Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải trong dây chuyền vận chuyển nước giải khát

BỘ CÔNG THƯƠNG
Trường đại học công nghiệp Hà Nội
*****

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải trong dây chuyền vận chuyển nước
giải khát
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Hồng Tiến
Sinh viên thực hiện: xxx

Hà Nội, 2019


MỤC LỤC

2


PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG TẤM NGANG
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Cơ sở lý luận và thực tiễn
Sản xuất nước giải khát là một trong những ngành công nghiệp mạnh không chỉ
ở nước ngoài mà còn đang phát triển ở trong nước. Trong đó, việc sử dụng hệ
thống cấp liệu bằng xích tải được áp dụng nhiều ở nước ngoài và các cơ sở sản
xuất lớn, tuy nhiên ở các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ thì còn hạn chế do giá thành
đắt và kích thước lớn, chưa phù hợp với điều điều kiện sản xuất. Vì vậy, một trong
những dây truyền làm việc đó là dây truyền vận chuyển từ lúc thành phẩm đến lúc
đóng hộp cần nhiều công nhân. Điều này ảnh hưởng đến kinh tế cũng như năng
suất.
1.2.2 Giới thiệu hệ thống cấp liệu xích tải

Máy cấp liệu xích tải là thiết bị không thể thiếu trong hoạt động sản xuất khép
kín và tự động. Máy được thiết kế dùng để cấp liệu đầu vào phù hợp cho các dây
truyền sản xuất: khai thác khoáng sản, than đá, vật liệu xây dựng...Sự ra đời của
máy sẽ giúp khâu cấp liệu đầu vào của dây truyền sản xuất được tự động hóa,
thuận tiện, nhanh chóng. Công năng của máy phù hợp với dây truyền của các cơ
sản xuất vừa và nhỏ hiện nay.
1.3.3 Mục tiêu thiết kế
Thiết kế hệ thống cấp liệu xích tải với năng xuất 360 sản phẩm trong 1 giờ với
các yêu cầu về:
• Kinh tế - Xã hội: Đảm bảo yếu tố giá thành rẻ, hợp lý đối với điều kiện ở
Việt Nam.
• Mục tiêu khoa học công nghệ: Đảm bảo chất lượng cơ cấu được chế tạo ra,
đạt các yêu cầu về an toàn, độ ổn định, hệ thống dễ vận hành sử dụng, đạt
được năng suất theo yêu cầu.
1.2 Các phương án lựa chọn hệ thống
• Vận chuyển bằng dây chuyền sử dụng hệ thống xích tải tấm inox.
• Vận chuyển bằng dây chuyền sử dụng hệ thống xích tải lưới
• Vận chuyển bằng dây chuyền sử dụng hệ thống băng tả

3


Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng, tuy nhiên chọn hệ thống xích tải là
hợp lý bởi xích tải có thể làm việc khi quá tải đột ngột.
1.2.1 Lựa chọn hệ thống xích tải băng tấm inox
Băng tấm là loại máy vận chuyển liên tục với bộ phận kéo bằng xích có gắn các
tấm lát tạo thành bàn nâng tải. Lực cản trên băng tấm nhỏ. Bộ phận kéo của băng
tấm ngang là xích nên có độ bền kéo lớn do đó băng tấm có chiều dài lớn, năng
suất cao. Băng tấm chuyển động với vận tốc không lớn do đó công việc đưa tải lên
băng dễ dàng.

