Thuyết minh thiết kế máy nghiền trục

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

1


Lời nói đầu
Trong thời gian làm đồ án mơn học vừa qua,nhờ sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của
cơ mà em đã hiểu thêm được nhiều kiến thức về các máy sản xuất vật liệu xây dựng.
Ngồi việc củng cố về mặt lý thuyết đã học em còn hiểu rõ thêm về cách tính tốn các
bộ phận,chi tiết máy và rõ hơn về kết cấu thực của chúng.Qua đó giúp em có được kinh
nghiệm về thiết kế và giúp em tự tin hơn khi ra làm việc thực tế.Tuy nhiên trong q trình tính
tốn khơng tránh khỏi những sai sót,em rất mong nhận được sự góp ý của cơ.Em xin chân
thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của cơ.

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY NGHIỀN TRỤC

1.1.Những khái niệm cơ bản:
1.1.1 Công dụng:
Máy nghiền trục chủ yếu dùng để nghiền vừa và nghiền nhỏ các loại vật liệu
có độ bền trung bình(khi bề mặt trục nghiền nhẵn hoạc có gờ),các vật liệu kém bền
(bề mặt trục nghiền có gân hoặc vấu) .Mức độ nghiền bằng 4 đối với đá bền chắc và
bằng 5 đến 10 đối với đá kém bền và giòn.

SVTK LÊ VĂN TIẾN

2


1.1.2 Nguyên lý làm việc:
Bộ phận công tác của máy nghiền trục là những trục nghiền hình trụ đặt nằm
ngang hoặc quay tròn.Các trục này quay ngược chiều nhau.Hạt vật liệu được nạp vào

giữa các trục nghiền và được ép vỡ bởi các trục nghiền quay tròn đó.
1.1.3 Phân loại:
-Theo số lượng trục:
+Máy mghiền một trục
+Máy nghiền hai trục
+Máy nghiền bốn trục
-Theo trạng thái bề mặt trục:
+Mặt trục nhẵn
+Mặt trục có răng
+Mặt trục có vấu
+Mặt trục có gân
-Theo tốc độ quay:
+Máy nghiền trục có các trục đồng tốc
+Máy nghiền trục có các trục khác tốc
-Theo khả năng di động của trục:
+Hai trục cố đònh
+Hai trục di động
+Một trục cố đònh và một trục di động
-Theo dẫn động:
+Máy dẫn động chung
Cặp bánh răng đặc biệt
Qua các đăng:
+Máy dẫn động riêng
-Theo chức năng:
+Máy nghiền trục tách đá
+Máy nghiền trục không tách đá
1.1.4 Các thông số đặc trưng và ưu nhược điểm:
-Các thông số đặc trưng:
SVTK LÊ VĂN TIẾN

3


+Đường kính trục
+Chiều dài làm việc của trục
-Ưu điểm:
Cấu tạo đơn giản
Làm việc tin cậy
Tiêu hao năng lưộng ít
-Nhược điểm:
Năng suất thấp
Mức độ nghiền và chất lượng sản phẩn không cao do chứa nhiều hạt
dẹt và hạt thanh,nhất là khi nạp liệu không đều.Độ bền của đá đem nghiền bò hạn
chế.

SVTK LÊ VĂN TIẾN

4


1.2 Một số loại máy nghiền thông dụng:
1.2.1 Máy nghiền trục dẫn động riêng:
Máy gồm hai trục nghiền.Ổ bi của một trong hai trục được kẹp trên vỏ máy,ổ
bi của trục còn lại được gắn trên khung xoay,khung này được lắp với vỏ máy bằng
bản lề,ở trên khung và vỏ máy được lắp với nhau bằng cơ cấu an toàn gồm lò xo và
thanh kéo.Hai trục được truyền động quay bằng hai động cơ và hai bộ truyền độc
lập.Khi có các vật không nghiền nằm trong buồng nghiền,trục nghiền và khung xoay
quay xung quanh bản lề và khe hở giữa hai trục tăng lên để cho vật liệu không nghiền
lọt qua,sau đó lò xo an toàn sẽ đẩy trục nghiềnvề vò trí ban đầu.Lực nghiền được xác
đònh bằng lực nén ban đầu của lò xo an toàn.

