Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA CƠ KHÍ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh Phúc
oo0oo
ĐỀ TÀI ĐỀ ÁN KỸ THUẬT
Sinh viên thực hiện : Vi Văn Thủy Lớp : K44CCM2
Giáo viên hướng dẫn 1 : Th.S Nguyễn Thị Thanh Nga
Giáo viên hướng dẫn 2 : K.S Nguyễn Văn Trang

Ngày giao đề tài: 05/10/2012
Ngày hoàn thành đề tài:
TÊN ĐỀ TÀI:
Thiết kế hệ thống dẫn động vít tải để tải muối i- ốt, năng suất 8m
3
/h; chiều
dài vận chuyển 15m.
Nội dung cụ thể:
- Thiết kế vít tải
- Tính chọn hộp giảm tốc theo tiêu chuẩn
- Thiết kế bộ truyền ngoài hộp và khớp nối
- Lập quy trình công nghệ gia công trục vít
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
1
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
Mục Lục

2
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
3.5. Tỷ số truyền của hộp giảm tốc 25
3.6. Tỷ số truyền của bộ truyền ngoài hộp 26
3.7. Tính toán các thông số trên các trục 26
3.7.1. Tốc độ quay của các trục 26
3.7.2. Tính công suất trên các trục 26
3.7.3. Tính mômen xoắn 27
3.7.4. Lập bảng kết quả 27
3.7.5. Kiểm nghiệm hộp giảm tốc tiêu chuẩn theo momen xoắn trên trục
đầu ra 28
CHƯƠNG 4 29
TÍNH TOÁN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG VÍT TẢI. .29
4.1. Tính chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn 29
4.2. Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài hộp 33
4.2.1. Chọn loại đai thang 33
4.2.2. Xác định các thông số 33
4.2.3. Xác định số đai 35
4.2.4. Tính chọn khớp nối 37
4.3. Tính toán trục vít 40
4.3.1 Tải trọng ngang tác dụng lên trục vít đặt giữa 2 gối đỡ 40
4.3.2. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên trục vít 40
4.3.4 Tính toán và chọn đường kính vít theo điều kiện bền 45
4.8.5 Kiểm tra trục vít theo hệ số an toàn cho phép 48
4.8.6. Tính thiết kế cánh xoắn vít tải 50
5. Lập quy trình công nghệ gia công trục vít 56
5.1. Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết gia công 56
5.2. Phân tích yêu cầu kỹ thuật và định ra phương pháp gia công 57

Sau 5 năm học tập tại trường, nay em được giao đồ án tốt nghiệp với đề
tài: “Thiết kế hệ thống dẫn động vít tải để tải muối i- ốt, năng suất 8m
3
/h; chiều
dài vận chuyển 15m.”.
Với sự cố gắng của bản thân, cùng với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo
Th.S Nguyễn Thị Thanh Nga và thầy Nguyễn Văn Trang cùng nhiều thầy cô
giáo khac, các bạn trong khoa đến nay em đã hoàn thành đề tài. Qua đây em
xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô, các bạn đã giúp đỡ chỉ bảo em trong
suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành tốt đề tài được giao.Tuy nhiên, do
trình độ cũng như kiến thức thực tế còn nhiều hạn chế do vậy đồ án của em
không tránh khỏi những thiếu sót. Bởi vậy, em rất mong sự góp ý chỉ bảo tận
tình của các thầy cô và ý kiến của các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái nguyên ngày 01 tháng 02 năm 2013
Sinh viên
Vi Văn Thủy
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
5
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU RỜI
1.1. Giới thiệu về đặc điểm các hệ thống vận chuyển vật liệu rời
1.1.1.Băng tải
Băng tải là một máy vận chuyển vật liệu rời theo phương ngang bằng cách
cho vật liệu nằm trên một mặt băng chuyển động. Vật liệu sẽ được mang từ đầu
này tới đầu kia của băng và được tháo ra ở cuối băng.
Băng tải gồm một băng bằng cao su hoặc vải hoặc bằng kim loại được mắc

2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
6 6
6
6
6
8
4
7
5
a)
5
7
4
8
b)
5
c)
7
4
8

