Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo bánh răng trong bơm root

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ
TẠO BÁNH RĂNG TRONG BƠM ROOT

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH
NGƠ MẬU ĐẠT

Đà Nẵng, 07/2020


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa: Cơ Khí
Bộ mơn: Chế tạo máy
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Ngơ Mậu Đạt

MSSV: 101140222

Lớp

:14C1VA

Khóa: 2014

Khoa

: Cơ khí

Ngành: Cơ khí chế tạo máy

1. Tên đề tài tốt nghiệp: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng
trong bơm Root
2.

Nội dung thuyết minh :
Chương 1 : Tổng quan về các loại bơm bánh răng
1.1 Trình bày các loại bơm bánh răng
1.2 Các biên dạng răng thường dung trong bơm root
Chương 2: Thiết kế bơm Root
2.1 Đặt vấn đề

2.2 Hệ thống bơm hiện có trong siêu thị
2.3 Phương án thiết kế
2.4 Tính tốn thiết kế bơm
Chương 3: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
3.1 Xây dựng bản vẻ chế tạo
3.2 Giới thiệu các phần mềm CAD/CAM
3.3 Tao Phơi
3.4 Trình tự gia cơng
Chương 4 : Vận hành bảo dưỡng hệ thống bơm

3. Các bản vẽ :
Bản vẻ A0 : 5 bản

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
4.

Ngày giao nhiệm vụ:

5.

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày

Giáo viên duyệt

ThS Trần Ngọc Hải

SVTH: Ngô Mậu Đạt

Ngày

tháng
tháng

năm 2020
năm 2020

Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS Lưu Đức Bình

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

LỜI NĨI ĐẦU

Cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa là chiến lược dài hạn của Việt Nam với mục
tiêu đến năm 2020 sẽ trở thành một nước cơng nghiệp hiện đại. Trong đó cơng
nghiệp chế tạo máy đóng vai trị là cơ sở để phát triển mọi ngành công nghiệp
khác. Trong chế tạo máy, truyền động bánh răng chiếm một vị trí rất quan trọng,
chúng là những cơ cấu đóng vai trị chủ yếu trong hầu hết các máy, có ảnh hưởng
trực tiếp đến chất lượng làm việc, an tồn và tuổi thọ của máy.
Gia cơng bánh răng là một lĩnh vực cắt kim loại phức tạp nhất. Để bắt nhịp
cùng sự phát triển vượt bậc của ngành cơng nghiệp chế tạo máy trên thế giới, địi

hỏi nước ta phải không ngừng đào tạo nguồn nhân lực biết vận dụng và nắm bắt
công nghệ tiên tiến hiện đại, đồng thời từng bước cải tiến sáng tạo ra công nghệ
mới, cải tiến cách thức sản xuất phù hợp với nền công nghiệp đất nước
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS. Lưu Đức Bình, các thầy ở trong viện
Cơng nghệ Cơ khí cùng với nỗ lực của bản thân em trong suốt thời gian thực hiện
đồ án tốt nghiệp, cuối cùng chúng em đã hoàn thành thuyết minh “Thiết kế quy
trình cơng nghhệ bánh răng trong bơm Root”.
Khi thiết kế chúng em đã cố gắng để hoàn thiện bản thiết kế thông qua bộ
phận thực tế. Bơm hoạt động ổn định, tuy nhiên với những hạn chế về chủ quan
cũng như khách quan thì bản thuyết minh này sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót,
kính mong nhận được sự đóng góp của q thầy cơ.
Đà Nẵng, ngày 4 tháng 7 năm 2020

Ngô Mậu Đạt

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BƠM BÁNH RĂNG ....................... 6
1.1 Các loại bơm bánh răng ............................................................................. 6
1.1.1: Định nghĩa.........................................................................................6
1.1.2: Nguyên lý hoạt động. ........................................................................6
1.1.3: Ưu nhược điểm. ................................................................................8
1.1.4: Các loại bơm bánh răng. ....................................................................8
1.2 Các loại biên dạng bánh răng được sửa dụng trong bơm Root .....................10

