thiết kế máy nghiền con lăn - đồ án máy xây dựng

ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
MỤC LỤC
Phần 1 : Giới Thiệu Chung…………………………………………………………………………… 2
I: Tổng Quan Chung………………………………………………………………………… 3
II:Kết Cấu Một Số Loại Máy Nghiền Con Lăn…………………………4
Phần 2 : Tính Toán Thiết Kế………………………………………………………………………… 7
I: Đặc Tình Kỹ Thuật …………………………………………………………………………….7
II: Cấu Tạo ……………………………………………………………………………………………… 7
III: Xác Đònh Góc Ôâm ………………………………………………………………………… 9
IV: Xác Đònh Tỷ Số Đường Kính Con Lăn Và Vật Ghiền……….9
V: Xác Đònh Tốc Độ Quay Trục Chính…………………………………………….9
VI:Xác Đònh Năng Suất………………………………………………………………………….10
VII:Xác Đònh Công Suất Nghiền ………………………………………………………11
VIII: Xác Đònh Công Suất Động Cơ ……………………………………………….13
IX: Xác Đònh Tỷ Số Truyền Hệ Dẫn Động Cơ Khí………………… 14
X: Tính Toán Kích Thước Bánh Răng Cone…………………………………15
XI: Tính Bền Một Số Chi Tiết……………………………………………………………21
XII: Tính Chọn Đường Kính Trục Chính……………………………………….22
Tài Liệu Tham Khảo ……………………………………………………………………………………… 27
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 1
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
Lời Nói Đầu
Trong thời đại ngày nay khi mà nền khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển
thì việc xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng là một yếu tố hàng đầu để có
được một nền kinh tế công nghiệp phát triển.Trong giai đoạn này hơn lúc nào
hết chúng ta cần có nhiều nguồn nhân lực và vât lực để phát triển,những máy
móc thiết bò phục vụ cho công cuộc xây dựng ngày càng cần thiết và trở nên
quan trọng.Việc ra đời của những chiếc máy sản xuất vật liệu xây dựng là rất
cần thiết và có ý nghóa.Trong công cuộc chung đó, chúng em là những kỹ sư
tương lai được phân công nhiệm vụ nghiên cứu tìm tòi để cho ra đời những cái
máy hữu dụng hơn thiết thực hơn đưa vào sản xuất mong rằng sẽ đem lại nhiều

lợi ích đất nước.
Trong suốt thời gian tìm tòi và nghiên cứu chúng em luôn nhận được sự
quan tâm hướng dẫn của các thầy cô trong bộ môn đặc biệt là cô Nguyễn Hồng
Ngân, chúng em xin chân thàng cảm ơn những sự tận tình chỉ dạy đó vì đó là
những kinh nghiệm qúy báu nhất mà sẽ giúp chúng em vững bước trên con
đường khoa học kỹ thuật.Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng không thể tránh
được những thiếu xót mong thầy cô tận tình góp ý và rộng lòng bỏ qua.
Tp HCM ngày… tháng… năm2005
Sinh viên thực hiện
Phạm Duy Quyết
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 2
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG
I/ Khái niệm chung và phân loại máy nghiền con lăn
Trong sản xuất vật liệu xây dựng máy nghiền con lăn dùng để nghiền
thô các loại vật liệu( kích thước cuối cùng
mm83 ÷
) và nghiền nhỏ( kích thước
đến
mm5,02,0 ÷
) các vật liệu đất sét ướt, khô, thạch anh(
2
SiO
), sa mot( vật
liệu chòu lửa ).
Về phương diện nghiền, máy nghiền con lăn kém hiệu quả hơn so với
các loại máy nghiền khác (vi dụ máy nghiền trục) do tiêu hao năng lượng
nhiều,cấu tạo cồng kềnh và phức tạp, chi phí lắp đặt,bảo dưỡng, sửa chữa
lớn.Nó chỉ được dùng khi công nghệ sản xuất yêu cầu vừa nghiền vừa trộn vừa
làm chặt và lam dẻo vật liệu.

Các máy nghiền con lăn có thể phân loại theo kết cấu, đặc điểm công
nghệ, khả năng tác dụng.
1/ Theo kết cấu:
Gồm có các loại máy :
* Có chậu đứng yên còn quả lăn quay xung quanh trục thẳng đứng.
* Có chậu quay và quả lăn đứng yên đối với trục thẳng đứng, nhưng lại
quay quanh trục chính nó nhờ lực ma sát giữa chậu và quả lăn.
* Có trạm dẫn động đặt trên hoặc đặt dưới, quả lăn có thể làm từ kim loại
hoặc từ vật liệu phi kim loại.
* Loại có lực ép bổ sung hoặc không có lực ép bổ sung
* Loại quả lăn đá được dùng cho việc nghiền các loại vật liệu không có
kim loại, khi đó chậu máy cũng được phủ những tấm không đá( granit, kvarsit,
đá đúc … )
2/ Theo đặc điểm công nghệ có
* Loại máy để nghiền ướt: độ ẩm vật liệu vượt
%16%15 ÷
.
* Loại nghiền khô hay bán khô: độ ẩm vật liệu không vượt quá
%11%10 ÷
.
* Loại nghiền trộn cho hỗn hợp có độ ẩm không vượt quá
%12%10 ÷
.
3/ Theo chế độ làm việc
* Loại làm việc liên tục vật liệu nạp và lấy ra liên tục
* Loại làm việc theo chu kỳ vật liệu được nạp vào máy (tuỳ theo kích thước
máy) và nghiề khoảng 5-15phút kết thúc môt( chu kỳ làm việc.
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 3
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
II/ Kết cấu của máy nghiền con lăn

