1. Lựa chọn động cơ
Dựa vào thực nghiệm ta cĩ được lực tác dụng lên 1 cánh trộn là 120N (căn cứ vào kết quả của chuyên đề 2). Diện tích phần thân cánh nhỏ hơn nhiều so với diện tích 2 cánh trộn nên ta cĩ thể xem lực trên tập trung tại 2 vị trí như hình vẽ và cĩ giá trị là F = 60N ở
Hình 3.7Đặt lực tại các vị trí cánh trộn
Trong quá trình hoạt động, ta cĩ thể nhận thấy 2 trường hợp gây nguy hiểm nhất khi trục quay là:
a. TH 1 tương ứng với (hình 3.8)
Hình 3.8 Vị trí cánh trộn trong trường hợp 1
Với trường hợp này, 1 cánh ở vị trí thấp nhất, cĩ đồng thời 2 lực F tác động lên cánh, 2 cánh cịn lại nằm ở 2 vị trí như hình vẽ nhưng mỗi cánh chỉ cĩ 1 lực F tác động lên (do liệu chỉ chứa tối đa là 2/3 thùng). Tuy nhiên 2 lực trên lại phân bố trên phương nghiêng (khơng trên phương thẳng đứng hay phương nằm ngang).
Moment xoắn cần để trục xoay:
1 2
3*(3* * * )
T = F l +F l = 147600 Nmm
Với trường hợp này, 1 cánh ở vị trí cao nhất chỉ cĩ 1 lực F tác động lên cánh, 2 cánh cịn lại nằm ở 2 vị trí như hình vẽ nhưng mỗi cánh cĩ 2 lực F tác động lên. Lực trên 2 cánh cịn lại phân bố trên phương nghiêng (khơng trên phương thẳng đứng hay phương nằm ngang).
Moment xoắn cần để trục xoay:
1 2
3*(3* * 2* * )
T = F l + F l = 192600 Nmm
Cơng suất cần thiết để cung cấp cho trục quay với vận tốc 20 vg/ph.
6
9,55*10
Tn
P= = 0,4 kW
Để thiết bị hoạt động được ta cần chọn động cơ cĩ cơng suất lớn hơn 0,4 kW. Dựa vào bảng P1.3[1], ta chọn động cơ DK.41 – 4 cĩ Pđc = 0.75 kW và nđc = 1450 vg/ph
2. Phân phối tỉ số truyền
Do tốc độ yêu cầu của cánh khuấy là nlv = 18 ÷ 22 vg/phút. Ta cĩ tỉ số truyền tổng là: Ut = Ux.Uh = nđc/nlv = 1450/20 = 72,5 Vì việc tính tốn và chế tạo hộp giảm tốc khĩ khăn và phức tạp hơn nên ta ưu tiên chọn hộp giảm tốc trước. Chọn Uh = 30 Suy ra Ux = Ut/Uh = 72,5/30 = 2,4 Mà Ux = Z2/Z1 = 2,4 Chọn Z1 = 18 nên Z2 = 43 3. Tính tốn và kiểm tra bền trục Tính tốn trục trong 2 trường hợp: a. TH 1 tương ứng (hình 3.10)
Lần lượt phân tích tác dụng lên các cánh, dựa vào vị trí cánh và lực tác dụng đĩ ta suy ra lực tác dụng lên trục.
- Tại vị trí cánh đầu tiên (từ trái qua), ta thấy cĩ 2 lực F tác dụng theo cùng phương nên cĩ thể gộp chung 2 lực này lại thành 1 và cĩ giá trị tác dụng lên trục là 2F.
- Tại vị trí cánh thứ hai (từ trái qua), ta thấy cĩ 1 lực F tác dụng theo phương nghiêng. Đểđơn giản trong quá trình tính tốn ta phân tích lực F trên thành 2 lực theo 2 phương thằng đứng và nằm ngang tương ứng như hình vẽ. Chiều và độ lớn các lực được suy ra từ chiều và độ lớn của lực ban đầu.
- Tại vị trí cánh thứ ba (từ trái qua), ta thấy cĩ 1 lực F tác dụng theo phương nghiêng nhưng khác so với vị trí thứ hai. Tuy nhiên quá trình phân tích, tính tốn cũng tương tự như vị trí cánh thứ hai.
- Các cánh ở vị trí thứ tư, thứ bảy (từ trái qua) đều giống với vị trí cách thứ nhất nên việc phân tích lực tương tự như cánh thứ nhất.
- Các cánh ở vị trí thứ năm, thứ tám (từ trái qua) đều giống với vị trí cách thứ hai nên việc phân tích lực tương tự như cánh thứ hai.