Băng tấm được sử dụng trong các ngàng công nghiệp mỏ, khai thác vật liệu xây
dựng, khai thác vận chuyển hàng rời khô ở các dây chuyền trong các công ty, xí
nghiệp.
Tuy còn tồn tại nhược điểm như: Trọng lượng băng nói chung và trọng lượng
truyền động lớn, kết cấu của băng tương đối phức tạp, Trong băng có đĩa xích và
bánh răng đòi hỏi phải chăm sóc, bảo dưỡng thường xuyên. Nhưng đây không phải
vấn đề lớn trong quá trình thiết kế, lắp đặt và sử dụng
Khi thiết kế băng tấm, có hai loại vật liệu chính:
• Băng tấm làm bằng nhựa
• Băng tấm làm bằng inox
Ưu điểm: Cả hai loại này đều có một hệ số ma sát rất thấp và chịu mài mòn tốt,
tải trọng làm việc cao. Khi bị sự cố có thể thay thế và nối từng đoạn một cách
dễ dàng. Độ phẳng, bề mặt của xích tải nhựa đạt độ phẳng đáp ứng các tiêu
chuẩn cao nhất cùng với các tính trượt tối ưu. Sử dụng vật liệu không đàn hồi,
ngay cả ở nhiệt độ thấp vẫn co khả năng tải rất tốt, ổn định hình học và chống
va đập.
Nhược điểm:
• Băng tấm làm bằng nhựa: Dễ mài mòn, do đó không đảm bảo được độ
bền, cần bảo dưỡng và thay thế các tấm bị mòn nên chi phí sau khi sử
dụng cao
• Băng tấm làm bằng inox: Trọng lượng lớn

4


Tuy băng tấm làm bằng inox có trọng lượng lớn, nhưng sau khi lắp đặt cũng
không phải di chuyển nhiều nên khá hợp lý trong quá trình thiết kế. Bên cạnh đó
còn khắc phục được các nhược điểm của băng tấm làm bằng nhựa.
PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Bảng 1: Số liệu đầu vào băng tải

Lực vòng trên xích tải Ft

Nước giải khát
300mml
300 N

Tốc độ xích tải

0.2 (m/s)

Khối lượng riêng vật liệu

30 (kg/1sp)

Chiều dài vận chuyển

2,75 (m)

Chiều dài băng xích

6 (m)

Đường kính đĩa xích: Dr

160 mm

Số ca làm việc:

2 ca

Năng suất:

z = 360 (sp/1h)

Vật liệu vận chuyển

5


Hình 1: Sơ đồ động học:

6


CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG VÀ
CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG XÍCH TẢI
1.1 Chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền
1.1.1 Chọn động cơ
a) Xác định công suất cần thiết đặt lên trục động cơ
Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ:
Trong đó:
Pct = 0.06 (kW) : Công suất trên trục công tác
: Hiệu suất truyền động của máy

Bảng 1.1: Hệ số hiệu suất các bộ truyền
Kí hiệu

Tên gọi
Hiệu suất bộ truyền xích

Hiệu suất một cặp bánh răng côn
Hiệu suất một cặp bánh răng trụ
Hiệu suất ổ lăn
Hiệu suất khớp nối
=> ƞ = 1.0,994.0,97.0,98.0,95 = 0,867

=> Công suất yêu cầu đặt lên trục động cơ:
b) Xác định tốc độ quay đồng bộ của động cơ
Xác định tốc độ quay sơ bộ:
Số v dòng quay trên trục công tác:
Tỷ số truyền sơ bộ:
Bộ truyền ngoài là bộ truyền xích nên
ta chọn: ux = 2
Chọn sơ bộ tỷ số truyền hộp: uhgt = 14
=>
=>
7

Giá trị
0.95
0.97
0.98
0.99
1


Điều kiện chọn động cơ:

Dựa vào bảng 1.3 [3]:
Ta chọn động cơ:

ndb = 750 (vg/ph)
Pdc = 0.55 (kW)
Bảng 1.2: Thông số động cơ
Kiểu động
cơ

Công suất

Vận tốc quay Cosφ

4A80B8Y3

0.55 (kW)

675 (vg/ph)

0,65

1.1.2 Phân phối tỉ số truyền
Xác định tỉ số truyền chung:
Mà: uch = uhgt.ux
Với: ux = 2
=>
Tỷ số truyền HGT côn trụ hai cấp:
: Hệ số chiều rộng vành răng bánh răng côn
: Hệ số chiều rộng bánh răng trụ

Tính công suất trên các trục:
Trục công tác: Pct = 0,06 (kW)
Trục III:

Trục II:

8

η

Tk

%

64

1.7

Tdn

1,6


Trục I:
Trục động cơ:
Số vòng quay trên các trục:
Trục động cơ: ndc = 675 (vg/ph)
Trục I:
Trục II:
Trục III:
Trục công tác:
Moment xoắn trên từng trục:
Trục động cơ:
Trục I:

Trục II:
Trục III:
Trục công tác:
Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật các trục
Trục
Thông số
Công suất (kW)
Số vòng quay
(vg/ph)
Moment xoắn
(Nmm)
Tỉ số truyền

Trục động
cơ

Trục I

Trục II

Trục III

Trục công
tác

0,067

0,067

0,065

0,063

0,06

675

675

144,5

44,46

22,23

948

948

4295,8

13532,3

25795,97

4,67

4,67

1.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng thẳng

1.2.1 Chỉ tiêu tính toán
Khi thiết kế cần tiến hành theo các chỉ tiêu sau :
+ Độ bền tiếp xúc
1.2.2 Độ bền uốn
9

3.25

2


+ Kiểm nghiệm răng về độ quá tải
1.2.3 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng
Bánh nhỏ: Ta chọn thép 40X thường hoá và đường kính phôi (>>100) (mm)
tra bảng 3-8 [4], ta biết được cơ tính của loại thép này:
σbk = 800 (N/mm2) ;

σch = 560 (N/mm2) ;

HB = 250

Bánh lớn: ta chọn thép 40X thường hoá và đường kính phôi (>>100) (mm) tra
bảng 3-8 [4], ta biết được cơ tính của loại thép này:
σbk = 800 (N/mm2) ;

σch = 560 (N/mm2) ;

HB = 230

1.2.4 Định ứng suất cho phép

Số chu kỳ làm việc của bánh lớn:
N2 = 60.u.n2.T
Trong đó:
u =1 : số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng
n2 = 60 (vg/ph) số vòng quay trong một phút của bánh răng
T = 15520 (h) tổng số thời gian làm việc
N2 = 60.1.46.15520 = 4,14.107
Số chu kỳ làm việc của bánh nhỏ:
N1 = i.N2 = 4,57.4,14.107 = 18,92.107
Vì N1 và N2 đều lớn hớn số chu kỳ cơ sở (N o = 107) của đường cong mỏi tiếp
xúc và đường cong mỏi uốn nên đối với bánh nhỏ và bánh lớn đều lấy = = 1
* Ứng suất tiếp xúc cho phép tra bảng 3-9 [4]:
+ Bánh nhỏ : [σH]tx1 = 2,6.200 = 520 (N/mm2)
+ Bánh lớn : [σH]tx2 = 2,6.170 = 442 (N/mm2)
Để định ứng suất uốn cho phép, lấy hệ số an toàn n = 1,5 và hệ số tập trung
ứng suất ở chân răng Kσ=1,8 (vì là thép thường hoá, phôi rèn), giới hạn mỏi của:
+ Thép 45 là σ-1 = 0,43.σbk = 0,43.580 = 249,4 (N/mm2),
+ Thép 40 là σ-1 = 0,43.σbk = 0,43.520 = 223,6 (N/mm2)
* Ứng suất uốn cho phép theo công thức (3-5) [4], vì băng tải làm việc một chiều:
10


+ Bánh nhỏ:
+ Bánh lớn:
Sơ bộ chọn hệ số tải trọng: K = 1,3
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: ΨA = 0,4
Với v = 0,178 (m/s) < 1 tra bảng 3.11 [4], ta chọn cấp chính xác là 9.
1.2.5 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn bằng phần mềm inventor
Phân phối tỷ số truyền cho cặp bánh răng côn
Số răng

Modul: m = 1,25
Hình 1.1: Thông số cặp bánh răng côn

11


12


Hình 1.2: Chỉ số của cặp bánh răng côn

Hình 1.3: Hình ảnh cặp bánh côn
1.2.6 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ bằng phần mềm inventor
+ Môđun: m = 1.25
+ Số bánh răng nhỏ : Z1 =21
+ Số bánh răng lớn: Z2 = Z1.u =69
+ Chiều rộng bánh răng: b = .a = 25 (mm)