1/ Máy nghiền ướt
1
6
2
5

Dùng để nghiền vật liệu có độ ẩm
%16%15 ÷
.
Kết cấu máy là loại máy làm việc liên tục dẫn động dưới, chậu đứng yên.
Máy nghiền lắp những tấm cào để gạt vật liệu ướt dính vào con lăn. Vật
liệu được nghiền sẽ được nén qua lỗ ở tấm cửa chặn, để cho lỗ khỏi bò bít người
ta làm lỗ hình côn rộng dần về phía dưới, trên đóa rơi có dao gạt đưa vật liệu ra
cửa tháo.
Bộ phận công tác chính của máy gồm hai con lăn nghiền, lăn trên một mặt
phẳng nào đó, khi lăn nhờ sức nặng mà mà nghiền vật liệu nằm trên đường lăn.
Hình trên là sơ đồ nguyên lý làm việc của máy nghiền dùng để nghiền ướt.
Phía đầu trên cũa trục chính có gắn khớp trục truyền
)2(
có lắp các khối lăn
nghiền
)3(
và
)4(
. Khi trục
)1(
quay làm các khối nghiền lăn trên mâm cố đònh
)5(
đồng thời chúng tự quay trên trục truyền
)2(

.Do gắn khớp trên trục truyền
)2(
nên các khối nghiền dễ dàng được nâng lên, hạ xuống khi gặp các cục vật
liệu quá cứng không nghiền nhỏ được tránh cho trục nghiền
)2(
bò gãy. Ngoài
ra các khối nghiền còn có thể nâng lên nâng lên, hạ xuống để đảm bảo chiều
dày cần thiết của vật liệu trên mâm, nhờ một cơ cấu cánh tay đòn phụ.
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 4
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
2/ Máy nghiền khô
5
6
1
3
2
4
7
8
Thường là loại máy làm việc liên tục với chậu quay và trạm dẫn động đặt
ở phía trên. Dùng để nghiền các loại vật liệu khô( bán khô ), sét, samot, thạch
anh…
Do lực quán tính phát sinh khi con lăn quay theo trục thẳng nên không cho
phép máy quay với tốc độ lớn nên năng suất của máy thấp. Do đó còn có loại
nghiền khô với kết cấu chặn quay, vật liệu nghiền xong sẽ được đi ra bằng lực
li tâm.
Với loại máy nghiền này khi vật liệu chưa ra được khỏi lỗ tháo sẽ được
thanh gạt đưa lại vào trong máy.
Các khối nghiền
)3(

và
)4(
được lắp trên trục ngang
)2(
và có thể quay
quanh trục
)2(
do lực ma sát tạo ra khi mâm
)5(
quay. Các đầu trục của khối
nghiền có thể chuyển động lên xuống do thay đổi chiều dày lớp vật liệu hoặc
do vật liệu cứng lẫn trong đó nhờ cơ cấu dẫn hướng
)7(
.
Đầu trên của trục
)1(
có lắp cặp bánh răng côn
)6(
nhận chuyển động từ
động cơ qua hộp giảm tốc. Đầu dưới trục
)1(
lắp moay ơ mâm. Nửa trong, gần
tâm mâm được chế tạo liền, nửa ngoài có lỗ dạng lưới sàng
)8(
.
Các cánh gạt có tác dụng hướng vật liệu chưa nghiền tới vùng nghiền của
khối nghiền và hướng vật liệu đã nghiền tới sàng
)8(
. Lượng vật liệu không lọt
qua mắt sàng lại được các cánh gạt hướng tới vùng nghiền. Vật liệu qua được

sàng rơi vào một mâm cố đònh để từ đó nhờ các cánh gạt đưa vào máng gom
liệu.
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 5
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
12 3
11
10
4
9

Hình trên là sơ đồ nguyên lý của máy nghiền có mâm quay và tốc độ
quay tới
svg /9,0
. Máy loại này dùng để nghiền khô. Sản phẩm được lấy ra nhờ
lực li tâm. Vật liệu qua khe hở giữa mâm
)9(
và thành bên
)10(
, khe hở này có
thể điều chỉnh được. Các hạt vật liệu không lọt qua khe hở được các cánh gạt
đưa vào các vùng nghiền.
Năng suất loại máy này đạt tới
hT /75
chi phí năng lượng
TkWh /17,0 ÷
,
khối lượng nghiền
T5,65÷
.
Trục

