Đồ án cơ sở thiết kế máy trục bị động - Đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án cơ sở thiết kế máy trục bị động: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế của máy trục bị động trong công nghiệp. Tài liệu tham khảo hữu ích.

• Trường học: Trường Đại học SPKT Hưng Yên
• Chuyên ngành: Cơ khí động lực
• Đề tài: Đồ án cơ sở thiết kế máy
• Loại tài liệu: Đồ án cơ sở
• Địa điểm: Hưng Yên

Mục lục chi tiết

• I. CHỌN ĐỘNG CƠ
• I.1. Chọn kiểu loại động cơ:
• I.1. Tính toán công suất :
• A-Công suất làm việc:
• B-Công suất tương đương:
• Tính hiệu suất của hệ thống :
• Tính sơ bộ số vòng quay đồng bộ:
• A- Số vòng quay làm việc:
• B- Số vòng quay sơ bộ:
• Chọn động cơ :
• PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
• I. Tỷ số truyền của hệ dẫn động:
• Số vòng quay trên các trục :
• I. Tính toán động học
• I. Công suất trên các trục :
• Mô men xoắn trên các trục :
• II. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
• 2. Chọn tiết diện đai.
• 2. Chọn loại đai.
• 2. Tính các thông số hình học.
• Xác định đường kính đai.
• Đường kính bánh đai chủ động:
• Vận tốc đai :
• Đường kính bánh đai bị động:
• Tỷ số truyền bộ truyền đai trong thực tế :
• Sai số của tỉ số truyền:
• Xác định khoảng cách trục sơ bộ:
• 2. Xác định chiều dài dây đai L.
• Nghiệm số vòng chạy của đai trong một giây.
• 2. Xác định khoảng cách trục aw :
• 2. Xác định góc ôm trên bánh đai dẫn α1
• Kiểm tra điều kiện :
• Xác định số đai z:
• Xác định thông số còn lại:
• Chiều rộng bánh đai:
• Đường kính ngoài bánh đai:
• 2. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.
• Lực căng ban đầu:
• Lực tác dụng lên trục:
• III. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH
• 3. Chọn loại xích.
• Xác định thông số của xích và bộ truyền xích.
• Xác định số răng đĩa xích.
• Số răng đĩa xích chủ động z 1:
• Số răng đĩa xích bị động z 2:
• Xác định bước xích.
• 3. Tìm số mắt xích và khoảng cách trục.
• khoảng cách trục sơ bộ.
• Tìm số mắt xích.
• Xác định khoảng cách trục: aw
• Kiểm nghiệm số lần va đập của bản lề đĩa xích trong một giây :
• Kiểm nghiệm độ bền xích.
• Xác định thông số đĩa xích.
• đường kính vòng chia.
• Kiểm tra bền tiếp xúc của đĩa xích.
• Xác định các lực tác dụng lên trục.
• IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG
• 4.1. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
• 4.1. Chọn vật liệu
• 4.2. Xác định ứng suất cho phép
• Ứng suất tiếp xúc cho phép [H] và ứng suất uốn cho phép [F] được xác định theo CT 6.
• Trong thiết kế sơ bộ, ta lấy: ZRZvKxH = 1 và : YRYsKxF = 1
• Theo CT 6. K FL (**)
• KHL , KFL - Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền, được xác định theo CT 6.4 – [I]:
• Ứng suất tiếp xúc khi quá tải tính theo CT 6.
• Ứng suất uốn khi quá tải tính theo CT 6.
• 4.3. Xác định thông số cơ bản của bộ truyền
• Khoảng cách trục sơ bộ, tính theo CT 6.
• 4.4. Xác định các thông số ăn khớp
• 1. Xác đinh môđun
• Theo CT 6.
• Xác định số
• Số răng bánh chủ động:
• Số răng bánh bị động:
• Số răng tổng:
• Tính lại khoảng cách trục:
• 4.5. Xác định các thông số của bánh răng
• Đường kính vòng chia:
• Đường kính vòng lăn:
• Đường kính đỉnh răng:
• Trong đó ∆ y là hệ số giảm đỉnh răng
• Đường kính đáy răng:
• Góc profin gốc:
• Góc profin răng:
• Góc ăn khớp:
• Chiều rộng vành răng:
• Hệ số trùng khớp dọc:
• Hệ số trùng khớp ngang:
• 4.6. Kiểm nghiệm độ bền mỏi tiếp xúc
• Theo CT 6.
• ZH – Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc CT 6.
• Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng CT 6.36a – [I]
• KH – Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc CT 6.
• Vận tốc bánh răng:
• Kiểm nghiệm độ bền uốn
• Điều kiện bền uốn cho răng:
• Hệ số tải trọng khi tính về uốn Theo CT 6.
• 4.8. Kiểm nghiệm độ bền quá tải
• Điều kiện bền quá tải (CT 6.
• 4.9. Xác định lực ăn khớp và phân tích lực ăn khớp
• Theo CT 10.1 – [I]:
• Phân tích lực ăn khớp
• Lực vòng (Ft):
• Lực hướng kính (Fr):
• V. TÍNH TOÁN TRỤC
• Chọn vật liệu:

Tóm tắt

I. Tổng quan về Đồ án Cơ sở Thiết kế Máy Trục Bị Động

Đồ án cơ sở về thiết kế máy trục bị động là một phần quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí. Nó cung cấp nền tảng vững chắc cho việc tính toán máy trục, thiết kế máy trục, kết cấu máy trục, và hiểu rõ nguyên lý hoạt động máy trục. Mục tiêu chính của đồ án là giúp sinh viên làm quen với quy trình thiết kế, từ việc lựa chọn động cơ, tính toán động học, thiết kế các bộ truyền động, đến kiểm nghiệm độ bền và vẽ bản vẽ kỹ thuật. Việc nắm vững các kiến thức này sẽ giúp sinh viên có khả năng giải quyết các bài toán thực tế trong công việc sau này. Sức bền vật liệu máy trục là một yếu tố không thể bỏ qua. Tài liệu gốc cung cấp các công thức để tính toán công suất, hiệu suất của hệ thống, và lựa chọn động cơ phù hợp. Các thông số như công suất, vận tốc, cosφ, và hiệu suất động cơ cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo động cơ đáp ứng yêu cầu của hệ thống máy trục bị động.

1.1. Giới thiệu về Máy Trục Bị Động và Ứng Dụng Thực Tế

Máy trục bị động là loại máy trục mà chuyển động của nó phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài, không có động cơ riêng để tạo ra chuyển động chính. Ứng dụng máy trục rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, từ băng tải trong nhà máy sản xuất đến các hệ thống nâng hạ đơn giản. Ưu điểm của máy trục bị động là đơn giản, dễ bảo trì và chi phí thấp. Tuy nhiên, nhược điểm là khả năng điều khiển hạn chế và hiệu suất thường không cao bằng máy trục chủ động. Việc lựa chọn loại máy trục nào phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng.

1.2. Vai trò của Đồ án Cơ sở trong Thiết kế Máy Trục Bị Động

Đồ án cơ sở đóng vai trò then chốt trong việc trang bị cho sinh viên những kỹ năng cần thiết để thiết kế máy trục bị động hiệu quả. Thông qua đồ án, sinh viên được thực hành tính toán, lựa chọn vật liệu, thiết kế các chi tiết máy, và kiểm tra độ bền. Điều này giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các chi tiết máy trục và cách chúng tương tác với nhau trong hệ thống. Quan trọng hơn, đồ án giúp sinh viên phát triển tư duy thiết kế và khả năng giải quyết vấn đề, những phẩm chất không thể thiếu của một kỹ sư cơ khí.

1.3. Các Thành Phần Chính của Đồ án Từ Bản Vẽ Đến Thuyết Minh

Một đồ án cơ sở thiết kế máy trục bị động hoàn chỉnh bao gồm nhiều thành phần quan trọng. Đầu tiên là phần tính toán máy trục, trong đó sinh viên phải thực hiện các phép tính để xác định kích thước và thông số kỹ thuật của các chi tiết máy. Tiếp theo là phần bản vẽ máy trục, thể hiện chi tiết cấu tạo và lắp ráp của máy trục. Cuối cùng là phần thuyết minh đồ án, giải thích rõ ràng quy trình thiết kế, các giả định, và kết quả tính toán. Tất cả các thành phần này phải được trình bày một cách rõ ràng, logic, và khoa học để thể hiện khả năng hiểu biết và áp dụng kiến thức của sinh viên.

II. Cách Chọn Động Cơ và Phân Phối Tỷ Số Truyền Hiệu Quả

Việc lựa chọn động cơ phù hợp là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế máy trục bị động. Động cơ phải đáp ứng yêu cầu về công suất, tốc độ, và mô-men xoắn của hệ thống. Theo tài liệu gốc, công suất làm việc và công suất tương đương cần được tính toán dựa trên công thức và hiệu suất của hệ thống. Hiệu suất hệ thống phụ thuộc vào hiệu suất của các bộ truyền động như khớp nối, bánh răng, xích, và đai. Sau khi chọn được động cơ, việc phân phối tỷ số truyền hợp lý là cần thiết để đạt được tốc độ làm việc mong muốn. Tỷ số truyền tổng được phân chia cho các bộ truyền động khác nhau, chẳng hạn như bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng, và bộ truyền xích.

2.1. Hướng dẫn Chọn Động Cơ Điện Phù Hợp Cho Máy Trục Bị Động

Để chọn động cơ điện phù hợp, cần xác định rõ các thông số kỹ thuật cần thiết, bao gồm công suất làm việc, tốc độ quay, mô-men xoắn, và điện áp. Công suất làm việc được tính toán dựa trên tải trọng và tốc độ của hệ thống băng tải. Tốc độ quay sơ bộ được tính toán dựa trên đường kính băng tải. Sau đó, so sánh các thông số này với thông số của các động cơ điện có sẵn trên thị trường để chọn ra động cơ phù hợp nhất. Cần chú ý đến các yếu tố như kiểu động cơ, cosφ, và hiệu suất để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và tiết kiệm năng lượng.

2.2. Bí quyết Phân Phối Tỷ Số Truyền để Tối Ưu Hóa Hiệu Suất

Phân phối tỷ số truyền hợp lý là chìa khóa để tối ưu hóa hiệu suất của hệ dẫn động. Tỷ số truyền tổng được phân chia cho các bộ truyền động khác nhau, chẳng hạn như bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng, và bộ truyền xích. Việc phân phối tỷ số truyền phải đảm bảo rằng tốc độ quay của các trục trung gian và trục công tác phù hợp với yêu cầu của hệ thống. Nên ưu tiên sử dụng các bộ truyền động có hiệu suất cao và tỷ số truyền phù hợp để giảm thiểu tổn thất năng lượng. Theo tài liệu gốc, tỷ số truyền có thể được chọn từ bảng tra cứu và điều chỉnh để đạt được tỷ số truyền tổng mong muốn.

2.3. Ảnh Hưởng của Tỷ Số Truyền Đến Động Học và Công Suất Trục

Tỷ số truyền có ảnh hưởng trực tiếp đến động học và công suất trên các trục của hệ thống. Tỷ số truyền càng lớn, tốc độ quay của trục công tác càng chậm và mô-men xoắn càng lớn, và ngược lại. Công suất trên các trục được tính toán dựa trên tỷ số truyền và hiệu suất của các bộ truyền động. Việc lựa chọn tỷ số truyền phù hợp giúp đảm bảo rằng công suất trên các trục đáp ứng yêu cầu của hệ thống và động cơ không bị quá tải. Động học máy trục cũng là yếu tố quan trọng cần xem xét.

