Full Đồ án Cơ sở thiết kế máy: Thiết kế hệ dẫn động băng tải - SV Đoàn Hồng Thái

Đồ án Cơ sở thiết kế máy: Thiết kế hệ dẫn động băng tải. Trình bày đầy đủ các bước tính toán công suất, chọn động cơ, bộ truyền đai, xích.

• Tác giả: Đoàn Hồng Thái
• Người hướng dẫn: Phạm Thị Hoa
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Dẫn Động Băng Tải
• Loại tài liệu: Đồ án cơ sở
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hưng Yên

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Cơ sở Thiết kế Máy Hệ Dẫn Động Băng Tải

Hệ dẫn động băng tải là một trong những hệ thống truyền động quan trọng nhất trong công nghiệp hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất, kho bãi và các cơ sở vận chuyển vật liệu. Đồ án này tập trung vào thiết kế chi tiết một hệ thống dẫn động báng tải hoàn chỉnh, từ việc chọn động cơ phù hợp đến tính toán các bộ phận truyền động. Mục đích chính là giúp sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí nắm vững các kiến thức thiết yếu về thiết kế máy, quy trình chọn lựa thông số kỹ thuật, và ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn. Thông qua đồ án này, người học sẽ hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ dẫn động, đồng thời phát triển kỹ năng tính toán kỹ thuật chuyên sâu.

1.1. Tầm quan trọng của Hệ Dẫn Động Băng Tải

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, hệ dẫn động băng tải đóng vai trò không thể thiếu trong nâng cao hiệu suất sản xuất. Nó được sử dụng để vận chuyển hàng hóa, nguyên liệu một cách liên tục, an toàn và tiết kiệm năng lượng. Hiểu biết sâu sắc về thiết kế và tối ưu hóa hệ dẫn động giúp các kỹ sư tạo ra những máy móc bền vững, hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí vận hành lâu dài.

1.2. Mục tiêu và Phạm vi Thiết kế

Đồ án này bao gồm các nội dung chính: chọn lựa động cơ điện phù hợp với yêu cầu công suất, tính toán tỷ số truyền, thiết kế bộ truyền đai, bộ truyền xích và hộp giảm tốc bánh răng trụ. Mỗi bước tính toán đều tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, an toàn và có hiệu suất cao nhất.

II. Chọn Động Cơ và Tính Toán Công Suất

Chọn động cơ là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế hệ dẫn động băng tải. Dựa trên các thông số đầu vào như lực kéo băng tải (F = 2250 N), vận tốc băng tải (v = 1,3 m/s) và các điều kiện làm việc (1 ca/ngày, thời gian phục vụ Lh = 24000 giờ), chúng ta cần tính toán công suất làm việc, công suất tương đương và công suất cần thiết. Công suất làm việc được tính theo công thức Plv = F×v/1000 = 2,925 kW. Công suất tương đương với hệ số điều chỉnh là Ptu = 2,51 kW. Sau đó, tính công suất cần thiết bằng cách chia công suất tương đương cho hiệu suất tổng của hệ thống. Hiệu suất hệ thống là tích của các hiệu suất thành phần: bộ truyền đai (0,95), bộ truyền xích (0,92), hộp giảm tốc bánh răng (0,97) và ổ lăn (0,993), cho ra hiệu suất tổng ηht ≈ 0,88. Từ đó xác định được động cơ điện loại 4A100S2Y với công suất 4 kW, số vòng quay 2880 vòng/phút.

2.1. Tính Toán Công Suất Làm Việc

Công suất làm việc được tính dựa trên lực kéo băng tải và vận tốc băng tải. Công thức: Plv = (F × v) / 1000. Với F = 2250 N và v = 1,3 m/s, ta có Plv = 2,925 kW. Đây là công suất cơ bản mà động cơ phải cung cấp để vận hành bình thường hệ thống dẫn động băng tải.

2.2. Xác Định Công Suất Cần Thiết và Chọn Động Cơ

Công suất cần thiết được tính bằng công suất tương đương chia cho hiệu suất tổng hệ thống. Hiệu suất tổng là tích của các hiệu suất từng bộ phận: bộ truyền đai (0,95), bộ truyền xích (0,92), hộp giảm tốc (0,97), ổ lăn (0,993). Từ đó chọn động cơ điện 4A100S2Y với công suất 4 kW, đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo độ tin cậy cao.

III. Phân Phối Tỷ Số Truyền và Tính Toán Động Học

Phân phối tỷ số truyền là quá trình chia tỷ số truyền tổng cho các bộ truyền thành phần: bộ truyền đai, hộp giảm tốc bánh răng và bộ truyền xích. Với tỷ số truyền tổng utổng = 2880/77,59 = 37,11, chúng ta phân phối như sau: tỷ số truyền đai ud = 3,56, tỷ số truyền bánh răng ubr = 4, tỷ số truyền xích ux = 2,6. Số vòng quay trên các trục được xác định lần lượt: Trục động cơ n0 = 2880 vòng/phút, Trục I nI = 808,9 vòng/phút, Trục II nII = 202,25 vòng/phút, Trục công tác nct = 77,78 vòng/phút. Tính toán mô men xoắn trên từng trục theo công thức Ti = 9,55 × Pi / ni, với Pi là công suất trên trục i. Mô men xoắn trên các trục lần lượt: Trục động cơ 33,88 Nm, Trục I 37,48 Nm, Trục II 130,80 Nm, Trục công tác 338,80 Nm.

3.1. Phân Phối Tỷ Số Truyền Các Bộ Truyền

Tỷ số truyền tổng utổng = 37,11 được phân phối thành ba thành phần: bộ truyền đai (ud = 3,56), hộp giảm tốc bánh răng trụ (ubr = 4) và bộ truyền xích (ux = 2,6). Cách phân phối này đảm bảo hiệu suất truyền cao, giảm thiểu tổn hao năng lượng và kéo dài tuổi thọ các bộ phận.

3.2. Tính Toán Mô Men Xoắn Trên Các Trục

Mô men xoắn được tính theo công thức: Ti = 9,55 × (Pi / ni), trong đó Pi là công suất và ni là số vòng quay. Mô men xoắn tăng dần từ trục động cơ đến trục công tác, phản ánh sự giảm tốc độ và tăng lực xoắn qua các bộ truyền, giúp hệ dẫn động đạt cân bằng tối ưu giữa tốc độ và mô men xoắn.

IV. Thiết Kế Bộ Truyền Đai và Các Bộ Phận Khác

Bộ truyền đai là một phần quan trọng trong hệ dẫn động băng tải, chịu trách nhiệm truyền động từ trục động cơ đến trục tiếp theo. Thiết kế bộ truyền đai bao gồm xác định đường kính bánh đai chủ động (d1), đường kính bánh đai bị động (d2), và chiều dài dây đai (l). Tỷ số truyền đai ud = d2/d1 = 3,56 được duy trì trong giới hạn cho phép (≤4%). Đường kính bánh đai phải tuân theo tiêu chuẩn hóa. Vận tốc đai được kiểm tra để đảm bảo không vượt quá giới hạn cho phép. Ngoài bộ truyền đai, hộp giảm tốc bánh răng trụ được thiết kế với tỷ số truyền ubr = 4, có hiệu suất cao (97%). Bộ truyền xích với tỷ số truyền ux = 2,6 cung cấp truyền động chính xác, đáng tin cậy đến trục công tác. Tất cả các bộ phận được tính toán để đảm bảo an toàn, hiệu suất cao và tuổi thọ dài.

4.1. Thiết Kế và Tính Toán Bộ Truyền Đai

Bộ truyền đai với tỷ số truyền ud = 3,56 được thiết kế dựa trên công suất P1 = 3,02 kW và tốc độ quay n1 = 2880 vòng/phút. Đường kính bánh đai được chọn từ chuỗi tiêu chuẩn để tối ưu hóa hiệu suất truyền động và giảm tổn hao. Vận tốc đai phải được kiểm tra để đảm bảo hoạt động ổn định, thường ở mức 15-25 m/s.

4.2. Hộp Giảm Tốc Bánh Răng Trụ và Bộ Truyền Xích

Hộp giảm tốc bánh răng trụ cấp một với tỷ số truyền ubr = 4 và hiệu suất 97% chuyển động từ trục I sang trục II. Bộ truyền xích tiếp theo với ux = 2,6 cung cấp truyền động chính xác, đáng tin cậy đến bánh dẫn của băng tải. Sự kết hợp ba bộ truyền này tạo nên hệ thống dẫn động hoàn chỉnh với hiệu suất tổng cao và độ tin cậy xuất sắc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Lời nói đầu Trong công cuộc đổi mới hiện nay, đất nước ta đang phát triển hết sức mạnh mẽ theo con đường Công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước theo định hướng XHCN. Trong đó, ngành công nghiệp đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế và giải phóng sức lao động của con người. Để làm được điều đó chúng ta phải có một nền công nghiệp vững mạnh, với hệ thống máy móc hiện đại cùng một đội ngũ cán bộ, kỹ sư đủ năng lực. Từ những yêu cầu như vậy đòi hỏi mỗi con người chúng ta cần phải tìm tòi, học tập và nghiên cứu rất nhiều để mong đáp ứng được nhu cầu đó.

Là sinh viên khoa cơ khí động lực, em luôn thấy được tầm quan trọng của máy móc trong nền công nghiệp, cũng như trong sản suất. Hiện em đang là sinh viên ngành Công Nghệ Kĩ Thuật Cơ Khí được Nhà trường trang bị những kiến thức cần thiết về lý thuyết và thực hành để có được những kỹ năng cơ bản và định hướng nghề nghiệp. Chính vì lý do này ngoài việc học ra thì việc thiết kế đồ án là một công việc không thể thiếu được của mỗi sinh viên trong khoa cơ khí động lực. Là sinh viên khoa cơ khí em đã được thực hiện đồ án cơ sở chi tiết máy với nội dung đề tài “ Thiết kế hệ dẫn động băng tải “.

Dưới sự chỉ bảo tận tình của cô giáo Phạm Thị Hoa và các thầy cô trong khoa cùng các bạn bè cũng như sự nỗ lực phấn đấu của bản thân đã giúp em hoàn thành đồ án. Tuy nhiên trong quá trình tìm hiểu và thiết kế đồ án, do trình độ có hạn và ít kinh nghiệm, nên không thể tránh khỏi sai sót. Em kính mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày9 tháng10 năm 2021 Sinh viên Đoàn Hồng Thái I -CHỌN ĐỘNG CƠ I.1-Chọn kiểu loại động cơ: 1 Lực kéo băng tải : F = 2250 (N) Trong 1 ca làm việc : 2 Vận tốc băng tải : v = 1,3 (m/s) 𝑡1 = 5 (s) 3 Đường kính băng tải : D = 320 (mm) 𝑡2 =14400 (s) 4 Thời gian phục vụ : Lh = 24000 (giờ) 𝑡3 = 14400(s) 5 Số ca làm việc : 1 𝑇1 = 1,4𝑇 6 Đặc tính làm việc : Nhẹ 𝑇2 = 𝑇 7 Góc nghiêng đường nối tâm bộ truyền ngoài : α 𝑇3 = 0,7𝑇 = 45° I.1-Tính toán công suất : A-Công suất làm việc: Theo CT (2.1,3  Plv= = 2,925(Kw) 1000 B-Công suất tương đương: Theo CT (2.0,86 = 2,51 (Kw) C- Công suất cần thiết: Ptd Pct= (Kw)  ht Tính hiệu suất của hệ thống : 𝜂ht = 𝜂br.3)[ I ] Ở đây hộp giảm tốc của ta dung bánh răng trụ nên ta chọn như sau: - Hiệu suất khớp nối : ηk= 1 - Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ : 𝜂br= 0,97 - Hiệu suất truyền của bộ truyền xích : 𝜂x = 0,92 - Hiệu suất của bộ truyền đai : 𝜂đ = 0,95 - Hiệu suất truyền của ổ lăn : 𝜂𝑜𝑙 = 0,993 𝜂ht = 𝜂br.2-Tính sơ bộ số vòng quay đồng bộ: A- Số vòng quay làm việc: Theo CT (2.320 Trong đó: D: đường kính băng tải, mm B- Số vòng quay sơ bộ: Theo CT (2.usb Tỷ số truyền sơ bộ của động cơ là : usb = uđai.ubánh răng.uxích Tra bảng (2.4) [I ]: Chọn  ud là tỉ số truyền của bộ truyền đai : 2-5  ubr là tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ :3-5 (hộp giảm tốc 1 cấp)  ux là tỉ số truyền của bộ truyền xích : 2-5.