1.2.2 Máy nghiền trục dẫn động chung qua trục các đăng:
Máy nghiền gồm hai trục đặt nằm ngang.Trục nghiền lắp trên ổ đỡ và có thể
trượt dọc theo thân máy nhờ có bộ phận dẫn hướng,trục còn lại được lắp trên ổ đỡ
được cố đònh trên giá máy.khi vật không nghiền lọt trong buồng nghiền, trục bò động
sẽ trược theo rãnh trượt để mở rộng cửa xả cho vật liệu đó vượt qua,bảo vệ máy
không bò phá hỏng.Các trục nghiền được dẫn động quay nhờ động cơ điện qua hộp
giảm tốc và các trục các đăng.

1.2.3 Máy nghiền đất tách đá:
Máy đïc dùng trong sản xuất gốm sứ,để nghiền đất sét và tách các viên
đá.Máy gồm có hai trục nghiền có đường kính khác nhau.Trục có đường kính lớn có
bề mặt trục nhẵn và trục có đường kính nhỏ bề mặt trục có vít .Vật liệu được rót vào
phễu rơi vào giữa khe hở hai trục ,vật liệu được nghiền nhỏ tạp chất rắn như viên đá
sẽ được gân phóng tách ra riêng và rơi vào phễu thải.Như vậy ,đất sét ở đây vừa
được nghiền nhỏ vừa được làm sạch khỏi các tạp chất rắn

SVTK LÊ VĂN TIẾN

5


Chương II :GIỚI THIỆU MÁY THIẾT KẾ
2.1 Công dụng:
Máy nghiền trục chủ yếu dùng để nghiền vừa và nghiền nhỏ các loại vật liệu
có độ bền trung bình(khi bề mặt trục nghiền nhẵn hoạc có gờ),các vật liệu kém bền
(bề mặt trục nghiền có gân hoặc vấu) .Mức độ nghiền bằng 4 đối với đá bền chắc và
bằng 5 đến 10 đối với đá kém bền và giòn.Vật liệu được nghiền nhỏ và được làm
sạch khỏi tạp chất rắn.
2.2 Cấu tạo:

1.Giá đỡ hộp giảm tốc và động cơ
2.Động cơ
3.Hộp giảm tốc
4.Khớp nối
5.Hộp dẫn động hai trục
6.Vỏ máy
SVTK LÊ VĂN TIẾN

6


7.Cửa nạp liệu
8.Giá máy
9.Hộp dẫn động
10.Trục nhẵn
11.Gối đỡ trục
12.Trục có rãnh vít

SVTK LÊ VĂN TIẾN

7


2.3 Nguyên lý hoạt động:

Máy đïc dùng trong sản xuất gốm sứ,để nghiền đất sét và tách các viên đá.Máy
gồm có hai trục nghiền có đường kính khác nhau.Trục có đường kính lớn có bề mặt
trục nhẵn và trục có đường kính nhỏ bề mặt trục có vít .Vật liệu được rót vào phễu rơi
vào giữa khe hở hai trục ,vật liệu được nghiền nhỏ tạp chất rắn như viên đá sẽ được

gân phóng tách ra riêng và rơi vào phễu thải.Như vậy ,đất sét ở đây vừa được nghiền
nhỏ vừa được làm sạch khỏi các tạp chất rắn

SVTK LÊ VĂN TIẾN

8


Chương III: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
3.1. Yêu cầu kĩ thuật:

− Năng suất : 40 m 3 / h
− Đường kính trục:
− Trục nhẵn: 540 mm
− Trục xoắn : 400 mm
− Chiều dài trục: 650 mm
− Tốc độ quay:
− Trục nhẵn : 92 ,7 vg / ph
− Trục xoắn : 92 ,7 vg / ph
− Khe hở giữa các trục:
− Theo đỉnh vít: 2mm
− Theo đáy vít: 12mm
− Kích thước đá tách ra: 30 ÷ 170 mm

