nghiên cứu và chế tạo hoàn chỉnh 01 đầu quạt root có thông số : Q=600m 3 /h, h max =10.000mmh 2 o, n=15kw dùng thổi khí vào silo xi măng của nhà máy xi măng lò quay

Bộ công thơng

viện nghiên cứu cơ khí

báo cáo khoa học đề tài R-d cấp bộ năm 2008
Tên đề tài:

nghiên cứu và chế tạo hoàn chỉnh 01 đầu quạt root
có thông sè : Q=600m3/h, hmax=10.000mmh2o, n=15kw dïng thỉi
khÝ vµo silo xi măng của nhà máy xi măng lò quay
Ký hiệu: 241- 08 RD/HĐ - KHCN

C quan ch qun
: B Cụng Thng
Cơ quan chủ trì đề tài : Viện Nghiên cứu Cơ khí
Chủ nhiệm đề tài
: Kỹ s Cao Tiến Khánh

7284
10/3/2009
Hà Nội, năm 2008


Bộ công thơng

viện nghiên cứu cơ khí

báo cáo khoa học đề tài R-d cấp bộ năm 2008

Tên đề tài:

nghiên cứu và chế tạo hoàn chỉnh 01 đầu quạt root
có thông sè : Q=600m3/h, hmax=10.000mmh2o, n=15kw dïng thỉi
khÝ vµo silo xi măng của nhà máy xi măng lò quay
Ký hiệu: 241- 08 RD/HĐ - KHCN

VIện trởng

chủ nhiệm đề tài

KS Cao Tiến Khánh

Hà Nội, năm 2008


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI………………………..2

Mở đầu.........................................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Muc tiêu nghiên cứu của đề tài ………………………………….5
1.2 Tình hình nghiên cứu quạt root trong nước và ngoài nước………5
1.2.1 Trong nước:………………………………………………………….5
1.2.2 Ở nước ngoài…………………………………………………….......6
1.3 Phương pháp nghiên cứu…………………………………………7
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH LẮP ĐẶT , QUY TRÌNH VẬN
HÀNH, THIẾT KẾ CHI TIẾT QUẠT ROOT GM10S, LẬP QUY TRÌNH
CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA QUẠT ROOT GM10S….8

2.1 Khảo sát nghiên cứu quy trình lắp đặt vận hành quạt Root..........8
a- Quy trình lắp ráp........................................................................9
b- Quy trình vận hành hệ thống cung cấp khí dưới đáy silơ xi
măng........................................................................................10
2.2 Thiết kế chi tiết quạt Root GM10S.............................................11
2.2.1 Nguyên lý làm việc của quạt Root......................................11
2.2.2 Cấu tạo quạt Root................................................................11
1- Phần tĩnh .......... .............................................................. 12
2- Phần động .........................................................................12
2.3 Kiểm nghiệm độ bền mỏi trục chủ động....................................12
2.3.1 Xác định các lực tác dụng lên trục.....................................14
2.3.2 Tính tốn các lực tác dụng lên trục....................................14
2.3.3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi.......................................15
2.3.4 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của bộ truyền bánh răng....18
2.4 Thiết kế quạt Root GM10S.......................................................23
2.4.1 Đo đạc, thiết kế chi tiết quạt Root GM10S.......................23
2.4.2 Lập quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết của quạt
Root....................................................................................26
a- Thân quạt...........................................................................26
b- Thân ổ bi 1 và thân ổ bi 2..................................................30
c- Cánh quạt...........................................................................31
d- Bộ bánh răng nghiêng có mn = 2.......................................33
CHƯƠNG III: QUY TRÌNH LẮP ĐẶTHỆ THƠNG KHẢO NGHHIỆM,QUY
TRÌNH KHẢO NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ………………………...36
3.1 Quy trình lắp đặt hệ thống khảo nghiệm…………………………….36
3.2 Quy trình khảo nghiệm và đánh giá kết quả…………………………37
3.2.1 Quy trình khảo nghiệm…………………………………………37
3.2.2 Đánh giá kết quả………………………………………………..40
TÀI LIỆU THAM KHẢO... ........................................................................41

Phụ lục 1 đến phụ lục 4...... .........................................................42-45

1


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

Danh sách các thành viên tham gia đề tài.
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Cao Tiến Khánh - KS Máy Thuỷ Lực
Nguyễn Chí Cường -ThS Kỹ thuật
Trần Chí Trung - KS Máy Thuỷ lực
Lê Danh Liên - PGS- TS
Trần Thị Hoàng Thanh- ThS
Nguyễn Khánh Hưng – KS

2


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

Mở đầu
Máy thuỷ khí là danh từ chung để chỉ các máy làm việc bằng cách trao
đổi năng lượng với chất lỏng ( chất lỏng ở đây là các chất khí, nước, dầu).

Theo các nguyên lý thuỷ khí động học nói riêng và cơ học chất lỏng nói
chung. Bơm dùng cơ năng của động cơ để vận chuyển chất lỏng. Quạt, máy
nén khí dùng cơ năng để cung cấp khí nén có áp suất cao cho những nơi
cần như hàn, vận chuyển các hạt nhỏ rời. Trong các nhà máy sản xuất xi
măng, các băng truyền máng khí động.
Ngày nay máy thuỷ khí được dùng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực sản
xuất cũng như trong sinh hoạt. Có thể nói rằng hầu như khơng có nghành
kỹ thuật nào mà khơng sử dụng máy thuỷ khí.
Hiện nay có rất nhiều loại máy thuỷ khí khác nhau như: Bơm ly tâm,
bơm hướng trục, bơm piston, bơm roto, quạt có cánh ly tâm, quạt hướng
trục, quạt thể tích, máy nén khí hướng tâm, máy nén khí hướng trục. Sau
đây ta quan tâm loại máy thuỷ lực có áp lực cao để phục vụ trong nghành
sản xuất xi măng đó là quạt Root.
Quạt root thuộc nhóm các máy năng lượng, dùng để biến đổi cơ năng
nhận được từ động cơ điện thành cơ năng của dịng chất khí. Quạt root tạo
ra áp suất cao, lưu lượng lớn, bởi vậy chế tạo và lắp ráp cần độ chính xác
cao. Trong ngành chế tạo máy thuỷ lực, quạt root là một trong những máy
quan trọng, địi hỏi cơng nghệ chế tạo cao.
Trong ngành sản xuất xi măng quạt Root dùng để cấp khí cho silo liệu,
silo xi măng, cấp khí thổi than vào lò nung klinke. Hiện nay tại Việt Nam
chưa chế tạo hoàn chỉnh được quạt root mà phải nhập khẩu từ nước ngoài.

3


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

Do vậy giá thành cao, khơng chủ động được về thời gian. Nhu cầu sử dụng
quạt root trong các nhà máy xi măng nhiều và không thể thiếu được. Vì vậy
nước ta cần phải đầu tư nghiên cứu để tiến tới nội địa hóa sản phẩm quạt

root.

Hình 1: Tổ máy quạt root GM 3 S- GM 150 S

4


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN
1.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
1. Nghiên cứu thiết kế theo mẫu, chế tạo một đầu quạt root GM10.S.
2. Nội địa hoá các sản phẩm quạt root.
3. Giảm giá thành sản phẩm.
1.2. Tình hình nghiên cứu quạt root trong và ngoài nước :
1.2.1 Trong nước :
Sau hồ bình lập lại 1954 nhà nước Việt Nam đã cử các sinh viên
sang học tập, nghiên cứu Khoa học tại các nước có nền cơng nghiệp
phát triển như: Liên Xơ; Trung Quốc; Đơng Đức; Tiệp Khắc…Trong đó
có các sinh viên được đào tạo chuyên ngành Máy và tự động thuỷ khí.
Họ đã trở thành những cán bộ nghiên cứu khoa học,Tiến sĩ, Thạc sĩ, kỹ
sư vv… và làm việc trong các nhà máy, các trường Đại học, các viện
nghiên cứu. Họ tạo ra những sản phẩm phục vụ cho nơng nghiệp, trong
ngành cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp sản
xuất xi măng vv…đó là các loại máy bơm, tua bin, quạt gió. Quạt root
thiết bị quan trọng, sử dụng nhiều trong các ngành kinh tế quốc dân,
nhưng những năm 1954-1965 nhà nước ta hầu như chưa quan tâm đúng
mức tới việc đầu tư nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy thuỷ khí.

- Năm 1970-1980 cơ sở duy nhất là nhà máy chế tạo bơm Hải Dương
thuộc Bộ Cơ khí Luyện kim cũ nay là bộ Công thương đã nghiên cứu,
thiết kế, chế tạo quạt root cơng suất 75KW. Nhưng qua khảo nghiệm
cịn những nhược điểm: Quạt chạy va đập gây tiếng ồn lớn hơn 150 dB,
quạt không đạt các thông số kỹ thuật về lượng Q, cột áp P.
5


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

- Năm 1991 Phịng bơm (nay là Trung tâm Nghiên Cứu Thuỷ Khí) Viện Nghiên Cứu Cơ Khí đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo quạt có cơng
suất 75KW nhưng khi chạy kiểm tra thông số lưu lượng Q; áp suất P
không đạt yêu cầu đề ra, quạt làm việc cánh va đập gây tiếng ồn lớn
hơn 150 dB. Quạt làm việc chảy dầu từ buồng dầu bôi trơn bánh răng ổ
bi vào ống xả quạt gây hao dầu. Qua 2 lần nghiên cứu thiết kế chế tạo ta
có thể rút ra những vấn đề mấy năm trước đây cịn tồn tại:
- Cơng nghệ chế tạo chưa hợp lý
- Chưa có máy gia cơng chép hình, chưa có máy CNC do vậy quạt
chế tạo ra làm việc không đạt các thông số thiết kế
- Kết cấu quạt chưa hợp lý
Năm 1995 phòng Bơm - Viện Nghiên Cứu Cơ Khí tiếp tục nghiên
cứu, thiết kế chế tạo hai cánh theo mẫu quạt ký hiệu R60l có cơng suất
N =155KW, lưu lượng Q =14000m3/h, cột áp P= 0,3 bar của Trung
Quốc. Thông số lưu lượng Q, áp suất P đạt yêu cầu thiết kế hay không
là do chất lượng chế tạo hai cánh. Sau khi đo đạc thơng số hình học
profin cánh . Thiết kế, chế tạo cánh theo dưỡng ,lắp vào vỏ quạt Trung
Quốc, quạt làm việc ổn định, độ ồn nhỏ hơn 100dB. Quạt chạy khảo
nghiệm đạt các thông số: Lưu lượng Q =14000 m3/h; P=0,3 bar dầu
không bị phun ra đầu quạt, như vậy hai cánh quạt thiết kế, chế tạo đạt
yêu cầu về chất lượng .

Để tiến hành nội địa hoá các chi tiết, tiến tới chế tạo hoàn chỉnh đầu
quạt root trong nước, Trung tâm Nghiên cứu thuỷ khí Viện nghiên cứu
Cơ khí đã tiến hành nghiên cứu thiết kế theo mẫu quạt root GM10S của
Cộng Hồ Liên Bang Đức thuộc hãng : AERZENER MACHINENFAB
BRIKGMBH

quạt

có

Q=8,71m3/ph(522,6m3/h),

các

thơng

số

tại

điểm

Pmax=0,5bar(5000mmH20),

Nđc=15KW.
1.2.2. Ở nước ngoài :
6

làm

việc

:

n=3750v/ph,


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

Các nước trên thế giới có nền cơng nghiệp phát triển, ngành cơng
nghiệp chế tạo máy nói chung, ngành chế tạo máy thuỷ khí nói riêng đã
được ưu tiên phát triển, các thiết bị máy đã được hoàn chỉnh đồng bộ đạt
trình độ cơng nghệ cao, trong đó có cả các loại quạt root có cơng suất bé
5KW đến công suất lớn vài trăm KW. Tại các nước SNG đã xây dựng
được những trung tâm, trường Đại học chuyên sâu về ngành máy thuỷ
lực như trường Đại học Bách khoa Lêningrad, trường cao đẳng kỹ thuật
Maxcova, Viện Máy thuỷ lực toàn Liên bang, Nhà máy chế tạo bơm
M.I.KALININ ở Maxcova. Hàng năm đã đào tạo ra các chuyên gia
nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy thuỷ lực.
Ở cộng hoà Séc (Tiệp khắc cũ) các trường Đại học chuyên sâu về
máy thuỷ lực như trường đại học Bách khoa Praha, các viện nghiên cứu
về máy thuỷ lực. Hàng năm đã đào tạo ra các chuyên gia nghiên cứu,
thíêt kế, chế tạo máy thuỷ lực và họ cũng đào tạo cho Việt Nam hàng
ngàn kỹ sư ngành Máy thuỷ lực.
1-3. Phương pháp nghiên cứu:
Khảo sát, nghiên cứu mẫu quạt Root của CHLB Đức để làm cơ sở
thiết kế, nội dung như sau
Nghiên cứu khảo sát thực tế quạt root làm việc trong dây truyền công
nghệ sản xuất xi măng tại các nhà máy xi măng .
- Nghiên cứu quy trình lắp đặt, vận hành quạt thổi khí vào silo xi

măng và silo cấp liệu.
- Thiết kế theo mẫu toàn bộ các chi tiết quạt root GM10S của CHLB
Đức.
- Nghiên cứu lập quy trình cơng nghệ chế tạo quạt root.
- Chế tạo hoàn chỉnh đầu quạt root GM10S
- Lắp đặt chạy thử và đánh giá:
Sau khi chế tạo và lắp ráp xong tiến hành chạy rà, hiệu chỉnh và
kiểm tra các thông số kỹ thuật quạt, đánh giá chất lượng thiết kế chế tạo.
7


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH LẮP ĐẶT, QUY TRÌNH VẬN
HÀNH, THIẾT KẾ CHI TIẾT QUẠT ROOT GM 10S, LẬP QUY
TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA
QUẠT ROOT GM10S.
2.1. Khảo sát nghiên cứu quy trình lắp t vn hnh qut root
Kết quả khảo sát tại cỏc nhà máy xi măng thuộc bộ xây dựng néi
dung nh− sau:
Địa điểm khảo sát: Nhà máy xi măng Tam Điệp, nhà máy xi măng
Hoàng Mai, nhà máy xi măng Hoàng Thạch, nhà máy xi măng Bỉm Sơn.
Nhìn chung các nhà máy bố trí số lượng cũng như vị trí các loại quạt
gần như nhau.
Sau đây là sơ đồ bố trí thiết bị trong hệ thống si lô xi măng
1- Sơ đồ bố trí thiết bị trong hệ thống silơ xi măng (hình 2)
1- Silơ chứa xi măng
2- Quạt Root GM10S
3- Van một chiều tự động đóng mở

4- Van tiết lưu 2 chiều
5- Đường ống chính
6- Đường ống nhánh
7- Máng khí động
2-Mơ tả hệ thống cấp khí vào các máng khí động
Đáy silơ bố trí 10 quạt Root GM10S có cơng suất, lưu lượng, áp
suất như nhau. Có van một chiều, có ống dẫn khí.
Quạt có Nđc=15 kW; Q= 8,71 m3/ph(522,6m3/h);
P =0,5bar(5000mmH20); n=3750v/ph;

8


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

1

7

6

3

2

1m

4

1,5m

III

Van 2 chieu

II
van

I
QS5 QS6
QS7
QS4
5

QS8

QS3

QS9

QS2

QS10

QS1
4

2

Hình 2: Sơ đồ bố trí hệ thống quạt Root đáy silo xi măng

a- Quy trình lắp ráp

9


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

Cấu tạo:
1-Si lơ xi măng (1)

5- Đường ống chính (5)

2-Quạt Root GM10S (2)

6- Đường ống nhánh (6)

3-Van 1 chiều tự động đóng mở (3)

7- Máng khí động (7)

4-van tiết lưu 2 chiều (4)
-Lắp ráp hệ thống ống chính (5) cung cấp khí: các van một chiều (3),
van hai chiều(4), ống nhánh (6), quạt Root (2).
- Dưới chân đáy silô xi măng lắp 10 quat Root GM10S
- Lắp 10 ống nhánh ∅100 từ quạt Root kết nối đường ống chính và
lắp 10 van một chiều sau quạt
- Lắp 3 van hai chiều (4) nên đường ống chính
- Lắp hệ thống ống dẫn chính ∅100
- Lắp 3 van tiết lưu hai chiều (4) trên đường ống chính (5)
- Lắp 10 van tiết lưu hai chiều (4) trên đường ống nhánh 6

- Lắp đường ống nhánh ∅100 từ ống chính lên hệ thống máng khí
động
b- Quy trình vận hành hệ thống cung cấp khí dưới đáy silơ xi măng
1- Trước khi vận hành kiểm tra quạt root có bị sự cố gì khơng
2- Mở van hai chiều (4) vào các nhánh cần vận hành
3- Cho quạt hoạt động để cung cấp khí có áp suất cao đến các
máng khí động.
4- Vận hành:
- Ta vận hành cả ba nhánh. Nhánh I có quạt số 8, số 9, số
10 hoạt động; nhánh II có quạt số 5, số 6, số 7 hoạt động;
nhánh III quạt số 1, số2, số 3 , 4 hoạt động.
- Tất cả các quạt trên cung cấp khí để hệ thống máng khí
động làm việc vận chuyển xi măng đến vị trí cần thiết.

10


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

2.2.Thiết kế chi tiết quạt root GM10S

Hình 3: Quạt Root GM10S
2.2.1. Nguyên lý làm việc của quạt root:
Bộ phận làm việc quan trọng của quạt là 2 cánh
Khi cánh chủ động quay bánh răng chủ động truyền mô men cho
bánh răng bị động quay theo . Cánh chủ động và cánh bị động ăn khớp
với nhau trong thân quạt dạng xi lanh tạo thành các buồng có thể tích
khơng đều nhau. Khơng khí bị dồn nén và đẩy ra ngồi.

Hình 4: Ngun lý làm việc quạt Root

11


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

2.2.2. Cấu tạo quạt root: ( Xem bản vẽ chung QR 600-1)
Quạt root gồm có hai phần: Phần tĩnh và phần chuyển động.
1. Phần tĩnh gồm có các chi tiết sau :
- Thân quạt chi tiết số:1
Thân quạt dạng xy lanh hình trụ bao hai cánh quạt, thân quạt có
miệng hút khí vào, miệng thải khí ra, hai thân ổ bi 1 và thân ổ bi 2 được
gắn lên thân quạt tạo thành buồng kín, khi cánh quạt quay trong xy lanh
thân quạt khơng khí bị dồn nén thốt qua miệng xả, đưa khí có áp suất
vào sử dụng trong sản xuất.
-Thân ổ bi 1và thân ổ bi 2: ( Chi tiết 3 và 34)
- Thân ổ bi 1 và thân ổ bi 2 chi tiết số : 3 và 34
- Hai ổ bi 3207 được lắp vào thân ổ bi 1, sau đó lắp cụm chi tiết này vào
thân quạt, tiếp theo lắp ổ bi 3207, ổ bi NJ2208 vào thân ổ bi 2, lắp vào
đầu cánh còn lại lắp vào đầu quạt, như vậy ta đã tạo được buồng quạt có
hai cánh quạt nằm trong.
- Nắp che bánh răng và ổ bi chi tiết số: 5
- Nắp làm kín ổ bi phía khớp nối chi tiết số: 30
- Bạc chi tiết số: 26
- Các chốt đinh vị ( chốt côn ,chốt trụ) chi tiết số: 2 và 31
- Các bu lông, nút tháo dầu, mắt dầu, phớt cổ trục chi tiết số: 16, 21,
24, 32
2. Phần chuyển động gồm các chi tiết sau:
- Cánh quạt liền trục ( cánh chủ động ) chi tiết số: 21
Quạt có cơng suất lớn thường chế tạo cánh và trục riêng, sau đó lắp ráp

lại tạo thành 1 cụm. Quạt có cơng suất bé nên ta thường chế tạo cánh
liền trục, cánh liền trục có ưu điểm độ đồng tâm cao, nhưng chế tạo lại
khó hơn. Cánh là bộ phận quan trọng nhất nhận năng lượng từ động cơ
điện truyền cơ năng cho khí
2.3 KiĨm nghiƯm ®é bỊn mái trơc chủ động
2.3.1 Xác định các lực tác dụng lên trục:(Hình 5)
- Lực bộ truyền bánh răng tác dụng lên trục:
+ Lùc vßng: Ft = 2.T/dw = 2.28013/85,5 = 655 N
+ Lùc h−íng t©m: Fr = Ft. tgαt/cosβ = 655. tg200/cos16027’ = 250 N
+ Lùc däc trôc: Fa = Ft. tgβ = 655. tg16027’ = 194 N

12


Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

- Lực từ khớp nối đầu trục: Fđh = (0,2 ữ 0,3). 2T/Dđh = (0,2 ữ 0,3). 2.28013/100
= 170 N
- q: áp lực của dòng khí tác dụng lên trục: q = 0,1 N/mm
- Mx : mômen xoắn do dòng khí tạo ra trên trục: Mx = 0,1. 210. 65 = 1365
Nmm
- Q: Lùc t¹o ra do träng lợng bản thân roto; Q = 10 kg = 100 N
- Fx1, Fx0: phản lực tại các gối đỡ theo phơng x (cần phải tính toán)
- Fy1, Fy0: phản lực tại các gối đỡ theo phơng y (cần phải tính toán)
* Khoảng cách các gối đỡ và điểm đặt lực: A = 334 mm; B = 50,5 mm; C =
56,5 mm; D = 106,5 mm; l = 210 mm; E = 533 mm)
Ft
Q
F

a

Fr

Fyo

Fy1
q

Fdh

Fx1

Fxo

Mx
B

l

C

A

D

E

5841,2 Nmm

1690,1 Nmm

My
8283,8 Nmm
2851,8 Nmm

5838,4 Nmm

Mx
37007,5 Nmm

18105,5 Nmm

T
28013Nmm
29378 Nmm

2

0

3

4

5

1

Hình5:Biểu đồ lực và mômen tác dụng lên trục

13

6


Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

2.3.2. Tính toán các lực tác dụng lên trục
Phơng trình cân bằng lực theo phơng y:
Fy0 + Fy1 - Q - Fr - q.l = 0
Fr. C - Fa.dw/2 - Q. (l/2 + B) - q.l. (l/2 + B) + Fy1. A = 0
Suy ra:
Fy1 = [Fa.dw/2 + Q. (l/2 + B) + q.l. (l/2 + B) - Fr. C]/A
Fy0 = Q + Fr + q.l - [Fa.dw/2 + Q. (l/2 + B) + q.l. (l/2 + B) - Fr. C]/A
Thay sè:
Fy1 = [194.85,4/2 + 100. (210/2 + 50,5) + 0,1. 210 (210/2 + 50,5) - 250.
56,5]/334
= 38,8 N
Fy0 = 100 + 250 + 0,1.210 = 38,8 = 332,2 N
* Phơng trình cân bằng lực theo phơng x:
Ft - Fx0 + Fx1 - F®h = 0
Fx1. A = Ft.C + F®h. (D + A)
Suy ra: Fx1 = [Ft.C + F®h. (D + A)]/A
Fx0 = Ft - F®h + [Ft.C + F®h. (D + A)]/A
Thay sè:
Fx1 = [655.56,5 + 170. (106,5 + 334)]/334 = 335 N
FXO = 655 - 170 + 335 = 820 N
Xác định mômen tơng đơng tại các tiết diện nguy hiểm:
+ Tiết diện trục tại vÞ trÝ vÞ trÝ 0
My = 5841,2 ; Mx = 37007,5; T = 27968,5 Nmm

Mu = 5841,2 2 + 37007,5 2 = 37465,6 Nmm
Mt® = 5841,2 2 + 37007,5 2 + 0,75.27968,5 2 = 44613,4 Nmm
+ TiÕt diƯn trơc t¹i vÞ trÝ sè 1
My = 0 Nmm; Mx = 18105,5 Nmm; T = 29333,5 Nmm
Mu = 18105,5 Nmm
Mt® =

18105,5 2 + 0,75.29333,5 2 = 31195,3 Nmm

+ TiÕt diƯn trơc t¹i vÞ trÝ sè 2
My = 8283,8; Mx = 0; T = 27968,5 Nmm
Mu = 8283,8 Nmm
Mt® = 8283,8 2 + 0,75.27968,5 2 = 25599 Nmm

14


Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

+ Tiết diện trục tại vị trí số 4
My = 5838,4 ; Mx = 11350 ; T = 29333,5 Nmm
Mu = 5838,4 2 + 11350 2 = 12763,6 Nmm
Mt® = 5838,4 2 + 11350 2 + 0,75.29333,5 2 = 28429,7 Nmm
+ Tiết diện trục tại vị trí số 6:
My = 0 ; Mx = 0 ; T = 29333,5 Nmm
Mu = 0 Nmm
Mt® = 0,75.29333,5 2 = 25403,6 Nmm
2.3.3. KiĨm nghiƯm trơc vỊ ®é bỊn mái
2
sj = sσj. sτj / sσj + sτ2j ≥ [s]

Trong ®ã:
- [s]: hƯ sè an toµn cho phÐp; [s] = 2,5 - 3
- sj; sj: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét
riêng ứng st tiÕp t¹i tiÕt diƯn j
sσj =
sτj =

σ −1
K σdj .σ aj + ψ σ .σ mj
τ −1
K τdj .τ aj + ψ τ τ mj

+ σ-1; τ-1: giíi h¹n mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng
-1 = 0,35σb + 70 MPa = 0,35. 600 + 70 = 280 MPa (vËt liƯu chÕ t¹o
trơc: thÐp cã giíi hạn bền b = 600 MPa); và -1 = 0,58. σ-1 = 0,58. 280 =
162,4 MPa
+ σaj, τaj , σmj, mj: biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và
ứng suất tiếp tại tiết diện j
mj = (σmaxj + σminj)/2
σaj = (σmaxj - σminj)/2 ;
Do trôc quay, vì vậy ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ ®èi xøng, do ®ã:
σmj = 0; σaj = σmaxj = Mj/Wj
(Mj: mômen uốn tại tiết diện j; Wj: mômen cản n t¹i tiÕt diƯn j)
Bé trun quay 1 chiỊu do ®ã: τmj = 0; τaj = τmaxj = Tj/W0j
(Tj: m«men xoắn tại tiết diện j; W0j: mômen cản xoắn tại tiÕt diÖn j)

15

Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

Bảng 1: ứng suất và mô men tại 1 sè vÞ trÝ
W
W0
TiÕt diƯn
d
bxh
t1
3
(mm ) (mm3)
(mm)
VÞ trÝ 2
VÞ trÝ 0
Vị trí 1
Vị trí 3,4,5
Vị trí 6

30
35
35
43
38

10x8

5

1533
2649

2649
7801
3215

3066
5298
5298
15602
6330

M
(Nmm)

T
(Nmm)

