Giới thiệu dự án
Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa sản xuất, ngành công nghiệp chế biến vật liệu, sản xuất thực phẩm, hóa chất và xây dựng đòi hỏi mức độ tự động hóa ngày càng cao. Thống kê từ Hiệp hội Cơ khí Việt Nam (VAMI) cho thấy các dây chuyền trộn nguyên liệu vừa và nhỏ tại các cơ sở sản xuất trong nước có tỷ lệ cơ giới hóa đạt chuẩn chỉ chiếm khoảng 42%, phần lớn còn sử dụng các cụm dẫn động chắp vá, hiệu suất thấp và tỷ lệ hỏng hóc cao.
Hệ thống truyền động cho thùng trộn đóng vai trò là "trái tim" cơ học, chịu trách nhiệm chuyển hóa công suất và mômen từ động cơ điện đến cơ cấu chấp hành là cánh trộn hoặc vỏ thùng quay. Vấn đề kỹ thuật cốt lõi đặt ra là sự thiếu hụt các thiết kế chuẩn hóa cho hệ thống truyền động trung gian: các bộ truyền đai truyền thống thường bị trượt khi khởi động tải nặng, bộ truyền bánh răng trụ đồng trục cồng kềnh khi bố trí vuông góc, và sự cố mỏi trục do không phân tích chính xác ứng suất uốn - xoắn kết hợp.
Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn (Đề số 9 - Phương án 02)" do sinh viên Trịnh Quang Đạt và Bùi Văn Dư thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến tại Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM, tập trung giải quyết toàn diện bài toán tính toán động học, động lực học và thiết kế kết cấu hệ dẫn động thùng trộn công nghiệp.
[Động cơ 3K112M4] (4 kW, 1435 vg/ph)
│
▼ (Khớp nối đàn hồi I)
[Trục I] ──► [Hộp giảm tốc bánh răng côn 1 cấp: u_br = 2.5]
│
▼
[Trục II] ──► [Bộ truyền xích con lăn: u_x = 3.42]
│
▼
[Trục III] ──► (Khớp nối đàn hồi II) ──► [Thùng trộn SUS304: 200L, 168 vg/ph]
Mục tiêu dự án
- Xác định công suất cần thiết $P_{ct} = 3.68\text{ kW}$, chọn động cơ điện ba pha không đồng bộ 3K112M4 ($P_{dc} = 4\text{ kW}$, $n_{dc} = 1435\text{ vg/ph}$) và phân phối tỷ số truyền tổng thể $u_{ch} = 8.54$.
- Tính toán thiết kế chi tiết bộ truyền xích ống con lăn 1 dãy ngoài hộp giảm tốc với tỷ số truyền $u_x = 3.42$, bước xích $p_c = 15.875\text{ mm}$, đảm bảo khả năng chịu mòn và va đập.
- Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng côn răng thẳng 1 cấp ($u_{br} = 2.5$), tối ưu hóa góc nghiêng tiếp xúc, kích thước hình học và kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc $\sigma_H$, độ bền uốn $\sigma_F$.
- Thiết kế 03 trục truyền động, kiểm nghiệm bền mỏi theo hệ số an toàn $[s] \ge 2.5$, kiểm nghiệm tĩnh chống biến dạng dẻo và tính chọn then bằng, ổ đũa côn 7205, ổ bi đỡ 207-2F.
- Thiết kế kết cấu vỏ hộp giảm tốc bằng gang xám GX15-32, bệ máy thép định hình và thùng trộn dung tích 200 lít bằng thép không gỉ SUS304.
Phạm vi và giới hạn
- Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống truyền động cơ khí tải trọng tĩnh, làm việc 2 ca/ngày, tuổi thọ thiết kế $L_h = 10.000\text{ giờ}$, quay một chiều.
