Đồ án thiết kế hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Tìm đồ án hộp giảm tốc côn trụ chất lượng? Tài liệu đầy đủ, chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và thiết kế hộp giảm tốc. Tải ngay!

• Tác giả: Lê Công Tuấn Anh
• Người hướng dẫn: Pgs. Nguyễn Văn Yến
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Cơ Sở Thiết Kế Máy
• Đề tài: Đồ án hộp giảm tốc côn trụ: Thiết kế và tính toán
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ TÍNH TOÁN TỈ SỐ TRUYỀN
• 1.1. Chọn động cơ điện
• 1.2. Chọn số vòng quay của động cơ
• 1.3. Phân phối tỉ số truyền
• 1.4. Tính các thông số động học
• 2. PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
• 2.1. Thông số kĩ thuật của bộ truyền đai
• 2.2. Chọn vật liệu
• 2.3. Các thông số bộ truyền
• 2.4. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai
• 2.5. Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
• 3. PHẦN 3: TÍNH TOÁN CÁC BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
• 3.1. Tính toán bộ truyền cấp nhanh – bánh răng nón răng thẳng
• 3.2. Chọn vật liệu
• 3.3. Xác định ứng suất cho phép
• 3.4. Tính chiều dài nón
• 3.5. Tính vận tốc vòng và cấp chính xác chế tạo bánh răng
• 3.6. Định chính xác hệ số tải trọng K và chiều dài nón L
• 3.7. Tính modun và số răng
• 3.8. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng
• 3.9. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải trong thời gian ngắn
• 3.10. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền
• 3.11. Tính lực tác dụng
• 3.12. Tính toán bộ truyền cấp chậm – bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
• 3.13. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng
• 3.14. Xác định ứng suất cho phép
• 3.15. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng
• 3.16. Tính khoảng cách trục
• 3.17. Tính vận tốc vòng và cấp chính xác chế tạo bánh răng
• 3.18. Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A
• 3.19. Tính modun và số răng
• 3.20. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng
• 3.21. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải trong thời gian ngắn
• 3.22. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền
• 3.23. Tính lực tác dụng
• 3.24. Kiểm tra ngâm dầu và bôi trơn

Tóm tắt

I. Tổng quan về Đồ án hộp giảm tốc côn trụ Giới thiệu và ứng dụng

Hệ thống dẫn động cơ khí là một phần không thể thiếu trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí. Đồ án môn học hộp giảm tốc côn trụ giúp sinh viên hệ thống hóa kiến thức từ các môn học như Sức bền vật liệu, Nguyên lý máy, Cơ sở thiết kế máy, và Vẽ kỹ thuật cơ khí. Nó cũng giúp sinh viên làm quen với công việc thiết kế và làm đồ án, chuẩn bị cho các đồ án sau này. Hộp giảm tốc là một cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi, được dùng để giảm vận tốc góc và tăng mô-men xoắn. Ngày nay, hộp giảm tốc côn trụ được sử dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí, luyện kim, hóa chất, công nghiệp đóng tàu, v.v. Đồ án này tập trung vào thiết kế hệ thống truyền động hộp giảm tốc côn trụ hai cấp. Trong quá trình thực hiện, sinh viên sẽ được hướng dẫn và hỗ trợ để hoàn thành đồ án môn học này, từ việc chọn động cơ đến tính toán và thiết kế các bộ phận của hộp giảm tốc. "Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động Cơ Khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kỹ sư Cơ khí," trích dẫn từ tài liệu gốc.

1.1. Khái niệm và tầm quan trọng của hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn trong các hệ thống cơ khí. Chúng cho phép các động cơ hoạt động ở tốc độ tối ưu trong khi cung cấp mô-men xoắn cần thiết cho các ứng dụng khác nhau. Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được dùng để làm giảm vận tốc góc, tăng momen xoắn. "Với chức năng như vậy, ngày nay hộp giảm tốc được sử dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí, luyện kim, hóa chất, trong công nghiệp đóng tàu,…"

1.2. Ứng dụng thực tế của hộp giảm tốc côn trụ trong công nghiệp

Hộp giảm tốc côn trụ được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm hệ thống băng tải, máy trộn, máy nghiền, và các thiết bị nâng hạ. Cấu trúc côn trụ cho phép truyền động giữa các trục không song song, mang lại tính linh hoạt cao trong thiết kế máy móc. Việc lựa chọn vật liệu chế tạo phải đảm bảo độ bền, chịu mài mòn và chịu tải trọng cao. Ứng dụng hộp giảm tốc côn trụ ngày càng phổ biến trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ tin cậy và hiệu suất cao.

1.3. Ưu điểm và nhược điểm của hộp giảm tốc bánh răng côn trụ

Hộp giảm tốc bánh răng côn trụ có ưu điểm là khả năng truyền động giữa các trục không song song, thiết kế nhỏ gọn, và hiệu suất tương đối cao. Tuy nhiên, nhược điểm của chúng bao gồm chi phí chế tạo cao hơn so với các loại hộp giảm tốc khác, yêu cầu độ chính xác cao trong lắp ráp và bảo trì, và có thể tạo ra tiếng ồn lớn hơn khi hoạt động. Cần phải cân nhắc kỹ lưỡng các yếu tố này khi lựa chọn loại hộp giảm tốc phù hợp cho ứng dụng cụ thể.

II. Thiết kế hộp giảm tốc Cách chọn động cơ và tính tỉ số truyền

Việc chọn động cơ và tính toán tỉ số truyền là bước quan trọng trong thiết kế hộp giảm tốc. Công suất cần thiết trên trục động cơ được tính dựa trên công suất trên trục tải và hiệu suất của các bộ truyền. Số vòng quay của động cơ được chọn sao cho phù hợp với số vòng quay cần thiết trên trục tải, sau đó tỉ số truyền được phân chia cho các bộ truyền khác nhau trong hệ thống, chẳng hạn như bộ truyền đai và bộ truyền bánh răng côn trụ. Việc phân chia tỉ số truyền cần đảm bảo tính hài hòa giữa kích thước, khả năng bôi trơn và hiệu suất của các bộ truyền. "Chọn công suất động cơ nằm trong dãy số tiêu chuẩn và lớn hơn hoặc bằng công suất cần thiết," theo tài liệu.

2.1. Phương pháp chọn động cơ điện phù hợp cho hộp giảm tốc

Để chọn động cơ điện phù hợp, cần xác định công suất cần thiết trên trục động cơ dựa trên công suất trên trục tải và hiệu suất của các bộ truyền. Sau đó, chọn công suất động cơ nằm trong dãy số tiêu chuẩn và lớn hơn hoặc bằng công suất cần thiết. Đồng thời, số vòng quay của động cơ cũng cần được chọn sao cho phù hợp với số vòng quay cần thiết trên trục tải. Sử dụng bảng tra cứu thông số động cơ để chọn loại động cơ phù hợp nhất. Chọn động cơ đòi hỏi phải xem xét nhiều yếu tố kỹ thuật khác nhau.

2.2. Cách tính tỉ số truyền tối ưu cho hộp giảm tốc bánh răng

Tỉ số truyền tối ưu được tính dựa trên số vòng quay của động cơ và số vòng quay cần thiết trên trục tải. Tỉ số truyền này sau đó được phân chia cho các bộ truyền khác nhau trong hệ thống, như bộ truyền đai và bộ truyền bánh răng. Việc phân chia tỉ số truyền cần đảm bảo tính hài hòa giữa kích thước, khả năng bôi trơn và hiệu suất của các bộ truyền. Tính toán tỉ số truyền là một bước quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống truyền động.

2.3. Ảnh hưởng của tỉ số truyền đến hiệu suất và tuổi thọ hộp giảm tốc

Tỉ số truyền có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và tuổi thọ của hộp giảm tốc. Tỉ số truyền quá cao có thể dẫn đến hiệu suất thấp và tăng tải trọng lên các bộ phận của hộp giảm tốc, từ đó làm giảm tuổi thọ. Ngược lại, tỉ số truyền quá thấp có thể không đáp ứng được yêu cầu về mô-men xoắn. Do đó, việc lựa chọn tỉ số truyền tối ưu là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của hộp giảm tốc.

III. Hướng dẫn tính toán hộp giảm tốc Bộ truyền đai và bánh răng

Tính toán các bộ truyền đai và bánh răng là một phần quan trọng trong tính toán hộp giảm tốc. Các thông số kỹ thuật của bộ truyền đai, như công suất, tỉ số truyền, và số vòng quay, cần được xác định. Vật liệu làm đai và bánh đai cũng cần được lựa chọn phù hợp để đảm bảo độ bền và tuổi thọ. Tương tự, các thông số của bộ truyền bánh răng, như vật liệu, ứng suất cho phép, và hệ số tải trọng, cần được tính toán cẩn thận để đảm bảo khả năng chịu tải và tuổi thọ của bánh răng. "Các thông số bộ truyền Đường kính bánh đai nhỏ chọn theo bảng 5-14 ta được d1 = 140", trích dẫn.

3.1. Cách xác định thông số kỹ thuật của bộ truyền đai thang

Để xác định thông số kỹ thuật của bộ truyền đai thang, cần tính toán các yếu tố như công suất bộ truyền, tỉ số truyền, số vòng quay bánh dẫn, và mô-men xoắn. Sau đó, chọn vật liệu phù hợp cho đai và bánh đai, đồng thời xác định các thông số như đường kính bánh đai, vận tốc đai, và khoảng cách trục. Các thông số này cần được tính toán cẩn thận để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của bộ truyền đai.

3.2. Phương pháp tính toán bộ truyền bánh răng cấp nhanh bánh răng nón

Để tính toán bộ truyền bánh răng cấp nhanh (bánh răng nón), cần xác định các yếu tố như công suất, số vòng quay, tỉ số truyền, và vật liệu chế tạo bánh răng. Sau đó, tính toán các thông số như ứng suất cho phép, hệ số tải trọng, và modun. Các thông số này cần được tính toán cẩn thận để đảm bảo khả năng chịu tải và tuổi thọ của bánh răng nón. Việc sử dụng thép 40 thường hóa cho bánh nhỏ và thép 35 thường hóa cho bánh lớn là một lựa chọn phổ biến.

3.3. Quy trình tính toán bộ truyền bánh răng cấp chậm bánh răng trụ

Quy trình tính toán bộ truyền bánh răng cấp chậm (bánh răng trụ) tương tự như bộ truyền bánh răng nón, nhưng có một số khác biệt. Cần xác định các yếu tố như công suất, số vòng quay, tỉ số truyền, và vật liệu chế tạo bánh răng. Sau đó, tính toán các thông số như ứng suất cho phép, hệ số tải trọng, và modun. Sử dụng thép 45 thường hóa cho bánh nhỏ và thép 40 thường hóa cho bánh lớn là một lựa chọn phù hợp. Tính toán cần được thực hiện chính xác để đảm bảo bộ truyền bánh răng trụ hoạt động ổn định.

IV. Bí quyết thiết kế trục hộp giảm tốc Tính đường kính và kiểm bền

Tính toán và thiết kế trục hộp giảm tốc là một phần quan trọng để đảm bảo độ bền và độ tin cậy của hộp giảm tốc. Vật liệu chế tạo trục cần được lựa chọn phù hợp, thường là thép 45 thường hóa. Đường kính sơ bộ của trục được tính dựa trên mô-men xoắn và ứng suất xoắn cho phép. Sau đó, tính toán gần đúng và kiểm tra độ bền của trục tại các tiết diện chịu tải nguy hiểm. Các yếu tố như ứng suất uốn, ứng suất xoắn, và hệ số an toàn cần được xem xét cẩn thận. "Ứng suất cho phép tra bảng 7-2 trang 119 TKCTM có [σ ] = 63 N/mm2", trích dẫn.

4.1. Lựa chọn vật liệu chế tạo trục và xác định ứng suất cho phép

Việc lựa chọn vật liệu chế tạo trục là rất quan trọng, thường sử dụng thép 45 thường hóa. Sau đó, cần xác định ứng suất cho phép dựa trên các yếu tố như giới hạn bền kéo, giới hạn bền chảy, và hệ số an toàn. Ứng suất cho phép này sẽ được sử dụng để tính toán đường kính và kiểm tra độ bền của trục. Vật liệu chế tạo trục cần đáp ứng các yêu cầu về độ bền, độ cứng, và khả năng chịu mài mòn.

4.2. Tính toán sơ bộ đường kính trục và kiểm tra độ bền gần đúng

Đường kính sơ bộ của trục được tính dựa trên mô-men xoắn và ứng suất xoắn cho phép. Sau đó, cần thực hiện tính toán gần đúng để xác định các thông số như phản lực các gối trục, mô-men uốn, và mô-men xoắn tại các tiết diện chịu tải nguy hiểm. Cuối cùng, kiểm tra độ bền của trục tại các tiết diện này để đảm bảo trục có khả năng chịu tải an toàn. Kiểm tra độ bền là một bước quan trọng để đảm bảo trục không bị hỏng trong quá trình hoạt động.

4.3. Tính chính xác trục và đánh giá hệ số an toàn cuối cùng

Sau khi tính toán gần đúng và kiểm tra độ bền, cần thực hiện tính chính xác trục để xác định hệ số an toàn cuối cùng. Các yếu tố như ứng suất pháp, ứng suất tiếp, và hệ số tập trung ứng suất cần được xem xét cẩn thận. Nếu hệ số an toàn không đạt yêu cầu, cần điều chỉnh kích thước hoặc vật liệu của trục và thực hiện lại các bước tính toán. Đánh giá hệ số an toàn là bước cuối cùng để đảm bảo trục có độ bền và độ tin cậy cao.

V. Phương pháp chọn then và ổ lăn Đảm bảo hoạt động tin cậy

Chọn then và ổ lăn là bước cuối cùng trong thiết kế hộp giảm tốc. Then được sử dụng để cố định bánh răng và đĩa xích trên trục, truyền mô-men xoắn và lực. Ổ lăn được sử dụng để đỡ trục, giảm ma sát và đảm bảo hoạt động êm ái. Việc lựa chọn then và ổ lăn cần dựa trên các yếu tố như đường kính trục, mô-men xoắn, tải trọng, và tốc độ quay. Các tiêu chuẩn kỹ thuật cần được tuân thủ để đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy. "Để cố định bánh răng, đĩa xích trên trục theo phương tiếp tuyến, truyền mômen xoắn và lực từ trục đến chi tiết máy và ngược lại", trích dẫn.

5.1. Tiêu chí lựa chọn then và kiểm tra sức bền dập cắt

Để lựa chọn then, cần xác định đường kính trục, mô-men xoắn, và loại then (ví dụ: then bằng). Sau đó, kiểm tra sức bền dập và cắt của then để đảm bảo then có khả năng chịu tải an toàn. Các tiêu chuẩn kỹ thuật cần được tuân thủ để đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy. Việc sử dụng thép 45 làm vật liệu cho then là một lựa chọn phổ biến. Kiểm tra sức bền then là rất quan trọng.

5.2. Hướng dẫn chọn ổ lăn phù hợp với tải trọng và tốc độ

Để chọn ổ lăn, cần xác định loại tải trọng (hướng tâm, dọc trục), tốc độ quay, và tuổi thọ yêu cầu. Sau đó, lựa chọn loại ổ lăn phù hợp (ví dụ: ổ bi đỡ, ổ đũa côn) và xác định kích thước ổ lăn dựa trên tải trọng và tốc độ. Các tiêu chuẩn kỹ thuật cần được tuân thủ để đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy. Chọn ổ lăn phải đảm bảo khả năng chịu tải và tuổi thọ theo yêu cầu.

5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ và độ tin cậy của ổ lăn

Tuổi thọ và độ tin cậy của ổ lăn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm tải trọng, tốc độ quay, nhiệt độ, và chất lượng bôi trơn. Để kéo dài tuổi thọ và tăng độ tin cậy của ổ lăn, cần đảm bảo bôi trơn đầy đủ, tránh quá tải, và duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định. Bôi trơn đóng vai trò quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ của ổ lăn.

VI. Kết luận và tương lai của đồ án hộp giảm tốc bánh răng

Đồ án hộp giảm tốc bánh răng côn trụ là một phần quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí, giúp sinh viên nắm vững kiến thức cơ bản về thiết kế và tính toán hệ thống truyền động. Với sự phát triển của công nghệ, hộp giảm tốc ngày càng được cải tiến về hiệu suất, độ tin cậy, và khả năng tích hợp với các hệ thống điều khiển tự động. Trong tương lai, hộp giảm tốc sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

6.1. Tổng kết các bước thiết kế và tính toán hộp giảm tốc

Quá trình thiết kế và tính toán hộp giảm tốc bao gồm nhiều bước, từ chọn động cơ và tính tỉ số truyền, đến tính toán các bộ truyền đai và bánh răng, thiết kế trục, và chọn then và ổ lăn. Mỗi bước đều đòi hỏi sự cẩn thận và chính xác để đảm bảo hộp giảm tốc có khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả. Tổng kết lại các bước giúp sinh viên nắm vững quy trình thiết kế.

6.2. Thách thức và cơ hội trong nghiên cứu phát triển hộp giảm tốc

Nghiên cứu phát triển hộp giảm tốc đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm yêu cầu về hiệu suất cao hơn, kích thước nhỏ gọn hơn, độ ồn thấp hơn, và khả năng tích hợp với các hệ thống điều khiển tự động. Tuy nhiên, cũng có nhiều cơ hội, như sử dụng vật liệu mới, áp dụng công nghệ sản xuất tiên tiến, và phát triển các thuật toán điều khiển thông minh. Nghiên cứu phát triển cần tập trung vào việc giải quyết các thách thức và tận dụng các cơ hội.

6.3. Xu hướng phát triển của công nghệ hộp giảm tốc trong tương lai

Trong tương lai, công nghệ hộp giảm tốc sẽ tiếp tục phát triển theo hướng tăng hiệu suất, giảm kích thước và trọng lượng, tăng độ tin cậy, và tích hợp với các hệ thống điều khiển tự động. Các xu hướng chính bao gồm sử dụng vật liệu composite, áp dụng công nghệ in 3D, phát triển các hệ thống bôi trơn tiên tiến, và tích hợp cảm biến để giám sát trạng thái hoạt động. Xu hướng phát triển sẽ định hình tương lai của ngành công nghiệp hộp giảm tốc.