Đồ án chi tiết máy: Thiết kế hệ dẫn động băng tải

I. Tổng Quan Đồ Án Thiết Kế Hệ Dẫn Động Băng Tải HUST

Đồ án chi tiết máy là môn học then chốt trong ngành cơ khí, trang bị cho sinh viên cái nhìn thực tế về kiến thức đã học. Đồ án thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng và bộ truyền đai. Quá trình tính toán thiết kế dựa trên các tài liệu chuyên ngành như "Chi tiết máy" của GS.TS Nguyễn Trọng Hiệp và "Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí" của PGS.TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Uyển. Dù có nhiều nỗ lực, đồ án vẫn có thể tồn tại sai sót do hạn chế về kinh nghiệm. Rất mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô để hoàn thiện. Sinh viên xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của các thầy bộ môn, đặc biệt là thầy Nguyễn Trọng Du. Việc thiết kế băng tải đòi hỏi sự am hiểu sâu sắc về chi tiết máy, nguyên lý máy và cơ học kỹ thuật. Mục tiêu là tạo ra một hệ thống vận hành ổn định, hiệu quả và an toàn. Các bước thực hiện bao gồm chọn động cơ, tính toán thiết kế các bộ truyền động, chọn vật liệu, kiểm tra sức bền và thiết kế kết cấu. Cuối cùng, cần chú trọng đến lắp ghép, bôi trơn và dung sai để đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống. Các phần mềm tính toán và vẽ như Autocad, Solidworks được sử dụng để hỗ trợ quá trình thiết kế. Tiêu chuẩn thiết kế và sổ tay thiết kế đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính chính xác và tuân thủ các quy định kỹ thuật.

1.1. Mục Tiêu Và Phạm Vi Của Đồ Án Chi Tiết Máy

Đồ án tập trung vào thiết kế hệ dẫn động cho băng tải, bao gồm việc lựa chọn động cơ điện, thiết kế hộp giảm tốc và bộ truyền động phù hợp. Phạm vi nghiên cứu bao gồm tính toán sức bền vật liệu, lựa chọn vật liệu chế tạo, và thiết kế các chi tiết máy như trục, ổ lăn, khớp nối, và tang băng tải. Các yêu cầu về năng suất băng tải, tốc độ băng tải, và chiều dài băng tải được xem xét để đảm bảo hệ thống đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

1.2. Vai Trò Của Hệ Dẫn Động Trong Băng Tải Công Nghiệp

Hệ dẫn động đóng vai trò then chốt trong việc truyền lực từ động cơ điện đến băng tải, đảm bảo tốc độ băng tải và năng suất băng tải yêu cầu. Hệ thống này bao gồm các bộ phận như hộp giảm tốc, bộ truyền động, trục, ổ lăn, và các chi tiết máy khác. Hiệu suất của hệ dẫn động ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống băng tải. Việc lựa chọn và thiết kế hệ dẫn động phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo băng tải hoạt động ổn định, bền bỉ và hiệu quả.

1.3. Tổng Quan Về Các Bước Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động

Quá trình thiết kế bao gồm các bước: (1) chọn động cơ điện, (2) tính toán thiết kế các bộ truyền động (đai, bánh răng), (3) chọn vật liệu, (4) kiểm tra sức bền vật liệu, (5) thiết kế kết cấu, và (6) chú trọng đến lắp ghép, bôi trơn và dung sai. Các phần mềm tính toán và vẽ như Autocad, Solidworks được sử dụng để hỗ trợ quá trình thiết kế. Tiêu chuẩn thiết kế và sổ tay thiết kế đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính chính xác và tuân thủ các quy định kỹ thuật. Quá trình này cần tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

II. Cách Chọn Động Cơ Phân Bổ Động Học Cho Băng Tải HUST

Quy trình chọn động cơ điện gồm tính toán thiết kế công suất cần thiết, xác định sơ bộ số vòng quay, và lựa chọn động cơ phù hợp với yêu cầu quá tải, moment mở máy và phương pháp lắp đặt. Công suất làm việc trên trục công tác được tính dựa trên lực kéo và vận tốc băng tải. Hiệu suất chung của hệ thống được xác định dựa trên hiệu suất của các bộ phận như ổ lăn, khớp nối, bộ truyền động, và bộ truyền đai. Tốc độ quay sơ bộ của động cơ được tính toán dựa trên tốc độ quay trục máy công tác và tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống. Việc phân phối tỉ số truyền cho bộ truyền trong và bộ truyền ngoài cần được thực hiện một cách hợp lý để đảm bảo hiệu quả truyền động.