)11(
của các khối nghiền
)3(
và
)4(
được lắp với giá treo
)12(
, giá
)12(
liên kết với giá máy qua
)13(
và lò xo, độ cứng lò xo được tính chọn sao
cho khi không tải khe hở giữa mâm và thành chắn chiếm khoảng
mm108
÷
. Khi
làm việc, các khối nghiền được nâng lên lò xo tự do( không chòu kéo nữa ).
Thiết kế máy như vậy dễ dàng khởi động, giảm tải trọng trên trục khối nghiền
)3(
và
)4(
.
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 6
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
6
3
2
1
5
Ngoài các loại máy trên còn có các loại máy nghiền có khối lượng con lăn

nghiền nhỏ, lực nghiền phụ được tạo ra nhờ các lò xo, hệ thống thuỷ lực hay
khí nén. Hình trên là sơ đồ nguyên lý, cánh tay đòn
)2(
một đầu lắp khớp với
giá cố đònh
)1(
, đầu kia gắn với trục pittông của xi lanh
)4(
. Trên
)2(
lắp các ổ
đỡ của khối nghiền
)3(
. Mâm quay
)5(
nhận chuyển động từ động cơ qua hộp
giảm tốc và cặp bánh răng côn
)6(
.
Ưu điểm của loại máy này là có kích thước gọn hơn, khối lượng nhỏ hơn
các loại trên, có thể thay đổi dễ dàng áp lực tác dụng lên vật nghiền.
Phần II: TÍNH TOÁN
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 7
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
I/ Đặc tính kỹ thuật của máy nghiền con lăn làm việc liên tục cho việc
nghiền ướt với con lăn quay
1/ Kích thước con lăn
Đường kính:
1,2D m=
Chiều rộng:

0,35b m=
Tổng khối lượng con lăn:
4
cl
m T=
Số vòng quay của trục thẳng đứng:
0,45n =
vòng/phú
2/ Khoảng cách từ tâm trục đến điểm giữa các con lăn
Con lăn trong:
mR 9,0
1
=
.
Con lăn ngoài:
2
0,51R m=
3/ Các kích thước bao
Dài:
4,35L m=
Rộng:
2,9B m=
Cao:
2,87H m=
II/ Các bộ phận chính của máy

5
6
1
3

2
4
1: Trục chính.
2: Trục truyền.
3: Con lăn trong.
4: Con lăn ngoài.
5: Chậu.
6: Bánh răng côn.
III/ Xác đònh góc ôm
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 8
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
T
fPsin
α
fP
1
fPcos
α
P
Psin
α
P
Pcos
α
α
α
fP
1
Sơ đồ xác đònh góc ôm
Góc ôm là góc

α
tạo giữa đường tiếp tuyến
T
với phương ngang cần phải
lớn hơn một giá trò nào đó thì mới đảm bảo điều kiện để nghiền.
Để xác đònh điều kiện góc ôm ta có các lực tác dụng sau
P
: áp lực lên cục vật liệu, chia thành hai thành phần
α
sinP
và
α
cosP
.
Pf
: lực ma sát giữa cục vật liệu và con lăn sinh ra bởi áp lực, cũng được chia
ra thành hai thành phần
α
sinPf
và
α
cosPf
.
1
P
: áp lực của cục vật liệu lên đáy chậu.
Điều kiện để cục vật liệu đi vào máy.

1
cossin fPfPP +≤

αα
.
Chiếu các lực lên phương đứng.

)sin(cos0sincos
11
αααα
fPPfPPP +=⇒=−−
.
Thay giá trò
1
P
vào ta được.

αααα
cos)sin(cossin fPffPP +−≤
.
Chia hai vế cho
α
cosP
và thay
ϕ
tgf =
(
ϕ
: góc ma sát ). Cuối cùng ta có:

ϕαϕ
ϕ
ϕ

α
22
1
2
2
≤⇒=
−
≤ tg
tg
tg
tg
.
Đối với đất sét ướt:
o
f 2,2445,0 =⇒=
ϕ
.
Vậy góc ôm là:
o
4,48=
α
.
IV/ Xác đònh tỉ số giữa đường kính con lăn và kích thước cục vật liệu nghiền
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 9
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
D/2-d/2
α
D
d
D

/
2
+
d
/
2
Sơ đồ xác đònh tỉ số
dD /

Theo sơ đồ ta có.
5
664,01
664,01
4,48cos1
4,48cos1
cos1
cos1
22
cos
22
=
−
+
=
−
+
=
−
+
=⇒−=







+
o
o
d
DdDdD
α
α
α
.
mmm
D
d 36036,0
5
8,1
5
====
.
Vậy kích thước cục vật liệu vào khoảng
mm360
.
V/ Xác đònh tốc độ quay của trục chính
Đối với các máy nghiền con lăn có chậu đứng yên,lực li tâm chỉ tác động
lên các khối nghiền được bố trí với khoảng cách khác nhau tính từ tâm trục
chính nhằm tăng năng suất thường người ta chọn R

2
=(1.45-1.60)R
1
Nhưng ở lọai máy nghiền CM 365 người ta thiết kế khoảng cách các con lăn
trong và ngoài bằng nhau vì loại này bề rộng con lăn lớn,và người ta bố trí các
thanh gạt sole nhau dể có thể gạt hết phần vật liệu nghiền vào vùng làm việc
của con lăn. Do đó ta chọn khối lượng của hai con lăn bằng nhau và tốc độ
quay của trục chính phải đảm bảo cho các hạt vật liệu nghiền không bò văng ly
tâm ra thành chậu.
VI/ Xác đònh năng suất
Năng suất thể tích.

