Chơng I
Tổng quan về công tác làm đá
1.1. Giới thiệu chung về công tác làm đá
Đá là một trong những vật liệu xây dựng đợc sử dụng rất nhiều trong các công trình
xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp và giao thông nh: đờng sá, sân bay, bến cảng
Đá đợc dùng để rải mặt đờng sắt, xây dựng đờng ôtô, chế tạo xi măng Do vậy cần
phải sử dụng rất lớn vật liệu đá nh: đá hộc, đá dăm, đá cuội sỏi, đá mạt, và bột đá
Đá cung cấp cho các công trình xây dựng cần phải đảm bảo những tiêu chuẩn về độ
bền, kích thớc đá và mức độ sạch của đá Tuỳ theo tầm quan trọng của công trình mà sử
dụng các loại đá coá chất lợng khác nhau.
Nh vậy, đá sau khi khai thác ở mỏ, trớc khi đa vào sử dụng cần phải tiến hành gia công
theo 3 bớc:
1 Nghiền vỡ đá
1 Sàng để phân loại đá thành kích cỡ khác nhau
1 Rửa đá để làm sạch tạp chất
Song song với hai bớc làm đá thì máy và thiết bị gia công đá cũng đợc chia thành 3
nhóm chính là:
4 Nhóm máy nghiền đá
4 Nhóm máy sàng phân loại đá
4 Nhóm máy rửa và làm sạch tạp chất
Hiện nay để đáp ứng đợc nhu cầu sử dụng đá thì công tác làm đá đòi hỏi phải có một
dây truyền công nghệ gia công đá đợc tổ chức chặt chẽ có quy mô cùng với máy móc, thiết bị
phải hiện đại đảm bảo năng suất và chất lợng đá khi hoàn thành sản phẩm.
1.2. Sơ đồ công nghệ gia công đá:
(1) - máy cạp
(2) - máy khoan lỗ
(3) - máy xúc
(4,5,18,20) - ôtô vận tải đá
(6)- máy sàng
(7,9,14,15) băng truyền
(8) máy nghiền đá

(10,13) sàng
(12) máy nghiền nón
(16) thùng chứa
(17) máy trợt
(19) phân xởng gia công đá
1.3. Công dụng, phân loại công tác làm đá:
Công tác làm đá thực chất là quá trình sản xuất đá để tạo ra sản phẩm đá phục vụ cho
các công trình xây dựng, đờng sá, sân bay, bến cảng
Dựa vào quá trình sản xuất đá trên dây truyền công nghệ, có thể chia công tác làm đá
tàhh 3 loại:
7 Công tác nghiền đá (biến đá từ cỡ lớn thành cỡ nhỏ)
7 Công tác sàng đá (phân loại kích cỡ đá sau khi nghiền)
7 Công tác rửa đá (làm sạch các tạp chất bám vào đá)
1.3.1. Công tác nghiền đá:
Khái niệm chung về quá trình nghiền:
Nghiền đá là quá trình phá vỡ đá cỡ lớn thành đá cỡ nhỏ. Quá trình gia công này không
phải tiến hành ngay một lần mà có thể phải qua nhiều lần, với nhiều công đoạn để đạt đợc
chất lợng sản phẩm đồng đều mà không tốn nhiều công sức và năng suất cao.
Tỷ số nghiền:
Tỷ số nghiền hay còn gọi là mức độ nghiền là tỷ số giữa kích thớc của hạt đem nghiền
với sản phấm, ký hiệu là i :
i =
maxd
maxD
Trong đó:
Dmax: kích thớc lớn nhất của đá đem nghiền
Dmax: kích thớc lớn nhất của sản phẩm nghiền
Giá trị của i phụ thuộc vào máy và tính chất của vật liệu nghiền. Các loại máy nghiền
đá hiện nay thờng có giá trị của i nh sau:
Loại máy nghiền Giá trị của i

Máy nghiền má 3 á 8
Máy nghiền côn 3 á 8
Máy nghiền trục 4 á 10
Máy nghiền búa 10 á 40
Độ lớn của hạt:
Hạt vật liệu có hình dạng khác nhau và thờng đợc xác định bằng các số đo: chiều dài a,
chiều rộng b, chiều dày c. Để đơn giản khi nghiên cứu ngời ta coi viên đá nghiền là khối cầu
có đờng kính quy ớc D và sản phẩm nghiền có đờng kính quy ớc d.
Đờng kính quy ớc d đợc xác định theo nhiều cách khác nhau nh sau:
10 Theo trung bình cộng:
D =
3
cba
++
11 Theo trung bình nhân:
11 Theo trung bình bình phơng:
Theo kích thớc trung bình của sản phẩm nghiền (d) quá trình nghiền hạt và nghiền bột
có thể phân loại nh sau:
Nghiền hạt:
Nghiền thô: 100 á 350 mm
Nghiền vừa: 40 á 100 mm
Nghiền nhỏ: 5 á 40 mm
Nghiền bột:
Bột thô: 5 á 0,1 mm
Bột mịn: 0,1 á 0,05 mm
Siêu mịn: < 0,05 mm
Chất lợng của đá sau khi nghiền:
Chất lợng của đá sau khi nghiền đợc đặc trng bởi hình dáng, thành phần hạt, độ bền, độ
giòn. Sản phẩm đá đợc phân ra thành nhóm đá có kích cỡ gần giống nhau mà ta thờng gặp
trong xây dựng là các nhóm đá có kích thớc (mm): 5 đá 10 ; 20 dá 40 ; 40 dá 70