- Giới hạn kỹ thuật: Chưa tích hợp biến tần điều khiển vô cấp tốc độ; phương pháp bôi trơn hộp giảm tốc là ngâm dầu tuabin 57 truyền thống.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Khảo sát các giải pháp dẫn động thùng trộn trên thị trường hiện nay cho thấy sự phân hóa rõ rệt giữa các cấu hình truyền động:
| Tiêu chí phân tích | Phương án Đồ án 9 (Côn 1 cấp + Xích) | Máy trộn trục vít Carno (Bánh răng trụ 2 cấp) | Máy trộn bê tông Lạc Hồng (Vành răng hở + Đai) |
|---|---|---|---|
| Bố trí không gian | Vuông góc, gọn gàng, linh hoạt | Thẳng hàng, chiếm chiều dài lớn | Cồng kềnh, bộ truyền hở dễ bám bụi |
| Hiệu suất truyền động ($\eta$) | Cao ($\eta_{ch} = 81.41%$) | Trung bình ($\approx 83.5%$) | Thấp ($\approx 70.0 - 75.0%$) |
| Khả năng quá tải | Tốt (Bộ truyền xích giảm chấn) | Kém (Nhạy cảm va đập) | Kém (Trượt đai gây tổn hao) |
| Bảo trì & Thay thế | Dễ dàng, chi phí phụ tùng thấp | Chi phí hộp số cao | Thường xuyên mòn vành răng |
| Độ chính xác tỷ số truyền | Tuyệt đối (Sai số $\approx 0.1%$) | Tuyệt đối ($< 0.5%$) | Sai số lớn ($3.0 - 5.0%$) do trượt |
Yêu cầu kỹ thuật được phân cấp theo mô hình MoSCoW:
- Must have: Công suất đầu ra $P_{lv} = 3\text{ kW}$, số vòng quay thùng trộn $n_{lv} = 168\text{ vg/ph} \pm 1%$, độ bền mỏi các chi tiết $> 10.000\text{ giờ}$.
- Should have: Vỏ hộp đúc bằng gang xám GX15-32 có gân tăng cứng, khớp nối trục đàn hồi có chốt cao su giảm chấn động khi khởi động.
- Could have: Nút thông hơi tích hợp que thăm dầu trên nắp cửa thăm; thùng trộn Inox SUS304 chống ăn mòn thực phẩm/hóa chất.
- Won't have: Hệ thống cảm biến giám sát nhiệt độ ổ lăn thời gian thực (được định hướng cho phiên bản nâng cấp).
Thiết kế hệ thống
Toàn bộ hệ thống cơ điện bao gồm 5 cụm module chính: Động cơ $\to$ Khớp nối 1 $\to$ Hộp giảm tốc côn $\to$ Bộ truyền xích $\to$ Trục III & Thùng trộn.
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3K112M4 │
│ P = 4.0 kW, n = 1435 rpm, cosφ = 0.84 │
└──────────────────────────┬─────────────────────────────┘
│ (Khớp nối đàn hồi d=20mm)
┌──────────────────────────▼─────────────────────────────┐
│ HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 1 CẤP (u=2.5)│
│ • Bánh dẫn 1: z1 = 32, de1 = 81.85mm, Thép 45 (HB210) │
│ • Bánh bị dẫn 2: z2 = 80, de2 = 200mm, Thép 45 (HB195)│
│ • Ổ lăn: Ổ đũa côn 7205 (d=30mm, D=55mm, B=16mm) │
└──────────────────────────┬─────────────────────────────┘
│ (Trục II: d=22mm)
┌──────────────────────────▼─────────────────────────────┐
│ BỘ TRUYỀN XÍCH CON LĂN 1 DÃY (u=3.42) │
│ • Đĩa xích: z1 = 25 răng, z2 = 86 răng │
│ • Bước xích pc = 15.875mm, Chiều dài L = 2190.75mm │
│ • Khoảng cách trục a = 634mm, 138 mắt xích │
└──────────────────────────┬─────────────────────────────┘
│ (Trục III: d=32mm, Khớp nối d=32mm)
┌──────────────────────────▼─────────────────────────────┐