nv
knFFlQ .)(.3600
21
+=
.
Trong đó:
ml 02,0=
: giá trò chiều dài trung bình của sợi đất sét bò ép qua lỗ của tấm đáy
chậu.
1
F
: diện tích các lỗ sau một vòng quay của con lăn trong.
2
F
: diện tích các lỗ sau một vòng quay của con lăn ngoài.
0,45n =
vòng/ phút số vòng quay của trục.
85,0=

n
k
: giá trò trung bình của hệ số sử dụng.
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 10
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
Diện tích được quét bởi con lăn trong sau một vòng quay.
bDF
k

11
π
=
.
Trong đó:
mRD 8,12
11
==
: hai lần khoảng cách từ trục thẳng đứng con lăn đến tâm
con lăn gần.
0,35b m=
chiều rộng con lăn.
Diện tích được quét bởi con lăn ngoài sau một vòng quay.
bDF
k

22
π
=
.
Trong đó:

2 2
2 1,02D R m= =
: hai lần khoảng cách từ trục thẳng đứng con lăn đến tâm con
lăn gần.
Tổng diện tích được quét bởi cặp con lăn.

2
1 2 1 2
. .( ) 3,14.0,35.(1,8 1,02) 3,1
k k
F F F b D D m
π
= + = + = + =
Tổng diện tích các lỗ được quét bởi cặp con lăn.

2
1 2
0,25. 0,25.3,1 0,775F F F m+ = = =
Năng suất thể tích.
3
1 2
3600. .( ). . 3600.0,02.0,775.0,45.0,85 21,3435 /
v n
Q l F F n k m h= + = =
Năng suất khối lượng.
. 21,3435.1,65 35,22 /
v
Q Q T h
ρ
ρ

= = =
VII/ Xác đònh công suất nghiền
Xác đònh khối lượng các con lăn.
Ta có:
1 2
4m m+ =
và
1 1 2 2
. .m R m R=
Trong đó:
1
0,9R m=
: khoảng cách từ tâm trục quay đến tâm con lăn trong.
2
0,51R m=
: khoảng cách từ tâm trục quay đến tâm con lăn ngoài.
1 2
1,45 , 2,55m T m T= =
Công suất nghiền
321
NNNN ++=
.
Trong đó:
1
N
: công suất tiêu tốn làm con lăn quay.
2
N
: công suất để thắng lực cản ma cát trượt.
3

N
: công suất tiêu tốn cho thanh cào.
Lực kéo cần thiết để làm một con lăn quay.

µ
.GP =
Trong đó
G
: áp lực( trọng lượng ) của con lăn lên đáy chậu.
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 11
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN

08,0=
µ
: hệ số kéo.
Lực kéo cần thiết để làm con lăn trong quay.
1 1
. 1450.9,81.0,08 1138P G N
µ
= = =
Lực kéo cần thiết để làm con lăn ngoài quay.
.
2 2
. 2550.9,81.0,08 2001P G N
µ
= = =
Công suất tiêu tốn để làm con lăn quay.

nRPkvPkN 2
2221

π
==
.
Trong đó:
2
=
k
: số con lăn
0,45n =
vòng/ phút: số vòng quay của trục trong một giây.

1
2.2001.2.3,14.0,9.0,45 10182N W= =
Công suất để thắng lực cản ma sát trược.

fvGkN
tr

22
=
.
Trong đó:
2
=
k
: số con lăn.
45,0=f
: hệ số ma sát của con lăn với vật liệu.
tr
v

: vận tốc trượt trung bình.
ac
b
r
a
r
c
b
r
Sơ đồ xác đònh vận tốc trượt của con lăn
Vận tốc của các điểm trên con lăn.

nrv
aa
2
π
=
;
nrv
bb
2
π
=
;
nrv
cc
2
π
=
.

Ta thấy chỉ có điểm giữa khi lăn là không bò trượt còn lại mọi điểm khác đều
bò trượt ít hay nhiều, càng xa điểm giữa càng bò trượt nhiều.
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 12
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
Giá trò trượt lớn nhất sẽ được xác đònh bởi hiệu vận tốc của điểm
a
và
b
với
c
.

bccatr
vvvvv −=−=
.

nrnrnrnrv
bccatr
.2.2.2.2
ππππ
−=−=
.

2

2
0 nbnb
v
tr
ππ

=
+
=
Như vậy giá trò trượt tuyệt đối càng lớn nếu con lăn càng rộng. Do đó con lăn
càng rộng thì càng chóng mòn.
Giá trò trượt tuyệt đối sẽ thay đổi từ
0
tại điểm giữa con lăn đến giá trò lớn
nhất ở mép con lăn. Như vậy giá trò trượt trung bình sẽ được xác đònh.

2

2
0 nbnb
v
tr
ππ
=
+
=
.

2 2
3,14.0,35.0,45
. . . 2.2550.9,81. .0,45 5570
2
tr
N k G v f W= = =
Công suất tiêu tốn cho thanh cào.

1
'
3
fvPiN =
.
Trong đó:
2
=
i
: số thanh cào.
NP 1000
'
=
: lực ép của thanh cào lên đóa.
nRv 2
2
π
=
: vận tốc chuyển động tương đối của thanh cào.
2,0
1
=f
: hệ số ma sát của thanh cào lên đóa.

'
3 1
. . . 2.1000.2.3,14.0,51.0,45.0,2 577N i P v f W= = =
Công suất nghiền.

1 2 3

10182 5570 557 16400N N N N W= + + = + + =
VIII/ Xác đònh công suất động cơ
Hiệu suất tổng:
85,01.98,0.98,0.94,0
323323
===
kbrolc
ηηηηη
.
Trong đó:
94,0=
c
η
: hiệu suất bộ truyền bánh răng côn.
98,0=
ol
η
: hiệu suất cặp ổ lăn.
98,0=
br
η
: hiệu suất cặp bánh răng.
1=
k
η
: hiệu suất khớp.
Công suất cần thiết của động cơ.

16400
19294 19,294

0,85
dc
N
N W kW
η
= = = =
Chọn động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ rôto ngắn mạch kiểu
4A180S4Y3 có các thông số sau:
Công suất động cơ:
22
o
P kW=
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 13
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
Số vòng quay:
1480 /
o
n vg ph=
IX/ Xác đònh tỉ số truyền của hệ dẫn động
Tỉ số truyền của hệ

1470
54,44
27
o
t
n
u
n
= = =

Trong đó:
n
: số vòng quay của trục công tác.
o
n
:số vòng quay của động cơ.
. 54,44
t c h
u u u= =
Trong đó:
c
u
: tỉ số truyền của cặp bánh răng côn.
h
u
: tỉ số truyền của hộp giảm tốc.
Chọn sơ bộ:
20
h
u =
54,44
2,722
20
t
c
h
u
u
u
= = =

Công suất trên trục bánh răng côn dẫn động
c
N
N
η
=
1
Trong đó:
16,4N kW=
: công suất nghiền
94,0=
c
η
: hiệu suất bộ truyền bánh răng côn
1
16,4
17,44
0,94
N kW= =
Số vòng quay trên trục thẳng đứng
0,45 / 0,45.60 27 /n vg s vg ph= = =
Số vòng quay trên trục dẫn động
Ta có:

1
1
2,722 2,722. 2,722.27 73,494 /
c
n
u n n vg ph

n
= = ⇒ = = =
Moment xoắn trên trục thẳng đứng

6 6
16,4
9,55.10 9,55.10 5800740
27
N
M Nmm
n
= = =
Moment xoắn trên trục dẫn động

6 6
1
1
1
17,44
9,55.10 9,55.10 2266198
73,494
N
M Nmm
n
= = =
X/ Tính toán chọn kích thước bánh răng côn
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 14
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
Để chế tạo bánh dẫn và bánh bò dẫn ta chọn thép 40Cr được tôi cải thiện với
các số liệu sau:

Đối với bánh dẫn:
280 260,690,930 === HBMPaMPa
chb
σσ
Đối với bánh bò dẫn:
260 230,540,830 === HBMPaMPa
chb
σσ
Ứng suất tiếp xúc cho phép theo công thức (5.86, [II])
HL
H
xHLVR
o
H
H
K
S
ZZZZ
lim
][
σ
σ
=
Trong đó:
702
lim
+= HB
o
H
σ

, giới hạn mỏi tiếp xúc.
MPa
o
H
61070270.2
lim
1
=+=
σ
(đối với bánh dẫn).
MPa
o
H
57070250.2
lim
2
=+=
σ
(đối với bánh bò dẫn).
R
Z
: hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt.
V
Z
: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng.
L
K
: hệ số xét đến ảnh hưởng điều kiện bôi trơn.
xH
K

: hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng.
Chọn sơ bộ:
9,0=
xHLVR
KZZZ
HL
K
: hệ số tuổi thọ.
Giả sử:
1
21
==
HLHL
KK
H
S
: hệ số an toàn
1,1=
H
S
(tôi cải thiện)
MPa
H
1,499
1,1
1.9,0.610
][
1
==
σ

MPa
H
4,466
1,1
1.9,0.570
][
2
==
σ
Xác đònh ứng suất uốn cho phép theo công thức(5.92, [II])
F
FL
o
F
FL
F
FCxR
o
F
F
S
K
K
S
YYYY
lim
lim
][
σ
σ

σ
δ
≈=
Trong đó:
o
F lim
σ
: giới hạn mỏi uốn.
.75,1
lim
HB
o
F
=
σ
MPaHB
o
F
5,472270.75,175,1
lim
1
===
σ
.
MPaHB
o
F
5,437250.75,175,1
lim
2

===
σ
.
R
Y
: hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám.
x
Y
: hệ số kích thước.
δ
Y
: hệ số độ nhạy vật liệu bánh răng đến sự tập trung tải trọng.
2=
F
S
: hệ số an toàn khi tính theo ứng suất uốn.
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 15
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
FL
K
: hệ số tuổi thọ.
Giả sử:
1
2
1
==
FLFL
KK
.
MPa

S
K
F
FL
o
F
F
25,236
2
1.5,472
][
1lim1
1
===
σ
σ
.
MPa
S
K
F
FL
o
F
F
75,218
2
1.5,437
][
2lim2

2
===
σ
σ
.
Xác đònh chiều dài côn ngoài theo công thức (6.52a, [II])
3
2
1
2
][)1(
.1
Hcbebe
H
cRe
uKK
KM
uKR
σ
β
−
+=
Trong đó:
dR
KK 5,0=
: hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng, với truyền động bánh răng
côn răng thẳng bằng thép thì
3/1
100MPaK
d