1.2.1 Bơm Root .........................................................................................10
1.2.2 Bánh răng Cycloid............................................................................14
1.2.3 Các loại biên dạng bánh răng Cycloid ..............................................15
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BƠM ROOT ................................................................16
2.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................16
2.2 Hệ thống bơm hiện có tại siêu thị ................................................................17
2.3 Phương án thiết kế.......................................................................................18
2.3.1 Phân tích phương án truyền động .....................................................18
2.3.2: Chọn các phương án bơm. ...............................................................22
2.3.3: Kết luận...........................................................................................24
2.4 Tính tốn thiết kế bơm ................................................................................24
2.4.1: Phương trình biên dạng cánh bơm. ..................................................24
2.4.2: Xây dựng phương trình biên dạng cánh bơm. ..................................25
2.4.3:Tính tốn các thông số khác của bơm. ..............................................28
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG
TRONG BƠM ROOT ...........................................................................................33
3.1 Xây dựng bản vẻ chế tạo ............................................................................33
3.1.1 Phân tích điều kiện làm việc .............................................................34
3.1.2 Phân tích yêu cầu kĩ thuật ................................................................34
3.2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN MỀM CAD/CAM ......................................35
3.2.1 Một số phần mềm CAD/CAM ..........................................................35
3.2.2: Chức năng của CAD/CAM .............................................................35
3.2.3 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy ............36
3.2.4. Lợi ích của CAD/CAM ...................................................................36

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
3.3: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM NX ..........................................................37
3.3.1 :Những điểm nổi bật của NX ............................................................38
3.3.2 Các Module chính trong phần mềm có thể kể tới ..............................39
3.4: Tạo phơi .....................................................................................................41
3.5. CHỌN MÁY GIA CƠNG .........................................................................46
3.6: TRÌNH TỰ GIA CƠNG .............................................................................48
3.6.1 : Ngun cơng 1 ...............................................................................48
3.6.2 : Ngun công 2 ...............................................................................72
3.6.3 : Nguyên công 3 ...............................................................................80
3.6.4 Nguyên công 4 .................................................................................82
3.7 : XUẤT CHƯƠNG TRÌNH ........................................................................83
CHƯƠNG IV: VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ....................................86
4.1.Vận hành .....................................................................................................86
4.2.Bảo dưỡng...................................................................................................86
Tài liệu tham khảo ............................................................................................87

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BƠM BÁNH RĂNG
1.1 Các loại bơm bánh răng
1.1.1: Định nghĩa
Bơm bánh răng là bơm thể tích sử dụng sự ăn khớp của một hay nhiều cặp
bánh răng để tạo áp suất chân không vận chuyển chất lỏng và tạo ra áp suất bơm.
Bơm bánh răng thích hợp để bơm các chất lỏng có độ nhớt cao như dầu, sơn, chất

dẻo, chất kết dính, xà phịng, …

Hình 1.1: Bơm bánh răng

1.1.2: Nguyên lý hoạt động.
-Bơm bánh răng làm việc theo nguyên lý dẫn và nén chất lỏng trong một
buồng kín có dung tích thay đổi. Bơm bánh răng làm việc như sau:
-Bánh răng chủ động được nối với trục động cơ, khi động cơ chuyển động
kéo theo bánh răng này và bánh răng thụ động vào ăn khớp. Dung tích khoang
hút giãn dần ra, áp suất khoang hút giảm hút chất lỏng vào.
-Chất lỏng sẽ được vận chuyển theo các rãnh răng từ khoang hút dọc theo
vành bơm để đến khoang đẩy. Các rãnh răng kết hợp cùng thân bơm để tạo ra

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
các buồng bơm nhỏ, sự thay đổi thể tích của các buồng bơm này khi ăn khớp
chính là cơ cấu để tạo ra áp suất đẩy chất lỏng đi của bơm bánh răng.
-Khi bánh răng vào ăn khớp ở khoang đẩy, chất lỏng trong khoang bị ép tạo ra
áp suất và đi vào ống ra. Ngay tại lúc này thì có một cặp bánh răng khác đang
vào ăn khớp ở khoang hút để bắt đầu chu trình mới.