Sau khi nghiền dựa vào chiều dài a và chiều dài c của hạt đá, ngời ta phân biệt hạt dẹt
và hạt khối (chiều dài a đo ở chiều dài nhất, chiều dài c là trung bình cộng của chiều dài nhất
và chiều mỏng nhất). Khi a > 3c gọi là đá hạt dẹt. Sản phẩm đá tốt nhất có tỷ lệ đá dẹt dới
15%.
Chất lợng của đá sau khi nghiền phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nh loại máy, thông số
máy, độ cứng của đá
1.4. Máy nghiền đá:
1.4.1. Vị trí, vai trò của máy nghiền đá trong công tác làm đá
Máy nghiền đá là loại máy đứng ở vị trí trung tâm, quan trọng nhất trong dây truyền
công nghệ khai thác gia công đá.
Máy nghiền đá có vai trò nh sau: Do nhu cầu sử dụng vật liệu đá ngày một tăng ở các
công trình xây dựng, 75% trong tổng số vật liệu xây dựng đều có nguồn gốc từ đá. Hơn nữa,
công việc gia công đá rất vất vả và nặng nhọc. Nếu chỉ dùng sức ngời và các công cụ thủ công
thì năng suất thấp không thể đáp ứng đợc khối lợng tối thiểu, nên việc cơ giới hoá công tác
làm đá có ý nghĩa quyết định đặc bệt làm máy nghiền đá.
1.4.2. Các phơng pháp nghiền và phân loại chung máy nghiền:
14.2.1. Các phơng pháp nghiền cơ bản:
Các phơng pháp phá vỡ đá trong các máy nghiền đá thờng đợc sử dụng hiện nay là:
(a)- ép vỡ: đá bị ép vỡ khi hai mặt nghiền tiến sát vào nhau tạo ra lực ép có ứng suất vợt
quá giới hạn bền nén.
(b)- tách vỡ: xảy ra khi trên mặt nghiền có các gân nhọn, đá bị tách ra so ứng suất tiếp
quá giới hạn bền.
(c)- uốn vỡ: viên đá làmviệc nh một dầm kê trên gói vỡ và bị bẻ gẫy bởi lực tập trung ở
giữa.
(d) miết vỡ: xảy ra khi hai mặt nghiền trợt tơng đơng đối với nhau, lớp mặt ngoài
của đá bị biến dạng và bị tách ra do ứng suất tiếp vợt quá giới hạn bền.
(e) - đập vỡ: đá bị tải trọng va đập tác động. Trong đá xuất hiện đồng thời các biến
dạng khác nhau.
Thông thờng trong máy nghiền, ngời ta có thể kết hợp các phơng pháp trên tuỳ thuộc
tính chất cơ lý và độ lớn của đá. Đối với đá siêu bền, sử dụng ép vỡ và đập vỡ, vật liệu giòn

tách vỡ hay đập vỡ, vật liệu dẻo dùng các dạng nghiền trên kết hợp với miết. Với vật liệu
ẩm hoặc dẻo cần miết vỡ để tránh bị tắc buồng nghiền.
1.4.2.2. Phân loại chung máy nghiền đá:
Theo kích thớc sản phẩm nghiền, máy nghiền đợc phân thành máy nghiền vỡ và máy
nghiền bột.
Máy nghiền má: Hạt vật liệu bị phá vỡ do tác dụng ép, uốn và miết vỡ cục bộ khi hai
má nghiền tiến sát vào nhau: thờng dùng để nghiền thô và nghiền trung bình các loại đá rắn
và dai.
Máy nghiền nón: bộ phận làm việc là hai nón nghiền, trong đó nón bên trong có
chuyển động lệch tâm so với nón ngoài, có công dụng nh máy nghiền má, thờng đặt cố định
tại một chỗ và có năng suất cao vì máy làm việc liên tục.
Máy nghiền trục (máy cán đá): bộ phận làm việc gồm hai trục nghiền quay ngợc chiều
nhau. Vật liệu nghiền đợc nạp vào giữa hai trục và bị ép vỡ. Thờng dùng để nghiền trung bình
và nghiền nhỏ các loại đá có độ rắc trung bình và nghiền các loại đá kém bền, đá giòn.
Máy nghiền búa: thờng dùng để nghiền nhỏ và trung bình các loại giòn và ít dính.
Máy nghiền bi: bộ phận chủ yếu là một tang trống quay (hoặc rung). Trong tang trống
có chứa các cục thép hình cầu hoặc hình trụ. Vật liệu đợc nghiền mịn do tác dụng va đập của
các viên bi thép nghiền và do miết vỡ giữa các hạt vật liệu với nhau. Máy đợc dùng trong các
nhà máy xi măng để nghiền nhỏ và nghiền bột cliker.
Căn cứ vào công dụng, mức độ nghiền của từng máy ta phân loại nghiền nh sau:
Loại nghiền
Cỡ đá trớc khi
nghiền (mm)
Cỡ đá sau khi
nghiền (mm)
Nghiền sơ bộ (thô) 1200 á 500 200 á 100
Nghiền trung bình 500 á 100 100 á 30
Nghiền nhỏ 100 á 20 20 á 3
Nghiền bột 20 á 3 Ê 0,07
Trong thực tế, để đạt đợc những cỡ đá nhỏ nghiền từ những cỡ đá lớn, ngời ta thờng đặt

một hệ thống nhiều máy nghiền làm việc nối tiếp nhau.
Khi chọn máy nghiền cần phải chú ý những yếu cầu sau:
- Bền, chắc, an toàn, dễ thay thế và sửa chữa.
- Chất lợng nghiền tốt, nghĩa là kích thớc đá nghiền ra phải đều, ít viên dẹt, ít hạt vụn.
- Dễ thay đổi cỡ nghiền để có thể tạo ra đợc nhiều cỡ đá khác nhau khi cần.
- Tiêu thụ năng lợng ít, đồng thời có năng suất cao.
- ít tiếng ồn.
- Kết cấu gọn, nhẹ, rẻ tiền, dễ bảo quản và sử dụng
Chơng II
giới thiệu chung về máy nghiền trục
và chọn phơng án thiết kế
2.1. Giới thiệu chung về máy nghiền trục
Máy nghiền trục hay còn gọi là máy ép đá dùng để nghiền vỡ các loại vật liệu có độ
bền trung bình (