- Kích thước và khối lượng lớn nên khó vận chuyển lắp đặt, chiếm nhiều
diện tích.
- Nếu vật liệu vận chuyển lớn gây va đập, dễ sinh tiếng ồn.
- Dễ bị quá tải nếu tiếp liệu không đều, nên cần nạp liệu một cách đều đặn.
- Chiều cao bị hạn chế do cấu tạo động học.
Phạm vi sử dụng
- Gầu tải sử dụng để vận chuyển vật liệu dạng than cám hay vật liệu dạng
khối như than, xi măng, quặng, sắt, thép, đất sét…dùng trong công nghiệp.
Ngoài ra gầu tải còn được sử dụng để vận chuyển các vật phẩm trong nông
nghiệp như thóc, ngô…
- Cơ cấu gầu tải dùng để vận chuyển một khối lượng nguyên vật liệu lớn ở
các độ cao khác nhau theo chiều thẳng đứng hay chiều nghiêng, đổ thành đống
không gây bụi.
1.1.3.Vít Tải
Là một loại máy vận chuyển liên tục không có bộ phận kéo. Cấu tạo của vít
tải thể hiện trên hình 1.1. Động cơ 1 truyền chuyển động qua hộp giảm tốc 2
đến khớp nối 3 và trục vít xoắn 4. Bộ phận công tác chính của vít tải là cánh vít
xoắn 8 chuyển động quay
Trong một vỏ hộp kín 9 có tiết diện tròn ở phía đáy. Trục vít xoắn được đỡ
chặn hai đầu nhờ
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
8
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
A-A
1 2 3 4 5
11 10
7 8 9
6

/h.
Kích thước đường kính ngoài của vít tải thường được tiêu chuẩn hoá và
được quy định theo dãy kích thước: 150, 200, 250, 30, 400; 500; 600mm.
thường đặt đứng, nghiêng hoặc ngang.
Vận chuyển vật liệu bằng vít tải có nhiều ưu điểm
- Vật liệu chuyển động trong hộp kín, nhận và dỡ tải bất cứ vị trí nào nên
không bị tổn thất, rơi vãi, an toàn.
- Kết cấu đơn giản, rẻ tiền, có thể vừa vận chuyển vừa trộn.
- Diện tích chiếm chỗ lắp đặt nhỏ, khả năng thao tác dễ dàng thuận tiện.
Tuy nhiên vít tải cũng có một số nhược điểm như
- Do có khe hở giữa lòng máng và cánh vít nên dễ nghiền nát một phần vật
liệu.
- Vì có ma sát lớn và chủ yếu là ma sát trượt nên chóng mòn cánh xoắn và
lòng máng. Cũng chính nguyên nhân này mà tổn thất năng lượng lớn.
- Chỉ vận chuyển được vật liệu rời, không vận chuyển được các vật liệu có
tính dính bám lớn hoặc dạng sợi do bị bám vào trục
Phạm vi sử dụng
Do có những ưu điểm nhất định và thích hợp với một số loại vật liệu và
công nghệ vận chuyển nên vít tải được sử dụng trong ngành xây dựng và các
ngành công nghiệp hoá chất, thực phẩm.
1.2. Mục tiêu thiết kế
Với yêu cầu thiết kế hệ thống dẫn động để tải muối i-ốt, năng suất 8m
3
/h;
chiều dài vận chuyển 15m. So sánh giữa các hệ thống dẫn động vận chuyển băng
tải, vít tải, gầu tải, ta thấy phù hợp hơn cả để vận chuyển muối i-ốt là vít tải
ngang.
Vì: - Muối i-ốt là vật phẩm dạng rời vụn,hạt nhỏ, ẩm không phù hợp với
hệ thống vẫn chuyển gầu tải, gầu tải chỉ phù hợp với vận chuyển vật phẩm theo
phương thẳng đứng và nghiêng.

=0,70
11
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
2.1. Tính toán thiết kế vít tải
2.1.1. Cánh xoắn
Hình dạng và kết cấu của cánh xoắn phụ thuộc vào mục đích sử dụng để
vận chuyển các loại vật liệu khác nhau. Dựa vào tính chất vật liệu vận chuyển
người ta sử dụng các loại vít xoắn:
+ Vít có cánh xoắn liền trục liên tục (hình 2.1a). Khi vận chuyển các loại vật
liệu có dạng bột, hạt nhỏ và trung bình rời khô mịn như: xi măng, tro, bột, cát
khô nên dùng loại này cho năng suất vận chuyển cao. Hệ số điền đầy ε = 0,125 ÷
0,45 và tốc độ quay của vít từ n = 50 ÷ 120 vg/ph.
+ Vít liên tục không liền trục (hình 2.1b) dùng vận chuyển hạt cỡ lớn như: sỏi
thô, đá vụn. . .Hệ số điền đầy của loại này đạt ε = 0,25 ÷ 0,40 và tốc độ quay của
vít từ n = 40 ÷ 100 vg/ph.
+ Vít tải dạng lá liền trục (hình 2.1c) dùng cho vật liệu dính, dùng vừa trộn,
tẩm vừa vận chuyển như: đất sét ẩm, bê tông, xi măng. Hệ số điền đầy của loại
này đạt ε = 0,15÷0,3 và tốc độ quay của vít n = 30 ÷ 60 vg/ph.
+ Vít tải dạng lá không liên tục (hình 2.1d) dùng để vận chuyển loại hạt thô,
có độ ẩm như: sỏi thô, đá dăm, đất sét ẩm, bê tông, xi măng. Hệ số điền đầy của
loại này đạt ε = 0,15 ÷ 0,4 và tốc độ quay của vít từ n = 30 ÷ 60 vg/ph.
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
12
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
ε=45%
ε=40% ε=30% ε=25% ε=15%

÷
300 vòng/
phút.
Trên hình 2.1 e ÷ h là sơ
đồ hướng vận chuyển vật liêu:
Vận chuyển sang trái, sang phải,
phân sang hai phía, hai đầu dồn
vào giữa.
Trong trường hợp vận
chuyển vật liệu dính, ẩm người
ta sử dụng vít có hai cánh xoắn
hay còn gọi là vít kép. Loại này
thích hợp trong vận chuyển vữa
bê tông hoặc bột than.
Đối với vít tải đặt đứng
thường vận chuyển vật liệu tơi
vụn. ở đây sử dụng cánh xoắn
liên tục liền trục, trong quá
trình vận chuyển có xuất hiện
ma sát giữa vật liệu và cánh xoắn. Dưới tác dụng của lực ly tâm, vật liệu áp sát
vào thành máng và bị vỏ máy hãm chuyển động quay lại và nhờ cánh xoắn đẩy
nâng vật liệu đè lên trong máng. Muốn vật liệu không có chuyển động quay khi
ra đến thành máng thì lực ly tâm phải lớn. Vì vậy vít tải đặt đứng có tốc độ quay
lớn hơn nhiều so với tốc độ của vít tải đặt nằm ngang. Vít tải đặt đứng tiết kiệm
được diện tích, kín và dỡ tải bất cứ vị trí nào cần thiết. Tuy vậy loại này tốn
năng lượng, chóng mòn cánh. Chiều cao máy bị hạn chế bởi không lắp được gối
đỡ trung gian.
=>Như vậy để đảm bảo được các yêu cầu đề ra với vật liệu cần chuyển là
muối i-ốt, chọn loại cánh vít liền trục.
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2

D

-π
2
φ
π
D
D
2
φ
d
'
π
π
=

d
'

d
π

phân bố vật liệu vận chuyển ở đoạn máng có ổ treo, người ta hàn các lố quan
sát có nắp ở trên nắp máng gần các ổ treo vít xoắn .
2.1.3. Xác định đường kính vít tải
Theo [1] ta có
Năng suất của vít tải Q(tấn/h).
2
c n
D
Q 60 .p.n. .k .k
4
Π
= ρ
(2.1)
Trong đó:
D- Đường kính vít tải (m);
p- Bước vít tải (m) với p=0,8.D (2.2)
ρ
- Khối lượng riêng của vật liệu vận chuyển (tấn/m
3
) với muối i-ốt lấy
1,12 1,28ρ = ÷
(tấn/m
3
).chọn
ρ
=1,2 (tấn/m
3
).
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
15

- Hệ chứa đầy tiết diện máng, phụ thuộc vật liệu với muối i- ốt chọn k
c
=
0,25
=>Thay (2),(3) vào (1)và biến đổi ta có.
2
2
5
5
v c n
Q 8.1,2
D 0,204285(m) 204,29(mm)
37,7.k .k .k . 37,7.45.0,25.1.1,2
 
 
= = = =
 ÷
 ÷
ρ
 
 
=> Chọn D theo tiêu chuẩn lấy D= 200(mm).
2.1.4. Xác định số vòng quay của vít tải.
Số vòng quay của trục vít tải.
( )
v
k 45
vòng
n 100,62
phút

C
0
- Hệ số lực cản.Với Vật liệu là muối i-ốt C
0
=2,5.
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
16
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
=>
0
QL 8.1,2.15
P C 2,5. 1(KW)
360 360
= = =
2.1.7. Xác định mô men xoắn trên vít tải
Mô men xoắn tác dụng lên vít tải T
v
(Nmm) Xác định theo công thức:
6
v
v
P
T 9,55.10
n
=
(2.5)
Trong đó:
P- Công suất trên vít tải (Kw).

R (0,3 0,4).D (0,3 0,4).200 60 80= ÷ = ÷ = ÷
(mm)
=>Chọn R=70(mm)
α
- Góc nâng của đường xoắn vít (độ),xác định theo công thức;
0 ' ''
p 160
tg 0,364 19 5959
2 R 2.3,14.70
α = = = ⇒ α =
π
γ
- Góc ma sát của vật liệu vận chuyển với cánh vít (độ):
tg fγ =
.
Với f hệ số ma sát của vật liệu vận chuyển với cánh vít.
Với vật liệu vận chuyển là muối iot chọn f=1.
=>
0
tg f 1 45γ = = ⇒ γ =
=>
v
av
0 ' '' 0
T 94554,45
F 629,88(N)
R.tg( ) 70.tg(19 5959 45 )
= = =
α + γ +
.


SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
18
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
a) b) c)

Hình 3.1. Sơ đồ hộp giảm tốc
a) Sơ đồ khai triển, b) sơ đồ đồng trục, c) sơ đồ phân đôi
- Sơ đồ khai triển: Hộp giảm tốc kiểu này đơn giản nhất và dễ chế tạo. Do
đó được sử dụng rất nhiều trong thực tế. Tuy nhiên, các bánh răng bố trí không
đối xứng với các ổ, do đó làm tăng sự phân bố không đều trên chiều rộng vành
răng. Do đó, khi thiết kế, đòi hỏi trục phải đủ cứng thì sẽ đảm bảo được khả
năng làm việc.
- Sơ đồ phân đôi: Khi sử dụng sơ đồ này cần phải chú trọng đến việc bố trí
ổ. Phải đảm bảo sao cho tải trọng dọc trục không được cân bằng ở cặp răng kề
bên, không được tác dụng vào trục tùy động của cấp phân đôi nếu không thì sự
cân bằng của tải trọng dọc trục ở cấp phân đôi sẽ bị phá vỡ và công suất sẽ phân
bố không đều cho các cặp bánh răng phân đôi này.
- Sơ đồ đồng trục: Loại này có đặc điểm là đường tâm của trục vào và trục
ra trùng nhau, nhờ đó có thể giảm bớt chiều dài của hộp giảm tốc giúp cho việc
bố trí cơ cấu gọn hơn. Tuy nhiên, sơ đồ đồng trục có một số nhược điểm như:
Khả năng tải của cấp nhanh không dùng hết vì tải trọng tác dụng vào cấp chậm
lớn hơn khá nhiều so với cấp nhanh, kết cấu gối đỡ phức tạp, gây khó khăn cho
việc bôi trơn các ổ, do khoảng cách giữa các trục trung gian lớn, nên trục không
đảm bảo độ bền và độ cứng nếu không tăng đường kính trục. Từ những nhược
điểm này mà phạm vi sử dụng của hộp giảm tốc đồng trục bị hạn chế.
Việc lựa chọn sơ đồ của hộp giảm tốc có ảnh hưởng trực tiếp đến kết cấu
của hệ dẫn động, cũng như khả năng làm việc và chi phí thiết kế. Qua việc phân

T =94554,45 Nmm
Tra bảng 4.[III] Chọn loại hộp giảm tốc của nga Ц2Y-100
Ta xây dựng được sơ đồ hệ thống trạm dẫn động Vít tải như sau:
1
2
3
4
67 5
Hình 3.1. Sơ đồ khai triển trạm dẫn động băng tải.
1. Động cơ.
2. Bộ truyền đai.
3. Bánh răng chủ động bộ truyền cấp
nhanh.
4. Bánh răng bị động bộ truyền cấp
nhanh.
5.Bánh răng bị động bộ truyền cấp
chậm.
6.Vít tải.
7. Bánh răng chủ dộng bộ truyền cấp
chậm.
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
20
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải

P
PKbd
P
t


Thiết kế trạm dẫn động vít tải
kích thước lớn và vận hành phức tạp, thường dùng khi điều chỉnh vận tốc trong
một phạm vi hẹp.
- Động cơ 3 pha không đồng bộ rô to lồng sóc (còn gọi là rô to ngắn mạch):
Có kết cấu đơn giản, giá thành thấp, dễ bảo quản làm việc tin cậy. Tuy nhiên
loại này có nhược điểm là hiệu suất và hệ số cosϕ thấp hơn (so với động cơ
đồng bộ) không điều chỉnh được vận tốc.
⇒ Nhờ có các ưu điểm trên, động cơ xoay chiều 3 pha rô to lồng sóc được sử
dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp. Với hệ dẫn động cơ khí (hệ dẫn
động băng tải, xích tải, gầu tải … dùng với các hộp giảm tốc) nên sử dụng loại
động cơ này. Vậy chọn động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ rô to lồng sóc.
3.2.2. Chọn công suất động cơ
Theo [II]
- Động cơ được chọn phải có công suất P
đc
và số vòng quay đồng bộ thoả
mãn điều kiện :
P
đc
≥ P
ct
n
đb
≅ n
sb
+ Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức
t
CT
Σ

3
: Hiệu suất

khớp nối. η
3
= 1
η
4
: Hiệu suất bộ truyền đai. η
4
= 0,96
⇒ η
Σ
= 0.97
2
.0,995
4
.1.0,96 = 0,885
Trong trường hợp tải không đổi thì công suất tính toán là công suất làm
việc trên trục máy:
Công suất cần thiết phải có ở nguồn phát động là:
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
22
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải

dc
t
lv

tăng lên. Vì vậy trong thiết kế cần phải phối hợp hai yếu tố vừa nêu, đồng thời
cần căn cứ vào sơ đồ hệ dẫn động để chọn số vòng quay thích hợp cho động cơ.
p là số đôi cực tra bảng P1.3[II] ta có 2p=4 ⇒p=2
=>
db
60.50
n 1500
2
= =
(vòng/phút)
Vì kể đến sự trượt nên
db
n 1450(vòng / phút)=
⇒ tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống xác định.
db
sb
ct
n 1450
u 14,36
n 101
= = =

Số vòng quay của trục công tác là:
( )
CT
n =101 vòng/phút
Mà hộp giảm tốc khai triển 2 cấp có tỷ số truyền nên dùng u
nd
(8÷40)
⇒



=


P
đc
≥ P
ct
= 1,29(Kw)
Với n
đb
= 1500(v/ph) tra bảng P1.3[II].
Ký hiệu Công suất
P(kw)
N(v/ph)
η(%) cosϕ
K
dn
T
T
max
dn
T
T
4A80B4Y3 1,50 1400 77 0,83 2 2,2
3.3. Kiểm tra điều kiện quá tải, điều kiện mở máy cho động cơ
3.3.1. Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ
- Khi khởi động , động cơ cần sinh ra một công suất mở máy đủ lớn thắng sức ỳ
của hệ thống. Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ theo công thức:

b®
P
P
lv
t
- Với sơ đồ tải không đổi, quay một chiều thì không cần kiểm tra quá tải cho
động cơ vì trong quá trình làm việc tải không lớn hơn được công suất cho phép.
⇒ Như vậy động cơ 4A80B4Y3 thỏa mãn điều kiện làm việc yều cầu.
SVTH: Vi Văn Thủy Lớp: K44CCM2
24
Đề án kỹ thuật

Thiết kế trạm dẫn động vít tải
3.4. Phân phối tỉ số truyền
Tỷ số truyền chung của toàn hệ thống được xác định theo công thức:
dc
Σ
ct
n
U =
n
Trong đó :
dc
n

- Số vòng quay của động cơ đã chọn: n
đc
= 1400 (vg/ph)
ct
n

Danh
nghĩa Tế
a
w
m Z
1
Z
2
X
1
X
2
b
8 8,23
80 1,5 33 67 +0,75 +0,597 20
Cấp chậm
a
w
m Z
3
Z
4
X
3
X
4
b
100 2 19 77 +0,24 -0,24 25
- Như vậy, tỉ số truyền của hộp giảm tốc là:
U