=
07,1=
β
H
K
: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành
răng bánh răng côn(bảng 6.21, [II])
ebe
RbK /=
: hệ số chiều rộng vành răng
25,0=
be
K
(vì
3<
c
u
)
M
1
=2266198 Nmm: mômen xoắn trên trục bánh chủ động
MPa
H
1,499][ =
σ
( )
2
3
2
2266198.1,07

0,5.100. 2,722 1. 387,4
1 0,25 .0,25.2,722.499,1
e
R mm= + =
−
Bề rộng vành răng
90b mm
=
Đường kính chia ngoài của bánh côn chủ động
1
2 2
2.
2.387,4
267,18
1 2,722 1
e
e
c
R
d mm
u
= = =
+ +
Khi độ rắn mặt răng
350
<
HB
thì
445,27.6,16,1
11

===
p
zz
Trong đó:
5,27
1
=
p
z
(bảng 6.22, [II])
Tính đường kính trung bình và môdun trung bình
1 1
(1 0,5. ). (1 0,5.0,25).267,18 233,78
m be e
d K d mm= − = − =
1
1
233,78
5,31
44
m
tm
d
m mm
z
= = =
Môđun vòng ngoài với bánh răng côn răng thẳng
( )
5,31
6,06

1 0,5. 1 0,5.0,25
tm
te
be
m
m mm
k
= = =
− −
Theo(bảng 6.8, [II]) chọn
6
te
m mm=
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 16
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
.(1 0,5. ) 6.(1 0,5.0,25) 5,25
tm te be
m m K mm⇒ = − = − =
1
1
233,78
44,53
5,25
m
tm
d
z
m
= = =
lấy

1
44z =
răng
Số răng bánh răng lớn

2 1
2,722.44 119,768
c
z u z= = =
lấy
2
120z =
răng
Tỉ số truyền thực tế

2
1
120
2,727
44
t
z
u
z
= = =
Góc côn chia
0
1
1
2

44
( ) ( ) 20,13
120
z
arctg arctg
z
δ
= = =
0 0 0 0
2 1
90 90 20,13 69,87
δ δ
= − = − =
Hệ số dòch chỉnh với
1
44z =
theo(bảng 6.20, [II]) chọn hệ số dòch chỉnh
x
1
=-x
2
= a+b(u-2,5) với a=0,03 , b=0,008 ta tính được x
1
=-x
2
= 0,0317
Các thông số của bộ truyền bánh răng côn
Chiều dài côn ngoài:
387,4
e

R mm=
Môđun:
6
te
m mm=
Tỉ số truyền:
2,72
c
u =
Số răng bánh răng nhỏ:
1
44z =
Số răng bánh răng lớn:
2
120z =
Đường kính chia ngoài của bánh nhỏ:
1 1
6.44 264
e te
d m z mm= = =
Đường kính chia ngoài của bánh lớn:
2 2
6.120 720
e te
d m z mm= = =
Góc côn chia:
0
1
20,13
δ

=
,
0
2
69,87
δ
=
Hệ số dòch chỉnh:
1 2
0,0317 , 0,0317x x= = −
Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
][
85,0
1
2
2
1
2
1 H
cm
c
HHMH
ubd
u
KMZZZ
σσ
ε
≤
+
=

(cth 6.56 [II])
Trong đó:
M
Z
: hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp

3/1
274MPaZ
M
=
(bảng 6.5, [II])
H
Z
: hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
76,10
21
=⇒=+
H
Zxx
(bảng 6.12, [II])
ε
Z
: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
4
4 1,78
0,86
3 3
a
Z
ε

ε
−
−
= = =
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 17
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
với
1 2
1 1 1 1
1,88 3,2( ) 1,88 3,2( ) 1,78
44 120
a
z z
ε
= − + = − + =
H
K
: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc
HvHHH
KKKK
βα
=
α
H
K
: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời
ăn khớp
1=
α
H

K
: bánh răng côn răng thẳng
β
H
K
: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
07,1=
β
H
K
(bảng 6.21, [II])
Hv
K
: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp
)2/(1
11
αβ
ν
HHmHHv
KKMbdK +=
Trong đó:
( ) ( )
1
. 1 233,78. 2,722 1
. . . 0,006.61.0,9. 5,4
2,722
m
H H o
d u
g v

u
ν δ
+ +
= = =
với:
1 1
. .
.233,78.73,494
0,9 /
60000 60000
m
d n
v m s
π
π
= = =
5,4.90.233,78
1 1,02
2.2266198.1,07.1
Hv
K = + =
09,102,1.07,1.1 ===
HvHHH
KKKK
βα
2
1
2
1
1

2
0,85
c
H M H H
m c
u
Z Z Z M K
bd u
ε
σ
+
=
2
2
2,722 1
274.1,76.0,86. 2.2266198.1,09. 465,3
0,85.90.233,78 .2,722
H
MPa
σ
+
= =
Vậy:
465,3 [ ] 499,1
H H
Mpa Mpa
σ σ
= < =
nên thoả điều kiện bền tiếp xúc
Kiểm nghiệm về độ bền uốn

1 1
1 1
1
2. . . .
[ ]
0,85. . .
F F
F F
tm m
M k Y Y Y
b m d
ε β
σ σ
= ≤
(CT 6.65[II])