Hình1.2 : Bơm bánh răng ăn khớp ngồi.

Có một van an toàn thường được đặt ở đầu ra, khi áp suất tải quá lớn van
này sẽ mở để chất lỏng di chuyển về khoang hút, bảo vệ cho động cơ. Van an
tồn là van một chiều, có thể điều chỉnh ấp suất an tồn bằng cơ cấu lị xo và

vít.

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

Hình 0.3 : Mơ hình bơm với van an toàn.

1.1.3: Ưu nhược điểm.
Dựa vào cấu tạo và nguyên lý làm việc đã nêu, bơm bánh răng có các ưu
nhược điểm sau:
- Ưu điểm:
• Dễ vận hành và bảo trì, một số bơm bánh răng có thể hoạt động cả hai chiều.
• Là phương án lý tưởng để bơm các chất lỏng có độ nhớt cao.
• Kích thước nhỏ gọn hơn các bơm khác cho cùng nhiệm vụ.
• Dịng chảy chất lỏng ổn định, dễ kiểm sốt.
-Nhược điểm:
• Áp suất và lưu lượng bơm phụ thuộc vào độ chính xác chể tạo của bơm.
• Các chi tiết bị hao mòn ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất bơm.
• Khơng chạy khơ được.
• Chi phí thay thế đắt.
1.1.4: Các loại bơm bánh răng.
Bơm bánh răng được chia làm 2 loại chính, dựa theo loại ăn khớp của bánh
răng dùng trong bơm, đó là bơm bánh răng ăn khớp trong và bơm bảnh răng ăn
khớp ngoài.
-Bơm bánh răng ăn khớp trong.

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

Hình 0.4 : Bơm bánh răng ăn khớp trong.

Sử dụng một cặp bánh răng ăn khớp trong được bố trí lệch tâm với bánh răng
bị động lắp ở vành bơm. Khoang hút và khoang đẩy được phân chia bới lưới
chắn.

Hình 0.5 : Nguyên lý hoạt động.

Bơm bánh răng ăn khớp trong được dùng khi hệ thống yêu cầu về tiếng ồn
thấp và độ cứng vững cao, giá thành của bơm ăn khớp trong đắt hơn vì khó chế
tạo hơn.
-Bơm bánh răng ăn khớp ngồi.
Sử dụng cặp bánh răng ăn khớp ngoài để làm bánh răng làm việc, có thể dùng
nhiều cặp bánh răng nếu cần lưu lượng lớn, hoặc sử dụng nhiều bơm bánh răng
nối tiếp nhau trong trường hợp cần áp suất lớn.

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

Hình 0.5 : Bơm bánh răng ăn khớp ngồi.

Bánh răng có dung sai gần và có trục trên cả hai bánh răng. Áp suất của bơm
có thể đến 200 bar và có thể kiểm sốt dịng chảy qua bơm một cách tin cậy.
Chi phí cho bơm này cũng không cao và hiệu suất vừa phải do đó loại bơm này
khá phổ biến trong sản xuất.

1.2 Các loại biên dạng bánh răng được sửa dụng trong bơm Root
1.2.1 Bơm Root
-Khái niệm
Bơm ROOT là bơm bánh răng ăn khớp ngồi sử dụng một cặp bánh răng
Cycloid thay vì sử dụng bánh răng thân khai để tạo sự ăn khớp truyền năng
lượng cho chất lưu.
Thêm vào đó bơm ROOT có thêm một cặp bánh răng thân khai với tỷ số
truyền 1:1 để đảm bảo tý số truyền chính xác cho cặp bánh răng cycloid.
Với ưu điểm sẵn có của bơm bánh răng, cộng với điểm vượt trội khác, bơm
ROOT được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp với nhiều ứng
dụng khác nhau, như làm máy thổi khí, máy bơm dầu, trạm bơm ở các nhà
máy sản xuất nước hoa quả, bơm phân bón, …

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

Hình 0.6: Máy bơm ROOT.

Hình 0.7: Một trạm bơm ROOT.

-Nguyên lý hoạt động
Cấu tạo của bơm ROOT bao gồm một cặp bánh răng thân khai có tỷ số
truyền 1:1, hai bánh răng này được lắp trên 2 trục dẫn động, nằm ở một

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
khoang riêng. Trên đầu kia của hai trục này là cặp bánh răng Cycloid nằm ở
khoang chính, chính là khoang bơm, hai bánh răng này quay cùng tốc độ và
ngược chiều tạo ra các buồng bơm nhờ cánh răng và thân bơm, từ đó thay đổi
thể tích các khoang này tạo ra áp suất và lưu lượng bơm. Bơm ROOT có
nhiều loại, từ 2 đến 5 cánh nhưng phổ biến nhất là loại 2 và 3 cánh vì ưu điểm
về lựu lượng và giá thành.
Hình dưới là để minh họa cho nguyên lý hoạt động của bơm, trên hình 1a, 2
cánh bơm 1 và 2 quay đến vị trí 0ᵒ tạo ra khoang trống 3 có áp suất thấp hơn
bên ngồi hút chất lỏng (khơng khí) vào khoang này qua cửa vào. Hai cánh
bơm 1, 2 tiếp tục quay, ăn khớp với nhau tạo ra các khoang có trống để chứa
chất lỏng (khơng khí) như trên hình b, c. Trên hình d, khi cánh bơm ở vị trí
180ᵒ, chất lỏng (khơng khí) được các cánh bơm đưa sang khoang 4, tại đây áp
suất tăng và lớn hơn bên ngồi khiến chất lỏng (khơng khí) bị nén lại và đẩy
ra ngồi ở cửa ra.

Hình 0.8: Ngun lý hoạt động.

Đặc biệt, khi thay đổi cách nối cửa ra và vào, bơm ROOT có thể làm các
nhiệm vụ khác nhau.

•
Nếu cửa vào lắp vào một bình kín sẽ tạo ra máy hút chân khơng.
•
Nếu cửa ra được nối với ống và sục xuống nước thì gọi là máy sục
khí.
•
Khi kết hợp nhiều bơm với nhau có thể tạo thành máy trộn cho các
loại nguyên liệu ở dạng lỏng được đưa vào từ cửa vào.
- Cấu tạo:
Bơm Root được cấu tạo từ các bộ phận chính là cánh bơm ( cặp bánh răng
cycloid ) trục dẫn động, bánh răng thân khai, giá đỡ. Hình dưới minh họa một
cách tổng quát cho cấu tạo của bơm Root .Vỏ khoang làm việc chứa hai cánh
bơm đa số đếu có hệ thống làm mát, vì ma sát giữa cánh bơm và vỏ khoang

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
làm việc rất nhiều, dẫn đến nhiệt độ cao, ảnh hưởng đến hoạt động của bơm
và chất lỏng. Cánh bơm được chế tạo bằng nhiều chất liệu khác nhau, tuy
nhiên phải đảm bảo chính xác, biên dạng của cánh bơm cũng khá đa dạng, đa
số được xây dựng từ phương trình cycloid quen thuộc nhưng có một số được
thiết kế riêng cho các mục đích khác nhau.
Cặp bánh răng thân khai được chế tạo với cùng một thông số, đảm bảo tỷ số
truyền 1:1 cho cánh bơm.

Hình 0.9: Cấu tạo tổng quát một bơm ROOT.

Trục dẫn động truyền động từ cặp bánh răng thân khai đến cánh bơm thì
được chế tạo từ thép Cacbon, chủ yếu dùng then để truyền momen nhưng các
hãng bơm khác nhau lại dùng các cơ cấu then khác nhau, độ phức tạp cũng
khá đa dạng.
Vỏ bơm, thân bơm được định vị với nhau bằng hệ thống chốt định vị và
bulông. Các chi tiết phụ như ổ bi, then, nắp dầu và vịng phớt thì tùy theo các
thiết kế khác nhau sẽ dùng các loại khác nhau. Nếu trục có cơ cấu chặn lực
dọc trục ( trục bậc, chốt chặn, vít chặn,..) thì chỉ cần dùng ổ bi, cịn khơng thì
phải dùng ổ đỡ chặn ( ổ đũa, ổ côn).
-Ưu điểm

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
Kích thước nhỏ gọn.
Bơm bánh răng nói chung và bơm ROOT nói riêng có kích thước nhỏ hơn
các loại bơm khác với cùng công suất, cho phép làm việc hiệu quả hơn ở
những địa điểm đặc biệt.
Rung động thấp.
Với độ chính xác chế tạo cao, rung động của bơm ROOT là rất thấp, thích
hợp cho các hệ thống yêu cầu lưu lượng cao và rung động thấp.
Lưu lượng lớn
Đây là điểm mạnh lớn của bơm ROOT, độ chính xác cao => cho phép cánh
bơm quay ở tốc độ cao mà vẫn sản sinh ra ít nhiệt và mất năng lượng do ma
sát ít hơn. Với tốc độ có thể đến 1500v/ph thì lưu lượng của bơm ROOT so
với các bơm loại khác là rất cao. Đây là lý do chính mà nó được ưu tiên sử
dụng ở quy mô công nghiệp với nhiệm vụ nặng.

Bơm được các chất lỏng có độ nhớt cao.
Vì cánh bơm có biên dạng đặc biệt, khoang bơm lớn hơn bơm bánh răng
thơng thường nên có thể bơm được các chất lỏng có độ nhớt cao, có thể bơm
được các chất cặn, phân bón, …..
1.2.2 Bánh răng Cycloid
Biên dạng cycloid được tạo ra từ hai đường cong là Epicycloid và
Hypocycloid. Đường cong Cycloid là đường cong liên tục được vẽ bởi một
điểm nằm trên đường trịn lăn khơng trượt trên một đường thẳng nằm trong
cùng một mặt phẳng.
Đường cong Epycloid là quỹ tích của một điểm nằm trên đường trịn lăn khí
nó lăn ở bên ngồi một đường trịn cố định khác.
Đường Hypocloid là quỹ tích của một điểm trên đường trịn lăn bán kính a
khi nó lăn ở phía trong của đường trịn khác có bán kính b với b>a.
Khi kết hợp cặp bánh răng có biên dạng đối tiếp là đường Epi-Hypocycloi
nói trên thì ta được một cặp bánh răng trụ tròn răng cycloid, hay còn gọi là
bánh răng Cycloid.
Hai bánh răng trong một cặp bánh răng phải được cắt bằng cùng một thanh
răng biên dạng Cycloid để đảm bảo điều kiện ăn khớp đúng, vì thanh răng
cycloid khó chế tạo nên bánh răng cycloid ít được phổ biến như bánh răng
thân khai.

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
Bánh răng Cycloid được dùng khá nhiều trong các chi tiết chính xác như
đồng hồ và chi tiết tải trọng cao như cần trục dưới dạng bánh răng chốt.

Hình 0.10: Bánh răng chốt.

1.2.3 Các loại biên dạng bánh răng Cycloid

Hình 0.11 : Bánh răng cycloid.

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BƠM ROOT
2.1 Đặt vấn đề
Theo quy định của nhà nước nghị định 80/2014/NĐ-CP về thốt nước và xủ
lý nước thải thì nước thải của siêu thị vaf trung tâm thương mại trước khi đổ ra
cống của thành phố cần được xử lý theo quy định của nhà nước.

Hình 2.1 Sơ đồ xử lý nước thải

Nước thải của siêu thị , trung tâm thương mại thường thường có đặc điểm có
nhiều chất hưu cơ phân hủy sinh học ngồi ra có có 1 số loại căn lững lơ, mảnh
vụn thức ăn các loại phế thải và nhiều dầu mỡ vì nguyên nhân này nếu dung
bơm thông thường sẽ dẫn đến việc tắc kẹt rác trong bơm gây ra hiện tượng cháy
bơm, đặc biệt việc bơm nước ở hố thu về khu vực xử lý nên yêu cầu đặt ra cần
phải thiết kế bơm đáp ứng nhu cầu ở trên.

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
2.2 Hệ thống bơm hiện có tại siêu thị

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống bơm tại siêu thị

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Sau khi nước thải được thu lại bể gom tách mở, hai bơm Root thay nhau bơm
nước thải từ bể gom về bể điều hòa
Nước từ bể điều hòa được 2 bơm chim bơm qua bể khuấy, khi bớm đầy nước sẽ
tràn qua bể vi sinh
Bể vi sinh sẽ xử lý theo chu trình trình sục lắng diễn ra tầm 8 tiếng nước được
xủ lí xong , q trình lắng 1 tiếng, nước được chuyển qua bể khử trùng 2 bơm
hóa chất sẽ bơm lượng clo vào bể khử trùng. Sau đó nước được bơm ra cơng
nước thải thành phố
Q trình xử lí được lăp đi lặp lại liên tục 24/24
Sau 1 thời gia sẽ có 1 số lượng bùn tích tụ ở bể khử trùng , theo định kì ta sẽ
sục khi đưa bùn từ bể khủ trùng bề bể khuấy
2.3 Phương án thiết kế
Yêu cầu thiết kế: Thiết kế bơm ROOT bơm được lưu lượng và áp suất như
sau:
+ Lưu lượng Q= 50m3/h.

+ Áp suất P= 4 bar.
2.3.1 Phân tích phương án truyền động
Truyền động trong bơm có hai phương án, đó là truyền động trực tiếp
trừ động cơ qua bánh răng chủ động rồi đến bánh răng bị động. Đó là truyền
động trực tiếp như hầu hết bơm bánh răng vẫn dùng. Hoặc là thông qua bộ
truyền trước mới đến hai bánh răng làm việc, có thể là bộ truyền đai, xích
hoặc bộ truyền bánh răng. Ta sẽ phân tích cả hai phương án này rồi chọn
phương án phù hợp.
➢ Truyền động trực tiếp.
Với phương án này, momen và tốc độ từ động cơ qua nối trục sẽ đến
thẳng bánh răng chủ động, bánh răng chủ động ăn khớp với bánh răng bị động
truyền năng lượng cho chất lưu. Phương án này có nhưng ưu điểm và nhược
điểm sau:
- Ưu điểm:

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
Thiết kế đơn giản, chỉ cần một cặp bánh răng ăn khớp và thân bơm là cơ
bản đã có một máy bơm.
Cấu trúc bơm đơn giản thì dẫn đến dễ thay thế, sửa chữa và vận hành. Bơm
ít chi tiết sẽ nhỏ gọn và dễ lắp đặt.
- Nhược điểm:
Khả năng hoạt động của bơm phụ thuốc hoàn toàn vào cặp bánh răng
truyền động, các hư hỏng nhỏ cũng có thể giảm khả năng làm việc trầm
trọng. Khả năng làm việc của bơm sẽ không thật sự cao. Bởi vì nguyên nhân
tiếp theo đây.

Một cặp bánh răng làm cả hai nhiệm vụ sẽ hỏng/ mòn rất nhanh, vì áp lực
ma sát lên bề mặt răng là lớn, vừa chịu tải từ động cơ và từ áp suất của chất
lưu.
Hai nguyên nhân trên kết hợp khiến bơm có tuổi thọ khá thấp, vì tuổi thọ
của bơm chính là tit thọ của cặp bánh răng chính.
Từ các ưu nhược điểm trên, ta thấy rõ là phương án này vừa có thể được
dùng cho các bơm bánh răng thơng dụng, vì độ đơn giản và giá thành của
nó. Các khuyết điểm vẫn có thể bù đắp bằng chất lượng chế tạo cặp bánh
răng. Chỉ cần cặp bánh răng này hoạt động tốt là bơm vẫn sẽ hiệu quả.
➢ Truyền động gián tiếp.
Phương pháp truyền động gián tiếp này là dùng cặp bánh răng làm
việc riêng, và bộ truyền động sẽ truyền động trực tiếp cho mỗi răng chứ
không phải truyền động cho một bánh răng chủ động.
Các bộ truyền động có thể dùng là xích, đai, bánh răng, etc.. tuy nhiên
chủ yếu là dùng một cặp bánh răng thân khai. Lý do sẽ được giải thích sau
phần phân tích ưu nhược điểm.
- Ưu điểm:
Có bộ truyền động riêng tách biệt, nâng cao được tuổi thọ của bánh răng
làm việc.
Có thể đạt được lưu lượng lớn hơn mà bơm bánh răng truyền động trực
tiếp không thể nào đạt tới ( Nhờ cặp bánh răng làm việc, sẽ đề cập đến ngay
sau đây).
Kết cấu từ nhiều phần khác nhau → có thể đảm nhận nhiều nhiệm vụ khác
nhau hơn là bơm truyền động trực tiếp.
- Nhược điểm:

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
Khơng cịn phụ thuộc q nhiều đến bánh răng truyền động nhưng vẫn cần
độ chính xác cao của cặp bánh răng này → giá thành cao hơn hẳn.
Cặp bánh răng làm việc khó chế tạo.
Nhiều bộ phận → phức tạp cho thiết kế, sử dụng. Kích thước có thể sẽ lớn
hơn.
Bộ truyền động phải chính xác, đảm bảo tỷ số truyền động một cách liên
tục.
Đa số bơm truyền động gián tiếp sử dụng một cặp bánh răng thân khai
được chế tạo chính xác, với tỷ số truyền luôn là 1:1 để truyền động cho cặp
bánh răng làm việc.
Cặp bánh răng làm việc này có thể là bánh răng cycloid, bánh răng elip,
bánh răng có biên dạng chỉnh sửa phù hợp với một mục đích nhất định nào đó.
Đặc điểm chung của các cặp bánh răng này là khó chế tạo, nhưng ăn khớp khít
và góc áp lực lên răng thấp. Đồng thời ít răng ( đa số chỉ từ 2-5 răng) là ưu
điểm lớn nhất, với việc đảm bảo ăn khớp khi chỉ có từng đó răng, thì lưu
lượng truyền đi là lớn hơn nhiều so với bơm bánh răng thơng thường, đó
chính là đặc điểm làm nên ưu điểm của bơm ROOT.
Vì phải đảm bảo tỷ số truyền luôn là 1:1 nên bộ truyền động chỉ có thể là
bánh răng. Bộ truyền đai và xích chỉ dùng ở một số trường hợp rất đặc biệt,
bơm được chế tạo riêng.
➢ Chọn phương án truyền động.
Với nhiệm vụ của bơm là Q= 50m3/h thì bơm bánh răng truyền động
trực tiếp sẽ cần bánh răng lớn → giá thành cao, và bơm này có thể tạo ra áp
suất lớn hơn nhu cầu p=4 bar của nhiệm vụ → lãng phí khả năng của thiết bị.
Do đó ta sẽ chọn bơm truyền động gián tiếp để thiết kế cho nhiệm vụ này.
Vừa có thể đạt lưu lượng, vừa đảm bảo được áp suất.
Tiếp theo là chọn biên dạng cho cánh bơm, như đã nói ở trên là có nhiều loại
biên dạng, nhưng biên dạng cycloid thông thường là đủ để đáp ứng điều kiện

đưa ra. Các biên dạng khác chưa được áp dụng lâu và cần nhiều nghiên cứu
hơn để thiết kế được biên dạng làm việc. Đa số các hãng bơm hiện nay vẫn
dùng biên dạng cycloid cho các loại bơm của họ.

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
Như vậy ta sẽ dùng một cặp bánh răng thân khai để truyền động cho một cặp
bánh răng cycloid. Đó là phương án truyền động cho đồ án này.
Ta có sơ đồ động sau đây:

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


7

8

6

5

4

9

3

2

1

Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root

Hình 0.3: Sơ đồ động bơm ROOT.
2.3.2: Chọn các phương án bơm.

SVTH: Ngô Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
Số lượng cánh bơm, bơm ROOT có số lượng cánh từ 2-5 cánh, với
bơm cycloid thì số lượng cánh bơm từ 2-3 cánh cho lưu lượng lớn nhất, ngược
lại bơm nhiều cánh cho áp suất cao và ổn định hơn ( áp suất và lưu lượng tức
thời ổn định). Hơn nữa đối tượng bơm là chất thải biogas với độ nhớt cao và
nhiều cặn, không yêu cầu ổn định áp suất và lưu lượng, nên ta chọn phương
án dùng 2-3 cánh.

Bơm 2 cánh cho lưu lượng cao hơn, thường được dùng cho nhiệm vụ có lưu
lượng từ 80-100 m3/h. Vì vậy ta dùng bơm 3 cánh để đảm bảo cứng vững, dễ
chọn vật liệu và chế tạo. Vì bơm 2 cánh dùng cho nhiệm vụ có lưu lượng nhỏ
thì kích thước có thể sẽ khơng đủ bền, chỉ hiệu quả với nhiệm vụ có lưu lượng
lớn, kích thước lớn dễ bố trí cơ cấu truyền động.

Loại hình dáng cánh bơm. Bơm ROOT trên thị trường có hai loại là
cánh thẳng và cánh xoắn. Loại cánh xoắn chủ yếu dùng cho máy nén khí dạng

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình


Đề tài: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo bánh răng trong bơm Root
ROOT, rất hiệu quả trong việc nén khí và tạo dịng khí lưu lượng cao, áp suất
lớn. Tuy nhiên loại này cực kì khó chế tạo cánh bơm. Bơm cánh xoắn hiện nay
nếu sửa chữa và phục hồi biên dạng hoặc gia cơng mới sẽ có giá thành rất cao.
Không phải xường nào cũng gia công được, vì đạt biên dạng nhưng chưa chắc
đã đạt độ nhám bề mặt yêu cầu, máy gia công phải là máy 5 trục.
Với nhiệm vụ này, bơm cánh thẳng là đủ. Không nhất thiết phải dùng đến
bơm cánh xoắn.
2.3.3: Kết luận
Qua phân tích ưu nhược điểm của cá phương án truyền động, phương
án biên dạng cánh bơm, phương án cánh bơm và số thùy cánh bơm, ta rút ra
được phương án lựa chọn để thiết kế bơm cho nhiệm vụ là :
Sử dụng bơm truyền động qua cặp bánh răng thân khai hình trụ răng thẳng.
Biên dạng cánh bơm là biên dạng Cycloid, loại cánh bơm là loại cánh bơm
thẳng 3 thùy.

2.4 Tính tốn thiết kế bơm
2.4.1: Phương trình biên dạng cánh bơm.
Từ các tài liệu [1] [2] và [3] thì ta dùng phương trình của các đường cong
cycloid đã được tính tốn trong các tài liệu này. Cụ thể:
Với bơm ROOT có : z răng, R là bán kính tâm tích bánh răng, r là bán kính tâm
tích sinh, thì phương trình hai đường cong cycloid cho biên dạng thân bơm có

dạng như sau:
Epicicloid:
{

𝑥 = −𝑟𝑐𝑜𝑠((2𝑧 + 1)𝜑) + 𝑟(2𝑧 + 1)𝑐𝑜𝑠𝜑
𝜋
𝑣ớ𝑖 (0 ≤ 𝜑 ≤ ) 𝑣à (𝜋 ≤ 𝜑
2
𝑦 = −𝑟𝑐𝑜𝑠((2𝑧 + 1)𝜑) + 𝑟(2𝑧 + 1)𝑠𝑖𝑛𝜑
3𝜋
≤ )
2

SVTH: Ngơ Mậu Đạt

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình