Đồ án môn học chi tiết máy: Thiết kế dẫn động băng tải ĐH Bách Khoa

Tài liệu đồ án chi tiết máy đề 8 thiết kế hệ thống dẫn động băng tải. Hướng dẫn tính toán công suất động cơ, phân phối tỷ số truyền và bộ truyền bánh răng.

• Tác giả: Trần Sông Lam
• Người hướng dẫn: TS. Dư Văn Rê
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt lạnh
• Đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

Hệ thống dẫn động băng tải là giải pháp cơ khí quan trọng trong sản xuất công nghiệp, giúp vận chuyển vật liệu liên tục với hiệu suất cao. Đồ án môn học chi tiết máy đề 8 tập trung thiết kế hệ thống băng tải sử dụng động cơ điện không đồng bộ, bộ truyền đai thang, hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn-trụ, nối trục đàn hồi và băng tải. Thiết kế này đáp ứng yêu cầu vận chuyển vật liệu với lực vòng 9500 N, vận tốc 1,1 m/s và đường kính tang dẫn 550 mm. Hệ thống hoạt động 240 ngày/năm, 2 ca/ngày trong 6 năm, đảm bảo độ bền và tính kinh tế. Việc thiết kế chính xác các thành phần như động cơ, bộ truyền, hộp giảm tốc và trục là yếu tố then chốt để hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

1.1. Thành phần cấu tạo hệ thống dẫn động băng tải

Hệ thống dẫn động băng tải bao gồm năm thành phần chính: động cơ điện không đồng bộ, bộ truyền đai thang, hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn-trụ, nối trục đàn hồi và băng tải. Động cơ điện cung cấp nguồn động lực, bộ truyền đai thang truyền động từ động cơ đến hộp giảm tốc, hộp giảm tốc giảm tốc độ và tăng momen xoắn, nối trục đàn hồi kết nối trục hộp giảm tốc với trục băng tải, và băng tải là bộ phận vận chuyển vật liệu. Mỗi thành phần có vai trò riêng, phối hợp nhịp nhàng để hệ thống hoạt động hiệu quả.

1.2. Tầm quan trọng của thiết kế hệ thống dẫn động

Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động, giảm sức lao động thủ công và đảm bảo an toàn sản xuất. Hệ thống được thiết kế phù hợp với không gian và điều kiện làm việc, đáp ứng yêu cầu về độ bền, tính kinh tế và dễ vận hành. Việc tính toán chính xác các thông số kỹ thuật như lực vòng, vận tốc, tỷ số truyền và tuổi thọ là yếu tố quyết định đến hiệu suất hoạt động của hệ thống.

II. Phân tích các vấn đề trong thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải gặp phải nhiều thách thức kỹ thuật, bao gồm lựa chọn động cơ phù hợp, phân phối tỷ số truyền hợp lý, tính toán chính xác các bộ truyền và đảm bảo độ bền của trục. Việc xác định công suất động cơ phải dựa trên công suất đẳng trị do tải trọng thay đổi, đồng thời đảm bảo động cơ có đủ công suất để vận hành hệ thống. Phân phối tỷ số truyền giữa các cấp bộ truyền đòi hỏi tính toán cẩn thận để tối ưu hiệu suất và tuổi thọ. Ngoài ra, thiết kế trục và ổ lăn phải đảm bảo chịu được tải trọng và momen xoắn trong suốt quá trình hoạt động.

2.1. Lựa chọn động cơ điện phù hợp

Việc lựa chọn động cơ điện không đồng bộ phù hợp là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế hệ thống dẫn động băng tải. Động cơ phải có công suất đủ lớn để đáp ứng yêu cầu vận hành, đồng thời đảm bảo hoạt động ổn định trong điều kiện tải trọng thay đổi. Công suất động cơ được tính toán dựa trên công suất tính toán của máy công tác và hiệu suất truyền động chung của hệ thống. Ngoài ra, động cơ cần có tốc độ phù hợp để phối hợp với tỷ số truyền của bộ truyền đai và hộp giảm tốc.

2.2. Tính toán tỷ số truyền và hiệu suất hệ thống

Tỷ số truyền của hệ thống dẫn động được phân phối giữa bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn-trụ. Việc phân phối tỷ số truyền phải đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, hiệu suất cao và tuổi thọ lâu dài. Hiệu suất truyền động chung của hệ thống phụ thuộc vào hiệu suất của từng bộ truyền, bao gồm hiệu suất bộ truyền đai, hiệu suất hộp giảm tốc và hiệu suất nối trục. Tính toán chính xác tỷ số truyền và hiệu suất giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải theo đề 8 bao gồm các bước chính: chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền, thiết kế bộ truyền đai thang, thiết kế hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn-trụ, thiết kế trục và then, chọn ổ lăn và nối trục, thiết kế vỏ hộp và dung sai lắp ghép. Mỗi bước đòi hỏi tính toán kỹ thuật chính xác dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế và vật liệu sử dụng. Việc sử dụng phần mềm hỗ trợ thiết kế như AutoCAD, SolidWorks hoặc phần mềm chuyên dụng giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và giảm thiểu sai sót. Đảm bảo các thông số kỹ thuật như lực vòng, vận tốc, momen xoắn và tuổi thọ là yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế.

3.1. Thiết kế bộ truyền đai thang

Bộ truyền đai thang được thiết kế để truyền động từ động cơ đến hộp giảm tốc. Thiết kế bao gồm lựa chọn loại đai phù hợp, tính toán đường kính bánh đai, khoảng cách trục và lực căng đai. Đai thang được chọn dựa trên công suất truyền và tốc độ quay của động cơ. Khoảng cách trục phải đảm bảo góc ôm của đai đủ lớn để truyền động hiệu quả. Lực căng đai cần được tính toán chính xác để tránh trượt đai trong quá trình vận hành.

3.2. Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp bánh răng

Hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn-trụ được thiết kế để giảm tốc độ và tăng momen xoắn. Thiết kế bao gồm lựa chọn vật liệu bánh răng, tính toán modul, số răng, khoảng cách trục và kiểm tra ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn. Bánh răng côn được sử dụng cho cấp đầu tiên để truyền động giữa trục động cơ và trục trung gian, trong khi bánh răng trụ được sử dụng cho cấp thứ hai. Việc tính toán ứng suất cho phép và kiểm tra độ bền của bánh răng đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định trong suốt tuổi thọ thiết kế.

IV. Kết luận và ứng dụng của hệ thống dẫn động băng tải

Hệ thống dẫn động băng tải được thiết kế theo đề 8 đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, đảm bảo hoạt động ổn định, hiệu quả và bền vững trong quá trình vận hành. Kết quả thiết kế bao gồm lựa chọn động cơ phù hợp, phân phối tỷ số truyền hợp lý, thiết kế chính xác các bộ truyền, trục, ổ lăn và vỏ hộp. Hệ thống có thể được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất, chế biến, kho vận và logistics. Việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế và vật liệu chất lượng cao giúp nâng cao tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì. Hệ thống dẫn động băng tải là giải pháp tối ưu cho nhu cầu vận chuyển vật liệu liên tục trong sản xuất công nghiệp.

4.1. Đánh giá hiệu quả thiết kế

Hiệu quả của hệ thống dẫn động băng tải được đánh giá dựa trên các thông số kỹ thuật như lực vòng, vận tốc, hiệu suất truyền động, tuổi thọ và độ tin cậy. Hệ thống được thiết kế để hoạt động ổn định trong suốt 6 năm với 240 ngày làm việc mỗi năm. Việc sử dụng vật liệu chất lượng cao và tính toán chính xác các thành phần đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, giảm thiểu chi phí bảo trì và nâng cao năng suất lao động.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp

Hệ thống dẫn động băng tải được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất như chế biến thực phẩm, sản xuất xi măng, khai thác khoáng sản, logistics và kho vận. Hệ thống giúp vận chuyển vật liệu liên tục, giảm sức lao động thủ công, tăng năng suất và đảm bảo an toàn sản xuất. Việc thiết kế hệ thống phù hợp với không gian và điều kiện làm việc giúp tối ưu hóa hiệu quả sản xuất và giảm chi phí vận hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đồ án môn học thiết kế máy TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY -Sinh viên thực hiện : Trần Sông lam – MSSV: 21001649 -Nganh đào tạo : kỹ thuật nhiệt lạnh -Người hướng dẫn : Dư Văn Rê -Ngày hoàn thành : -Ngày bảo vệ: -Học kì 2 năm học 2012 -2013. Đề 8 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI +Hệ thống dẫn động băng tải gồm: 1-động cơ điện bap ha không đồng bộ 2-bộ truyền đai thang 3-hộp giảm tốc bánh răng hai cấp côn trụ; 4-nối trục đàn hồi; 5- băng tải.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy Phương an 12 Lực vòng trên băng tải F,N 9500 Vận tốc băng tải V, m/s 1,1 Đường kính tang dẫn D , mm 550 Thời gian phục vụ L, năm 6 Số ngày làm/năm Kng, ngày 240 Số ca làm trong ngày,ca 2 29 , giây 21 , giây T 0,7T 2 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy MỤC LỤC Lời nói đầu.4 PHẦN 1 : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN………………5 PHẦN 2: THUYẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG…………………………….12 PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG………………………………19 PHẦN4: THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN………………………………………….43 PHẦN5: CHỌN Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC………………………………………….78 PHẦN6:THIẾT KẾ VỎ HỘP …………………………………………………….89 PHẦN7:CHỌN DẦU BÔI TRƠN VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP…………………98 Kết luận…………………………………………………………………………….102 Tài liệu tham khảo………………………………………………………….Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy LỜI NÓI ĐẦU Việc vận chuyển , xếp dỡ là một công việc quan trọng và không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Để giảm nhẹ sức lao động nặng nhọc, tăng năng suất lao động và an toàn, người ta đã nghĩ ra nhiều máy móc, thiết bị nâng vận chuyển. Các thiết bị này được chia làm hai nhóm: máy trục chủ yếu phục vụ vận chuyển các vật nặng thể khối, máy vận chuyển liên tục chủ yếu phục vụ các quá trình vận chuyển vật liệu vụn rời lien tục theo một tuyến không gian xác định.

Hiện nay, các cơ sở sản xuất đang có nhu cầu về các loại máy móc thiết bị nâng vận chuyển vừa gọn nhẹ, dễ sử dụng vừa đáp ứng được tính bền, tính kinh tế, phù hợp với không gian và điều kiện làm việc. Trong quá trình thực hiện đồ án môn học thiết kế hệ thống truyền động cơ khí, em được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống băng tải nhằm cũng cố lại những kiến thức đã được học cũng như đáp ứng được nhu cầu trên. Em xin chân thành cảm ơn thầy Dư Văn Rê đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án. Sinh viên thực hiện đồ án: Trần Sông Lam 4 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy PHẦN 1 CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN.1 Xác định công suất động cơ.

-Vì động cơ làm việc với sơ đồ tải trọng thay đổi nên ta chọn động cơ dựa trên công suất đẳng trị ( ) -Công suất động cơ được chọn phải lớn hơn công suất cần thiết. Công suất cần thiết của động cơ là : = -Trongđó : công suất động cơ công suất cần thiết (của động cơ) Pt là công suất tính toán (trên trục máy công tác) là hiệu suất truyền động chung (của hệ thống) 5 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy  Tính Pt : Ta có sơ đồ tải trọng - Vì tải trọng thay đổi suy ra: Pt = Pdt=. Trongđó : Pi la công suât tác dụng trên trục may trong thời gian Pdt là công suất đẳng trị - P1 = = với =T = = = 2612,5 Nm → P1 = = = 10,45(kw).Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy Vậy Pt = Pdt = = 9,26 kw  Tính η: Trong đó: - hiệu suất của bộ truyền đai (0. - hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn ( 0.

- hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ ( 0. - hiệu suất của các ổ lăn (0.3 hiệu suất các bộ truyền và ổ (SGK tính toán thiết Kế-Trịnh Chất) ta chọn: , , , .xác định Số vòng quay sơ bộ của động cơ Số vòng quay sơ bộ của động cơ được tính theo công thức: nsb = nlv.uch 7 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy Trongđó : - nlv là sốvòng quay của trục máy công tác - uch là tỉ số truyền chung của hệ thống dẫn động + Tính nlv: nlv = = =38 (v/p). +Tính ut: uch = ud× uhgt trong đó: - ud là tỉ số truyền đai thang (3-5) - uhgt là tỉ số hộp giảm tốc côn-trụ 2 cấp (10-25) Tra bảng 2.4 tỷ số truyền (SGK tính toán thiết kế-Trịnh Chất) ta chọn: ud =3,15 ; uhgt =12 → uch = ud× uhgt =3,15×12=37,8 Vậy nsb = nlv. Quy cách chọn động cơ Ta có điều kiện để chọn động cơ: Pđc ≥ Pct nđb ≈ nsb vậy ta chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ nđb =1500 (v/P) Dựavào : Pct = 10,78(kw) Nđb = 1500(v/p) Tra bảng P1.3 phụ lục (SGK tính toán thiết kế-Trịnh Chất) ta chọn loại động cơ 4A.

Kiểu động cơ Công suất động Vận tốc quay động Tmax/Tdn cơ Pđc (Kw) cơ nđc (v/ph) 4A132M4Y3 11 1458 2,2 8 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy Tỉ số truyền chung thực của hệ thống lúc này là : II.Phân phối tỉ số truyền -Ta có:Tỉ số truyền đai được chọn sơ bộ như trên là → tỉ số truyền trong hộp giảm tốc là : Phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc: Chọn tỉ số truyền giữa bánh răng côn với bánh răng trụ là: Vậy -Tỉ số cuối cùng của hộp giảm tốc là:  Sai số tỉ số truyền: .Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy  công suất trên các trục là: ta có: công suất cần thiết của động cơ là Pct =10,78 kw KW KW -Vậy công suất trên trục máy công tác là -Vậy công suất trên trục động cơ là  Số vòng quay trên các trục là : (v/p) đúng với giả thiết  Monmen xoắn trên mỗi trục: 10 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy -Mômen xoắn trên trục máy công tác là -Mômen xoắn trên trục động cơ là Bảng thông số kỹ thuật: Trục Động cơ I II III Công tác Thông số Tỉ số truyền 3,15 3,9 3,12 1 Số vòng quay 1458 463 119 38 38 v/ph Công suất Kw 10,78 10,43 9,9 9,5 9,4 Momen xoắn 70610 215133 794496 2387500 2362368 Nmm 11 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy PHẦN 2 THUYẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 2.chọn loại đai và tiết diện đai Giả sử ta chọn: đai thang thường -Theo hình 4.1 (Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất) với công suất ,vận tốc cần truyền lần lược là: P=10,78Kw ; n=1458 (v/p) ta chọn đai loại B’ -Với các thông số từ bảng 4.13 [Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất], ta có đai loại B’ với =14mm ;b=17mm ; h = 10,5 mm ; =4 mm, diện tích tiết 2 diện A = 138 mm ; đường kính bánh đai nhỏ d 1 =140-280 mm ; chiều dài giớ hạn l=800÷ 63000 mm, T = 40÷190 Nm 2.xác định các thông số của bộ truyền Ta lấy d1 = 1,2 ×dmin = 1,2×140 = 168 mm. Đường kính bánh đai nhỏ (chủ động)d1: Theo bảng 4.13 [Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất] chọn đường kính đai theo tiêu chuẩn d1 = 180 mm.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy vận tốc đai : Nhỏ hơn vận tốc cho phép vmax=25 m/s hệ số trượt tương đối ÷0,02; chọn Đường kính bánh bị dẫn: Theo bảng 4. khoảng cách trục theo bảng 4.14 (Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất)Chọn sơ bộ khoảng cách trục Chiều dài tính toán của đai: 13 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy Theo bảng 4.13 [Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất] chiều dài đai theo tiêu chuẩn L = 2500 mm. -Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ Số vòng quay của đai trong 1 giây: (Thỏa mãn điều kiện).

-Kiểm nghiệm khoảng cách trục a: Với: + -Góc ôm đai trên bánh đai nhỏ: 14 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy 2.xác định số đai Số đai Z được tính theo công thức Trong đó: - =10,78kW công suất trên trục bánh đai chủ động - công suất cho phép Kw Theo bảng 4.19 [Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất] với ( =13,74 m/s; )ta được: =4,3kW - hệ số tải trọng động Theo bảng 4.7 [Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất] với (tải va chạm nhẹ ,làm việc 2 ca) ta chọn =1,35 - Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai Theo bảng 4.15 [Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất] với ta chọn =0,915 15 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy - Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai Với theo bảng 4.16 [Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất] ta chọn =1 - Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỷ số truyền Theo bảng 4.17[Tài liệu: tính toan thiết kế-Trịnh Chất] với ta chọn =1,14 - Hệ số xét đến ảnh hưởng dây đai Theo bảng 4.21 (với tiêt diện đai ) →B=(4-1)×19 + 2×12,5=82mm -đường kính ngoài của bánh đai nhỏ: 16 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy -đường kính ngoài của bánh đai lớn: 2.xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục: Lực căng ban đầu: Trong đó:- (đai thang) - V ậy - Lực căng trên mối dây đai Lực vòng có ích: -lực vòng trên mỗi dây đai -Từ công thức: Suy ra: => Trong đó: là lực ma sát giữa đai và bánh đai 17 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy Vậy: Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền ko bị trượt trơn (giả sử góc biên dạng bánh đai γ =38 ° ¿: Lực tác dụng lên trục: -Ứng suất lớn nhất trong dây đai: Trong đó: là ưng suất kéo trên nhánh căng là ưng suất do lưc căng ban đầu gây nên là ưng suât có ích là ưng suất do lực căng phụ gây nên là ứng suât uống Với: ; Suy ra: Tuổi thọ đai xác định theo công thức: 18 GVHD: TS.Dư Văn Rê SVTH :Trần Sông Lam Đồ án môn học thiết kế máy Trong đó: là giới hạn mỏi của đai. m=8 số mũ đường cong mỏi (đai thang) i=5,5 số vòng quay của đai trong 1 giây.