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

9


3.2. Góc ơm:

Lực tác dụng lên vật liệu: P
Psina – đẩy vật liệu ra khỏi khe
Pcosa. P
Lực ma sát vật liệu: Fms=P.f
Pfcosa – kéo vật liệu vào khe.
Pfsina.
Điều kiện để vật liệu đi vào giữa hai khe (cả hai phía).
2 Pf cos α ≥ 2 P sin α
⇒ f ≥ tgα
Với f là hệ số ma sát giữa trục và vật liệu
Chọn f = 0 ,3 ÷ 0 ,45
Và f = tg
:Góc ma sát
⇒ tg ≥ tgα
⇒ ≥α
Góc ơm β
β = 2α
⇒β≤2

SVTK LÊ VĂN TIẾN

10


Vậy:
β ≤ 2arctgf = 2arctg( 0 ,3 ÷ 0 ,45 )
⇒ β = 33 ,4 ÷ 48 ,5 0

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

11


3.3. Tương quan giữa đường kính trục và đường kính vật liệu:
Xét sự tương quan đối với trục nhỏ:

D+a D+d
=
cos α
2
2
Chia cả hai vế cho d/2 ta được:
D a D

+ =  + 1 cos α
d d d

a
− cos α
D d
⇒ =
d
cos α − 1
Với

d
= i : mức nghiền
a

Mức nghiền đối với máy đập trục tách đá: i = 4
cos α = cos ϕ = cos arctgf = cos arctg ( 0,3 ÷ 0,45) = ( 0,96 ÷ 0,91)
Vậy:
D 0 ,25 − ( 0 ,91 ÷ 0 ,96 )
=
= 7 ,3 ÷ 17 ,75
( 0 ,91 ÷ 0 ,96 ) − 1
d
Đường kính vật liệu lớn nhất đối với góc α
d=

D
400
=
= 54 mm
7 ,3 7 ,3

Với yêu cầu kích thước đá tách ra từ : 30 ÷ 170 mm
Vì vậy d ≤ 30 mm
SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

12


Như vậy:
D 400
≥
= 13 ,33
d
30

0 ,25 − cos α
⇒
> 13 ,33
cos α − 1
⇒ cos α ≤ 0 ,947
⇒ α = 18 ,6 0
β = 2α = 37 ,2 0
Vậy:
d vl = 30 mm
β = 37 ,2 ÷ 48 ,5 0

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

13


3.4. Năng suất máy nghiền :
Thể tích khối vật liệu được nghiền:

V = B.a.v

B : Chiều dài trục B = 0 ,65 m
a : Chiều rộng khe hở a = 0 ,002m
v : Vận tốc vật liệu nghiền
Trục nhẵn :
v n = πD n n n

n = 92,7 ( vg / ph ) = 1,545 vg / s
⇒ v n = 1,545.0 ,54.3 ,14 = 2 ,62( m / s )
Trục có vít xoắn :

v x = πD x n x = 3 ,14.0 ,4.1,545 = 1,94 m / s
⇒ vtb =

vn + v x
= 2,28( m / s )
2

Chiều dài trục B1 ứng với khe hở a1 = 2mm
B1 =

B 650
=
= 325 mm
2
2

Chiều dài trục B2 ứng với khe hở a 2 = 12mm
B2 =

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

B 650
=
= 325 mm
2
2

14

( )
(m )

⇒ V1 = B1 .a1 .vtb = 0 ,325.0 ,002.2 ,28 = 1,482.10 −3 m 3
⇒ V2 = B2 .a 2 .vtb = 0 ,325.0 ,012.2,28 = 8 ,892.10 −3

( )

3

⇒ V1 + V2 = 10 ,374.10 − 3 m 3
Năng suất:
Q = 3600.(V1 + V2 ).k

(

⇒ Q = 3600.10,374.10 −3.( 0,8 ÷ 0,9) = 30 ÷ 33,6 m 3 / h

)

Năng suất của máy:
N = 33 m 3 / h

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

15


3.5. Lực va đập:

Áp lực trung bình lên một đơn vị diện tích:
δ

2.hth  hth 
Ptb = k .σ ch .
.  − 1
( δ − 1) .∆h  hk  

k : Hệ số tỉ lệ

σ ch :Ứng suất chảy của vật liệu: σ ch = ( 3 ÷ 5 ) .10 5 N / m 2
hth : Chiều rộng đường trung hòa vùng đập
δ : Hệ số tính theo góc đập và góc ma sát
δ =

μ
0 ,34
=
= 2 ,08
18 ,6
α
tg
tg
2
2

∆h : Hành trình vật liệu từ điểm vào đến điểm ra

∆h = 2.Rtb .( 1 − cos α )
Rtb =

Dn + Dx 0,54 + 0,4
=
= 0,47( m )
2
2

∆h = 2.0 ,47.( 1 − cos 18 ,6 ) = 0 ,05 m
⇒ hn = hk + ∆h = 0 ,002 + 0 ,05 = 0 ,052( m )
Vậy:
hth = hn .hk = 0 ,002.0 ,052 = 0 ,01( m )

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

16


 0 ,01  2 ,08

2.0 ,01
Ptb = 1,15.4.10 .
.
 − 1 = 4 ,67 MN
( 2,08 − 1) .0 ,05  0 ,002 

5

Lực ép pháp tuyến:
Ptb* = Ptb .F

F : diện tích mặt ép
F = B.α .Rtb = 0 ,65.0 ,324.0 ,47 = 0 ,099
⇒ Ptb* = 4 ,67.0 ,099 = 0 ,46 ( MN )
Thực tế:
Ptb* = 0 ,46.0 ,67 = 0 ,27 ( MN )
Ptb*, = Ptb* . cos

α
18 ,6
= 0 ,27. cos
= 0 ,26 ( MN )
2
2

Lực tác dụng lên cổ trục : Q
Gần đúng:
Q = Ptb*,2 + G 2 ≈ Ptb*,2 = 0 ,27 ( MN )

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

17


3.6. Công suất máy nghiền:
N=

N1 + N 2 + N 3
η

N1 : Công để ép vật liệu

N 2 : Công để thắng ma sát tại ổ trục
N 3 : Công thắng lực ma sát trượt trên trục
η : Hiệu suất
Xác định N 1
Công ép:
α
A = Ptb* . cos .∆h = 0 ,26.0 ,05 = 13( kN )
2
N 1 = A.n = 13.1,545 = 20 ( W )
Xác định N 2 :
N 2 = 2.Q. f .π.d .n

⇒ N 2 = 2.0 ,26.10 6 .0 ,001.3 ,14.0 ,1.1,545 = 0 ,252( kW )
Xác định N 3 :
N 3 = N 1 . f = 20.0 ,34 = 6 ,8 ( kW )
Vậy:
N=

20 + 0 ,252 + 6 ,8
= 31,8 ( kW )
0 ,85

Chọn động cơ có N = 32( kW )

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

18


Chương IV: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN

4.1. Tính chọn động cơ điện:
Từ công suất yêu cầu của máy nghiền : N = 31,8 ( kW )
Ta chọn động cơ điện có N dc = 32( kW )
Dựa vào công suất trên ta chọn động cơ điện không đồng bộ A2-72-4 với các
thông số sau:
N = 30( kW )
n = 1455( vg / ph )
η = 0,905
4.1.1. Xác định mômen trên trục:
Mômen định mức của động cơ:
M dm

N
30.10 2
= 9 ,55. = 9 ,55.
= 20 ( kGm )
n
1445

4.1.2. Tính tỉ số truyền:
i=

n dc
ntr

Với:
n dc = 1455( vg / ph )
ntr = 92 ,7 ( vg / ph )
⇒i=

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

1455
= 15 ,7
92,7

19


4.2. Tính chọn hộp giảm tốc:
Từ tỉ số truyền: i = 15 ,7
Ta chọn loại hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đặt ngang P400 với các thông số
sau:
Tỉ số truyền: i = 15 ,75
Tốc độ quay trục nhanh: n = 1500 ( vg / ph )
Mômen trên trục chậm: M = 860 ( kGm )

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

20


4.3. Tính chọn khớp nối:
Mômen trên trục ra của hộp giảm tốc:
M = m dm .i = 20.15 ,75 = 315( kGm )
Mômen tính toán của khớp :
M tt = M .k 1 .k 2
k 1 : Hệ số tính đến mức độ quan trọng của cơ cấu
k 1 = 1,4
k 2 : Hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu

k 2 = 1,2
Vậy:
M tt = 315.1,4.1,2 = 529( kGm )
Dựa vào M tt ta chọn khớp đĩa-vấu theo tiêu chuẩn MH 270 − 61 với các thông số
sau:
M x = 800 ( kGm )
Mômen đà =1,6(kGm2)
n = 250 ( vg / ph )

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

21


Chương V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
5.1. Thiết kế trục:
5.1.1. Thiết kế trục của trục nhẵn:

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45
Với:

[ σ b ] = 450( N / mm 2 )
[ τ] = 15 ÷ 30 MPa
a) Các lực tác dụng lên trục:
Lực hướng tâm:
P1 = P2 =

Q 0 ,27
=
= 0 ,315( MN ) = 135( kN )

2
2

F1 = F2 =

Q. f 0 ,27.0 ,34
=
= 45 ,9 ( kN )
2
2

Lực vòng:

b) Phân tích lực tác dụng lên trục:

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

22


R A = RB = 135( kN )

R A, = RB, = 45 ,9 ( kN )
Mômen tương đương tại vị trí có mômen lớn nhất:
Đường kính trục:
M td = M x2 + M y2 + 0 ,75T 2
⇒ M td = 31,05 2 + 10 ,557 2 + 0 ,75.24 ,786 2 = 39 ,2( kNm )
d=3

M td

39 ,2
=3
= 10 ,69 ÷ 10 ,28 ( cm )
0 ,2[ σ ]
0 ,2( 0 ,16 ÷ 0 ,18 )

[ σ] = 1600 ÷ 1800( kN / cm 2 )
Chọn d = 10 ( cm ) = 100 ( mm )

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

23


5.1.2. Thiết kế trục của trục có rãnh xoắn:

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45
Với:

[σ b ] = 450 ( N / mm 2 )
[τ ] = 15 ÷ 30 MPa
a) Các lực tác dụng lên trục
Lực hướng tâm:
P1 = P2 =

Q 0 ,27
=
= 0 ,315( MN ) = 135( kN )
2
2

F1 = F2 =

Q. f 0 ,27.0 ,34
=
= 45 ,9 ( kN )
2
2

Lực vòng:

b) Phân tích lực tác dụng lên trục:

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

24


R A = RB = 135( kN )

R A, = RB, = 45,9( kN )

Mômen tương đương tại vị trí có

mômen lớn nhất:
M td = M x2 + M y2 + 0 ,75T 2
⇒ M td = 31,05 2 + 10 ,557 2 + 0 ,75.24 ,786 2 = 39 ,2( kNm )
Đường kính trục:
d =3

M td
39,2
=3
= 10,69 ÷ 10,28( cm )
0,2[σ ]
0,2( 0,16 ÷ 0,18)

[σ ] = 1600 ÷ 1800( kN / cm 2 )
M td = M x2 + M y2 + 0 ,75T 2
M td = 31,05 2 + 10,557 2 + 0,75.18,36 2 = 36,5kNm
Đường kính trục:
d=3

M td
36 ,5
=3
= 10 ,4 ÷ 9 ,6 ( cm )
0 ,2[ σ ]
0 ,2( 0 ,16 ÷ 0 ,18 )

Chọn d = 10 cm = 100 mm

SVTK LEÂ VAÊN TIEÁN

25