- Các cánh ở vị trí thứ sáu, thứ chín (từ trái qua) đều giống với vị trí cách thứ ba nên việc phân tích lực tương tự như cánh thứ ba. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Qua việc phân tích trên, ta cĩ thể vẽ lại sơ đồ các lực tác dụng lên trục lần lượt như hình vẽ:
Hình 3.11 Sơđồđặt lực trong trường hợp 1
Bước tiếp theo ta cần xác định các Moment Mx, My, T tại các vị trí nguy hiểm nhất của trục.
- Với Moment Mx, các lực tác dụng theo phương đứng (từ trên xuống) sẽ gây ra moment Mx. Ta lần lượt xét các lực này sẽ suy ra được moment Mx.
Hình 3.12 Các lực gây ra moment Mx trong trường hợp 1
Để cĩ thể vẽđược biều đồ moment Mx, ta cần phải tính tốn các phản lực tại vị trí
ổ lăn A và B:
Lấy moment tại vị trí B, ta suy ra được: i i AY AB F l R l =∑ =231 N
Lấy moment tại vị trí A, ta suy ra được: i i BY AB F l R l = ∑ = 128 N
- Với moment My, các lực tác dụng theo phương ngang sẽ gây ra moment My. Ta lần lượt xét các lực này sẽ suy ra được moment My.
Xét các lực tác dụng gây moment My:
Hình 3.13 Các lực gây ra moment My trong trường hợp 1
Để cĩ thể vẽđược biều đồ moment My, ta cần phải tính tốn các phản lực tại vị trí
ổ lăn A và B:
Lấy Moment tại vị trí B, ta suy ra được: i i AX AB F l R l =∑ =140 N
Lấy Moment tại vị trí A, ta suy ra được: i i BX AB F l R l =∑ = 172 N Biểu đồ phân bố Moment của trục:
Hình 3.14 Sơ đồ moment Mx, My và T trong trường hợp 1
Từ biểu đồ Moment đã vẽ ta cĩ thể nhận thấy 2 vị trí cĩ thể gây nguy hiểm nhất cho trục là: - Vị trí ở giữa (Mx = 38640 Nmm, My = 49600 Nmm và T = 103700 Nmm) - Vị trí ở biên phải (Mx = 5760 Nmm, My = 7740 Nmm và T = 147600 Nmm) Ta tính tốn cho 2 vị trí cho nội lực lớn nhất: 2 2 2 1 X Y 0,75 M = M +M + T = 109628 Nmm 2 2 2 2 X Y 0,75 M = M +M + T = 128189 Nmm Từ M1 và M2 vừa tính được, ta nhận thấy M2 > M1 nên ta chọn M2 để tính tốn đường kính trục: [ ] 3 0,1 M d τ = = 40 mm
b. TH 1 tương ứng (hình 3.15)
Hình 3.15 Vị trí cánh trộn và phân bố lực trong trường hợp 2
Lần lượt phân tích tác dụng lên các cánh, dựa vào vị trí cánh và lực tác dụng đĩ ta suy ra lực tác dụng lên trục.
- Tại vị trí cánh đầu tiên (từ trái qua), ta thấy cĩ 1 lực F tác dụng theo phương ngang và cĩ giá trị tác dụng lên trục là F.
- Tại vị trí cánh thứ hai (từ trái qua), ta thấy cĩ 2 lực F tác dụng theo phương nghiêng. Đểđơn giản trong quá trình tính tốn ta phân tích lực F trên thành 2 lực theo 2 phương thằng đứng và nằm ngang tương ứng như hình vẽ. Chiều và độ lớn các lực được suy ra từ chiều và độ lớn của lực ban đầu.
- Tại vị trí cánh thứ ba (từ trái qua), ta thấy cĩ 2 lực F tác dụng theo phương nghiêng nhưng khác so với vị trí thứ hai. Tuy nhiên quá trình phân tích, tính tốn cũng tương tự như vị trí cánh thứ hai.
- Các cánh ở vị trí thứ tư, thứ bảy (từ trái qua) đều giống với vị trí cách thứ nhất nên việc phân tích lực tương tự như cánh thứ nhất.
- Các cánh ở vị trí thứ năm, thứ tám (từ trái qua) đều giống với vị trí cách thứ hai nên việc phân tích lực tương tự như cánh thứ hai.
- Các cánh ở vị trí thứ sáu, thứ chín (từ trái qua) đều giống với vị trí cách thứ ba nên việc phân tích lực tương tự như cánh thứ ba.
Qua việc phân tích trên, ta cĩ thể vẽ lại sơ đồ các lực tác dụng lên trục lần lượt như hình vẽ:
Phân tích lực tác dụng lên trục:
Bước tiếp theo ta cần xác định các Moment Mx, My, T tại các vị trí nguy hiểm nhất của trục. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Với moment Mx, các lực tác dụng theo phương đứng (từ trên xuống) sẽ gây ra moment Mx. Ta lần lượt xét các lực này sẽ suy ra được moment Mx.