III. Phương Pháp Thiết Kế và Tính Toán Bộ Truyền Động Đai

Bộ truyền đai là một thành phần quan trọng trong nhiều hệ thống máy trục bị động. Việc thiết kế bộ truyền đai đòi hỏi phải chọn tiết diện đai, loại đai, và tính toán các thông số hình học như đường kính bánh đai, khoảng cách trục, và chiều dài đai. Các công thức trong tài liệu gốc cung cấp hướng dẫn chi tiết để tính toán các thông số này. Vận tốc đai phải được kiểm tra để đảm bảo không vượt quá giá trị cho phép. Góc ôm trên bánh đai dẫn cũng phải lớn hơn giá trị tối thiểu để đảm bảo khả năng truyền lực. Số lượng đai cần thiết được tính toán dựa trên công suất, hệ số tải trọng động, và công suất cho phép của đai.

3.1. Hướng Dẫn Chi Tiết Tính Toán và Chọn Tiết Diện Đai

Việc chọn tiết diện đai phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo bộ truyền đai hoạt động hiệu quả. Tiết diện đai được chọn dựa trên công suất và tốc độ quay của trục chủ động. Theo tài liệu gốc, hình thang loại A thường được sử dụng cho các bộ truyền đai có công suất nhỏ và tốc độ quay cao. Sau khi chọn được tiết diện đai, cần tính toán các thông số hình học như đường kính bánh đai, khoảng cách trục, và chiều dài đai. Các công thức trong tài liệu gốc cung cấp hướng dẫn chi tiết để tính toán các thông số này. Đảm bảo kích thước phù hợp với chi tiết máy trục khác.

3.2. Cách Xác Định Khoảng Cách Trục và Chiều Dài Đai Tối Ưu

Khoảng cách trục và chiều dài đai là hai thông số quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của bộ truyền đai. Khoảng cách trục sơ bộ được xác định dựa trên đường kính bánh đai. Chiều dài đai được tính toán dựa trên khoảng cách trục và đường kính bánh đai. Cần chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn để đảm bảo tính sẵn có và dễ thay thế. Khoảng cách trục thực tế được điều chỉnh để đảm bảo độ căng của đai phù hợp. Theo tài liệu gốc, giá trị của khoảng cách trục phải thỏa mãn điều kiện nhất định để đảm bảo hoạt động ổn định của bộ truyền đai.

3.3. Tính Lực Căng Ban Đầu và Lực Tác Dụng Lên Trục

Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục là những thông số quan trọng cần được tính toán để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của trục. Lực căng ban đầu được tính toán dựa trên công suất, số lượng đai, và các hệ số khác. Lực tác dụng lên trục được tính toán dựa trên lực căng ban đầu và góc ôm trên bánh đai. Cần kiểm tra độ bền của trục để đảm bảo rằng trục không bị quá tải dưới tác dụng của các lực này. Các công thức trong tài liệu gốc cung cấp hướng dẫn chi tiết để tính toán các thông số này.

IV. Quy Trình Thiết Kế Bộ Truyền Động Xích Hướng Dẫn Chi Tiết

Bộ truyền xích thường được sử dụng trong các thiết kế máy trục có yêu cầu về khả năng truyền lực lớn và khoảng cách trục lớn. Việc thiết kế bộ truyền xích đòi hỏi phải chọn loại xích, xác định số răng đĩa xích, và tính toán bước xích, số mắt xích, và khoảng cách trục. Các công thức trong tài liệu gốc cung cấp hướng dẫn chi tiết để tính toán các thông số này. Cần kiểm nghiệm độ bền của xích và độ bền tiếp xúc của đĩa xích để đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định.

4.1. Bí Quyết Chọn Loại Xích và Xác Định Số Răng Đĩa Xích

Việc chọn loại xích phù hợp phụ thuộc vào tải trọng, vận tốc, và yêu cầu tuổi thọ của bộ truyền. Xích con lăn thường được sử dụng cho các ứng dụng có tải trọng nhỏ và vận tốc thấp. Số răng đĩa xích chủ động được chọn dựa trên tỷ số truyền và yêu cầu về độ ồn. Số răng đĩa xích bị động được tính toán dựa trên số răng đĩa xích chủ động và tỷ số truyền. Theo tài liệu gốc, số răng đĩa xích chủ động thường được chọn trong khoảng từ 29 đến 2.2 nhân với tỷ số truyền.

4.2. Phương Pháp Tính Bước Xích Số Mắt Xích và Khoảng Cách Trục

Bước xích được tính toán dựa trên số răng đĩa xích và các hệ số khác. Số mắt xích được tính toán dựa trên khoảng cách trục và đường kính đĩa xích. Khoảng cách trục sơ bộ được xác định dựa trên đường kính đĩa xích. Khoảng cách trục thực tế được điều chỉnh để đảm bảo độ trùng của xích phù hợp. Theo tài liệu gốc, cần kiểm nghiệm số lần va đập của bản lề đĩa xích trong một giây để đảm bảo hoạt động ổn định.

4.3. Kiểm Nghiệm Độ Bền Xích và Độ Bền Tiếp Xúc Đĩa Xích

Độ bền xích và độ bền tiếp xúc đĩa xích là những yếu tố quan trọng cần được kiểm tra để đảm bảo an toàn và tuổi thọ của bộ truyền. Độ bền xích được kiểm tra bằng cách so sánh tải trọng phá hỏng với lực vòng trên đĩa xích. Độ bền tiếp xúc đĩa xích được kiểm tra bằng cách so sánh ứng suất tiếp xúc với ứng suất cho phép. Cần đảm bảo rằng cả hai thông số này đều đáp ứng yêu cầu thiết kế. Các công thức trong tài liệu gốc cung cấp hướng dẫn chi tiết để kiểm tra độ bền xích và độ bền tiếp xúc đĩa xích. Các bản vẽ máy trục cần thể hiện rõ các chi tiết này.

V. Tính Toán Thiết Kế Bộ Truyền Bánh Răng Trụ Răng Thẳng

Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng là một trong những bộ truyền cơ bản nhất, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động. Việc tính toán và thiết kế bộ truyền này bao gồm nhiều bước, từ chọn vật liệu, xác định ứng suất cho phép, đến tính toán các thông số cơ bản và kiểm nghiệm độ bền. Cần chú ý đến các yếu tố như hệ số trùng khớp, hệ số tải trọng, và hệ số hình dạng răng để đảm bảo bộ truyền hoạt động hiệu quả và bền bỉ. Động lực máy trục cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố này.

5.1. Cách Chọn Vật Liệu và Xác Định Ứng Suất Cho Phép

Vật liệu cho bánh răng cần có độ bền cao, khả năng chịu mài mòn tốt, và dễ gia công. Thép carbon và thép hợp kim thường được sử dụng. Ứng suất cho phép được xác định dựa trên vật liệu và chế độ tải trọng. Theo tài liệu gốc, đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng 1 cấp chịu công suất trung bình, nhỏ, ta chỉ cần chọn loại vật liệu nhóm I độ rắn HB ≤ 350, bánh răng được thường hóa hoặc tôi cải thiện.

5.2. Tính Khoảng Cách Trục và Các Thông Số Ăn Khớp Quan Trọng

Khoảng cách trục là một trong những thông số quan trọng nhất của bộ truyền bánh răng. Nó được tính toán dựa trên vật liệu, ứng suất cho phép, tỷ số truyền, và các hệ số khác. Các thông số ăn khớp như môđun, số răng, và góc nghiêng răng cũng cần được xác định để đảm bảo bộ truyền hoạt động êm ái và hiệu quả. Các công thức và bảng tra trong tài liệu gốc cung cấp hướng dẫn chi tiết để tính toán các thông số này.

5.3. Kiểm Nghiệm Độ Bền Mỏi Tiếp Xúc và Độ Bền Uốn Của Răng

Độ bền mỏi tiếp xúc và độ bền uốn là hai yếu tố quan trọng cần được kiểm tra để đảm bảo tuổi thọ của bánh răng. Độ bền mỏi tiếp xúc được kiểm tra bằng cách so sánh ứng suất tiếp xúc thực tế với ứng suất cho phép. Độ bền uốn được kiểm tra bằng cách so sánh ứng suất uốn thực tế với ứng suất cho phép. Cần đảm bảo rằng cả hai thông số này đều đáp ứng yêu cầu thiết kế. Tài liệu gốc cung cấp các công thức và hướng dẫn chi tiết để kiểm tra độ bền bánh răng. Các yêu cầu về sức bền vật liệu máy trục cần được đáp ứng.

VI. Tính Toán Thiết Kế Trục Cách Chọn Vật Liệu và Xác Định Đường Kính

Trục là bộ phận chịu lực chính trong kết cấu máy trục, có vai trò quan trọng trong việc truyền mô-men xoắn và chịu tải trọng. Việc tính toán thiết kế trục bao gồm chọn vật liệu, xác định đường kính, tính lực tác dụng, và kiểm nghiệm độ bền. Cần chú ý đến các yếu tố như ứng suất xoắn, ứng suất uốn, và hệ số an toàn để đảm bảo trục hoạt động an toàn và bền bỉ. Các thông số này ảnh hưởng đến động lực máy trục.

6.1. Lựa Chọn Vật Liệu Trục Tiêu Chí và Các Loại Thép Phổ Biến

Vật liệu trục cần có độ bền cao, ít nhạy cảm với sự tập trung ứng suất, dễ gia công và có thể nhiệt luyện dễ dàng. Thép carbon và thép hợp kim là những vật liệu chủ yếu để chế tạo trục. Việc lựa chọn thép hợp kim hay thép cacbon tùy thuộc điều kiện làm việc trục đó có chịu tải trọng lớn hay không. Đối với trục của hộp giảm tốc làm việc trong điều kiện chịu tải trọng trung bình thì ta chọn vật liệu làm trục là thép C45 thường hoá.

6.2. Xác Định Đường Kính Trục Sơ Bộ và Khoảng Cách Gối Đỡ

Đường kính trục sơ bộ được xác định dựa trên mô-men xoắn tác dụng lên trục và ứng suất xoắn cho phép. Khoảng cách giữa các gối đỡ được xác định dựa trên đường kính trục và kích thước của các chi tiết máy khác. Cần đảm bảo rằng khoảng cách giữa các gối đỡ không quá lớn để tránh hiện tượng võng trục. Theo tài liệu gốc, cần tính đến chiều rộng của ổ lăn và chiều cao của nắp ổ khi xác định khoảng cách gối đỡ.

6.3. Kiểm Nghiệm Độ Bền Mỏi và Độ Bền Tĩnh Của Trục

Độ bền mỏi và độ bền tĩnh là hai yếu tố quan trọng cần được kiểm tra để đảm bảo an toàn và tuổi thọ của trục. Độ bền mỏi được kiểm tra bằng cách so sánh ứng suất thay đổi với giới hạn mỏi. Độ bền tĩnh được kiểm tra bằng cách so sánh ứng suất lớn nhất với ứng suất cho phép. Cần đảm bảo rằng cả hai thông số này đều đáp ứng yêu cầu thiết kế. Tài liệu gốc cung cấp các công thức và hướng dẫn chi tiết để kiểm tra độ bền trục. Sức bền vật liệu máy trục cần được đảm bảo.