I. Tổng quan về đồ án dẫn động xích tải 2 cấp bánh răng
Đồ án dẫn động xích tải 2 cấp bánh răng thẳng, nghiêng là một trong những dự án thiết kế quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí. Đây là dự án tổng hợp, yêu cầu sinh viên vận dụng toàn bộ kiến thức về chi tiết máy, thiết kế hệ dẫn động cơ khí và các kỹ năng tính toán kỹ thuật. Mục tiêu chính của đồ án này là thiết kế một hệ thống truyền động đầy đủ, bao gồm bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng 2 cấp, trục, then và các chi tiết phụ khác. Thông qua đồ án này, sinh viên được cơ hội làm quen với quy trình thiết kế thực tế, từ tính toán lý thuyết đến thiết kế kết cấu và trình bày bản vẽ kỹ thuật. Ngoài ra, đồ án còn giúp sinh viên nắm vững các tiêu chuẩn công nghiệp, dung sai lắp ghép và phương pháp tính toán độ bền các chi tiết máy.
1.1. Định nghĩa và cấu trúc hệ dẫn động xích tải
Hệ dẫn động xích tải là một hệ thống truyền động dùng để vận chuyển vật liệu hoặc sản phẩm theo một quỹ đạo nhất định. Cấu trúc chính bao gồm động cơ điện, bộ truyền đai, hộp giảm tốc bánh răng 2 cấp với một cấp bánh răng nghiêng và một cấp bánh răng thẳng, cùng các trục, ổ lăn, nối trục và vỏ hộp. Hệ thống này đảm bảo chuyển động ổn định, độ bền cao và hiệu suất làm việc tối ưu trong các ứng dụng công nghiệp.
1.2. Ứng dụng và tầm quan trọng của đồ án
Đồ án thiết kế dẫn động xích tải có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất, vận chuyển, xây dựng. Các kỹ sư cơ khí cần hiểu sâu về tính toán thiết kế, kiểm nghiệm độ bền và lựa chọn vật liệu phù hợp. Đó là lý do đồ án chi tiết máy trở thành một phần không thể thiếu trong chương trình đào tạo, giúp sinh viên chuẩn bị tốt cho sự nghiệp kỹ sư sau này.
II. Lựa chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền
Bước đầu tiên trong thiết kế hệ dẫn động xích tải là lựa chọn động cơ điện phù hợp. Quá trình này yêu cầu tính toán công suất cần thiết, số vòng quay sơ bộ và tỷ số truyền chung của hệ thống. Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật như công suất làm việc, tốc độ quay của trục công tác, ta có thể xác định được công suất động cơ theo công thức hiệu suất hệ thống. Tỷ số truyền chung được phân phối cho bộ truyền đai và hộp giảm tốc bánh răng 2 cấp sao cho đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu. Việc lập bảng đặc tính các trục giúp ta theo dõi công suất, mô men xoắn, số vòng quay tại từng điểm trong hệ thống, từ đó tiến hành các bước tính toán tiếp theo một cách chính xác.
2.1. Tính toán công suất và lựa chọn động cơ
Công suất động cơ được xác định dựa trên công suất làm việc và hiệu suất hệ thống. Hiệu suất của bộ truyền đai, bánh răng nghiêng, bánh răng thẳng và ổ lăn được tính toán và nhân với nhau. Sau đó, công suất cần thiết của động cơ được tính bằng cách chia công suất tương đương cho hiệu suất tổng. Dựa vào công suất và số vòng quay, ta chọn động cơ điện từ bảng tiêu chuẩn, đảm bảo công suất động cơ lớn hơn hoặc bằng công suất cần thiết.
2.2. Phân phối tỷ số truyền và lập bảng đặc tính
Tỷ số truyền chung được chia cho bộ truyền đai và hộp giảm tốc bánh răng. Bảng đặc tính liệt kê công suất, tỷ số truyền, số vòng quay và mô men xoắn tại từng trục. Những dữ liệu này là cơ sở quan trọng cho các bước tính toán tiếp theo trong thiết kế bộ truyền và kiểm nghiệm độ bền các chi tiết máy của hệ thống.
III. Thiết kế bộ truyền đai và bộ truyền bánh răng
Bộ truyền đai là khâu truyền động đầu tiên, nó giảm tỉ số truyền ban đầu và truyền công suất từ động cơ đến trục 1 của hộp giảm tốc. Quá trình thiết kế bộ truyền đai bao gồm lựa chọn loại đai, xác định đường kính bánh đai nhỏ và lớn, tính toán khoảng cách trục, chiều dài đai, góc ôm đai và số lượng đai cần thiết. Tiếp theo là thiết kế hộp giảm tốc bánh răng 2 cấp, gồm một cấp bánh răng nghiêng (cấp nhanh) và một cấp bánh răng trụ thẳng (cấp chậm). Các tính toán bao gồm chọn số răng, mô đun, góc nghiêng, kiểm nghiệm bôi trơn ngâm dầu và kiểm tra độ bền contact và bending để đảm bảo hộp giảm tốc có độ bền cao, hoạt động ổn định trong quá trình sử dụng.
3.1. Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang
Bộ truyền đai thang được thiết kế bằng cách chọn loại đai dựa trên công suất và tốc độ từ bảng tiêu chuẩn. Xác định đường kính bánh đai nhỏ tối thiểu, tính đường kính bánh đai lớn dựa vào tỷ số truyền. Sau đó tính khoảng cách trục, chiều dài đai, góc ôm và số lượng đai cần thiết. Kiểm tra điều kiện trượt đai để đảm bảo truyền động an toàn.
3.2. Tính toán thiết kế hộp giảm tốc bánh răng 2 cấp
Cấp bánh răng nghiêng (cấp nhanh) được tính với các tham số như mô đun, số răng, góc nghiêng. Cấp bánh răng trụ thẳng (cấp chậm) được thiết kế tương tự. Kiểm nghiệm bôi trơn ngâm dầu, xác định loại dầu thích hợp. Tính toán độ bền contact và bending stress theo tiêu chuẩn để đảm bảo bánh răng không bị hư hỏng trong quá trình hoạt động.
IV. Thiết kế trục nối trục và các chi tiết phụ khác
Thiết kế trục là một khâu quan trọng, yêu cầu xác định đường kính trục dựa trên mô men xoắn, ứng suất cho phép và các điều kiện chịu tải khác nhau. Cần tính toán khoảng cách giữa các gối đỡ để đảm bảo độ cứng và độ bền của trục. Kiểm nghiệm độ bền trục dưới tác dụng của mô men xoắn và lực cắt. Then kết nối bánh răng với trục, được chọn và kiểm nghiệm độ bền. Nối trục đàn hồi kết nối các trục liên tiếp, có khả năng hấp thu dao động và các sai lệch trục nhỏ. Chọn ổ lăn phù hợp dựa trên tải trọng và tốc độ quay. Cuối cùng là thiết kế vỏ hộp, các chi tiết phụ như nắp, bulong, van xả dầu, bánh luồn dầu để đảm bảo hộp giảm tốc hoàn chỉnh, chứa đựng các bộ phận và bôi trơn hiệu quả.
4.1. Tính toán và kiểm nghiệm trục then
Xác định sơ bộ đường kính trục dựa trên công thức liên quan đến mô men xoắn và ứng suất cho phép của vật liệu. Tính khoảng cách gối đỡ theo tiêu chuẩn để đảm bảo độ cứng uốn. Kiểm nghiệm độ bền trục dưới tác dụng của lực uốn, mô men xoắn theo tiêu chuẩn. Then được kiểm nghiệm độ bền trượt và truyền mô men xoắn an toàn giữa bánh răng và trục.
4.2. Lựa chọn nối trục ổ lăn và thiết kế vỏ hộp
Nối trục đàn hồi được chọn dựa vào mô men xoắn cần truyền và điều kiện hoạt động. Ổ lăn được lựa chọn từ bảng tiêu chuẩn dựa trên tải trọng và tốc độ quay. Thiết kế vỏ hộp bao gồm xác định kích thước, chọn vị trí nắp, bulong, van xả dầu để đảm bảo độ bền, tính thẩm mỹ và dễ bảo trì của hộp giảm tốc.