80 MN/m
2
) nh đá vôi, đá hoa cơng, đất sét chịu lửa, đất mỏ lộ thiên )
chúng đợc sử dụng rộng rãi trong các trạm nghiền sàng và trong dây truyền công nghệ sản
xuất xi măng (dùng để nghiền thạch cao, đất sét khô). Tỉ số nghiền bằng 4 đối với vật liệu có
độ bền trung bình và tỷ số nghiền bằng 5 á 10 đối với vật liệu kém bền hoặc giòn.
Nguyên lý làm việc của máy nghiền trục là những trục nghiền hình trụ đặt nằm ngang
và quay tròn. Các trục này quay ngợc chiều nhay. Hạt vật liệu đợc nạp vào giữa các trục
nghiền và bị ép vỡ bởi chính các trục nghiền quay tròn đó.
2.2. Các thông số đặc trng của máy nghiền trục.
Thông số đặc trng của máy nghiền trục là: đờng kính D và chiều dài L phần làm việc
của trục nghiền. Các máy hiện tại có D = 400 á 1500 và L/D = 0,5 á 2,5
Tỷ số nghiền i = 4 á 10
Tốc độ quay của hai trục nghiền có thể là nh nhau, cũng có thể khác nhau: tốc độ nhỏ

thờng từ 2 á 3 m/s, tốc độ lớn từ 4 á 7 m/s và có thể hơn.
2.3. Đặc điểm máy nghiền trục:
Ưu điêm: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, tiêu hao năng lợng ít so với máy nghiền
nón.
Nhợc điểm: năng suất thấp, mức độ nghiền và chất lợng sản phẩm nghiền không cao,
do chứa nhiều hạt dẹt và hạt thanh, nhất là khi nạp liệu không đều, dộ bền của đá đem nghiền
bị hạn chế.
2.4. Phân loại máy nghiền trục:
13 Theo số lợng trục cơ: máy nghiền một trục, hai trục và bốn trục.
13 Theo trạng thái bề mặt trục, có: mặt trục nhẵn, có gân, có vấu hoặc có răng vít.
13 Theo tốc độ quay có: máy các trục quay đồng tốc và khác tốc độ. Khi hai trục quay
khác tốc độ quá trình miết vỡ đợc tăng cờng.
13 Theo khả năng di động của trục, có: hai trục nghiền cố định, hai trục nghiền di động
hoặc một trục cố định, một trục di động.
13 Theo dẫn động: máy có dẫn động chung và dẫn động riêng và dẫn động qua các đăng.
2.5. Đề xuất các phơng án và chọn phơng án thiết kế:
Đối với máy nghiền đá kiểu trục có rất nhiều phơng án thiết kế tính toán. Dới dây là 3
phơng án tiêu biểu để lựa chọn:
Phơng án 1: máy nghiền kiểu trục có rãnh
Nguyên lý:
18 Một trục trơn có thể di động đợc
18 Một trục có rãnh dọc cố định
18 Hai trục quay đồng tốc
Cấu tạo:
(1) động cơ (2) bộ truyền đai
(3) ổ bi (4) cặp bánh răng trụ
(5) khung máy (6) ổ bi cố định
(7) ổ bi di động (8) lò xo
(9+10) tang cán (11) cặp bánh răng đặc biệt
3

9
8
10
11
7
2
5
6
4
Ưu điểm:
21 Năng suất máy cao hơn máy nghiền có 2 trục trơn
21 Không bị kẹt đá trong quá trình làmviệc
21 Có thể điều chỉnh đợc cỡ đá
21 Kết cấu máy đơn giản hơn 2 phơng án trên do không sử dụng hộp giảm tốc
22
21 Chất lợng đá tốt hơn máy nghiền có 2 trục cán cố định
Nhợc điểm:
Kết cấu máy phức tạp hơn máy nghiền có 2 trục cán cố định
Ph ơng án 2 : máy nghiền đá kiểu trục có răng xoắn
Nguyên lý:
26 Một trục trơn có thể di động đợc
26 Một trục có răng kiểu xoắn vít cố định
26 Hai trục quay đồng tốc
Cấu tạo:
(1) - Động cơ (2) bộ truyền đai (5) khung máy
(6) ổ bi cố định (7) ổ bi di động (8) Lò xo
(9+10) tang cán (12) hộp giảm tốc
1
7
8

9+10
11
12
5
6
2
Ưu điểm:
29 Năng suất máy cao hơn máy nghiền, có hai trục hơn
29 Do trục nghiền có thể di động khi gặp đá có độ bền cao nên không bị kẹt đá trong quá
trình làm việc.
29 Có thể điều chỉnh đợc cơ đĩa.
Nhợc điểm:
32 Kết cấu máy cồng kềnh
32 Sản phẩm đá không đều
32 Đá có độ sắc cạnh cao (chất lợng đá kém)
32 Chỉ thích hợp khi nghiền đá có kích cỡ lớn (để phá đá)
Phơng án 3: máy nghiền kiểu trục
36 Hai trục trơn
36 Hai trục cán cố định và quay khác tốc độ
Giải thích cấu tạo:
(1)- động cơ dẫn động (5) khớp nối
(2) - Hộp giảm tốc
(3,4) cặp bánh răng
(6-8) trục nghiền trơn
(7) ổ đỡ cố định
1
4
5
6
9+10

12
Ưu điểm:
38 Hai trục quay khác tốc độ nên có sự miết vỡ đá tăng cờng
38 Cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy
Nhợc điểm:
40 Năng suất thấp hơn các loại máy khác
40 Chất lợng sản phẩm đá không tốt (có nhiều hạt dẹt)
Chọn phơng án thiết kế:
Căn cứ vào u nhợc điểm của 3 phơng án trên ta chọn phơng án 1 để thiết kế vì phơng án
1 máy sẽ vừa cho năng suất cao, chất lợng sản phẩm tốt và kết cấu máy lại gọn nhẹ.
Chơng iii
Tính toán các thông số cơ bản của máy
3.1. tính góc kẹp đá (a)
Trong máy nghiền trục góc kẹp đá (a) là góc giữa hai đờng tiếp tuyến với trục nghiền
tại những điểm tiếp xúc với vật nghiền.
Sơ đồ tính toán nh hình vẽ (chỉ thể hiện các lực tác dụng vào một trục)
f
Fcos
Fsin
Fms
Fms*cos
Xét hạt vật liệu nghiền có dạng hình cầu đờng kính d và khối lợng m. Hạt nghiền này
chịu tác dụng của các lực nghiền F từ các trục nghiền và các lực ma sát Fms = F * f (f hệ
số ma sát của vật liệu và trục nghiền)
Vì khối lợng m quá nhỏ so với lực ép vỡ đá nên khi tính ta bỏ qua m.
Điều kiện để hạt vật liệu nghiền bị ghì xiết bởi các trục là:
2*F*f*cos
2

2*F*sin

2

f tg
2

f = tg j (j là góc ma sát ) thì: a Ê 2 j
Theo thực nghiệm: f = 0,3 á 0,35
Đối với trục nghiền có rãnh: f = 0,35
Khi đó: j = arctg f = arctag 0,35 = 19,29
o
Suy ra: a Ê 2 * 19,29
o
= 38,58
o
a Ê 38
o
34
3.2. Tính số vòng quay trên trục nghiền:
Khi coi sản phẩm trong máy là một dòng liên tục có thiết diện F=2*e*L và vận tốc xả
V = w * R
Đối với máy ngiền một trục cố định, một trục dịch chuyển thì khi làm việc chiều rộng
cửa xả thực tế lớn hơn 2e do sự biến dạng của lò xo an toàn. Trị số biến dạng của lò xo thờng
đợc tính bằng 1/4 của khe hở giữa hai trục.
Do vậy năng suất của máy nghiền đợc xác định theo công thức (1-61) [1]:
Q = 14130 * L * n * (2e) * D * K [m
3
/h]
Trong đó:
L: chiều dài trục nghiền [m]
D: đờng kính trục nghiền [m]

2e: khe hở giữa hai trục [m]
n: số vòng quay của trục [v/s]
K: hệ số kể tới độ rỗng của sản phẩm và tính đến mức sử dụng chiều dài của trục
Với yêu cầu về năng suất của máy Q = 40 [m
3
/h] đã cho trớc và căn cứ vào kết cấu của
các máy thực tế ta chọn sơ bộ các thông số của máy nh sau:
L = 400 [mm]
D = 610 [mm]
thì:
D
L
=
610
400
ằ 0,6557 để nghiền các loại đá rắn
Chọn K = 0,2
42 Chọn tỷ số nghiền i = 3
42 Kích thớc lớn nhất của đá nạp: d = 90 [mm] = 0,09 [m] khi đó khoảng cách (2e) giữa
hai trục máy nghiền đợc xác định
2e =
i
d

3
90
=30 [mm] = 0,03 [m]
Với các thông số đã chọn ở trên, từ công thức tính Q ta rút ra số vòng quay (n)
Q
14130 * L * (2e) * D *K

40
14130 * 0,4 * 0,03 * 0,61 *0,2
n = 1,93 * 60 ằ 116 [v/p) = 115,8 [v/p]
44 Tốc độ vòng của trục đợc xác định:
p
d
pằ
2
Trong thực tế với tốc độ vòng của trục V = 2 á 7 [m/s] thì trục làm việc ít mòn và máy
làm việc ổn định không gây ồn. Vậy số vòng quay của trục n=116 [v/p] thoả mãn yêu cầu
thiết kế.
Để vật liệu nghiền không bị tách khỏi mặt trục nghiền trong quá trình nghiền thì số
vòng quay của trục phải nhỏ hơn số vòng quay lớn nhất n
max
đợc xác định theo công thức:
n
max
= 102,5
D*d*
f

Trong đó:
f: hệ số ma sát giữa vật liệu nghiền và bề mặt trục
g: tỷ trọng của vật liệu [kg/m
3
]
d: đờng kính của vật liệu nghiền [m]
D: đờng kính của trục nghiền [m]
Với f = 0,3 (đối với trục nghiền trơn)
g = 2000 [kg/m

