I. Tổng quan về thiết kế hệ thống dẫn động xích tải
Đồ án chi tiết máy về thiết kế hệ thống dẫn động xích tải là một dự án quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí. Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp vận chuyển, xử lý vật liệu và sản xuất. Đối với phương án số 21, hệ thống dẫn động được thiết kế với công suất 8 kW, tốc độ trục xích tải 55 v/ph và thời gian phục vụ 3 năm. Việc thiết kế cần đảm bảo hiệu suất cao, độ bền và an toàn trong quá trình hoạt động. Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải đòi hỏi các tính toán chi tiết về lựa chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền và kiểm tra độ bền của các bộ truyền.
1.1. Đặc điểm của hệ thống dẫn động xích tải
Hệ thống dẫn động xích tải hoạt động với sơ đồ tải trọng thay đổi, yêu cầu lựa chọn động cơ điện dựa trên công suất đẳng trị. Hệ thống gồm động cơ, bộ truyền đai thang, hộp giảm tốc bánh răng trụ đồng trục và các ổ lăn. Hiệu suất truyền động chung được tính từ các thành phần: nối trục di động (0,95), bộ truyền đai (0,99), ổ lăn (0,97) và bánh răng (0,97), cho tổng hiệu suất khoảng 0,88.
1.2. Các yêu cầu thiết kế chính
Thiết kế hệ thống dẫn động phải đáp ứng công suất 8 kW với độ tin cậy cao trong 3 năm hoạt động. Tỷ số truyền chung 𝑢𝑐ℎ = 26,4 được phân phối giữa bộ truyền đai (𝑢𝑑 = 2,86) và hộp giảm tốc (𝑢ℎ𝑔𝑡 = 9,24). Động cơ 4A132M4Y3 với công suất 11 kW được lựa chọn để đảm bảo khả năng vận hành ổn định.
II. Lựa chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền
Quá trình lựa chọn động cơ điện cho hệ thống dẫn động xích tải bắt đầu từ việc xác định công suất cần thiết. Do hoạt động với sơ đồ tải thay đổi, công suất cần thiết được tính từ công suất đẳng trị. Với các thông số T₁ = T, T₂ = 0,4T, thời gian hoạt động khác nhau, công suất đẳng trị là 6,08 kW. Tỷ số truyền chung được xác định từ tỷ số giữa tốc độ động cơ và tốc độ trục xích tải. Động cơ 4A132M4Y3 với tốc độ 1458 v/ph được chọn, cho phép tốc độ trục thứ nhất là 550,16 v/ph.
2.1. Xác định công suất và tốc độ động cơ
Công suất động cơ phải lớn hơn công suất đẳng trị nhân với hệ số tính toán: 𝑃𝑐đ ≥ 6,08 × 1,25 = 7,6 kW. Sau kiểm tra, công suất làm việc tối đa trên trục I là 7,88 kW, vượt quá công suất động cơ ban đầu. Do đó, động cơ 4A132M4Y3 với công suất 11 kW được lựa chọn, đảm bảo độ tin cậy cao.
2.2. Phân phối tỷ số truyền cho các cấp
Tỷ số truyền hộp giảm tốc được chọn 𝑢ℎ𝑔𝑡 = 10, sau đó tính lại thành 9,24. Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ đồng trục, hai cấp có tỷ số truyền bằng nhau: 𝑢₁ = 𝑢₂ = √10 = 3,16. Tỷ số truyền bộ truyền đai là 2,86, đảm bảo phân phối công suất hợp lý.
III. Thiết kế bộ truyền đai thang
Bộ truyền đai thang là thành phần quan trọng trong hệ thống dẫn động xích tải, chịu trách nhiệm truyền công suất từ động cơ đến hộp giảm tốc. Lựa chọn loại đai thang B dựa trên công suất 11 kW và tốc độ 1458 v/ph. Đường kính bánh đai nhỏ được chọn 160 mm để đảm bảo tỷ số truyền 2,86 và vận tốc đai 12,21 m/s. Khoảng cách trục được tính từ công thức hình học, chọn giá trị 443,9 mm. Chiều dài đai tiêu chuẩn là 1800 mm, đảm bảo độ bền và độ chính xác yêu cầu.
3.1. Tính toán các thông số bộ truyền đai
Đường kính bánh đai được xác định từ công suất và tốc độ. Bánh đai nhỏ d₁ = 160 mm, bánh đai lớn d₂ = 400 mm cho tỷ số truyền u = 2,5. Vận tốc đai v₁ = 12,21 m/s phù hợp với điều kiện làm việc. Khoảng cách trục a = 443,9 mm được tính từ công thức: a = (k + √(k² - 8Δ²))/4.
3.2. Kiểm tra góc ôm đai và các hệ số
Góc ôm đai α₁ ≈ 149,18° được tính từ công thức: α₁ = 180° - 57(d₂ - d₁)/a. Hệ số xét ảnh hưởng góc ôm Cα = 0,92. Hệ số vận tốc Cv = 0,97. Hệ số tỷ số truyền Cu = 1,14 (u = 2,5 ≥ 2,5), đảm bảo khả năng truyền tải công suất.
IV. Hộp giảm tốc bánh răng trụ đồng trục
Hộp giảm tốc bánh răng trụ đồng trục là cốt lõi của hệ thống dẫn động xích tải, thực hiện giảm tốc từ 550,16 v/ph xuống 55 v/ph với tỷ số truyền 10. Thiết kế hộp giảm tốc yêu cầu tính toán chi tiết về bánh răng, trục, ổ lăn và thân hộp. Công suất truyền qua hộp giảm tốc là 7,88 kW trên trục vào. Moment xoắn được tăng lên theo tỷ số truyền: trục II có moment 449.798,96 Nmm, trục III có moment 1.512.372,72 Nmm. Tính toán bánh răng phải đảm bảo các điều kiện về độ bền mặt răng, độ bền gốc răng và độ cứng.
4.1. Tính toán bánh răng trụ
Bánh răng trụ trong hộp giảm tốc được thiết kế với tỷ số truyền u₁ = u₂ = 3,16 cho mỗi cấp. Moment xoắn tăng từ 136.775,71 Nmm (trục động cơ) đến 1.512.372,72 Nmm (trục xích tải). Thiết kế bánh răng xem xét độ bền bề mặt theo tiêu chí Hertz và độ bền gốc theoBach.
4.2. Thiết kế trục và ổ lăn hộp giảm tốc
Trục hộp giảm tốc được thiết kế để chịu moment xoắn và lực ngang từ bánh răng. Lựa chọn ổ lăn phù hợp với tải trọng và vận tốc. Hiệu suất ổ lăn là 0,97 cho bốn cặp. Độ bền của trục được kiểm tra theo tiêu chí mệt vật liệu, đảm bảo tuổi thọ 3 năm hoạt động.