][/
21212 FFFFF
YY
σσσ
≤=
(CT 6.66[II])
Trong đó:
1
2266198M Nmm=
: mômen xoắn trên trục bánh chủ động
5,25
tm
m mm=

: môđun trung bình
90b mm=
: bề rộng vành răng
1
233,78
m
d mm=
: đường kính trung bình của bánh chủ động
β
Y
: hệ số kể đến độ nghiên của răng
1=
β
Y
: răng thẳng
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 18
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
1
1,714 0,583
1,714
Y
ε
ε
= ⇒ = =
F
K
: hệ số tải trọng khi tính về uốn
FvFFF
KKKK
βα

=
Trong đó:
α
F
K
: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời
ăn khớp
1=
α
F
K
(bảng 6.14, [II])
β
F
K
: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên vành răng
Fv
K
: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp
Với:
25,0/ ==
ebe
RbK

.
0,25.2,722
0,39
2 2 0,25
be c
be

K u
K
= =
− −
Theo (bảng 6.21, [II])
13,1=
β
F
K
( ) ( )
1
. 1 233,78. 2,722 1
. . . 0,016.61.0,9. 15,7
2,722
m c
F F o
c
d u
g v
u
ν δ
+ +
= = =
Trong đó:
016,0=
F
δ
(bảng 6.15, [II])
61=
o

g
(bảng 6.16, [II])
smv /43,1=

1
1
. .
15,7.90.233,78
1 1 1,12
. . 2266198.1,13.1
F m
Fv
F Fv
v b d
K
M K K
β
= + = + =

1.1,13.1,12 1,26
F F F Fv
K K K K
α β
= = =
21
,
FF
YY
: hệ số dạng răng
1

1
0
1
44
46,86
cos cos 20,13
v
z
z
δ
= = =
2
2
0
2
120
348,68
cos cos 69,87
v
z
z
δ
= = =
1
0,0317x =
2
0,0317x = −
Theo (bảng 6.18, [II])
1
3,6

F
Y =
2
3, 4
F
Y =
1 1
1
1
2. . . . .
0,85. . .
F F
F
tm m
M K Y Y Y
b m d
ε β
σ
=
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 19
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
[ ]
1 1
2.2266198.1,26.0,583.3,4
120,56 236,25
0,85.90.5, 25.233,78
F F
Mpa Mpa
σ σ
= = = p

1 2
2 2
1
. 120,56.3, 4
113,86 [ ] 218,75
3,6
F F
F F
F
Y
MPa MPa
Y
σ
σ σ
= = = < =
Vậy thoả điều kiện bền uốn.
XI/ Tính bền một số chi tiết chính
Đối với máy nghiền ướt, tay quay của khối nghiền phía ngoài chòu chế độ
làm việc nặng hơn. Tay quay thường được chế tạo theo từng đoạn sau đó ghép
lại. Mối ghép đủ chặt nên trong tính toán coi tất cả như là một chi tiết. Công
suất chi phí do khối nghiền phía ngoài bao gồm
nRPkvPkN 2
2221
π
==
và
fvGkN
tr

22

=
trong đó
1=K
.
10182 5570
7876
2 2
N W= + =
A
R
A
2
K
P
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 20
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
2
b
a
g
B
B
R
G

Mômen xoắn để quay khối nghiền được tính theo công thức

7876
2786 2786000
2. . 2.3,14.0,45

x
N N
M Nm Nmm
n
ω π
= = = = =
Lực dẫn động khối nghiền trong mặt phẳng ngang

2
2786000
5462
510
X
K
M
P N
R
= = =
Trong đó:
2
R
là khoảng cách từ tâm trục chính tới giữa tâm khối nghiền
Lực dẫn đông sẽ sinh ra mômen uốn là:

2
5463.510 2786000
u k
M P R Nmm= = =
Trạng thái uốn vênh xảy ra khi cạnh ngoài khối nghiền tì lên hạt vật liệu quá
cứng, thành phần lực thẳng đứng tác dụng lên ống lót trong khối nghiền được

xác đònh như sau:

2
. 2550.9,81.157,5
15300
100 157,5
g
G a
R N
a b
= = =
+ +
Mômen uốn của tay quay sinh ra tại mặt cắt
BB −
trong mặt phẳng thẳng đứng
sẽ là:

2
.( ) 15300.(510 100) 6273000
n g
M R R b Nmm= − = − =
Mômen uốn tổng được tính như sau:

2 2 2 2
2786000 6273000 6863840
t u n
M M M Nmm= + = + =
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 21
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
XII/ Tính chọn đường kính trục

Ta sẽ tính sơ bộ đường kính tại các đoạn trục của trục chính và kiểm nghiệm
nó để đảm bảo nó đủ bền cho điều kiện làm việc.
Chọn vật liệu:thép
45C
tôi cải thiện

MPaMPa
chb
450;750 ==
σσ
(bảng 6.1, [II])
Ứng suất xoắn cho phép:
[ ]
MPa30 15=
τ
Xác đònh sơ bộ đường kính trục
Trục dẫn động
[ ]
1
3
3
1
2266198
(91,07 72,28)
0,2. 0,2.(15 30)
M
d mm
τ
≥ = = ÷
Ta chọn:

1
80d mm=
Trục thẳng đứng tại chỗ lắp bánh răng côn
[ ]
2
3
3
5800740
(124,58 98,88)
0,2. 0,2.(15 30)
M
d mm
τ
≥ = = ÷
÷
Ta chọn:
110d mm=
Trục thẳng đứng tại chỗ gắn tay biên
[ ]
3
3
6863840
(131,7 104,58)
0,2. 0,2.(15 30)
u
o
M
d
τ
≥ = = ÷

÷
mm
Ta chọn:
120d mm=
1 Tính thiết kế trục nằm ngang
Ta có
1
1
2. 2.2266198
19390
233,78
t
m
T
F N
d
= = =

0 0
1 1 1
. .cos 19390. 20 .cos 20,13 6625
r t
F F tg tg N
α δ
= = =

0 0
1 1 1
. .sin 19390. 20 .sin 20,13 2430
a t

F F tg tg N
α δ
= = =
Trong mặt phẳng oyz ta có

1
.450 .160 0
B y r
M M A F= + − =
∑

1
.160 6625.160 284043
1724
450 45
r
y
F M
A N
− −
= = =

1 1
0 6625 1724 4901
y y r y r y
A B F B F A N+ − = ⇒ = − = − =
Trong mặt phẳng oxz

1
1

.160 .450 0
.160
19390.160
6890
450 450
B t x
t
x
M F A
F
A N
= − =
⇒ = = =
∑

1
1
0
19390 6894 12496
t x x
x t x
F A B
B F A N
− − =
⇒ = − = − =
Biểu đồ mo men
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 22
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
450
160

775597 Nmm
284043 Nmm
By
T
3102400 Nmm
Fa
z
y
x
0
Fr
Ft
B
A
Ay
By
Fr
M
0
z
y
Ft
0
z
x
Ax
Mx
My
2266198 Nmm
2 Tính thiết kế trục đứng

Trong mặt oyz ta có

1
.540 .1830 0
c r y
M F M D= − − =
∑

1
.540 6625.540 772594
2377
1830 1830
r
y
F M
D N
− −
= = =

1 1
0 6625 2377 4248
r y y y r y
F C D C F D N− − = ⇒ = − = − =
Trong mặt 0xz ta có

2
.540 .1830 0
c t x
M F D= − =
∑

2
.540
19390.540
13669
1830 1830
t
x
F
D N= = =

2 2
0 19390 13669 5721
t x x x t x
F C D C F D N− − = ⇒ = − = − =
Biểu đồ mô men
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 23
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
540
1830
z
y
x
0
Fr
Fa
Ft
z
y
0

C
D
Fr
M
Cy
Dy
3066330 Nmm
2293920 Nmm
Cx
Dx
Ft
z
x
0
Mx
My
T
6156058 Nmm
3089340 Nmm
2. Kiểm Nghiệm Trục
a.Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :
S
1
=
2
1
2
1
11
.

τσ
τσ
SS
SS
+
≥
[S] ;
[s] = 1,5 … 2,5 :hệ số an toàn cho phép
S
1
σ
,S
1
τ
: hệ số an toàn theo ứng suất pháp, ứng suất tiếp tại cacù điểm nguy
hiểm
S
1
σ
=
111
1
mad
k
σσ
σ
σσ
Ψ+
−

SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 24
ĐỒ ÁN MÁY XÂY DỰNG GVHD: TS NGUYỄN HỒNG NGÂN
S
1
τ
=
111
1
mad
k
ττ
τ
τσ
Ψ+
−

Trong đó :
1−
σ
,
1−
τ
: là giớn hạn uốn và xoắn với chu kỳ đối xứng . Vì chọn vật liệu trục
là thép các bon nên
1−
σ
= 0,436.
b
σ
= 327 (Mpa)

1−
τ
= 0,58.
1−
σ
= 189.66 (Mpa)
Với
b
σ
= 750 (Mpa)

aj
σ
=
2
minmax
σσ
−
: biên độ ứng suất tại các tiết diện.

mj
σ
=
2
minmax
σσ
+
; biên độ ứng suất pháp trung bình tại các tiết diện

aj

τ
,
mj
τ
: biên độ tiếp và biên độ ứng suất trung bình tại các tiết diện
Do trục quay một chiều ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động
⇒
1m
τ
=
1a
τ
= τ
max 1
/2 = T
1
/2W
o1
Trục có then
⇒ W
o1
= (Π. D
1
3
/16) = 431380 mm
3

⇒
1m
τ

=
2.431380
14579000
= 16,9 (N/mm
2
)
Trong đó:
d
1
= 130 (mm): Đường kính trục
k
σ
d1
= (k
σ
/ε
σ
+ k
x
–1)/ky = 2
Với
k
x
= 1,1 σ
m
= 750MPa (bảng 10.8 [1])
k
y
= 1,5 1,7 (theo bảng 10.9[1])
ε

σ

= 0,9 (theo bảng 10.10[1])
ε
τ
= 0,89
k
σ
/ε
σ
=3.125 do d <30 mm

σ
ψ
= 0,1 do σ
b
= 750 MPa (theo 10.7[1])
k
1d
τ
= (k
τ

/ε
σ
+ k
x
–1)/ky = 1.484

1a

σ
=
1
max
a
σ
=
1
1
W
M
⇒ σ
a1
=
215690
14579000
=67,59 (N/mm
2
)
σ
m1
= 0
SVTH: PHẠM DUY QUYẾT 25