2.1. Phương Pháp Xác Định Công Suất Động Cơ Cần Thiết

Công suất cần thiết của động cơ điện phụ thuộc vào tải trọng băng tải, tốc độ băng tải, và hiệu suất hệ dẫn động. Công thức tính công suất làm việc trên trục công tác là P = F * v / 1000, trong đó F là lực kéo đai tải và v là vận tốc di chuyển của đai tải. Hiệu suất hệ thống được tính bằng tích các hiệu suất thành phần của ổ lăn, khớp nối, bánh răng, và bộ truyền đai. Việc tính toán chính xác công suất giúp lựa chọn động cơ điện phù hợp, tránh lãng phí năng lượng và đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.

2.2. Xác Định Số Vòng Quay Sơ Bộ Của Động Cơ Điện

Tốc độ quay sơ bộ của động cơ điện được xác định dựa trên tốc độ quay của trục máy công tác và tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống. Công thức tính là nsb = nlv * usb, trong đó nsb là tốc độ quay sơ bộ, nlv là tốc độ quay trục máy công tác, và usb là tỉ số truyền sơ bộ. Tỉ số truyền chung được tính bằng tích của tỉ số truyền của bộ truyền ngoài và bộ truyền trong. Việc xác định đúng tốc độ quay sơ bộ giúp lựa chọn động cơ điện có thông số phù hợp, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của băng tải.

2.3. Cách Phân Phối Tỉ Số Truyền Cho Bộ Truyền Động

Tỉ số truyền chung của hệ thống được phân phối cho bộ truyền trong và bộ truyền ngoài. Việc phân phối này ảnh hưởng đến hiệu suất hệ dẫn động, kích thước các bộ phận, và độ bền của hệ thống. Tỉ số truyền của bộ truyền đai và hộp giảm tốc cần được lựa chọn sao cho phù hợp với yêu cầu về tốc độ băng tải, mô-men xoắn, và điều kiện làm việc. Các thông số kỹ thuật của bộ truyền động cần được tính toán thiết kế cẩn thận để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

III. Phương Pháp Tính Toán Thiết Kế Bộ Truyền Đai Băng Tải HUST

Việc tính toán thiết kế bộ truyền đai bao gồm chọn loại đai, xác định tiết diện, tính toán đường kính bánh đai, khoảng cách trục, số lượng đai và lực căng ban đầu. Loại đai thang thường được sử dụng cho băng tải. Các thông số của bộ truyền được xác định dựa trên công suất, tốc độ, và tỉ số truyền. Khoảng cách trục được tính toán thiết kế để đảm bảo góc ôm trên bánh đai nhỏ đủ lớn. Lực căng ban đầu được xác định để đảm bảo khả năng truyền lực của đai.

3.1. Lựa Chọn Loại Đai Và Tiết Diện Đai Phù Hợp

Việc lựa chọn loại đai và tiết diện đai phụ thuộc vào công suất, tốc độ, và điều kiện làm việc của băng tải. Đai thang thường được sử dụng cho băng tải do khả năng truyền lực tốt và độ bền cao. Tiết diện đai được chọn dựa trên đồ thị quan hệ giữa công suất và tốc độ quay. Các yếu tố như vật liệu đai, môi trường làm việc, và tuổi thọ yêu cầu cũng cần được xem xét để đảm bảo lựa chọn phù hợp.

3.2. Tính Toán Đường Kính Bánh Đai Và Khoảng Cách Trục

Đường kính bánh đai được chọn dựa trên giới hạn đường kính và vận tốc đai. Khoảng cách trục được tính toán thiết kế để đảm bảo góc ôm trên bánh đai nhỏ đủ lớn. Công thức tính đường kính bánh đai lớn là d2 = u * d1 * (1 - epsilon), trong đó u là tỉ số truyền, d1 là đường kính bánh đai nhỏ, và epsilon là hệ số trượt. Việc tính toán thiết kế chính xác các thông số này giúp đảm bảo hiệu quả truyền lực và tuổi thọ của bộ truyền đai.

3.3. Xác Định Số Lượng Đai Và Lực Căng Ban Đầu

Số lượng đai được xác định dựa trên công suất cần truyền và các hệ số ảnh hưởng như hệ số tải trọng động, hệ số góc ôm, hệ số chiều dài đai, và hệ số tỉ số truyền. Lực căng ban đầu được tính toán thiết kế để đảm bảo khả năng truyền lực của đai và tránh trượt. Công thức tính lực căng ban đầu là F0 = (780 * P1 * Kd / v) + Fv, trong đó P1 là công suất trên trục bánh chủ động, Kd là hệ số tải trọng động, v là vận tốc đai, và Fv là lực căng do lực li tâm sinh ra.

IV. Hướng Dẫn Thiết Kế Bộ Truyền Bánh Răng Trụ Răng Nghiêng HUST

Việc thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng bao gồm chọn vật liệu, xác định ứng suất cho phép, và tính toán thiết kế các thông số cơ bản. Vật liệu bánh răng được chọn dựa trên độ bền, độ cứng, và khả năng chịu mài mòn. Ứng suất cho phép được xác định dựa trên giới hạn bền và hệ số an toàn. Các thông số cơ bản như khoảng cách trục, mô-đun, số răng, và góc nghiêng được tính toán thiết kế để đảm bảo khả năng truyền lực và tuổi thọ của bộ truyền.

4.1. Chọn Vật Liệu Bánh Răng Và Xác Định Ứng Suất Cho Phép

Vật liệu bánh răng được chọn dựa trên độ bền, độ cứng, và khả năng chịu mài mòn. Thép 45 thường được sử dụng cho bánh răng với chế độ nhiệt luyện tôi cải thiện. Ứng suất cho phép được xác định dựa trên giới hạn bền và hệ số an toàn. Các yếu tố như tuổi thọ yêu cầu, chế độ tải trọng, và môi trường làm việc cũng cần được xem xét để đảm bảo lựa chọn phù hợp.

4.2. Tính Toán Khoảng Cách Trục Mô đun Và Số Răng

Khoảng cách trục được tính toán thiết kế dựa trên công thức aw = Ka * (u + 1) * sqrt[3](T1 * KHbeta / ([sigmaH]^2 * u * psiba)), trong đó Ka là hệ số phụ thuộc vật liệu, T1 là mô-men xoắn, KHbeta là hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng, [sigmaH] là ứng suất cho phép, u là tỉ số truyền, và psiba là hệ số chiều rộng vành răng. Mô-đun được chọn dựa trên khoảng cách trục. Số răng được tính toán thiết kế để đảm bảo tỉ số truyền yêu cầu.

4.3. Xác Định Góc Nghiêng Và Hệ Số Dịch Chỉnh

Góc nghiêng được chọn để tăng độ bền và giảm tiếng ồn. Hệ số dịch chỉnh được sử dụng để cải thiện khả năng ăn khớp và tăng độ bền của răng. Góc ăn khớp được tính toán thiết kế dựa trên góc nghiêng và góc tiêu chuẩn. Các thông số này cần được tính toán thiết kế cẩn thận để đảm bảo hiệu quả truyền lực và tuổi thọ của bộ truyền bánh răng.

V. Cách Chọn Khớp Nối Tính Trục Then Và Ổ Lăn HUST

Quy trình chọn khớp nối, tính trục, then và ổ lăn là khâu quan trọng trong thiết kế hệ dẫn động. Khớp nối được chọn để truyền lực từ động cơ điện đến trục của hộp giảm tốc. Trục được tính toán thiết kế để chịu lực xoắn và lực uốn. Then được sử dụng để liên kết các chi tiết trên trục. Ổ lăn được chọn để đỡ trục và giảm ma sát.

5.1. Chọn Khớp Nối Phù Hợp Với Tải Trọng Và Tốc Độ

Khớp nối được chọn dựa trên mô-men xoắn cần truyền, tốc độ quay, và điều kiện làm việc. Khớp nối vòng đàn hồi thường được sử dụng cho băng tải do khả năng giảm rung và chịu tải tốt. Các thông số như đường kính, chiều dài, và số lượng chốt cần được xem xét để đảm bảo lựa chọn phù hợp.

5.2. Tính Toán Thiết Kế Trục Để Chịu Lực Uốn Và Xoắn

Trục được tính toán thiết kế để chịu lực uốn và lực xoắn. Vật liệu trục thường là thép 45 tôi cải thiện. Đường kính trục được tính toán thiết kế dựa trên mô-men xoắn, ứng suất cho phép, và hệ số an toàn. Các yếu tố như rãnh then, lỗ khoan, và bậc trục cũng cần được xem xét để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của trục. Phải kiểm tra sức bền vật liệu của trục.

5.3. Lựa Chọn Và Kiểm Nghiệm Then Và Ổ Lăn

Then được sử dụng để liên kết các chi tiết trên trục. Then được chọn dựa trên đường kính trục và mô-men xoắn. Ổ lăn được chọn để đỡ trục và giảm ma sát. Ổ lăn được chọn dựa trên tải trọng, tốc độ, và tuổi thọ yêu cầu. Các yếu tố như loại ổ lăn, kích thước, và cấp chính xác cần được xem xét để đảm bảo lựa chọn phù hợp.

VI. Đánh Giá Mức Độ Làm Việc Kết Luận Đồ Án Băng Tải HUST

Đánh giá mức độ làm việc của hệ thống dựa trên các tiêu chí như hiệu suất, độ tin cậy, và tuổi thọ. Kết luận đồ án cần tóm tắt các kết quả tính toán thiết kế, đánh giá các ưu nhược điểm của hệ thống, và đề xuất các hướng cải tiến trong tương lai.