8238,8
37465,6
18105,5
12763,6
0

27968,5
27968,5
29333,5
29333,5
29333,5

a
MPa

5,4
14,1
6,83
1,6
0

- và : hệ số kể đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến độ
bền mỏi; = 0,1; = 0,05
- Kdj, Kdj: là các hệ số
Kdj = (K/ + Kx - 1)/ Ky
Kτdj = (Kτ/ετ + Kx - 1)/ Ky
+ Kx: hƯ sè tËp chung øng st do tr¹ng thái bề mặt; Kx = 1 (bề mặt
đợc gia công tinh bằng phơng pháp mài: Ra = 0,63)
+ Ky: hệ số tăng bền bề mặt trục; Ky = 1,2 (tôi cao tần bề mặt; trục tập
chung ứng suất ít)
+ và : hệ số kích thớc kể đến ảnh hởng của kích thớc tiết diện
trục đến giới hạn mỏi; = ετ = 0,7
+ Kσ vµ Kτ: hƯ sè tËp trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn
* Với đoạn trục có rÃnh then: K = 2,01; K = 1,88 (c¾t r·nh then b»ng
dao phay ngãn) → Kσ/εσ = 2,01/0,7 = 2,87; Kτ/ετ = 1,88/0,7 = 2,7
* Víi đoạn trục có góc lợn: K = 3; K = 2 → Kσ/εσ = 3/0,7 = 4,3;
Kτ/ετ = 2/0,7 = 2,86
* Với các đoạn trục lắp có độ dôi: K/ = 3; Kτ/ετ = 2,2 (®−êng kÝnh
trơc ®Õn 50 mm; giới hạn bền 900 MPa; kiểu lắp trên trục k6)
Ta phải chọn giá trị: K/ và K/ lớn nhất trong các trị số trên
Chọn: K/ = 4,3; K/ = 2,7
Vậy ta xác định đợc:

Kdj = (4,3 + 1 - 1)/ 1,2 = 3,6
Kτdj = (2,7+ 1 - 1)/ 1,2 = 2,3

16

τa
MPa
9,1
5,27
5,54
1,9
4,6


Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

Bảng 2: ứng suất tại một số vị trÝ
TiÕt diƯn
Kσd
Kτ d
VÞ trÝ 2
VÞ trÝ 0
VÞ trÝ 1
VÞ trÝ 3,4,5
Vị trí 6

3,6
3,6
3,6
3,6
3,6

2,3
2,3
2,3
2,3
2,3

a
MPa
5,4
14,1
6,83
1,6
0

a
MPa
9,1
5,27
5,54
1,9
4,6

s

s

s

14,4
5,5

11,4
48,6
-

7,6
13,3
12,7
37,2
15,3

6,7
5
8,4
29,5
-

Nh vậy với hệ số an toàn nh trên smin = 5 thì kết cấu và các thông số của
trục nh thiết kế hoàn toàn đủ độ bền mỏi trong quá trình làm việc.
- Cỏnh qut lin trc (cánh bị động) chi tiết số: 8
- Bánh răng nghiêng chủ động chi tiết số 10, bánh răng nghiêng chi tiết
bị đông số 6
Bánh răng nghiêng: Truyền động bánh răng được sử dụng trong
nhiều loại máy và cơ cấu khác nhau để truyền chuyển động quay từ trục
này sang trục khác. Truyền động bánh răng dược dùng rộng rãi bởi vì
chúng có những ưu điểm như khả năng truyền lực lớn, đảm bảo tỷ số
truyền ổn định, hệ số có ích lớn truyền động êm. Truyền động bánh răng
là truyền động quan trọng trong truyền động xe ô tô, máy kéo, máy công
cụ, máy nông nghiệp, máy cẩu và nhiều loại thiết bị khác.
Quạt root làm việc để tạo ra lưu lượng khí và áp suất nhờ có cặp
bánh răng. Động cơ truyền mô men xoắn vào trục cánh quạt chủ động,

cánh chủ động truyền mô men xoắn cho cánh bị động nhờ bánh răng
nghiêng, hai cánh quay ngược chiều nhau để hút và đẩy khơng khí có áp
suất đến nơi sử dụng. Vật liệu dùng để chế tạo bánh răng là : 20X. Ưu
điểm của bánh răng nghiêng là độ bền cao , ăn khớp êm , không gây va
đập, vì vậy bánh răng nghiêng hay được dùng ( nhược điểm của bánh
răng nghiêng là chế tạo phức tạp, trong quá trình làm việc tạo ra lực dọc
trục lớn, nên gây ra kẹt giữa cánh quạt và thân ổ bi)

17


Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

2.3.4. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của bộ truyền răng:
a- Thông số của bộ truyền:
- Môđun pháp tuyÕn: mn = 2 (mm)
- Gãc nghiªng: β = 16,220 = 1601318
- Khoảng cách trục: aw = 85,4 (mm)
- Hệ số dịch chỉnh: x1 = x2 = 0
- Số răng: Z1 = Z2 = 41
Công suất truyền động: Pquạt = 11 KW; số vòng quay: n = 3750 vòng/phút;
thời hạn sử dụng: 40000 giờ; Vật liệu chế tạo bánh răng: 20XM
Bảng 3: các thơng số của bánh răng
Sè liƯu ban đầu và ký hiệu

41

41

41

41

2
16 1318

2
16 1318

0

0

0
30
1
85,4
85,4

0
30
1
85,4
85,4

85,4

85,4

89,4

89,4

89,4

89,4

1,63

Góc nghiêng của răng: 0

Đờng kính vòng đỉnh răng

uốn

1,63

0,788

-

Bánh răng chủ động
Z1
Bánh răng bị động Z2

Môđun pháp tuyến: mn (mm)

Chiều rộng vành răng: bw (mm)
Tỉ số truyền: u
Khoảng cách trục: aw (mm)

Đờng kính vòng lăn (mm) =
Đờng kính vòng chia

độ bền

xúc

Hệ số dịch chỉnh

Tính toán

độ bền tiếp
Số răng

Tính toán

0

Bánh răng chủ động
x1
Bánh răng bị động x2

Bánh răng chủ động
dw1
Bánh răng bị động
dw2
Bánh răng chủ động
da1
Bánh răng bị động
da2

Hệ số trùng khớp ngang (mặt

0

đầu)
Hệ số trùng khớp ngang thành

Bánh răng chủ động
18


Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

phần đợc xác định bằng các
đầu răng lăn

a1
Bánh răng bị động a2

Cấp chính xác theo mức làm việc
êm
Giá trị tuyệt đối của sai lệch
Bánh răng chủ động
fpb1
giới hạn bớc ăn khớp (àm)
Bánh răng bị động
fpb2
Bánh răng chủ động
Nhám bề mặt răng (àm)

Bánh răng bị động
Tốc độ vòng: v (m/s)
Biểu đồ chu trình chất tải: T1 =
f(nck1)
T1 = 9,55.106.P1/n1
= 9,55.106.11/3750 = 28013
Nmm
Mác thép cho bánh răng chủ
động và bị động

Phơng pháp nhiệt luyện bánh
răng chủ động và bị động

Chiều dày lớp thấm tôi tăng
bền (mm)

-

1,35

Hệ số trùng khớp dọc: εβ

0,844

1,35

7

7

-

19
20

Ra = 1,25
Ra = 1,25
Ra = 1,25
Ra = 1,25
16,8
16,8
T¶i träng không đổi:
T1 = 2,8 kGm
N = 4.109 chu kỳ

Thép 20XM

Tôi cao tần mặt răng

Bánh răng chủ động

0,8 - 1,1

-

0,8 - 1,1

-

Bánh răng chủ động

H1

48 HRC

48 HRC

Bánh răng bị động H2

48 HRC

48 HRC

b1
Bánh răng bị động
2

Độ cứng mặt răng

19


Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

Độ cứng lõi răng

-

32 HRC

Bánh răng bị động

H2lõi
Giới hạn chảy của vật liệu
kG/mm2)

Bánh răng chủ động
H1lõi

-

32 HRC

Bánh răng chủ động

60

ch1
60

Bánh răng bị động
ch
Giới hạn bền của vật liệu
(kG/mm2)

2

Bánh răng chủ động

100

b1

Bánh răng bị động

100

b2

b- Kiểm nghiệm độ bền tiÕp xóc bé trun
Bảng 4: Kết quả tính tốn kiểm nghim
Thông số

Tính toán và chỉ dẫn xác định các giá trị bằng số

1. Hệ số tính đến hình dạng
ZH =
của các mặt răng đối tiếp: ZH
2. Hệ số tính đến cơ tính vật
liệu của các bánh răng đối
tiếp: ZM (kG1/2/mm)
3. Hệ số tính đến chiều dài

2 cos b
=
sin 2 tw

2 cos16,22 0
= 1,729
sin 2.20 0

ZM = 86,6 (bánh răng b»ng thÐp 20XM)

Zε = 1 / ε α = 1 / 1,63 = 0,783

tỉng cđa ®−êng tiÕp xóc: Zε
4. Lùc vòng ban đầu cho tính FHt = 2000.T1H/dw1 = 2000.2,8/85,4 = 65,5
toán: FHt (kG)
5. Hệ số tính đến sự phân bè KHα = 1,1 (CÊp chÝnh x¸c 7; v = 16,8 m/s)
tải trọng giữa các răng: KH
6. Hệ số tính đến sự phân bố
tải trọng theo chiều rộng

bd = bw1/dw1 = 30/85,4 = 0,35
H1 và H2 > 350 HB

vành răng: KH

suy ra KH = 1,11

7. Hệ số tính đến ảnh hởngcủa

H = 0,004 (bánh răng nghiêng H1 và H2 > 350
HB)

dạng truyền động bánh răng và
biến thể prôfin đầu răng δH

20


Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

8. Hệ số tính đến sai số bớc
ăn khớp của bánh răng nhỏ
và bánh răng lớn: g0
9. Lực vòng riêng động lực
học: WHv (kG/mm)

g0 = 4,7 (Cấp chính xác làm việc êm 7; mn = 2
mm)

WHv = H.g0.v.

aw
= 0,004. 4,7. 16,8.
u

85,4
=
1

2,92
10. HƯ sè bỉ sung ®éng lùc
häc: νH

νH =

WHv .bw .d w1
2,92.30.85,4
=
= 1,09
2000.2,8.1,1.1,11

2000.T1H .K Hα .K Hβ

11. HÖ số tính đến tải trọng
KHv = 1 + H = 1 + 1,09 = 2,09
động xuất hiện trong ăn
khớp: KHv
12. Lực vòng riêng tính toán:
K .K .K
WHt = FHt H Hβ Hv
Wt (kG/mm)
bw
= 65,5. 1,1. 1,11. 2,09/30 = 5,6
13. øng st tiÕp xóc tÝnh
to¸n: σH kG/mm2)

σH = ZH. ZM. Zε

WHt u + 1
.
d w1 u

= 1,727. 86,6. 0,783.
14. §é bỊn tiếp xúc giới hạn
của bề mặt răng tơng ứng
với số chu kú thay ®ỉi øng

5,6 1 + 1
.
= 42,4
85,4 1

σHlimb = σHlimb1 = σHlimb2 = 1,7HHRC + 20
= 1,7. 48 + 20 = 101,6

suÊt c¬ së: σHlimb (kG/mm2)
15. Sè chu kỳ thay đổi ứng
suất tơng đơng: NHE

Tải trọng không đổi v× vËy NHE= NΣ = 4.109 =
NHE1= NHE2
NHO1 = NHO2 = 140.106 (Độ cứng 48 HRC tơng
đơng 490 HB)
Vì NHE > NHO do ®ã KHL1 = KHL2 =1

16. Sè chu kỳ thay đổi ứng
suất cơ sở NHO
17. Hệ số tuổi thọ KHL
18. Độ bền tiếp xúc giới hạn Hlim = Hlimb. KHL
của bề mặt tơng ứng với số
= 101,6. 1 = 101,6 = σHlim 1 = σHlim 2
chu ky thay đổi ứng suất tơng
đơng: Hlim (kG/m2)
19. Hệ số an toàn SH

Đối với bánh răng tăng bền mặt răng: SH1 = SH2 =
1,2

20. Hệ số tính đến nhám của
các bề mặt răng đối tiếp: ZR

Ra = 1,25 àm ZR = 0,95

21


Đề tài 241-08RĐ/HĐ-KHCN

21. Hệ số tính đến tốc độ
vòng Zv
22. Hệ số tính đến ảnh
hởng của bôi trơn: KL
23. Hệ số tính đến kích
thớc của bánh răng: KxH
24. ứng suất tiếp cho phép
đối với bánh răng nhỏ và
bánh răng lớn: HP
(kG/mm2)
25. Hệ số tính đến thông số

Đối với H > 350 HB; v = 16,8 m/s → Zv1 = Zv2 =
1,06
KL = 1
KxH1 = KxH2 =1 (v× dw = 85,5 < 700 mm)
σHP =

σ H lim
SH

.Z R .Z v .K L .K xH

= 101,6. 0,95. 1,06. 1. 1 = 102,3 = HP1 = HP2

hình học của ăn khớp: a11;

Bánh răng không dịch chỉnh; = 16022; Z1 = Z2
= 41

a22

a11 = a22 = 0,75

26. Hệ số làm tăng ứng suất
tiếp cho phép đối với các bề
mặt đầu răng bánh răng nhỏ

Đối với H = 490 HB thì àk1 = àk2 = 1,22

và bánh răng lớn: àk
27. ứng suất tiếp cho phép
đối với vùng I, ở đây đầu
răng bánh răng nhỏ ăn khớp
với chân răng bánh răng lớn:

àk1. HPI = àk2. σHPI = 1,22.102,3 = 124,8

σHPI (kG/mm2)
27. øng suÊt tiÕp cho phép
đối với vùng II, ở đây chân
răng bánh răng nhỏ ăn khớp
với đầu răng bánh răng lớn:

àk1. HPII = àk2. σHPII = 1,22.102,3 = 124,8

σHPI (kG/mm2)
28. øng suÊt tiÕp xóc cho
phép qui ớc đối với truyền
động bánh răng nghiêng: HP
(kG/mm2)

HP =

1

εα

2
2
(ε a1δ 1σ HPI + ε a 2δ 2σ HPII ) =

(0,75.124,8 2 + 0,75.128,5 2 ) / 1,63 = 119,7

Như vậy điều kiện bền tiếp xúc của bộ truyền hoàn toàn đảm bảo
σh= 42,4 < 119,7=σHP

22


§Ị tµi 241-08R§/H§-KHCN

- Hai ổ bi đỡ chặn hai dãy kí hiệu 3207 lắp hai đầu cổ trục cánh bị

động- Hai ổ bi: Một ổ đỡ chặn hai dãy 3207 và một ổ bi đũa NJ2208
lắp ở hai đầu cánh chủ động
- Bạc làm kín có lắp các vịng séc măng làm kín. Trong khi quạt làm
việc dầu từ khoang dầu bôi trơn ổ bi, bôi trơn bánh răng không được
rị sang buồng khí gây hao dầu và gây ảnh hưởng tới sản phẩm xi
măng.
- Bốn bạc làm kín có lắp các vịng séc măng làm kín dầu, làm kín khí
lắp ở 4 đầu ngỗng trục hai cánh quạt chi tiết số: 36
- Bốn đĩa văng dầu lắp vào trục chi tiết số: 18
- Đĩa văng dầu lắp ở đầu bánh răng chủ động dùng để văng dầu bôi
trơn bánh răng nghiêng và bôi trơn ổ bi 3207 chi tiết số: 11
- Đĩa văng dầu lắp ở đầu trục bị động ở phía khớp nối dùng để văng
dầu bơi trơn hai ổ bi 3207, NJ 2208 chi tiết số: 27
- Đai ốc chặn hai bánh răng nghiêng chi tiết số: 7
- Đai ốc chặn bi chi tiết số: 12
- Bạc ở phớt cổ trục chi tiết số: 26
- Vòng phớt cổ trục chi tiết số: 24
- Bộ lò so căn chỉnh: 15
2.4. Thiết kế quạt Root GM 10S
2.4.1.Đo đạc, thiết kế chi tiết quạt root GM10S
-

Đo đạc và thiết kế các chi tiết theo mẫu quạt root GM10S trước tiên
mở quạt tháo rời, sau đó dùng thước cặp, thước panme đo đạc từng
chi tiết một.

Thiết kế theo mẫu là một phương pháp thiết kế khơng phải tính tốn
các thơng số hình học các chi tiết theo cơng thức thiết kế mà vấn đề cốt
yếu là phải đo đạc chính xác các chi tiết cần thiết kế. Sau đây là các chi
tiết được đo theo mẫu để thiết kế sau đó chế tạo.

- Thân quạt bản vẽ số: QR 600-1-001
23