Xét các lực tác dụng gây moment Mx:
Hình 3.17 Các lực gây ra moment Mx trong trường hợp 2
Để cĩ thể vẽđược biều đồ moment Mx, ta cần phải tính tốn các phản lực tại vị trí
ổ lăn A và B:
Tính tốn phản lực tại vị trí ổ lăn A và B:
Lấy Moment tại vị trí B, ta suy ra được: i i AY AB F l R l =∑ =161 N
Lấy Moment tại vị trí A, ta suy ra được: i i BY AB F l R l =∑ = 198 N
Xét các lực tác dụng gây moment My:
Hình 3.18 Các lực gây ra moment My trong trường hợp 2
- Với moment My, các lực tác dụng theo phương ngang sẽ gây ra moment My. Ta lần lượt xét các lực này sẽ suy ra được moment My.
Để cĩ thể vẽđược biều đồ moment My, ta cần phải tính tốn các phản lực tại vị trí
ổ lăn A và B:
Lấy Moment tại vị trí B, ta suy ra được: i i AX AB F l R l =∑ = -76 N ∑
Hình 3.19 Sơ đồ moment Mx, My và T trong trường hợp 2
Từ biểu đồ Moment đã vẽ ta cĩ thể nhận thấy 2 vị trí cĩ thể gây nguy hiểm nhất cho trục là: - Vị trí ở giữa (Mx=57000 Nmm, My=13840 Nmm và T=102000 Nmm) - Vị trí ở biên phải (Mx=5900 Nmm, My=4680 Nmm và T=192600 Nmm) Ta tính tốn cho 2 vị trí cho nội lực nhất: 2 2 2 1 X Y 0,75 M = M +M + T =87903 Nmm 2 2 2 2 X Y 0,75 M = M +M + T =167099 Nmm Từ M1 và M2 vừa tính được, ta nhận thấy M2 > M1 nên ta chọn M2 để tính tốn đường kính trục: [ ] 3 0,1 M d τ = = 43,7mm Dựa vào tính tốn giữa TH1 và 2, ta chọn đường kính trục: d= 43,7 mm
Đểđảm bảo độ bền trong quá trình hoạt động, ta chọn hệ số an tồn là 1,5. Đường kính trục là: d=1,5*43,7= 65,6 mm, chọn theo tiêu chuẩn d = 76 mm.
4. Tính tốn và lựa chọn ổ lăn
Ta cĩ: RAY= 231 N RBY= 128 N RAX= 140 N RBX= 172 N
- Chọn ổ bi đỡ vì khơng cĩ lực dọc trục với đường kính vịng trong d = 35 mm - Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A:
FrA= 2 2
2 2
231 140 270
AY AX
R +R = + = N
- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B: FrB= 2 2
2 2
128 172 214, 4
BY BX
R +R = + = N (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Vì FrA=270 N > FrB=214,4 N, cho nên ta tính tốn để chọn ổ A. - Các hệ số Kσ, Kt và V chọn bằng 1.
- Do khơng cĩ lực dọc trục nên hệ số X=1 và Y=0. - Tải trọng quy ước:
Q = (X.FrA+Y.Fa).Kσ.Kt
= (1.270+0.0).1.1= FrA= 270 N - Thời gian làm việc tính bằng triệu vịng quay:
L = 60. .6 60.200.206 0, 24 10 10 h L n= = triệu vịng. - Chọn thời gian làm việc Lh= 2000 giờ - Chọn số vịng quay n= 20 vg/ph - Khả năng tải động tính tốn:
5. Lựa chọn động cơ cho bơm dầu
- Lưu lượng cần cung cấp là: Q= 12 l/ph.
- Giã sử tổn thất lưu lượng từ bơm đến thùng dầu là khơng đáng kể. - Áp suất dầu vào cần là: 1 P =ρgh=860.9,81.0,6=5062 N/m2 - Áp suất để dầu cĩ thể di chuyển trong thùng cần là: 2 6 1 P = P =6.5062=30373 N/m2 - Tổn thất áp suất từ bơm đến thùng gia nhiệt là 50%. 3 1,5 1 P = P =1,5.5062=7592 N/m2 - Áp suất dầu do bơm cung cấp là: 1 2 3 B P =P +P +P =5062+30373+7592=43026 N/m2 - Cơng suất cần cung cấp cho bơm là:
5 600.10 B P Q N = =43026.125 600.10 =8,6.10-3 kW
Như vậy ta chọn động cơ cĩ cơng suất 0,5 kW là đáp ứng được yêu cầu trên.