Đồ án thiết kế máy trộn | Môn Đồ án thiết kế máy - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58707906
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY
Đề / Phương án: 03 / 02 GVHD: Quang Sáng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Quân MSSV: 21146507 Nhóm: 08CLC
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 lOMoAR cPSD| 58707906
Khoa: Cơ khí Chế tạo máy Bộ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÙNG TRỘN
môn: Cơ sở Thiết kế máy
Đề số: 03 -- Phương án: 05 SVTH: Nguyễn Quốc Quân MSSV: 21146507 GVHD: Quang Sáng Ngày Chữ ký: nhận đề: Ngày bảo vệ: I. ĐỀ BÀI:
Điều kiện làm việc: -
Tải trọng không đổi, quay một chiều -
Thời gian làm việc 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca) -
Sai số tỉ số truyền hệ thống Δ𝑢/𝑢 ≤ 5% Số liệu cho trước: STT Tên gọi Gía trị 1
Năng suất Q (kg/giờ) 15000 2 Đường kính D (m) 0.55 3
Trọng lượng vật liệu trộn Gv (N) 2300 4
Góc nâng vật liệu α (độ) 81 II. YÊU CẦU
1. 01 bản thuyết minh tính toán (tóm tắt)
2. 01 bản vẽ chi tiết (khổ A3, vẽ chì)
3. 01 bản vẽ lắp HGT (khổ A0, bản in)
4. Nộp file mềm (thuyết minh, bản vẽ) trên trang Dạy học số
III. NỘI DUNG THUYẾT MINH
1. Tính toán công suất và tốc độ của trục công tác lOMoAR cPSD| 58707906
2. Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền
3. Tính toán các bộ truyền:
+ Tính toán bộ truyền ngoài HGT
+ Tính toán bộ truyền trong HGT
4. Tính toán thiết kế trục - then 5. Tính chọn ổ lăn
6. Tính toán vỏ hộp, xác định kết cấu các chi tiết máy, chọn khớp nối và các chi tiết phụ
7. Lập bảng dung sai lắp ghép
IV. TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN Tuần Nội dung thực hiện GVHD 01 - Giới thiệu môn học
- Nhận đề đồ án môn học 02
- Phổ biến nội dung, yêu cầu ĐAMH 03
- Tính toán công suất, tốc độ trục công tác 04
- Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền
- Tính toán bộ truyền ngoài HGT một trong hai
bộ truyền sau: + Bộ truyền đai 05 + Bộ truyền xích 06
- Tính toán bộ truyền trong HGT
- Tính toán thiết kế trục và vẽ kết cấu trục - then 07-09 - Chọn ổ - Chọn khớp nối - Tính toán vỏ hộp 10
- Xác định kết cấu các chi tiết máy
- Chọn các chi tiết phụ 11-13 - Lập bản vẽ 14
- Hoàn thiện thuyết minh ĐAMH 15
- Nộp cho GVHD chấm điểm
Ghi chú: Sinh viên giữ đề để đóng vào tập thuyết minh. lOMoAR cPSD| 58707906 MỤC LỤC
PHẦN 1: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ TRỤC CÔNG TÁC...................1 I.
Giới thiệu thùng trộn...........................................................................................1 II.
Cho trước các thông số đầu vào..........................................................................1
III. Tính.......................................................................................................................1
IV. Thông số đầu ra...................................................................................................3
PHẦN 2: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN................................4 I.
Chọn động cơ điện...............................................................................................4 II.
Phân phối tỷ số truyền.........................................................................................5
III. Bảng phân phối tỷ số truyền...............................................................................7
PHẦN 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH.................................................................8 I.
Thông số đầu vào.................................................................................................8 II.
Trình tự thực hiện................................................................................................8
III. Bảng tổng hợp bộ truyền xích...........................................................................13
PHẦN 4: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG..................................................14 I.
Thông số đầu vào...............................................................................................14 II.
Trình tự tính toán..............................................................................................14
III. Kết quả tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng côn.......................................22
PHẦN 5: KHỚP NỐI TRỤC.........................................................................................23 I.
Thông số đầu vào...............................................................................................23 II.
Trình tự tính toán..............................................................................................23
III. Kiểm nghiệp khớp nối.......................................................................................23
IV. Lực tác dụng lên trục.........................................................................................24
PHẦN 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC...................................................................25 I.
Thiết kế trục I.....................................................................................................26 II.