6.1. Các Tiêu Chí Đánh Giá Hiệu Quả Hoạt Động Của Hệ Thống

Hiệu quả hoạt động của hệ thống được đánh giá dựa trên các tiêu chí: hiệu suất hệ dẫn động, độ tin cậy, tuổi thọ, và khả năng đáp ứng yêu cầu về năng suất băng tải và tốc độ băng tải. Các yếu tố như tiêu thụ năng lượng, chi phí bảo trì, và mức độ ồn cũng cần được xem xét để đánh giá toàn diện.

6.2. Tóm Tắt Kết Quả Tính Toán Và Thiết Kế

Kết quả tính toán thiết kế cần được tóm tắt một cách rõ ràng và dễ hiểu. Các thông số quan trọng như công suất động cơ điện, tỉ số truyền, kích thước các bộ phận, và ứng suất cần được trình bày một cách hệ thống. Các bản vẽ kỹ thuật và sơ đồ cấu tạo cũng cần được đưa vào để minh họa thiết kế.

6.3. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Và Cải Tiến Trong Tương Lai

Đồ án cần đề xuất các hướng nghiên cứu và cải tiến trong tương lai. Các đề xuất này có thể liên quan đến việc sử dụng vật liệu mới, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu hóa thiết kế, và cải thiện hiệu suất hệ dẫn động. Các đề xuất cần có tính khả thi và mang lại lợi ích thiết thực.

Đồ án chi tiết máy: Thiết kế hệ dẫn động băng tải HUST (ĐHBK Hà Nội)

Lời Nói Đầu

1. PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI ĐỘNG HỌC

1.1. Phương pháp chọn động cơ

1.2. Xác định công suất động cơ

1.3. Xác định sơ bộ số vòng quay đông bộ

1.4. Phân bố tỉ số truyền

1.5. Tính toán các thông số trên trục

1.5.1. Tỉ số truyền

1.5.2. Tính tốc độ quay trên trục

1.5.3. Tính công suất trên các trục

1.5.4. Momen xoắn trên các trục

1.5.5. Lập bảng thông số hình học

2. PHẦN 2: Tính toán thiết kế bộ truyền đai

2.1. Chọn loại đai và tiết diện đai

2.2. Xác định các thông số của bộ truyền

2.2.1. Chọn đường kính hai bánh đai d1 và d2

2.2.2. Xác định khoảng cách trục a

2.3. Xác định số đai

2.4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

2.5. Lập bảng kết quả tính toán các thông số của đai thang

3. PHẦN 3: Tính thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

3.1. Chọn vật liệu bánh răng

3.2. Xác định ứng suất cho phép

3.3. Tính thiết kế

3.3.1. Xác đinh thông số cơ bản của bộ truyền

3.3.2. Xác định các thông số ăn khớp

3.3.3. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc

3.4. Kiểm tra độ bền uốn

3.5. Kiểm nghiệm về độ bền quá tải

3.6. Tổng kết các thông số bánh răng

4. PHẦN 4: Chọn khớp nối, tính trục, then và ổ lăn

4.1. Chọn khớp nối

4.2. Kiểm nghiệm khớp nối

4.3. Lực tác dụng lên trục

4.4. Chọn vật liệu chế tạo trục

4.5. Sơ đồ phân phối lực chung

4.6. Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực

4.7. Tính toán phản lực trên trục

4.7.1. Tính phản lực cho trục I

4.7.2. Tính chọn then

4.7.3. Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi và tĩnh

4.8. Tính toán phản lực trên trục

4.8.1. Tính phản lực cho trục II

4.8.2. Tính chọn then

4.8.3. Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi và tĩnh

4.9. Tính chọn và kiểm nghiệm ổ lăn trục 1

4.10. Tính chọn và kiểm nghiệm ổ lăn trục 2

5. PHẦN 5: THIẾT KẾ KẾT CẤU

5.1. Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và một số chi tiết

5.1.1. Vỏ hộp giảm tốc

5.1.2. Một số kết cấu liên quan đến cấu tạo vỏ hộp

5.1.3. Chốt định vị

5.2. Kiểm tra mức dầu

5.3. Các chi tiết khác

5.4. Kết cấu bánh răng

6. PHẦN 6: LẮP GHÉP, BÔI TRƠN VÀ DUNG SAI

6.1. Bôi trơn hộp giảm tốc

6.1.1. Bôi trơn trong hộp giảm tốc

6.1.2. Bôi trơn ngoài hộp

6.2. Dung sai và lắp ghép ổ lăn

6.3. Lắp bánh răng lên trục

6.4. Dung sai mối ghép then

6.5. Lắp ghép giữa nắp với ổ và bạc với trục

7. PHẦN 7: ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ LÀM VIỆC

8. PHẦN 8: KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO