Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải trong dây chuyền vận chuyển nước giải khát

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 CÔNG THƯƠNG Trường đại học công nghiệp Hà Nội

*****

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải trong 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 và thực tiễn

Sản xuất nước giải khát là một trong những ngành công nghiệp mạnh không chỉ

ở nước ngoài mà còn đang phát triển ở trong nước Trong đó, việc sử dụng hệ thống cấp liệu bằng xích tải được áp dụng nhiều ở nước ngoài và các cơ sở sản xuất lớn, tuy nhiên ở các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ thì còn hạn chế do giá thành đắt và kích thước lớn, chưa phù hợp với điều điều kiện sản xuất Vì vậy, một trong những dây truyền làm việc đó là dây truyền vận chuyển từ lúc thành phẩm đến lúc đóng hộp cần nhiều công nhân Điều này ảnh hưởng đến kinh tế cũng như năng suất

1.2.2 Giới thiệu hệ thống cấp liệu xích tải

Máy cấp liệu xích tải là thiết bị không thể thiếu trong hoạt động sản xuất khépkín và tự động Máy được thiết kế dùng để cấp liệu đầu vào phù hợp cho các dâytruyền sản xuất: khai thác khoáng sản, than đá, vật liệu xây dựng Sự ra đời củamáy sẽ giúp khâu cấp liệu đầu vào của dây truyền sản xuất được tự động hóa,thuận tiện, nhanh chóng Công năng của máy phù hợp với dây truyền của các cơsản xuất vừa và nhỏ hiện nay

1.2 Các phương án lựa chọn hệ thống

• Vận chuyển bằng dây chuyền sử dụng hệ thống xích tải tấm inox

• Vận chuyển bằng dây chuyền sử dụng hệ thống xích tải lưới

• Vận chuyển bằng dây chuyền sử dụng hệ thống băng tả

Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng, tuy nhiên chọn hệ thống xích tải làhợp lý bởi xích tải có thể làm việc khi quá tải đột ngột.

1.2.1 Lựa chọn hệ thống xích tải băng tấm inox

Băng tấm là loại máy vận chuyển liên tục với bộ phận kéo bằng xích có gắn cáctấm lát tạo thành bàn nâng tải Lực cản trên băng tấm nhỏ Bộ phận kéo của băngtấm ngang là xích nên có độ bền kéo lớn do đó băng tấm có chiều dài lớn, năngsuất cao Băng tấm chuyển động với vận tốc không lớn do đó công việc đưa tải lênbăng dễ dàng

Băng tấm được sử dụng trong các ngàng công nghiệp mỏ, khai thác vật liệu xâydựng, khai thác vận chuyển hàng rời khô ở các dây chuyền trong các công ty, xínghiệp

Tuy còn tồn tại nhược điểm như: Trọng lượng băng nói chung và trọng lượngtruyền động lớn, kết cấu của băng tương đối phức tạp, Trong băng có đĩa xích vàbánh răng đòi hỏi phải chăm sóc, bảo dưỡng thường xuyên Nhưng đây không phảivấn đề lớn trong quá trình thiết kế, lắp đặt và sử dụng

Khi thiết kế băng tấm, có hai loại vật liệu chính:

va đập

Nhược điểm:

• Băng tấm làm bằng nhựa: Dễ mài mòn, do đó không đảm bảo được độbền, cần bảo dưỡng và thay thế các tấm bị mòn nên chi phí sau khi sử

Tuy băng tấm làm bằng inox có trọng lượng lớn, nhưng sau khi lắp đặt cũngkhông phải di chuyển nhiều nên khá hợp lý trong quá trình thiết kế Bên cạnh đócòn khắc phục được các nhược điểm của băng tấm làm bằng nhựa

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Bảng 1: Số liệu đầu vào băng tảiVật liệu vận chuyển Nước giải khát300mml

Khối lượng riêng vật liệu 30 (kg/1sp)

Đường kính đĩa xích: Dr 160 mm

Hình 1: Sơ đồ động học:

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG VÀ

CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG XÍCH TẢI 1.1 Chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền

1.1.1 Chọn động cơ

a) Xác định công suất cần thiết đặt lên trục động cơ

Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ:

Trong đó:

Pct = 0.06 (kW) : Công suất trên trục công tác

: Hiệu suất truyền động của máy

Bảng 1.1: Hệ số hiệu suất các bộ truyền

Hiệu suất bộ truyền xích 0.95Hiệu suất một cặp bánh răng côn 0.97Hiệu suất một cặp bánh răng trụ 0.98

=> 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 bộ của động cơ

=>

=>

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 cơ

Tỷ số truyền HGT côn trụ hai cấp:

: Hệ số chiều rộng vành răng bánh răng côn

: Hệ số chiều rộng bánh răng trụ

Tính công suất trên các trục:

Trục công tác: Pct= 0,06 (kW)

Trục III:

Thông số

Trục động

Trục côngtác

+ Kiểm nghiệm răng về độ quá tải

1.2.3 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng

Bánh nhỏ: Ta chọn thép 40X thường hoá và đường kính phôi (>>100) (mm) tra bảng 3-8 [4], ta biết được cơ tính của loại thép này:

σbk = 800 (N/mm 2) ; σch = 560 (N/mm 2) ; HB = 250Bánh lớn: ta chọn thép 40X thường hoá và đường kính phôi (>>100) (mm) trabảng 3-8 [4], ta biết được cơ tính của loại thép này:

σbk = 800 (N/mm 2) ; σch = 560 (N/mm 2) ; HB = 230

1.2.4 Định ứng suất cho phép

Số chu kỳ làm việc của bánh lớn:

N2 = 60.u.n2.TTrong đó:

u =1 : số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng

n2 = 60 (vg/ph) số vòng quay trong một phút của bánh răng

T = 15520 (h) tổng số thời gian làm việc

1.2.5 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn bằng phần mềm inventor

Phân phối tỷ số truyền cho cặp bánh răng côn

Số răng

Modul: m = 1,25

Hình 1.1: Thông số cặp bánh răng côn

Hình 1.2: Chỉ số của cặp bánh răng côn

Hình 1.4: Thông số cặp bánh răng trụ răng thẳng

Hình 1.5: Chỉ số của cặp bánh răng trụ

Bảng : thông số bánh răng côn

1.2.7 Thiết kế bộ truyền xích bằng phần mềm inventor

• Loại xích: chọn xích ống con lăn một dãy

• Với u = 2, số răng trên đĩa xích nhỏ:

Z1 = 27 ; Z2 = u.Z1 = 27.2 = 55 (răng)

• Tính chọn bước xích:

Công suất tính toán:

Pt = P.k.kz.kn Với Z1= 25, kz = 25/Z1 = 0,92; với n0 = 50 vg/ph,

kn = n0/n3 = 50/44,46=1,12; k = 1,16

Pt = 0,063.1,16.0,92.1,12 = 0,075(kW)

=> [P] = 0,19 > Pt Bước xích: t = 12.7 ; sơ bộ a = 40.t = 508 (mm)

Số mắt xích:

x = 2.a/t + 0,5.(Z1 + Z2) + (Z1 – Z2)2.t/(4π2a) = 121 (mắt) Chọn x = 122 mắt xích

Tính lại a: a = 392 (mm)Thông số đĩa xích

Hìn

h 1.7: Th

số đĩa xích 1Hình 1.8: Thông số đĩa xích 2

- Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45, tôi cải thiện có: = 850 (Mpa)

- Ứng suất xoắn cho phép [τ] = 15…30 (Mpa)

• Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành hộp

Khoảng cách từ đai ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ:

h 1.12: Biểu đồ moment trục 1

Cần độ cứng cao và khối lượng nhỏ.

Hộp giảm tốc bao gồm: thành hộp, nẹp hoăc gân tăng cứng, mặt bích, gốiđỡ

Vật liệu chế tạo vỏ hộp là gang xám GX15-32

1.4.2 Chọn bề mặt ghép nắp và thân

Bề mặt ghép của vỏ hộp (phần trên của vỏ là nắp, phần dưới là thân) thường

đi qua đường tâm các trục, nhờ đó việc lắp ghép các chi tiết sẽ thuận tiện hơn Saukhi đã lắp trên trục các chi tiết như bánh răng, bạc, ổ (không phụ thuộc vào cáctrục) sau đó từng trục sẽ được đặt vào vỏ hộp

Ta chọn bề mặt ghép là bề mặt song song với mặt đế

1.4.3 Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp

• Chiều dày thành vỏ hộp:

Để nâng hoặc vận chuyển hộp giảm tốc (khi gia công, khi lắp ghép ) trên nắp

và thân thường lắp thêm bulông vòng

Đường kính bulông vòng chọn theo trọng lượng của hộp giảm tốc, với khoảngcách trục A của hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp, tra bảng 10-11a [4] và 10-11b[4] ta chọn bulông M10

b Chốt định vị

Để đảm bảo vị trí tương đối của nắp và thân trước và sau khi gia công cũngnhư khi lắp ghép, dùng hai chốt định vị Nhờ có chốt định vị, khi xiết bulôngkhông làm biến dạng vòng ngoài của ổ (do sai lệch vị trí tương đối của nắp vàthân), do đó loại trừ được một trong các nguyên nhân làm cho ổ chóng bị hỏng.Hình dạng và kích thước các loại chốt được cho trong bảng 10-10c [4] Ởtrong hộp giảm tốc của ta sử dụng chốt định vị dạng côn có ren trong ở đầu chốt.Hình dạng và các kích thước cơ bản của chốt là:

có nút thông hơi Kích thước cửa thăm ta chọn theo bảng 10-12 [4]:

Bảng 2 1 Các thông số cơ bản của cửa thăm

Sau một thời gian làm việc, dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn (do bụi bặm

và do hạt mài), hoặc bị biến chất, do đó cần thay dầu mới Để tháo dầu cũ, ở đáyhộp có lỗ tháo dầu Lúc làm việc, lỗ được bịt kín bằng nút tháo dầu Kết cấu vàkích thước của nút tháo dầu ta tra trong bảng 10-14 [4]:

M20 x 2 15 9 4 3 28 2,5 17,8 21 30 22 25,4

1.5 Bôi trơn hộp giảm tốc

Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoátnhiệt tốt và đề phòng các chi tiết máy bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộtruyền trong hộp giảm tốc

Do vận tốc nhỏ nên ta chọn phương pháp ngâm các bánh răng trong hộp dầu.Vận tốc (v = 0,47 m/s) nên công suất tổn hao để khuấy dầu là không đáng kể Vớivận tốc như vậy thì lấy chiều sâu ngâm dầu là dưới bán kính bánh răng lớn Theobảng 10-17 [4] ta chọn độ nhớt của dầu bôi trơn bánh răng ở 500C là 438 centistốchoặc 60 độ Engle và theo bảng 10-20 [4] chọn loại dầu Ak-20

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XÍCH TẢI, CÁC CHI TIẾT

PHỤ 2.1 Bộ phận truyền động

2.1.1 Thông số đầu vào

Bảng 2.1: Thông số đầu vàoCông suất trên con lăn băng tải = 0.06 (kW)

Tốc độ vòng quay bánh dẫn = 22.23 (vg/ph)

Bộ truyền xích được dùng để truyền động từ trục tang dẫn xích tải đến cơ cấuđóng thùng bìa Bộ truyền này có tác dụng làm, giúp vận chuyển nước giải khátđến vị trí làm việc trước khi truyền ra khâu sau

Bộ truyền hoạt động trong điều kiện có va đập nhẹ, được bôi trơn định kỳ Đểlàm việc hiệu quả, bộ truyền xích này cần được che đậy cẩn thận

Vật liệu Nhiệt luyện Độ rắn bề mặt Ứng suất tiếp xúc cho phép

Thép C45 Tôi cải thiện HB = 170 500 (MPa)

Bước xích p trong khoảng: 15-100 (mm)

Như vậy, theo bảng 5.2 [3], chọn p = 19.05 (mm)

Theo công thức (5.12) [3], số mắt xích được tính theo:

x =

= = 310,6Chọn số mắt xích chẵn: xc = 310

* Tính lại khoảng cách trục a, ta được:

Hình 2.3: Thông số đĩa xích 1 và 2Kiểm nghiệm độ bền đĩa xích theo công thức (5.18)

Trong đó:

: hệ số kể đến ảnh hưởng của răng đĩa xích, với z1 = 27=> = 0,44

: hệ số tải trọng động, tra bảng 5.6 được = 1

: hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy, tra bảng được = 1 (sửdụng 1 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:

= 246,67 < [] = 550 MPaThõa mãn độ bền.

Bảng 2.4: Hình xích tai gá má ngang 1 bên 2 lỗMã

T: Momen xoắn trên trục công tác, T = 25795.97 (Nmm)

: Ứng suất xoắn cho phép ,

Ta có:

d = 16.84 (mm)Chọn sơ bộ đường kính trục là: d = 20 (mm)

b Tính gần đúng trục

Hình 2.5: Kết cấu sơ bộ trục lắp trên tang dẫn độngTrên hình 3.10 là kết cấu sơ bộ trục lắp trên tang dẫn động, khoảng cách giữa hai đầu trục được tính như sau:

L = Lt + 2a + 2E + 2b2Trong đó:

L: Là khoảng cách giữa hai đầu trục (mm)

a: Khe hở giữa tang và 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 ơ xích, b1 = 30 (mm)

b2: Chiều dài trục lắp may ơ 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 của xích tải tác dụng lên trục: Fr = 314.228 (N)

• Lực của bộ truyền xích dụng lên trục: Fr1 = 247.42 (N)

* Thiết kế trục bằng phần mềm inventor

Khoảng cách và đường kính trục tang

Hình 2.6: Hình ảnh thiết kế trục tang

Hình 2.7: Thông số tính trục tang

Kết luận: Ta có bảng thông số kết quả tính toán

* Trục tang:

Hình 2.8: Kết cấu trục tangBảng 2.5: Thông số trục tang

Kích thước

Trục đỡ xích phụ:

Thông số gối đỡ

Hình 2.9: Kích thước ổ trụcBảng 2.6: Thông số gối đỡ trục

2.4 Chọn các chi tiết của băng tấm

2.4.1 Tấm lát

- Chọn băng tấm theo tiêu chuẩn Γ

OCT 2035-54 (Bảng 7.1/TTMNC)

• Loại băng phẳng, không thành, có bộ phận định hướng

• Chiều rộng tấm khi vận chuyển hàng đơn chiếc (CT 7.3/TTMNC)

Ab

Hình 2.10: Thiết bị căngChọn lực kéo của thiết bị căng băng lấy theo điều kiện đảm bảo sao cho lực căng nhỏ nhất của một xích là 1000 (N).

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUNG ĐẶT HỆ THỐNG XÍCH TẢI 3.1 Lựa chọn vật liệu

Bảng 3.1: Thông số vật liệu

Thép tấm Dày 3 (mm) Thép CT3 Làm tấm lợp cho thành bên

Thép hộp chữ

Làm khung bản lề phía trên, thanh đỡ van mở cửa

3.2 Hệ khung băng tải

3.2.1 Chức năng

Hệ khung có chức năng đỡ hệ thống băng tải khi làm việc, nơi đặt hệ thống dẫn động gồm động cơ, hộp giảm tốc, các bộ truyền ngoài