Thiết kế trục II...................................................................................................31
PHẦN 7: THEN..............................................................................................................39
I. Chọn then...........................................................................................................39
II. Kiểm nghiệm then..............................................................................................39
PHẦN 8: KIỂM NGHIỆM TRỤC.................................................................................41 I.
Kiểm nghiệm theo độ bền mỏi...........................................................................41 lOMoAR cPSD| 58707906 II.
Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh..........................................................................44
PHẦN 9: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN Ổ LĂN..................................................................46 I.
Trục đầu vào I....................................................................................................46 II.
Trục đầu vào II..................................................................................................49
PHẦN 10: THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ........................................52 I.
Thiết kế vỏ hộp giảm tốc...................................................................................52 II.
Các chi tiết phụ khác.........................................................................................53
III. Bôi trơn và thống kê các kiểu lắp.....................................................................57 lOMoAR cPSD| 58707906
PHẦN 1: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ TRỤC CÔNG TÁC I.
Giới thiệu thùng trộn
Máy trộn dùng để đạt các mục đích sau:
- Tạo thành 1 hổn hợp đồng nhất của một chất rắn và 1 chất lỏng.
- Tạo thành 1 hổn hợp đồng nhất của hai hay nhiều chất rắn.
- Tăng cường quá trình phản ứng và trao đổi nhiệt giữa 1 chất rắn và chất khí như quá trình đốt, nung
Một trong các loại máy trộn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp là dạng máy trộn
thùng quay đặt nằm ngang.
Sinh viên được yêu cầu tính toán hệ thống dẫn động thùng trộn với điều kiện cụ thể như sau:
Thùng trộn quay liên tục, có nghiêng của thùng so vớ phương ngang là β = 3°, vật liệu
trộn có khối lượng riêng ρ = 1300 kg/m3, bán kính R0 = 1/3D. II.
Cho trước các thông số đầu vào
1. Năng suất trộn Q = 15000 (Kg/h)
2. Đường kính trong thùng trộn D = 0.55 (m)
3. Trọng lượng vật liệu trong thùng Gv = 2300 (N)
4. Góc nâng vật liệu α = 81o
5. Các hệ số φ = 1/3, m = 1/3, K = 200 III. Tính.
1. Chiều dài thùng trộn L (m): lOMoAR cPSD| 58707906
L = m.K.D.tgβ= 1/3.200.0.55.tg(3o) = 1,921619 (m)
2. Tốc độ quay thùng (v/ph). Năng suất trộn:
Q = 60.Ft. φ.ρ.L.m.n.tgβ Q 15000 n = 60.Ft .φ. = = 72.323 ρ. L.m.tgβ
60.0.237583.1/3.1300.1,921619.1/3.tg(3) (Vòng/phút) Trong đó: Ft
= π . D2 = π .0,552 là tiết diện ngang của thùng.
3. Công suất cần cung cấp cho thùng
Ptải = P1 + P2 + P3 = 1,990559 + 3,154236 + 0,505983 = 5,565815 (kW) Trong đó:
- P1 (kW): công suất nâng vật liệu lên độ cao thích hợp 81π P1 =
Gv. Ro . (1−cos α) .ω10-3 = 2300.1/3.0,55.(1−cos( 180 )).8,080125 10-3 =1,990559 α lOMoAR cPSD| 58707906 81π /180
(kW) ω = π30.n = π .77,15951430 =
8,080125 - P2 (kW): Công suất trộn vật liệu
P 2= Gv .Ro .ω.sinα 10-3 = 2300.1/3.0,55.8.080125.sin( ).10-3 = 3,154236 (kW)
- P3 (kW): công suất mất mát do ma sát ở trục thùng trộn
P3 = 0,1(P1 + P2) = 0,1(1,990559 3,154236) = 0,505983 (kW) IV. Thông số đầu ra Thông số Kí hiệu Gía trị Đơn vị
Công suất trên trục thùng trộn P 5,565815 kW
Số vòng quay trên trục thùng trộn n 72.323 Vòng/Phút lOMoAR cPSD| 58707906
PHẦN 2: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN I.
Chọn động cơ điện 1. Thông số đầu vào + Pt = 5,565815 (kW) + nlv = 72.323 (Vòng/phút) 2. Trình tự tính toán
+ Hiệu suất dẫn động của hệ thống:
η = ηk.ηbrc .ηx .η3ol = 0,99.0,95.0,95.0,993 = 0,867214 Bảng 2.3 trang 19 [1]
Với ηk = 0,99 - hiệu suất khớp nối; ηol = 0,99 - hiệu suất 1 cặp ổ lăn; ηbrc = 0,95 - hiệu
suất 1 cặp bánh răng trong hộp giảm tốc; ηx= 0,95 - hiệu suất bộ truyền xích.
+ Công suất cần thiết trên trục động cơ:
Pt 5,565815 = 6,419625 (kW) Theo công thức (2.8) trang 19 [1]. Pct = η = 0,867
Chọn tỉ số truyền sơ bộ gồm 2 phần:
+ Phần tỉ số truyển ngoài u (bộ truyển xích) x
+ Tỉ số truyền trong hộp giảm tốc u (hộp giảm tốc cấp 1 bộ truyền bánh răng côn) brc
Tỉ số truyền chung sơ bộ:
+ Tỉ số truyền sơ bộ theo công thức:
usb = ux.ubrc = 3.16.3.13 = 9.89 Chọn usb= 9.89
+ Số vòng quay sơ bộ động cơ theo công thức (2.18) trang 21[1] n = . sb
nlv usb = 72.323*9.89 = 715.3 (Vòng/phút) 3. Chọn động cơ Theo tài liệu tham khảo
+ Chọn số vòng quay đồng bộ: nđb = 715 (Vòng/phút) lOMoAR cPSD| 58707906
+ Dựa vào catalog motor chọn động cơ thỏa điều kiện:
{ Pđc ≥Pct=6.41965(kW) theo công thức 2.19 trang 22[1] nđc≈nsb=715(vòng/ phút)
+ Đồng thời có mômen mở máy thỏa điều kiện: Tmm T k T ≤ Kqt=T
dn Theo công thức 2.6 trang 17[1] 4. Thông số đầu ra Động cơ 160L8A Công suất (kW) 7,5 Số vòng quay (Vòng/phút) 715 Hệ số quá tải (Tk/Tdn) 0,77 Khối lượng (kg) 85,2 II.
Phân phối tỷ số truyền 1. Thông số đầu vào + Plv = 5,565815 (kW) + nlv = 72.323 (Vòng/phút) + nđc = 715 (Vòng/phút) 2. Trình tự tính toán
+ Tính tỷ số truyền chung của hệ thống theo công thức (3.23) trang 48 [1] nđc 715
ut = n = 72.323 = 9,89 lv
+ Chọn trước tỷ số truyền của HGT 1 cấp bánh răng côn theo dãy tiêu chuẩn:
Chọn uh= ubr = 3.16
+ Tính tỷ số truyền ngoài HGT theo công thức (3.25) trang 49[1] lOMoAR cPSD| 58707906 ut
9,89 u =3.13 theo dãy tiêu chuẩn x u = x u = 3.16 = 3.13 chọn br
+ Kiểm tra sai số tỷ số truyền: 0.008% < 5%
+ Tính số vòng quay trên các trục: • Trục I: n = 1
nđc = 715 (Vòng/phút) = n2 =nnđc 3.16715 = 226.3 (Vòng/phút) Trục II: br n2 226.3 =
• Trục làm việc: nlv =n 3.13 = 72.3 (Vòng/phút) x
+ Tính công suất trên các trục: Plv 5,565815 • Trục II: P2 =
η = 0,99 = 5.622035 (kW) x P2 5.622035 • Trục I: P1 =
η . = 0,99.0,95 = 5.977709 (kW) ol ηbr = = 6 .355884
• Trục động cơ: P đc = 1 k (kW)
+ Tính momen trên các trục:
• Trục động cơ: T = = 85751 (N.mm) đc 9,55.106 .Pđc nđc 6 lOMoAR cPSD| 58707906
9,55.10 .P1 = 84893 (N.mm) Trục I: T = 1 n1 6
9,55.10 .P2 = 252377 (N.mm) Trục II: T = 2 n2
• Trục làm việc: T = = 742606 (N.mm) lv 9,55.106 .Plv nlv III.
Bảng phân phối tỷ số truyền Trục Động cơ I II Làm việc Thông số Tỷ số truyền u 1 3.16 3.13
Số vòng quay n (v/ph) 715 715 226. 3 72.3 Công suất P (kW) 6,57 6,37 6,05 5,75 Momen xoắn T (N.mm) 85751 84893 2523 77 688126,57 lOMoAR cPSD| 58707906
PHẦN 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH I.
Thông số đầu vào
- Các thông số làm việc của bộ truyền:
• Công suất trên trục đĩa xích dẫn: P = P2 = 5.977709 (kW)
• Tốc độ quay trên trục đĩa xích dẫn: n = n2 = 226.3 (vòng/phút)
• Tỷ số truyền của bộ truyền xích: 𝑢𝑥 = 3.13 -
Điều kiện làm việc của bộ truyền:
• Vị trí trục được điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích
• Bộ truyền đặt nghiêng một góc 30°
• Bôi trơn nhỏ giọt, môi trường làm việc có bụi • Tải trọng va đập • Làm việc 2 ca II.
Trình tự thực hiện 1. Chọn loại xích
Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp → Chọn xích ống con lăn.
2. Chọn số răng đĩa xích
𝑧1 = 29 − 2𝑢 = 29 − 2.3.13 = 22.74 ≥ 𝑧𝑚𝑖𝑛 = 19
→ Chọn z1 = 23 răng (Theo bảng (5.4) trang 80[1])
𝑧2 = 𝑢.𝑧1 = 3.13.23 = 71.99 ≤ 𝑧𝑚𝑎𝑥 = 120
→ Chọn z2 = 72 răng (Theo công thức (5.1) trang 80[1]) z2 72 =
+ Tính tỷ số truyền thực tế: ut = z 23 = 3.13 1
+ Kiểm tra sai lệch tỉ số truyền: | ∆
ut−u| = |3.13−3.13| u= ≈ 0% < 5% ut 3.13 3. Xác định bước xích
+ Tính hệ số điều kiện sử dụng k: lOMoAR cPSD| 58707906 Hệ số Giá trị
Điều kiện làm việc của bộ truyền xích ko 1
Bộ truyền đặt nghiêng một góc 30° ka 1
a = (30÷50)p kđc 1,1
Vị trí trục được điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích kbt 1
Bôi trơn nhỏ giọt, môi trường làm việc có bụi kđ 1,25 Tải trọng va đập kc 1,25 Làm việc 2 ca
k = ko.ka.kđc.kbt.kđ.kc = 1,5625 Theo công thức (5.4) trang 81[1] z01 25
+ Hệ số răng 𝑘z = z = 23 = 1.087 1 nn01 = 200 226
.3 = 0.884 Theo bảng (5.5) trang 81[1]
+ Hệ số vòng quay 𝑘n =
+ Chọn xích 1 dãy: 𝑘𝑑 = 1
+ Công suất tính toán (Theo công thức (5.5) trang 83[1]) P.k .k z .kn Pt = k 1 (kW) d
Theo bảng (5.5) trang 81[1] với n01 = 200 (vòng/phút).
→ Chọn bộ truyền xích có bước xích p = 25.4 (mm) thỏa mãn điều kiện bền mòn:
Pt < [ P] = 48.975044 (kW)
Đồng thời theo bảng (5.8) trang 83[1] → p < pmax
4. Xác định khoảng cách trục và số mắt xích + Khoảng cách trục sơ bộ:
→ Chọn asb =40p = 40.25.4 = 1016 (mm)
+ Xác định số mắt xích: lOMoAR cPSD| 58707906 X = 2.a +
sb +¿ z1+z2 p . z 2−z1 2 2∗1016
23+72 25.4∗ 72−23 2/1016 p 2 asb =129 → Chọn X = 130 mắt
+ Tính lại khoảng cách trục a a ¿1028.678 mm
Để xích không chịu lực căng quá lớn, giảm ∆ a=(0,002÷0,004)a
Chọn ∆ a=0,003a=3.086 → a=1025.592 (mm)
+ Kiểm nghiệm số lần va đập của xích trong 1 giây:
n1 .z1 21∗226.3
(Theo bảng (5.9) trang 85[1]) i= = =2,44< [i ]=30 15 X 15.130
+ Kiểm nghiệm độ bền: Q S= ≥ [ S
] kd .Ft+F0+Fv Trong đó:
Q=56.7.103 (N) (Theo bảng (5.2) trang 78[1]) k d=1,25 p. v (m/s) lOMoAR cPSD| 58707906 Ft (N)
F0=k f .q.a.g=9.8∗1.4∗2.6∗(1025.295∗10(−3))=104.635(N) F (N) v S
(Theo bảng (5.10) trang 86[1])
→ Bộ truyền xích đảm bảo đủ bền.
+ Xác định đường kính đĩa xích: Đường
kính vòng chia của đĩa xích p 25.4 d1= = =186.5(mm) π π sin( ) sin( ) z1 23 p 25.4 d2= = =582.3(mm) π π sin( ) 2 sin( ) z 72
+ Lực tác dụng lên trục: 𝐹𝑟 = 𝑘𝑥. 𝐹𝑡 = 1,15*2705 = 3110.8 (𝑁)
Trong đó kx=1,15 (do bộ truyền nghiêng 1 góc < 40°) lOMoAR cPSD| 58707906
III. Bảng tổng hợp bộ truyền xích Thông số Kí hiệu
Kết quả tính toán Đơn vị Loại xích - Xích ống con lăn - Bước xích p 25.4 mm Khoảng cách trục a 1025.592 mm Số răng đĩa xích dẫn z 1 23 -
Số răng đĩa xích bị dẫn z2 72 -
Tỷ số truyền thực tế u 3.16 - Sai lệch tỷ số truyền ∆u 0.008 %
Đường kính vòng chia đĩa xích dẫn d 1 186.5 mm
Đường kính vòng chia đĩa xích bị dẫn d2 345,81 mm Số dãy xích x 1 -
Lực hướng tâm tác dụng lên trục 𝐹𝑟 3110.8 N lOMoAR cPSD| 58707906
PHẦN 4: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG I.
Thông số đầu vào
- Các thông số làm việc của bộ truyền:
+ Công suất trên trục bánh răng dẫn: P1 = 6.355884 (kW)
+ Tốc độ quay trên trục bánh răng dẫn: n1 = 715 (vòng/phút)
+ Tỷ số truyền của bộ truyền xích: u = ubr = 3.16
+ Mômen xoắn trên trục bánh răng dẫn: T1 = 84893 (N.mm)
- Điều kiện làm việc của bộ truyền:
+ Tải trọng không đổi, quay một chiều
+ Thời gian làm việc 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca) II.
Trình tự tính toán
1. Chọn vật liệu bánh răng
- Chọn vật liệu 2 bánh răng như nhau: (Theo bảng (6.1) trang 92[1])
+ Bánh răng dẫn: thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241 ÷ 285 có σb1 = 850 MPa, σch1 = 580 MPa.
+ Bánh răng bị dẫn: thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192 ÷ 240 có σb2 = 750 MPa, σch2 = 450 MPa.
2. Xác định ứng suất cho phép
Theo bảng 6.2 trang 92[1] với thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180 ÷ 350:
σ 0Hlim=2HB+70;S H=1,1 σ
0Flim=1,8HB ;SF=1,75
Chọn độ rắn bánh dẫn HB1 = 245 khi đó:
σ 0Hlim1=2HB1+70=560 MPa σ
0Flim1=1,8 HB1=441 MPa
Độ rắn bánh bị dẫn HB2 = 230 khi đó:
σ 0Hlim2=2HB2+70=530 MPa σ
0Flim2=1,8 HB2=414 MPa
Theo công thức 6.5 trang 93[1] N ,4
HO=302HB , do đó:
N HO1=302HB,4 1=30.2452,4=16259974 lOMoAR cPSD| 58707906
N HO2=302HB,4 2=30.2302,4=13972305
Tổng số giờ làm việc của bánh răng: ∑ti=5.300.2.6=18000(giờ )
Vì bộ truyền làm việc với tải trọng không đổi nên: (Theo công thức 6.6 trang 93[1])
N HE2=N FE2=60.c.n.tΣ=60.1.715.18000=7,722.108
Do N HE2>N HO2 nên KHL 2=1 →N HE1>N HO1 nên KHL 1=1
Như vậy theo công thức 6.1a trang 93[1] sơ bộ xác định được:
σ0Hlim1. K HL1 560.1 [σ H 1]=
SH= 1,1 =509 MPa
σ0Hlim2 .K HL2 530.1 [σ H 2]=
SH = 1,1 =482MPa
Bộ truyền bánh răng nón răng thẳng nên lấy:
[σ H ]=[ σH 2]=482MPa
Vì N FE2>N FO nên KFL 2=1 Tương tự N FE1>N FO nên KFL1=1
Vì bộ truyền quay 1 chiều K FC=1, theo công thức 6.1b trang 93[1] sơ bộ xác định được:
σ0Flim1 .K FC .K FL1 441.1.1 [σ F1]= SF= 1,75 =252 MPa
σ0Flim2 .K FC .K FL2 414.1.1 [σ F2 ]= SF= 1,75 =236.5MPa
Ứng suất quá tải cho phép được tính theo công thức 6.14 trang 96[1]:
[σ H ]max=2,8.σch2=2,8.450=1260 MPa
[σ F1]max=0,8.σch 1=0,8.580=464 MPa
[σ F2 ]max=0,8.σ ch2=0,8.450=360 MPa 3.
Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài