I. Tính toán động học và chọn động cơ cho hộp giảm tốc
Tính toán động học là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình thiết kế hộp giảm tốc chi tiết. Bước này giúp xác định các thông số cơ bản như công suất cần thiết, số vòng quay và momen xoắn trên các trục. Từ các dữ liệu đầu vào như lực kéo băng tải, vận tốc và thời gian phục vụ, chúng ta tính toán công suất tương đương và hiệu suất hệ dẫn động. Việc chọn động cơ phải đáp ứng các điều kiện về công suất và số vòng quay. Động cơ được lựa chọn phải có công suất đủ lớn để vượt qua tất cả các tổn thất trong hệ thống, đồng thời số vòng quay phải phù hợp với yêu cầu của hệ thống dẫn động.
1.1. Xác định công suất cần thiết
Công suất cần thiết được tính từ công suất tương đương dựa trên lực kéo, vận tốc băng tải và các hệ số hiệu suất. Hiệu suất hệ dẫn động bao gồm hiệu suất bộ truyền bánh răng (0,97), bộ truyền đai (0,95), ổ lăn (0,99) và khớp nối (1,0). Công suất yêu cầu trên trục động cơ được tính bằng cách chia công suất tương đương cho tích các hiệu suất này, đảm bảo động cơ có đủ khả năng cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống.
1.2. Lựa chọn động cơ điện phù hợp
Động cơ điện được chọn dựa trên hai tiêu chí chính: công suất tối thiểu và số vòng quay. Động cơ phải có công suất không nhỏ hơn công suất yêu cầu và số vòng quay đồng bộ gần bằng số vòng quay sơ bộ tính toán. Các thông số như hệ số momen khởi động, hiệu suất và khối lượng cũng cần được xem xét. Ví dụ, động cơ 4A160S8Y3 có công suất 7,5 KW, số vòng quay 730 vg/ph phù hợp với yêu cầu.
II. Phân phối tỉ số truyền và tính toán các trục
Phân phối tỉ số truyền là quá trình chia tổng tỉ số truyền giữa các cấp truyền khác nhau trong hộp giảm tốc. Tỉ số truyền sơ bộ được phân chia thành tỉ số truyền bộ truyền đai và tỉ số truyền bộ truyền bánh răng. Việc phân phối này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, kích thước và chi phí của hộp giảm tốc. Tính toán các trục bao gồm xác định đường kính, kiểm tra độ bền uốn và độ bền mỏi. Momen xoắn trên mỗi trục được tính dựa trên công suất và số vòng quay, sau đó sử dụng các công thức tính ứng suất để kiểm tra tính an toàn.
2.1. Phân chia tỉ số truyền giữa các cấp
Tỉ số truyền sơ bộ được tính từ số vòng quay công tác và số vòng quay động cơ. Để tối ưu hóa thiết kế hộp giảm tốc, tỉ số này được phân chia giữa bộ truyền đai (uđ = 2,8) và bộ truyền bánh răng (ubr = 3,5). Phân phối hợp lý giúp giảm kích thước bánh răng, tăng hiệu suất và đảm bảo độ bền cao cho toàn bộ hệ thống dẫn động.
2.2. Tính toán momen xoắn và công suất trên trục
Momen xoắn trên từng trục được tính dựa trên công suất và tốc độ quay tương ứng. Công suất được truyền qua các cấp với tổn thất nhất định, do đó công suất trên trục công tác sẽ nhỏ hơn công suất trên trục động cơ. Việc tính toán chính xác các giá trị này là cơ sở để thiết kế các trục, chọn ổ lăn và then phù hợp, đảm bảo an toàn và tuổi thọ dài hạn.
III. Thiết kế bộ truyền bánh răng và tính toán độ bền
Thiết kế bộ truyền bánh răng là phần quan trọng trong quá trình tính toán thiết kế hộp giảm tốc chi tiết. Bộ truyền bánh răng tròn nghiêng được lựa chọn để giảm tiếng ồn và tăng độ bền so với bánh răng tròn thẳng. Tính toán độ bền bánh răng bao gồm kiểm tra ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn ở chân bánh. Các thông số như mô đun, góc nghiêng, số răng và chất liệu bánh được xác định dựa trên momen xoắn và yêu cầu độ bền. Vận tốc vòng bánh, hệ số tải trọng động và hệ số phân bố lực cũng được tính toán để đảm bảo thiết kế đạt tiêu chuẩn an toàn.
3.1. Chọn vật liệu và xác định thông số cơ bản
Vật liệu bánh đai được chọn là thép hợp kim hoặc thép chứa carbon với độ bền cao. Thông số cơ bản bộ truyền bao gồm mô đun (m), góc nghiêng (β), số răng (z), độ rộng mặt bánh (b) và hệ số an toàn. Các tham số này được xác định từ momen xoắn và điều kiện làm việc của hộp. Chọn vật liệu phù hợp đảm bảo bánh răng có độ cứng, độ bền mỏi và khả năng chịu tải cao.
3.2. Kiểm tra ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn
Ứng suất tiếp xúc được kiểm tra để đảm bảo bánh răng không bị pitting (sá tinh) dưới tác dụng tải trọng lặp lại. Ứng suất uốn ở chân bánh được kiểm tra để đảm bảo bánh không bị gãy. Cả hai loại ứng suất phải nhỏ hơn các ứng suất cho phép tương ứng. Việc tính toán các hệ số tải trọng động (Kv) và hệ số phân bố lực (Kα) là cần thiết để đánh giá chính xác khả năng chịu tải của bánh răng.
IV. Thiết kế trục then ổ lăn và kết cấu hộp
Thiết kế trục bao gồm xác định đường kính trục dựa trên momen xoắn, vật liệu trục và điều kiện làm việc. Kiểm tra độ bền trục được thực hiện theo các tiêu chuẩn về độ bền tĩnh và độ bền mỏi. Then được chọn để truyền momen xoắn giữa bánh răng và trục, đồng thời ổ lăn được lựa chọn để chịu các lực tác dụng từ bánh răng và truyền. Kết cấu hộp bao gồm thiết kế vỏ hộp, các chi tiết hỗ trợ khác, hệ thống bôi trơn và dung sai lắp ghép. Tất cả các thành phần này phải được lắp ghép chính xác để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.
4.1. Thiết kế chi tiết trục và then
Đường kính trục được tính sơ bộ từ momen xoắn và ứng suất cho phép của vật liệu. Vật liệu trục thường được chọn là thép chứa carbon hoặc thép hợp kim có khả năng chịu tải tốt. Then được chọn dựa trên đường kính trục và momen xoắn cần truyền. Kiểm tra độ bền then bao gồm kiểm tra ứng suất nén và ứng suất cắt. Tất cả các chi tiết phải đáp ứng điều kiện an toàn với hệ số an toàn phù hợp.
4.2. Lựa chọn ổ lăn và kết cấu hộp giảm tốc
Ổ lăn được chọn dựa trên lực tác dụng lên trục và tuổi thọ yêu cầu. Kiểm tra khả năng tải động và tải tĩnh của ổ lăn đảm bảo ổ có thể hoạt động an toàn trong điều kiện làm việc. Kết cấu vỏ hộp được thiết kế để chứa tất cả các chi tiết máy, cấp dầu bôi trơn và thoát nhiệt. Các chi tiết khác như bu lông, chốt định vị và kiểm tra mức dầu cũng được lựa chọn phù hợp. Dung sai lắp ghép được xác định theo tiêu chuẩn để đảm bảo lắp ráp chính xác và hoạt động ổn định.