3.2.2 Yêu cầu thiết kế

Hệ khung được thiết kế phải đảm bảo chống lại được các dạng hỏng cơ bản hệ khung trong suốt quá trình hoạt động Phải ổn định khi làm việc và chịu được tải trọng từ kết cấu bên trong và tải trọng bên ngoài

Hệ cần đảm bảo cứng vững, thời hạn sử dụng 50000 giờ

Thiết kế cần tiết kiệm vật liệu, chế tạo dễ dàng

3.3 Thiết kế

Sau khi tính toán kích thước sơ bộ, tương đương giữa các bộ phận, nhóm đưa rakích thước như sau:

Bảng 3.2: Vật liệu chế tạo khung băng tải

Thép hình hộp

60x30x3mm

Hình 3.1: Khung đỡ băng tải và hệ dẫn độngBảng 3.3: Thông số thiết kế khung băng tải

3.4 Mô phỏng kiểm nghiệm

3.4.1 Khối lượng các chi tiết

• Khối lượng hàng = 30kg

• Khối lượng xích tải = 1,9 kg/m => 6 m = 22,8 kg

• Khối lượng tấm lát inox 304 có d = 7,93g/cm3 => m = 0,269 kg

• Xích tải 310 mắt => 155 tấm => 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 trên 1 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)

Sử dụng STRESS ANALYSIS trong INVENTOR

• Theo thuyết bên von mises

Hình 3.2: Kiểm nghiệm theo thuyết bền von mises

• Theo thuyết bền 3

Hình 3.3: Kiểm nghiệm theo thuyết bền 3

• Chuyền vị khung

Hình 3.4: Chuyển vị khung

• Độ an toàn

• Thông số ta có giá trị ứng suất lớn nhất theo thuyết bền VON MISES:

Dạng tải trọng: Tải trọng phân bố đều, tác dụng lên khung Tổng tải trọng F =

1500 (N) tác dụng lên các thanh đỡ Chiều hướng từ trên xuống dưới, tác dụng lêntoàn bộ mặt khung

3.4.4 Phương pháp kiểm nghiệm bền

Ứng dụng CAE, INVENTOR, ANSYS vào thiết kế, sử dụng chức năng

Simulation, kiểm nghiêm độ bền, ứng suất trong các phần mềm để mô phỏng ứng suất thay đổi trên toàn bộ hệ thống

Dạng phân tích là phân tích tuyến tính tĩnh, sẽ mô phỏng biến dạng, ứng suấtcủa các chi tiết trong hệ tại thời điểm hệ chịu tải trọng tĩnh lớn nhất, là lúc nguyênliệu đầu vào được đổ đầy Sau khi mô phỏng, kết quả thu được sẽ cho ra chuyển vịlớn nhất, ứng suất lớn nhất của hệ khi chịu tải trọng như giả thiết đầu vào

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Với những kết quả thực tế hoạt động cho thấy sự phù hợp của những thông sốtính toán và thông số làm việc thực tế Vậy hệ thống máy được thiết kế ứng dụngtrong dây truyền đã đạt kết quả rất tốt, đáp ứng được nhu cầu, thay thế sức laođộng chân tay của các cơ sở, doanh nghiệp sản xuất nước giải khát

* Kiến nghị

Với những kết quả đạt được ban đầu của đề tài là đưa hệ thống máy Tìm hiểu

kĩ, chi tiết hơn về quy trình tính toán cũng như ngoài thực tế để cho ra được cácloại máy tối ưu

Trong quá trình vận hành khai thác sử dụng hệ thống cần lưu ý một số điểmquan trọng sau:

-Vận hành hệ thống đúng quy định, tránh để hệ thống bị quá tải

-Quá trình bảo dưỡng phải được tiến hành đúng thời gian quy định và thay thếnếu cần thiết

-Quá trình sửa chữa hộp giảm tốc nếu cần phải thay thế các bánh răng màkhông có vật liệu đúng như thiết kế của nhà sản xuất thì có thể thay thế bằng vậtliệu khác thỏa mãn,do hệ số an toàn khi kiểm tra là rất lớn

PHẦN IV: