2023
Phí lưu trữ
30.000 VNĐMục lục chi tiết
Tóm tắt
Đồ án hệ thống truyền động là một học phần cốt lõi, giúp sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết vào việc thiết kế một hệ dẫn động cơ khí hoàn chỉnh. Cụ thể, đề tài thiết kế hệ thống truyền động xích tải HK211 yêu cầu giải quyết bài toán truyền chuyển động và công suất từ nguồn phát (động cơ điện) đến bộ phận công tác (xích tải). Mục tiêu chính là tạo ra một hệ thống hoạt động ổn định, bền bỉ và hiệu quả trong suốt thời gian phục vụ yêu cầu. Cấu trúc của hệ thống này, theo đề bài số 8 phương án 4, bao gồm các thành phần chính: động cơ điện, khớp nối, hộp giảm tốc 2 cấp (bánh răng nghiêng), bộ truyền xích và xích tải. Mỗi thành phần đều có vai trò riêng và cần được tính toán, lựa chọn cẩn thận để đảm bảo sự đồng bộ và hiệu suất chung. Việc thực hiện đồ án đòi hỏi sự kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức từ các môn như Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, và Vẽ kỹ thuật. Toàn bộ quá trình thiết kế, từ việc chọn động cơ điện đến tính toán thiết kế trục, đều được trình bày chi tiết trong bản thuyết minh đồ án chi tiết máy. Sản phẩm cuối cùng không chỉ là một bản thuyết minh mà còn bao gồm các bản vẽ lắp A0 cho toàn hệ thống và cho hộp giảm tốc, thể hiện trực quan kết quả của quá trình tính toán. Việc phân tích kỹ lưỡng đề bài là bước đầu tiên và quan trọng nhất, xác định các thông số đầu vào như lực vòng, vận tốc, thời gian phục vụ để làm cơ sở cho mọi tính toán sau này.
Việc phân tích đề bài là nền tảng cho toàn bộ đồ án thiết kế hệ thống truyền động xích tải. Theo tài liệu gốc (Đề số 8, Phương án 4), các thông số thiết kế ban đầu được cung cấp rõ ràng. Lực vòng xích tải yêu cầu là F = 9000 N, đây là tải trọng chính mà hệ thống phải khắc phục. Vận tốc xích tải là v = 0,5 m/s, quyết định tốc độ làm việc của bộ phận công tác. Các thông số khác bao gồm bước xích tải p = 50 mm, số răng đĩa xích z = 10 răng, và góc nghiêng xích tải 30 độ. Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của các chi tiết là thời gian phục vụ, được quy định là L = 7 năm với chế độ làm việc 2 ca/ngày. Những dữ liệu này là cơ sở để xác định công suất cần thiết, lựa chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống.
Sơ đồ hệ dẫn động cơ khí cho xích tải được mô tả tuần tự và logic. Nguồn động lực là một động cơ điện (1) cung cấp momen và tốc độ quay ban đầu. Chuyển động này được truyền qua một khớp nối trục (2) để đến trục vào của hộp giảm tốc bánh răng nghiêng (3). Nhiệm vụ của hộp giảm tốc là giảm tốc độ và tăng momen xoắn. Trục ra của hộp giảm tốc sẽ truyền động cho bộ truyền xích (4), làm quay đĩa xích và kéo xích tải (5) chuyển động. Để đảm bảo xích luôn căng và hoạt động ổn định, một bộ phận căng xích (6) được trang bị. Nguyên lý máy được áp dụng để đảm bảo sự ăn khớp và truyền động trơn tru giữa các bộ phận, từ bánh răng trong hộp giảm tốc đến sự ăn khớp giữa xích và đĩa xích.
Giai đoạn đầu tiên của quá trình tính toán trong đồ án thiết kế hệ thống truyền động xích tải là lựa chọn động cơ và phân bổ tỉ số truyền. Đây là bước quyết định đến hiệu suất và kích thước tổng thể của hệ thống. Quá trình này bắt đầu bằng việc xác định công suất cần thiết trên trục công tác, dựa vào lực vòng và vận tốc xích tải đã cho. Từ đó, công suất cần thiết trên trục động cơ được tính toán bằng cách xét đến hiệu suất của toàn bộ chuỗi truyền động, bao gồm hiệu suất của khớp nối trục, hộp giảm tốc, và bộ truyền xích. Theo tài liệu gốc, công suất cần thiết trên trục động cơ được tính là Pct = 5,032 kW. Tiếp theo, số vòng quay sơ bộ của động cơ được xác định dựa trên số vòng quay yêu cầu của trục công tác và tỉ số truyền chung được chọn sơ bộ. Cụ thể, số vòng quay sơ bộ được tính là nsb = 1500 vòng/phút. Dựa trên hai tiêu chí chính là công suất và số vòng quay, việc chọn động cơ điện phù hợp từ catalog được tiến hành. Tài liệu đã chọn động cơ 4A112M4Y3 với công suất 5,5 kW và số vòng quay 1425 vòng/phút, thỏa mãn điều kiện Pđc > Pct và nđc ≈ nsb. Sau khi có thông số động cơ, bước cuối cùng là phân phối tỉ số truyền một cách hợp lý giữa hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài.
Công suất làm việc trên trục xích tải (trục công tác) được tính theo công thức Pct = (F * v) / 1000. Với F = 9000N và v = 0.5 m/s, ta có Pct = 4,5 kW. Công suất cần thiết trên trục động cơ được xác định bằng cách chia công suất trên trục công tác cho hiệu suất chung của hệ thống (η_chung). Hiệu suất này là tích của hiệu suất các bộ truyền thành phần: khớp nối (0,99), hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng (0,98), bộ truyền xích (0,95). Từ đó, công suất động cơ yêu cầu là Pct = 4,5 / (0.99 * 0.98 * 0.95) ≈ 5,032 kW. Việc chọn động cơ điện phải đảm bảo công suất danh nghĩa của động cơ lớn hơn công suất yêu cầu và số vòng quay đồng bộ gần với số vòng quay sơ bộ đã tính toán. Động cơ 4A112M4Y3 là lựa chọn phù hợp.
Sau khi chọn động cơ điện có số vòng quay thực tế là 1425 vòng/phút và trục công tác yêu cầu 60 vòng/phút, tỉ số truyền chung của hệ thống được xác định là uch = 1425 / 60 = 23,75. Việc phân phối tỉ số truyền này cho hộp giảm tốc (uhgt) và bộ truyền xích (ux) cần được tối ưu. Dựa trên kinh nghiệm thiết kế và các tài liệu tham khảo, tỉ số truyền cho hộp giảm tốc 2 cấp (trong trường hợp này là 1 cấp) thường nằm trong khoảng 3-5. Tài liệu chọn uhgt = 5. Từ đó, tỉ số truyền của bộ truyền xích được tính là ux = uch / uhgt = 23,75 / 5 = 4,75. Cách phân phối này giúp đảm bảo kích thước hợp lý cho cả hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài, tránh trường hợp một bộ truyền quá lớn hoặc quá nhỏ.
Sau khi đã có tỉ số truyền, việc thiết kế chi tiết bộ truyền xích là bước tiếp theo trong đồ án thiết kế hệ thống truyền động xích tải. Quá trình này bắt đầu bằng việc lựa chọn loại xích phù hợp dựa trên công suất truyền và số vòng quay của trục dẫn (trục ra hộp giảm tốc). Với công suất P = 4,785 kW và số vòng quay n = 285 vòng/phút, tài liệu đã chọn xích ống con lăn một dãy. Các thông số quan trọng của bộ truyền như số răng đĩa xích dẫn (z1) và bị dẫn (z2) được xác định dựa trên tỉ số truyền ux = 4,75, chọn z1 = 19 răng và z2 = 90 răng. Tiếp theo là bước tính toán công suất tính toán, có xét đến các hệ số điều kiện sử dụng (tải trọng, bôi trơn, chế độ làm việc). Dựa vào công suất tính toán, bước xích (pc) được tra trong bảng tiêu chuẩn, kết quả là pc = 25,4 mm. Bước quan trọng nhất là kiểm nghiệm xích về độ bền. Điều này được thực hiện thông qua việc kiểm tra áp suất trên bản lề và kiểm tra hệ số an toàn. Hệ số an toàn tính toán (s = 26) phải lớn hơn hệ số an toàn cho phép ([s] = 8,2), cho thấy bộ truyền xích đảm bảo độ bền. Cuối cùng, các thông số hình học của đĩa xích được xác định và lực tác dụng lên trục được tính toán để phục vụ cho giai đoạn tính toán thiết kế trục.
Việc chọn loại xích và thông số là bước khởi đầu cho thiết kế bộ truyền xích. Dựa vào điều kiện làm việc (tải tĩnh, 2 ca, bôi trơn nhỏ giọt), xích ống con lăn được ưu tiên. Số răng đĩa xích dẫn được chọn theo công thức kinh nghiệm: z1 = 29 - 2ux, cho ra z1 ≈ 19,5, làm tròn thành 19 răng. Số răng đĩa bị dẫn được tính: z2 = z1 * ux = 19 * 4,75 ≈ 90,25, chọn z2 = 90 răng. Sau đó, khoảng cách trục sơ bộ được chọn a ≈ 40pc và số mắt xích được tính toán và làm chẵn. Từ đó, khoảng cách trục chính xác được điều chỉnh lại để đảm bảo xích không bị quá căng. Các thông số này là cơ sở để hoàn thiện bản vẽ cad cho bộ truyền.
Kiểm nghiệm độ bền là bước không thể thiếu để đảm bảo bộ truyền xích hoạt động an toàn. Hệ số an toàn (s) được tính bằng tỉ số giữa tải trọng phá hỏng của xích (Q) và tổng các lực tác dụng lên nó, bao gồm lực vòng (Ft), lực ly tâm (Fv) và lực do trọng lượng nhánh xích bị động gây ra (Fo). Theo tính toán trong tài liệu, s = 56700 / (2089,52 + 13,63 + 77,90) ≈ 26. Giá trị này lớn hơn đáng kể so với hệ số an toàn cho phép [s] = 8,2 (tra bảng theo bước xích). Điều này khẳng định bộ truyền xích được thiết kế có đủ độ bền, đáp ứng yêu cầu của đồ án thiết kế hệ thống truyền động xích tải.
Bộ truyền bánh răng là trái tim của hộp giảm tốc, đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện phân phối tỉ số truyền và truyền tải công suất. Trong đồ án thiết kế hệ thống truyền động xích tải này, bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng được sử dụng. Quá trình thiết kế bắt đầu với việc lựa chọn vật liệu. Tài liệu chọn thép 45 tôi cải thiện cho cả bánh chủ động và bánh bị động, với độ rắn khác nhau để tránh mòn dính. Tiếp theo là xác định ứng suất cho phép, bao gồm ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép, dựa trên vật liệu và tuổi thọ yêu cầu (L = 7 năm). Khoảng cách trục (aw) được xác định sơ bộ, từ đó chọn mô-đun răng (m) theo tiêu chuẩn. Sau khi có mô-đun, số răng (z1, z2) và góc nghiêng (β) được tính toán chính xác để đảm bảo tỉ số truyền thực tế gần nhất với tỉ số truyền yêu cầu (uhgt = 5). Các bước kiểm nghiệm độ bền là quan trọng nhất: kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc để chống tróc rỗ bề mặt và kiểm nghiệm độ bền uốn để chống gãy răng. Các tính toán cho thấy ứng suất sinh ra đều nhỏ hơn ứng suất cho phép, chứng tỏ cặp bánh răng đủ bền. Toàn bộ thông số thiết kế được tổng hợp lại để phục vụ việc tạo bản vẽ CAD hộp giảm tốc.
Việc lựa chọn vật liệu chế tạo bánh răng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tải và độ bền của bộ truyền. Tài liệu sử dụng Thép 45 tôi cải thiện, một lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng tải trọng trung bình. Bánh chủ động có độ rắn HB1 = 245, trong khi bánh bị động có độ rắn HB2 = 230, đảm bảo điều kiện HB1 > HB2 để cặp bánh răng mòn đều. Từ độ rắn và tuổi thọ yêu cầu, các giới hạn mỏi tiếp xúc và giới hạn mỏi uốn được xác định. Sau đó, ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] và ứng suất uốn cho phép [σF] được tính toán, có xét đến các hệ số an toàn. Các giá trị này là ngưỡng bền mà ứng suất làm việc không được vượt qua.
Từ khoảng cách trục sơ bộ aw ≈ 108 mm, mô-đun pháp tiêu chuẩn mn = 2,5 mm được chọn. Dựa trên mô-đun và tỉ số truyền uhgt = 5, số răng được tính và chọn là z1 = 21, z2 = 105. Góc nghiêng răng β được tính lại chính xác dựa trên các thông số đã chọn. Sau khi có đầy đủ thông số hình học, bộ truyền được kiểm nghiệm về độ bền. Ứng suất tiếp xúc thực tế σH = 285,72 MPa < [σH] = 495,41 MPa, đảm bảo bề mặt răng không bị tróc rỗ. Tương tự, ứng suất uốn tại chân răng bánh dẫn σF1 = 35,45 MPa < [σF1] = 256,03 MPa và bánh bị dẫn σF2 = 31,91 MPa < [σF2] = 246,17 MPa, đảm bảo răng không bị gãy. Các kết quả này xác nhận thiết kế bộ truyền bánh răng đáp ứng yêu cầu.
Sau khi đã thiết kế các bộ truyền, bước tiếp theo trong đồ án thiết kế hệ thống truyền động xích tải là thiết kế các chi tiết máy đỡ chúng, bao gồm trục, then và ổ lăn. Tính toán thiết kế trục là một công việc phức tạp, đòi hỏi xác định chính xác các lực tác dụng lên trục từ bánh răng và đĩa xích. Các lực này gây ra mô-men uốn và mô-men xoắn. Trục được thiết kế theo nhiều bước: chọn vật liệu (thường là thép C45), xác định sơ bộ đường kính trục tại các tiết diện lắp chi tiết máy dựa trên mô-men xoắn, định vị các chi tiết trên trục và xác định khoảng cách giữa các gối đỡ (ổ lăn). Sau đó, sơ đồ lực được vẽ và các phản lực tại gối đỡ được tính toán. Biểu đồ mô-men uốn và mô-men xoắn được dựng lên để xác định tiết diện nguy hiểm nhất. Tại đây, đường kính trục được tính toán lại chính xác theo thuyết bền. Kiểm nghiệm then được thực hiện để đảm bảo mối ghép then đủ bền dập và bền cắt. Cuối cùng, việc chọn ổ lăn (vòng bi) dựa trên đường kính trục, tải trọng hướng tâm và dọc trục tác dụng lên ổ, cùng với tuổi thọ yêu cầu. Toàn bộ quy trình này đảm bảo các chi tiết trung gian hoạt động bền bỉ và chính xác.
Đường kính trục được xác định sơ bộ tại các tiết diện dựa vào công thức kinh nghiệm chỉ xét đến mô-men xoắn: d ≥ (T / (0.2 * [τ]))^(1/3). Sau khi bố trí các chi tiết và xác định các lực tác dụng, đường kính trục tại các tiết diện nguy hiểm được tính chính xác theo điều kiện bền uốn-xoắn kết hợp, sử dụng công thức tính mô-men tương đương. Ví dụ, tại tiết diện nguy hiểm trên trục I, đường kính yêu cầu là d ≥ 21,14 mm, và được chọn là 36 mm để tăng độ cứng vững. Trục sau đó được kiểm nghiệm về độ bền mỏi để đảm bảo an toàn trong suốt thời gian làm việc dài hạn. Các hệ số an toàn tính toán đều lớn hơn giá trị cho phép, khẳng định thiết kế trục đạt yêu cầu.
Then được sử dụng để truyền mô-men xoắn giữa trục và các chi tiết lắp trên nó như bánh răng, đĩa xích. Kích thước then (chiều rộng b, chiều cao h) được chọn theo tiêu chuẩn dựa vào đường kính trục tại vị trí lắp. Sau khi chọn kích thước, kiểm nghiệm then là bắt buộc. Then được kiểm tra theo hai điều kiện: bền dập trên bề mặt làm việc và bền cắt tại tiết diện ngang. Ứng suất dập (σd) và ứng suất cắt (τc) tính toán phải nhỏ hơn các giá trị cho phép của vật liệu làm then. Ví dụ, với then trên trục II (d=45mm), ứng suất dập tính toán σd = 36,36 MPa nhỏ hơn [σd] = 150 MPa, và ứng suất cắt τc = 91 MPa cũng nhỏ hơn [τc] = 60 MPa (ghi chú: có thể có sai sót trong tài liệu gốc khi τc > [τc], cần xem lại). Điều này đảm bảo mối ghép then không bị phá hỏng khi làm việc.
Việc chọn ổ lăn (vòng bi) dựa trên các yếu tố: đường kính ngõng trục, tải trọng hướng tâm và dọc trục, số vòng quay và tuổi thọ yêu cầu. Đầu tiên, một loại ổ được chọn sơ bộ (ví dụ: ổ bi đỡ một dãy). Tải trọng động quy ước (Q) được tính toán, đây là một tải trọng giả định mà nếu ổ chịu tải này thì sẽ có cùng tuổi thọ như khi chịu tải trọng thực tế. Từ tải trọng quy ước và tuổi thọ yêu cầu (tính bằng triệu vòng quay), khả năng tải động tính toán (Ctt) được xác định. Sau đó, tra catalog để chọn ổ lăn có khả năng tải động tiêu chuẩn (C) lớn hơn Ctt. Cuối cùng, ổ được kiểm nghiệm về khả năng tải tĩnh để đảm bảo không bị biến dạng dẻo khi chịu tải nặng lúc đứng yên hoặc quay chậm.
Giai đoạn cuối cùng của đồ án thiết kế hệ thống truyền động xích tải là hoàn thiện các chi tiết phụ, lựa chọn dung sai lắp ghép và trình bày sản phẩm cuối cùng. Việc thiết kế vỏ hộp giảm tốc yêu cầu đảm bảo độ cứng vững, khả năng tản nhiệt và thuận tiện cho việc lắp ráp, bôi trơn và bảo dưỡng. Các chi tiết phụ như que thăm dầu, nút thông hơi, nút tháo dầu đều được tính toán và lựa chọn theo tiêu chuẩn. Một yếu tố cực kỳ quan trọng là dung sai lắp ghép. Việc lựa chọn kiểu lắp ghép phù hợp (lỏng, trung gian, chặt) cho các mối ghép như ổ lăn với trục và vỏ hộp, bánh răng với trục... sẽ quyết định độ chính xác và độ bền của toàn bộ cơ cấu. Sau khi hoàn tất các tính toán, sinh viên cần tổng hợp lại trong một bản thuyết minh đồ án chi tiết máy mạch lạc, rõ ràng, giải thích từng bước tính toán. Sản phẩm không thể thiếu là các bản vẽ kỹ thuật. Cụ thể, yêu cầu của đề tài là một bản vẽ lắp A0 cho toàn bộ hệ thống và một bản vẽ lắp A0 cho riêng hộp giảm tốc, cùng với các bản vẽ chi tiết của các bộ phận quan trọng. Đây là kết quả tổng hợp của toàn bộ quá trình nghiên cứu và thiết kế.
Vỏ hộp giảm tốc thường được làm từ gang xám (GX15-32) do khả năng chịu nén tốt và dễ đúc. Kích thước vỏ hộp được xác định dựa trên kích thước các chi tiết bên trong, đảm bảo các khe hở cần thiết giữa bánh răng với thành trong của hộp. Các chi tiết phụ như que thăm dầu giúp kiểm tra mức dầu, nút thông hơi giúp cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài hộp khi nhiệt độ thay đổi, nút tháo dầu giúp thay thế dầu bôi trơn định kỳ. Các chi tiết này tuy nhỏ nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và có tuổi thọ cao.
Bảng dung sai lắp ghép là một phần không thể thiếu trong bản thuyết minh và bản vẽ. Ví dụ, vòng trong của ổ lăn quay cùng trục chịu tải tuần hoàn nên thường được lắp theo kiểu trung gian hoặc có độ dôi nhỏ (k6). Vòng ngoài lắp trong vỏ hộp chịu tải cục bộ nên được lắp lỏng (H7) để cho phép giãn nở vì nhiệt. Bánh răng lắp trên trục cũng thường dùng kiểu lắp trung gian H7/k6. Về bôi trơn hộp giảm tốc, phương pháp ngâm dầu thường được sử dụng. Mức dầu được tính toán để bánh răng lớn nhất ngập khoảng 1/3 bán kính, đảm bảo dầu được vung tóe đến bôi trơn cho tất cả các cặp bánh răng và ổ lăn.
Sản phẩm cuối cùng của đồ án là bản thuyết minh đồ án chi tiết máy và các bản vẽ CAD. Thuyết minh phải trình bày logic, khoa học các bước tính toán, từ phân tích đề bài, chọn động cơ, thiết kế các bộ truyền, trục, ổ lăn, cho đến chọn các chi tiết phụ và dung sai. Các công thức, bảng tra và kết quả phải được trích dẫn rõ ràng. Bản vẽ lắp A0 phải thể hiện được kết cấu tổng thể của hệ thống truyền động, vị trí tương quan giữa các cụm chi tiết. Bản vẽ CAD hộp giảm tốc cần thể hiện chi tiết hơn về kết cấu vỏ hộp, cách lắp ráp các trục, bánh răng và ổ lăn. Cả hai bản vẽ đều phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn về vẽ kỹ thuật.
Bạn đang xem trước tài liệu:
Đồ án hệ thống truyền động đề bài thiết kế hệ thống truyền động xích tải hk211
Chắc chắn rồi, với vai trò là một chuyên gia SEO, tôi sẽ tóm tắt và kết nối các tài liệu một cách tối ưu nhất.
Việc nắm vững quy trình tính toán và thiết kế một hệ thống dẫn động cơ khí, đặc biệt là hệ thống băng tải, là yêu cầu cốt lõi đối với kỹ sư và sinh viên ngành cơ khí. Tài liệu này cung cấp một cái nhìn tổng quan, hướng dẫn chi tiết từ việc phân tích yêu cầu, chọn động cơ, đến tính toán các bộ truyền và thiết kế trục, giúp người đọc hệ thống hóa kiến thức và áp dụng vào các bài toán thực tế một cách hiệu quả.
Để có cái nhìn toàn diện về các bước phân tích và lựa chọn thông số kỹ thuật, tài liệu Đồ án chi tiết máy tính toán thiết kế dẫn động băng tải là một nguồn tham khảo vô cùng giá trị, đi sâu vào phần tính toán động học và động lực học. Một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống là hộp giảm tốc; quá trình thiết kế và tối ưu hóa bộ phận này được trình bày chi tiết trong Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc. Ngoài ra, để khám phá thêm một phương án thiết kế hoàn chỉnh khác, bạn có thể xem qua Đồ án thiết kế hệ dẫn động băng tải, giúp mở rộng kiến thức và so sánh các giải pháp kỹ thuật.
Mỗi tài liệu là một cơ hội để bạn đào sâu vào từng khía cạnh chuyên môn, từ đó xây dựng nền tảng vững chắc cho các dự án trong tương lai.