ổ, E = 33.3 (mm) b1: Chiều dài trục lắp moay xích, b1 = 30 (mm) b2: Chiều dài trục lắp may đĩa xích tải, b2 = 40 (mm) Chọn gối đỡ vòng bi UCP204 d = 20 (mm), E = 33.33 (mm) Ta có: L = 400 + 10 + 2.33,3 + 2.50 + 30 =607 (mm) * Xác định tải trọng tác dụng lên trục: • Lực xích tải tác dụng lên trục: Fr = 314.228 (N) • Lực truyền xích dụng lên trục: Fr1 = 247.42 (N) * Thiết kế trục phần mềm inventor Khoảng cách đường kính trục tang Hình 2.6: Hình ảnh thiết kế trục tang Thơng số tính trục tang: 36 Hình 2.7: Thơng số tính trục tang Kết luận: Ta có bảng thơng số kết tính tốn * Trục tang: Hình 2.8: Kết cấu trục tang Bảng 2.5: Thông số trục tang Vị trí Kích thước (mm) dA dB dC dD dE 20 20 25 25 18 Trục đỡ xích phụ: 37 Thơng số gối đỡ Hình 2.9: Kích thước ổ trục Bảng 2.6: Thông số gối đỡ trục Ký Hiệu UCF204 D 20 L 83 T 64 A2 A1 15 11 E 33,3 N 11,5 S 12,7 Bulong M10 Bảng 2.7: Bảng thống kê Tên gọi Trục quay Ổ đỡ UCF204 Số lượng 38 Đơn vị Chiếc kg 0,61 2.4 Chọn chi tiết băng 2.4.1 Tấm lát - Chọn băng theo tiêu chuẩn Γ OCT 2035-54 (Bảng 7.1/TTMNC) • Loại băng phẳng, khơng thành, có phận định hướng • Chiều rộng vận chuyển hàng đơn (CT 7.3/TTMNC) B ≥ b1 + A • b1 = 210 (mm) kích thước lớn theo phương ngang hàng • Chọn A = 200 (mm) kích thước dự trữ chiều rộng (mm) -Vậy chọn B = 450 (mm) theo ΓOCT 588-54 (Bảng 7.3/TTMNC) -Xích kéo • Bước xích: t = 19.05 (mm) (Bảng 7.4/TTMNC) • Tốc độ băng: v = 0.2 (m/s) (Bảng 7.5/TTMNC) - Số đĩa xích: z = 27 2.4.2 Thiết bị căng xích Hành trình thiết bị căng băng chọn 400 (mm) (Bảng 7.7/TTMNC) 39 Hình 2.10: Thiết bị căng Chọn lực kéo thiết bị căng băng lấy theo điều kiện đảm bảo cho lực căng nhỏ xích 1000 (N) 2.4.3 Chọn phận kéo Theo Γ OCT 588-64 (Bảng III.12/TTMNC) chọn: Xích kiểu BK • • • • • • Γ loại II: Bước xích: t = 19.05 (mm) Khoảng cách cùng: Bt = 3.9 (mm) Chiều rộng tấm: Bx = 35 (mm) Tải trọng phá hủy là: 50 (T) Khối lượng mét xích với bình thường: 1.9 (kg/m) Có má xích chuyên dùng kiểu 40 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUNG ĐẶT HỆ THỐNG XÍCH TẢI 3.1 Lựa chọn vật liệu Bảng 3.1: Thơng số vật liệu Loại thép Kích thước Thép Thép hộp chữ nhật Vật liệu Mục đích Làm lợp cho thành bên Dày (mm) Thép CT3 60x30x3 (mm) Làm khung lề Thép CT3 phía trên, đỡ van mở cửa 3.2 Hệ khung băng tải 3.2.1 Chức Hệ khung có chức đỡ hệ thống băng tải làm việc, nơi đặt hệ thống dẫn động gồm động cơ, hộp giảm tốc, truyền 3.2.2 Yêu cầu thiết kế Hệ khung thiết kế phải đảm bảo chống lại dạng hỏng hệ khung suốt trình hoạt động Phải ổn định làm việc chịu tải trọng từ kết cấu bên tải trọng bên Hệ cần đảm bảo cứng vững, thời hạn sử dụng 50000 Thiết kế cần tiết kiệm vật liệu, chế tạo dễ dàng 3.3 Thiết kế Sau tính tốn kích thước sơ bộ, tương đương phận, nhóm đưa kích thước sau: Bảng 3.2: Vật liệu chế tạo khung băng tải Tên Thép hình hộp 60x30x3mm Thép 3mm Vật liệu CT3 Giới hạn bền 380 (MPa) CT3 380 (MPa) 41 Hình 3.1: Khung đỡ băng tải hệ dẫn động Bảng 3.3: Thông số thiết kế khung băng tải Dài Rộng Cao 3.4 Mô kiểm nghiệm 2100 (mm) 500 (mm) 600(mm) 3.4.1 Khối lượng chi tiết • • • • • • • • • • Khối lượng hàng = 30kg Khối lượng xích tải = 1,9 kg/m => m = 22,8 kg Khối lượng lát inox 304 có d = 7,93g/cm3 => m = 0,269 kg Xích tải 310 mắt => 155 => m = 41,69 kg Khối lượng thành bên: m = 40 kg Khối lượng gối đỡ: m = 2.4 kg Khối lượng đĩa xích: m = 4.2 kg Khối lượng trục dẫn động: m = 9.8 kg Trọng lượng tác dụng lên khung: 150(kg) g = 1500 N Tải trọng chân = 1500/6 = 250 N 3.4.2 Kết cấu khung Chọn thép kết cấu CT3 - hộp chữ nhật mạ kẽm 60x30x3 mm có: • Giới hạn chảy: = 225 (N/mm2) • Giới hạn bền kéo: = 373 – 461 (N/mm2) • Độ dãn dài: 22 (%) [σ] = = = 150 (N/mm2)Với h hệ số an toàn h = 1,2…1,5 42 Sử dụng STRESS ANALYSIS INVENTOR • Theo thuyết bên von mises Hình 3.2: Kiểm nghiệm theo thuyết bền von mises • Theo thuyết bền Hình 3.3: Kiểm nghiệm theo thuyết bền • Chuyền vị khung 43 Hình 3.4: Chuyển vị khung • Độ an tồn Hình 3.5: Độ an tồn Từ hình trên: 44 • Thơng số ta có giá trị ứng suất lớn theo thuyết bền VON MISES: σ max = 1.877 (N/mm2) σ max < [σ] = 225 (N/mm2) • Thơng số ta có giá trị ứng suất lớn theo thuyết bền thứ 3: σ max = 0.068 (N/mm2) σ max < [σ] = 225 (N/mm2) • Thơng số ta có giá trị chuyển vị lớn nhất: Chuyển vị lớn 0.0019mm < 3mm Kết luận: Khung đảm bảo bền 3.4.3 Cơ sở lý thuyết Khung không gian, gồm hệ liên kết cứng với Nội lực mặt cắt gồm: lực dọc trục, hai lực cắt; hai moment uốn moment xoắn Dạng tải trọng: Tải trọng phân bố đều, tác dụng lên khung Tổng tải trọng F = 1500 (N) tác dụng lên đỡ Chiều hướng từ xuống dưới, tác dụng lên toàn mặt khung 3.4.4 Phương pháp kiểm nghiệm bền Ứng dụng CAE, INVENTOR, ANSYS vào thiết kế, sử dụng chức Simulation, kiểm nghiêm độ bền, ứng suất phần mềm để mơ ứng suất thay đổi tồn hệ thống Dạng phân tích phân tích tuyến tính tĩnh, mô biến dạng, ứng suất chi tiết hệ thời điểm hệ chịu tải trọng tĩnh lớn nhất, lúc nguyên liệu đầu vào đổ đầy Sau mô phỏng, kết thu cho chuyển vị lớn nhất, ứng suất lớn hệ chịu tải trọng giả thiết đầu vào 45 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận Hệ thống máy cấp liệu có cấu tạo đơn giản, lắp đặt dễ dàng, phận hợp thành có khối lượng khơng q lớn nên vận chuyển nhẹ nhàng thuận tiện Sự điều chỉnh sức căng xích đơn giản nhờ phận căng xích vít-đai ốc điều chỉnh dễ dàng nhờ mà băng làm việc ổn định, độ căng phù hợp Việc định lượng cấp liệu hệ thống thực nhờ vào cửa xả liệu Sự lên hay xuống cửa xả làm tăng giảm lượng nguyên liệu Với kết thực tế hoạt động cho thấy phù hợp thông số tính tốn thơng số làm việc thực tế Vậy hệ thống máy thiết kế ứng dụng dây truyền đạt kết tốt, đáp ứng nhu cầu, thay sức lao động chân tay sở, doanh nghiệp sản xuất nước giải khát * Kiến nghị Với kết đạt ban đầu đề tài đưa hệ thống máy Tìm hiểu kĩ, chi tiết quy trình tính tốn thực tế loại máy tối ưu Trong trình vận hành khai thác sử dụng hệ thống cần lưu ý số điểm quan trọng sau: -Vận hành hệ thống quy định, tránh để hệ thống bị tải -Quá trình bảo dưỡng phải tiến hành thời gian quy định thay cần thiết -Quá trình sửa chữa hộp giảm tốc cần phải thay bánh mà khơng có vật liệu thiết kế nhà sản xuất thay vật liệu khác thỏa mãn,do hệ số an toàn kiểm tra lớn PHẦN IV: 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập 1, NXB Giáo dục (2006) [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập 2, NXB Giáo dục (2006) 47 ... dụng hệ thống xích tải inox • Vận chuyển dây chuyền sử dụng hệ thống xích tải lưới • Vận chuyển dây chuyền sử dụng hệ thống băng tả Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng, nhiên chọn hệ thống xích tải. .. cửa 3.2 Hệ khung băng tải 3.2.1 Chức Hệ khung có chức đỡ hệ thống băng tải làm việc, nơi đặt hệ thống dẫn động gồm động cơ, hộp giảm tốc, truyền 3.2.2 Yêu cầu thiết kế Hệ khung thiết kế phải... Vật liệu vận chuyển Hình 1: Sơ đồ động học: CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG VÀ CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG XÍCH TẢI 1.1 Chọn động điện phân phối tỷ số truyền 1.1.1 Chọn động a)