Do đường kính bánh đai trong bộ truyền đai được tiêu chuẩn hóa ,nên để tránh cho sai lệch tỉ số truyền không quá giá trị cho phép là (≤ 4%) nên chọn ud theo dãy số sau: 2; 2,24 ; 2,5 ; 2,8 ; 3,15 ; 3,56 ; 4 ; 4,5 ; 5 Chọn tỉ số truyền như sau:. ubánh răng = 4 ; uđai= 3,56 ; uxích= 2,6 (2.15) Suy ra :usb =4.2,6 = 37,02 Vậy : nsb= nlv.3-Chọn động cơ : Tra bảng P-1.3 (trang237) động cơ điện 4A ta chọn động cơ : Kiểu động Công Vận Cos𝜑 𝜂% 𝑇𝑚𝑎𝑥 𝑇𝐾 cơ suất tốc 𝑇𝑑𝑛 𝑇𝑑𝑛 (kW) quay (v/p) 4A100S2Y 4,0 2880 0,89 86,5 2,2 2,0 3 → Động cơ thỏa mãn các thông số cần thiết .PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN I. Tỷ số truyền của hệ dẫn động: Với động cơ đã chọn ta có: Pđc = 4 (kW) ; nđc = 2880 (vòng/phút) Theo CT 3.23 [ I ] utổng = nđộng cơ /nlv= 2880/77,59 = 37,11 Mặt khác : utổng = uđai.ubánhrăng.uxích Chọn : uđai = 3,56 ; ubánh răng = 4 37,11 → uxích = = 2,6 4.Số vòng quay trên các trục : Trục động cơ : nđộng cơ = no = 2880 (vòng/phút) Trục I : nI =nđộng cơ /uđai = 2880/3,56 = 808,9 (vòng/phút) Trục II : nII =nI /ubánh răng = 808,9/4 = 202,25 (vòng/phút) Trục công tác : ncông tác =nII /uxích = 202,25/2,6= 77,78(vòng/phút) I. Tính toán động học I.Công suất trên các trục : Ta có : Trục II: Ptđ 2,51 PII= 3 = = 2,77(kW) 𝜂𝑥 .Mô men xoắn trên các trục : P Ti=9,55.

i (Nmm) ni P 3,02 Trục động cơ :Tđc =9,55. = 33883,67 (Nmm) nI 808,9 P 2,77 Trục II:TII=9,55. = 130796,04 (Nmm) nII 202,25 Ptđ 2,51 Trục công tác:Tct=9,55. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI Thông số đầu vào đã biết - Tỷ số truyền của bộ truyền đai đã phân phối: ud = 3,56 - Công suất của bánh đai chủ động (lắp trực tiếp với trục động cơ nên bằng công suất cần thiết của động cơ): P1 = Ptc = 3,02 - Tốc độ quay của bánh đai chủ động: n1 = nđc = 2880 vòng/phút Tính toán bộ truyền đai là tính chọn các thông số bao gồm: - Đường kính bánh đai chủ động d1 (mm), được tiêu chuẩn hóa.

- Đường kính bánh đai bị động d2 (mm), được tiêu chuẩn hóa. - Dây đai: chiều dai đai l (m) và tiết diện dây đai (tròn, thang, răng lược, hình chữ nhật dẹt, …) Điều kiện làm việc của bộ truyền đai (kiểm nghiệm) - Vận tốc đai (vận tốc dài của một điểm bất kỳ trên dây đai) <= 25 m/s - Số lần va đập của dây đai: i=v/l <=10 (lần/s) - Góc ôm dây đai (góc chắn tâm bánh đai thể hiện phần dây đai tiếp xúc bánh đai) phải lớn hơn hoặc bằng 1200. CƠ SỞ CHỌN TIẾT DIỆN DÂY ĐAI Công suất của bánh đai chủ động (lắp trực tiếp với trục động cơ nên bằng công suất cần thiết của động cơ): P1 = Ptc = 3,02 kW > 2 kW nên ta chọn đai thang. THIẾT KỀ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG Truyền động đai được dùng để truyền chuyển động và mômen xoắn giữa các trục xa nhau.

Đai được mắc lên hai bánh với lực căng ban đầu Fo, nhờ đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai và nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi. Thiết kế truyền đai gồm các bước : - Chọn loại đai, tiết diện đai - Xác định các kích thước và thông số bộ truyền. - Xác định các thông số của đai theo chỉ tiêu về khả năng kéo của đai và về tuổi thọ. - Xác định lực căng đai và lực tác dụng lên trục.

Theo hình dạng tiết diện đai, phân ra : đai dẹt (tiết diện chữ nhật), đai hình thang (đai hình chêm), đai nhiều chêm (đai hình lược) và đai răng. Xác định kiểu tiết diện đai thang Từ bảng 4.1, trang 59, sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1” ta chọn đai loại A. Theo đó, thông số kích thước cơ bản của đai được cho trong bảng sau: Đường kính Chiều dài Kích thước tiết diện bánh đai giới hạn (mm) Diện tích nhỏ l(mm) Loại đai A(mm2) d1 bt b h y0 (mm) Thang thường 11 13 8 2,8 81 100-200 560-4000 A 2. Tính toán các thông số bộ truyền đai (d1, d2, l và số dây đai z) Đường kính đai d1 tiêu chuẩn (mm) gồm: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315,.

Chọn và kiểm nghiệm đường kính bánh đai chủ động. Chọn đường bánh đai nhỏ: d1 =160 (mm); Tính vận tốc đai: . Tính, chọn và kiểm nghiệm đường kính bánh đai bị động Tỷ số truyền của bộ truyền đai: d2 ud  d1 (1   )  Ta có hệ số trượt đai:  = 0,01 ÷ 0,02; chọn  = 0,02  Suy ra đường kính bánh đai lớn : d2 =𝑑1.  Tỷ số truyền thực tế của bộ truyền đai utt = d2/d1.(1-0,02) = 3,43 Chênh lệch tỷ số truyền thực tế và phân phối: utt  u pp u  .100% = 3,65 % <4% (thỏa mãn điều 𝑢đ 3,56 kiện) Với d2 = 560 mm thỏa mãn điều kiện về chênh lệch tỉ số truyền.

Tính, chọn và kiểm nghiệm chiều dài đai.  Chọn khoảng cách trục sơ bộ asb.13T59: ta chọn chiều dài đai tiêu chuẩn là l=2500 (mm)  Số vòng chạy (số lần va đập) của dây đai: 𝑣 24,115 i= = = 9,646 < imax = 10 (4.15) 𝑙 2,5  Chiều dài của đai đảm bảo độ bền. Chiều dài của đai đảm bảo độ bền.  + v: vận tốc dây đai, (m/s).

 + l: chiều dài dây đai, (m).  + i: số lần va đập của dây đai trong một giây  Khoảng cách trục tính toán lại là: a = (  +  2  8 2 )/4  (d1  d 2 ) Với:  = l  =2500-3,14.(160 + 560) = 1440 (mm) Vậy trị số a thỏa mãn điều kiện. Tính và kiểm nghiệm góc ôm của dây đai (bảo đảm ma sát) Tính góc ôm 1 trên bánh đai nhỏ theo công thức: (d 2  d 1 ).57𝑜 = 1800 - =145𝑜 654 Vậy 1 =145𝑜 >120O  Góc ôm thỏa mãn điều kiện.Xác định và kiểm nghiệm số dây đai z <=6.C Cl Cu C z  Công suất trên trục bánh đai chủ động: Pc® = Ptc = 3,02 (kW )  Công suất cho phép: (Tra bảng 4.19[I]) [P0] = 4,09 (kW) + Hệ số tải trọng động: (Tra bảng 4.7[I]) Kd = 1,1 + Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm: (Tra bảng 4.15[I]) C = 0,92 + Hệ số kể đến ảnh hưởng của chièu dài đai: (Tra bảng 4.19[I]) Ta có: l0= 1700  l/l0= 2500/1700=1,47 Vậy: Cl = 1,07  Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỷ số truyền: ( Tra bảng 4.17[I]) Cu = 1,14  Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đồng đều tải trọng cho các dây đai: (Tra bảng 4.Xác định chiều rộng bánh đai.