ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG
NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ KỸ
THUẬT
Giáo viên
hướng
dẫn
Sinh viên thực hiện
MSSV
Thành phố HỒ
CHÍ MINH
Tháng 12 năm 2006
: TS. Vũ Công Hòa
: Lê Phi Hổ
: K0304100
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG
NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ KỸ THUẬT
Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
MSSV
Lớp
Thành phố HỒ CHÍ MINH
Tháng 12 năm 2006
:
:
:

:
TS. Vũ Công Hòa
Lê Phi Hổ
K0304100
KU03BCKT
LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống thùng trộn được sử dụng khá rộng rãi với nhiều ứng dụng trong công nghiệp,
nông nghiệp, xây dựng và sinh hoạt hằng ngày. Môn học Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật là
cơ hội cho em tiếp xúc, tìm hiểu và đi vào thiết kế một hệ thống dẫn động thực tiễn,
cũng là cơ hội giúp em nắm rõ những kiến thức đã học và học thêm được rất nhiều về
phương pháp làm việc khi thực hiện công việc thiết kế, đồng thời cũng từng bước sử
dụng những kiến thức đã học vào thực tế.
Tập thuyết minh này chỉ dừng lại ở giai đoạn thiết kế, chưa thực sự tối ưu trong việc
tính toán các chi tiết máy, chưa mang tính kinh tế và công nghệ cao vì giới hạn về kiến
thức của người thực hiện.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Cơ Kỹ Thuật đã cho em cơ
hội được học môn học này.
Xin chân thành cảm ơn các bạn trong nhóm đã cùng thảo luận và trao đổi những thông
tin hết sức quí giá.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ts.VŨ CÔNG HÒA đã tận tình hướng dẫn, giúp
đỡ em hoàn thành công việc thiết kế này.
Sinh viên
Lê Phi Hổ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT
Phòng 106 B4, 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, Tp. HCM
Tel: (84-8-) 8 660 586 Fax: (84-8-)8 651 211
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ KỸ THUẬT

Sinh viên thực hiện
: Lê Phi Hổ MSSV: K0304100
Ngành
đào tạo
Giáo
viên
hướng
dẫn
Thời
gian
thực
hiện
:
:
:
Cơ Kỹ Thuật
TS. Vũ Công Hòa
Từ 11/09/2006 đến 11/12/2006
Đề số 5: Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Thùng Trộn
Phương án số: 3
1
2
3
T
T1
T2
4
5
t1
t2

t
Hình 1: Sơ đồ hệ thống
dẫn động
Hình 2: Sơ đồ tải
Hệ thống dẫn động thùng trộn (Hình 1) bao gồm:
1: Động cơ điện 3 pha không đồng bộ.
2: Bộ truyền đai thang.
3: Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp phân đôi cấp nhanh.
4: Nối trục vòng đàn hồi.
5: Thùng trộn.
Số liệu thiết kế:
Công suất trên trục thùng trộn, P (kW )
Số vòng quay trên trục thùng trộn, n (v / p)
Thời gian phục vụ, L (năm)
Quay 1 chiều làm việc 1 ca, tải va đập nhẹ
Chế độ tải
: 3,5
: 45
: 8
: Một năm làm việc 300 ngày,
một ca làm việc 8 giờ.
: (T ,34) ; (0, 7T , 30)
Nội dung:
1. Tìm hiểu hệ thống dẫn động thùng trộn.
2. Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền
động.
3. Tính toán thiết kế các chi tiết máy.
- Tính toán các bộ truyền hở.
-
-

-
-
-
Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc.
Vẽ sơ đồ lực tác động lên các bộ truyền và tính các lực.
Tính toán thiết kế trục và then.
Chọn ổ lăn và nối trục.
Chọn thân máy bulông và các chi tiết phụ khác.
4. Chọn dầu bôi trơn và bảng dung sai lắp ghép.
Yêu cầu:
1. 01 bài thuyết minh.
2. 01 bản vẽ lắp A0 và một bản vẽ chi tiết.
Tiến độ thực hiện:
Tuần
Nội dung thực hiện
1
Nhận đề bài, nội dung ĐAMH
2
Tìm hiểu hệ thống dẫn động thùng trộn
Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động
3–6
Tính toán thiết kế các chi tiết máy
7–8
Vẽ phác thảo và hoàn thành kết cấu trên bản vẽ
9 – 12
Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
Phần I
P
h
ầ

n

I
T
Ì
M

H
I
Ể
U

H
Ệ

T
H
Ố
N
G

D
Ẫ
N

Đ
Ộ
N
G

T
H
Ù
NG TRỘN
1. Khái niệm:
Hệ thống thùng trộn là một hệ thống chuyên dùng để trộn, đảo các
nguyên vật
liệu với nhau theo yêu cầu kỹ thuật và nhu cầu của con người, nhằm tạo
ra các
hỗn hợp nguyên vật liệu cần thiết.
Ngày nay, hệ thống thùng trộn được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực, đặt
biệt là
trong các ngành công nghiệp xây dựng, hóa thực phẩm …
2. Kết cấu hệ thống thùng trộn:
Hệ thống thùng có rất nhiều loại và đa dạng tuỳ theo mục đích sử dụng
sẽ có hệ
thống tương ứng, thích hợp. Nhìn chung, hệ thống được hình thành từ 3
thành
phần cơ bản sau:
- Động cơ: là nguồn phát động cho hệ thống.
-
-
Hộp giảm tốc: chuyển công suất từ động cơ sang thùng trộn theo các
chỉ
tiêu kỹ thuật và yêu cầu thiết bị.
Thùng trộn: chứa và trộn các nguyên vật liệu cần trộn.
Trong những ngành sử dụng thùng trộn với qui mô và công suất lớn,
người ta
thường kết hợp với băng tải và các thiết bị vận chuyển khác nhằm nâng
cao

năng suất làm việc, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
3. Ứng dụng:
Trong một số lĩnh vực điển hình như:
- Hệ thống thùng trộn nghiền xi măng đất, đá trong công nghiệp khai
khoáng.
- Hệ thống thùng trộn xi măng, cát, đá tạo vữa trong ngành xây dựng.
Hệ thống trộn bột, chất lỏng , chất dẻo, các nguyên phụ liệu tạo
các hỗn
hợp hoá chất
- Hệ thống thùng trộn sử dụng trong dây chuyền sản xuất thực phẩm
và
thức ăn gia súc.
Sử dụng thùng trộn sẽ có được nhiều ưu điểm:
- Tiết kiệm thời gian và chi phí nhân công.
- Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và thành phần của sản phẩm.
- Đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
1
Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
Phần I
M
Ộ
T

S
Ố

H
Ì
N
H

Ả
N
H

M
I
N
H

H
O
Ạ

V
À

T
H
Ô
N
G

S
Ố

C
Ủ
A

M
Ộ
T SỐ
LOẠI THÙNG TRỘN
• Tổng công suất:
18,5(kW )  45(kW )
• Công suất trộn:
25(
)  75(m
)
Hệ thống thùng trộn bê tông của công ty
CITY NANHAI FOSHAN INCHINA JULONG
CONSTRUCTION MECHINERY CO., LTD
2
Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
Phần II
P
h
ầ
n
II
X
Á
C

Đ
Ị
N
H

C
Ô
N
G

X
U
Ấ
T

Đ
Ộ
N
G
CƠ VÀ PHÂN
PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN CHO HỆ THỐNG
TRUYỀN
ĐỘNG
1. Xác định tải trọng tương đương:
Là trường hợp tải trọng thay đổi theo bậc nên ta có:
2
Ptd = n = P n
∑
ti ∑ ti
1 1
2
= 3,5
1
2
⋅ 34 + 0, 7

2
⋅
30
34 + 30
= 2, 66 (kW )
(3.10[2])
2. Xác định công suất cần thiết của động cơ:
• Hiệu suất chung 
của hệ thống: =  d 
k  o l
2
br
Với:
d = 0,96 : hiệu suất bộ truyền đai.
k = 0,98 : hiệu suất khớp nối đàn hồi.
ol = 0,99 : hiệu suất một cặp ổ lăn.
br = 0,98 : hiệu suất bộ truyền bánh răng.
Vậy:  = 0,96 ⋅ 0,98 ⋅ 0,994 ⋅ 0,982 ≈ 0,87
Ptd 2, 66
 0,87
3. Phân phối tỉ số truyền cho hệ thống:
• Chọn tỉ số truyền sơ bộ:
Theo bảng 2-2[1] ta chọn tỉ số truyền như sau:
o Đai thang: ud = 3
o Hộp giảm tốc hai cấp: uh = 11
Nên tỉ số truỵền sơ bộ của hệ thống là: usb = 3 ⋅11 = 33
Vận tốc sơ bộ của động cơ là: Vsb = usbn = 33 ⋅ 45 = 1485 (v / p)
• Chọn động cơ:
Ta có: Pct = 3, 06 (kW ) & Vsb = 1485 (v / p) nên chọn động cơ không
đồng bộ

3 pha mang số hiệu A02-41-4 (bảng 2P[1]), có các thông số kỹ thuật
sau:
o Công suất: P = 4, 0 (kW )
o Vận tốc: V = 1450 (v / p)
• Phân phối lại tỉ số truyền cho hệ thống:
Tỉ số
truyền
thực
V
n
1450
45
3

n
n
∑
P ti
∑
 T  ti
4
• Công suất cần thiết của động cơ: Pct = = = 3, 06 (kW )
= = 32, 22
Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
Phần II
Ta tiến
hành
chia tỉ
số
truyền

theo các
chỉ tiêu:
dễ bôi
trơn,
thuận
lợi cho
việc
ngâm
bánh
răng
trong
dầu và
trọng
lượng
nhỏ
nhất…
Chọn tỉ
số
truyền
đai:
3
Khi đó tỉ số
truyền của hộp
giảm tốc là:
3
2
,
2
2
3

= 10,
74
Tiếp tục
chọn tỉ
số
truyền
qua bộ
truyền
bánh
răng cấp
nhanh
(
cấp
chậm
(
điều
kiện:
u
uc & un = uc (1, 2 1, 4) . Chọn:
uc = 2, 77
un = 3,88
4. Xác định công suất trên các trục:
• Trục I: P1 = Pdol = 4 ⋅ 0,96 ⋅ 0,99 ≈ 3,8 (kW )
2
3
5. Tính số vòng quay của mỗi trục:
• Trục I:
• TrụcII:
• Trục III:
n

1
=
n2 =
n
3
=
ndc
ud
n1
un
n2
uc
1485
3
495
3,88
127, 6
2, 77
6. Tính moment xoắn trên trục và động cơ:
Theo công thức sau:
T =
9,55 ⋅ 10 6 P
n
(3.4[2])
Với:
P : công suất (kW)
n : số vòng quay (vòng/phút)
• Moment xoắn trên trục động cơ:
T
dc

=
9,55 ⋅106 ⋅ Pdc
ndc
9,55 ⋅106 ⋅ 4
1485
• Moment xoắn trên trục I:
T1 =
9,55 ⋅106 ⋅ P1
n1
9,55 ⋅106 ⋅ 3,8
495
• Moment xoắn trên trục II:
T
9,55 ⋅106 ⋅ P2
n2
9,55 ⋅106 ⋅ 3, 69
128
4
• Trục II: P = Pdolbr = 4 ⋅ 0,96 ⋅ 0,992 ⋅ 0,98 ≈ 3, 69 (kW )
• Trục III: P = Pdolbr = 4 ⋅ 0,96 ⋅ 0,993 ⋅ 0,982 ≈ 3,58 (kW )
= = 495 (v / p)
= = 128 (v / p)
= = 46 (v / p)
= = 25734 ( Nmm)
= = 72927 ( Nmm)
= = 274675 ( Nmm)
Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
• Moment xoắn trên trục III:
Phần II
T

9,
55
⋅1
06
⋅
P3
n
9,55 ⋅106 ⋅
3,58
46
B
ả
n
g
t
ổ
n
g
h
ợ
p
k
ế
t
q
u
ả
c
á
c

t
h
ô
n
g
s
ố
c
h
o
h
ộ
p
g
i
ả
m

t
ố
c
v
à bộ truyền đai
Trục I
Trục III
Trục II
5
Thông số
Động cơ
Trục I

Trục II
Trục III
Công suất (kW)
= = 739087 ( Nmm)
Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
Phần III
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
Số liệu đầu vào:
Phần III
Công suất
Số vòng quay
Tỉ số truyền
: Pdc = 4
(kW )
: n = 1485
(v / p)
: u = 3
1.
D
ựa
và
o
số
liệ
u
trê
n
và
hì
nh

4.
22
[2]
ta
ch
ọn
:
đai
tha
ng
loạ
i
A,
đư
ợc
là
m
loạ
i
vật
liệu tổng hợp.
Thông số đai thang loại A:
2. Đường kính bánh đai nhỏ sơ bộ: d1sb = 1, 2d min = 1, 2 ⋅100 = 120(mm)
Theo tiêu chuẩn bảng 5-15[1] ta chọn đường kính bánh đai nhỏ là: d1 =
125(mm)
3. Vận tốc bánh
đai:
v
=
60000 60000

= 9, 7(m / s) (5.18[1])
m
s s
4. Giả sử chọn hệ số trượt tương đối  = 0, 01.
Ta có đường kính bánh đai lớn: d 2 sb = ud1 (1 −  ) = 3⋅125(1 − 0, 01) = 371,
25(mm)
Theo tiêu chuẩn tra bảng 5-15[1] ta chọn: d 2 = 360 (mm)
Xác định lại tỉ số truyền
u: u =
= = 2,91
Chỉ sai lệch 3% so với giá trị chọn trước.
5. Giới hạn khoảng cách trục được tính:
2(d1 + d 2 ) ≥ a ≥ 0,55(d1 + d 2 ) + h
2(125 + 360) ≥ a ≥ 0,55(125 + 360) + 8
970(mm) ≥ a ≥ 274, 75(mm)
Chọn sơ bộ a = d 2 = 360 (mm) khi u = 2, 91
6
Tên gọi
Kí hiệu
Giá trị
Chiều rộng lớp trung hòa
bp
11 (mm)
Chiều rộng mặt trên
bo
13 (mm)
v1 max với vmax = (30 m  35 ) nên thỏa điều kiện.
<
d
2

d
1
(1 −

) 125(1 − 0, 01)
Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
6. Tính chiều dài đai:
L = 2a +
+
2 4a
Phần III
= 2 ⋅ 360
3,14(1
25 +
360)
(360
−
125)2
2

4

⋅
3
6
0
T
h
e

o

b
ả
n
g

4
-
3
[
2
]

t
a

c
h
ọ
n

đ
a
i
c
ó

c
h

i
ề
u

d
ài L = 1600 (mm) = 1,6
(m).
7. Số vòng chạy của đai trong
một giây:
i
v
L
9, 7
1, 6
8. Tính lại khoảng cách trục a:
k
(d1 + d 2 )
125 + 360
2
2
= 838, 2 (mm)
(d1 + d2 )
125 + 360
2 2
Mà
a =
k + k 2 − 8⊗ 2
4
⇒
838, 2 +

838, 2
2
−
8 ⋅ 242,5
2
4
= 330 (mm)
Vậy giá trị a vẫn thỏa mãn
giới hạn giá trị cho phép.
9.
G
óc
ô
m
bá
nh
đa
i
nh
ỏ:
〈
57
10
.
Cá
c
hệ
số
sử
dụng:

a 330
= 180 − 57
= 139, 4o = 2, 433 (rad )
-
-
-
-
Hệ số xét
đến ảnh
hưởng của
vận tốc:
C
v
= 1 − 0,
05(0, 01v
2
−
1) = 1 − 0,
05(0, 01⋅ 9, 7

2
− 1) = 1,
003
Hệ số xét
đến ảnh
hưởng của
dây đai,
chọn: Cz =
1
Hệ số xét

đến ảnh
hưởng của
chế độ tải
trọng:
C
r
=
0,85
1
-
Hệ số xét đến ảnh
hưởng của chiều dài
dây đai:
C
L
=
6
L
Lo
1520
-
Hệ số xét đến ảnh
hưởng của tỉ số
truyền u: Cu = 1,14
vì u > 2,5
11. Xác định số dây đai:
Theo đồ thị hình 4.2a[2] ta
chọn: [Po ] = 2,4 (kW) .
Ta xác định số dây đai theo
công thức:

z
P
1
[P ]C〈
CvCCCL
Cu
=
4
2, 4 ⋅ 0,9 ⋅1,
003 ⋅1⋅ 0,85 ⋅1,
0085 ⋅1,14
= 1,84
Chọn số dây đai: z = 2
7
+ = 1520 (mm)
= = 6, 0625 (s −1 ) , [i] = 10 s −1 nên thỏa điều kiện này.
= 1600 − 3,14
⊗ = = = 242,5
(d 2 − d1 ) 360 − 125
Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai:
C
〈
= 1, 24(1 − e
−
〈
/110
) = 0, 9
= = 1, 0085
160
o z r

Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
12. Xác định lực căng ban đầu:
Chọn ứng suất căng đai: ⌠ o = 1,5 ( N / mm 2 )
Lực căng ban đầu: Fo = 2 A⌠ o = 2 ⋅ 81⋅1,5 = 243 ( N )
Lực căng trên mỗi dây đai: F = = 121,5 ( N )
2
1000P 1000 ⋅ 4
v1 9, 7
Lực vòng trên mỗi dây đai: F=206 (N)
13. Hệ số ma sát (tài liệu 1 trang 159):
Phần III
f
1
〈
 2Fo + F 
o
 2Fo − F 
H
ệ

s
ố

m
a

s
á
t
n

h
ỏ

n
h
ấ
t
đ
ể

b
ộ

t
r
u
y
ề
n

k
h
ô
n
g

b
ị
t
r

ư
ợ
t
t
rơn là: 0,35
14. Lực tác dụng lên trục:
= 2F
 2 
15. Thiết kế bánh đai:
Do vận tốc làm việc v = 9, 7 (m / s) (nhỏ hơn 25m/s) nên ta chọn bánh đai
đúc bằng
gang CH12-28. Các kích thước được chọn bằng cách tra bảng 10-3[1]:
-
-
-
Chiều rộng bánh đai: B = (Z − 1)t + S = 16 +
2 ⋅10 = 36 (mm)
Đường kính ngoài cùng của bánh đai dẫn:
Dn1 = D1 + 2ho = 360 + 2 ⋅ 3,5 = 367 (mm)
Đường kính ngoài cùng của bánh đai bị
dẫn:
Dn 2 = D2 + 2ho = 125 + 2 ⋅ 3,5 = 132 (mm)
Các kích thước phụ khác liên quan theo tiêu chuẩn, tra bảng 10-3[1].
8
F
Lực vòng có ích: Ft = = = 412, 4 ( N )
1
ln   = 1, 03 ⇒ f min = f ' sin(20 ) = 0,35 (ở đây ta chọn giá trị 〈 = 〈1 )
t
t

Fr o sin   = 456 ( N )

〈1

Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
Phần IV
P
h
ầ
n
I
V
THI
ẾT
KẾ
BỘ
TRU
YỀN
BÁN
H
RĂ
NG
Chọn
vật
liệu:
Do
không
có yêu
cầu nào
đặt biệt

nên ta
chọn
vật liệu
cho các
cặp
bánh
răng
là
giống
nhau.
Dựa
vào
bảng 3-
6[1] và
3-8[1]
ta có
bảng sau:
I. Tính toán cấp nhanh: bánh răng trụ răng nghiêng phân đôi.
1. Thông số đầu vào:
Công suất :
P1 = 3,8 (kW )
Tỉ số
truyền
Số
vòng
quay
Tuổi
thọ
: u1 = 3,88
: n1 = 485 (vòng/phút)

: 19200 (giờ)
2. Xác định ứng suất tiếp và ứng suất uốn cho phép:
Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Số chu kỳ tương đương của bánh lớn: (3.4[1])
2
 M max 
n1 485
u1 3,88
Ntd 2 > N o ; N o = 107 nên ta chọn hệ số chu kỳ ứng suất k N = 1 cho cả
hai
bánh răng.
Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn (bảng 3-9[1])
[⌠ tx 2 ] = 2, 6 ⋅170 = 442 ( N / mm 2 )
Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ (bảng 3-9[1])
[⌠ tx1 ] = 2, 6 ⋅ 200 = 520 ( N / mm 2 )
Để tính sức bền ta dùng ⌠ tx 2 = 442 ( N / mm 2 )
Ứng suất uốn cho phép:
Số chu kỳ tương đương của bánh lớn: (3.8[1])
Ntd 2
 M
max

6
9
Thông số
Bánh răng nhỏ
Bánh răng lớn
Tên thép
Thép 45 (thường hóa)
Thép 35 (thường hóa)

Giới hạn bền kéo
 M i 
Ntd 2 = 60u∑   niTi = 60 ⋅1
(
1
2
⋅ 0,53 + 0, 7
2
⋅ 0, 47
)
125 ⋅19200 = 11⋅10
7
Với: n2 = = = 125 (v / p)
'
 M i 
= 60u∑   niTi = 60 ⋅1
(
1
6
⋅ 0,53 + 0, 7
6
⋅ 0, 47
)
125 ⋅19200 = 8, 4 ⋅10
7
Đồ án Thiết Kế Kỹ Thuật
Phần IV
Với:
n
1

u
1
485
3,88
N
o
ta chọn hệ
số chu kỳ
ứng suất
N
hai bánh
răng.
Giới hạn
mỏi uốn
của thép
45:
43
258 (
2
Giới hạn
mỏi uốn
của thép
35:
43
215 (
2
Chọn hệ số
an toàn:
1, 5
Hệ số tập

trung ứng
suất ở chân
răng:
1,8
Vì ứng
suất uốn
thay đổi
theo chu
kỳ mạch
động nên
ta có:
(3.5[1])
nK
1,5