13


Hình 1.4: Thông số cặp bánh răng trụ răng thẳng

Hình 1.5: Chỉ số của cặp bánh răng trụ

14


Hình 1.6: Hình ảnh cặp bánh răng trụ
Thông số

Kết quả
Khoảng cách trục
56.25 mm
Module
1,25
Số răng z1
21
Số răng z2
69
Đường kính vòng chia d1
26,25 mm
Đường kính vòng chia d2
86,25 mm
Chiều rộng vành răng b1
25 mm
Chiều rộng vành răng b2
21 mm
Lực hướng tâm
Fr=118,26 N
Lực tiếp tuyến
Ft =324.918 N
Lực dọc trục
F a= 0 N
Dịch chỉnh răng
0
Bảng : Thông số bánh răng trụ

Thông số
Chiều dài côn
Module

Số răng z1
Số răng z2
Đường kính vòng chia d1

Kết quả
Re = 46.6
1,25
17
79
21.25 mm
15


Đường kính vòng chia d2
92.25 mm
Chiều rộng vành răng b1
17.5 mm
Chiều rộng vành răng b2
17.5 mm
Lực tiếp tuyến
Ft =109.7 N
Lực dọc trục
Fa1 = Fa2 = 9.05 N
Lực hướng tâm
Fr1 = Fr2 = 38,87
Dịch chỉnh răng
0
Bảng : thông số bánh răng côn
1.2.7 Thiết kế bộ truyền xích bằng phần mềm inventor
• Loại xích: chọn xích ống con lăn một dãy

• Với u = 2, số răng trên đĩa xích nhỏ:
Z1 = 27 ; Z2 = u.Z1 = 27.2 = 55 (răng)
• Tính chọn bước xích:
Công suất tính toán:
Pt = P.k.kz.kn
Với Z1= 25, kz = 25/Z1 = 0,92; với n0 = 50 vg/ph,
kn = n0/n3 = 50/44,46=1,12; k = 1,16
Pt = 0,063.1,16.0,92.1,12 = 0,075(kW)
=> [P] = 0,19 > Pt
Bước xích: t = 12.7 ; sơ bộ a = 40.t = 508 (mm)
Số mắt xích:
x = 2.a/t + 0,5.(Z1 + Z2) + (Z1 – Z2)2.t/(4π2a) = 121 (mắt)
Chọn x = 122 mắt xích.

16


Tính lại a: a = 392 (mm)Thông số đĩa xích

Hìn
h 1.7: Th

17


ông
số đĩa xích 1Hình 1.8: Thông số đĩa xích 2

Hình 1.9: Thông số bộ truyền xích
Thông số

Khoảng cách trục

Kết quả
511.21 mm
18


Bước xích
12,7
Số răng z1
27
Số răng z2
55
Đường kính vòng chia d1
109,395 mm
Đường kính vòng chia d2
222,46 mm
Lực hướng tâm
Fr = 247,42 N
Bảng thông số bộ truyền xích
1.3 Thiết kế trục trên inventor
1.3.1 Chọn vật liệu
- Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45, tôi cải thiện có: = 850 (Mpa).
- Ứng suất xoắn cho phép [τ] = 15…30 (Mpa)
1.3.2 Xác định đường kính sơ bộ .
Theo công thức (10.9) [ I ] đường kình trục thứ k, với k = 1...3 (mm)
 Với

= 948
[τ] = 20

6,81

Chọn

10 (mm)
= 11

 Với

= 4295,8
[τ] = 2

Chọn

(mm)
= 13

 Với

= 25795,97
[τ] = 30

Chọn

20

(mm)

= 15
1.3.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực.

- Tra bảng 10.3(tttk) ta chọn các thông số:
19


• Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành hộp
= 10 (mm)
• Khoảng cách từ mặt mút của ổ lăn quay đến thành trong của hộp
= 10 (mm)
• Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ
= 10 (mm)
• Chiều cao nắp ổ và đầu bulông
= 15 (mm)
 Chiều dài moayơ bánh răng trục I :
= (1,2 ...1,5 ). = (1,2 ...1,4 ).10 = 12... 14
Chọn

= 14 (mm).

 Chiều dài mayơ bánh răng côn thứ hai trên trục II:
= (1,2…1,4) = (18…21)mm .
Chọn = 20 mm
 Chiều dài moayơ bánh răng trụ răng thẳng thứ 1 trên trục II:
= (1,2 ...1,5 ).= (1,2 ...1,5 ).15 = 18 …22.5
Chọn = 22 (mm).
 Chiều dài moayơ bánh răng trụ răng thẳng thứ 2 trên trục III:
= (1,2 ...1,5 ).= (1,2 ...1,5 ).20 = 24 …30
Chọn = 30 (mm).
 Chiều dài mayơ đĩa xích trên trục III:
= (1,2..1,5) = (24…30) mm .
Chọn = 30 mm

 Chiều dài mayơ khớp nối: = (1,4 → 2,5)
= (1,4 → 2,5).20 = (28…50) mm
Ta chọn = 30 mm
 Khoảng cách giữa các gối đỡ và khoảng cách giữa các gối đỡ với điểm đặt lực
của xích hoặc khớp nối:
Trục I:
20


Khoảng cách từ đai ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ:
Theo 10.14
0,5.(14 + 11) + 10 + 15 = 37.5
Khoảng cách từ gối đỡ thứ nhất đến bánh răng trên trục I:
= 67.625 (mm)
Khoảng cách giữa các gối đỡ trên trục I:
= 23…30 = 30 (mm)

Hình 1.10: Kích thước trục 1

Hìn
h 1.11: Đặt lực trục 1

21


Hìn
h 1.12: Biểu đồ moment trục 1

22

Trục II:
Khoảng cách từ ổ trên trục II đến bánh răng thứ 2 trên trục II:
= 40 (mm)
Khoảng cách từ ổ trên trục II đến bánh răng thứ 3 trên trục II:
Với:
= 60 (mm)
Vậy khoảng cách giữa 2 ổ lăn trên trục thứ II là:
+b0 +3k1 + 2k2= 105 (mm)

Hình 1.13: Kích thước trục 2

Hình 1.14: Biểu đồ moment trục 2

23


Trục III:
Khoảng cách giữa 2 ổ lăn trên trục thứ III là:
= 130 (mm)
Vậy khoảng cách từ ổ lăn đặt ở vị trí đầu đến điểm đặt lực của bộ xích tải:
= = 40 (mm)

Hình 1.15: Kích thước trục 2

Hình 1.16: Đặt lực trục 3

24

Hình 1.17: Biều đồ moment trục 3
1.4 Thiết kế các chi tiết phụ
1.4.1 Thiết kế vỏ hộp
Nhiệm vụ: bảo đảm vị trí tương đối giữa các chi tiết và bộ phận máy, tiếp
nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đến, đựng dầu bôi trơn, bảo vệ các
chi tiết máy tránh khỏi bụi bặm.
Cần độ cứng cao và khối lượng nhỏ.
Hộp giảm tốc bao gồm: thành hộp, nẹp hoăc gân tăng cứng, mặt bích, gối
đỡ...
Vật liệu chế tạo vỏ hộp là gang xám GX15-32.
1.4.2 Chọn bề mặt ghép nắp và thân
Bề mặt ghép của vỏ hộp (phần trên của vỏ là nắp, phần dưới là thân) thường
đi qua đường tâm các trục, nhờ đó việc lắp ghép các chi tiết sẽ thuận tiện hơn. Sau
khi đã lắp trên trục các chi tiết như bánh răng, bạc, ổ...(không phụ thuộc vào các
trục) sau đó từng trục sẽ được đặt vào vỏ hộp .
Ta chọn bề mặt ghép là bề mặt song song với mặt đế.
1.4.3 Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp
• Chiều dày thành vỏ hộp:
25