Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo bánh răng trong bơm root

Công nghiệp hóa hiện đại hóa là chiến lược dài hạn của Việt Nam với mục tiêu đến năm 2020 sẽ trở thành một nước công nghiệp hiện đại Trong đó công nghiệp chế tạo máy đóng vai trò là cơ sở để phát triển mọi ngành công nghiệp khác Trong chế tạo máy truyền động bánh răng chiếm một vị trí rất quan trọng chúng là những cơ cấu đóng vai trò chủ yếu trong hầu hết các máy có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng làm việc an toàn và tuổi thọ của máy Gia công bánh răng là một lĩnh vực cắt kim loại phức tạp nhất Để bắt nhịp cùng sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp chế tạo máy trên thế giới đòi hỏi nước ta phải không ngừng đào tạo nguồn nhân lực biết vận dụng và nắm bắt công nghệ tiên tiến hiện đại đồng thời từng bước cải tiến sáng tạo ra công nghệ mới cải tiến cách thức sản xuất phù hợp với nền công nghiệp đất nước

Trang 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG TRONG BƠM ROOT

Người hướng dẫn: PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH

Sinh viên thực hiện: NGÔ MẬU ĐẠT

Đà Nẵng, 07/2020

Trang 2

SVTH: Ngô Mậu Đạt GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

Họ và tên sinh viên: Ngô Mậu Đạt MSSV: 101140222

Lớp :14C1VA Khóa: 2014

Khoa : Cơ khí Ngành: Cơ khí chế tạo máy

1 Tên đề tài tốt nghiệp: Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

2 Nội dung thuyết minh :

Chương 1 : Tổng quan về các loại bơm bánh răng

1.1 Trình bày các loại bơm bánh răng

1.2 Các biên dạng răng thường dung trong bơm root

Chương 2: Thiết kế bơm Root

2.1 Đặt vấn đề

2.2 Hệ thống bơm hiện có trong siêu thị

2.3 Phương án thiết kế

2.4 Tính toán thiết kế bơm

Chương 3: Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root 3.1 Xây dựng bản vẻ chế tạo

3.2 Giới thiệu các phần mềm CAD/CAM

Trang 3

4 Ngày giao nhiệm vụ: Ngày tháng năm 2020

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày tháng năm 2020

Giáo viên duyệt Giáo viên hướng dẫn

ThS Trần Ngọc Hải PGS.TS Lưu Đức Bình

Trang 4

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa là chiến lược dài hạn của Việt Nam với mục tiêu đến năm 2020 sẽ trở thành một nước công nghiệp hiện đại Trong đó công nghiệp chế tạo máy đóng vai trò là cơ sở để phát triển mọi ngành công nghiệp khác Trong chế tạo máy, truyền động bánh răng chiếm một vị trí rất quan trọng, chúng là những cơ cấu đóng vai trò chủ yếu trong hầu hết các máy, có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng làm việc, an toàn và tuổi thọ của máy

Gia công bánh răng là một lĩnh vực cắt kim loại phức tạp nhất Để bắt nhịp cùng sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp chế tạo máy trên thế giới, đòi hỏi nước ta phải không ngừng đào tạo nguồn nhân lực biết vận dụng và nắm bắt công nghệ tiên tiến hiện đại, đồng thời từng bước cải tiến sáng tạo ra công nghệ mới, cải tiến cách thức sản xuất phù hợp với nền công nghiệp đất nước

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Lưu Đức Bình, các thầy ở trong viện

Công nghệ Cơ khí cùng với nỗ lực của bản thân em trong suốt thời gian thực hiện

đồ án tốt nghiệp, cuối cùng chúng em đã hoàn thành thuyết minh “Thiết kế quy

trình công nghhệ bánh răng trong bơm Root”

Khi thiết kế chúng em đã cố gắng để hoàn thiện bản thiết kế thông qua bộ phận thực tế Bơm hoạt động ổn định, tuy nhiên với những hạn chế về chủ quan cũng như khách quan thì bản thuyết minh này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô

Đà Nẵng, ngày 4 tháng 7 năm 2020

Ngô Mậu Đạt

Trang 5

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BƠM BÁNH RĂNG 6

1.1 Các loại bơm bánh răng 6

1.1.1: Định nghĩa 6

1.1.2: Nguyên lý hoạt động .6

1.1.3: Ưu nhược điểm .8

1.1.4: Các loại bơm bánh răng .8

1.2 Các loại biên dạng bánh răng được sửa dụng trong bơm Root 10

1.2.1 Bơm Root 10

1.2.2 Bánh răng Cycloid 14

1.2.3 Các loại biên dạng bánh răng Cycloid 15

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BƠM ROOT 16

2.1 Đặt vấn đề 16

2.2 Hệ thống bơm hiện có tại siêu thị 17

2.3 Phương án thiết kế 18

2.3.1 Phân tích phương án truyền động 18

2.3.2: Chọn các phương án bơm 22

2.3.3: Kết luận 24

2.4 Tính toán thiết kế bơm 24

2.4.1: Phương trình biên dạng cánh bơm 24

2.4.2: Xây dựng phương trình biên dạng cánh bơm 25

2.4.3:Tính toán các thông số khác của bơm 28

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG TRONG BƠM ROOT 33

3.1 Xây dựng bản vẻ chế tạo 33

3.1.1 Phân tích điều kiện làm việc 34

3.1.2 Phân tích yêu cầu kĩ thuật 34

3.2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN MỀM CAD/CAM 35

3.2.1 Một số phần mềm CAD/CAM 35

3.2.2: Chức năng của CAD/CAM 35

3.2.3 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy 36

3.2.4 Lợi ích của CAD/CAM 36

Trang 6

3.3: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM NX 37

3.3.1 :Những điểm nổi bật của NX 38

3.3.2 Các Module chính trong phần mềm có thể kể tới 39

3.4: Tạo phôi 41

3.5 CHỌN MÁY GIA CÔNG 46

3.6: TRÌNH TỰ GIA CÔNG 48

3.6.1 : Nguyên công 1 48

3.6.2 : Nguyên công 2 72

3.6.3 : Nguyên công 3 80

3.6.4 Nguyên công 4 82

3.7 : XUẤT CHƯƠNG TRÌNH 83

CHƯƠNG IV: VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG 86

4.1.Vận hành 86

4.2.Bảo dưỡng 86

Tài liệu tham khảo 87

Trang 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BƠM BÁNH RĂNG 1.1 Các loại bơm bánh răng

1.1.1: Định nghĩa

Bơm bánh răng là bơm thể tích sử dụng sự ăn khớp của một hay nhiều cặp bánh răng để tạo áp suất chân không vận chuyển chất lỏng và tạo ra áp suất bơm Bơm bánh răng thích hợp để bơm các chất lỏng có độ nhớt cao như dầu, sơn, chất dẻo, chất kết dính, xà phòng, …

-Chất lỏng sẽ được vận chuyển theo các rãnh răng từ khoang hút dọc theo vành bơm để đến khoang đẩy Các rãnh răng kết hợp cùng thân bơm để tạo ra

Trang 8

các buồng bơm nhỏ, sự thay đổi thể tích của các buồng bơm này khi ăn khớp chính là cơ cấu để tạo ra áp suất đẩy chất lỏng đi của bơm bánh răng

-Khi bánh răng vào ăn khớp ở khoang đẩy, chất lỏng trong khoang bị ép tạo ra

áp suất và đi vào ống ra Ngay tại lúc này thì có một cặp bánh răng khác đang vào ăn khớp ở khoang hút để bắt đầu chu trình mới

Hình1.2 : Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Có một van an toàn thường được đặt ở đầu ra, khi áp suất tải quá lớn van này sẽ mở để chất lỏng di chuyển về khoang hút, bảo vệ cho động cơ Van an toàn là van một chiều, có thể điều chỉnh ấp suất an toàn bằng cơ cấu lò xo và vít

Trang 9

Hình 0.3 : Mô hình bơm với van an toàn

1.1.3: Ưu nhược điểm

Dựa vào cấu tạo và nguyên lý làm việc đã nêu, bơm bánh răng có các ưu nhược điểm sau:

- Ưu điểm:

• Dễ vận hành và bảo trì, một số bơm bánh răng có thể hoạt động cả hai chiều

• Là phương án lý tưởng để bơm các chất lỏng có độ nhớt cao

• Kích thước nhỏ gọn hơn các bơm khác cho cùng nhiệm vụ

• Dòng chảy chất lỏng ổn định, dễ kiểm soát

-Nhược điểm:

• Áp suất và lưu lượng bơm phụ thuộc vào độ chính xác chể tạo của bơm

• Các chi tiết bị hao mòn ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất bơm

• Không chạy khô được

• Chi phí thay thế đắt

1.1.4: Các loại bơm bánh răng

Bơm bánh răng được chia làm 2 loại chính, dựa theo loại ăn khớp của bánh răng dùng trong bơm, đó là bơm bánh răng ăn khớp trong và bơm bảnh răng ăn khớp ngoài

-Bơm bánh răng ăn khớp trong

Trang 10

Hình 0.4 : Bơm bánh răng ăn khớp trong

Sử dụng một cặp bánh răng ăn khớp trong được bố trí lệch tâm với bánh răng

bị động lắp ở vành bơm Khoang hút và khoang đẩy được phân chia bới lưới chắn

Hình 0.5 : Nguyên lý hoạt động

Bơm bánh răng ăn khớp trong được dùng khi hệ thống yêu cầu về tiếng ồn thấp và độ cứng vững cao, giá thành của bơm ăn khớp trong đắt hơn vì khó chế tạo hơn

-Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Sử dụng cặp bánh răng ăn khớp ngoài để làm bánh răng làm việc, có thể dùng nhiều cặp bánh răng nếu cần lưu lượng lớn, hoặc sử dụng nhiều bơm bánh răng nối tiếp nhau trong trường hợp cần áp suất lớn

Trang 11

Hình 0.5 : Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Bánh răng có dung sai gần và có trục trên cả hai bánh răng Áp suất của bơm

có thể đến 200 bar và có thể kiểm soát dòng chảy qua bơm một cách tin cậy Chi phí cho bơm này cũng không cao và hiệu suất vừa phải do đó loại bơm này khá phổ biến trong sản xuất

1.2 Các loại biên dạng bánh răng được sửa dụng trong bơm Root

1.2.1 Bơm Root

-Khái niệm

Bơm ROOT là bơm bánh răng ăn khớp ngoài sử dụng một cặp bánh răng Cycloid thay vì sử dụng bánh răng thân khai để tạo sự ăn khớp truyền năng lượng cho chất lưu

Thêm vào đó bơm ROOT có thêm một cặp bánh răng thân khai với tỷ số truyền 1:1 để đảm bảo tý số truyền chính xác cho cặp bánh răng cycloid

Với ưu điểm sẵn có của bơm bánh răng, cộng với điểm vượt trội khác, bơm ROOT được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp với nhiều ứng dụng khác nhau, như làm máy thổi khí, máy bơm dầu, trạm bơm ở các nhà máy sản xuất nước hoa quả, bơm phân bón, …

Trang 12

Hình 0.6: Máy bơm ROOT

Hình 0.7: Một trạm bơm ROOT

-Nguyên lý hoạt động

Cấu tạo của bơm ROOT bao gồm một cặp bánh răng thân khai có tỷ số

truyền 1:1, hai bánh răng này được lắp trên 2 trục dẫn động, nằm ở một

Trang 13

khoang riêng Trên đầu kia của hai trục này là cặp bánh răng Cycloid nằm ở

khoang chính, chính là khoang bơm, hai bánh răng này quay cùng tốc độ và

ngược chiều tạo ra các buồng bơm nhờ cánh răng và thân bơm, từ đó thay đổi

thể tích các khoang này tạo ra áp suất và lưu lượng bơm Bơm ROOT có

nhiều loại, từ 2 đến 5 cánh nhưng phổ biến nhất là loại 2 và 3 cánh vì ưu điểm

về lựu lượng và giá thành

Hình dưới là để minh họa cho nguyên lý hoạt động của bơm, trên hình 1a, 2

cánh bơm 1 và 2 quay đến vị trí 0ᵒ tạo ra khoang trống 3 có áp suất thấp hơn

bên ngoài hút chất lỏng (không khí) vào khoang này qua cửa vào Hai cánh

bơm 1, 2 tiếp tục quay, ăn khớp với nhau tạo ra các khoang có trống để chứa

chất lỏng (không khí) như trên hình b, c Trên hình d, khi cánh bơm ở vị trí

180ᵒ, chất lỏng (không khí) được các cánh bơm đưa sang khoang 4, tại đây áp

suất tăng và lớn hơn bên ngoài khiến chất lỏng (không khí) bị nén lại và đẩy

ra ngoài ở cửa ra

Hình 0.8: Nguyên lý hoạt động

Đặc biệt, khi thay đổi cách nối cửa ra và vào, bơm ROOT có thể làm các

nhiệm vụ khác nhau

• Nếu cửa vào lắp vào một bình kín sẽ tạo ra máy hút chân không

• Nếu cửa ra được nối với ống và sục xuống nước thì gọi là máy sục

khí

• Khi kết hợp nhiều bơm với nhau có thể tạo thành máy trộn cho các

loại nguyên liệu ở dạng lỏng được đưa vào từ cửa vào

- Cấu tạo:

Bơm Root được cấu tạo từ các bộ phận chính là cánh bơm ( cặp bánh răng cycloid ) trục dẫn động, bánh răng thân khai, giá đỡ Hình dưới minh họa một cách tổng quát cho cấu tạo của bơm Root Vỏ khoang làm việc chứa hai cánh bơm đa số đếu có hệ thống làm mát, vì ma sát giữa cánh bơm và vỏ khoang

Trang 14

làm việc rất nhiều, dẫn đến nhiệt độ cao, ảnh hưởng đến hoạt động của bơm

và chất lỏng Cánh bơm được chế tạo bằng nhiều chất liệu khác nhau, tuy nhiên phải đảm bảo chính xác, biên dạng của cánh bơm cũng khá đa dạng, đa

số được xây dựng từ phương trình cycloid quen thuộc nhưng có một số được thiết kế riêng cho các mục đích khác nhau

Cặp bánh răng thân khai được chế tạo với cùng một thông số, đảm bảo tỷ số truyền 1:1 cho cánh bơm

Hình 0.9: Cấu tạo tổng quát một bơm ROOT

Trục dẫn động truyền động từ cặp bánh răng thân khai đến cánh bơm thì được chế tạo từ thép Cacbon, chủ yếu dùng then để truyền momen nhưng các hãng bơm khác nhau lại dùng các cơ cấu then khác nhau, độ phức tạp cũng khá đa dạng

Vỏ bơm, thân bơm được định vị với nhau bằng hệ thống chốt định vị và bulông Các chi tiết phụ như ổ bi, then, nắp dầu và vòng phớt thì tùy theo các thiết kế khác nhau sẽ dùng các loại khác nhau Nếu trục có cơ cấu chặn lực dọc trục ( trục bậc, chốt chặn, vít chặn, ) thì chỉ cần dùng ổ bi, còn không thì phải dùng ổ đỡ chặn ( ổ đũa, ổ côn)

-Ưu điểm

Trang 15

Kích thước nhỏ gọn

Bơm bánh răng nói chung và bơm ROOT nói riêng có kích thước nhỏ hơn các loại bơm khác với cùng công suất, cho phép làm việc hiệu quả hơn ở những địa điểm đặc biệt

Bơm được các chất lỏng có độ nhớt cao

Vì cánh bơm có biên dạng đặc biệt, khoang bơm lớn hơn bơm bánh răng thông thường nên có thể bơm được các chất lỏng có độ nhớt cao, có thể bơm được các chất cặn, phân bón, …

1.2.2 Bánh răng Cycloid

Biên dạng cycloid được tạo ra từ hai đường cong là Epicycloid và

Hypocycloid Đường cong Cycloid là đường cong liên tục được vẽ bởi một điểm nằm trên đường tròn lăn không trượt trên một đường thẳng nằm trong cùng một mặt phẳng

Đường cong Epycloid là quỹ tích của một điểm nằm trên đường tròn lăn khí

nó lăn ở bên ngoài một đường tròn cố định khác

Đường Hypocloid là quỹ tích của một điểm trên đường tròn lăn bán kính a khi nó lăn ở phía trong của đường tròn khác có bán kính b với b>a

Khi kết hợp cặp bánh răng có biên dạng đối tiếp là đường Epi-Hypocycloi

nói trên thì ta được một cặp bánh răng trụ tròn răng cycloid, hay còn gọi là bánh răng Cycloid

Hai bánh răng trong một cặp bánh răng phải được cắt bằng cùng một thanh răng biên dạng Cycloid để đảm bảo điều kiện ăn khớp đúng, vì thanh răng cycloid khó chế tạo nên bánh răng cycloid ít được phổ biến như bánh răng thân khai

Trang 16

Bánh răng Cycloid được dùng khá nhiều trong các chi tiết chính xác như

đồng hồ và chi tiết tải trọng cao như cần trục dưới dạng bánh răng chốt

Hình 0.10: Bánh răng chốt

1.2.3 Các loại biên dạng bánh răng Cycloid

Hình 0.11 : Bánh răng cycloid

Trang 17

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BƠM ROOT 2.1 Đặt vấn đề

Theo quy định của nhà nước nghị định 80/2014/NĐ-CP về thoát nước và xủ

lý nước thải thì nước thải của siêu thị vaf trung tâm thương mại trước khi đổ ra cống của thành phố cần được xử lý theo quy định của nhà nước

Hình 2.1 Sơ đồ xử lý nước thải

Nước thải của siêu thị , trung tâm thương mại thường thường có đặc điểm có nhiều chất hưu cơ phân hủy sinh học ngoài ra có có 1 số loại căn lững lơ, mảnh vụn thức ăn các loại phế thải và nhiều dầu mỡ vì nguyên nhân này nếu dung bơm thông thường sẽ dẫn đến việc tắc kẹt rác trong bơm gây ra hiện tượng cháy bơm, đặc biệt việc bơm nước ở hố thu về khu vực xử lý nên yêu cầu đặt ra cần phải thiết kế bơm đáp ứng nhu cầu ở trên

Trang 18

SVTH: Ngô Mậu Đạt GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình 2.2 Hệ thống bơm hiện có tại siêu thị

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống bơm tại siêu thị

Trang 19

Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Sau khi nước thải được thu lại bể gom tách mở, hai bơm Root thay nhau bơm nước thải từ bể gom về bể điều hòa

Nước từ bể điều hòa được 2 bơm chim bơm qua bể khuấy, khi bớm đầy nước sẽ tràn qua bể vi sinh

Bể vi sinh sẽ xử lý theo chu trình trình sục lắng diễn ra tầm 8 tiếng nước được

xủ lí xong , quá trình lắng 1 tiếng, nước được chuyển qua bể khử trùng 2 bơm hóa chất sẽ bơm lượng clo vào bể khử trùng Sau đó nước được bơm ra công nước thải thành phố

Quá trình xử lí được lăp đi lặp lại liên tục 24/24

Sau 1 thời gia sẽ có 1 số lượng bùn tích tụ ở bể khử trùng , theo định kì ta sẽ sục khi đưa bùn từ bể khủ trùng bề bể khuấy

2.3.1 Phân tích phương án truyền động

Truyền động trong bơm có hai phương án, đó là truyền động trực tiếp trừ động cơ qua bánh răng chủ động rồi đến bánh răng bị động Đó là truyền động trực tiếp như hầu hết bơm bánh răng vẫn dùng Hoặc là thông qua bộ truyền trước mới đến hai bánh răng làm việc, có thể là bộ truyền đai, xích hoặc bộ truyền bánh răng Ta sẽ phân tích cả hai phương án này rồi chọn phương án phù hợp

➢ Truyền động trực tiếp

Với phương án này, momen và tốc độ từ động cơ qua nối trục sẽ đến thẳng bánh răng chủ động, bánh răng chủ động ăn khớp với bánh răng bị động truyền năng lượng cho chất lưu Phương án này có nhưng ưu điểm và nhược điểm sau:

- Ưu điểm:

Trang 20

Thiết kế đơn giản, chỉ cần một cặp bánh răng ăn khớp và thân bơm là cơ bản đã có một máy bơm

Cấu trúc bơm đơn giản thì dẫn đến dễ thay thế, sửa chữa và vận hành Bơm

ít chi tiết sẽ nhỏ gọn và dễ lắp đặt

- Nhược điểm:

Khả năng hoạt động của bơm phụ thuốc hoàn toàn vào cặp bánh răng

truyền động, các hư hỏng nhỏ cũng có thể giảm khả năng làm việc trầm trọng Khả năng làm việc của bơm sẽ không thật sự cao Bởi vì nguyên nhân tiếp theo đây

Một cặp bánh răng làm cả hai nhiệm vụ sẽ hỏng/ mòn rất nhanh, vì áp lực

ma sát lên bề mặt răng là lớn, vừa chịu tải từ động cơ và từ áp suất của chất lưu

Hai nguyên nhân trên kết hợp khiến bơm có tuổi thọ khá thấp, vì tuổi thọ của bơm chính là tuôit thọ của cặp bánh răng chính

Từ các ưu nhược điểm trên, ta thấy rõ là phương án này vừa có thể được dùng cho các bơm bánh răng thông dụng, vì độ đơn giản và giá thành của

nó Các khuyết điểm vẫn có thể bù đắp bằng chất lượng chế tạo cặp bánh răng Chỉ cần cặp bánh răng này hoạt động tốt là bơm vẫn sẽ hiệu quả

➢ Truyền động gián tiếp

Phương pháp truyền động gián tiếp này là dùng cặp bánh răng làm

việc riêng, và bộ truyền động sẽ truyền động trực tiếp cho mỗi răng chứ

không phải truyền động cho một bánh răng chủ động

Các bộ truyền động có thể dùng là xích, đai, bánh răng, etc tuy nhiên

chủ yếu là dùng một cặp bánh răng thân khai Lý do sẽ được giải thích sau phần phân tích ưu nhược điểm

Kết cấu từ nhiều phần khác nhau → có thể đảm nhận nhiều nhiệm vụ khác nhau hơn là bơm truyền động trực tiếp

- Nhược điểm:

Trang 21

Không còn phụ thuộc quá nhiều đến bánh răng truyền động nhưng vẫn cần

độ chính xác cao của cặp bánh răng này → giá thành cao hơn hẳn

Cặp bánh răng làm việc khó chế tạo

Nhiều bộ phận → phức tạp cho thiết kế, sử dụng Kích thước có thể sẽ lớn hơn

Bộ truyền động phải chính xác, đảm bảo tỷ số truyền động một cách liên tục

Đa số bơm truyền động gián tiếp sử dụng một cặp bánh răng thân khai được chế tạo chính xác, với tỷ số truyền luôn là 1:1 để truyền động cho cặp bánh răng làm việc

Cặp bánh răng làm việc này có thể là bánh răng cycloid, bánh răng elip, bánh răng có biên dạng chỉnh sửa phù hợp với một mục đích nhất định nào đó Đặc điểm chung của các cặp bánh răng này là khó chế tạo, nhưng ăn khớp khít

và góc áp lực lên răng thấp Đồng thời ít răng ( đa số chỉ từ 2-5 răng) là ưu điểm lớn nhất, với việc đảm bảo ăn khớp khi chỉ có từng đó răng, thì lưu

lượng truyền đi là lớn hơn nhiều so với bơm bánh răng thông thường, đó

chính là đặc điểm làm nên ưu điểm của bơm ROOT

Vì phải đảm bảo tỷ số truyền luôn là 1:1 nên bộ truyền động chỉ có thể là bánh răng Bộ truyền đai và xích chỉ dùng ở một số trường hợp rất đặc biệt, bơm được chế tạo riêng

➢ Chọn phương án truyền động

Với nhiệm vụ của bơm là Q= 50m3/h thì bơm bánh răng truyền động trực tiếp sẽ cần bánh răng lớn → giá thành cao, và bơm này có thể tạo ra áp suất lớn hơn nhu cầu p=4 bar của nhiệm vụ → lãng phí khả năng của thiết bị

Do đó ta sẽ chọn bơm truyền động gián tiếp để thiết kế cho nhiệm vụ này Vừa có thể đạt lưu lượng, vừa đảm bảo được áp suất

Tiếp theo là chọn biên dạng cho cánh bơm, như đã nói ở trên là có nhiều loại biên dạng, nhưng biên dạng cycloid thông thường là đủ để đáp ứng điều kiện đưa ra Các biên dạng khác chưa được áp dụng lâu và cần nhiều nghiên cứu hơn để thiết kế được biên dạng làm việc Đa số các hãng bơm hiện nay vẫn dùng biên dạng cycloid cho các loại bơm của họ

Trang 22

Như vậy ta sẽ dùng một cặp bánh răng thân khai để truyền động cho một cặp bánh răng cycloid Đó là phương án truyền động cho đồ án này

Ta có sơ đồ động sau đây:

Trang 23

Hình 0.3: Sơ đồ động bơm ROOT

Trang 24

Số lượng cánh bơm, bơm ROOT có số lượng cánh từ 2-5 cánh, với bơm cycloid thì số lượng cánh bơm từ 2-3 cánh cho lưu lượng lớn nhất, ngược lại bơm nhiều cánh cho áp suất cao và ổn định hơn ( áp suất và lưu lượng tức thời ổn định) Hơn nữa đối tượng bơm là chất thải biogas với độ nhớt cao và nhiều cặn, không yêu cầu ổn định áp suất và lưu lượng, nên ta chọn phương

án dùng 2-3 cánh

Bơm 2 cánh cho lưu lượng cao hơn, thường được dùng cho nhiệm vụ có lưu lượng từ 80-100 m3/h Vì vậy ta dùng bơm 3 cánh để đảm bảo cứng vững, dễ chọn vật liệu và chế tạo Vì bơm 2 cánh dùng cho nhiệm vụ có lưu lượng nhỏ thì kích thước có thể sẽ không đủ bền, chỉ hiệu quả với nhiệm vụ có lưu lượng lớn, kích thước lớn dễ bố trí cơ cấu truyền động

Loại hình dáng cánh bơm Bơm ROOT trên thị trường có hai loại là cánh thẳng và cánh xoắn Loại cánh xoắn chủ yếu dùng cho máy nén khí dạng

Trang 25

ROOT, rất hiệu quả trong việc nén khí và tạo dòng khí lưu lượng cao, áp suất

lớn Tuy nhiên loại này cực kì khó chế tạo cánh bơm Bơm cánh xoắn hiện nay

nếu sửa chữa và phục hồi biên dạng hoặc gia công mới sẽ có giá thành rất cao Không phải xường nào cũng gia công được, vì đạt biên dạng nhưng chưa chắc

đã đạt độ nhám bề mặt yêu cầu, máy gia công phải là máy 5 trục

Với nhiệm vụ này, bơm cánh thẳng là đủ Không nhất thiết phải dùng đến bơm cánh xoắn

2.3.3: Kết luận

Qua phân tích ưu nhược điểm của cá phương án truyền động, phương

án biên dạng cánh bơm, phương án cánh bơm và số thùy cánh bơm, ta rút ra được phương án lựa chọn để thiết kế bơm cho nhiệm vụ là :

Sử dụng bơm truyền động qua cặp bánh răng thân khai hình trụ răng thẳng Biên dạng cánh bơm là biên dạng Cycloid, loại cánh bơm là loại cánh bơm thẳng 3 thùy

2.4 Tính toán thiết kế bơm

2.4.1: Phương trình biên dạng cánh bơm

Từ các tài liệu [1] [2] và [3] thì ta dùng phương trình của các đường cong cycloid đã được tính toán trong các tài liệu này Cụ thể:

Với bơm ROOT có : z răng, R là bán kính tâm tích bánh răng, r là bán kính tâm tích sinh, thì phương trình hai đường cong cycloid cho biên dạng thân bơm có dạng như sau:

Trang 26

2.4.2: Xây dựng phương trình biên dạng cánh bơm

Nhiệm vụ làm việc của bơm như sau: Trạm bơm nước thải hầm biogas, dùng bơm ROOT vì sau một chu kì thời gian sẽ có lắng đọng, các bơm khác sẽ có nguy

cơ bị tắc, kẹt

Lưu lượng bơm: Q=50m3/h

Áp suất bơm: P= 2 bar

Từ lưu lượng bơm đã nói ở trên, nhận xét là lưu lượng khá lớn, ta chọn bơm 3 thùy để thiết kế và tính toán, bơm 4 thùy sẽ có khả năng không đáp ứng được lưu lượng trên với kích thước này, bơm 2 thùy sẽ quá lưu lượng và lãng phí vật liệu

Phương trình biên dạng của bơm ROOT 3 cánh:

Trang 27

Hình2.4: Mô hình hình học tính toán bơm ROOT

Khoảng cách hai tâm O1O2 = 6r

Trang 28

Là một nửa của tiết diện OAB chiếu lên hệ tọa độ Oxy có Oy trùng với O1B Phần diện tích số (5) là phần chứa được chất lỏng trong một chu kì làm việc của bơm Các phần diện tích (1) (2) (3) và (4) lần lượt là các phần diện tích thuộc cánh bơm, bị giới hạn bởi các đường cong cycloid và hai trục tọa độ, ta sẽ tính các diện tích này bằng phương pháp tích phân, sau đó dùng diện tích O1AB trừ đi các phần này để tính (5)

a) Diện tích phần (1) và (2), đường cong epicycloid

-Diện tích phần số (1) được tính như sau:

= |∫ 𝑦(𝜑) 𝑥̀(𝜑)𝑑𝑥

𝜋 3

= |∫ (7𝑟𝑠𝑖𝑛𝜑 − 𝑟𝑠𝑖𝑛7𝜑)(−7𝑟𝑠𝑖𝑛𝜑 + 7𝑟𝑠𝑖𝑛7𝜑)𝑑𝜑

𝜋 3

| = |∫ 𝑦(𝜑) 𝑥̀(𝜑)𝑑𝑥

𝜋 6 𝜋 3

|

Trang 29

= |∫ (5𝑟𝑠𝑖𝑛𝜑 − 𝑟𝑠𝑖𝑛5𝜑)(−5𝑟𝑠𝑖𝑛𝜑 + 5𝑟𝑠𝑖𝑛5𝜑)𝑑𝜑

𝜋 6 𝜋 3

2.4.3:Tính toán các thông số khác của bơm

➢ Bộ bánh răng thân khai

Từ khoảng cách trục đã có a= 108 mm Ta có thể tính toán bộ bánh răng thân khai của bơm với các công thức có sẵn theo thứ tự:

Trang 30

- Từ khoảng cách trục, tính số răng z, chọn module m=2 mm Từ đó tính toán các thông số hình học và của bánh răng

- Tính toàn momen T truyền qua trục của bánh răng

- Kiểm nghiệm bánh răng theo độ bền uốn và độ bền tiếp xúc

Để dễ dàng chế tạo, ta chọn phương án dùng bánh răng thẳng không dịch

Ta có thể rút ra thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

như trong bảng dưới đây

Bảng thông số hình học của bộ truyền

Thông số Kí hiệu Công thức Giá trị

Trang 31

ka = 49.5

𝐾𝐻𝛽 = 1.01, 𝐾𝐹𝛽 = 1.03 Chọn vật liệu:

+ Bánh răng chủ động và bánh răng bị động cùng vật liệu thép 45 tôi cải thiện có δb = 750 Mpa, δch = 450 Mpa

+ Thép 45 thôi cải thiện có thể đạt độ cứng HB = 180 - 350

Với độ cứng hai bánh răng HB1 = HB2 = 250, ta có:

δo Hlim = 2HB + 70 = 2.250 + 70 = 570 Mpa

Chọn KHL1 = KHL2 = 1

KFL1 = KFL2 = 1

KFC = 1

Ứng suất cho phép:

Trang 32

Mà Momen động cơ = momen gây áp suất + momen tác dụng lên bánh răng

Trang 33

Trong đó : VH = δH g0.V.√𝑎𝑤

𝑢

g0 = 47 (hệ số ảnh hưởng đến sai lệch bước răng)

δH = 0.004 (hệ số ảnh hưởng của δ số ăn khớp )

Thay g0 δH vào công thức, ta được VH = 4.40

Thay VH vào công thức được:

KHV = 1+ 4.40.10.20

2.876.1,01.1,07= 1.46

Thay các hệ số vào công thức (được;

K H = KH KH KH =1.01*1.07*1.46 =1.578

Trang 34

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

BÁNH RĂNG TRONG BƠM ROOT 3.1 Xây dựng bản vẻ chế tạo

Hình 3.1 Bản vẻ chế tạo

Trang 35

Hình 3.2 Bản vẻ 3D

3.1.1 Phân tích điều kiện làm việc

Cánh bơm Cycloid dùng để tạo chuyển động và áp suất cho chất lưu Quay với tốc độ cao, yêu cầu phải đạt kích thước chuẩn để không gây thất thoát công suất và hạn chế ma sát

3.1.2 Phân tích yêu cầu kĩ thuật

- Đạt sai số không dưới 0.03 mm so với kích thước thiết kế

- Đạt độ nhám bề mặt Ra

Trang 36

3.2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN MỀM CAD/CAM

+ CATIA: Là phần mềm chuyên thiết kế các sản phẩm 3D có sự hỗ trợ của

máy tính, là bộ phần mềm có sự phức hợp của CAD/CAM/CAE

+ PRO/ENGINEER: Là phần mềm CAD/CAM/CAE tích hợp, có nhiều chức năng trợ giúp thiết kế, phân tích kĩ thuật và lập trình cho máy NC

3.2.2: Chức năng của CAD/CAM

Chức năng của CAD/CAM

- Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số trong cơ sở

dữ liệu trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay

từ giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, tức là hỗ trợ điều khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số

- Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm thiết

kế Ngày nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế

và gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản sau:

- Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng phức tạp

Trang 37

+ Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các chức năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số

+ Phân tích và liên kết dữ liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý

kết cấu lắp ghép

+Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết các bản vẽ 2D với mô hình 3D và ngược lại

+ Liên kết với các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích

kỹ thuật: tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng chảy vật liệu, trường áp suất, trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu,

+ Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công nghệ gia công điều khiển số

+ Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn

+ Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể

3.2.3 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy

- Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (đo quét toạ độ)

- Giảm đáng kể thời gian mô phỏng hình học bằng cách tạo mô hình hình học theo cấu trúc mặt cong từ dữ liệu số

- Chức năng mô phỏng hình học mạnh, có khả năng mô tả những hình dáng phức tạp nhất

- Khả năng mô hình hoá cao cho các phương pháp phân tích, cho phép lựa chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu

3.2.4 Lợi ích của CAD/CAM

- Lợi ích của CAD có nhiều, song chỉ có một số trong đó là có thể định lượng được Một số lợi ích khác khó có thể lượng hoá được mà chỉ thể hiện ở chất lượng công việc được nâng cao, thông tin tiện dụng, điều khiển tốt hơn v.v

Trang 38

- Một số lợi ích của CAD trong hệ tích hợp CAD/CAM:

+ Nâng cao năng suất kỹ thuật

+ Giảm thời gian chỉ dẫn, giảm số lượng nhân viên kỹ thuật

+ Dễ cải tiến cho phù hợp với khách hang, phản ứng nhanh với nhu cầu thị trường

+ Độ chính xác thiết kế cao, hạn chế lỗi sao chép đến mức tối thiểu

+ Khi phân tích dễ nhận ra những tương tác giữa các phần tử cấu thành

+ Phân tích chức năng vận hành tốt hơn nên giảm khâu thử nghiệm trên mẫu + Thuận lợi cho việc lập hồ sơ, tư liệu

+ Bản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao

+ Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt

+ Dễ tiết kiệm về chi phí, giảm giá thành

+ Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt có sẵn

+ Tiết kiệm vật liệu và thời gian máy nhờ các thuật toán tối ưu

+ Nâng cao hiệu quả quản lý trong thiết kế

+ Dễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp

3.3: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM NX

- Phần mềm NX được phát triển bởi Siemens PLM Software, NX là giải pháp tổng thể CAD/CAM/CAE linh hoạt, tối ưu và có tính đồng bộ cao Giúp các doanh nghiệp giải quyết mọi vấn đề khó khăn trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm, đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn, và có thể tối ưu hóa những dữ liệu thiết kế cũ NX liên tục đổi mới, trên con đường phát triển để trở thành tam đại CAD/CAM ( NX, PTC – Creo, Catia), Siemens đã sát nhập thêm I-Deas giúp NX vươn lên và đứng đầu trong lĩnh vực CAD/CAM/CAE ngày nay, NX không chỉ đứng đầu về mặt công nghệ (giải pháp công nghệ)

mà còn đứng đầu về số lượng license cấp phép hiện nay Vì vậy khi ứng dụng

Trang 39

tốt phần mềm chúng ta sẽ có lợi thế làm việc cho những tập đoàn lớn đến từ

Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ …

3.3.1 :Những điểm nổi bật của NX

a) Khả năng thiết kế nhanh

- NX cung cấp cho người dùng khả năng thiết kế nhanh nhờ công cụ Synchronous, công cụ Synchronous hỗ trợ kỹ sư linh hoạt trong việc thiết kế, chỉnh sửa dữ liệu… giúp tăng ít nhất 30% hiệu suất thiết kế

Khả năng hiệu chỉnh dữ liệu

- Có thể nói việc hiệu chỉnh và tái sử dụng dữ liệu là thách thức của các kỹ

sư, một sản phẩm được đưa ra thị trường cần được thiết kế và chỉnh sửa thiết

kế rất nhiều lần, vậy điểm khác biệt của NX là gì ? NX cung cấp khả năng đọc và chỉnh sửa toàn bộ dữ liệu 2D (dxf, dwg) và 3D ( Txt,step,parsolid, fem,par, pms…) thông thường qua đó các kỹ sư có thể mở dữ liệu và chỉnh sửa trực tiếp

Liên kết dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau

- Hiện nay mỗi doanh nghiệp thường làm việc với nhiều đối tác, tuy nhiên mỗi đối tác lại sử dụng một phần mềm CAD khác nhau, NX cho phép người dùng mở trực tiếp và chỉnh sửa dữ liệu từ các phần mềm như: Inventor, Solidwork, Catia, PTC-Creo… như vậy sẽ tiết kiệm thời gian đáng kể cho việc chuyển đổi dữ liệu qua một phần mềm trung gian khác

d) Sức Mạnh – NX xử lý được những bài toán cực kỳ phức tạp thông qua giải pháp CAD/CAM/CAE toàn diện

- NX Advanced Simulations giải quyết khó khăn về Simulation giúp tiết kiệm vật liệu, tiết kiệm sản phẩm mẫu trước khi đưa sản phẩm ra thử nghiệm

và sản xuất hàng loạt, NX CAM giúp giải quyết những bài toán gia công phức tạp từ 3-5 trục

Năng suất

Trang 40

- NX cung cấp giải pháp tổng thể CAD/CAM/CAE và công cụ quản lý dữ liệu giúp kỹ sư và người quản lý nâng cao năng suất, tận dụng được dữ liệu cũ vào việc phát triển các sản phẩm mới…

3.3.2 Các Module chính trong phần mềm có thể kể tới

vỏ xe hơi) và General Packagging ( tối ưu hóa góc quan sát) tạo nên bộ công

cụ thiết kết tuyệt vời phục vụ ngành thiết kế ô tô, xem máy và các nghành phụ

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	6,25 MB