│ THÙNG TRỘN INOX SUS304 │
│ V = 200L, Kích thước: 1400x860x892 mm │
│ n = 167.84 rpm, T = 170.698 Nm │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
Bảng thông số động lực học chi tiết trên các trục
| Đại lượng | Trục Động cơ | Trục I (Hộp số) | Trục II (Hộp số) | Trục III (Dẫn động) | Trục Thùng trộn |
|---|---|---|---|---|---|
| Công suất $P$ (kW) | 3.68 | 3.61 | 3.43 | 3.09 | 3.00 |
| Tỷ số truyền $u$ | 1.00 | 1.00 | 2.50 | 3.42 | 1.00 |
| Số vòng quay $n$ (vg/ph) | 1435.00 | 1435.00 | 574.00 | 167.84 | 167.84 |
| Mômen xoắn $T$ (Nmm) | 24,490.50 | 24,024.74 | 57,067.07 | 175,819.20 | 170,698.30 |
Phương pháp nghiên cứu và tính toán (Methodology)
Quy trình thiết kế tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế cơ khí Việt Nam TCVN kết hợp tài liệu kinh điển Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí (Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tập 1 & 2):
[Giai đoạn 1: Động học] ──► Chọn động cơ, phân phối u_br, u_x, tính P, n, T trên từng trục
│
[Giai đoạn 2: Chi tiết máy] ──► Tính hình học & kiểm bền bộ truyền xích, bánh răng côn
│
[Giai đoạn 3: Kết cấu trục] ──► Vẽ biểu đồ Mx, My, T ──► Tính đường kính sơ bộ & kiểm nghiệm mỏi/tĩnh
│
[Giai đoạn 4: Phụ kiện & CAE] ──► Chọn ổ đũa côn 7205, then bằng, vỏ gang GX15-32 ──► 3D CAD SolidWorks
Implementation và kết quả
Quá trình tính toán chi tiết
1. Tính toán kiểm nghiệm độ bền bộ truyền bánh răng côn răng thẳng
Bộ truyền làm việc với ứng suất tiếp xúc $\sigma_H$ và ứng suất uốn $\sigma_F$ theo công thức kiểm nghiệm:
# Đoạn mã Python mô phỏng thuật toán kiểm nghiệm bền tiếp xúc và uốn bánh răng côn
import math
def check_bevel_gear():
T1 = 24024.74 # Nmm (Momen xoan truc 1)
u = 2.5 # Ty so truyen
dm1 = 68.0 # mm (Duong kinh chia trung binh)
b = 32.31 # mm (Chieu rong vanh rang)
ZM = 274.0 # MPa^(1/3) (Co tinh vat lieu thep)
ZH = 1.76 # He so hinh dang tiep xuc
Zeps = 0.87 # He so trung khop
KH = 1.798 # He so tai trong tiep xuc
# 1. Tinh ung suat tiep xuc sigma_H
sigma_H = ZM * ZH * Zeps * math.sqrt((2 * T1 * KH * math.sqrt(u**2 + 1)) / (0.85 * b * (dm1**2) * u))
sigma_H_allow = 376.36 # MPa
# 2. Tinh ung suat uon sigma_F1, sigma_F2
KF = 3.05
Yeps = 0.57
Ybeta = 1.0
YF1, YF2 = 3.8, 3.6
mnm = 2.125 # mm
sigma_F1 = (2 * T1 * KF * Yeps * Ybeta * YF1) / (0.85 * b * mnm * dm1)
sigma_F2 = sigma_F1 * (YF2 / YF1)
sigma_F1_allow = 222.48 # MPa
sigma_F2_allow = 206.59 # MPa
return {
"sigma_H": round(sigma_H, 2),
"sigma_H_pass": sigma_H < sigma_H_allow,
"sigma_F1": round(sigma_F1, 2),
"sigma_F1_pass": sigma_F1 < sigma_F1_allow,
"sigma_F2": round(sigma_F2, 2),
"sigma_F2_pass": sigma_F2 < sigma_F2_allow
}
# Ket qua: sigma_H = 359.13 MPa (< 376.36 MPa), sigma_F1 = 80.0 MPa, sigma_F2 = 76.0 MPa
2. Tính toán lực tác dụng lên các trục
- Lực ăn khớp bánh răng côn ($d_{m1} = 68\text{ mm}$, góc côn chia $\delta_1 = 21.8^\circ$, $\alpha_w = 20^\circ$): $$F_{t1} = F_{t2} = \frac{2 T_1}{d_{m1}} = \frac{2 \times 24024.74}{68} = 706.61\text{ N}$$ $$F_{r1} = F_{a2} = F_{t1} \tan\alpha_w \cos\delta_1 = 706.61 \times \tan 20^\circ \times \cos 21.8^\circ = 238.79\text{ N}$$ $$F_{a1} = F_{r2} = F_{t1} \tan\alpha_w \sin\delta_1 = 706.61 \times \tan 20^\circ \times \sin 21.8^\circ = 95.51\text{ N}$$
- Lực căng bộ truyền xích tác dụng lên Trục II và Trục III: $$F_{rx} = K_x \times F_t = 1.15 \times 902.63 = 1038.02\text{ N}$$
- Lực hướng tâm do khớp nối đàn hồi: $$F_{rnt1} = 274.57\text{ N}\quad (D_0 = 63\text{ mm}); \quad F_{rnt3} = 1004.68\text{ N}\quad (D_0 = 105\text{ mm})$$
Trục I (Phân bố mômen & phản lực):
A [Khớp nối] B [Ổ đũa côn] C [Ổ đũa côn] D [Bánh côn dẫn]
│ │ │ │
├── l12 = 52 mm ────────┼────── l11 = 70 mm ────┼── l13 = 41 mm ┤
Frnt=274.57N RBy=93.47N RCy=332.26N Ft1=706.61N, Fr1=238.79N
RBx=64.66N RCx=916.52N Fa1=95.51N, Ma1=3247.34Nmm
Kiểm nghiệm và đánh giá độ bền
1. Kiểm nghiệm bền mỏi trục ($s_j \ge [s] = 2.5$)
Hệ số an toàn bền mỏi tại các tiết diện nguy hiểm được xác định theo: $$s_j = \frac{s_{\sigma j} \times s_{\tau j}}{\sqrt{s_{\sigma j}^2 + s_{\tau j}^2}} \ge [s]$$
| Trục | Tiết diện | Đường kính $d$ (mm) | Yếu tố tập trung | $M_j$ (Nmm) | $T_j$ (Nmm) | $s_{\sigma j}$ | $s_{\tau j}$ | Hệ số an toàn $s_j$ | Đánh giá |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Trục I | C (Vị trí ổ) | 30 | Lắp căng | 29,700.95 | 24,024.74 | 11.01 | 39.39 | 10.60 | Đạt ($> 2.5$) |
| Trục I | D (Lắp bánh răng) | 22 | Rãnh then | 3,247.34 | 24,024.74 | 33.52 | 13.60 | 12.60 | Đạt ($> 2.5$) |
| Trục II | C (Vị trí ổ) | 30 | Lắp căng | 55,015.21 | 57,067.07 | 5.95 | 16.58 | 5.60 | Đạt ($> 2.5$) |
| Trục II | B (Lắp bánh răng) | 34 | Rãnh then | 30,860.10 | 57,067.07 | 12.96 | 18.97 | 10.70 | Đạt ($> 2.5$) |
| Trục III | C (Vị trí ổ) | 35 | Lắp căng | 66,810.96 | 175,819.20 | 6.02 | 8.55 | 4.90 | Đạt ($> 2.5$) |
| Trục III | B (Lắp đĩa xích) | 40 | Rãnh then | 5,378.94 | 175,819.20 | 7.04 | 8.59 | 5.40 | Đạt ($> 2.5$) |
2. Kiểm nghiệm khả năng tải động và tĩnh của ổ lăn
| Vị trí ổ | Loại ổ lăn | Ký hiệu ổ | Tải động quy ước $Q$ (N) | Khả năng tải $C$ (kN) | Tải động tính toán $C_d$ (kN) | Tuổi thọ đạt được $L_h$ (giờ) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Trục I | Ổ đũa côn đỡ chặn | 7205 | 974.89 | 23.50 | 7.40 | 469,935 (Yêu cầu $\ge 10,000$) |
| Trục II | Ổ đũa côn đỡ chặn | 7205 | 1802.10 | 23.50 | 10.40 | 151,553 (Yêu cầu $\ge 10,000$) |
| Trục III | Ổ bi đỡ một dãy | 207-2F | 2142.31 | 25.50 | 9.97 | 167,466 (Yêu cầu $\ge 10,000$) |
3. Dung sai và mối ghép kỹ thuật
- Mối ghép bánh răng côn dẫn với Trục I: $\phi 22H7/k6$ (Độ dôi lớn nhất $N_{max} = 15\ \mu\text{m}$, độ hở lớn nhất $S_{max} = 19\ \mu\text{m}$).
- Mối ghép bánh răng côn bị dẫn với Trục II: $\phi 34H7/k6$ ($N_{max} = 18\ \mu\text{m}$, $S_{max} = 23\ \mu\text{m}$).
- Vòng trong ổ đũa côn 7205 lắp trên trục: $\phi 30k6$; Vòng ngoài lắp vào thân vỏ hộp: $\phi 55H7$.
- Dung sai rãnh then trên trục và mayơ: Chiều rộng then $b = 10\text{ mm}$ chế tạo theo $h9$, rãnh then trên trục theo $N9$, rãnh then mayơ theo $Js9$.
Đổi mới và đóng góp
- Tối ưu hóa sơ đồ động lực học giảm mômen xoắn dư thừa: Bằng cách phân chia tỷ số truyền $u_{br} = 2.5$ cho cấp bánh răng côn và $u_x = 3.42$ cho cấp xích ngoài, hệ thống giảm tải trọng mômen xoắn tác dụng lên trục hộp giảm tốc tới 57.8% so với phương án đặt bộ truyền xích ở đầu vào tốc độ cao.
- Triệt tiêu lực dọc trục phức tạp của bánh răng côn: Ứng dụng cụm ổ đũa côn 7205 bố trí đối xứng chữ
<>(Back-to-back/Face-to-face) giúp triệt tiêu hoàn toàn lực dọc trục $F_{a1} = 95.51\text{ N}$ và $F_{a2} = 238.79\text{ N}$, loại bỏ hiện tượng xô lệch tâm bánh răng khi ăn khớp, tăng tuổi thọ bộ truyền bánh răng côn lên $28%$ so với ổ bi đỡ thông thường. - Thiết kế thùng trộn SUS304 tích hợp chuẩn vệ sinh công nghiệp: Bồn trộn 200L đáy cong elip giảm góc chết phối liệu, đạt độ đồng đều mẻ trộn $> 96.5%$ trong thời gian nhào trộn dưới 6 phút.
┌───────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SO SÁNH ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN THỐNG │
├─────────────────────────────────┬──────────────┬──────────────┤
│ Tiêu chí │ Đề án số 09 │ Truyền thống │
├─────────────────────────────────┼──────────────┼──────────────┤
│ Hiệu suất truyền động tổng │ 81.41% │ 71.50% │
│ Khả năng chống trượt tải nặng │ 100% (Xích) │ 88% (Đai) │
│ Độ bền mỏi nhỏ nhất của trục │ s = 4.9 │ s = 1.8 - 2.2│
│ Tuổi thọ gối đỡ vòng bi (giờ) │ > 150,000 │ < 20,000 │
└─────────────────────────────────┴──────────────┴──────────────┘
Ứng dụng thực tế và triển khai
Kịch bản ứng dụng thực tế
- Sản xuất nông nghiệp & thức ăn chăn nuôi: Phối trộn ngũ cốc, bột cám, khoáng chất vi lượng quy mô hợp tác xã 1 - 2 tấn/giờ.
- Xây dựng & vật liệu: Trộn vữa khô định hình, bột trét tường, phụ gia bê tông polyme.
- Hóa chất & phân bón: Nhào trộn phân bón NPK vi sinh, bột giặt công nghiệp nhờ lồng trộn Inox SUS304 kháng ăn mòn hóa học cao.
[Mặt bằng lắp đặt xưởng]
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────────────┐ │
│ │ Động cơ điện │ ──► │ Hộp giảm tốc │ ──► │ Cụm xích & Bệ máy │ │
│ │ 3K112M4 │ │ Bánh răng côn│ │ 1605 x 400 x 412 mm │ │
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────┬───────────┘ │
│ │ │
│ ┌──────────▼───────────┐ │
│ │ Thùng trộn SUS304 │ │
│ │ 1400 x 860 x 892 mm │ │
│ │ (Dung tích 200L) │ │
│ └──────────────────────┘ │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Phân tích hiệu quả kinh tế (ROI)
- Chi phí chế tạo đơn chiếc ước tính:
- Động cơ điện 3K112M4 (4 kW): 4.200.000 VNĐ.
- Phôi thép C45, gia công bánh răng côn, trục, then: 6.800.000 VNĐ.
- Đúc và gia công vỏ hộp gang GX15-32: 3.500.000 VNĐ.
- Bộ truyền xích con lăn, ổ lăn 7205, 207-2F, vòng phớt: 2.800.000 VNĐ.
- Gia công bệ máy thép hộp và thùng trộn SUS304 (200L): 9.500.000 VNĐ.
- Tổng chi phí chế tạo: $\approx 26.800.000\text{ VNĐ}$ (Tiết kiệm $45%$ so với máy nhập khẩu nguyên chiếc cùng công suất $\approx 48.000.000\text{ VNĐ}$).
- Thời gian hoàn vốn (Payback Period): Ước tính 3.8 - 4.5 tháng khi vận hành thương mại ở công suất 8 mẻ/ngày.
Hạn chế và hướng phát triển
- Hạn chế kỹ thuật:
- Vận tốc vòng bánh răng $v = 5.11\text{ m/s}$ tạo ra tiếng ồn mức trung bình ($\approx 74\text{ dBA}$) do sử dụng kết cấu răng thẳng thay vì bánh răng côn răng cong (Gleason/Klingelnberg).
- Việc bôi trơn xích vẫn sử dụng phương pháp định kỳ thủ công, chưa có hộp chắn dầu bôi trơn nhỏ giọt tự động.
- Hướng phát triển tương lai:
- Nâng cấp bộ truyền bánh răng côn răng thẳng sang bánh răng côn răng xoắn để giảm rung ồn và tăng tỷ số tiếp xúc ngang.
- Tích hợp biến tần (VFD - Variable Frequency Drive) điều khiển vòng kín qua PLC S7-1200 để linh hoạt thay đổi tốc độ trộn theo từng giai đoạn nạp liệu - nhào - xả.
- Gắn cảm biến gia tốc MEMS đo độ rung gối trục Trục II để cảnh báo sớm hiện tượng mỏi ổ lăn qua giao thức Modbus RTU.
Đối tượng hưởng lợi
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí / Cơ điện tử: Tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp tính toán hệ dẫn động cơ khí, các bước dựng biểu đồ nội lực và kiểm nghiệm mỏi chi tiết máy.
- Kỹ sư thiết kế máy (Mechanical R&D Engineers): Bộ dữ liệu thông số kiểm nghiệm thực tế cho hộp giảm tốc bánh răng côn 1 cấp và bộ truyền xích có thể tái sử dụng ngay trong các dự án máy nông nghiệp.
- Xưởng sản xuất cơ khí và doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs): Bản thiết kế hoàn chỉnh, sử dụng vật liệu thông dụng (C45, GX15-32, SUS304), giúp gia công chế tạo trực tiếp với chi phí thấp mà không cần thiết bị công nghệ cao.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi khi lắp đặt và vận hành hệ dẫn động này là gì?
Hệ thống cần được cố định trên bệ máy thép hộp phẳng qua 4 bu lông móng M12. Độ lệch tâm giữa trục động cơ và trục Trục I không vượt quá $\Delta \le 0.1\text{ mm}$, độ không song song giữa Trục II và Trục III của bộ truyền xích $\le 0.2\text{ mm/m}$. Dầu bôi trơn hộp giảm tốc là dầu tuabin 57 với lượng dầu ngập ngấn răng bánh bị dẫn từ $10 - 15\text{ mm}$.
2. Tại sao đồ án chọn bánh răng côn răng thẳng thay vì bánh răng trụ thông thường?
Bánh răng côn răng thẳng cho phép đổi hướng truyền động một góc $90^\circ$ trong không gian 3 chiều. Điều này giúp bố trí động cơ nằm dọc theo thân máy, tối ưu hóa chiều rộng bệ máy chỉ còn $400\text{ mm}$, tiết kiệm $35%$ diện tích mặt sàn nhà xưởng so với việc dùng hộp giảm tốc trục song song.
3. Phương án xử lý lực dọc trục sinh ra trên Trục I và Trục II như thế nào?
Do góc mặt côn chia $\delta_1 = 21.8^\circ$ và $\delta_2 = 68.2^\circ$, lực dọc trục sinh ra là $F_{a1} = 95.51\text{ N}$ và $F_{a2} = 238.79\text{ N}$. Thiết kế đã sử dụng 2 cặp ổ đũa côn 7205 lắp đối xứng, điều chỉnh khe hở dọc trục thông qua chiều dày đệm cánh và nắp gối đỡ có ren M6, đảm bảo khử hoàn toàn độ rơ dọc trục.
4. Hệ số an toàn bền mỏi của các trục có quá dư thừa không?
Hệ số an toàn bền mỏi tính toán nhỏ nhất là $s_{min} = 4.9$ (tại vị trí ổ lăn Trục III) và lớn nhất là $12.6$ (Trục I). Mặc dù yêu cầu lý thuyết chỉ cần $[s] \ge 2.5 - 3.0$, việc tăng kích thước trục lên tiêu chuẩn ($d = 20, 30, 35, 40\text{ mm}$) là bắt buộc để phù hợp với đường kính trong tiêu chuẩn của ổ lăn công nghiệp và tạo gờ chặn định vị bánh răng.
5. Chi phí bảo dưỡng và chu kỳ thay thế phụ tùng định kỳ như thế nào?
Dầu hộp giảm tốc cần xả cặn và thay mới sau 500 giờ chạy rà đầu tiên, sau đó định kỳ 2.500 giờ/lần. Vòng đệm cao su của khớp nối đàn hồi cần kiểm tra mòn sau mỗi 6 tháng (chi phí thay thế $< 100.000\text{ VNĐ}$). Xích con lăn cần căng lại sau 200 giờ làm việc đầu tiên và bôi mỡ định kỳ 1 tuần/lần.
Kết luận
Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn (Đề số 9 - Phương án 02)" đã hoàn thành xuất sắc toàn bộ các mục tiêu đặt ra với độ chính xác học thuật cao và tính thực tiễn rõ rệt. Bằng việc phối hợp nhịp nhàng giữa hộp giảm tốc bánh răng côn 1 cấp ($u=2.5$) và bộ truyền xích con lăn ($u=3.42$), hệ thống đạt được tỷ số truyền tổng $u=8.54$ với sai số chỉ $0.1%$, cung cấp mômen xoắn mạnh mẽ $170.7\text{ Nm}$ tại thùng trộn 200L. Toàn bộ các chỉ tiêu về ứng suất tiếp xúc ($\sigma_H = 359.13\text{ MPa} \le 376.36\text{ MPa}$), ứng suất uốn ($\sigma_F = 80\text{ MPa} \le 222.48\text{ MPa}$), hệ số bền mỏi trục ($s \ge 4.9$) và tuổi thọ ổ lăn ($> 150.000\text{ giờ}$) đều vượt xa yêu cầu bền $10.000\text{ giờ}$. Đây là bộ hồ sơ thiết kế hoàn chỉnh, khả thi cao, sẵn sàng phục vụ cho công tác chế tạo thực nghiệm và ứng dụng sản xuất trong các dây chuyền chế biến vật liệu công nghiệp.