3
]
d = 0,09 [m]
D = 0,61 [m]
n
max
= 5,36 * 60 ằ 321 [v/p]
Vậy n = 116 [v/p] < n
max
= 321 [v/p]
Kết luận: Các thông số đã chọn ở trên là hợp lý và thoả mãn điều kiện làm việc của
máy.
3.3. Tính toán công suất của máy:
Trong máy nghiền, quá trình xảy ra rất phức tạp. Khó có thể xác định đợc công suất theo lý
thuyết và công suất theo lý thuyết đó cho kết quả sai khác rất nhiều. Bởi vậy ngời ta thờng xác
định đợc công suất của máy theo công thức thực nghiệm:
N = 4,76 * V*L*K [KW]
Trong đó:
V: vận tốc vòng của trục [m/s]
L: chiều dài trục nghiền [m]
K: hệ số K đợc tính nh sau: K = 0,6*
d
D
+0,15
Với: V = 3,7 [m/s]
L = 0,4 [m]
K = 0,6 * (0,61 / 0,09) + 0,15 = 4,217
Thì : N = 4,76 * 3,7 * 0,4 * 4,217 ằ 29,7 [KW]
3.4. Chọn động cơ điện:
Dựa vào công suất tính toán đợc N = 29,7 [KW] theo yêu cầu thiết kế ta chọn loại động

cơ điện không đồng bộ 3 pha vì tính u việt của nó nh: kết cấu đơn giản, giá rẻ, thuận tiện
trong quá trình sử dụng v.v
Tra bảng 3P [2], ta chọn động cơ có ký hiệu A0p2-81-4 là động cơ không đồng bộ 3
pha có quạt gió và đợc che kín với các thông số:
Công suất định mức trên trục động cơ N
đc
= 40 [KW]
Số vòng quay ở tải trọng định mức: n
đm
= 1470 [v/p]
Xác định đợc tỷ số truyền động chung nh sau:
n
đc
147
0
n
tang
116
Xác định công suất thực tế cần thiết của động cơ khi máy làm việc.
Dựa vào công suất tính toán đợc theo yêu cầu cần thiết và dựa vào phơng án thiết kế
máy đã chọn ta tính đợc công suất thực tế cần thiết của động cơ khi máy làm việc nh sau:
N
h
tổng
Trong đó: N: công suất tính toán đợc theo yêu cầu thiết kế
h
tổng
: hiệu suất truyền tổng cộng
h
tổng

: hiệu suất truyền tổng cộng
h
tổng
: h
2
brt
* h
6
ổ
* h
đai
Trong đó:
h
brt
: Liệu suất truyền động của cặp bánh răng trụ răng thẳng để hở: h
brt
= 0,95
h
ổ
: Liệu suất truyền động của cặp ổ lăn: h
ổ
= 0,995
h
đai
: Liệu suất bộ truyền đai: h
đai
= 0,96
29,7
ằ
0,95

2
* 0,995
3
* 0,96
Vậy với động cơ đã chọn ở bớc sơ bộ có ký hiệu AOp2-81-4 công suất 40 KW là đủ
công suất để cho máy làm việc.
3.5. Tính toán bộ truyền đai:
3.5.1. Chọn loại đai:
Để chọn đai trớc hết ta chọn đờng kính bánh đai chủ động cho bộ truyền.
Chọn D
1
= 250 [mm]
Xác định vận tốc của đai theo công thức:
p * D
1
* n
1
3,14*250*1470
60*1000 60*1000
Vậy với D
1
= 250 mm thì V<(30 á 35) m/s là phù hợp
Dựa vào công suất động cơ N
đc
= 40 KW, vận tốc truyền V = 19,2 m/s, theo bảng 5-13
[2] ta chọn đai hình thang loại B dặt liền với động cơ. Sở dĩ chọn loại đai thang vì kết cấu
đơn giản, dễ chế tạo (đai thang có kích thớc nhỏ hơn đai dẹt) có thể làm việc với vận tốc lớn.
Vì vậy bộ truyền đai đặt liền với động cơ.
Đai thang loại B có các kích thớc tiết diện nh sau:
a

o
= 19
h = 13,5
a = 22
h
0
= 4,8
F = 230 mm
2
3.5.2. Xác định đờng kính bánh đai:
Căn cứ vào đờng kính bánh đai chủ động đã chọn ta xác định đờng kính bánh đai bị
động theo công thức:
D
2
= i
đ
* D
1
*(1- x)
Trong đó:
i
đ
= 2,9 là tỷ số truyền bộ truyền đai
x = 0,02 là hệ số trợt của đai thang
Từ đó tính đợc: D
2
= 2,9 * 250 * (1- 0,02) = 710,5 [mm]
Tra bảng tiêu chuẩn 5-15 [2] ta chọn D
2
= 710 mm

Số vòng quay n
2
của bánh đai bị dẫn đợc xác định theo công thức:
D
1
*n
1
x
250 * 1470
D
2
710
n
2
= 507,25 [v/p]
3.5.3. Xác định khoảng cách trục (A) và chiều dài đai (L)
Sơ bộ chọn khoảng các trục (A): khoảng các trục A sơ bộ lấy bằng D
2
thì:
A = D
2
= 710 [mm]
Xác định chiều dài đai theo công thức (5-1)[2]
p (D
2

D
1
)
2

2 4A
3,14 (710-250)
2
2 4* 710
Theo tiêu chuẩn bảng 5-12 [2] chọn chiều dài đai hình thang loại b là L= 3000 [mm]
Tính chính xác khoảng cách trục A theo công thức 5-2 [2]
1
pệp
8
1
ệ
8
A = 709 [mm]
Khoảng cách trục A phải thoả mãn điều kiện
0,55 (D
2
+ D
1
) + h Ê A Ê 2(D
2
+ D
1
)
0,55 (250+710) +13,5 Ê A Ê 2 (710+250)
541,5 Ê A Ê 1920
Kết luận: chọn đợc đai có L = 3000 mm và A = 709 mm
Vậy chọn chính xác khoảng cách trục giữa 2 bánh đai là A =709 [mm]
Để tiện cho ciệc tháo lắp thì về mặt kết cấu cần bố trí bộ truyền sao cho có thể di động bánh
đai theo 2 phía.
45 Khi tháo lắp ta giảm khoảng cách trục một khoảng bằng:

0,015L = 0,015 * 3000 = 45 [mm]
46 Khi làm căng đai ta tăng thêm khoảng cách trục một khoảng để tạo lực căng nh sau
0,03L = 0,03 * 3000 = 90 [mm]
Kiểm nghiệm số vòng chạy của đai trong một giây theo công thức:
V 19,2
L 3000
Thoả mãn điều kiện U < U
max
= 10 [1/s]
3.5.4. Kiểm nghiệm góc ôm:
47 Góc ôm trên bánh đai nhỏ:
a
D
2

D
1
A
a
710
250
709
1 thoả mãn yêu cầu góc ôm a
1
120
o
3.5.5. Xác định số đai cần thiết z:
Số đai z đợc xác định theo điều kiện tránh xảy ra trợt trơn giữa đai và bánh đai, theo
công thức:
FCvCxCtpV

N
z
****][
1000
0


Trong đó: N = 40 [KW]
V = 19,2 [m/s]
F = 230 [mm
2
]
Ct: hệ số xét đén ảnh hởng của chế độ tải trọng [2]: lấy Ct=0,6
Ca : hệ số xét đến ảnh hởng của góc ôm (tra bảng 5-18 [2]): lấy Ca=0,94
Cv: hệ số xét đến ảnh hởng của vận tốc (tra bảng 5-19 [2]): lấy Cv=0,84
[sp]
o
: ứng suất có ích cho phép [N/mm
2
]: để định [sp]
o
phải chọn trớc ứng suất căng
ban đầu s
o
= 1,2 [N/mm
2
] và trị số D
1
= 250 [mm] (tra bảng 5-17 [2]) tìm đợc:
[sp]

o
= 1,84 [N/mm
2
]
39,10
230*84,0*94,0*6,0*84,1*2,19
40*1000
=
z
3.5.6. Định kích thớc chủ yếu bánh đai:
48 Chiều rộng đai: B = (z-1)t +2s
Với đai hình thang loại B có:
z = 10 ; t = 26 ; s = 17 ; h
o
= 6
B = (10 1)26 +2,17 = 268 [mm]
49 Đờng kính ngoài bánh đai:
Dn
1
= D
1
+ 2h
o
= 250 + 2 * 6 = 262 [mm]
Dn
2
= D
2
+ 2h
o

= 710 + 2 * 6 = 262 [mm]
3.5.7. Tính lực căng ban đầu và lự tác dụng lê trục:
3 Lực căng ban đầu S
o
: S
o
= s
o
* F
Trong đó:
s
o
là ứng suất ban đầu: s
o
= 1,2 [N/mm
2
]
F là tiết diện 1 đai: F = 230 [mm
2
]
=> S
o
= 1,2 * 230 = 276 [N]
4 Lực tác dụng liên tục:
R = 3 * S
o
* z * sin
2
1


= 3 * 276 * 10 * sin
2
143
o
=> R = 7852 [N]
Chơng iv
Tính bền các chi tiết
Sau khi xác định đợc các thông số cơ bản của máy nh góc kẹp đá công suất, số vòng
quay của động cơ, đờng kính (D) và chiều dài (L) tang nghiền. Ta phải tính bền các chi tiết
máy theo điều kiện làm việc của tong chi tiết đó đảm bảo cho chi tiết máy làm việc thoả mãn
các điều kiện về độ bền, cờng độ và độ ổn định.v.v
Có bảng số liệu tính toán đợc nh sau:
Trục
Thông số
Trục động cơ I II III
i i
đai
= 2,9 i
brt
= 4,37 i
brđt
= 1
n[v/p] 1470 507,25 116 116
N[KW] 40 38,2 36,1 34,1
M[Nmm] 259864 719191,7 2972026 2807370,69
5 Tỷ số truyền của bộ truyền đai:
i
đai
=
I

dc
n
n
=
I
n
1470
=2,9
1 n
I
=
9.2
1470
= 507,25 [v/p]
1 n
I
: số vòng quay của trục I trong một phút
1 Công suất trên trục I

N
I
= N
đc
*h
đai
*h
đổ
= 40 * 0,96 * 0,995 ằ 38,2 [KW]
52 Momen xoắn trên trục I:
M

XI
=
I
I
6
n
N*10*55,9
=
25,507
2,38*10*55,9
6
ằ 719191,7 [Nmm]
* Tỷ số truyền của cặp bánh răng trụ:
i
brt
=
II
I
n
n
= 4,37
53 Số vòng quay của trục II trong một phút:
n
II
=
37,4
n
I
=
37,4

25,507
ằ 116 [v/p]
54 Công suất trên trục II:
N
II
= N
I
*h
brt
*h
ổ
= 38,2 * 0,95 * 0,995 ằ 36,1 [KW]
55 Mômen xoắn trên trục II:
M
XII
=
II
II
6
n
N*10*55,9
=
116
1,36*10*55,9
6
ằ 2972026 [Nmm]
* Tỷ số truyền của cặp bánh răng đặc biệt:
i
brđb
=

III
II
n
n
= 1
56 Số vòng quay của trục III trong vòng một phút:
n
III
= n
II
= 116 [v/p]
57 Công suất trên trục:
N
III
= N
II
*h
brđb
*h
ổ
= 36,1* 0,95*0,995 ằ 34,1 [KW]
58 Mômen xoắn trên trục III:
M
XIII
=
III
III
6
n
N*10*55,9

=
116
1,34*10*55,9
6
= 2807370,69 [Nmm]
4.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
4.1.1. Công dụng, chế độ làm việc của bộ truyền:
59 Là bộ phận của máy dùng để truyền chuyển động từ bánh đai lớn đến cặp bánh răng
đặc biệt.
59 Công suất truyền N = 36,1 [KW]
59 Số vòng quay của bánh răng nhỏ trong một phút:
n
1
= 507,25 [v/p]
62 Số vòng quay của bánh răng lớn trong một phút:
n
2
= 116 [v/p]
63 Tỷ số truyền i = 4,37
63 Làm việc trong 5 năm, mỗi năm 300 ngày, mỗi ngày làm việc 12 giờ
63 Tải trọng thay đổi theo chu kỳ (biểu đồ quan hệ giữa mômen và thời gian)
2-3 s
4.1.2. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng và cách nhiệt luyện:
Máy làm việc ở chế độ làm việc nặng, bộ truyền để hở, tốc độ quay của bánh nhỏ n
1
=
507,25 [v/p], của bánh lớn n
2
= 116 [v/p]
2 Ta chọn vật liệu bánh nhỏ là thép 45 tôi cải thiện.

Vật liệu bánh lớn là thép 45 thờng hoá.
6 Cơ tính của hai loại thép:
6 Thép 45 tôi cải thiện có:
Giới hạn bền kéo: s
bk
= 750 [N/mm
2
]
Giới hạn chảy: s
ch
= 350 [N/mm
2
]
Độ rắn: HB = 210
67 Thép 45 thờng hoá có:
Giới hạn bền kéo: s
bk
= 560 [N/mm
2
]
Giới hạn chảy: s
ch
= 280 [N/mm
2
]
Độ rắn: HB = 180
4.1.3. Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép:
* ứng suất tiếp xúc cho phép [s]
tx
[s]

tx
= [s]
NOTX
* K
N
Trong đó:
. [s]
NOTX
:

ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài [N/mm
2
]. Tra bảng (3-9)
[2] có [s]
NOTX
= 2,6HB
. K
N
: hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc
K
N
=
6
td
o
N
N
Trong đó:
. N
o

: số chu kỳ cơ sở của đờng cong mỏi tiếp xúc, N
o
ằ 10
7
. N
tđ
:Số chu kỳ tơng đơng (khi chịu tải trọng thay đổi),
N
tđ
= 60*U







maxM
M
i
3
*n
i
* T
i

Trong đó:
. M
i
,n

i
, T
i
: mômen xoắn, số vòng quay trong vòng một phút và tổng số giờ bánh
răng làm việc ở chế độ i
. Mmax: Mômen xoắn lớn n hất tác dụng lên bánh răng.
Từ biểu đồ quan hệ giữa mômen và thời gian:
Với yêu cầu làm việc 5 năm, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ngày làm 12 giờ.
2-3s
Với U = 1 là số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng, ta có:
N
tđ
= 60*116*5*300*12*(1
3
+0,3+0,5
3
*0,7)
N
tđ
= 48,5*10
6
> N
o
= 10
7
Vậy lấy K
N
= 1
3 ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:
[s]

tx2
= 2,6 *180 = 468 [N/mm
2
]
4 ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:
[s]
tx1
= 2,6 *110 = 546 [N/mm
2
]
Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là [s]
tx2
= 468 [N/mm
2
]
* Tính ứng suất uốn cho phép:
Khi răng làm việc một mặt, thì:
[s]
u
=


K*n
'K*
No
ằ



K*n

'K**)6,14,1(
N1
Trong đó:
. s
o
, s
-1
: giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động và trong chu kỳ đối xứng. Đối với thép s
-1
= (0,4 0,45)* s
bk
. n: hệ số an toàn. Hệ số an toàn đối với bánh răng bằng thép đúc thờng hoá hoặc tôi cải thiện
n ằ 1,8
. K
s
: hệ số tập trung ứng suất ở chân răng, lấy K
s
. K
N
: hệ số chu kỳ ứng suất uốn, K
N
=
m
td
o
N
N
Trong đó:
m: bậc đờng cong mỏi uốn, lấy m ằ 6
N

o
ằ 5*10
6
N
tđ
= 60*U*







maxM
M
i
m
*n
i
* T
i
= 60*U*







maxM

M
i
6
*n
i
* T
i
5 Số chu kỳ tơng đơng của bánh lớn:
N
tđ2
= 60*116*5*300*12*(1
9
*0,3+0,5
6
*0,7) ằ 38,9*10
6
Số chu kỳ tơng đơng của bánh nhỏ:
N
tđ1
= N
tđ2
* i = 38,9*10
6
*4,37 ằ 170,2*10
6
Vậy cả N
tđ1
và N
tđ2
đều lớn hơn N

o
= 5*10
6
Lấy K
N
= 1, tính đợc:
7 ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ:
[s]
u1
=
8,1*8,1
750*45,0*6,1
ằ 166,7 [N/mm
2
]
8 ứng suất uốn cho phép của bánh lớn:
[s]
u1
=
8,1*8,1
560*45,0*6,1
ằ 124,4 [N/mm
2
]
4.1.4. Sơ bộ chọn hệ số tải trọng: K = 1,3
4.1.5. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: y
A
=
A
b

= 0,2
4.1.6. Tính khoảng cách (A) giữa hai trục của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn:
A (i+1)
[ ]
3
2A
2
tx
6
n*
N*K
*
i*
10*05,1










A (4,37+1)
3
2
6
116*2,0
2,38*3,1

*
37,4*468
10*05,1








ằ 443,7 [mm]
Sơ bộ chọn A = 500[mm]
4.1.7. tính vận tốc vòng V của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
V =
)1i(*1000*60
n*A**2
1
+

Trong đó:
n
1
: số vòng quay của bánh nhỏ trong 1 phút, lấy n
1
= 507,25 [v/p]
n
2
: số vòng quay của bánh lớn trong 1 phút, lấy n
2

= 116 [v/p]
9 V =
)137,4(*1000*60
25,507*500*14,3*2
+
ằ 4,94 [mm]
Vậy với vận tốc này, theo bảng 3-11 [2] có thể chọn cấp chính xác chế tạo:8
4.1.8. Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng các trục A:
Hệ số tải trọng K đợc tính theo công thức: K = K
H
* K
đ
Trong đó:
K
H
: hệ số tập trung tải trọng, K
H
=
2
1K
ttbang
+
K
tt bảng
: hệ số tập trung tải trọng khi bộ truyền không chạy mòn (tra bảng 3-12 phụ
thuộc vào y
d
:
y
d

= y
A
*
2
1i
+
= 0,2 *
2
137,4 +
* 0,537
Với trục ít cứng, ổ trục không đối xứng so với bánh răng chọn:
K
tt bảng
= 1,15
K
đ
: hệ số tải trọng động. Hệ số này đợc chọn theo cấp chính xác 8. Vận tốc vòng V =
5[m/s], độ rắn HB < 350. Với răng đợc vát dần đầu, chọn theo bảng 3-14 [2] đợc K
đ
= 1,3
* Tính sai số của K so với K sơ bộ theo công thức:
K
KK
sobo

*100 =
495,1
3,1495,1

*100 = 13% > 5%

10 Cần tính lại khoảng cách A theo công thức:
A = A
sơ bộ

3
sobo
K
K
= 500
3
3,1
495,1
ằ 523,8 [mm]
Lấy A = 523[mm]
4.1.9. Xác định mô-đun, số răng, chiều rộng bánh răng:
* Mô-đun:
m
n
= (0,01 á 0,02)*A = (0,01 á 0,02)*523
m
n
= 5,23 á 10,46
Lấy: m
n
= 8
* Số răng bánh nhỏ:
Z
1
=
)1i(m

A2
+
=
)137,4(*8
523*2
+
ằ 24,35
Lấy Z
1
= 25
* Số răng bánh lớn:
Z
2
= i * Z
1
= 4,37 * 25 = 109,25
Z = 110
* Chiều rộng bánh răng:
b = y
A
*A= 0,2 * 523 = 104,6[mm]
* Lấy chiều rộng bánh nhỏ bằng chiều rộng bánh lớn:
b
1
= b
2
= 110 [mm]
4.1.10. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
Kiểm nghiệm ứng suất uốn sinh ra trong chân răng theo công thức:
s

u
=
b*n*z*m*y
N*K*10*1,19
2
6
Trong đó:
m: mô-đun pháp của bánh răng thẳng
y, z, n: hệ số dạng răng, số răng, số vòng quay trong một phút của
bánh răng đang tính.
N: công suất của bộ truyền [KW]
b: chiều rộng bánh răng [mm]
với m = 8, K = 1495, N= 38,2 [KW], b= 110[mm], ta tính đợc nh sau:
68 ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ: với z
1
= 25, tra bảng 3-18 [2], lấy y
2
= 0,429
=> s
u1
=
25,507*110*25*8*429,0
2,38*495,1*10*1,19
2
6
= 28,48 [N/mm
2
]
69 ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn: với z
2

= 110, tra bảng 3-18 (Hớng dẫn thiết kế
chi thiết máy - Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm), lấy y
2
= 0,517
=> s
u2
= s
u1
*
2
1
y
y
= 28,48*
517,0
429,0
ằ 23,6 [N/mm
2
]
Vậy: s
u1
, s
u2
< [s]
u2
= 124,4[N/mm
2
]
Kết luận: bánh răng tính toán thoả mãn điều kiện bền uốn
4.1.11. Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột:

Lúc mở máy, hãm máy.v.v bánh răng chịu quá tải trong khoảng thời gian rất ngắn. ta
phải kiểm nghiệm theo các tiêu chuẩn sau:
* ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:
Công thức kiểm nghiệm:
s
txqt
=
i*A
10*05,1
6
2
3
n*b
N*K*)1i( +

qt
K
Ê [s]
txqt
Trong đó:
K = 1,495
N = 38,2 [KW]
K
qt
: hệ số quá tải, K
qt
=
M
M
qt

=1,8
M: Mômen xoắn danh nghĩa
M
qt
: Mômen xoắn quá tải (M
qt
=1,8M)
[s]
txqt
: ứng suất tiếp xúc cho phép quá tải
70 ứng suất tiếp xúc cho phép quá tải của bánh nhỏ:
[s]
txqt1
= 2,5 * [s]
tx1
= 2,5*546 = 1365 [N/mm
2
]
71 ứng suất tiếp xúc cho phép quá tải của bánh lớn :
[s]
txqt2
= 2,5 * [s]
tx2
= 2,5*468 = 1170 [N/mm
2
]
Để bánh răng thiết kế thoả mãn điều kiện này thì:
[s]
txqt
Ê [s]

txqt2
= 1170 [N/mm
2
]
=> có: [s]
txqt
=
37,4*523
10*05,1
6
116*110
8,1*2,38*495,1*)137,4
3
+
= 513 [N/mm
2
]
[s]
txqt
= 513 < [s]
txqt2
= 1170 [N/mm
2
]